KR101523471B1 - 응집제 주입량 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 주입량 자동제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원수 유입 모듈 내의 원수를 투과하는 투과광의 평균 강도에 해당하는 DC 전류값과 응집 플록 크기에 해당하는 RMS 전류값의 상관관계를 도출하고, 이를 이용하여 막간 차압 상승 속도가 최소가 되도록 응집제의 주입량을 결정할 수 있는 응집제 주입량 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 주입량 자동제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 혼화 응집 전처리 공정시 최적의 응집제 주입량을 선정하고 제어할 수 있어 막간 차압 증가의 감소에 효과적이며, 유입 원수에 균일한 크기의 플록을 형성시켜 원수에 포함된 용존성 유기물 및 탁도물질을 효과적으로 제거함으로써 처리수의 안정적인 수질을 확보할 수 있다.

Description

응집제 주입량 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 주입량 자동제어방법{Apparatus for automatic control of coagulant dosing and method for automatic control of coagulant dosing using the same}

본 발명은 막여과 수처리 시설의 전처리시 응집효율을 향상시킬 수 있는 응집제 주입량 자동제어장치 및 이를 이용한 응집제 주입량 자동제어방법에 관한 것이다.

막여과 정수처리 공정은 혼화, 응집, 침전, 여과 등의 여러 가지 과정에 의해 단계적으로 실시되고 있다. 이 중 응집공정은 응집제를 투입하여 물속의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자까지도 덩어리 상태 즉, 플록(floc)상태로 응집하는 공정으로서, 정수 처리수의 수질양무를 판정하는 중요한 공정이라 할 수 있으며, 분리막의 오염을 최소화할 수 있는 전처리 방법 중 하나이다.

원수에는 다양한 오염물질이 존재하며, 특히 자연 유기물질(Natural Organic Matter, NOM)은 입자의 크기가 작아 분리막의 기공을 막는 비가역적(Irreversible) 오염을 유발하게 된다. 따라서 막여과시 전처리로서 혼화 및 응집 설비를 설치하고, 응집제를 주입하여 NOM 입자들을 서로 뭉치게하여 플록을 형성함으로써 입자의 크기를 분리막 공극보다 크게 하여 입자가 공극을 막는(Pore blocking) 것을 방지한다.

따라서, 적정양의 응집제가 주입되어야만 연속되는 공정인 침전, 여과지에서 충분한 오염물질 제거효과를 발휘할 수 있고, 만족시킬 수 있는 수질을 기대할 수 있다. 이러한 응집공정에서는 여러 종류의 응집제가 사용되며, 적정 응집제의 사용이 필수적이다. 필요량보다 적은 응집제의 사용시 오염물질의 충분한 응집이 이루어지지 않아 수질의 악화를 야기하게 되며, 많은 양의 응집제 사용시에는 응집은 이루어진다 하더라도 반응하고 남은 미반응의 응집제 자체가 새로운 오염원으로 존재하게 될 뿐만 아니라 과다한 비용의 발생이 이루어지게 된다. 미세입자들의 응집에 사용되는 응집제는 일 예로, 폴리염화알루미늄 용액(Poly Aluminum Chloride, PAC) 용액을 들 수 있으며, 응집제의 주입량은 다양한 조건에 영향을 받는다.

가장 일반적인 정수처리공법인 급속모래여과는 자-테스트(Jar-Test)를 통해 응집제 주입량을 결정하는데, 이는 급속모래여과 전단의 침전지에서 응집제에 의해 서로 뭉친 플록들이 바닥으로 잘 침강할 수 있도록 플록의 크기를 최대한 크게 하기 위한 응집제 주입량 결정방법이다. 그러나, 막여과 정수처리에서는 응집 플록의 크기를 분리막의 기공인 0.01 ~ 0.1㎛보다 크게 만들어서 분리막의 기공을 막지 않도록 하는데 목적이 있기 때문에, 자-테스트 방법에 의해 막여과 정수처리에서의 응집제 주입량을 결정하는 것은 바람직하지 못하다.

