KR101556255B1 - 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 염화나트륨 수용액 및 차아염소산나트륨 수용액에 의하여 수처리용 분리막의 표면에 발생될 수 있는 막오염을 자동적으로 제어가능하도록 세정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법{A SYSTEM AND A METHOD FOR CLEANING MEMBRANE FOR WATER TREATMENT}
본 발명은 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 염화나트륨 수용액 및 차아염소산나트륨 수용액에 의하여 수처리용 분리막의 표면에 발생될 수 있는 막오염을 자동적으로 제어가능하도록 세정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수처리 장치에는 원수 중에 포함된 다양한 이물질, 예를 들어, 중금속을 비롯한 금속 이온이나, 유기물질 등과 같은 다양한 현탁 물질, 조류나 미생물, 고분자물질 등의 이물질을 제거하기 위한 분리막을 채용하고 있으며, 용액와 용질을 분리하는 멤브레인을 사용하는 막여과(Membrane Filtration)가 널리 사용되고 있다.
막여과 방식은 원통용기 속에 분리막(membrane)을 넣어 모듈화하고 지상에 설치하여 펌프로 압력을 가하여 여과하는 방식을 취하는 가압식과 분리막을 용기 내에 설치하지 않고 일정한 개수의 막을 묶어서 일체화하여 모듈을 형성하며 수중에 침적시킨 후 펌프로 흡입하여 여과하는 방식인 침지식으로 구분된다.
한편, 분리막에 대한 세척 방식은 물리적 방법과 화학적 방법으로 구분되는데, 물리적 방법은 물 또는 공기를 이용한 역세척과 스크러빙에 의한 것이고 화학적 방법은 화학약품을 사용하여 막오염을 제거하는 약품 세정(CIP; Chemical Cleaning In Place), CIP의 주기를 연장시키기 위하여 수행되는 유지 세정(CEB; Chemically Enhanced Backwash)이 있다. 화학적 방법에 사용되는 화학 약품은 막오염 물질의 종류에 따라 다소 차이가 있으나, 일반적으로 가성소다(NaOH)와 같은 염기, 차아염소산나트륨(NaOCl)과 같은 산화제, 황산 또는 구연산 등의 산이 사용된다.
다시, 막여과 방식 중 가압식에 대한 막여과 공정의 경우, 원수에 조류가 유입됨에 따라 조류에 의한 막오염이 발생할 수 있으며, 이와 함께 점성이 높은 생물막에 의한 오염도 발생할 수 있는데, 이러한 막오염의 경우 생산수량을 급격히 감소시키기 때문에 막오염을 제어하기 위한 화학약품의 사용량과 빈도수가 증가하게 된다. 구체적으로, 막오염을 제어하기 위한 산성, 염기성의 화학약품을 사용하고 pH 중화 과정을 거쳐 방류하는 경우에 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid), 구연산(citric acid), 옥살산(oxalic acid) 등은 독성과 수계 방류시에 유기 부하를 유발하기 때문에 부가적인 처리공정이 수반되어야 한다.
이처럼, 화학약품의 사용량과 빈도수가 증가한다면 화학약품에 대한 부수적인 처리 공정이 수반되어야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라 이에 따른 운영비용이 증가하는 문제점이 있다.
종래 기술 중 하나로서 한국공개특허공보 제10-2013-0033037호는 화학 약품을 사용하지 않고 분리막에 의해 생산된 생산수를 이용하여 분리막에 축적된 각종 이물질을 역세정하기 위한 수처리막용 분리막 모듈의 세정 시스템을 개시하고 있다. 본 특허문헌에 의하면 원수 중의 이물질을 제거하는 분리막 모듈, 상기 분리막 모듈을 통해 이물질이 제거된 생산수를 저장하는 생산수 저장조를 포함하고 있는 수처리 장치에서, 상기 분리막 모둘에 의해 원수 중의 이물질이 제거된 생산수를 알칼리 전해수와 산성 전해수로 전기분해하는 전해수 생성기, 상기 전해수 생성기에서 전기분해된 알칼리 전해수와 산성 전해수를 각각 분리 저장하는 전해수 저장조, 상기 전해수 저장조에 각각 저장된 알칼리 전해수와 산성 전해수를 상기 분리막 모듈로 공급하기 위한 전해수 공급유닛을 포함하는 수처리 장치를 개시하고 있다.
