KR101988742B1 - 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 - Google Patents
정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101988742B1 KR101988742B1 KR1020170157947A KR20170157947A KR101988742B1 KR 101988742 B1 KR101988742 B1 KR 101988742B1 KR 1020170157947 A KR1020170157947 A KR 1020170157947A KR 20170157947 A KR20170157947 A KR 20170157947A KR 101988742 B1 KR101988742 B1 KR 101988742B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coefficient
- water
- raw water
- prediction model
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 46
- 238000009292 forward osmosis Methods 0.000 title claims abstract description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 172
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 28
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 21
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 11
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 38
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 11
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 6
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- -1 for example Substances 0.000 description 4
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
- B01D61/0024—Controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
- B01D65/109—Testing of membrane fouling or clogging, e.g. amount or affinity
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
- C02F1/445—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by forward osmosis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
- B01D2313/70—Control means using a programmable logic controller [PLC] or a computer
- B01D2313/701—Control means using a programmable logic controller [PLC] or a computer comprising a software program or a logic diagram
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2321/00—Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
- B01D2321/40—Automatic control of cleaning processes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템은 분리막의 일측에 유도용액을 투입하고 원수로부터의 물의 확산을 유도하는 정삼투 현상을 이용하여 상기 원수를 여과하는 정삼투 모듈을 제어하는 정삼투 공정의 제어 시스템에 있어서, 상기 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 계측부; 상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산하는 모델계수 연산부; 상기 막오염 계수가 반영된 예측모델을 이용하여 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측하고 상기 원수의 운전압력을 계산하는 예측 모델부; 및 상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 상기 원수의 운전압력을 출력하는 압력 출력부를 포함한다.
Description
본 발명은 이온성 용질은 통과시키지 않고 물을 통과시키는 반투과성 분리막을 이용한 정삼투 공정에 있어서 유량 제어 및 분리막 세정 제어를 위한 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법에 대한 것이다.
최근 물부족 현상과 저에너지 기술에 대한 관심이 높아지면서, 역삼투 공 정보다 적은 에너지를 필요로 하는 정삼투 공정이 주목 받고 있다.
이러한 정삼투 공정은 분리막을 경계로 높은 삼투압을 가진 유도용액(고동도의 용액, 예를 들어 해수)과 원수(저농도 용액, 예를 들어 하수처리수)를 공급하고 상기 유도용액과 원수의 농도 차이에 의해 발생하는 삼투 현상을 이용하여 수처리를 할 수 있다.
그러나, 분리막을 이용하는 모든 수처리 공정은 필연적으로 막오염 현상을 수반한다. 막오염 현상은 물의 투과가 진행됨에 따라 막의 표면에 용질이 농축되어 발생한다. 막오염 현상이 발생하게 되면 동일한 구동력이 유지될 때 수처리된 원수(즉, 처리수)의 수량과 수질이 저하되는 문제가 발생된다. 대부분의 수처리 시설은 정유량 방식으로 운영되고 막오염 현상으로 인해 발생되는 처리수의 수량과 수질 저하 문제를 해결하기 위해 구동력을 증가시키는 방법을 사용하고 있다. 역삼투 공정의 경우도 막오염 현상이 발생하였을 때 역삼투 공정의 구동력인 원수의 공급압력을 증가시켜 정유량 운전을 하고 있다.
정삼투 공정의 구동력은 유도용액과 원수의 농도차에 의해 발생되는 삼투압이고, 삼투압을 증가시키기 위해서는 유도용액의 농도를 증가시켜야 한다.