최근 막여과 정수처리에서 응집제 주입량을 결정하기 위한 다양한 방법이 적용되어 왔다. 일반적으로는 제타 전위(Zeta Potential) 및 유동전류의 측정을 통해 수중의 전하를 중화시키는 방법으로 응집제 주입량을 결정하고, 다년간의 원수 수질 데이터와 막여과 시설의 압력 변화 관계를 이용한 인공신경망 방식의 응집제 주입량 결정 방법도 적용되었다. 그러나, 제타 전위와 유동전류에 의한 응집제 주입량 결정은 수중의 전하를 중성으로만 맞춰주기 때문에 플록의 크기를 분리막의 기공보다 더 크게 만들지 못한다는 단점이 있으며, 인공신경망 방식은 많은 데이터가 필요하며 운영이 어렵고 복잡할 뿐 아니라 적용하기 위해 고비용이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 막간 차압(Trans Membrane Pressure; TMP)의 상승률이 최소가 되는 플록 크기를 결정하여 응집제 주입량을 자동으로 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 막여과 정수처리공정의 운전을 위한 혼화·응집 전처리 공정시 원수 탁도의 변화에 따라 TMP의 상승률이 최소가 되도록 응집제 주입량을 자동으로 결정하는 응집제 주입량 자동제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 이점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 자명해질 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 정수처리를 위한 응집제 주입량 자동제어장치로서,

외부로부터 유입되는 원수가 통과하도록 구성된 원수 유입 모듈;

상기 원수 유입 모듈의 내부를 관통하는 빛을 조사하는 광발생기;

상기 원수 유입 모듈의 관내에 원수가 흐르는 동안에 상기 광발생기에서 조사된 빛에 의한 투과광의 강도를 검출하는 검출기;

상기 검출기에서 측정된 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소를 전기적 신호로 변환하는 DC 측정기;

상기 투과광이 투과되는 원수 내의 플록 크기 변화에 해당하는 변동 요소를 전기적 신호로 변환하는 AC 측정기; 및

원수의 탁도가 변화하는 것에 의해 상기 DC 측정기에서 측정된 DC 전류값이 변화함에 따라 상기 AC 측정기에서 측정된 AC 전류값의 제곱 평균값(root mean square, RMS)을 보정하여 응집제 주입량을 결정하도록 프로그래밍된 PLC 제어 시스템을 포함하는 응집제 주입량 자동제어장치에 관한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은

원수 유입 모듈 내의 원수를 투과하는 투과광의 강도를 검출기에서 검출하는 단계(a);

상기 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소인 DC 전류값을 측정하고, 원수 내의 플록 크기의 변화에 해당하는 변동 요소인 AC 전류값을 측정하되, 분리막의 투과 유속을 측정하여 상기 투과 유속이 가장 큰 응집제 농도에서의 DC 전류값을 DC 초기 제어값으로 선정하고, AC 전류값의 제곱 평균값(root mean square, RMS)을 RMS 초기 제어값으로 선정하는 단계(b);

막 여과 시설의 막간 차압(TMP)의 변화를 분석하여 상기 TMP의 상승률이 사용자가 설정한 값 이하가 되도록 RMS 초기 제어값을 보정하는 단계(c); 및