그러나 본 특허문헌에 의하면, 화학물질에 의하지 않고 분리막에 의해 생산된 생산수를 이용하여 분리막의 이물질을 세정할 수 있지만, 물리적인 세정 방식인 역세정만이 가능하며 다른 세정 방식이 가능하지 않고 전기분해 이후에 pH에 따라 산성 전해수와 알칼리 전해수를 별도로 구분하여 처리하여야 한다는 한계점이 존재한다.
한국 공개특허공보 제10-2013-0033037호
본 발명은 분리막 모듈에서 역세정, CIP 세정, 또는 유지 세정 중 선택적으로 세정가능하면서도 화학약품의 사용을 최소화하도록 염화나트륨(NaCl)의 주입에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 미생물의 용균을 방지하여 친환경적이고 효율적으로 막오염을 제어할 수 있는 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
궁극적으로, 본 발명은 생물막오염, 유기막오염을 제어하기 위하여 염화나트륨(NaCl)을 주입하여 분리막 표면에 발생될 수 있는 막오염을 제어할 수 있는 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 제1 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템은, 막모듈(1000)에서 막여과 처리된 처리수를 저장하고, 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 공급하는 처리수조(100); 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨 용액조(300)로 염화나트륨을 공급하기 위하여 염화나트륨을 저장하는 염화나트륨 저장조(200); 상기 처리수조(100)로부터 공급받은 상기 처리수와 상기 염화나트륨 저장조(200)로부터 공급받은 상기 염화나트륨이 혼합된 염화나트륨 수용액을 저장하는 염화나트륨 용액조(300); 상기 염화나트륨 용액조(300)에서의 염화나트륨의 용해도가 제1 TDS(Total Dissolved Solid; 총용존고형물) 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하면, 염화나트륨 수용액을 전기분해함으로써 차아염소산나트륨 수용액을 생성하는 차아염소산나트륨 발생장치(400); 상기 차아염소산나트륨 발생장치(400)에서 생성된 상기 차아염소산나트륨 수용액을 저장하고, 차아염소산나트륨의 용해도가 제2 범위에 도달하였는지 여부 및 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 차아염소산나트륨 저장조(500); 상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 제공된 염화나트륨 수용액 또는 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 제공된 차아염소산나트륨 수용액 중 적어도 하나를, 상기 처리수조(100)로부터 이송된 처리수와 혼합하여 저장하는 CIP 수조(600); 착수정으로부터 인입된 원수를 저장하는 원수조(700); 및 상기 원수조(700)로부터 원수를 공급받으며, 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 하나를 수행함으로써 세정가능하도록 복수 개의 막으로 구성되는 막모듈(1000)을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템은, 상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 염화나트륨 수용액을 공급받고 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 공급받아 교반하기 위한 인라인 믹서(800)를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템은, 상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 인라인 믹서(800)에 염화나트륨 수용액을 이송시키기 위한 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380); 상기 막모듈(1000)에서 상기 CIP 세정이 수행되는 경우, 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 CIP 수조(600)에 이송시키고, 상기 막모듈(1000)에서 상기 역세정이나 상기 유지 세정이 수행되는 경우, 상기 차아염소산나트륨을 인라인 믹서(800)에 이송시키기 위한 차아염소산나트륨 공급 펌프(560); 상기 CIP 수조(600)에 저장된 화학세정용액을 막모듈로 이송하고, 상기 화학세정용액을 순환시키기 위한 CIP 펌프(610); 상기 처리수조에 저장된 막여과 처리수를 막모듈(1000)로 주입시키기 위한 역세정펌프(110); 및 상기 원수조(700) 내에 저장된 처리수를 막모듈(1000)로 유입시켜 여과공정이 수행되도록 하기 위한 원수펌프(710)를 더 포함할 수 있다.
