KR101963124B1 - Remote diagnosing and managing system for small-scaled desalination equipment being separately installed in island area, and method for the same - Google Patents

Remote diagnosing and managing system for small-scaled desalination equipment being separately installed in island area, and method for the same Download PDF

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KR101963124B1
KR101963124B1 KR1020170161272A KR20170161272A KR101963124B1 KR 101963124 B1 KR101963124 B1 KR 101963124B1 KR 1020170161272 A KR1020170161272 A KR 1020170161272A KR 20170161272 A KR20170161272 A KR 20170161272A KR 101963124 B1 KR101963124 B1 KR 101963124B1
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남숙현
김은주
구재욱
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한국건설기술연구원
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Abstract

Provided is a system for diagnosing and managing a remote small-scaled desalination apparatus separately installed in an island area, and a method thereof. According to the present invention, the system determines an optimal operation variable in a site or a remote plate in consideration of characteristics and amount of water at a place, where a small-scaled desalination apparatus is installed, to minimize operation variance in a process. Moreover, the system monitors a water permeation coefficient and a relative permeability index for process diagnosis to provide an operator with an alarm function for contamination of a separation membrane and detects a replacement time of the separation membrane in advance based on an artificial neural network model to stably and safely supply water without interrupting the water in an island area. Moreover, the system calculates an operation flux and a recovery rate from data, such as simplified process information (type and connection configuration of the separation membrane), a flow rate, total dissolved solids (TDS), water temperature, and the like, acquired by a water quality sensor by using dissolved scattering material transfer and concentration polarization models, and transfers an operation result to the site in the remote plate or reflects the same in decision making of the operator in the site.

Description

도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템 및 그 방법 {REMOTE DIAGNOSING AND MANAGING SYSTEM FOR SMALL-SCALED DESALINATION EQUIPMENT BEING SEPARATELY INSTALLED IN ISLAND AREA, AND METHOD FOR THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a remote diagnosis management system and a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed in a book,

본 발명은 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 다수의 도서지에 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치(이하, 소규모 담수화장치라 함)의 원격 진단관리를 위해서 모델예측제어기-기반으로 최적 플럭스 및 회수율을 결정하고, 인공신경망모델-기반으로 분리막 교체시기를 예측하는, 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a remote diagnosis management system for a small scale desalination apparatus, and more particularly, to a remote diagnosis management system for a small scale seawater or an underwater desalination apparatus (hereinafter referred to as a small scale desalination apparatus) The present invention relates to a remote diagnosis management system and a method for a small-scale desalination apparatus for determining an optimal flux and recovery rate based on an artificial neural network model and predicting a membrane replacement timing based on an artificial neural network model.

일반적으로, 염농도 측면에 따르면, 기수(Brackish Water)는 해수(Sea Water)와 담수의 중간 정도를 지칭한다. 또한, 기수와 담수는 일반적으로 500㎎/L의 염농도를 기준으로 구분하지만, 기수는 수중의 염농도가 보통 1,000㎎/L 이상 5,000㎎/L 미만으로 구분하고 있다. 해수의 경우, 지역마다 수중의 염농도가 수천 mg/L 이상 45,000 mg/L 미만의 범위로서, 이론적으로 35,000 mg/L의 염농도를 갖는 것으로 알려져 있다. Generally, according to the salt concentration aspect, Brackish Water refers to the middle of sea water and fresh water. In addition, nadir and fresh water are generally classified according to a salt concentration of 500 mg / L, but the nadir is classified as a salt concentration of not less than 1,000 mg / L and not more than 5,000 mg / L in water. In the case of seawater, it is known that the salt concentration in water in each region is in the range of several thousand mg / L to less than 45,000 mg / L, theoretically having a salt concentration of 35,000 mg / L.

국내외 도서지의 해수 또는 기수의 담수화를 위해서 증류법, 전기투석법, 역삼투 분리법, 막증류 기술 등이 적용되지만, 도서지의 특성상 전기 공급의 한계, 사용가능한 부지의 한계 및 설치비/운전비의 한계 등을 고려하여 최근에는 분리막을 이용한 기술이 가장 많이 적용되고 있다. Distillation method, electrodialysis method, reverse osmosis separation method, membrane distillation technique, etc. are applied for desalination of seawater or nautical water of domestic and overseas books. However, due to the nature of the book, consideration is given to limit of electricity supply, limit of available site and limit of installation cost / operation cost. Recently, the technology using the membrane has been applied most.

예를 들면, 분리막을 이용한 해수 또는 기수의 담수화 공정은, 일반적으로 취수(Intake) → 전처리 공정(Pre-treatment process) → 역삼투막 공정(Reverse Osmosis membrane process) → 후처리 (Post-treatment process) → 저장 등의 공정으로 구성될 수 있다.For example, the desalination process of seawater or nautical water using a separation membrane is generally carried out by the following processes: Intake → Pre-treatment process → Reverse Osmosis membrane process → Post-treatment process → Storage And the like.

한편, 국내의 사례를 살펴볼 경우, 총 3,167개의 도서지 중에서 유인도가 약 500개이며, 전체 유인도 중에서 가뭄시 상습적인 식수난을 겪고 있는 도서지는 250여개인 것으로 파악된다. 이들 250여개 도서지는 생활용수를 간이상수도, 우물, 운반급수 등에 의존하고 있고, 특히, 약 90여개 도서지는 소규모 해수 또는 기수 담수화장치를 통해 생활용수를 공급받고 있다. 전술한 국내 도서지뿐만 아니라 국외 수출되는 소규모 해수 또는 기수 담수화장치까지 고려하면, 그 수는 더욱 많아지게 된다. 따라서 타사 설비와의 경쟁력 확보를 위해서 표준화된 공정구성으로 단시간 내에 시스템을 구현해야 우수한 경제성을 가질 수 있고, 또한, 공정조립 및 수리가 간편하도록 이동성이 확보되어야 구조적 차별성을 가질 수 있으며, 또한, 핵심필터 및 분리막의 교체주기 등이 미연에 정확하게 예측되어야 운전상 편의성을 가질 수 있다.On the other hand, when we look at domestic cases, out of the total 3,167 libraries, 500 inhabitants are inundated, and about 250 books are experiencing frequent irrigation droughts. These 250 sites depend on simple waterworks, wells, transport water supply, etc. In particular, about 90 booklets are supplied with daily water through small-scale seawater or sea water desalination equipment. Considering the above-mentioned small-scale seawater or sea water desalination apparatus exported from abroad as well as the domestic book site, the number is further increased. Therefore, in order to secure competitiveness with other facilities, it is necessary to implement the system in a short time with the standardized process configuration, so that it is possible to have excellent economical efficiency. Moreover, the mobility must be ensured so that the process assembly and repair are easy, The replacement period of the filter and the separator must be precisely predicted beforehand so that the operation convenience can be obtained.

구체적으로, 국내 도서지의 경우, 남해와 서해에 70% 이상의 소규모 해수 또는 기수 담수화장치가 설치되어 있다. 동일한 도서지 내에서 동일한 구성으로 설계 및 시공을 하여도 핵심설비인 역삼투 분리막의 운전조건이 서로 상이하기 때문에, 담수화장치의 회수율, 처리된 염농도 및 전력소모량의 편차가 심한 것으로 분석되었다.Specifically, in the case of domestic book sites, small-scale seawater or nautical desalination plants of 70% or more are installed in the South Sea and the West Sea. Even though the same design and construction are carried out in the same site, the operating conditions of the reverse osmosis membrane, which is a core facility, are different from each other. Therefore, the recovery rate of the desalination equipment, the treated salt concentration and the power consumption are varied.

이에 따라, 다수의 분산된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치의 운전 및 유지관리상의 편차를 줄이기 위해서 담수화장치의 자가진단 및 핵심설비의 교체주기에 대한 정확한 솔루션이 가장 먼저 제공되어야 한다.Accordingly, an accurate solution to the self-diagnosis of the desalination device and the replacement cycle of the core equipment should be provided first in order to reduce the operating and maintenance deviation of a large number of dispersed small-scale seawater or desalination plant.

이러한 솔루션의 목적은 궁극적으로 운전 구성원, 즉, 운전자, 관리자, 감독자 등간에 과학적 분석도구와 이를 포함한 프로그램을 활용하여 현재의 공정운전 상태를 실시간으로 파악하거나, 과거의 운전자료 패턴을 통해 미래의 공정처리 상태를 예측하거나, 공정 운전과 관련한 문제점을 도출하거나 또는 이를 개선하기 위한 노력 등 최종적으로 실시간 공정 최적화를 통해 생산된 담수의 품질을 최상의 상태로 유지하여야 한다.The purpose of this solution is to ultimately identify the current process operation status in real time by using scientific analysis tools and programs including the driver, manager, supervisor and so on, The quality of the fresh water produced through real-time process optimization should be maintained at the highest level, such as an attempt to predict the treatment state, to solve problems related to the operation of the process, or to improve it.

이를 통해 표준화된 데이터 구축방식과 단순화된 압력 및 유량 센서로 모델해석을 통해 공정진단 및 수명예측을 가능하게 하는 알고리즘이 구현된 프로그램, 원격지의 최소화된 용량 크기의 파일 전달 및 병합 처리에 따라 다수의 분산 설치된 수처리시스템의 공정운전 상태를 감시할 수 있게 함으로써, 다수의 분산된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치의 운전 및 유지관리상의 편차를 줄일 수 있다.Through the standardized data construction method and the program that implements algorithm that enables process diagnosis and life prediction through model analysis with simplified pressure and flow sensor, and file transfer and merging process of the minimized capacity size of remote site, By monitoring the process operation status of the distributed water treatment system, it is possible to reduce the variation in operation and maintenance of a large number of dispersed small-scale seawater or water desalination apparatus.

더불어, 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치에 대한 선제적 대응방식으로 유지관리를 수행함으로써 생산자와 수요자간의 신뢰성을 확보할 수 있고, 또한, 다수의 핵심설비의 교체주기를 미연에 파악함으로써 경쟁력 있는 운전관리 기술로 유지관리 비용을 최소화시킬 수 있다. In addition, it is possible to secure the reliability between producers and consumers by performing maintenance by preemptive countermeasures for small scale desalination devices distributed in the book site, and by understanding the replacement cycle of many key facilities in advance, Technology can minimize maintenance costs.

결국, 종래에 기술에 따른 국내외 도서지에 설치 및 운전되는 소규모 해수 또는 기수 담수화장치의 문제점은 크게 세 가지로 요약할 수 있다.As a result, the problems of the small-scale seawater or the water desalination apparatus installed and operated in the domestic and overseas bookstores according to the related art can be roughly classified into three.

첫째, 설계 단계에서 현지의 장기 수질 데이터의 변동성을 고려하지 않은 공정설계의 부실로 인해서 시공 후 회수율이 낮게 유지된다는 문제점이 있다. 둘째, 회수율이 낮게 유지됨에 따라 전력소모량의 증가로 연계되고, 이에 따라 유지관리비가 높아지는 원인이 됨과 동시에 운전변수가 설치장소별, 운전시기 및 계절별 염 투과 변동성이 커지게 되는 문제점이 있다. 셋째, 수십~수천 개의 소규모 담수화장치에 대하여 선제적인 운전 및 유지관리 체계가 없기 때문에 단수로 인한 운전상 문제점이 발생될 가능성이 높다. 따라서 이러한 원인들은 소규모 해수 또는 기수 담수화장치의 운전비용을 증대시키고, 이것은 소비자의 부담으로 작용하게 된다는 문제점이 있다.First, there is a problem that the recovery rate after the construction is kept low due to the failure of the process design that does not take into account the volatility of long-term water quality data at the design stage. Second, as the recovery rate is kept low, it is linked to the increase of the power consumption, which causes the maintenance cost to increase. At the same time, there is a problem that the operation variable varies depending on the place of installation, operation time and season. Third, since there is no preemptive operation and maintenance system for several tens to several thousands of small desalination plants, there is a high possibility of operation problems due to singularity. Therefore, these causes increase the operation cost of the small-scale seawater or the desiccant desalination apparatus, and this causes a problem of the burden on the consumer.

한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1706452호에는 "분리막 이상상태 실시간 감지 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 종래의 기술에 따른 분리막 이상상태 실시간 감지 방법의 특징을 세 가지 측면으로 요약하면 다음과 같다.On the other hand, as a prior art, Korean Patent Registration No. 10-1706452 discloses an invention called " method for real-time detection of a membrane anomaly state " In summary,

첫째, 분리막의 이상상태를 감지하기 위하여 온도보정을 고려한 삼투압 관계식을 이론적으로 이상상태가 없는 상태와 측정된 값과의 비교를 통해서 보정된 생산수량을 산출하고, 이를 통해 미정계수를 최소자승법에 의해 결정하는 모델식을 사용한다. 둘째, 역삼투막 세정시기 예측을 위해서, 수온과 플럭스 및 회수율을 변동시키며, 반복 실험하여 온도, 압력, 유량, 수질 실험 데이터를 수집하여 운전 데이터 저장부에 저장한다. 셋째, 기준 시점부터 실시간 감지 시점까지의 전체 성능 데이터 집단과 실시간 감지 시점을 포함하는 최근 시점의 연속 성능 데이터 집단을 각각 표본집단으로 설정하여 t 검정을 통해 이상 유무를 판단한다.First, in order to detect the abnormal state of the membrane, the osmotic pressure relation considering the temperature correction is theoretically calculated by comparing the measured value with the state without the abnormal state, and the corrected product quantity is calculated through the least squares method Use the model formula to determine. Second, the temperature, flux, and recovery rate are varied in order to predict the reverse osmosis membrane cleaning time, and the temperature, pressure, flow rate, and water quality experiment data are collected and stored in the operation data storage section. Third, the set of continuous performance data groups including the total performance data group from the base point to the real-time detection point and the real-time detection point including the real-time detection point are set as the respective sample groups, and the abnormality is determined through the t-test.

