KR101858754B1 - System and Method for Filtering - Google Patents
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Abstract
여과작업의 중단을 수반하는 세정 횟수를 최소화함으로써 여과 효율을 극대화할 뿐만 아니라 세정에 따른 여과막의 수명 단축을 최소화할 수 있는 여과 시스템 및 여과방법이 개시된다. 본 발명에 의하면, 중공사막 모듈의 막오염지수값에 기초하여 미세기포 및 화학물질이 포함된 세정수가 상기 중공사막 모듈로 공급된다.A filtration system and a filtration method capable of minimizing the number of times of cleaning accompanied with interruption of a filtration operation, thereby maximizing filtration efficiency and minimizing the life span of the filtration membrane due to cleaning. According to the present invention, cleaning water containing minute bubbles and chemicals is supplied to the hollow fiber membrane module based on the film contamination index value of the hollow fiber membrane module.
Description
본 발명은 여과 시스템 및 여과방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 여과작업의 중단을 수반하는 세정 횟수를 최소화함으로써 여과 효율을 극대화할 뿐만 아니라 세정에 따른 여과막의 수명 단축을 최소화할 수 있는 여과 시스템 및 여과방법에 관한 것이다.The present invention relates to a filtration system and a filtration method, and more particularly, to a filtration system that maximizes filtration efficiency by minimizing the number of times of cleaning accompanied with interruption of a filtration operation and minimizes shortening of the life of the filtration membrane due to cleaning And a filtration method.
유체로부터 오염물질을 제거하여 정수하는 수처리 방법으로는 가열이나 상변화를 이용하는 방법과 여과막을 이용하는 방법이 있다.As a water treatment method for purifying contaminants from a fluid, there is a method using heating or phase change or a method using a filtration membrane.
여과막의 세공 크기에 따라 원하는 수질이 안정적으로 얻어질 수 있으므로, 여과막을 이용하는 방법이 가열이나 상변화를 이용하는 방법에 비해 공정의 신뢰도가 높다는 장점이 있다. 또한, 여과막을 이용할 경우 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 미생물을 이용하는 분리 공정에서 미생물이 열에 의해 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.Since the desired quality of water can be stably obtained depending on the pore size of the filtration membrane, the method using the filtration membrane is advantageous in that the reliability of the process is higher than the method using heating or phase change. Further, when a filtration membrane is used, operation such as heating is not required, so that microorganisms can be prevented from being affected by heat in a separation step using microorganisms.
여과막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS : Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다.One of the separation methods using a filtration membrane is a method using a hollow fiber membrane. Traditionally, hollow fiber membranes have been widely used in the field of microfiltration such as sterile water, drinking water, and ultrapure water production. Recently, however, they have been used for treating sewage / wastewater, solid-liquid separation in septic tanks, removal of suspended solid (SS) Filtration of industrial water, filtration of pool water, and the like.
중공사막을 이용한 여과는 그 운전 방식에 따라 가압식 여과와 침지식 여과로 분류될 수 있다. Filtration using hollow fiber membranes can be classified into pressurized filtration and immersion filtration depending on the operation mode.
가압식 여과의 경우, 처리하여야 할 유체에 압력을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다. 가압식 여과는 유체 순환을 위한 별도의 설비를 요구하기는 하지만 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과에 비해 상대적으로 많다는 장점을 갖는다.In the case of pressurized filtration, by applying pressure to the fluid to be treated, only the fluid other than the solid component such as impurities or sludge is selectively transmitted to the hollow through the surface of the hollow fiber membrane. The pressurized filtration requires separate equipment for fluid circulation, but it has an advantage that the amount of permeate water obtained per unit time is relatively larger than that of submerged filtration.
이에 반해, 침지식 여과의 경우, 처리하고자 하는 유체가 저장된 조(bath)에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막의 중공 내에 음압(negative pressure)을 가함으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 제외한 유체만이 중공사막 표면을 통해 중공으로 선택적으로 투과되도록 한다. 침지식 여과는 단위 시간에 얻을 수 있는 투과수의 양이 침지식 여과에 비해 상대적으로 적다는 단점을 갖지만 유체 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있다는 장점을 갖는다.On the other hand, in the case of submerged filtration, the hollow fiber membrane module is directly immersed in a bath in which the fluid to be treated is stored, and negative pressure is applied to the hollow fiber membrane to remove impurities or fluids other than solid components such as sludge Only through the hollow fiber membrane surface. Suction filtration has the disadvantage that the amount of permeate water that can be obtained per unit time is relatively smaller than that of the submerged filtration, but it has an advantage that it does not require facilities for fluid circulation and can reduce the facility cost and operation cost.
그러나, 중공사막을 이용한 여과의 경우, 여과작업이 수행됨에 따라 처리되어야 할 원수 내에 존재하는 불순물이 중공사막의 표면에 달라붙어 중공사막을 오염시키는 파울링(fouling) 현상이 발생한다. 이 파울링 현상은 중공사막의 여과 성능을 저하시킨다. 따라서, 중공사막의 여과 성능을 소정 정도 이상으로 보장하기 위해서는 중공사막의 세정이 실시되어야 한다.However, in the case of filtration using a hollow fiber membrane, as the filtration operation is performed, impurities existing in the raw water to be treated adhere to the surface of the hollow fiber membrane to cause a fouling phenomenon that contaminates the hollow fiber membrane. This fouling phenomenon lowers the filtration performance of the hollow fiber membrane. Therefore, in order to ensure the filtration performance of the hollow fiber membrane to a predetermined level or higher, cleaning of the hollow fiber membrane must be performed.