또다른 실시예로서, 상기 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템은, 분리막 세정을 위해 필요한 인자를 설정하며 상기 설정된 인자에 기반하여 분리막 세정을 제어하기 위한 제어장치(900)를 더 포함할 수 있는데, 상기 제어장치(900)는 처리수공급 펌프(130)의 작동 상태를 감지하는 처리수 공급 펌프 연동부(91); 염화나트륨 공급 펌프(230)의 작동 상태를 감지하는 염화나트륨 공급 펌프 연동부(92); 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380)의 작동 상태를 감지하는 염화나트륨 수용액 공급 펌프 연동부(93); 차아염소산나트륨 공급 펌프(560)의 작동 상태를 감지하는 차아염소산나트륨 공급 펌프 연동부(94); 염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨 수용액의 수위를 감지하기 위한 염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95); 염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨의 TDS를 감지하기 위한 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96); 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨 수용액의 수위를 감지하기 위한 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부(97); 및 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨의 농도를 감지하기 위한 잔류염소 측정기 연동부(98)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 제2 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 방법이 개시된다. 상기 수처리용 분리막을 세정하기 위한 방법은, 처리수조(100)로부터 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 염화나트륨 용액조(300)에 공급하는 단계; 염화나트륨 저장조(200)로부터 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨을 상기 염화나트륨 용액조(300)에 공급하는 단계; 상기 염화나트륨 용액조(300)에 마련된 TDS 측정기 및 수위계에 의하여, 염화나트륨 용해도가 제1 TDS 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 단계; 상기 염화나트륨 용액조(300)에서 상기 제1 TDS 범위 및 상기 제1 수위에 도달한 것으로 감지되면, 염화나트륨을 전기분해함으로써 차아염소산나트륨 수용액을 생성하여 차아염소산나트륨 저장조(500)에 저장하는 단계; 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)에 마련된 잔류염소 측정기 및 수위계에 의하여, 차아염소산나트륨 용해도가 제2 범위에 도달하고 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 단계; 및 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 상기 제2 범위 및 상기 제 2 수위에 도달한 것으로 감지되면, 차아염소산나트륨 수용액의 생성을 중단하고 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 하나를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법에 의하면, 분리막 모듈에서 역세정, CIP 세정, 또는 유지 세정 중 선택적으로 세정가능하면서도 화학약품의 사용을 최소화함으로써, 미생물의 용균을 방지하여 친환경적이고 효율적으로 막오염을 제어할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법에 의하면, 막오염을 방지하고 이를 제어하기 위하여 화학약품을 최소화하거나 이를 사용하지 않고 세정할 수 있는 분리막 세정 공정이 구현될 수 있으며, 원수나 분리막의 특성, 적용대상, 지역 등 다양한 인자를 고려하여 능동적인 세정 기술을 통해 높은 세정효율을 확보할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법에 의하면, 처리수의 높은 회수율과 상기 시스템의 높은 가동율을 통해 경제성을 확보하고 환경오염 유발가능성을 최소화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명에 의한 효과가 전술된 사항에 제한되지 아니하고 폭넓게 인정될 수 있음을 인지할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템을 구성하는 제어장치의 예시적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템의 전체에 대한 예시적인 실시예이다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는, 본 발명의 예시적인 양상을 도시한 도면을 참조로, 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템 및 방법이 상세히 설명된다. 이러한 본 발명의 실시 양상, 형태 및/또는 태양은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 특허청구범위에 의해 정의되는 특징, 단계, 구성으로부터 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 특허출원 명세서에서 설명된 임의의 특징, 단계, 구성 및 이들의 조합은 단지 예시적인 것일 뿐, 기술된 임의의 특징, 단계, 구성 및 이들의 조합만으로 한정되는 것은 아님에 유의한다.
본원에서 본 발명을 설명함에 있어, 본 발명의 공지기술과 관련된 구체적인 설명에 의하여 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 가능성이 있다고 판단되는 경우에 그에 관한 설명은 생략될 것이다.
본원에서 사용된 "예시적인"이라는 용어는, '일 예시, 하나의 경우, 또는 실례로서 제공되는 것'을 의미하며, "예시적인" 양상이 다른 양상들에 비하여 바람직하거나 유리한 것으로 제한되어 해석되어서는 아니될 것이다. 한편, 본원에서 "구비하다" 또는 "포함하다"라는 용어는 해당 특징, 부재, 구성요소가 존재하는 것을 의미하지만, 해당 특징, 부재, 구성요소 나아가 이들의 조합의 존재가 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야만 할 것이다.
한편, 본원에서 "제 1", "제 2" 등의 용어는 다양한 특징, 부재, 구성요소를 설명하기 위해 사용되는데, 이러한 특징, 부재, 구성요소가 상기 용어에 의해 한정되어서는 아니된다. 다시 말해, 상기 용어는 하나의 특징 등을 다른 특징 등으로부터 구별짓기 위한 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 아니하는 범주 내에서는 제 1 구성요소가 제 2 구성요소로도 지칭될 수 있을 것이며, 마찬가지로 제 2 구성요소 또한 제 1 구성요소로 지칭될 수 있다.