그러나 종래의 기술에 따른 분리막 이상상태 실시간 감지 방법에서 제시한 모델식은 역삼투 분리막의 물질전달에 관한 기본 식을 기본으로 하지만, 막 오염 현상으로 인한 데이터 이상 현상은 고차함수의 비선형 모델로서 단순 최소최승법으로 미결정계수를 결정하는데, 이러한 모델의 결정모형 사용에 대한 신뢰성 검증 알고리즘이 배제됨에 따라 단지 미시적인 관점의 세정시기 결정에 국한된다는 오류가 있다. 즉, 막 오염에 대한 비선형 모델은 입자성 물질, 유기물, 미생물 및 스케일 유발 물질 등 다양한 원인이 존재하기 때문이다.However, the model equation proposed in the real-time detection method of the membrane anomaly state according to the prior art is based on the basic equation about the mass transfer of the reverse osmosis membrane, but the data anomaly due to membrane contamination is a nonlinear model of the high- There is an error that the uncertainty coefficient is determined by law, and the reliability verification algorithm for the use of the decision model of this model is excluded. In other words, nonlinear models for membrane contamination are due to various causes such as particulate matter, organic matter, microorganisms, and scale-inducing substances.

또한, 종래의 기술에 따른 분리막 이상상태 실시간 감지 방법의 경우, 이론적인 정상상태의 모델 계산값과 실측값은 항상 편차가 발생하고, 모델의 전제조건이 비정상상태가 아닌 정상상태 기준이기 때문에 데이터 집단을 통계적인 t 검정에 의해 막 오염 시점을 판단함에 따라 비정상적 데이터의 판단인지 아니면 막오염에 의한 데이터인지 구별하기 어렵다는 문제점이 있다.Further, in the case of the real-time detection method of a separation membrane abnormality state according to the related art, since the theoretical calculated value of the steady state model and the actual measurement value always deviate, and the precondition of the model is a steady- It is difficult to distinguish whether it is the judgment of abnormal data or the data due to membrane contamination.

또한, 종래의 기술에 따른 분리막 이상상태 실시간 감지 방법의 경우, 세정시기를 결정하기 위하여 수온과 플럭스 및 회수율을 변동시키며 반복 실험하는 것은 계절적 변동성을 고려하여도 최소 6개월 이상의 온도 편차를 고려하여야 하고, 또한, 현장의 대상 공정이 정유량 방식의 운전이기 때문에 플럭스를 변동하기 보다는 압력 또는 밸브를 조절해야 한다는 문제점이 있다.Also, in the case of the real-time detection method of a separation membrane abnormality state according to the prior art, it is necessary to consider a temperature deviation of at least 6 months even in consideration of seasonal fluctuation in repeatedly testing water temperature, flux and recovery rate in order to determine a cleaning time Furthermore, there is a problem that the pressure or the valve needs to be adjusted rather than the flux because the target process in the field is a constant flow rate operation.

다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1533554호에는 "역삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.As another prior art, Korean Patent No. 10-1533554 discloses an invention entitled " Apparatus and Method for Monitoring Real Time Film Fouling in Reverse Osmosis Membrane ".

종래의 기술에 따른 역삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치는, 역삼투막 베셀을 모사하여 RO 처리함으로써 처리수와 농축수로 구분하는 RO 처리 모사부를 포함하며, 다수의 유입부 라인, 다수의 밸브, 다수의 역삼투 분리막 베셀로 구성되어 있고, 저장부에는 별도의 온도조절장치가 있는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 한다.A real-time film contamination monitoring apparatus in a reverse osmosis membrane vessel according to the related art includes an RO processing simulation unit for classifying a reverse osmosis membrane vessel into RO and RO by performing RO treatment, A reverse osmosis membrane vessel, and a separate temperature control unit in the storage unit.

하지만, 종래의 기술에 따른 역삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치의 경우, 대규모 플랜트에 적용이 가능한 구조로서, 고가라는 문제점이 있고, 또한, 생산현장에서 소규모 시스템으로 구현하더라도 역삼투 분리막 모사부에서 실시간으로 장기간 반복적인 실험에 의하여 모사해야 한다는 문제점이 있다.However, in the case of a real-time film contamination monitoring apparatus in a reverse osmosis membrane vessel according to the related art, there is a problem that it is expensive to use for a large-scale plant, and even if it is implemented as a small system in a production site, Which is a problem in that it must be simulated by repeated long-term experiments.

다른 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2013-85220호에는 "역삼투막의 막오염 진단 기능을 가지는 해수담수화장치"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.As another prior art, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-85220 discloses an invention named " a seawater desalination device having a membrane contamination diagnosis function of reverse osmosis membrane ".

종래의 기술에 따른 역삼투막의 막오염 진단 기능을 가지는 해수담수화장치는, 해수처리장치에 설치된 하나 이상의 센서로부터 해수처리장치 내로 유입되는 유입수에 대한 정보 및 해수처리장치 내에서 이송되는 물의 유량 및 압력에 대한 정보를 수신하는 송수신부; 및 유량 및 압력에 기초하여, 기준 단위 물에 포함된 물질의 양을 산출하여, 상기 해수처리장치 내의 역삼투막모듈의 오염도를 산출하고, 산출된 오염도에 따라 진단 및 고장 대처 기능을 수행하는 제어부를 포함한다.A seawater desalination apparatus having a function of diagnosing a membrane contamination of a reverse osmosis membrane according to the prior art is provided with information on inflow water flowing into the seawater treatment apparatus from at least one sensor installed in the seawater treatment apparatus and information on the flow rate and pressure of water conveyed in the seawater treatment apparatus A transmission / reception unit for receiving the information about the mobile station; And a control unit for calculating the amount of the substance contained in the reference unit water based on the flow rate and the pressure to calculate the degree of contamination of the reverse osmosis membrane module in the seawater treatment apparatus and performing a diagnosis and a trouble coping function according to the calculated degree of contamination do.

종래의 기술에 따른 역삼투막의 막오염 진단 기능을 가지는 해수담수화장치의 경우, 막오염의 조기 진단을 가능하게 한다는 점이 장점이 있지만, 결과적으로 유량계, 압력계, pH 미터, 온도계 등 센서의 실시간 측정 및 정보를 해석을 통해 간접적으로 막오염을 진단하는 한계점이 있다.The seawater desalination apparatus having the function of diagnosing the membrane contamination of the reverse osmosis membrane according to the prior art enables an early diagnosis of membrane contamination. As a result, it is advantageous in real-time measurement and information of the sensor such as a flow meter, a pressure gauge, There is a limit to diagnose membrane contamination indirectly through analysis.

대한민국 등록특허번호 제10-1706452호(출원일: 2015년 4월 30일), 발명의 명칭: "분리막 이상상태 실시간 감지 방법"Korean Patent No. 10-1706452 filed on Apr. 30, 2015, entitled " Method for real-time detection of membrane anomaly state " 대한민국 등록특허번호 제10-1533554호(출원일: 2015년 3월 5일), 발명의 명칭: "역삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법"Korean Patent No. 10-1533554 filed on Mar. 5, 2015, entitled " Apparatus and Method for Monitoring Real Time Film Fouling in Reverse Osmosis Membrane " 대한민국 등록특허번호 제10-1655965호(출원일: 2016년 4월 19일), 발명의 명칭: "도서지역 담해수 처리용 소형 해수담수화 시설"Korean Patent No. 10-1655965 filed on April 19, 2016, entitled " Small Seawater Desalination Facility for Island Water Treatment in a Book Area " 대한민국 공개특허번호 제2013-85220호(공개일: 2013년 7월 29일), 발명의 명칭: "역삼투막의 막오염 진단 기능을 가지는 해수담수화장치"Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-85220 (published on July 29, 2013), entitled " Seawater desalination apparatus having a membrane pollution diagnosis function of reverse osmosis membrane " 대한민국 등록특허번호 제10-546851호(출원일: 2005년 11월 14일), 발명의 명칭: "상수도가 공급되지 않는 지역의 식수공급을 위한 호소수 및 해수담수화 정수 자동화 시스템"Korean Patent No. 10-546851 filed on November 14, 2005, entitled " Water and water desalination water purification automation system for drinking water supply in areas where water supply is not provided " 대한민국 등록특허번호 제10-1624911호(출원일: 2013년 12월 18일), 발명의 명칭: "재생에너지를 이용한 도서 지역의 고효율 해수담수화 운용ㅇ 연계 시스템 및 해수담수화 운용ㅇ 연계 방법"Korean Patent No. 10-1624911 filed on Dec. 18, 2013, entitled " High-Efficiency Seawater Desalination Operation in Island Areas Using Renewable Energy, o Linkage System and Seawater Desalination & 대한민국 공개특허번호 제2016-59038호(공개일: 2016년 5월 26일), 발명의 명칭: "네트워크를 이용한 실시간 수질측정 및 수질정화 시스템"Korean Patent Publication No. 2016-59038 (Publication date: May 26, 2016), entitled " Real-time Water Quality Measurement and Water Purification System Using Network " 대한민국 공개특허번호 제2017-51988호(공개일: 2017년 5월 12일), 발명의 명칭: "분리막 시스템의 막 오염 모니터링 시스템"Korean Patent Publication No. 2017-51988 (Publication Date: May 12, 2017), entitled " Membrane Fouling Monitoring System of Membrane System " 일본 등록특허번호 제 4,899,875호(출원일: 2007년 1월 12일), 발명의 명칭: "수처리 장치"Japanese Patent No. 4,899,875 filed on January 12, 2007, entitled " Water Treatment Device " 일본 등록특허번호 제5,079,372호(출원일: 2007년 4월 9일), 발명의 명칭: "막 분리 방법 및 막 분리 장치"Japanese Patent No. 5,079,372 filed on April 9, 2007, entitled " Membrane Separation Method and Membrane Separation Device "

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다수의 도서지에 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치의 원격 진단관리를 위해서 모델예측제어기-기반으로 최적 플럭스 및 회수율을 결정하고, 인공신경망모델-기반으로 분리막 교체시기를 예측하는, 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Technical Solution According to an aspect of the present invention, there is provided a method for remotely diagnosing and managing a small-scale seawater or an aquatic desalination apparatus, the method comprising: determining optimal flux and recovery rate based on a model predictive controller; The present invention is to provide a remote diagnosis management system and a method for a small-scale desalination apparatus installed in a book on the basis of model-based prediction of a membrane replacement time.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 공정진단을 위하여 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고 기능을 운전자에 제공하고, 인공신경망모델에 의하여 분리막 교체시기를 사전에 감지하여 도서지의 무단수가 가능하도록 안정적이고 안전하게 용수를 공급할 수 있는, 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a warning function for separator membrane pollution degree by monitoring the water permeability coefficient and relative permeability index for process diagnosis and detecting the membrane replacement time in advance by the artificial neural network model A remote diagnosis management system and a method for a small scale desalination apparatus installed in a book, which can supply water steadily and safely to enable the unauthorized use of the book site.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 단순화된 공정정보(분리막 종류 및 연결구성), 유량 및 총 용존 고형물(TDS), 수온 등의 수질센서로 얻어진 데이터를 용해확산 물질전달 및 농도분극 모델을 이용하여 운전 플럭스 및 회수율을 연산하고, 이를 원격지에서 현장에 정보를 전달하거나 또는 현장에서 운전자의 의사결정에 반영할 수 있는, 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method and system for analyzing data obtained by a water quality sensor such as simplified process information (separation membrane type and connection composition), flow rate and total dissolved solids (TDS), water temperature, Provided is a remote diagnosis management system and method for a small-scale desalination apparatus installed in a book site, which can calculate operation flux and recovery rate using the system, and transmit the information to a site in a remote place or reflect it in a driver's decision in the field .

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템은, 도서지에 분산 설치되고, 역삼투모듈에 의해 역삼투 방식으로 해수 또는 기수를 담수화하는 소규모 담수화장치; 상기 분산 설치된 소규모 담수화장치로부터 각각 운전데이터 및 센서데이터를 원격 수집하여 이에 대응하는 공정정보를 입력하고, 상기 소규모 담수화장치의 수질 및 수량을 모니터링하는 공정 관리 및 제어부; 모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치의 최적 운전을 위해 상기 원격 수집된 운전데이터에 대응하는 최적 플럭스 및 회수율을 결정하는 최적 운전변수 결정부; 상기 소규모 담수화장치의 공정진단을 위하여 물 투과계수와 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고기능을 제공하는 공정지수 감시부; 및 인공신경망모델을 이용하여 분리막 오염도에 대응하는 역삼투모듈 분리막의 교체시기를 예측하는 분리막 교체시기 예측부를 포함하여 구성된다.As a means for achieving the above technical object, a remote diagnosis management system of a small-sized desalination apparatus installed in a book paper according to the present invention is distributed on a book, and the seawater or nose is desalinated by a reverse osmosis Small scale desalination equipment; A process management and control unit for remotely collecting operational data and sensor data from the distributed small scale desalination apparatus, inputting corresponding process information, and monitoring the quality and quantity of the small scale desalination apparatus; An optimal operation variable determining unit for determining an optimal flux and a recovery rate corresponding to the remote collected operation data for optimum operation of the small scale desalination apparatus based on a model predictive controller; A process index monitoring unit for monitoring a water permeability coefficient and a relative permeability index to provide a warning function for the membrane contamination degree for the process diagnosis of the small scale desalination unit; And a membrane replacement timing predicting unit for predicting a replacement timing of the reverse osmosis module membrane corresponding to the membrane contamination degree using an artificial neural network model.