중공사막의 세정은 유지세정(maintenance cleaning)과 회복세정(recovery cleaning)으로 크게 분류될 수 있다.Cleaning of the hollow fiber membranes can be roughly classified into maintenance cleaning and recovery cleaning.
유지세정은 중공사막에 충격을 가하여 그 표면에 부착된 불순물을 떨어뜨리는 물리적 세정으로서, 여과작업이 수행되는 동안 지속적으로 수행되는 산기세정(aeration cleaning)과 여과작업이 잠시 멈춘 상태에서 수행되는 역세정(reverse cleaning)을 포함한다. 산기세정은 중공사막의 아래에서 분사되는 공기가 원수 내에서 상승하면서 중공사막의 외표면에 부딪힘으로써 불순물이 제거되는 세정이고, 역세정은 여과작업을 통해 얻어진 처리수가 중공사막을 통해 그 중공으로부터 밖으로 배출됨으로써 중공사막의 외표면에 부착되어 있던 불순물이 제거되는 세정이다.The maintenance cleaning is a physical cleaning which impacts the hollow fiber membrane to drop impurities adhering to the surface of the hollow fiber membrane. It is aeration cleaning that is continuously performed while the filtration operation is performed, and aeration cleaning that is performed while the filtration operation is temporarily stopped and reverse cleaning. In the acid washing, the air injected from the bottom of the hollow fiber membrane rises in the raw water, and impurities are removed by colliding with the outer surface of the hollow fiber membrane. In the back washing, the treated water obtained through the filtration operation is discharged from the hollow Thereby removing impurities adhering to the outer surface of the hollow fiber membrane.
한편, 회복세정은 산 또는 알칼리 등의 화학물질을 사용하여 중공사막의 여과 성능을 초기화하는 화학적 세정으로서, 여과작업을 중단하고 처리되어야 할 원수로부터 중공사막을 분리한 후 상당 시간에 걸쳐 수행된다.On the other hand, the recovery cleaning is a chemical cleaning that initializes the filtration performance of the hollow fiber membrane using a chemical such as an acid or an alkali, and is performed over a considerable period of time after the filtration operation is stopped and the hollow fiber membrane is separated from the raw water to be treated.
통상적인 중공사막 세정 방법에 의하면, 여과작업이 수행되는 동안에는 산기세정이 실시되다가, 여과작업이 멈춘 상태에서 수행되는 역세정이 일정 주기로 실시된다. 이러한 역세정이 일정 주기로 소정 횟수 실시된 후에는 중공사막이 처리되어야 할 원수로부터 분리되고 회복세정이 상대적으로 긴 시간 동안 실시된다. According to the conventional hollow fiber membrane cleansing method, during the filtering operation, the acid cleansing is performed, and the back washing performed in the stopped state of the filtration operation is performed at regular intervals. After such backwashing is performed a predetermined number of times at a constant cycle, the hollow fiber membrane is separated from the raw water to be treated and the recovery cleaning is performed for a relatively long time.
위와 같은 통상적인 중공사막 세정 방법은 중공사막의 세정 자체에만 촛점을 맞추었기 때문에 중공사막의 실제 오염 정도에 대한 고려 없이 상기 회복세정을 일정 주기로 반복하여 무조건적으로 실시하였다. 즉, 일정 횟수의 역세정이 일정 주기로 수행된 후 회복세정이 반드시 수행되었던 것이다. Since the conventional hollow fiber membrane cleaning method as described above focused only on the cleaning itself of the hollow fiber membrane, the recovery cleaning was repeated unconditionally at regular intervals without considering the actual contamination degree of the hollow fiber membrane. That is, after a certain number of backwashing operations were performed at regular intervals, the recovery washing was necessarily performed.
그러나, 회복세정은 여과작업이 중지된 상태에서 상당 시간 동안 수행되기 때문에 여과작업의 효율 저하를 초래하는 한 요인이 된다. 더욱이, 회복세정은 산 또는 알칼리 등의 화학물질을 이용하는 화학적 세정이기 때문에 화학반응에 의한 중공사막의 손상이 발생하기 쉽고 그 결과 중공사막의 수명 저하를 초래할 수 있다.However, since the recovery cleaning is performed for a considerable time in a state where the filtration operation is stopped, this is one factor that causes a decrease in the efficiency of the filtration operation. Furthermore, since the recovery cleaning is a chemical cleaning using a chemical such as an acid or an alkali, damage of the hollow fiber membrane due to a chemical reaction tends to occur, and as a result, the lifetime of the hollow fiber membrane may be deteriorated.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 여과 시스템 및 여과방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a filtration system and a filtration method capable of preventing problems due to limitations and disadvantages of the related art.
본 발명의 일 관점은, 유지세정만으로는 원하는 여과 성능을 기대할 수 없을 경우에 한해 회복세정을 실시하여 그 횟수를 최소화함으로써 여과 효율을 극대화할 뿐만 아니라 세정에 따른 여과막의 수명 단축을 최소화할 수 있는 여과 시스템을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to maximize the filtration efficiency by minimizing the number of times of performing the recovery cleaning only when the desired filtration performance can not be expected by the maintenance washing only, and also to reduce the life of the filtration membrane due to cleaning System.