보정된 RMS 제어값이 일정하게 유지되도록 응집제 주입량을 조절하되, 원수 탁도가 변화하는 것에 의해 DC 전류값이 변화하면, 변경된 DC 전류값에 대응되는 RMS 제어값으로 RMS값이 일정하게 유지되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 조절하는 단계(d)를 포함하는 응집제 주입량 자동제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 원수 유입 모듈 내의 원수를 투과하는 투과광의 평균 강도에 해당하는 DC 전류값과 응집 플록 크기의 상관관계를 도출하여 막간 차압 상승 속도(TMP)가 최소가 되도록 응집제의 주입량을 결정할 수 있다. 따라서, 혼화 응집 전처리 공정시 최적의 응집제 주입량을 자동으로 선정하고 제어할 수 있어 막간 차압 증가의 감소에 효과적이며, 유입 원수에 균일한 크기의 플록을 형성시켜 원수에 포함된 용존성 유기물 및 탁도물질을 효과적으로 제거하여 처리수의 안정적인 수질을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 응집플록크기 측정장치를 포함하는 응집제 주입량 자동제어장치의 개략적인 구성도이다.
도 2(a)는 응집 플록이 형성된 원수가 안정한 현탁액(stable suspension) 상태일 때의 원수 유입 모듈, 광발생기 및 검출기를 도시한 도면이다.
도 2(b)는 도 2(a)의 검출기에 의해 측정된 시간에 따른 DC 전류값 및 AC 전류값을 도시한 그래프이다.
도 3(a)는 응집 플록이 형성된 원수가 변동 현탁액(fluctuating suspension) 상태일 때의 원수 유입 모듈, 광발생기 및 검출기를 도시한 도면이다.
도 3(b)는 도 3(a)의 검출기에서 측정된 시간에 따른 DC 전류값 및 AC 전류값을 도시한 그래프이다.
도 4는 원수 내의 탁도가 증가함에 따라 RMS 전류값이 증가하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 5는 원수의 탁도에 따른 미세오염물질의 응집시와 미응집시의 RMS 전류값을 보여주는 그래프이다.
도 6은 원수의 탁도에 따른 미세오염물질의 응집시와 미응집시의 DC 전류값을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 의한 응집제 주입량을 결정하는 원리를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 실시예 1에 사용된 가압식 막여과 공정 구성을 도시한 개략도이다.
도 9는 실시예 1에 의한 RMS 전류값과 DC 전류값의 상관관계를 도시한 그래프이다.

이하에서 본 발명에 의한 응집제 주입량 자동제어장치 및 응집제 주입량 자동제어방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 응집플록크기 측정장치를 포함하는 응집제 주입량 자동제어장치의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 응집제 주입량 자동제어장치는 외부로부터 유입되는 원수(10)가 통과하도록 구성된 원수 유입 모듈(110); 상기 원수 유입 모듈(110)의 내부를 관통하는 빛을 조사하는 광발생기(120); 상기 원수 유입 모듈(110)의 관내에 원수(10)가 흐르는 동안에 상기 광발생기(120)에서 조사된 빛이 원수 유입 모듈(110)을 관통하여 발생하는 투과광의 강도를 검출하는 검출기(130); 상기 검출기(130)에서 측정된 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소를 전기적 신호로 변환하는 DC 측정기(140); 상기 투과광이 투과되는 원수(10) 내의 플록 입자들(11)의 크기 변화에 해당하는 변동 요소를 전기적 신호로 변환하는 AC 측정기(150); 및

상기 DC 측정기(140)에서 측정된 DC 전류값의 변화에 따라 상기 AC 측정기(150)에서 측정된 AC 전류값의 제곱 평균값(root mean square, RMS)을 보정하여 응집제 주입량을 자동으로 결정하도록 프로그래밍된 PLC 자동제어 시스템(160)을 포함한다. 상기 원수 유입 모듈(110), 광발생기(120), 검출기(130), DC 측정기(140) 및 AC 측정기(150)는 응집플록크기 측정장치(100)를 구성한다.