여기서, 상기 공정 관리 및 제어부는, 상기 소규모 담수화장치를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력하는 공정정보 입력부; 및 상기 소규모 담수화장치의 유입수 센서로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화하는 수질 및 수량 모니터링부를 포함할 수 있다.Here, the process management and control unit may include: a process information input unit for inputting a process configuration according to a separation membrane type and separation membrane connection conditions as process information according to operation data collected for the small-scale desalination apparatus; And a water quality and quantity monitoring unit for measuring the influent water temperature collected from the influent water sensor of the small scale desalination apparatus, the concentration (TDS) of total dissolved solids, the concentration and quantity of boron,

여기서, 상기 최적 운전변수 결정부는 상기 소규모 담수화장치의 역삼투 분리막의 용액확산 물질전달 모델과 운전변수에 따른 공정해석모사에 의한 최적화 모델예측제어기-기반으로 결정된 운전플럭스 및 회수율을 유지하도록 연산 제어를 수행할 수 있다.Here, the optimum operating parameter determiner determines the operation flux and the recovery rate based on the optimization model predictive controller based on the solution diffusion model of the reverse osmosis membrane of the small-scale desalination apparatus and the process simulation according to the operating variables. Can be performed.

여기서, 상기 최적 운전변수 결정부의 용액확산 물질전달 모델은 역삼투 분리막 종류별 물질전달 계수를 고려하고, 유입수의 온도 보정, 삼투압 및 분리막별 압력손실을 고려하고, 분리막 표면에서의 농도분극지수를 포함하여 연산하는 것을 특징으로 한다.Here, the solution diffusion material transfer model of the optimum operation variable determining unit considers the mass transfer coefficients of the reverse osmosis membrane types, takes into account the temperature correction of the influent water, the osmotic pressure and the pressure loss per membrane, and includes the concentration polarization index .

여기서, 상기 최적 운전변수 결정부의 최적화 모델예측제어기는 총 용존 고형물의 농도 또는 보론의 유해물질에 대한 처리수 수질과 상기 소규모 담수화장치에서 소모되는 전력소모량을 제한조건으로 하며, 상기 최적 운전변수 결정부는 이러한 제한조건에 따라 회수율과 플럭스의 최적 범위를 결정한 후에 최적 플럭스 및 회수율을 결정하며, 최종적으로 운전변수인 고압펌프의 압력을 결정할 수 있다.Here, the optimization model predictive controller of the optimum operating parameter determiner may limit the concentration of the total dissolved solids, the treated water quality for the harmful substances of boron, and the power consumption consumed in the small-scale desalination apparatus, After determining the recovery rate and the optimum range of the flux according to these constraints, the optimum flux and recovery rate are determined, and finally the pressure of the high pressure pump, which is an operating variable, can be determined.

여기서, 상기 공정지수 감시부는 물 투과계수를 지속적으로 계산하고, 상대적 물 투과능 지수를 산출하여 초기 대비 물 투과능의 공정능력 지수가 초기 투과도로부터 30% 이상 지속적으로 감소하는 경우, 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고를 발생하는 것이 바람직하다.Here, the process index monitoring unit continuously calculates the water permeability coefficient and calculates the relative water permeability index. If the process capability index of the initial water permeability is continuously decreased by 30% or more from the initial permeability, It is preferable to generate a warning that an abnormality has occurred.

여기서, 상기 분리막 교체시기 예측부는 상기 공정지수 감시부로부터 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고가 발생한 이후, 상기 인공신경망모델에 의하여 계산된 값이 사용자의 기준 값에 도달하는 경우, 분리막 교체시기로 판단하여 분리막 교체시기 정보를 상기 소규모 담수화장치의 관리자에게 제공할 수 있다.Here, if the value calculated by the artificial neural network model reaches a user's reference value after a warning that an abnormality has occurred in the process production capacity from the process index monitoring unit, the separation membrane replacement time predicting unit predicts It is possible to provide the manager of the small-scale desalination apparatus with information on the membrane replacement time.

여기서, 상기 분리막 교체시기 예측부는 상기 소규모 담수화장치의 운전 중단 없이도 상기 인공신경망모델에 의해 분리막 오염정도 및 교체시기를 판단하는 의사결정을 통해 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치를 원격진단 및 관리할 수 있다.Here, the separation membrane replacement time predicting unit can remotely diagnose and manage a plurality of distributed small-scale desalination apparatuses by making a decision to determine the degree of contamination of the separation membrane and the replacement time by the artificial neural network model without stopping the operation of the small- .

여기서, 상기 분리막 교체시기 예측부의 인공신경망모델 입력인자는 수온, 총 용존 고형물(TDS), 분리막의 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량 및 운전시간이고, 출력인자는 물 투과계수일 수 있다.Herein, the input factors of the artificial neural network model of the membrane replacement time predicting unit are water temperature, total dissolved solids (TDS), pressure difference (TMP) on the inflow side and concentrated water side of the membrane, flow rate and operation time, .

여기서, 상기 최적 운전변수 결정부 및 상기 분리막 교체시기 예측부는 도서지의 현장 제어기에 구현되어 최적 플럭스 및 고압펌프의 운전조건을 스스로 결정하고, 분리막 오염에 대응하는 분리막 교체시기를 알려주는 경보와 함께 스스로 진단할 수 있다.Here, the optimum operating parameter determiner and the separator replacement timing predictor are implemented in a field controller of a book magazine to determine operating conditions of the optimum flux and high-pressure pump by themselves, and an alarm notifying the replacement time of the membrane, Can be diagnosed.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법은, a) 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치가 각각 해수 또는 기수를 유입수로 하여 역삼투 공정으로 담수를 생산하는 단계; b) 공정 관리 및 제어부가 가상사설망을 통해 상기 소규모 담수화장치 각각으로부터 센서데이터 및 운전데이터를 수집하는 단계; c) 상기 소규모 담수화장치의 역삼투 공정의 운전데이터에 따라 분리막 종류 및 공정 구성을 입력하는 단계; d) 상기 소규모 담수화장치의 유입수센서로부터 수집된 센서데이터에 따라 수질 및 수량을 모니터링하는 단계; e) 최적 운전변수 결정부가 모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치의 최적 운전을 위한 최적 운전변수인 플럭스 및 회수율을 결정하는 단계; f) 공정지수 감시부가 분리막 오염도에 대응하는 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 산출 및 비교하여 상기 소규모 담수화장치의 공정을 진단 및 감시하는 단계; 및 g) 분리막 교체시기 예측부가 인공신경망모델을 이용하여 상기 분리막 오염도에 대응하는 분리막 교체시기를 예측하는 단계를 포함하며, 상기 b) 단계의 공정 관리 및 제어부는, 상기 소규모 담수화장치를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력하는 공정정보 입력부; 및 상기 소규모 담수화장치의 유입수 센서로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화하는 수질 및 수량 모니터링부를 포함하여 이루어진다.In another aspect of the present invention, there is provided a remote diagnosis management method for a small-scale water treatment apparatus installed on a book paper, comprising the steps of: a) a small-scale desalination apparatus distributed on a book, Producing fresh water by a reverse osmosis process; b) the process control and control unit collecting sensor data and operation data from each of said small-scale desalination units via a virtual private network; c) inputting the membrane type and the process configuration according to the operation data of the reverse osmosis process of the small scale desalination apparatus; d) monitoring water quality and quantity according to the sensor data collected from the influent water sensor of the small scale desalination apparatus; e) determining optimal flux and recovery rate, which are optimum operating parameters for optimum operation of the small scale desalination apparatus, based on optimum operating parameter determination addition model predictive controller; f) diagnosing and monitoring the process of the small scale desalination apparatus by calculating and comparing the water permeability coefficient and the relative permeability index corresponding to the process index monitoring unit separation membrane pollution degree; And g) estimating a separation membrane replacement time corresponding to the separation membrane contamination degree using an artificial neural network model, wherein the process management and control unit in step b) collects the small- A process information input unit for inputting a process configuration according to a separation membrane type and a separation membrane connection condition as process information according to the operation data; And a water quality and quantity monitoring unit for measuring the influent water temperature collected from the influent water sensor of the small scale desalination apparatus, the concentration (TDS) of total dissolved solids, the concentration and the quantity of boron, and databaseing them.

본 발명에 따르면, 국내외 도서지에 분산 설치된 해수 또는 기수 담수화 처리를 위한 정밀여과 필터, 역삼투 분리막, 기타 설비 등을 포함한 소규모 담수화장치에 대하여 공정 구성 및 분리막의 종류에 상관없이 분리막 현상을 설명하는 용해확산 물질전달 모델과 운전변수(플럭스 및 회수율) 결정 최적화 모델을 토대로 소규모 담수화장치가 설치된 장소의 수질 특성 및 수량을 고려하여 현장 또는 원격지에서 최적의 운전변수를 결정하여 공정의 운전 변동성을 최소화시킬 수 있다.According to the present invention, for a small-scale desalination apparatus including a microfiltration filter, a reverse osmosis membrane, and other facilities for seawater or nursing desalination processing distributed in domestic and overseas papers, process composition and dissolution Based on the optimization model of the diffusion mass transfer model and the operating parameters (flux and recovery rate), it is possible to minimize the operating variability of the process by determining the optimum operating parameters at the site or remote site considering the water quality and quantity of the place where the small- have.

본 발명에 따르면, 공정진단을 위하여 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고 기능을 운전자에 제공하고, 인공신경망모델에 의하여 분리막 교체시기를 사전에 감지하여 도서지의 무단수가 가능하도록 안정적이고 안전하게 용수를 공급할 수 있다.According to the present invention, the water permeability coefficient and the relative permeability index are monitored to provide a warning function to the operator on the membrane pollution degree for the process diagnosis, and the artificial neural network model is used to detect the time So that water can be supplied stably and safely.

본 발명에 따르면, 수십~수천 곳의 도서지에 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치에 대하여 설계, 시공 및 운전에 대한 품질관리를 제공해야 하는 관리자에게 종래의 문제점을 해결할 수 있는 의사결정을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a manager who is required to provide quality control for designing, construction and operation of a small-sized seawater or a sea water desalination apparatus installed in several tens to thousands of booklets, have.

본 발명에 따르면, 단순화된 공정정보(분리막 종류 및 연결구성), 유량 및 총 용존 고형물(TDS), 수온 등의 수질센서로 얻어진 데이터를 용해확산 물질전달 및 농도분극 모델을 이용하여 운전 플럭스 및 회수율을 연산하고, 이를 원격지에서 현장에 정보를 전달하거나 또는 현장에서 운전자의 의사결정에 반영할 수 있다.According to the present invention, data obtained from a water quality sensor such as simplified process information (separation membrane type and connection composition), flow rate and total dissolved solids (TDS), water temperature, and the like are used to calculate the operation flux and recovery rate And can transmit the information to the site at a remote place or reflect it in the driver's decision in the field.

본 발명의 실시예에 따르면, 온도를 보정한 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 이용하여 역삼투 분리막 오염도를 파악하고, 인공신경망모델-기반으로 분리막 교체시기를 예측할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to determine the reverse osmosis membrane contamination degree using the temperature-compensated water permeability coefficient and the relative permeability index, and to predict the membrane replacement time based on the artificial neural network model.

본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치의 자가진단 및 원격상 공정운전 상태를 감시할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to monitor the self-diagnosis and remote-phase operation state of a plurality of distributed small-scale desalination apparatuses.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 소규모 담수화장치로부터 각각 센서데이터 및 운전데이터를 수집하여 최적 운전변수를 결정하고 분리막 교체시기를 예측하는 것을 예시하는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 소규모 담수화장치의 역삼투 분리막의 용해확산 물질전달 모델의 모식도이다.
도 4는 도 2에 도시된 소규모 담수화장치의 역삼투모듈에 대해 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하기 위한 알고리즘을 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하는 프로그램의 시뮬레이션을 예시하는 도면이다.
도 6은 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하는 프로그램의 역삼투 최적화 결과를 예시하는 도면이다.
도 7은 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 회수율을 결정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 인공신경망모델-기반으로 소규모 담수화장치의 공정이상 경보 및 분리막 교체시기를 예측하는 것을 설명하기 위한 구성도이다.
도 9는 도 8에 도시된 소규모 담수화장치의 분리막 교체시기를 예측하기 위한 인공신경망모델의 입력층, 은닉층 및 출력층의 구조를 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 소규모 담수화장치의 분리막 교체시기를 예측하기 위해 프로그램으로 구현된 인공신경망모델의 구성을 예시하는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 인공신경망모델에 따른 분리막 교체시기 예측 결과를 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 방법의 동작흐름도이다.
1 is a schematic block diagram of a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating an example of collecting sensor data and operation data from the small-scale desalination apparatus shown in FIG. 1 to determine optimum operating parameters and predicting a membrane replacement time.
3 is a schematic view of a dissolution diffusion mass transfer model of the reverse osmosis membrane of the small-scale desalination apparatus shown in FIG.
4 is a diagram illustrating an algorithm for determining model predictive controller-based optimal flux and high pressure pump operating pressure for a reverse osmosis module of the small scale desalination apparatus shown in FIG. 2;
5 is a diagram illustrating a simulation of a program for determining a model predictive controller-based optimum flux and a high-pressure pump operating pressure of a small-scale desalination apparatus in a remote diagnosis management system of a small-scale desalination apparatus installed in a book paper according to an embodiment of the present invention .
Figure 6 is a diagram illustrating the results of a reverse osmosis optimization of a program that determines the model predictor controller-based optimal flux and high pressure pump operating pressure of a small scale desalination plant.
Figure 7 is a diagram showing the results of determining the model predictive controller-based optimal flux and recovery of a small scale desalination plant.
8 is a diagram for explaining prediction of a process anomaly alarm and a membrane replacement time of a small scale desalination apparatus based on an artificial neural network model in a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention .
FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of an input layer, a hidden layer, and an output layer of an artificial neural network model for predicting a membrane replacement time of the small-scale desalination apparatus shown in FIG.
10 is a diagram illustrating a configuration of an artificial neural network model implemented as a program for predicting a replacement time of a membrane of a small scale desalination apparatus in a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed in a book paper according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a result of prediction of a membrane replacement time according to the artificial neural network model shown in FIG.
12 is a flowchart illustrating an operation of a remote diagnosis management method for a small scale desalination apparatus installed in a book on a book according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term " part " or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

[도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)][Remote Diagnosis Management System of Small Scale Desalination Installed on the Island (100)]

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템의 개략적인 구성도로서, 도서지에 다수로 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화 장치에 대하여 가상사설망에 의한 원격관리 구성체계의 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a remote diagnosis management system of a small-scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Fig.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)은, 소규모 담수화장치(110), 공정 관리 및 제어부(120), 최적 운전변수 결정부(130), 공정지수 감시부(140) 및 분리막 교체시기 예측부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a remote diagnosis management system 100 of a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention includes a small-scale desalination apparatus 110, a process management and control unit 120, A process index monitoring unit 140, and a separation membrane replacement timing predicting unit 150.