본 발명의 목적, 특징이 첨부된 도면을 참고로 설명되는 과정에서 가능한한 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소에 대해 동일한 부호가 사용되며, 도면에 도시된 선의 두께나 구성요소의 크기 중 일부는 설명의 명확성을 위하여 과장되어 도시될 수도 있다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명이 구현되는 기능이나 목적을 고려하여 정의된 것으로, 이는 사용자, 관리자의 의도나 관례, 관습에 따라 달라질 수 있기 때문에, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 기술된 내용을 기반으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 처리수조(100)는 막모듈(1000; 도 1에 도시되지 않음)에서 막여과 처리된 처리수를 저장하고(제1 기능), 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 공급하는데(제2 기능), 본 도면에서는 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 펌핑 압력에 의해 처리수조(100)로부터 염화나트륨 용액조(300)로 공급하는 과정부터 개시되는 제2 기능을 중심으로 설명하며, 제1 및 제2 기능을 모두 고려하는 실시예는 도 3에서 다시 기술된다.
처리 수조(100)로부터 염화나트륨 용액조(300)로 처리수가 이송되는 것과 실질적으로 동시에, 염화나트륨 저장조(200)로부터 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨 용액조(300)로 염화나트륨을 이송함으로써, 염화나트륨 저장조(200)에서는 처리수와 염화나트륨이 혼합되어 염화나트륨 수용액이 형성되면서 저장된다.
염화나트륨 저장조(200)는 염화나트륨의 용해도를 측정하기 위한 TDS 측정기와 염화나트륨 저장조(200)의 수위를 계측하기 위한 수위계를 구비할 수 있다. TDS 측정기와 수위계는 염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨의 용해도와 염화나트륨 수용액의 수위를 측정하여, 용해도가 제1 TDS 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하면, 차아염소산나트륨 발생장치(400)는 염화나트륨 수용액을 전기적인 신호에 따라 전기분해함으로써 차아염소산나트륨(NaOCl) 수용액을 생성하게 된다. 예를 들어, 제1 TDS 범위의 임계치는 10만 ppm(parts per million)일 수 있고, 제1 수위의 임계치는 염화나트륨 저장조(200)의 허용가능용량에 따라 달라질 수 있다.
차아염소산나트륨 발생장치(400)는 예컨대, 전기적인 신호를 흐르는 장방형의 하나 이상의 양극 및 하나 이상의 음극으로 구성되는 전극실을 구비하고, 수소가스를 배출하는 관통공이 형성된 구조일 수 있으며, 임의의 구조에서 내부 유동로를 구비하여 전극실 내에서 이격된 전극 간 구조에 의하여 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액이 생성될 수 있다.
이렇게 생성된 차아염소산나트륨 수용액은 차아염소산나트륨 저장조(500)에 저장되며, 차아염소산나트륨 저장조(500)는 염화나트륨 저장조(200)과 유사하게, 잔류염소측정기 및 수위계를 구비할 수 있다. 잔류염소측정기는 차아염소산나트륨 저장조(500) 내의 차아염소산나트륨의 농도를 측정할 수 있고 수위계는 차아염소산나트륨 저장조(500)의 허용가능용량에 따라 차아염소산나트륨 수용액의 수위를 계측할 수 있다.
차아염소산나트륨 저장조(500)에서 측정된 차아염소산나트륨의 농도가 제2 범위에 도달하고 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달한 것으로 감지되면, 차아염소산나트륨 발생장치(400)에 의한 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액 생성을 정지하고 제어장치(900)에 설정된 사양에 따라 막모듈(도 1에서 도시되지 않음)에 대해 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 임의의 일 방식에 따른 세정을 수행할 수 있다.
염화나트륨 수용액 공급 펌프(380)는 염화나트륨 용액조(300)로부터 인라인 믹서(800)에 염화나트륨 수용액을 이송하며, 차아염소산나트륨 공급 펌프(560)는 (i) 막모듈에서 CIP 세정이 수행되는 경우, 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 CIP 수조(도 1에서 도시되지 않음)에 이송하고, (ii) 막모듈에서 역세정 또는 유지 세정이 수행되는 경우, 차아염소산나트륨을 인라인 믹서에 이송한다. 이에 관한 상세한 설명은 도 3을 참조로 다시 설명된다.