본 발명의 다른 관점은, 유지세정만으로는 원하는 여과 성능을 기대할 수 없을 경우에 한해 회복세정을 실시하여 그 횟수를 최소화함으로써 여과 효율을 극대화할 뿐만 아니라 세정에 따른 여과막의 수명 단축을 최소화할 수 있는 여과방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to maximize filtration efficiency by minimizing the number of times of performing the recovery cleaning only when the desired filtration performance can not be expected by the maintenance washing only and also to reduce the life of the filtration membrane due to cleaning Method.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other features and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, or may be learned by those skilled in the art from the description.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 원수를 처리하여 여과수를 생산하는 중공사막 모듈; 세정수가 저장되어 있는 세정조; 상기 세정조의 세정수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부; 상기 세정조의 세정수에 산 또는 알칼리 화합물을 공급하는 화합물 공급부; 및 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값에 기초하여 상기 세정수가 상기 중공사막 모듈로 공급되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a hollow fiber membrane module for processing raw water to produce filtered water; A washing tub in which washing water is stored; A fine bubble supplying unit for supplying fine bubbles to the washing water of the washing tank; A compound supply unit supplying an acid or an alkali compound to the washing water of the washing tank; And a controller for supplying the washing water to the hollow fiber membrane module based on the membrane contamination index value of the hollow fiber membrane module.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 중공사막 모듈을 이용하여 원수를 처리하는 단계; 일정 주기로 상기 중공사막 모듈에 대한 역세정을 반복 실시하는 단계; 상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후에 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 막오염지수값이 소정치 이상일 경우 상기 중공사막 모듈로부터 상기 원수를 제거한 후 미세 기포 및 화합물을 포함하는 세정수를 상기 중공사막 모듈로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of treating a raw water using a hollow fiber membrane module, Repeatedly washing back the hollow fiber membrane module at regular intervals; Calculating a membrane fouling index value of the hollow fiber membrane module after a predetermined time each time the repeated backwashing operations are completed; And supplying the washing water containing fine bubbles and a compound to the hollow fiber membrane module after removing the raw water from the hollow fiber membrane module when the calculated film contamination index value is not less than a predetermined value. / RTI >
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.The foregoing general description of the present invention is intended to be illustrative of or explaining the present invention, but does not limit the scope of the present invention.
본 발명에 의하면, 유지세정만으로는 원하는 여과 성능을 기대할 수 없을 경우에 한해 회복세정을 실시하여 그 횟수를 최소화함으로써 여과 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 세정에 따른 여과막의 수명 단축을 최소화할 수 있다.According to the present invention, only when the desired filtration performance can not be expected by the maintenance washing alone, the recovery cleaning is performed to minimize the number of times of filtration, thereby maximizing the filtration efficiency and minimizing the life span of the filtration membrane due to cleaning .
또한, 세정수에 화학물질 외에 미세기포를 포함시켜 중공사막의 세정 효과를 향상시킬 수 있다.In addition, microbubbles can be included in the washing water in addition to chemical substances, thereby improving the cleaning effect of the hollow fiber membrane.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈을 개략적으로 보여주는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 시스템을 개략적으로 보여주는 블럭도이고,
도 3은 시간의 경과 및 세정 실시에 따른 중공사막 모듈의 막간차압 변화를 보여주는 그래프이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 및 세정 작업이 실시될 때 나타나는 중공사막 모듈의 막간차압 변화를 예시하는 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a cross-sectional view schematically showing a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention,
2 is a block diagram schematically illustrating a filtration system according to an embodiment of the present invention,
3 is a graph showing a change in pressure difference between membranes of a hollow fiber membrane module according to passage of time and washing,
4 is a graph illustrating a change in inter-membrane pressure difference of a hollow fiber membrane module when filtration and washing operations are performed according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 여과 시스템 및 여과방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a filtration system and a filtration method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention encompasses all changes and modifications that come within the scope of the invention as defined in the appended claims and equivalents thereof.