소규모 담수화장치(110)는 도서지에 분산 설치되는 다수의 소규모 담수화장치(110a~110n)로서, 후술하는 역삼투모듈(116)에 의해 역삼투(RO) 방식으로 해수 또는 기수를 담수화한다.The small-scale desalination apparatus 110 is a plurality of small-scale desalination apparatuses 110a to 110n dispersed on a book, and desalination or sea water is desalinated by a reverse osmosis (RO) system by a reverse osmosis module 116 described later.

공정 관리 및 제어부(120)는, 예를 들면, 가상사설망(VPN)을 통해 상기 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)로부터 각각 운전데이터 및 센서데이터를 원격 수집하여 이에 대응하는 공정정보를 입력하고, 상기 소규모 담수화장치의 수질 및 수량을 모니터링한다. 여기서, 상기 가상사설망(Virtual Private Network: VPN)은 인터넷망과 같은 공중망을 사설망처럼 이용해 회선비용을 크게 절감할 수 있는 기업통신 서비스를 가리키며, 기업의 통신망과 인터넷서비스 제공자와 연결만 하면 되기 때문에 별도로 값비싼 장비나 소프트웨어를 구입하고 관리할 필요가 없어, 기존 전용선에 비해 20~80% 이상의 비용 절감효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 이동성 보장과 편리한 네트워크 구성 등이 장점이 있다. 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)이 가상사설망(VPN)을 통해 소규모 담수화장치(110)로부터 각각 운전데이터 및 센서데이터를 원격 수집하는 것으로 예시하였지만, 이에 국한되지 않는다는 점은 당업자에게 자명하다.The process management and control unit 120 remotely collects operation data and sensor data from the distributed small scale desalination apparatus 110 via a virtual private network (VPN), inputs corresponding process information, Monitor water quality and quantity of small scale desalination equipment. Here, the virtual private network (VPN) refers to a corporate communication service that can greatly reduce the cost of a line by using a public network such as an Internet network as a private network, and can only be connected to a communication network of an enterprise and an Internet service provider. It does not require expensive equipment or software to be purchased and managed. It can save 20 ~ 80% more than traditional leased line, and it has user's mobility guarantee and convenient network configuration. Although the remote diagnosis management system 100 of the small scale desalination apparatus installed in the bookstore according to the embodiment of the present invention has been exemplified that the operation data and the sensor data are remotely collected from the small scale desalination apparatus 110 through the virtual private network (VPN) , But is not limited thereto.

최적 운전변수 결정부(130)는 모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치(110)의 최적 운전을 위해 상기 원격 수집된 운전데이터에 대응하는 최적 플럭스 및 회수율을 결정한다. 여기서, 최적 운전변수 결정에 대한 구체적인 설명은 도 3 내지 도 71을 참조하여 후술하기로 한다.The optimal operation parameter determination unit 130 determines an optimum flux and a recovery rate corresponding to the remote collected operation data for optimum operation of the small scale desalination apparatus 110 based on a model predictive controller. Hereinafter, a detailed description of the optimum operating parameter determination will be described later with reference to FIG. 3 to FIG.

공정지수 감시부(140)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 공정진단을 위하여 물 투과계수와 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고기능을 제공한다.The process index monitoring unit 140 monitors the water permeability coefficient and the relative permeability index for the process diagnosis of the small scale desalination apparatus 110 to provide a warning function for the membrane pollution degree.

분리막 교체시기 예측부(150)는 인공신경망모델을 이용하여 분리막 오염도에 대응하는 역삼투모듈 분리막의 교체시기를 예측한다. 여기서, 공정지수 감시 및 분리막 교체시기 예측에 대한 구체적인 설명은 도 8 내지 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.The membrane replacement time predicting unit 150 predicts the replacement timing of the reverse osmosis membrane module corresponding to the membrane contamination degree using the artificial neural network model. Here, a detailed description of the process index monitoring and the separation membrane replacement timing prediction will be described later with reference to FIGS. 8 to 11. FIG.

본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)은 다수로 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치(110)를 대상으로 하고, 가상사설망(VPN)에 의하여 원격지에서 최적화 운전플럭스 및 회수율을 결정하고, 분리막 교체시기를 원격 진단할 수 있다.The remote diagnosis management system 100 of the small scale desalination apparatus installed in the bookstore according to the embodiment of the present invention is a system in which a plurality of small scale seawater or nacelle desalination apparatuses 110 are installed and distributed by a virtual private network (VPN) The optimization operation flux and the recovery rate can be determined, and the separation membrane replacement time can be remotely diagnosed.

구체적으로, 도 2는 도 1에 도시된 소규모 담수화장치로부터 각각 센서데이터 및 운전데이터를 수집하여 최적 운전변수를 결정하고 분리막 교체시기를 예측하는 것을 예시하는 도면이다.Specifically, FIG. 2 is a view illustrating an example of collecting sensor data and operation data from the small-scale desalination apparatus shown in FIG. 1 to determine optimal operating parameters and predicting a membrane replacement timing.

도 2를 참조하면, 소규모 담수화장치(110)는, 유입수 공급펌프(111), 유입수 센서(112), 이중여재 필터(DMF: 113), 프리필터(114), 고압펌프(115), 역삼투모듈(116), 분리막 센서(117), 에너지 회수장치(ERD: 118) 및 생산수 탱크(119)를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 유입수 센서(112)는 수온센서, TDS(Total Dissolved Solid) 센서 및 수량센서를 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.2, the small scale desalination apparatus 110 includes an inflow water supply pump 111, an inflow water sensor 112, a double filter medium filter (DMF) 113, a prefilter 114, a high pressure pump 115, Module 116, a separation membrane sensor 117, an energy recovery unit (ERD 118) and a production water tank 119, wherein the influent water sensor 112 comprises a water temperature sensor, a Total Dissolved Solid (TDS) But are not limited to, sensors and quantity sensors.

본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)에서 공정 관리 및 제어부(120)는 공정정보 입력부(121) 및 수질 및 수량 모니터링부(122)를 포함할 수 있다.The process management and control unit 120 may include a process information input unit 121 and a water quality and quantity monitoring unit 122 in a remote diagnosis management system 100 of a small scale desalination apparatus distributed on a book paper according to an embodiment of the present invention. have.

공정정보 입력부(121)는 상기 소규모 담수화장치(110)를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력한다.The process information input unit 121 inputs process configurations according to the separation membrane type and separation membrane connection conditions as process information according to the operation data collected for the small-scale desalination apparatus 110.

수질 및 수량 모니터링부(122)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수 센서(112)로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화한다.The water quality and quantity monitoring unit 122 measures the influent water temperature, the concentration (TDS) of total dissolved solids, the concentration and the quantity of boron collected from the influent water sensor 112 of the small-scale desalination apparatus 110, .

최적 운전변수 결정부(130)는 모델예측제어기-기반으로 최적 운전변수로서 최적 플럭스 및 회수율을 결정한다. 구체적으로, 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투모듈(116)의 분리막의 용액확산 물질전달 모델과 운전변수에 따른 공정해석모사에 의한 최적화 모델예측제어기-기반으로 결정된 운전플럭스 및 회수율을 유지하도록 연산 제어를 수행한다.The optimum operating parameter determiner 130 determines an optimum flux and a recovery rate as optimal operating parameters based on a model predictive controller. Specifically, the optimum operating parameter determiner 130 determines the optimal diffusion model of the reverse osmosis module 116 based on the solution diffusion material transfer model of the reverse osmosis module 116 of the small-scale desalination apparatus 110, And operation control is performed so as to maintain the operation flux and the recovery rate determined based on the operation flux.

특히, 상기 용액확산 물질전달 모델은 역삼투 분리막 종류별 물질전달 계수를 고려하고, 유입수의 온도 보정, 삼투압 및 분리막별 압력손실을 고려하고, 분리막 표면에서의 농도분극지수를 포함하여 연산한다. 또한, 상기 최적화 모델예측제어기는 총 용존 고형물의 농도 또는 보론의 유해물질에 대한 처리수 수질과 상기 소규모 담수화장치(110)에서 소모되는 전력소모량을 제한조건으로 하며, 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 이러한 제한조건에 따라 회수율과 플럭스의 최적 범위를 결정한 후에 최적 플럭스 및 회수율을 결정하며, 최종적으로 운전변수인 고압펌프의 압력을 결정할 수 있다.Particularly, the solution diffusion mass transfer model is calculated by considering the mass transfer coefficient of the reverse osmosis membrane, considering the temperature correction of the influent water, the osmotic pressure and the pressure loss per membrane, and including the concentration polarization index at the membrane surface. In addition, the optimization model predictive controller may limit the concentration of the total dissolved solids, the treated water quality for the harmful substances of boron and the power consumption consumed in the small-scale desalination apparatus 110, ) Determines the optimum flux and recovery rate after determining the recovery rate and the optimum range of the flux according to these limiting conditions, and finally determines the pressure of the high-pressure pump which is the operating variable.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(110)은 상기 소규모 담수화장치(110)가 분산 설치된 도서지의 유입수 수질, 생산수량 및 분리막의 물질전달 특성을 고려하지 않은 상태에서 운전변수인 고압펌프(115)를 운전함으로써 발생하는 불규칙적인 회수율로 인해 생산수 수질과 전력소모량이 불규칙적이 되고, 이에 따라 역삼투모듈(116)의 분리막 오염과 교체시기를 해석하기 어려울 정도로 변동성이 커지는 점을 해결하여야 한다. Meanwhile, the remote diagnosis management system 110 of the small scale desalination apparatus installed on the book paper according to the embodiment of the present invention considers the influent water quality, the production quantity and the mass transfer characteristic of the separation membrane of the book paper in which the small-scale desalination apparatus 110 is distributed The water quality and the power consumption are irregular due to the irregular recovery rate generated by operating the high-pressure pump 115, which is a driving variable in the state where the high-pressure pump 115 is not operated. Accordingly, It is necessary to solve the problem that the volatility becomes so difficult.

도 3은 도 2에 도시된 소규모 담수화장치의 역삼투 분리막의 용해확산 물질전달 모델의 모식도이고, 도 4는 도 2에 도시된 소규모 담수화장치의 역삼투모듈에 대해 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하기 위한 알고리즘을 예시하는 도면이다.FIG. 3 is a schematic diagram of a dissolution diffusion mass transfer model of the reverse osmosis membrane of the small-scale desalination apparatus shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a model predictive controller-based optimum flux for a reverse osmosis module of the small- Fig. 5 is a diagram illustrating an algorithm for determining a high-pressure pump operating pressure.

도 3에 도시된 역삼투 분리막의 용해확산 물질전달 모델에서, 용액 물질전달의 플럭스 및 초기 용액 전달계수는 각각 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같이 주어진다. 이때, 물질전달 계수인

Figure 112017118928012-pat00001
는 온도보정을 하도록 한다. 다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 하기 수학식 3에 의해 유입수 성상에 기초한 삼투압을 계산하고, 하기 수학식 4는 역삼투 분리막에 의한 압력손실을 반영한다. In the dissolution diffusion mass transfer model of the reverse osmosis membrane shown in FIG. 3, the flux of solution mass transfer and the initial solution transfer coefficient are given by the following equations (1) and (2), respectively. At this time, the mass transfer coefficient
Figure 112017118928012-pat00001
Lt; / RTI > Next, as shown in FIG. 4, the osmotic pressure based on the influent water phase is calculated by the following equation (3), and the following equation (4) reflects the pressure loss due to the reverse osmosis membrane.

다음으로, 하기 수학식 5는 역삼투 분리막 표면에서 형성되는 농도분극을 본 발명의 실시예에서는 반드시 고려하는 것을 특징으로 하고, 농도분극 모델에서 물질전달계수는 수학식 6에 의해 연산한다. 또한, 상기 최적 운전변수 결정부(130)의 최적화 모델예측제어기에 의해 최적 플럭스와 회수율을 계산하기 위한 제한변수인 전력소모량은 하기 수학식 8에 의해 연산한다. 또한, 수학식 7과 수학식 9는 상기 수학식 1 내지 수학식 8을 순환알고리즘으로 반복적으로 연산 처리하여 운전조건별 조절변수별 결과를 연산 처리하여 산출된 최종적인 플럭스(

Figure 112017118928012-pat00002
) 및 회수율(
Figure 112017118928012-pat00003
)을 의미한다.Next, Equation (5) is characterized in that the concentration polarization formed on the surface of the reverse osmosis membrane is considered in the embodiment of the present invention, and the mass transfer coefficient in the concentration polarization model is calculated by Equation (6). Also, the power consumption, which is a limiting variable for calculating the optimum flux and the recovery rate, is calculated by the following equation (8) by the optimization model predictive controller of the optimum operating parameter determiner 130. [ Equations (7) and (9) are obtained by repeatedly calculating the above equations (1) to (8) by a recursive algorithm and calculating the final flux
Figure 112017118928012-pat00002
) And recovery rate
Figure 112017118928012-pat00003
).

구체적으로, 용액 물질전달(Solvent Transport)의 플럭스(Solvent flux: 단위는 m/s)

Figure 112017118928012-pat00004
는 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.Specifically, the flux of Solvent Transport (unit: m / s)
Figure 112017118928012-pat00004
Can be obtained by the following equation (1).