본 발명에 의한 응집제 주입량 자동제어장치는 용액이 원수 유입 모듈(110) 내부를 흐르는 동안에 원수 탁도에 따라 원수(10)를 통과하는 투과광의 세기가 평균값을 중심으로 변화하는 것을 이용한다. 원수 유입 모듈(110)은 응집제에 의해 플록화된 원수가 유입되는 곳으로서, 응집공정의 후방부에 연결된다. 응집공정시 사용되는 알루미늄계통의 응집제로는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 폴리염화수산화알루미늄 등이 있고, 철계통의 응집제로는 폴리황산철 및 염화철 등이 있다. (-) 전하를 띄고 있는 수중의 탁질물질, 용존된 유기 물질들이 서로간의 반발력에 의하여 수중에서 안정된 상태로 존재할 때 (+) 전하를 띄고 있는 응집제의 주입에 의하여 불안정화된 상태가 되어 입자들간의 플록을 형성시키며 이에 의해 용존된 유기물과 탁질물질의 제거율이 높아진다.

상기 광발생기(120)에는 전류가 흐를 수 있는 전원 장치(121)가 연결되어 있어, 이로부터 원수 유입 모듈(110) 내부를 수평으로 관통하는 빛이 조사된다. 본 발명의 일 구현예에 의하면 상기 광발생기(120)로서 발광 다이오드(LED)가 사용될 수 있다. 미세오염물질 및 응집제가 혼입된 원수(10)를 투과한 빛의 강도는 검출기(130)에서 검출된다.

한편, 검출기(130)에는 DC 측정기(140)가 연결되어 검출기(130)에서 측정된 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소(steady component)를 전기적 신호로 바꾼 DC 전류값이 측정된다. 검출기(130)와 DC 측정기(140) 사이에는 검출기(130)에서 검출된 전류값을 증폭시키는 DC 증폭기(141)와 노이즈(noise) 신호를 제거하는 DC 필터(142)가 직렬로 연결된다.

도 2(a)는 응집 플록이 형성된 원수(10)가 안정한 현탁액(stable suspension) 상태일 때의 원수 유입 모듈(110), 광발생기(120) 및 검출기(130)를 도시한 도면이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 검출기(130)에 의해 측정된 시간에 따른 DC 전류값 및 AC 전류값을 도시한 그래프이다. 도 2(b)를 참조하면, 탁도가 일정한 경우 투과광의 강도에 해당하는 DC 전류값은 일정한 것을 알 수 있다.

상기 DC 전류값은 미세오염물질입자가 혼입된 원수의 탁도와 관계되는데, 탁도가 높을수록 원수를 투과한 빛의 평균 강도에 해당하는 고정 요소인 DC 전류값은 감소한다.

한편, 유입수가 원수 유입 모듈(110) 내부를 통과할 때 현탁액 내의 플록 크기는 시간이 경과함에 따라서 국부적으로 변화한다. 이러한 변동 요소(fluctuating component)를 AC 측정기(150)로 측정하여 AC 전류값으로 나타내고, AC 전류값의 평균에 대한 표준 편차를 평균 AC값의 실효치인 RMS 전류값으로 나타낸다. 검출기(130)와 AC 측정기(150) 사이에는 검출기(130)에서 검출된 전류값을 증폭시키는 AC 증폭기(151)와 노이즈 신호를 제거하는 AC 필터(152)가 직렬로 연결된다.

도 3(a)는 응집 플록이 형성된 원수(10)가 변동 현탁액(fluctuating suspension) 상태일 때의 원수 유입 모듈(110), 광발생기(120) 및 검출기(130)를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 도 3(a)의 검출기(130)에서 측정된 시간에 따른 DC 전류값 및 AC 전류값을 도시한 그래프이다. 도 3(b)를 참조하면, 탁도가 일정한 경우에도 AC 전류값은 변동 폭이 크다는 것을 알 수 있다.

AC 측정기(150)에서 측정된 AC 전류값의 제곱 평균값(root mean square, RMS)은 응집 플록의 크기(size)에 대응되는데, RMS 전류값과 응집 플록 크기는 양(+)의 상관관계를 가진다. 도 4는 원수 내의 탁도가 증가함에 따라 RMS 전류값이 증가하는 것을 보여주는 그래프이다. RMS 전류값과 응집 플록 크기는 양(+)의 상관관계를 가지는바 도 4를 참조하면, 탁도가 증가함에 따라 응집 플록의 크기도 증가함을 알 수 있다.