본 발명의 기술적 사상은 가압식 중공사막 모듈은 물론이고 침지식 중공사막 모듈에도 적용될 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 가압식 중공사막 모듈을 예로 들어 본 발명이 구체적으로 설명될 것이다.The technical idea of the present invention can be applied not only to a pressurized hollow fiber membrane module but also to a submerged hollow fiber membrane module, but the present invention will be described below by way of example of a pressurized hollow fiber membrane module for convenience of explanation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중공사막 모듈을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 중공사막 모듈(10)은 다수개의 중공사막들(11)을 포함한다. 상기 중공사막들(11)은 길이 방향으로 가지런히 배열된 다발 형태를 갖는다. 상기 중공사막들(11)은 튜브 형태를 갖는다. 튜브 형태의 중공사막(11)은 그 안에 중공이 형성되어 있어, 처리되어야 할 원수 중 불순물을 제외한 순수한 물만이 중공사막(11)을 통과하여 상기 중공으로 유입될 수 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the hollow
각 중공사막(11)의 상단부는 제1 고정부(12)에 의해 모듈 케이스(14) 내의 상측에 고정되어 있다. 상기 각 중공사막(11)의 상기 상단은 개방된 상태이다. 본 발명의 중공사막 모듈(10)은 다수 개의 중공사막들(11)이 포팅되어 있는 제1 고정부(12)와 모듈 케이스(14)의 내면 사이에 실링제(미도시)를 더 포함함으로써, 중공사막(11)을 투과하여 중공으로 유입된 후 중공사막(11)의 개방된 말단을 통해 배출되는 여과수가 원수와 혼합되는 것을 방지할 수 있다.The upper end portion of each
상기 제1 고정부(12)는 열경화성 수지, 예를 들어 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등으로 이루어질 수 있다. 선택적으로, 이들 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재를 혼입시킴으로써 제1 고정부(12)의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수도 있다.The
한편, 각 중공사막(11)의 하단부는 제2 고정부(13)에 의해 모듈 케이스(14) 내의 하측에 고정되어 있다. 각 중공사막(11)의 상기 하단은 폐쇄된 상태이고 상기 제2 고정부(13) 내에 묻혀있다. On the other hand, the lower ends of the
여과 처리되어야 할 원수는 원수 유입구(15)를 통해 상기 모듈 케이스(14) 내로 유입된다. 모듈 케이스(14) 내로 유입된 원수는 펌프에 의해 가압되어 그 중 일부가 중공사막(11)을 투과하여 중공사막(11)의 중공으로 유입된다. 중공사막(11)의 중공으로 유입된 여과수는 제1 고정부(12) 측의 개방된 말단을 빠져나와 모듈 케이스(14)의 여과수 배출구(16)를 통해 외부로 배출되고, 여과수가 빠져나감으로 인해 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 원수(이하, "농축수"라 칭함)는 농축수 배출구(17)를 통해 외부로 배출된다. The raw water to be filtered is introduced into the module case (14) through the raw water inlet (15). The raw water introduced into the
여과 작업이 수행되는 동안 또는 여과 작업이 중지된 후에 중공사막(11)의 세정을 위한 공기가 공기 유입구(18)를 통해 모듈 케이스(14) 내부로 유입된다. 공기 유입구(18)를 통해 모듈 케이스(14) 내부로 유입된 공기가 중공사막(11)에 전달될 수 있도록, 상기 제2 고정부(13)에는 다수 개의 관통홀들(13a)이 형성되어 있다. Air for cleaning the
선택적으로, 여과 처리되어야 할 원수와 중공사막(11)의 산기세정을 위한 공기가 하나의 유입구(18)를 통해 모듈 케이스(14) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 이 경우, 여과 처리되어야 할 원수 및 산기 세정을 위한 공기 모두가 제2 고정부(13)에 형성된 다수 개의 관통홀들(13a)을 통과한다.Optionally, the raw water to be filtered and the air for cleansing the air in the
한편, 여과 작업이 종료된 후에 모듈 케이스(14) 내에 있던 원수는 제2 고정부(13)에 형성된 다수 개의 관통홀들(13a)을 통과하여 배수구(19)를 통해 모듈 케이스(14) 밖으로 배출된다.The raw water in the
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 시스템을 구체적으로 살펴보도록 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 시스템을 개략적으로 보여주는 블럭도이다.Hereinafter, a filtration system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a filtration system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 시스템은, 원수를 처리하여 여과수를 생산하는 중공사막 모듈((10), 세정수가 저장되어 있는 세정조(20), 상기 세정조(20)의 세정수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부(30), 상기 세정조(20)의 세정수에 산 또는 알칼리 화합물을 공급하는 화합물 공급부(40), 및 상기 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값에 기초하여 상기 세정수가 상기 중공사막 모듈(10)로 공급되도록 하는 제어부(50)를 포함한다.2, the filtration system according to an embodiment of the present invention includes a hollow fiber membrane module (10) for treating raw water to produce filtered water, a
여과 처리되어야 할 원수는 원수 탱크(70)를 거쳐 제1 펌프(P1)에 의해 배관을 타고 중공사막 모듈(10)로 압송된다. 원수 중 중공사막 모듈(10)의 중공사막(11)을 투과한 여과수는 여과수 탱크(80)로 보내지고, 농축수는 다시 원수 탱크(70)로 보내진다. The raw water to be filtered is transported to the hollow