Figure 112017118928012-pat00005
Figure 112017118928012-pat00005

여기서,

Figure 112017118928012-pat00006
는 용액 전달계수(Solvent transport parameter: 단위는 m/s-Pa)를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00007
는 유입수측 압력(Feed Pressure to RO system: 단위는 Pa)을 나타내고, 그리고
Figure 112017118928012-pat00008
는 분리막내 압력손실(Pressure loss in an RO system: 단위는 Pa)을 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00006
Represents the solution transport parameter (unit: m / s-Pa)
Figure 112017118928012-pat00007
Represents the feed pressure to the RO system (unit: Pa), and
Figure 112017118928012-pat00008
Indicates the pressure loss in an RO system (unit: Pa).

또한, 상기 용액 물질전달(Solvent Transport)에 대한 용액 전달계수(

Figure 112017118928012-pat00009
)는 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.In addition, the solution transfer coefficient for the solvent transfer (Solvent Transport)
Figure 112017118928012-pat00009
) Is given by the following equation (2).

Figure 112017118928012-pat00010
Figure 112017118928012-pat00010

여기서,

Figure 112017118928012-pat00011
는 초기 용액 전달계수(Solvent transport parameter: 단위는 m/s-Pa)를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00012
는 분리막 막면적(㎡)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00013
은 총 분리막 막면적(㎡)을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00014
는 온도(℃)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00015
는 회수율을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00016
은 점성계수를 나타내고, 그리고
Figure 112017118928012-pat00017
는 유입수측 압력을 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00011
Represents the initial solution transfer parameter (unit: m / s-Pa)
Figure 112017118928012-pat00012
(M < 2 >),
Figure 112017118928012-pat00013
Represents the total membrane area (m < 2 >),
Figure 112017118928012-pat00014
Represents the temperature (占 폚)
Figure 112017118928012-pat00015
Represents the recovery rate,
Figure 112017118928012-pat00016
Represents the viscosity coefficient, and
Figure 112017118928012-pat00017
Represents the inflow side pressure.

다음으로, 역삼투막의 삼투압(Osmotic Pressure)

Figure 112017118928012-pat00018
(단위는 Pa)는 다음의 수학식 3과 같이 주어진다.Next, the osmotic pressure of the reverse osmosis membrane,
Figure 112017118928012-pat00018
(Unit Pa) is given by the following equation (3).

Figure 112017118928012-pat00019
Figure 112017118928012-pat00019

여기서,

Figure 112017118928012-pat00020
은 기체상수(Gas constant: 단위는 J/mol-K)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00021
는 수온(단위는 K)을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00022
는 분리막 표면상 용질농도(Solute concentration at membrane surface: 단위는 mol/㎥)를 나타내고, 그리고
Figure 112017118928012-pat00023
는 생산측 용질농도(Solute concentration at permeate side: 단위는 mol/㎥)를 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00020
Is a gas constant (unit: J / mol-K)
Figure 112017118928012-pat00021
Represents the water temperature (unit: K)
Figure 112017118928012-pat00022
Represents the solute concentration at the membrane surface (unit: mol / m < 3 >), and
Figure 112017118928012-pat00023
Indicates the solute concentration at the permeate side (unit: mol / m 3).

다음으로, 역삼투막의 압력손실(Pressure Drop in an Element)

Figure 112017118928012-pat00024
는 다음의 수학식 4와 같이 주어진다.Next, the pressure drop in an element of the reverse osmosis membrane,
Figure 112017118928012-pat00024
Is given by the following equation (4).

Figure 112017118928012-pat00025
Figure 112017118928012-pat00025

여기서,

Figure 112017118928012-pat00026
는 동수구배(Hydraulic gradient: 단위는 m)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00027
Figure 112017118928012-pat00028
는 각각의 분리막 종류별 상수를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00029
는 농축수측의 채널내 교차흐름 속도(Crossflow velocity in an RO brine channel: 단위는 m/s)를 나타내고, 또한,
Figure 112017118928012-pat00030
는 확산속도(단위는 m/s)를 나타낸다. 이때, 상기 동수구배란 배관의 수직 고저차(m)를 배관의 길이(m)로 나눠준 값을 말한다.here,
Figure 112017118928012-pat00026
Represents the hydraulic gradient (unit: m)
Figure 112017118928012-pat00027
And
Figure 112017118928012-pat00028
Represents a constant for each membrane type,
Figure 112017118928012-pat00029
Represents the crossflow velocity in an RO brine channel (unit: m / s) of the concentrated water side,
Figure 112017118928012-pat00030
Represents the diffusion rate (unit: m / s). In this case, the above-mentioned hydraulic gradient refers to a value obtained by dividing the vertical height difference (m) of the pipe by the length (m) of the pipe.

다음으로, 농도분극(Concentration Polarization)은 다음의 수학식 5와 같이 주어진다.Next, the concentration polarization is given by the following equation (5).

Figure 112017118928012-pat00031
Figure 112017118928012-pat00031

여기서,

Figure 112017118928012-pat00032
는 표면상 용질농도(Solute concentration at membrane surface: 단위는 mol/㎥)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00033
는 투과측 용질농도(Solute concentration at permeate side: 단위는 mol/㎥)를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00034
는 농축수측의 용질농도(Solute concentration at brine side: 단위는 mol/㎥)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00035
는 물질전달상수(Mass transfer coefficient: 단위는 m/s)를 나타내며, 그리고
Figure 112017118928012-pat00036
는 플럭스를 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00032
Represents the solute concentration at the membrane surface (unit: mol / m < 3 >),
Figure 112017118928012-pat00033
Represents the solute concentration at the permeate side (unit: mol / m < 3 >),
Figure 112017118928012-pat00034
Indicates the solute concentration at the brine side (unit: mol / m < 3 >),
Figure 112017118928012-pat00035
Indicates the mass transfer coefficient (unit: m / s), and
Figure 112017118928012-pat00036
Represents the flux.

구체적으로, 상기 물질전달상수(Mass Transfer Coefficient)

Figure 112017118928012-pat00037
(단위는 m/s)는 다음의 수학식 6과 같이 주어진다.Specifically, the mass transfer coefficient (Mass Transfer Coefficient)
Figure 112017118928012-pat00037
(Unit: m / s) is given by Equation (6) below.

Figure 112017118928012-pat00038
Figure 112017118928012-pat00038

여기서,

Figure 112017118928012-pat00039
는 농축수측의 채널내 교차흐름 속도(단위는 m/s)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00040
는 용질 확산속도 상수(Solute diffusion coefficient: 단위는 ㎡/s)를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00041
는 농축수측의 용질농도(Solute concentration at brine side: 단위는 mol/㎥)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00042
는 동수구배(단위는 m)를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00043
는 비중(Density)을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00044
는 확산속도를 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00039
Represents the cross-channel flow rate (unit: m / s) of the concentrated water side,
Figure 112017118928012-pat00040
Represents the solute diffusion coefficient (unit: m 2 / s)
Figure 112017118928012-pat00041
Indicates the solute concentration at the brine side (unit: mol / m < 3 >),
Figure 112017118928012-pat00042
Represents the same water gradient (unit: m)
Figure 112017118928012-pat00043
Represents the density,
Figure 112017118928012-pat00044
Represents the diffusion rate.

한편, 회수율(Recovery Ratio)

Figure 112017118928012-pat00045
은 다음의 수학식 7과 같이 주어진다.On the other hand, the recovery ratio
Figure 112017118928012-pat00045
Is given by the following Equation (7).

Figure 112017118928012-pat00046
Figure 112017118928012-pat00046

여기서,

Figure 112017118928012-pat00047
는 유입수량(Feed flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00048
생산수량(Permeate flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00047
Represents the feed flow rate (unit: m < 3 > / s)
Figure 112017118928012-pat00048
The Permeate flow rate (unit: m3 / s).

다음으로, 전력소모량(Specific Energy)

Figure 112017118928012-pat00049
(단위는 kWh/㎥)는 다음의 수학식 8과 같이 주어진다.Next, the specific energy
Figure 112017118928012-pat00049
(Unit: kWh / m < 3 >) is given by Equation (8).

Figure 112017118928012-pat00050
Figure 112017118928012-pat00050

여기서,

Figure 112017118928012-pat00051
는 유입수량(Feed flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00052
는 농축수 유량(Brine flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00053
는 생산수량(Permeate flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00054
는 펌프 효율(단위는 %)을 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00055
는 ERD 효율(단위는 %)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00056
는 유입수측 압력(단위는 Pa)을 나타내며, 그리고
Figure 112017118928012-pat00057
는 농축수 압력(단위는 Pa)을 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00051
Represents the feed flow rate (unit: m < 3 > / s)
Figure 112017118928012-pat00052
Represents the concentration of water (brine flow rate: unit: m 3 / s)
Figure 112017118928012-pat00053
Represents the production flow rate (unit: m3 / s)
Figure 112017118928012-pat00054
Represents the pump efficiency (unit is%),
Figure 112017118928012-pat00055
Represents the ERD efficiency (unit:%)
Figure 112017118928012-pat00056
Represents the inflow side pressure (unit Pa), and
Figure 112017118928012-pat00057
Represents the concentrated water pressure (unit: Pa).

한편, 분리막 평균 플럭스(Average Flux)

Figure 112017118928012-pat00058
(단위는 ㎥/㎡-hr)는 다음의 수학식 9와 같이 주어진다.On the other hand, the average flux (Average Flux)
Figure 112017118928012-pat00058
(Unit: m3 / m < 2 > -hr) is given by the following equation (9).

Figure 112017118928012-pat00059
Figure 112017118928012-pat00059

여기서,

Figure 112017118928012-pat00060
는 분리막의 막 면적(단위는 ㎡)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00061
는 생산수량(Permeate flow rate: 단위는 ㎥/s)을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00062
은 n번째 분리막의 플럭스를 나타내며,
Figure 112017118928012-pat00063
은 총 분리막의 수를 나타내고, 그리고
Figure 112017118928012-pat00064
은 총 분리막 막면적을 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00060
Represents the membrane area (unit: m2) of the separation membrane,
Figure 112017118928012-pat00061
Represents the production flow rate (unit: m3 / s)
Figure 112017118928012-pat00062
Represents the flux of the n-th separator,
Figure 112017118928012-pat00063
Represents the total number of membranes, and
Figure 112017118928012-pat00064
Represents the total membrane area.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하는 프로그램의 시뮬레이션을 예시하는 도면이고, 도 6은 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 고압펌프 운전압력을 결정하는 프로그램의 역삼투 최적화 결과를 예시하는 도면이며, 도 7은 소규모 담수화장치의 모델예측제어기-기반 최적 플럭스 및 회수율을 결정한 결과를 나타내는 도면이다.5 illustrates a simulation of a program for determining a model predictor controller-based optimum flux and a high-pressure pump operating pressure of a small-scale desalination apparatus in a remote diagnosis management system of a small-scale desalination apparatus installed on a book paper distributed on a book paper according to an embodiment of the present invention 6 is a diagram illustrating a result of a reverse osmosis optimization of a program for determining a model predictive controller-based optimum flux and a high-pressure pump operation pressure of a small-scale desalination apparatus, and Fig. 7 is a model predictive controller- Flux and the recovery rate of the catalyst.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 소규모 담수화장치(110)에서 전력소모량과 생산수 수질(예를 들면, 보론)의 제한변수를 고려한 알고리즘에 의해 결정된 최적의 운전플럭스 및 회수율을 제시하며, 예를 들면, 보론의 경우, 해수에 평균 3~5 mg/L 정도 존재한다.As shown in FIGS. 5 and 6, the optimal operation flux and recovery rate determined by the algorithm considering the power consumption and the limiting variables of the produced water quality (for example, boron) are presented in the small-scale desalination apparatus 110, For example, in the case of boron, an average of 3-5 mg / L exists in seawater.

그러나 도 6에 도시된 바와 같이, 보론의 경우, 인체에 매우 유해한 물질임에도 불구하고, 역삼투(RO) 공정에서는 관리기준을 고려할 경우, 보론이 효과적으로 제거되지 않는데, 도서지의 소규모 담수화 장치는 대부분 단일 패스(Single-pass) 구조로 분리막이 설치되기 때문에 유해물질 제거에 더욱 신경을 써야 한다.However, as shown in FIG. 6, in the case of boron, the boron is not effectively removed in the reverse osmosis (RO) process, even though it is a very harmful substance to the human body. Since the membrane is installed with a single-pass structure, it is necessary to pay more attention to the removal of harmful substances.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 전력소모량 2.5kWh/㎥ 및 보론 농도 1mg/L을 기준으로 할 경우, 최적 운전 조건은 플럭스의 경우 12.5에서 18L/㎡-hr가 되고, 회수율의 경우 30~40%가 된다. 전술한 프로그램은 소규모 담수화장치(110)가 설치된 도서지 현장에 설치할 수 있고, 또한, 원격지에서 전술한 프로그램을 설치한 설계자, 시공자 및 운전과 유지관리를 담당하는 당사자에 의해 감시 및 운전이 이루어질 수 있다.As shown in FIG. 7, when the power consumption is 2.5 kWh / m 3 and the boron concentration is 1 mg / L, the optimum operation condition is 18 L / m 2 -hr at 12.5 for flux, 40%. The program described above can be installed on the spot where the small scale desalination device 110 is installed and can also be monitored and operated by the designer, the installer and the person responsible for the operation and maintenance of the program installed at the remote site have.

한편, 도 2를 다시 참조하면, 역삼투모듈(116)에 대한 분리막 교체시기 예측부(150)를 설명하면 다음과 같다.Referring again to FIG. 2, the separation membrane replacement timing predicting unit 150 for the reverse osmosis module 116 will be described as follows.

분리막 교체시기 예측부(150)는 다수로 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 분리막의 용해 확산모델의 물 투과계수를 나타낸 전술한 수학식 2와 이에 영향을 주는 인자인 수온, TDS, 분리막 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량, 운전시간 등을 고려한 막오염 정도를 예측하는 인공신경망모델-기반의 역삼투 분리막의 교체시기를 평가하는 알고리즘을 포함한다.The separation membrane replacement timing predicting unit 150 predicts the water permeation coefficient of the reverse osmosis membrane of the small-scale desalination apparatus 110 dispersed in a large number of dispersed water by using Equation 2 described above and water temperature, TDS, And an algorithm for evaluating replacement timing of artificial neural network model-based reverse osmosis membranes, which predicts the degree of membrane contamination considering influent and concentrated water pressure (TMP), flow rate, and operation time.