한편, 제어장치(900)는 도 1에서 처리수공급 펌프(130), 염화나트륨 공급 펌프(230), 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380), 및 차아염소산나트륨 공급 펌프(560)와 연동된 것으로 표시된 바와 같이, 분리막 세정을 위하여 필요한 인자(factor)를 관리자나 운용자가 설정하고, 설정된 인자에 기반하여 분리막 세정을 자동적으로 제어하기 위한 장치이다. 제어장치(900)는 컴퓨터 판독가능 저장매체로 구현되어, 임의의 모듈, 로직 블록, 수단, 단계 또는 이들의 조합이 전자 하드웨어(코딩 등에 의해 설계되는 디지털 설계), 소프트웨어(프로그램 명령을 포함하는 다양한 형태의 애플리케이션) 또는 이들의 조합에 의하여 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템을 구성하는 제어장치의 예시적인 구성도이다. 제어장치(900)는 처리수 공급 펌프 연동부(91), 염화나트륨 공급펌프 연동부(92), 염화나트륨 수용액 공급펌프 연동부(93), 차아염소산나트륨 공급 펌프 연동부(94), 염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95), 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96), 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부(97), 잔류염소 측정기 연동부(98), 및 조류측정기 연동부(99)를 포함할 수 있고, 각각의 세부 연동부를 처리하는 기능부는 하나 또는 그 이상의 프로세서에 의해 막여과 공정 자동화 운영프로그램과 연계되어 제어될 수 있다.
처리수 공급 펌프 연동부(91)는 처리수공급 펌프(130)의 작동 상태를 감지하고, 염화나트륨 공급 펌프 연동부(92)는 염화나트륨 공급 펌프(230)의 작동 상태를 감지하고, 염화나트륨 수용액 공급 펌프 연동부(93)는 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380)의 작동 상태를 감지하며, 차아염소산나트륨 공급 펌프 연동부(94)는 차아염소산나트륨 공급 펌프(560)의 작동 상태를 감지하는데, 각각의 공급 펌프(130, 230, 380, 560)가 정상적인 펌핑 압력으로 작동하는지의 여부를 모니터링하여, 이상이 있는 부분에 대해 제어장치(900)와 연동되어 출력될 수 있는 디스플레이나 알람 장치에 의해 알릴 수 있다.
염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95)는 염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨 수용액의 수위를 감지하는데, 이는 염화나트륨 수용액이 염화나트륨 용액조(300)의 허용가능한 용량에 따라 제1 수위에 도달하였는지의 여부를 모니터링하기 위한 것이다. 그리고 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96)는 염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨의 TDS를 감지하는데, 이는 염화나트륨의 용해도가 제1 TDS 범위에 도달하였는지 여부를 모니터링하기 위한 것이다. 결국, 염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95)와 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96)의 상호 동작에 의하여, 차아염소산나트륨 발생장치(400)가 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액의 생성을 개시할 것인지를 제어하게 된다.
한편, 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부(97)는 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨 수용액의 수위를 감지하는데, 이는 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하였는지의 여부를 모니터링하기 위한 것이다. 그리고 잔류염소 측정기 연동부(98)는 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨의 농도를 감지하는데, 이는 차아염소산나트륨 용해도가 제2 범위에 도달하였는지 여부를 모니터링하기 위한 것이다. 앞서 염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95)와 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96) 간의 연관관계와 유사하게, 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부(97) 및 잔류염소 측정기 연동부(98)의 상호 동작에 의하여, 차아염소산나트륨 발생장치(400)가 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액의 생성을 중단할 것인지를 제어한다.
조류측정기 연동부(99)는 원수조에 구비된 조류계측기와 연동되어 조류경보에 도달하였는지 여부, 제한이 아닌 일 예시로서, 클로로필 a 농도가 15~25 mg/㎥ 범위에 해당하는지 여부, 25 mg/㎥를 초과하는지 여부, 또는 남조류 세포수가 500~5,000 세포/mL 범위에 해당하는지 여부, 5000 세포/mL를 초과하는지 여부 등과 같이 제어장치(900)에서 설정된 조건에 따라 조류경보에 도달하였는지 여부를 계측하는 조류계측기가 정상작동하는지 감지한다.
이러한 제어장치(900)를 구성하는 연동부에 의해 분리막 세정에 필요한 인자를 설정하며, 이를 근간으로 분리막 세정, 즉, 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 어느 세정을 수행할 것인지를 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템의 전체에 대한 예시적인 실시예이다. 수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템은 처리수조(100), 염화나트륨 저장조(200), 염화나트륨 용액조(300), 차아염소산나트륨 발생장치(400), 차아염소산나트륨 저장조(500), CIP 수조(600), 원수조(700), 인라인 믹서(800), 제어장치(900), 막모듈(1000)로 구성되고, 역세정펌프(110), 처리수공급 펌프(130), 염화나트륨 공급 펌프(230), TDS 측정기(301), 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380), 잔류염소 측정기(501), 차아염소산나트륨 공급 펌프(560), CIP 펌프(610), 컴프레서(701), 원수펌프(710)을 추가로 포함할 수 있다.