여과 작업이 수행되는 중에, 공기 공급 수단(90)을 이용하여 공기 유입구(18)를 통해 중공사막 모듈(10) 내로 압축 공기를 주입함으로써 산기에 의한 중공사막(11)의 세정이 수행될 수 있다. 이와 같은 산기 세정 중에 원수가 공기 공급 수단(90)으로 역류하지 않게 하기 위하여, 충분한 압력으로 공기를 모듈 케이스(14) 내로 제공하여야 한다.The cleaning of the
선택적으로, 앞에서 설명한 바와 같이, 공기 공급 수단(90)으로부터 제공되는 산기 세정용 공기가 중공사막 모듈(10)로 압송되는 원수에 먼저 제공된 후 원수와 함께 중공사막 모듈(10) 내로 유입되도록 할 수도 있다.Alternatively, as described above, it is also possible to allow the air for cleansing air supplied from the air supply means 90 to be supplied first to the raw water to be fed by the hollow
한편, 여과 작업 중에 위와 같은 산기 세정이 지속적으로 실시된다고 하더라도 중공사막(11)의 오염이 완전히 방지될 수는 없다. 따라서, 여과 작업이 잠시 중지된 상태에서 수행되는 역세정이 일정 주기로 실시되어야만 한다.On the other hand, even if the above-mentioned acid washing is continuously performed during the filtration operation, the contamination of the
중공사막 모듈(10)의 역세정을 수행하기 위하여, 여과수 탱크(80) 내에 저장되어 있던 여과수가 제2 펌프(P2)에 의해 중공사막 모듈(10)로 보내진다. 여과수가 중공사막(11)을 통해 그 중공으로부터 밖으로 배출될 때 중공사막(11)의 외표면에 부착되어 있는 불순물이 제거될 수 있다.The filtrate water stored in the
여과 작업 중에 지속적으로 수행되는 산기 세정에 더하여, 일정 주기로 역세정이 반복적으로 실시된다고 하더라도, 이러한 역세정만으로는 중공사막(11)의 오염 정도가 초기값으로 완전히 회복될 수 없다. 즉, 역세정 직후의 중공사막(11) 오염 정도는 시간의 경과에 따라 계속 심해질 수밖에 없다. 따라서, 산 또는 알칼리 등의 화학물질을 사용하여 중공사막(11)의 여과 성능을 초기화하는 화학적 세정이 상당 시간에 걸쳐 수행되어야 한다.The degree of contamination of the
이와 같은 화학적 세정을 위하여, 본 발명의 여과 시스템은, 세정수가 저장되어 있는 세정조(20), 상기 세정조(20)의 세정수에 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부(30), 및 상기 세정조(20)의 세정수에 산 또는 알칼리 화합물을 공급하는 화합물 공급부(40)를 포함한다.In order to perform such chemical cleaning, the filtration system of the present invention comprises a
본 명세서에서 사용되는 용어 '미세기포'는 100㎛ 이하의 직경을 갖는 기포를 의미한다. 미세기포는 1~100㎛의 직경을 갖는 마이크로기포와 1㎛ 미만의 직경을 갖는 나노기포로 분류될 수 있다. 마이크로기포는 물 속에서 상대적으로 서서히 상승하고 서서히 소멸한다. 나노기포는 물 속에서 몇 달 동안 지속될 수 있다.As used herein, the term " minute bubble " means a bubble having a diameter of 100 mu m or less. Micro-bubbles can be classified into micro-bubbles having a diameter of 1 to 100 mu m and nano-bubbles having a diameter of less than 1 mu m. The microbubbles slowly rise and slowly disappear in the water. Nano bubbles can last for months in the water.
노즐(미도시)을 통해 발생된 미세기포는 세정수와 함께 중공사막 모듈(10)로 공급된 후 터지면서 온도를 급상승시키게 된다. 이러한 세정수의 온도 상승으로 인해 중공사막(11)에 대한 살균 효과가 달성될 수 있다. 미세기포 공급부(30)로부터 노즐(미도시)을 통해 세정조(20)의 세정수로 공급되는 미세기포는 일반 공기일 수 있으나, 이러한 살균 효과를 극대화하기 위하여 O2, O3, Cl2, 또는 CO2를 포함할 수 있다. The minute bubbles generated through the nozzles (not shown) are supplied to the hollow
화합물 공급부(40)로부터 세정조(20)의 세정수에 공급되는 산 화합물은 HCl, 구연산, 또는 옥살산일 수 있다. 선택적으로, 상기 산 화합물 대신에 또는 상기 산 화합물과 번갈아가며, 알칼리 화합물이 화합물 공급부(40)로부터 세정조(20)의 세정수에 공급될 수 있는데, 이 경우 상기 알칼리 화합물은 NaOH 또는 NaOCl일 수 있다.The acid compound supplied from the
본 발명의 제어부(50)는 본 발명의 각종 펌프들(P1, P2, P3)의 동작 및 밸브들의 개폐를 제어함으로써 여과작업, 산기세정, 역세정, 및 회복세정을 제어한다. The
이하에서는, 본 발명의 제어부(50)의 제어 하에 실행되는 여과작업, 산기세정, 역세정, 및 회복세정을 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the filtration operation, the periodic cleaning, the reverse cleaning, and the recovery cleaning performed under the control of the
여과작업 중에는 제1 펌프(P1)에 의해 원수 탱크(70) 내의 원수가 중공사막 모듈(10)로 유입되고, 중공사막 모듈(10)에 의해 유입된 원수가 처리되며, 중공사막 모듈(10)에 의해 생산된 여과수는 여과수 탱크(80)로 운반된다.여과작업이 진행됨에 따라 발생되는 농축수는 원수 탱크(70)로 귀환된다. 여과작업의 수행 중에 공기 공급 수단(90)으로부터 제공되는 공기가 중공사막 모듈(10) 내로 유입됨으로써 산기세정이 실시된다.During the filtration operation, raw water in the
산기세정에도 불구하고 여과작업이 진행됨에 따라 중공사막(11)이 점차적으로 오염되기 때문에, 본 발명의 제어부(50)는 일정 주기로 상기 중공사막 모듈(10)에 대한 역세정이 반복하여 실시되도록 한다. 역세정 중에는 중공사막 모듈(10) 내로의 원수 유입 및 산기세정을 위한 공기 유입이 각각 차단된다. 또한, 제2 펌프(P2)에 의해 여과수 탱크(80) 내의 여과수가 중공사막 모듈(10)의 중공사막(11)으로 공급된다.Since the
수회의 역세정 공정들이 일정 주기로 반복하여 실시된 후, 일정 시점에 중공사막 모듈(10)에 대한 회복세정이 실시된다. 이와 같은 회복세정에 의해 중공사막(11)이 초기화될 수 있다. After a number of back washing processes are repeatedly performed at regular intervals, recovery cleaning is performed for the hollow