이러한 분리막 교체시기 예측부(150)에 따라 원격에서 막오염 정도 및 분리막 교체시기를 사전에 감지하여 도서지의 무단수가 가능하도록 안정적이고 안전한 용수를 공급할 수 있다.According to the separation membrane replacement timing predicting unit 150, it is possible to remotely sense the degree of film contamination and the time for replacing the membrane, and to supply stable and safe water so that the book can be stopped without interruption.

또한, 분리막 교체시기 예측부(150)는 하기 수학식 10 및 수학식 11과 같은 인공신경망모델의 알고리즘을 연산하여 분리막의 오염을 산출하고, 이를 통해서 역삼투 분리막의 오염도와 교체시기를 예측할 수 있고, 구체적인 구성도는 도 8에 도시된 바와 같다.Also, the membrane replacement time predicting unit 150 may calculate the contamination of the separation membrane by calculating the algorithms of the artificial neural network model as shown in Equations (10) and (11) below and predict the contamination degree and replacement timing of the reverse osmosis membrane , And a specific configuration diagram is as shown in Fig.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 인공신경망모델-기반으로 소규모 담수화장치의 공정이상 경보 및 분리막 교체시기를 예측하는 것을 설명하기 위한 구성도이고, 도 9는 도 8에 도시된 소규모 담수화장치의 분리막 교체시기를 예측하기 위한 인공신경망모델의 입력층, 은닉층 및 출력층의 구조를 예시하는 도면이다. 또한, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템에서 소규모 담수화장치의 분리막 교체시기를 예측하기 위해 프로그램으로 구현된 인공신경망모델의 구성을 예시하는 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 인공신경망모델에 따른 분리막 교체시기 예측 결과를 예시하는 도면이다.8 is a diagram for explaining prediction of a process anomaly alarm and a membrane replacement time of a small-scale desalination apparatus based on an artificial neural network model in a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention And FIG. 9 is a diagram illustrating structures of the input layer, the hidden layer, and the output layer of the artificial neural network model for predicting the replacement time of the membrane of the small-scale desalination apparatus shown in FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an artificial neural network model implemented by a program for predicting a replacement time of a membrane of a small scale desalination apparatus in a remote diagnosis management system of a small scale desalination apparatus installed in a book paper according to an embodiment of the present invention And FIG. 11 is a diagram illustrating a result of prediction of the membrane replacement time according to the artificial neural network model shown in FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분리막 교체시기 예측부(150)는 인공신경망모델(151), 피드백부(152) 및 분리막 교체시기 결정부(153)를 포함하며, 상기 인공신경망모델(151)은 모델 입력부(151-1), 인공신경망모델 연산처리부(151-2) 및 모델 출력부(151-3)를 포함하고, 이때, 상기 피드백부(152)는 물 투과계수 오차 계산부(152-1) 및 피드백 제어부(152-2)를 포함하며, 물 투과계수 연산부(141)에 의해 연산된 물 투과계수가 상기 모델 입력부(151-1)에 입력된다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 인공신경망모델은 입력층, 은닉층 및 출력층을 포함하며, 수온, TDS, TMP, 유량 및 운전시간을 입력층에 입력하여, 은닉층을 거친 후 출력층에서 물 투과계수를 출력할 수 있다.8, the separation membrane replacement time predicting unit 150 includes an artificial neural network model 151, a feedback unit 152, and a separation membrane replacement timing determination unit 153. The artificial neural network model 151, The feedback unit 152 includes a model input unit 151-1, an artificial neural network model processing unit 151-2 and a model output unit 151-3. 1 and a feedback control unit 152-2, and the water transmission coefficient calculated by the water transmission coefficient calculation unit 141 is input to the model input unit 151-1. 9, the artificial neural network model includes an input layer, a hidden layer, and an output layer, and inputs water temperature, TDS, TMP, flow rate, and operation time to the input layer, Can be output.

Figure 112017118928012-pat00065
Figure 112017118928012-pat00065

Figure 112017118928012-pat00066
Figure 112017118928012-pat00066

여기서,

Figure 112017118928012-pat00067
는 입력(x1, x2, …, xp)에 대한 가중합을 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00068
는 바이어스(Bias)를 의미하며,
Figure 112017118928012-pat00069
는 출력 결과를 나타낸다.
Figure 112017118928012-pat00070
는 i번째 입력과 j번째 뉴런사이의 연결강도를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00071
는 j번째 뉴런의 활성화 함수이다. 특히,
Figure 112017118928012-pat00072
는 비선형 함수로서, 여기서는 시그모이드 함수를 적용하기로 한다. 이는 비선형 함수인 시그모이드 함수를 적용하여, 결정 영역이 통상의 직선이 아니라 완만한 곡선으로 경계를 형성시킴으로써 행위의 분석이 복잡하지만 미분을 통해 은닉층을 학습할 수 있도록 하기 위함이다. 인공신경망모델은 예측값 및 실제값을 비교하여 오차가 작은 방향으로 노드간의 연결강도(
Figure 112017118928012-pat00073
)를 다음의 수학식 12를 이용하여 조절하고, 출력값을 출력한다. here,
Figure 112017118928012-pat00067
Represents the weighted sum for the inputs (x1, x2, ..., xp)
Figure 112017118928012-pat00068
Quot; means a bias,
Figure 112017118928012-pat00069
Represents the output result.
Figure 112017118928012-pat00070
Represents the connection strength between the i-th input and the j-th neuron,
Figure 112017118928012-pat00071
Is the activation function of the jth neuron. Especially,
Figure 112017118928012-pat00072
Is a nonlinear function, and a sigmoid function is applied here. This is to apply a sigmoid function, which is a nonlinear function, so that the decision domain is not a normal straight line but a gentle curve, thereby forming a boundary, so that the behavior analysis is complex, but the hidden layer can be learned through the derivative. The artificial neural network model compares the predicted value and the actual value,
Figure 112017118928012-pat00073
) By using the following expression (12), and outputs the output value.

Figure 112017118928012-pat00074
Figure 112017118928012-pat00074

여기서,

Figure 112017118928012-pat00075
는 p번째 목표패턴의 j 성분이고,
Figure 112017118928012-pat00076
는 p번째 입력패턴에서 신경망 모델이 계산한 출력패턴의 j 성분이며,
Figure 112017118928012-pat00077
는 p번째 입력패턴의 i 성분이고,
Figure 112017118928012-pat00078
Figure 112017118928012-pat00079
로서, 목표패턴과 실제패턴의 차(오차)를 나타내며, 또한,
Figure 112017118928012-pat00080
는 점성계수를 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00075
Is the j component of the p-th target pattern,
Figure 112017118928012-pat00076
Is the j component of the output pattern calculated by the neural network model in the p-th input pattern,
Figure 112017118928012-pat00077
Is the i-th component of the p-th input pattern,
Figure 112017118928012-pat00078
The
Figure 112017118928012-pat00079
(Error) between the target pattern and the actual pattern,
Figure 112017118928012-pat00080
Represents the viscosity coefficient.

구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)에 적용되는 인공신경망모델은 입력층 및 출력층 사이에 은닉층을 둔 다층구조에서 데이터를 훈련시키는 알고리즘을 내포하는 다층 퍼셉트론을 이용한 기계적 학습을 통해 이루어지며, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 프로그램으로 구현될 수 있다.9, the artificial neural network model applied to the remote diagnosis management system 100 of the small-scale desalination apparatus installed in the booklet according to the embodiment of the present invention includes a multilayered structure having a hidden layer between the input layer and the output layer, Structure learning using a multi-layer perceptron that includes an algorithm for training data in a structure, and can be implemented by a program as shown in FIGS. 10 and 11. FIG.

여기서, 입력층의 변수는 수온, TDS, 분리막 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량 및 운전시간으로 하고, 출력층의 최종 변수는 물 투과계수로 한다. 이러한 인공신경망모델은, 입력조건이 입력층에 입력되면, 은닉층에 있는 노드에 의해 수행된 연산결과가 다음 레벨에 있는 노드의 입력값이 되며, 이러한 과정을 출력층까지 수행하여 최종 결과를 도출한다. 이때, 각 층에 있는 노드를 연결시켜 주는 역할을 수행하는 것이 연결강도이다. 이러한 연결은 같은 층에 있는 노드를 연결할 수 없고, 다른 층에 있는 노드를 연결할 수 있으며, 일반적으로 하나의 노드는 다음 층에 있는 모든 노드와 연결된다.Here, the parameters of the input layer are water temperature, TDS, pressure difference (TMP), water flow rate and operation time of the concentrated water side, and final permeability coefficient of the output layer. In this artificial neural network model, when the input condition is input to the input layer, the operation result performed by the node in the hidden layer becomes the input value of the node at the next level, and this process is performed to the output layer to derive the final result. In this case, it is the connection strength to connect the nodes in each layer. This connection can not connect nodes in the same layer, but can connect nodes in different layers, and usually one node is connected to all nodes in the next layer.

또한, 인공신경망모델의 경우, 각 노드를 인공 뉴런으로 모델화시킬 수 있다. 각 뉴런은 입력된 외부 자극을 합산하여 그 결과에 따라 반응한다. 이러한 인공신경망모델로 추론하는 인공신경망모델 연산처리부(151-2)를 통해 물 투과계수는 초기값과의 비교를 나타내는 상대적 물 투과능 지수(

Figure 112017118928012-pat00081
)를 다음의 수학식 13과 같이 연산하여, 이를 막 오염도 및 교체시기를 예측할 수 있다.In the artificial neural network model, each node can be modeled as an artificial neuron. Each neuron sums the input external stimulus and responds to the result. Through the artificial neural network model processing unit 151-2 deduced as the artificial neural network model, the water permeability coefficient is calculated from the relative water permeability index (
Figure 112017118928012-pat00081
) Can be calculated according to the following Equation (13), and it is possible to predict the degree of contamination of the membrane and the replacement timing.

Figure 112017118928012-pat00082
Figure 112017118928012-pat00082

여기서,

Figure 112017118928012-pat00083
는 용액전달계수(Solvent transport parameter: 단위는 m/s-Pa)를 나타내고,
Figure 112017118928012-pat00084
는 초기 용액전달계수(Solvent transport parameter: 단위는 m/s-Pa)를 나타낸다.here,
Figure 112017118928012-pat00083
Represents the solution transport parameter (unit: m / s-Pa)
Figure 112017118928012-pat00084
Represents the initial solution transfer parameter (unit: m / s-Pa).

이때, 상기 상대적 물 투과능 지수(

Figure 112017118928012-pat00085
)를 산출하여 초기 대비 물 투과능의 공정능력지수가 초기 투과도로부터 30% 이상 지속적으로 감소하는 경우, 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고를 발생하고, 이후, 분리막 교체시기 결정부(153)는 상기 인공신경망모델에 의하여 계산된 값이 사용자의 기준 값에 도달하는 경우, 분리막 교체시기로 판단하여 분리막 교체시기 정보를 상기 소규모 담수화장치(110)의 관리자에게 제공할 수 있다.At this time, the relative water permeability index (
Figure 112017118928012-pat00085
If the process capability index of the water permeability is continuously decreased by 30% or more from the initial permeability, a warning is issued that an abnormality has occurred in the process production capacity, When the value calculated by the artificial neural network model reaches the user's reference value, it is determined that the membrane is to be replaced and the membrane replacement timing information is provided to the manager of the small-scale desalination apparatus 110.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)에서 구현된 주요 특징은 다음과 같다.As a result, the main features implemented in the remote diagnosis management system 100 of the small scale desalination apparatus installed in the booklets according to the embodiment of the present invention are as follows.

첫째, 해수 또는 기수 처리를 위해 역삼투 공정을 이용하는 소규모 담수화장치의 경우, 현장 수질조사 및 시험테스트 없이도 설계자에 의해 결정된 운전 플럭스 조건으로 비전문가에 의해 운전되는 것이 대부분이이지만, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)의 경우, 다수로 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)는 유입수 성상 및 수량에 따라 최적의 플럭스 및 회수율을 결정하는 알고리즘이 포함된 현장 제어부 또는 원격지에서 연산하여 이를 모니터링할 수 있다.First, in the case of a small scale desalination plant using a reverse osmosis process for seawater or wastewater treatment, most of it is operated by a non-expert in operating flux conditions determined by the designer without conducting site water quality testing and test testing, A small scale desalination apparatus 110 installed in a large number distributes a plurality of small scale desalination apparatuses 110 installed in a small scale desalination apparatus in which a plurality of distributed small scale desalination apparatuses 110 are installed in a field control unit 110 including an algorithm for determining optimal fluxes and recovery rates Or it can be monitored and monitored at a remote site.

둘째, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)의 경우, 수중의 염이온 및 물이온의 물질전달 모델을 통하여 물질전달 계수의 모니터링하고, 또한, 상기의 물 투과계수에 영향을 미치는 유입수 온도, 총 용존성 고형물 농도, 가압된 압력 등의 변수를 고려한 인공신경망 알고리즘을 이용하여 다양한 막 오염물질 영향에 의한 분리막의 오염도를 고려하여 장기적인 교체시기를 예측할 수 있다.Second, in the case of a remote diagnosis management system 100 of a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention, mass transfer coefficient is monitored through a mass transfer model of salt ions and water ions in water, The long-term replacement time can be predicted by considering the contamination degree of the membrane due to the influence of various membrane pollutants by using the artificial neural network algorithm considering influent water temperature, total dissolved solids concentration, have.