도 1에서 상술된 처리수조(100) 내지 차아염소산나트륨 저장조(500) 간에 이루어지는 동작을 약술하면, 처리수조(100)는 막모듈(1000)에서 막여과 처리된 처리수를 저장하고, 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 염화나트륨 용액조(300)로 공급하고; 염화나트륨 저장조(200)는 저장된 염화나트륨을 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨 용액조(300)로 공급하며; 염화나트륨 용액조(300)는 처리수와 염화나트륨을 혼합하여 생성된 염화나트륨 수용액을 저장하게 된다. 그리고 차아염소산나트륨 발생장치(400)는 염화나트륨 용액조(300)에서의 염화나트륨의 용해도가 제1 TDS 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하면, 염화나트륨 수용액을 전기분해함으로써 차아염소산나트륨 수용액을 생성하고; 차아염소산나트륨 저장조(500)는 차아염소산나트륨 수용액을 저장하고, 차아염소산나트륨의 농도가 제2 범위에 도달하였는지 여부 및 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하면, 차아염소산나트륨 발생장치(400)에 의한 전기분해를 중단토록 한다.
이렇게 생성된 염화나트륨 수용액과 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액은, 각각 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380)와 차아염소산나트륨 공급 펌프(560)에 의해, CIP조(600) 또는 인라인믹서(800)로 공급될 수 있다. 인라인믹서(800)는 염화나트륨 용액조(300)로부터 염화나트륨 수용액을 공급받고 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 공급받아 교반한다.
또한, 원수조(700)에는 조류계측기(미도시)가 설치되어 조류 경보가 감지되는 경우, 염화나트륨으로 막모듈(1000)을 세정하도록 제어될 수 있다.
제1 양상으로서, 물리 세정인 역세정이 막모듈(1000)에 대해 이루어져야 할 경우, 처리수조(100)로부터 막모듈(1000)로 역세정펌프(110)에 의해 처리수가 주입되고, 인라인믹서(800)에서 교반된 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 (수용액)이 막모듈(1000)로 주입된다. 이 경우 주입되는 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 (수용액)은 5ppm 내지 수십 ppm일 수 있다. 역세정이 수행되는 동안, 컴프레서(701)는 폭기 구조를 통해 막여과 오염물질을 제어하기 위하여 공기를 주입할 수 있다.
제2 양상으로서, 화학 세정인 CIP 세정이 막모듈(1000)에 대해 이루어져야 할 경우, 원수조(700)로부터 원수펌프(710)를 통해 막모듈(1000)로 원수가 주입되고, 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 (수용액)이 CIP 수조(600)에 저장되고 처리수조(100)로부터 이송된 처리수와 혼합하여 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 수용액을 CIP 펌프(610)를 통해 막모듈(1000)로 주입함으로써, CIP 세정이 수행된다. 이 경우 주입되는 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 (수용액)은 2000 ppm 내지 5000 ppm일 수 있다.
제3 양상으로서, 유지 세정이 막모듈(1000)에 대해 이루어져야 할 경우, CIP 세정보다 짧은 시간 동안 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 수용액이 막모듈(1000)로 주입될 수 있고, 이 경우 주입되는 염화나트륨 수용액 또는 차아염소산나트륨 수용액은 200 ppm 내지 1000 ppm일 수 있다.
제1 양상 내지 제3 양상은 역세정, CIP 세정, 유지 세정이 수행되는 경우, 막모듈(1000)에 대한 상호 동작을 설명하고자 예시적으로 기술된 것일 뿐, 이와 다른 메카니즘에 의하여 역세정, CIP 세정, 유지 세정이 수행될 수도 있다.
이처럼, 도 1 내지 도 3을 통하여 설명된 본 발명에 의한 수처리용 분리막 세정 시스템에 의하면, 분리막 모듈에서 역세정, CIP 세정, 또는 유지 세정 중 선택적으로 세정가능하면서도 화학약품의 사용을 최소화함으로써, 미생물의 용균을 방지하여 친환경적이고 효율적으로 막오염을 제어할 수 있다.
뿐만 아니라, 막오염을 방지하고 이를 제어하기 위하여 화학약품을 사용하지 않고 세정가능한 분리막 세정 공정이 구현될 수 있으며, 원수나 분리막의 특성, 적용대상, 지역 등 다양한 인자를 고려하여 능동적인 세정 기술을 통해 높은 세정효율을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 제2 양상으로서, 수처리용 분리막을 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 처리 수조(100)로부터 염화나트륨 용액조(300)에 처리수를 주입하며(S41 단계), 처리수의 주입은 처리수공급 펌프(130)에 의해 원활하게 이루어질 수 있다. 그리고, 염화나트륨 저장조(200)로부터 염화나트륨 용액조(300)에 염화나트륨을 주입하며(S42 단계), 염화나트륨의 주입은 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 원활하게 이루어질 수 있다.