도 3은 시간의 경과 및 세정 실시에 따른 중공사막 모듈의 막간차압 변화를 보여주는 그래프이다. 중공사막 모듈(10)의 막간차압(△P)은 중공사막(11)의 오염 정도를 나타낸다. 즉, 중공사막 모듈(10)의 막간차압이 클수록 중공사막(11)의 오염 정도가 심함을 나타낸다.FIG. 3 is a graph showing a change in pressure difference between membranes of a hollow fiber membrane module according to passage of time and washing. FIG. The inter-membrane pressure difference DELTA P of the hollow
도 3에 예시된 바와 같이, 여과작업이 진행됨에 따라 중공사막 모듈(10)의 막간차압이 점차적으로 증가하다가 역세정이 수행될 때마다 막간차압이 떨어짐을 알 수 있다. 그러나, 역세정에 의한 세정의 정도가 역세정 공정들 사이에 발생하는 오염의 정도보다 적기 때문에, 일정 시점에서는 회복세정이 실시되어야만 중공사막 모듈(10)의 막간차압이 최초의 값으로 회복될 수 있다.As illustrated in FIG. 3, the inter-membrane pressure difference of the hollow
전술한 바와 같이, 통상적인 중공사막 세정 방법에 의하면 일정 횟수의 역세정이 일정 주기로 수행된 후 미리 정해진 시점에 회복세정이 반드시 수행되었다. 그러나, 회복세정은 여과작업이 중지된 상태에서 상당 시간 동안 수행되기 때문에 여과작업의 효율 저하를 초래하는 한 요인이 된다. 더욱이, 회복세정은 산 또는 알칼리 등의 화학물질을 이용하는 화학적 세정이기 때문에 화학반응에 의한 중공사막의 손상이 발생하기 쉽고 그 결과 중공사막의 수명 저하를 초래할 수 있다.As described above, according to the conventional hollow fiber membrane cleaning method, after a certain number of backwashes have been performed at regular intervals, the recovery washing has necessarily been performed at a predetermined time point. However, since the recovery cleaning is performed for a considerable time in a state where the filtration operation is stopped, this is one factor that causes a decrease in the efficiency of the filtration operation. Furthermore, since the recovery cleaning is a chemical cleaning using a chemical such as an acid or an alkali, damage of the hollow fiber membrane due to a chemical reaction tends to occur, and as a result, the lifetime of the hollow fiber membrane may be deteriorated.
따라서, 중공사막 모듈(10)의 오염을 일정 정도 이상으로 심화시키지 않으면서도 회복세정의 실시 회수를 최소화하기 위하여, 본 발명의 제어부(50)는 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값에 기초하여 미세기포 및 화합물이 공급된 세정수가 중공사막 모듈(10)로 공급되도록 한다.Therefore, in order to minimize the number of times the recovery tax definition is performed without intensifying the contamination of the hollow
이하에서는, 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 회복세정의 실시 시점을 더욱 구체적으로 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 여과 및 세정 작업이 실시될 때 나타나는 중공사막 모듈의 막간차압 변화를 예시하는 그래프이다.Hereinafter, the point of time when the recovery tax is defined according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 4 is a graph illustrating a change in inter-membrane pressure difference of a hollow fiber membrane module when filtration and washing operations are performed according to an embodiment of the present invention.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제어부(50)는 일정 주기로 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후(b1, b2, b3)에 상기 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값을 산출하고, 상기 산출된 막오염지수값(FI2)이 소정치 이상일 경우 상기 중공사막 모듈(10)로부터 원수를 제거한 후 미세기포 및 화합물을 포함하는 세정수가 상기 중공사막 모듈(10)로 공급되도록 한다.As illustrated in FIG. 4, the
상기 제어부(50)는, 여과작업이 시작된 후 소정 시간이 흐른 시점(b0) 및 상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후(b1, b2, b3)에 상기 중공사막 모듈(10)의 오염지수값(FI)을 산출하고, 상기 오염지수값(FI)과 그 직전에 산출된 오염지수값(FI)의 차이로부터 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값(FI2)을 산출할 수 있다.The
중공사막 모듈(10)의 오염지수값(FI)은 다음의 식 1에 의해 산출될 수 있다.The contamination index value FI of the hollow
[식 1][Equation 1]
상기 식1에서, △P는 막간차압(kPa)이고, A는 중공사막 모듈의 막면적(㎡)이고, η는 원수의 점도(centipoise)이고, Q는 여과수의 유량 (L/㎡ ㆍhr)이다. 특히, △P는 1분 동안의 막간차압(kPa)에 대한 평균값으로서, 이하 모든 △P는 1분 동안의 막간차압(kPa)에 대한 평균값을 의미한다.Q is the flow rate of the filtered water (L / m < 2 > / hr), and A is the membrane area to be. In particular, ΔP is an average value for the inter-membrane pressure difference (kPa) for one minute, and all ΔP means an average value for the inter-membrane pressure difference (kPa) for one minute.