도 5는 원수의 탁도에 따른 미세오염물질의 응집시와 미응집시의 RMS 값을 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면 플록의 미응집시와 응집시 RMS 전류값은 큰 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 특성으로 인하여 특정 RMS 전류값을 적용하여 응집제 주입량을 제어하는 경우 문제가 발생한다. 예를 들면, 기존의 급속모래여과 방식에 적용된 응집플록크기 측정장치는 특정 RMS 제어값을 결정한 후 응집플록의 크기가 특정 RMS 제어값에 대응되도록 응집제의 양을 제어한다. 일반적으로 원수 탁도가 증가함에 따라 응집제 주입량도 함께 증가시켜야하는데, 이와 같이 특정 RMS 제어값으로 맞춰지도록 응집제 주입량을 제어하는 경우에는 원수의 탁도가 증가하여 특정 RMS 제어값 이상으로 RMS 전류값이 상승할 경우 응집제가 더 많이 주입되어야 함에도 불구하고 오히려 특정 RMS 제어값으로 맞추려면 RMS 전류값을 낮추어야 하기 때문에 응집제를 주입하지 않게 되어 응집제 주입량을 정확하게 제어할 수 없고 공정 운전이 어려워진다.

이에, 본 발명의 발명자들은 실제 원수의 수질과 크게 차이가 나지 않는 고정 요소인 DC 전류값에 따라서 응집 플록 크기의 값, 즉 RMS 제어값을 달리 설정하는 방식에 의해 응집제 주입량을 제어함으로써 수처리 효율을 향상시킬 수 있음을 발견하였다.

도 6은 원수의 탁도에 따른 미세오염물질의 응집시와 미응집시의 DC 전류값을 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, DC 전류값은 탁도가 증가함에 따라 감소하는 음의 상관관계를 가진다. 또한, 동일한 탁도에서 미세오염물질 입자의 미응집시와 응집시 DC 전류값은 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 본 발명은 상기와 같은 원리에 따라 원수의 탁도 변화에 따른 RMS 제어값을 보정하기 위하여 응집제 주입량 자동제어장치의 DC 측정기(140)에서 측정되는 DC 전류값을 이용하였다. 또한, DC 측정기(140) 및 AC 측정기(150)에는 PLC 자동제어 시스템(160)이 연결되어 있어 DC 제어값이 변화함에 따라 AC 제어값의 평균에 대한 표준 편차에 해당하는 RMS 제어값이 자동으로 보정되도록 프로그래밍한다. 일단 RMS 제어값을 선정하여 막여과 정수처리공정의 운전이 시작되면, 상기 PLC 자동제어 시스템(160)에 의해 응집수의 RMS 전류값이 RMS 제어값으로 항상 일정하게 유지되도록 응집제 주입량이 자동으로 조절된다.

이하, DC 초기 제어값 및 RMS 초기 제어값을 선정하고 초기 RMS 제어값을 보정하여 응집제 주입량을 자동으로 조절하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 구현예에 의한 응집제 주입량을 결정하는 원리를 나타내는 흐름도이다. 도 7을 참조하여 DC 전류값의 변화에 따라 RMS 제어값이 자동으로 보정되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 결정하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 응집제가 투입된 원수 유입 모듈(110)의 탁도를 탁도계(미도시)를 통하여 측정한다(S1).

다음, 원수 유입 모듈(110) 내의 원수(10)를 투과하는 투과광의 강도를 검출기(130)에서 검출하고, 이어서 상기 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소를 DC 측정기(140)를 이용하여 전기적 신호로 변환하여 DC 전류값을 계산하고, 원수 내의 플록 크기의 변화에 해당하는 변동 요소를 AC 측정기(150)를 이용하여 전기적 신호로 변환하여 AC 전류값을 계산한다. 초기 제어값을 설정하기 위해, 별도의 미니모듈을 사용하여 분리막을 통과하는 투과 유속을 측정하여 투과유속이 가장 큰 응집제 농도에서의 DC 전류값 및 RMS 전류값을 각각 초기 DC 제어값 및 초기 RMS 제어값으로 선정한다(S2).