다음으로, 염화나트륨 용액조(300)에서 제1 임계 범위 및 제1 임계 수위에 도달하였는지 여부를 검출하는데(S43 단계), 염화나트륨 용액조(300)에 마련된 TDS 측정기 및 수위계에 의하여 염화나트륨 용해도가 제1 임계 범위(예컨대, 제1 TDS 범위)에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 임계 수위에 도달하였는지 여부를 감지하게 된다. 제1 임계 수위에 제1 임계 수위에 도달한 경우, 차아염소산나트륨 발생장치(400)는 염화나트륨 용액조(300)로부터 염화나트륨을 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성한다(S44 단계).
차아염소산나트륨 발생장치(400)에서 생성된 차아염소산나트륨 또는 차아염소산나트륨 수용액은 차아염소산나트륨 저장조(500)에 저장되고, 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 제2 임계 범위 및 제2 임계 수위에 도달하였는지 여부를 모니터링한다(S45 단계). 차아염소산나트륨 용해도가 제2 범위에 도달하고 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달한 것으로 감지되면, 차아염소산나트륨 발생장치(400)는 차아염소산나트륨 수용액의 생성을 중단하고 원수조로부터 세정수를 공급받아, 역세정, CIP 세정, 또는 유지 세정 중 적어도 하나의 방식으로 막모듈을 세정하게 된다(S46 단계).
제시된 실시예에 관한 설명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 실시할 수 있도록 제공된다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명과 연관된 실시예로부터 공통되거나 필수적인 기술적 사상을 변경하거나 벗어나지 않는 범주에서 다양한 변경, 변형, 및/또는 수정이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로, 이상에서 기술된 실시예는 한정적인 것이 아닌 예시적인 것으로 이해되어야만 할 것이고, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술되어질 특허청구범위에 의해 규정되는 특허청구범위의 의미, 범주 및 이들과 균등한 기술범위와 일관되도록 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
100: 처리수조 200: 염화나트륨 저장조
300: 염화나트륨 용액조 400: 차아염소산나트륨 발생장치
500: 차아염소산나트륨 저장조 600: CIP 수조
700: 원수조 800: 인라인 믹서
900: 제어장치 1000: 막모듈
110: 역세정펌프 130: 처리수공급 펌프
230: 염화나트륨 공급 펌프 301: TDS 측정기
380: 염화나트륨 수용액 공급 펌프
501: 잔류염소 측정기
560: 차아염소산나트륨 공급 펌프
610: CIP 펌프 701: 컴프레서
710: 원수펌프
91: 처리수 공급 펌프 연동부 92: 염화나트륨 공급펌프 연동부
93: 염화나트륨 수용액 공급펌프 연동부
94: 차아염소산나트륨 공급 펌프 연동부
95: 염화나트륨 용액조 수위계 연동부
96: 염화나트륨 용액조 TDS 연동부
97: 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부
98: 잔류염소 측정기 연동부(98)
99: 조류측정기 연동부

Claims (5)

  1. 막모듈(1000)에서 막여과 처리된 처리수를 저장하고, 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 공급하는 처리수조(100);
    염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨 용액조(300)로 염화나트륨을 공급하기 위하여 염화나트륨을 저장하는 염화나트륨 저장조(200);
    상기 처리수조(100)로부터 공급받은 상기 처리수와 상기 염화나트륨 저장조(200)로부터 공급받은 상기 염화나트륨이 혼합된 염화나트륨 수용액을 저장하는 염화나트륨 용액조(300);
    상기 염화나트륨 용액조(300)에서의 염화나트륨의 용해도가 제1 TDS(Total Dissolved Solid; 총용존고형물) 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하면, 염화나트륨 수용액을 전기분해함으로써 차아염소산나트륨 수용액을 생성하는 차아염소산나트륨 발생장치(400);
    상기 차아염소산나트륨 발생장치(400)에서 생성된 상기 차아염소산나트륨 수용액을 저장하고, 차아염소산나트륨의 농도가 제2 범위에 도달하였는지 여부 및 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 차아염소산나트륨 저장조(500);
    상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 제공된 염화나트륨 수용액 또는 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 제공된 차아염소산나트륨 수용액 중 적어도 하나를, 상기 처리수조(100)로부터 이송된 처리수와 혼합하여 저장하는 CIP(Chemical Cleaning In Place; 약품 세정) 수조(600);