본 발명의 여과 시스템은, 상기 중공사막 모듈(10)의 막간차압(transmembrane pressure)을 측정하는 압력계(manometer)(61), 상기 중공사막 모듈(10)로 공급되는 원수의 점도를 측정하는 점도계(viscometer)(62), 및 상기 중공사막 모듈(10)에 의해 생산되는 여과수의 유량을 측정하는 유량계(flowmeter)(63)를 더 포함할 수 있다.The filtration system of the present invention includes a
본 발명의 제어부(50)는 상기 압력계(61), 점도계(62), 및 유량계(63)에 의해 각각 측정되는 상기 막간차압(△P), 점도(η), 및 유량(Q)을 수신하고, 이들 데이터를 이용하여 상기 중공사막 모듈(10)의 오염지수값(FI)을 산출한다.The
전술한 바와 같이, 본 발명의 제어부(50)는, 여과작업이 시작된 후 소정 시간이 흐른 시점(b0) 및 상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후(b1, b2, b3)에 상기 중공사막 모듈(10)의 오염지수값(FI)을 산출하고, 상기 오염지수값(FI)과 그 직전에 산출된 오염지수값(FI)의 차이로부터 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값(FI2)을 산출할 수 있다. As described above, the
선택적으로, 상기 소정 시간 및 일정 시간은 역세정 주기의 반 또는 그로부터 ± 5분 이내의 시간일 수 있다.Alternatively, the predetermined time and the predetermined time may be within half a backwashing period or within ± 5 minutes therefrom.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 두 번째 역세정 공정 직후에 소정 시간이 경과된 시점(b2)에서 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값(FI2)은 다음의 식 2에 의해 산출될 수 있다.For example, referring to FIG. 4, the film contamination index value FI2 of the hollow
[식 2][Formula 2]
상기 식2에서, △Pb1 및 △Pb2 는 각각 b1시점 및 b2시점에서 측정한 막간차압(kPa)이고, A는 여과막 모듈의 막면적(㎡)이고, ηb1 및 ηb2 는 각각 b1시점 및 b2시점에서 측정한 원수의 점도(centipoise)이고, Qb1및 Qb2 는 각각 b1시점 및 b2시점에서 측정한 여과수의 유량 (L/㎡ ㆍhr)이다.In the above expression (2),? Pb1 and? Pb2 are the inter-membrane pressure differences (kPa) measured at the time points b1 and b2, A is the membrane area (m 2) of the filtration membrane module, and? B1 and? Qb1 and Qb2 are the flow rates (L / m < 2 > / hr) of the filtered water measured at the time points b1 and b2, respectively.
도 4에 예시된 바와 같이, 상기 b1시점은 첫 번째 역세정 공정 직후에 소정 시간이 경과된 시점이고, 상기 b2시점은 두 번째 역세정 공정 직후에 소정 시간이 경과된 시점이다.As illustrated in FIG. 4, the time point b1 is a time point when a predetermined time has elapsed immediately after the first backwashing process, and the time point b2 is a time point when a predetermined time has elapsed immediately after the second backwashing process.
위 식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, b2 시점에서의 막오염지수값(FI2)은 b2시점에서의 오염지수값과 b1시점에서의 오염지수값 사이의 차에 해당한다. 이때, 상기 b1시점 및 b2시점은 첫 번째 및 두 번째 역세정 공정 직후 상기 역세정 주기의 반이 지난 시점 또는 그 시점에서 ± 5분 이내의 시점일 수 있다.As can be seen from the above equation (2), the film contamination index value FI2 at the time point b2 corresponds to the difference between the contamination index value at the time point b2 and the contamination index value at the time point b1. At this time, the time point b1 and the time point b2 may be within ± 5 minutes after the half of the backwashing period immediately after the first and second backwashing processes, or at that time.
본 발명의 제어부(50)는 일정 주기로 반복 실시되는 역세정 공정들이 완료될 때마다 일정 시간 후(b1, b2, b3)에 상기 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값(FI2)을 산출하고, 상기 산출된 막오염지수값(FI2)이 소정치(한계 막오염지수값) 이상일 경우(도 4의 경우 b3 시점), 상기 중공사막 모듈(10)로부터 원수를 제거한 후 제3 펌프(P3)를 이용하여 미세기포 및 화합물을 포함하는 세정수가 상기 중공사막 모듈(10)로 공급되도록 함으로써 중공사막 모듈(10)을 초기화한다.The
중공사막 모듈(10)의 세정에 사용된 세정수는 농축수 배출구(17)를 통해 빠져나와 마이크로 필터(미도시)를 거쳐 다시 세정조(20)로 귀환될 수 있다.The washing water used for washing the hollow
본 발명에 의하면, 일정 주기로 반복 실시되는 각 역세정 공정 후마다 중공사막 모듈(10)의 막오염지수값(FI2)을 산출하고 그 값이 한계치 이상일 경우에 한해 회복세정을 실시함으로써, 회복세정의 실시 횟수를 최소화할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 의하면 여과 작업의 효율이 극대화될 수 있을 뿐만 아니라, 세정에 따른 여과막의 수명 단축이 최소화될 수 있다. 또한, 세정수에 화학물질 외에 미세기포가 포함되어 있기 때문에 중공사막의 세정 효과가 극대화될 수 있다.According to the present invention, the film fouling index value FI2 of the hollow
10: 중공사막 모듈 20: 세정조
30: 미세기포 공급부 40: 화학물 공급부
50: 제어부 61: 압력계
62: 점도계 63: 유량계
70: 원수 탱크 80: 여과수 탱크
90: 공기 공급 수단10: Hollow fiber membrane module 20: Cleaning bath
30: fine bubble supplying part 40: chemical supplying part
50: control unit 61: pressure gauge
62: Viscometer 63: Flowmeter
70: raw water tank 80: filtered water tank
90: air supply means
Claims (10)
세정수가 저장되어 있는 세정조;
상기 세정조의 세정수에 100㎛ 이하의 직경을 갖고 O2, O3, Cl2, 또는 CO2를 포함하는 미세기포를 공급하는 미세기포 공급부;
상기 세정조의 세정수에 산 또는 알칼리 화합물을 공급하는 화합물 공급부; 및
상기 중공사막 모듈의 막오염지수값에 기초하여 상기 중공사막 모듈로부터 상기 원수를 제거한 후 상기 미세기포를 함유한 상기 세정수를 상기 중공사막 모듈로 공급하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.A hollow fiber membrane module for treating the raw water to produce filtered water;
A washing tub in which washing water is stored;
Minute-bubble supply section for supplying the microbubbles containing having a diameter of less than 100㎛ O 2, O 3, Cl 2, or CO 2 to the number of sets of cleaning the cleaning;
A compound supply unit supplying an acid or an alkali compound to the washing water of the washing tank; And
And a control unit for removing the raw water from the hollow fiber membrane module based on the membrane contamination index value of the hollow fiber membrane module, and supplying the washing water containing the minute bubbles to the hollow fiber membrane module.