셋째, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템(100)의 경우, 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)의 데이터 수집을 최소화하여 규격화된 데이터베이스 구조로 저장하여 원격지의 중앙서버로 일정 시간 간격으로 데이터를 전달하고, 이를 정해진 규칙에 따라 수집하여 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)별로 데이터를 분산 처리하는 데이터 처리 구조를 가지고, 원격지에서 이를 상시 모니터링할 수 있다. 따라서 원격지에서 다수로 분산 설치된 소규모 담수화장치의 공정진단 및 분리막 교체시기를 사전에 용이하게 감지할 수 있다.Third, in the case of the remote diagnosis management system 100 of the small scale desalination apparatus installed in the bookstore according to the embodiment of the present invention, data collection of a plurality of distributed small scale desalination apparatuses 110 is minimized and stored in a standardized database structure And a data processing structure for distributing data to a central server at a remote site at predetermined time intervals and collecting data according to a predetermined rule and distributing data to the distributed small desalination apparatuses 110. The data processing structure can be monitored at a remote site at all times. Therefore, it is possible to easily detect the process diagnosis of the small-scale desalination apparatus installed at a remote place and the replacement time of the membrane in advance.

[도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법][Remote Diagnosis Management Method of Small-scale Water Treatment System Installed on the Book]

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 방법의 동작흐름도이다.12 is a flowchart illustrating an operation of a remote diagnosis management method for a small scale desalination apparatus installed in a book on a book according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 방법은, 먼저, 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)가 각각 해수 또는 기수를 유입수로 하여 역삼투 공정으로 담수를 생산한다(S110).Referring to FIG. 12, a remote diagnosis management method for a small scale desalination apparatus installed on a book paper according to an embodiment of the present invention includes: first, a small-scale desalination apparatus 110 distributed on a book, Lt; RTI ID = 0.0 > (S110). ≪ / RTI >

다음으로, 공정 관리 및 제어부(120)가 가상사설망(VPN)을 통해 상기 소규모 담수화장치(110) 각각으로부터 센서데이터 및 운전데이터를 수집한다(S120).Next, the process management and control unit 120 collects sensor data and operation data from each of the small-scale desalination apparatuses 110 through a virtual private network (VPN) (S120).

다음으로, 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 공정의 운전데이터에 따라 분리막 종류 및 공정 구성을 입력한다(S130). 즉, 상기 소규모 담수화장치(110)를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력한다.Next, the membrane type and process configuration are input according to the operation data of the reverse osmosis process of the small-scale desalination apparatus 110 (S130). That is, as the process information according to the operation data collected for the small-scale desalination apparatus 110, a process configuration according to the separation membrane type and separation membrane connection conditions is input.

다음으로, 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수센서(112)로부터 수집된 센서데이터에 따라 수질 및 수량을 모니터링한다(S140). 이때, 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수 센서(112)로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화한다.Next, the water quality and the water quality are monitored according to the sensor data collected from the influent water sensor 112 of the small-scale desalination apparatus 110 (S140). At this time, the temperature of the influent water collected from the influent water sensor 112 of the small scale desalination apparatus 110, the concentration (TDS) of total dissolved solids, the concentration and the quantity of boron are measured and converted into a database.

다음으로, 최적 운전변수 결정부(130)가 모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치(110)의 최적 운전을 위한 최적 운전변수인 플럭스 및 회수율을 결정한다(S150). 구체적으로, 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 분리막의 용액확산 물질전달 모델과 운전변수에 따른 공정해석모사에 의한 최적화 모델예측제어기-기반으로 결정된 운전플럭스 및 회수율을 유지하도록 연산 제어를 수행하며, 이때, 상기 용액확산 물질전달 모델은 역삼투 분리막 종류별 물질전달 계수를 고려하고, 유입수의 온도 보정, 삼투압 및 분리막별 압력손실을 고려하고, 분리막 표면에서의 농도분극지수를 포함하여 연산하며, 또한, 상기 최적화 모델예측제어기는 총 용존 고형물의 농도 또는 보론의 유해물질에 대한 처리수 수질과 상기 소규모 담수화장치(110)에서 소모되는 전력소모량을 제한조건으로 하며, 이에 따라 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 이러한 제한조건에 따라 회수율과 플럭스의 최적 범위를 결정한 후에 최적 플럭스 및 회수율을 결정하며, 최종적으로 운전변수인 고압펌프의 압력을 결정할 수 있다.Next, the optimal operation parameter determination unit 130 determines the flux and the recovery rate, which are optimum operating variables for the optimal operation of the small-scale desalination apparatus 110, based on the model predictive controller (S150). Specifically, the optimum operating parameter determiner 130 determines the optimal operating parameter based on the solution diffusion material transfer model of the reverse osmosis membrane of the small-scale desalination apparatus 110 and the operation flux determined based on the optimization model predictive controller- And the recovery rate is maintained. At this time, the solution diffusion material transfer model considers the mass transfer coefficient for each type of reverse osmosis membrane, takes into consideration the temperature correction of the influent water, osmotic pressure and pressure loss per membrane, The optimization model predictive controller sets the concentration of the total dissolved solids or boron in the treatment water for the harmful substances and the power consumption consumed in the small scale desalination apparatus 110 as the limiting condition, The optimum operating parameter determiner 130 may determine the recovery rate and the optimum range of the flux Determining the optimum flux and the recovery rate after determining, and can finally determine the pressure of the high-pressure pump operating parameters.

다음으로, 공정지수 감시부(140)가 분리막 오염도에 대응하는 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 산출 및 비교하여 상기 소규모 담수화장치(110)의 공정을 진단 및 감시한다(S160). 이때, 상기 공정지수 감시부(140)는 물 투과계수를 지속적으로 계산하고, 상대적 물 투과능 지수(

Figure 112017118928012-pat00086
)를 산출하여 초기 대비 물 투과능의 공정능력 지수가 초기 투과도로부터 30% 이상 지속적으로 감소하는 경우, 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고를 발생할 수 있다.Next, the process index monitoring unit 140 diagnoses and monitors the process of the small-scale desalination apparatus 110 by calculating and comparing the water permeability coefficient and the relative permeability index corresponding to the separation membrane pollution degree (S160). At this time, the process index monitoring unit 140 continuously calculates the water permeability coefficient, and calculates the relative water permeability index (
Figure 112017118928012-pat00086
), And if the process capability index of the water permeability from the beginning is continuously decreased by 30% or more from the initial permeability, a warning may be generated that an abnormality occurs in the process production capacity.

다음으로, 분리막 교체시기 예측부(150)가 인공신경망모델을 이용하여 상기 분리막 오염도에 대응하는 분리막 교체시기를 예측한다(S170). 구체적으로, 상기 분리막 교체시기 예측부(150)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 운전 중단 없이도 상기 인공신경망모델에 의해 분리막 오염정도 및 교체시기를 판단하는 의사결정을 통해 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)를 원격진단 및 관리하며, 이때, 상기 분리막 교체시기 예측부(150)의 인공신경망모델 입력인자는 수온, 총 용존 고형물(Total Dissolved Solids: TDS), 분리막의 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량 및 운전시간이고, 출력인자는 물 투과계수일 수 있다.Next, the separation membrane replacement timing predicting unit 150 predicts the separation membrane replacement timing corresponding to the separation membrane contamination degree using the artificial neural network model (S170). The separation membrane replacement time predicting unit 150 may determine the degree of contamination of the separation membrane and the replacement timing by using the artificial neural network model without interruption of operation of the small scale desalination apparatus 110, The input parameters of the artificial neural network model of the separation membrane replacement time predicting unit 150 may include water temperature, total dissolved solids (TDS), pressure on the inflow side of the separation membrane and pressure on the concentrated water side (TMP), flow rate and run time, and the output factor may be the water permeability coefficient.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 국내외 도서지에 분산 설치된 해수 또는 기수 담수화 처리를 위한 정밀여과 필터, 역삼투 분리막, 기타 설비 등을 포함한 소규모 담수화장치에 대하여 공정 구성 및 분리막의 종류에 상관없이 분리막 현상을 설명하는 용해확산 물질전달 모델과 운전변수(플럭스 및 회수율) 결정 최적화 모델을 토대로 소규모 담수화장치가 설치된 장소의 수질 특성 및 수량을 고려하여 현장 또는 원격지에서 최적의 운전변수를 결정하여 공정의 운전 변동성을 최소화시킬 수 있다.As a result, according to the embodiment of the present invention, a small-scale desalination apparatus including a microfiltration filter, a reverse osmosis membrane, and other facilities for seawater or nacelle desalination processing distributed in domestic and overseas papers, Based on the optimization model of the dissolved diffusion mass transfer model and the operating parameters (flux and recovery rate) to explain the phenomenon, the optimal operating parameters are determined at the site or remote site considering the water quality and quantity of the place where the small desalination device is installed, It is possible to minimize the variability.

본 발명의 실시예에 따르면, 공정진단을 위하여 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고 기능을 운전자에 제공하고, 인공신경망모델에 의하여 분리막 교체시기를 사전에 감지하여 도서지의 무단수가 가능하도록 안정적이고 안전한 용수공급이 가능하게 한다.According to the embodiment of the present invention, the water permeability coefficient and the relative permeability index are monitored for process diagnosis to provide a warning function for the membrane pollution degree to the driver, and the time for replacing the membrane is detected in advance by the artificial neural network model, It is possible to supply stable and safe water supply so that it can be endless.

본 발명의 실시예에 따르면, 수십~수천 곳의 도서지에 분산 설치된 소규모 해수 또는 기수 담수화장치에 대하여 설계, 시공 및 운전에 대한 품질관리를 제공해야 하는 관리자에게 종래의 문제점을 해결할 수 있는 의사결정을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide a manager who has to provide quality management for design, construction and operation for a small-scale seawater or an aquarium desalination apparatus installed in several tens to thousands of booklets, .

본 발명의 실시예에 따르면, 단순화된 공정정보(분리막 종류 및 연결구성), 유량 및 총 용존 고형물(TDS), 수온 등의 수질센서로 얻어진 데이터를 용해확산 물질전달 및 농도분극 모델을 이용하여 운전 플럭스 및 회수율을 연산하고, 이를 원격지에서 현장에 정보를 전달하거나 또는 현장에서 운전자의 의사결정에 반영할 수 있다.According to embodiments of the present invention, data obtained from a water quality sensor such as simplified process information (membrane type and connection configuration), flow rate and total dissolved solids (TDS), water temperature, Flux and recovery rates can be computed and communicated to the site remotely or reflected on the driver's decision in the field.

본 발명의 실시예에 따르면, 온도를 보정한 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 이용하여 역삼투 분리막 오염도를 파악하고, 인공신경망모델-기반으로 분리막 교체시기를 예측할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to determine the reverse osmosis membrane contamination degree using the temperature-compensated water permeability coefficient and the relative permeability index, and to predict the membrane replacement time based on the artificial neural network model.

본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치의 자가진단 및 원격상 공정운전 상태를 감시할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to monitor the self-diagnosis and remote-phase operation state of a plurality of distributed small-scale desalination apparatuses.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100: 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 시스템
110: 소규모 담수화장치(해수 또는 기수 담수화장치)
120: 공정 관리 및 제어부 130: 최적 운전변수 결정부
140: 공정지수 감시부 150: 분리막 교체시기 예측부
111: 유입수 공급펌프 112: 유입수 센서
113: 이중여재 필터(DMF) 114: 프리필터
115: 고압펌프 116: 역삼투모듈
117: 분리막 센서 118: 에너지 회수장치(ERD)
119: 생산수 탱크 121: 공정정보 입력부
122: 수질 및 수량 모니터링부 141: 물 투과계수 연산부
151: 신경망 모델부 152: 피드백부
153: 분리막 교체시기 결정부 151-1: 모델 입력부
151-2: 신경망 모델 연산처리부 151-3: 모델 출력부
152-1: 피드백 제어부 152-2: 물 투과계수 오차계산부
100: Remote diagnosis management system of small scale water treatment system
110: Small scale desalination device (seawater or water desalination device)
120: process control and control unit 130: optimal operation variable determining unit
140: process index monitoring unit 150: separation membrane replacement timing predicting unit
111: Influent supply pump 112: Influent sensor
113: Dual filter media (DMF) 114: Prefilter
115: high pressure pump 116: reverse osmosis module
117: Membrane sensor 118: Energy recovery device (ERD)
119: Production water tank 121: Process information input unit
122: water quality and quantity monitoring part 141: water permeability coefficient calculating part
151: Neural network model unit 152: Feedback unit
153: Separator replacement timing determining unit 151-1: Model input unit
151-2: Neural network model processing unit 151-3: Model output unit
152-1: feedback control section 152-2: water permeability coefficient error calculation section

Claims (18)