    착수정으로부터 인입된 원수를 저장하는 원수조(700);
    분리막 세정을 위해 필요한 인자를 설정하며 상기 설정된 인자에 기반하여 분리막 세정을 제어하기 위한 제어장치(900); 및
    상기 원수조(700)로부터 원수를 공급받으며, 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 하나를 수행함으로써 세정가능하도록 복수 개의 막으로 구성되는 막모듈(1000)을 포함하는,
    수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 염화나트륨 수용액을 공급받고 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 공급받아 교반하기 위한 인라인 믹서(800)를 더 포함하는,
    수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 염화나트륨 용액조(300)로부터 인라인 믹서(800)에 염화나트륨 수용액을 이송시키기 위한 염화나트륨 수용액 공급 펌프(380);
    상기 막모듈(1000)에서 상기 CIP 세정이 수행되는 경우, 상기 차아염소산나트륨 저장조(500)로부터 차아염소산나트륨을 CIP 수조(600)에 이송시키고, 상기 막모듈(1000)에서 상기 역세정이나 상기 유지 세정이 수행되는 경우, 상기 차아염소산나트륨을 인라인 믹서(800)에 이송시키기 위한 차아염소산나트륨 공급 펌프(560);
    상기 CIP 수조(600)에 저장된 화학세정용액을 막모듈로 이송하고, 상기 화학세정용액을 순환시키기 위한 CIP 펌프(610);
    상기 처리수조에 저장된 막여과 처리수를 막모듈(1000)로 주입시키기 위한 역세정펌프(110); 및
    상기 원수조(700) 내에 저장된 처리수를 막모듈(1000)로 유입시켜 여과공정이 수행되도록 하기 위한 원수펌프(710)
    를 더 포함하는,
    수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어장치(900)는,
    처리수공급 펌프(130)의 작동 상태를 감지하는 처리수 공급 펌프 연동부(91);
    염화나트륨 공급 펌프(230)의 작동 상태를 감지하는 염화나트륨 공급 펌프 연동부(92);
    염화나트륨 수용액 공급 펌프(380)의 작동 상태를 감지하는 염화나트륨 수용액 공급 펌프 연동부(93);
    차아염소산나트륨 공급 펌프(560)의 작동 상태를 감지하는 차아염소산나트륨 공급 펌프 연동부(94);
    염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨 수용액의 수위를 감지하기 위한 염화나트륨 용액조 수위계 연동부(95);
    염화나트륨 용액조(300)에서 염화나트륨의 TDS를 감지하기 위한 염화나트륨 용액조 TDS 연동부(96);
    차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨 수용액의 수위를 감지하기 위한 차아염소산나트륨 저장조 수위계 연동부(97); 및
    차아염소산나트륨 저장조(500)에서 차아염소산나트륨의 농도를 감지하기 위한 잔류염소 측정기 연동부(98);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수처리용 분리막을 세정하기 위한 시스템.
  5. 처리수조(100)로부터 처리수공급 펌프(130)에 의해 처리수를 염화나트륨 용액조(300)에 공급하는 단계;
    염화나트륨 저장조(200)로부터 염화나트륨 공급 펌프(230)에 의해 염화나트륨을 상기 염화나트륨 용액조(300)에 공급하는 단계;
    상기 염화나트륨 용액조(300)에 마련된 TDS 측정기 및 수위계에 의하여, 염화나트륨 용해도가 제1 TDS 범위에 도달하고 염화나트륨 수용액의 수위가 제1 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 염화나트륨 용액조(300)에서 상기 제1 TDS 범위 및 상기 제1 수위에 도달한 것으로 감지되면, 염화나트륨을 전기분해함으로써 차아염소산나트륨 수용액을 생성하여 차아염소산나트륨 저장조(500)에 저장하는 단계;
    상기 차아염소산나트륨 저장조(500)에 마련된 잔류염소 측정기 및 수위계에 의하여, 차아염소산나트륨 용해도가 제2 범위에 도달하고 차아염소산나트륨 수용액의 수위가 제2 수위에 도달하였는지 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 차아염소산나트륨 저장조(500)에서 상기 제2 범위 및 상기 제 2 수위에 도달한 것으로 감지되면, 차아염소산나트륨 수용액의 생성을 중단하고 역세정, CIP 세정 또는 유지 세정 중 하나를 수행하는 단계;
    를 포함하는,
    수처리용 분리막을 세정하기 위한 방법.
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