다음, 응집제의 주입량을 변화시키면서 원수 유입 모듈에 연결된 막 여과 시설의 막간 차압(TMP)의 상승률(dTMP/dt)을 분석한다(S3). 정수처리 시스템에서는 막오염의 중요한 지표로 이용되는 TMP의 증가를 감소시키는 것이 매우 중요하다. 따라서, 상기 TMP의 상승률이 최소가 되는 응집제 주입량을 선정하기 위해 차압 변화를 분석하여 초기 RMS 제어값을 보정한다(S4). TMP 상승률(dTMP/dt)이 사용자가 설정한 값(X)을 초과하면 응집제 주입량을 증가시키기 위해서 RMS 제어값을 미리 사용자가 설정한 값(n) 만큼 증가시킨다. 이후 TMP 상승률을 관찰하여 X값을 초과하는 경우 RMS 전류값을 n 만큼 증가시켜 TMP 상승률이 X값 이하가 될때까지 반복하여 RMS 제어값을 보정한다. 또한, 주기적으로 RMS 제어값을 초기 RMS 제어값으로 되돌려 TMP 상승률을 관찰하며, 이때 TMP 상승률이 X값을 초과하는 경우 상술한 RMS 제어값 보정 과정을 반복하고, X값 미만인 경우 반대로 RMS 전류값을 TMP 상승률이 X값을 초과하지 않을 때까지 전류값을 n 만큼씩 감소시키는 과정을 반복하여 초기 제어값을 보정한다.

이와 같이 변경된 RMS 제어값에 대응되는 응집제 주입량이 PLC 자동제어 시스템(160)에서 자동으로 결정된다. 상술한 TMP 상승률이 최소가 되도록 RMS 제어값을 보정하는 과정은 막여과 정수처리 시스템이 운전되는 동안 주기적으로 반복되며, 보정주기는 별도의 설정이 가능하지만 매 여과주기인 15~35분 간격으로 보정하는 것이 바람직하다.

일단, RMS 제어값이 보정되면, 보정된 RMS 제어값이 일정하게 유지되도록 응집제 주입량이 PLC 자동제어 시스템(160)에 의해 자동으로 조절된다(S5). 즉, DC측정기(140)와 AC 측정기(150)에 연결된 PLC 자동제어 시스템(160)을 이용하여 DC 전류값의 변화에 따라 RMS 전류값이 RMS 제어값으로 일정하게 유지되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 조절한다. DC 전류값 및 이에 따른 RMS 제어값이 일정하게 유지되면 응집제 주입량은 변동이 없는 것으로 해석된다(S5). 이와 같이 보정된 RMS 제어값이 일정하게 유지되도록 응집제 주입량을 조절하되, 원수 탁도가 변화하는 것에 의해 DC 전류값이 변화하면, 변경된 DC 전류값에 대응되는 RMS 제어값으로 자동으로 변경되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 자동으로 제어한다.

한편, DC 전류값 및 RMS 전류값이 보정되어 업데이트되면 보정된 값들을 데이터로 축적하여 탁도에 따른 RMS 전류값 및 DC 전류값의 상관관계를 도출할 수 있다(A).

본 발명에 의한 응집제 주입량 제어방법에 의하면, 원수의 수질과 직접 관계된 DC 전류값의 변화에 따라 RMS 제어값이 자동으로 변경되고 보정되도록 프로그래밍되어 응집제 주입량을 결정하기 때문에 응집제 주입량을 정확하게 제어할 수 있어 수처리 효율을 증대시킬 수 있다. 본 발명에 의한 응집제 주입량 제어방법 및 장치는 가압식 막여과 정수처리공정에 한정되는 것이 아니라 모든 막여과 정수처리공정에 적용이 가능하다.