도서지에 분산 설치되고, 역삼투모듈(116)에 의해 역삼투(RO) 방식으로 해수 또는 기수를 담수화하는 소규모 담수화장치(110);
상기 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)로부터 각각 운전데이터 및 센서데이터를 원격 수집하여 이에 대응하는 공정정보를 입력하고, 상기 소규모 담수화장치의 수질 및 수량을 모니터링하는 공정 관리 및 제어부(120);
모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치(110)의 최적 운전을 위해 상기 원격 수집된 운전데이터에 대응하는 최적 플럭스 및 회수율을 결정하는 최적 운전변수 결정부(130);
상기 소규모 담수화장치(110)의 공정진단을 위하여 물 투과계수와 상대적 투과능 지수를 감시하여 분리막 오염도에 대한 경고기능을 제공하는 공정지수 감시부(140); 및
인공신경망모델을 이용하여 분리막 오염도에 대응하는 역삼투모듈 분리막의 교체시기를 예측하는 분리막 교체시기 예측부(150)를 포함하며,
상기 공정 관리 및 제어부(120)는, 상기 소규모 담수화장치(110)를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력하는 공정정보 입력부(121); 및 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수 센서(112)로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화하는 수질 및 수량모니터링부(122)를 포함하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
A small-scale desalination device 110 distributed on a book and having a reverse osmosis (RO) system for desalinating seawater or nursery water by a reverse osmosis module 116;
A process management and control unit 120 for remotely collecting operation data and sensor data from the distributed small-scale desalination apparatus 110, inputting corresponding process information, and monitoring the quality and quantity of the small-scale desalination apparatus;
An optimal operation variable determining unit 130 for determining an optimal flux and a recovery rate corresponding to the remote collected operation data for optimum operation of the small scale desalination apparatus 110 based on a model predictive controller;
A process index monitoring unit 140 for monitoring the water permeability coefficient and the relative permeability index to provide a warning function of the membrane pollution degree for the process diagnosis of the small scale desalination apparatus 110; And
And a membrane replacement timing predicting unit 150 for predicting the replacement timing of the reverse osmosis module membrane corresponding to the membrane contamination degree using the artificial neural network model,
The process management and control unit 120 includes a process information input unit 121 for inputting process configurations according to separation membrane type and separation membrane connection conditions as process information according to operation data collected for the small scale desalination apparatus 110; And a water quality and quantity monitoring unit 122 for measuring the influent water temperature, the concentration of dissolved solids (TDS), the concentration and the quantity of boron collected from the influent water sensor 112 of the small-scale desalination apparatus 110, A remote diagnosis management system of a small scale desalination device installed on a book site containing
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 분리막의 용액확산 물질전달 모델과 운전변수에 따른 공정해석모사에 의한 최적화 모델예측제어기-기반으로 결정된 운전플럭스 및 회수율을 유지하도록 연산 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method according to claim 1,
The optimal operation parameter determiner 130 determines the operation flux and the recovery rate based on the optimization model predictive controller based on the solution diffusion material transfer model of the reverse osmosis membrane of the small scale desalination apparatus 110 and the process analysis simulation according to the operating variables The remote diagnosis management system of the small-scale desalination apparatus installed in the booklet.
제3항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130)의 용액확산 물질전달 모델은 역삼투 분리막 종류별 물질전달 계수를 고려하고, 유입수의 온도 보정, 삼투압 및 분리막별 압력손실을 고려하고, 분리막 표면에서의 농도분극지수를 포함하여 연산하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method of claim 3,
Considering the mass transfer coefficients of the reverse osmosis membranes and taking into consideration the temperature correction, osmotic pressure and pressure loss of each membrane, the optimum solution parameter determiner 130 determines the concentration polarization index And a remote diagnosis management system for a small-scale desalination apparatus installed on a book.
제3항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130)의 최적화 모델예측제어기는 총 용존 고형물의 농도 또는 보론의 유해물질에 대한 처리수 수질과 상기 소규모 담수화장치(110)에서 소모되는 전력소모량을 제한조건으로 하며, 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 이러한 제한조건에 따라 회수율과 플럭스의 최적 범위를 결정한 후에 최적 플럭스 및 회수율을 결정하며, 최종적으로 운전변수인 고압펌프의 압력을 결정하는 것 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method of claim 3,
The optimization model predictive controller of the optimum operation parameter determiner 130 restricts the concentration of the total dissolved solids or the treated water quality for the harmful substances of boron and the power consumption consumed in the small scale desalination apparatus 110, The optimal operating parameter determination unit 130 determines the optimum flux and the recovery rate after determining the recovery rate and the optimal range of the flux according to the restriction conditions, and finally determines the pressure of the high-pressure pump as the operating variable. Remote Diagnosis Management System of Distributed Small Scale Desalination Unit.
제1항에 있어서,
상기 공정지수 감시부(140)는 물 투과계수를 지속적으로 계산하고, 상대적 물 투과능 지수(
Figure 112017118928012-pat00087
)를 산출하여 초기 대비 물 투과능의 공정능력 지수가 초기 투과도로부터 30% 이상 지속적으로 감소하는 경우, 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고를 발생하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method according to claim 1,
The process index monitoring unit 140 continuously calculates the water permeability coefficient and calculates the relative water permeability index (
Figure 112017118928012-pat00087
), And when the process capability index of the water permeability from the initial value is continuously decreased by 30% or more from the initial permeability, a warning is issued that an abnormality has occurred in the process production capacity, and a small scale desalination device Remote diagnostic management system.
제6항에 있어서,
상기 분리막 교체시기 예측부(150)는 상기 공정지수 감시부(140)로부터 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고가 발생한 이후, 상기 인공신경망모델에 의하여 계산된 값이 사용자의 기준 값에 도달하는 경우, 분리막 교체시기로 판단하여 분리막 교체시기 정보를 상기 소규모 담수화장치(110)의 관리자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method according to claim 6,
The separation membrane replacement time predicting unit 150 predicts that the value calculated by the artificial neural network model reaches the reference value of the user after a warning that an abnormality has occurred in the process production capacity from the process index monitoring unit 140 The remote control system of the small scale desalination apparatus is provided with the separation membrane replacement timing information to the manager of the small scale desalination apparatus 110 by determining that the separation membrane is to be replaced.
제1항에 있어서,
상기 분리막 교체시기 예측부(150)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 운전 중단 없이도 상기 인공신경망모델에 의해 분리막 오염정도 및 교체시기를 판단하는 의사결정을 통해 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)를 원격진단 및 관리하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method according to claim 1,
The separation membrane replacement time predicting unit 150 may determine the degree of contamination of the separation membrane and the timing of replacement by the artificial neural network model without stopping the operation of the small scale desalination apparatus 110, A remote diagnosis management system for a small-scale desalination apparatus installed in a library.
제8항에 있어서,
상기 분리막 교체시기 예측부(150)의 인공신경망모델 입력인자는 수온, 총 용존 고형물(Total Dissolved Solids: TDS), 분리막의 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량 및 운전시간이고, 출력인자는 물 투과계수인 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
9. The method of claim 8,
The artificial neural network model input factors of the membrane replacement time predicting unit 150 are water temperature, total dissolved solids (TDS), pressure difference (TMP) on the inflow side and concentrated water side of the membrane, flow rate and operation time, Wherein the parameter is a water permeability coefficient; and the remote diagnosis management system of the small-scale desalination apparatus installed on the book.
제1항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130) 및 상기 분리막 교체시기 예측부(150)는 도서지의 현장 제어기에 구현되어 최적 플럭스 및 고압펌프의 운전조건을 스스로 결정하고, 분리막 오염에 대응하는 분리막 교체시기를 알려주는 경보와 함께 스스로 진단하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치의 원격 진단관리 시스템.
The method according to claim 1,
The optimum operation parameter determiner 130 and the membrane replacement time predicting unit 150 are implemented in a field controller of a book magazine to determine the operating conditions of the optimum flux and high pressure pump by themselves, A remote diagnosis management system of a small-scale desalination apparatus installed on a book site, which is characterized by self-diagnosis together with an alarm.
a) 도서지에 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)가 각각 해수 또는 기수를 유입수로 하여 역삼투 공정으로 담수를 생산하는 단계;
b) 공정 관리 및 제어부(120)가 가상사설망(VPN)을 통해 상기 소규모 담수화장치(110) 각각으로부터 센서데이터 및 운전데이터를 수집하는 단계;
c) 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 공정의 운전데이터에 따라 분리막 종류 및 공정 구성을 입력하는 단계;
d) 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수센서(112)로부터 수집된 센서데이터에 따라 수질 및 수량을 모니터링하는 단계;
e) 최적 운전변수 결정부(130)가 모델예측제어기-기반으로 상기 소규모 담수화장치(110)의 최적 운전을 위한 최적 운전변수인 플럭스 및 회수율을 결정하는 단계;
f) 공정지수 감시부(140)가 분리막 오염도에 대응하는 물 투과계수 및 상대적 투과능 지수를 산출 및 비교하여 상기 소규모 담수화장치(110)의 공정을 진단 및 감시하는 단계; 및
g) 분리막 교체시기 예측부(150)가 인공신경망모델을 이용하여 상기 분리막 오염도에 대응하는 분리막 교체시기를 예측하는 단계를 포함하며,
상기 b) 단계의 공정 관리 및 제어부(120)는, 상기 소규모 담수화장치(110)를 대상으로 수집된 운전 데이터에 따른 공정정보로서, 분리막 종류 및 분리막 연결조건에 따른 공정 구성을 입력하는 공정정보 입력부(121); 및 상기 소규모 담수화장치(110)의 유입수 센서(112)로부터 수집된 유입수 수온, 총 용존된 고형물의 농도(TDS), 보론의 농도 및 수량을 측정하여 이를 데이터베이스화하는 수질 및 수량 모니터링부(122)를 포함하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
a) a small-scale desalination apparatus 110 dispersed on a book, each producing fresh water by reverse osmosis with seawater or nose as an influent;
b) the process control and control unit 120 collects sensor data and operation data from each of the small-scale desalination apparatuses 110 via a virtual private network (VPN);
c) inputting a membrane type and a process configuration according to operational data of the reverse osmosis process of the small scale desalination apparatus (110);
d) monitoring water quality and quantity according to the sensor data collected from the influent water sensor (112) of the small scale desalination device (110);
e) determining an optimum operating parameter determining unit 130 based on a model predictive controller and determining a flux and a recovery rate, which are optimum operating parameters for the optimum operation of the small scale desalination apparatus 110;
f) diagnosing and monitoring the process of the small scale desalination apparatus 110 by calculating and comparing the water permeability coefficient and the relative permeability index corresponding to the separation membrane pollution degree by the process index monitoring unit 140; And
g) estimating the separation membrane replacement time predictor 150 using the artificial neural network model to predict the separation membrane replacement time corresponding to the separation membrane contamination degree,
The process management and control unit 120 of the step b) may include a process information input unit for inputting a process configuration according to a separation membrane type and a separation membrane connection condition as process information according to operation data collected for the small scale desalination unit 110, (121); And a water quality and quantity monitoring unit 122 for measuring the influent water temperature, the concentration of dissolved solids (TDS), the concentration and the quantity of boron collected from the influent water sensor 112 of the small-scale desalination apparatus 110, A method for remote diagnosis management of a small-scale water treatment apparatus distributed on a book including a plurality of books.
삭제delete 제11항에 있어서,
상기 e) 단계에서 최적 운전변수 결정부(130)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 역삼투 분리막의 용액확산 물질전달 모델과 운전변수에 따른 공정해석모사에 의한 최적화 모델예측제어기-기반으로 결정된 운전플럭스 및 회수율을 유지하도록 연산 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
12. The method of claim 11,
In step e), the optimum operation parameter determiner 130 determines the optimum operation of the small desalination apparatus 110 based on the solution diffusion material transfer model of the reverse osmosis separator 110, Wherein the operation control is performed so as to maintain the flux and the recovery rate.
제13항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130)의 용액확산 물질전달 모델은 역삼투 분리막 종류별 물질전달 계수를 고려하고, 유입수의 온도 보정, 삼투압 및 분리막별 압력손실을 고려하고, 분리막 표면에서의 농도분극지수를 포함하여 연산하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
14. The method of claim 13,
Considering the mass transfer coefficients of the reverse osmosis membranes and taking into consideration the temperature correction, osmotic pressure and pressure loss of each membrane, the optimum solution parameter determiner 130 determines the concentration polarization index And a remote diagnosis management method of a small-scale water treatment apparatus distributed on a book.
제13항에 있어서,
상기 최적 운전변수 결정부(130)의 최적화 모델예측제어기는 총 용존 고형물의 농도 또는 보론의 유해물질에 대한 처리수 수질과 상기 소규모 담수화장치(110)에서 소모되는 전력소모량을 제한조건으로 하며, 상기 최적 운전변수 결정부(130)는 이러한 제한조건에 따라 회수율과 플럭스의 최적 범위를 결정한 후에 최적 플럭스 및 회수율을 결정하며, 최종적으로 운전변수인 고압펌프의 압력을 결정하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
14. The method of claim 13,
The optimization model predictive controller of the optimum operation parameter determiner 130 restricts the concentration of the total dissolved solids or the treated water quality for the harmful substances of boron and the power consumption consumed in the small scale desalination apparatus 110, The optimum operating parameter determiner 130 determines the optimum flux and the recovery rate after determining the recovery rate and the optimal range of the flux according to the restriction conditions, and finally determines the pressure of the high-pressure pump as the operating variable. A method for remote diagnosis management of installed small water treatment devices.
제11항에 있어서,
상기 f) 단계의 공정지수 감시부(140)는 물 투과계수를 지속적으로 계산하고, 상대적 물 투과능 지수(
Figure 112017118928012-pat00088
)를 산출하여 초기 대비 물 투과능의 공정능력 지수가 초기 투과도로부터 30% 이상 지속적으로 감소하는 경우, 공정 생산능력에 이상이 발생하였다는 경고를 발생하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
12. The method of claim 11,
The process index monitoring unit 140 of the step f) continuously calculates the water permeability coefficient and calculates the relative water permeability index
Figure 112017118928012-pat00088
), And when the process capability index of the water permeability from the initial value is continuously decreased from the initial permeability by more than 30%, a warning is issued that an abnormality has occurred in the process production capacity. Of remote diagnosis management.
제11항에 있어서,
상기 g) 단계의 분리막 교체시기 예측부(150)는 상기 소규모 담수화장치(110)의 운전 중단 없이도 상기 인공신경망모델에 의해 분리막 오염정도 및 교체시기를 판단하는 의사결정을 통해 다수의 분산 설치된 소규모 담수화장치(110)를 원격진단 및 관리하는 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
12. The method of claim 11,
In step g), the separation membrane replacement timing predicting unit 150 determines the degree of contamination and replacement timing of the separation membrane by the artificial neural network model without stopping operation of the small-scale desalination apparatus 110, And remote diagnosis and management of the device (110).
제17항에 있어서,
상기 분리막 교체시기 예측부(150)의 인공신경망모델 입력인자는 수온, 총 용존 고형물(Total Dissolved Solids: TDS), 분리막의 유입수측과 농축수측의 압력차(TMP), 유량 및 운전시간이고, 출력인자는 물 투과계수인 것을 특징으로 하는 도서지에 분산 설치된 소규모 수처리장치의 원격 진단관리 방법.
18. The method of claim 17,
The artificial neural network model input factors of the membrane replacement time predicting unit 150 are water temperature, total dissolved solids (TDS), pressure difference (TMP) on the inflow side and concentrated water side of the membrane, flow rate and operation time, Wherein the factor is the water permeability coefficient.
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