상기 산 화합물은 HCl, 구연산, 또는 옥살산이고,
상기 알칼리 화합물은 NaOH 또는 NaOCl인 것을 특징으로 하는 여과 시스템.The method according to claim 1,
Wherein said acid compound is HCl, citric acid, or oxalic acid,
Wherein the alkali compound is NaOH or NaOCl.
상기 중공사막 모듈의 막간차압(transmembrane pressure)을 측정하는 압력계(manometer);
상기 중공사막 모듈로 공급되는 원수의 점도를 측정하는 점도계(viscometer); 및
상기 중공사막 모듈에 의해 생산되는 여과수의 유량을 측정하는 유량계(flowmeter)를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 압력계, 점도계, 및 유량계에 의해 각각 측정되는 상기 막간차압, 점도, 및 유량을 이용하여 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.The method according to claim 1,
A manometer for measuring a transmembrane pressure of the hollow fiber membrane module;
A viscometer for measuring the viscosity of the raw water supplied to the hollow fiber membrane module; And
Further comprising a flowmeter for measuring a flow rate of the filtered water produced by the hollow fiber membrane module,
Wherein the control unit calculates the film contamination index value of the hollow fiber membrane module using the inter-membrane pressure difference, the viscosity, and the flow rate measured by the pressure gauge, the viscometer, and the flow meter, respectively.
상기 제어부는, 상기 중공사막 모듈에 의해서 생산된 여과수를 이용한 역세정이 일정 주기로 반복 실시되도록 하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the control unit repeatedly performs backwashing using filtered water produced by the hollow fiber membrane module at regular intervals.
상기 제어부는, 상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후에 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값을 산출하고, 상기 산출된 막오염지수값이 소정치 이상일 경우 상기 중공사막 모듈로부터 상기 원수를 제거한 후 상기 세정수가 상기 중공사막 모듈로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the control unit calculates a film contamination index value of the hollow fiber membrane module after a predetermined time each time the repeated backwashing operations are completed, and when the calculated film contamination index value is equal to or larger than a predetermined value, And the washing water is supplied to the hollow fiber membrane module.
상기 제어부는, 상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후에 상기 중공사막 모듈의 오염지수값을 산출하고, 상기 오염지수값과 그 직전에 산출된 오염지수값의 차이로부터 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값을 산출하는 것을 특징으로 하는 여과 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the control unit calculates a contamination index value of the hollow fiber membrane module after a predetermined time each time the repeated backwashing operations are completed and calculates a contamination index value of the hollow fiber membrane module based on a difference between the pollution index value and a pollution index value calculated immediately before, Of the filtration system.
일정 주기로 상기 중공사막 모듈에 대한 역세정을 반복 실시하는 단계;
상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후에 상기 중공사막 모듈의 막오염지수값을 산출하는 단계; 및
상기 산출된 막오염지수값이 소정치 이상일 경우 상기 중공사막 모듈로부터 상기 원수를 제거한 후 100㎛ 이하의 직경을 갖고 O2, O3, Cl2, 또는 CO2를 포함하는미세 기포 및 산 또는 알칼리 화합물을 포함하는 세정수를 상기 중공사막 모듈로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.Treating the raw water using a hollow fiber membrane module;
Repeatedly washing back the hollow fiber membrane module at regular intervals;
Calculating a membrane fouling index value of the hollow fiber membrane module after a predetermined time each time the repeated backwashing operations are completed; And
If the Fouling Index value is a predetermined value or more calculated after removing the raw water from the hollow fiber membrane module has a diameter of less than 100㎛ O 2, O 3, Cl 2, or microbubbles, and acid or alkali containing CO 2 And supplying the washing water containing the compound to the hollow fiber membrane module.
상기 막오염지수값의 산출 단계는,
상기 반복 실시되는 역세정들이 완료될 때마다 일정 시간 후에 상기 중공사막 모듈의 오염지수값을 산출하는 단계; 및
상기 오염지수값과 그 직전에 산출된 오염지수값의 차이를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 여과방법.9. The method of claim 8,
The step of calculating the film contamination index value includes:
Calculating a contamination index value of the hollow fiber membrane module after a predetermined time each time the repeated washing is repeated; And
And calculating a difference between the contamination index value and a contamination index value calculated immediately before the pollution index value.
상기 산 또는 알칼리 화합물은 HCl, 구연산, 옥살산, NaOH, 또는 NaOCl인 것을 특징으로 하는 여과방법.9. The method of claim 8,
Wherein the acid or alkali compound is HCl, citric acid, oxalic acid, NaOH, or NaOCl.
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