이하에서는 본 발명에 의한 응집제 주입량 제어방법을 이용한 가압식 막여과 정수처리 공정에 대하여 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적일 뿐 본 발명의 보호범위가 이에 제한되어 해석되어서는 아니된다.

실시예 1: 가압식 막여과 정수처리 공정

도 8은 실시예 1에 사용된 가압식 막여과 공정 구성을 도시한 개략도이다. 도 8을 참조하면, 가압식 막여과 공정은 오토스트레이너(1), 혼화조 또는 인라인믹서(2), 응집조(3) 및 가압식 막여과 모듈(4)로 구성된다. 상기 응집조에 응집플럭크기 측정장치(100)가 연결되고 응집플럭크기 측정장치(100)를 제어하는 PLC 자동제어 시스템(160)이 연결된다.

초기 DC 제어값과 RMS 제어값을 설정하기 위해, 별도의 미니 모듈을 이용하여 가압식막(4)을 투과시켜 투과 유속을 측정하였으며, 이때 폴리염화알루미늄 용액 응집제는 각각 4, 8, 12, 20, 25ppm이 되도록 주입하였다. 투과 유속이 가장 큰 응집제 농도에서의 RMS 전류값과 DC 전류값을 각각 제어값으로 선정하여 가압식 막여과 정수처리공정의 운전을 시작하였다.

가압식 막여과 정수처리시설을 이용한 수처리(하수, 폐수) 시설은 원수를 취수한 후, 도 8에 도시된 바와 같이 오토스트레이너(1)를 통해 크기가 큰 협잡물을 제거한 후 혼화조 또는 인라인믹서(2)를 통해 원수에 응집제를 주입한 후 신속하게 교반하여 혼합시켰다. 이 과정에서는 외부로부터 응집제를 주입하여 응집과정을 거치게 되는데, 폴리염화알루미늄 용액 응집제 농도는 미니모듈을 이용한 투과유속 실험에서 투과유속이 가장 클 때의 응집제 농도로 결정하여 주입하였다.

막여과 정수처리공정 운전 초기에는 가압식막(4)의 막간 차압(TMP)의 변화(dTMP/dt)를 관찰하여 TMP가 사용자가 설정한 값(X)을 초과하면 응집제 주입량을 증가시키기 위해서 RMS 제어값을 미리 사용자가 설정한 값(n) 만큼 증가시킨다. 이후 TMP 상승률을 관찰하여 X값을 초과하는 경우 RMS 제어값을 n 만큼 증가시켜 TMP 상승률이 X값 이하가 될때까지 반복하여 RMS 제어값을 보정하였다. 또한 매 24시간마다 RMS 제어값을 초기 제어값으로 되돌려 TMP 상승률을 관찰하며, 이때 TMP 상승률이 X값을 초과하는 경우 상술한 RMS 제어값 보정 과정을 반복하고, X값 미만인 경우 TMP 상승률이 X값 이하로 유지될 때까지 RMS 제어값을 n만큼 감소시키는 과정을 반복하였다. 이와 같이 보정된 RMS 제어값을 선정하여 막여과 정수처리공정이 진행되면, PLC 자동제어 시스템(160)에 의해 응집수의 RMS 전류값이 일정하게 유지되도록 응집제 주입량을 조절하였다. 또한, 원수 탁도에 따라 DC 전류값이 변하면, 이에 따라 RMS 제어값이 자동으로 바뀌도록 PLC 자동제어 시스템(160)에서 프로그래밍하여 운전을 실시하였다.

이와 같이 실시된 원수 탁도에 따른 DC 전류값 및 이에 따른 RMS 제어값을 하기 <표 1>에 나타내었다. 또한, RMS 제어값과 DC 전류값의 상관관계를 도 9에 그래프로서 도시하였다.

탁도(NTU)	RMS(mV)	DC(V)
5	0.12	4.99
10	0.21	4.99
15	0.25	4.99
20	0.27	4.97
50	0.49	4.83
100	0.83	4.81
160	1.71	4.55
500	1.88	4.15

<표 1>에 의한 RMS 제어값을 이용하여 운전한 결과, 막여과 정수처리공정의 TMP 상승을 최소화할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

1: 오토스트레이너 2: 혼화조
3: 응집조 4: 가압식 막여과 모듈
10: 원수 11: 플록 입자들
31: 펌프 100: 응집플록크기 측정장치
110: 원수 유입 모듈 120: 광발생기
130: 검출기 140: DC 측정기
141: DC 증폭기 142: DC 필터
150: AC 측정기 151: AC 증폭기
152: AC 필터 160: PLC 자동제어 시스템

Claims (10)

1. 원수 유입 모듈 내의 원수를 투과하는 투과광의 강도를 검출기에서 검출하는 단계(a);
   상기 투과광의 평균 강도에 해당하는 고정 요소인 DC 전류값을 측정하고, 원수 내의 플록 크기의 변화에 해당하는 변동 요소인 AC 전류값을 측정하되, 분리막의 투과 유속을 측정하여 상기 투과 유속이 가장 큰 응집제 농도에서의 DC 전류값을 DC 초기 제어값으로 선정하고, AC 전류값의 제곱 평균값(root mean square, RMS)을 RMS 초기 제어값으로 선정하는 단계(b);
   막 여과 시설의 막간 차압(TMP)의 변화를 분석하여 상기 TMP의 상승률이 사용자가 설정한 값(X) 이하가 되도록 RMS 초기 제어값을 보정하는 단계(c); 및
   보정된 RMS 제어값이 일정하게 유지되도록 응집제 주입량을 조절하되, 원수 탁도가 변화하는 것에 의해 DC 전류값이 변화하면, 변경된 DC 전류값에 대응되는 RMS 제어값으로 RMS 전류값이 일정하게 유지되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 조절하는 단계(d)를 포함하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 RMS 초기 제어값을 보정하는 단계(c)는 TMP가 사용자가 설정한 값(X)을 초과하면 응집제 주입량을 증가시키기 위해서 RMS 제어값을 사용자가 설정한 값(n) 만큼 증가시키는 단계; 및 TMP 상승률을 주기적으로 관찰하여 X값을 초과하는 경우 RMS 제어값을 n 만큼 증가시켜 TMP 상승률이 X값 이하가 될때까지 반복하여 RMS 초기 제어값을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 RMS 초기 제어값을 보정하는 단계(c)이후에 RMS 전류값을 RMS 초기 제어값으로 되돌려 TMP 상승률을 관찰하되, TMP 상승률이 X값을 초과하는 경우 RMS 제어값을 n 만큼 증가시켜 RMS 초기 제어값을 보정하는 과정을 반복하고, TMP 상승률이 X값 미만인 경우 TMP 상승률이 X값을 초과하지 않을 때까지 RMS 제어값을 n 만큼 감소시키는 과정을 반복하여 RMS 초기 제어값을 보정하는 것을 특징으로 하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 단계(c)에 의한 RMS 초기 제어값을 보정하는 과정은 막여과 정수처리 시스템이 운전되는 동안 주기적으로 반복되며, 보정주기는 15~35분 간격인 것을 특징으로 하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 단계(d)는 DC측정기와 AC 측정기에 연결된 PLC 제어 시스템을 이용하여 DC 전류값이 변화함에 따라 RMS 전류값이 RMS 제어값으로 일정하게 유지되도록 프로그래밍하여 응집제 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 단계(d) 이후에 상기 DC 전류값 및 RMS 제어값이 보정되어 업데이트되면 보정된 DC 전류값 및 RMS 제어값들을 데이터로 축적하여 탁도에 따른 RMS 제어값 및 DC 전류값의 상관관계를 도출하는 단계를 추가로 포함하는 응집제 주입량 자동제어방법.
   
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