그러나, 유도용액의 농도를 증가시키는 데는 기술적 한계가 존재하므로, 막오염 현상에 대비하여 처리수의 수량과 수질을 효과적으로 제어할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 과제는 정삼투 공정에서 유량 및 수질을 예측하고 이를 기반으로 유량 및 분리막의 세정을 효율적으로 제어하는 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템은 분리막의 일측에 유도용액을 투입하고 원수로부터의 물의 확산을 유도하는 정삼투 현상을 이용하여 상기 원수를 여과하는 정삼투 모듈을 제어하는 정삼투 공정의 제어 시스템에 있어서, 상기 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 계측부; 상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산하는 모델계수 연산부; 상기 막오염 계수가 반영된 예측모델을 이용하여 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측하고 상기 원수의 운전압력을 계산하는 예측 모델부; 및 상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 상기 원수의 운전압력을 출력하는 압력 출력부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 방법은 분리막의 일측에 유도용액을 투입하고 원수로부터의 물의 확산을 유도하는 정삼투 현상을 이용하여 상기 원수를 여과하는 정삼투 모듈을 제어하는 정삼투 공정의 제어 방법에 있어서, 상기 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 단계; 상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산하는 단계; 상기 막오염 계수가 반영된 예측모델을 이용하여 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측하고 상기 원수의 운전압력을 계산하는 단계; 및 상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 상기 원수의 운전압력을 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수학적 모델을 이용하여 정삼투 공정의 유량 및 수질을 정확하게 예측할 수 있다. 나아가, 설정된 목표 유량 및 수질을 유지하도록 원수의 운전압력을 결정하고, 운전압력이 정삼투 모듈의 한계치에 도달한 시점에 분리막의 세정을 지시할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법은 정삼투 공정을 효율적으로 제어할 수 있고 장기간에 걸쳐 지속적인 성능 유지가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 정삼투 공정이 수행되는 정삼투 장치는 정삼투 모듈(10), 원수 공급펌프(20), 유도용액 공급펌프(30)를 포함한다. 또한, 원수 및 유도용액의 수량, 압력을 측정하고 제어 시스템에 제공하는 복수의 압력계, 복수의 유량계 및 복수의 TDS(Total Dissolved Solids) 계측기를 더 포함할 수 있다.
정삼투 모듈(10)에서 정삼투 현상에 의한 여과는 분리막(M)을 경계로 수행된다. 구체적으로, 분리막(M)은 반투막(semipermeable membrane)으로서 일면에 원수가 원수 공급펌프(20)에 의해 공급되고, 타면에 유도용액가 유도용액 공금펌프(30)에 의해 공급된다. 유도용액에 용해된 용질의 화학적 포텐셜이 원수에 용해된 용질의 화학적 포텐셜보다 높으므로 삼투압 현상에 의해 원수측의 물(w)은 분리막을 투과하여 유도용액측으로 유도될 수 있다.
예를 들어, 상기 정삼투 공정은 해수담수화를 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 원수는 해수가 될 수 있고, 상기 유도용액은 해수 농도 이상의 무기염 화합물 기반의 전해질 용액들이 사용될 수 있다. 또는, 상기 유기용액은 친환경적이고 무독성을 가지는 유기질 기반의 유기계 유도용액이 사용될 수 있다.
또는, 상기 정삼투 공정은 하폐수 처리를 위해 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 원수는 하수처리수가 될 수 있고, 상기 유도용액은 상기 하수처리수 농도 이상의 염을 포함하는 해수가 될 수 있다. 이러한 경우 하수처리수는 물이 여과되어 농축되고 해수는 염농도가 낮아져 담수화를 위한 전처리가 될 수 있다.
이러한 정삼투 공정은 고압펌프를 이용한 역삼투 공정시 발생하는 분리막의 막오염 현상이나 수축 현상을 최소화할 수 있고, 분리막의 수명이 향상될 수 있다. 또한, 고압 운전에 따라 공정 비용의 상당한 부분을 차지하는 압력인가 비용을 낮출 수 있다.
정삼투 장치는 원수 공급 라인에 설치되고, 공급되는 원수의 압력을 측정하는 제1 압력계(21), 공급되는 원수의 수량을 측정하는 제1 유량계(22), 공급되는 원수의 수질(총용존 고형물)을 측정하는 제1 TDS 계측기(23)를 포함할 수 있다. 또한, 원수 배출 라인에 설치되고, 처리된 원수의 수량을 측정하는 제2 유량계(24), 처리된 원수의 수질을 측정하는 제2 TDS 계측기(25)를 포함할 수 있다.
또한, 정삼투 장치는 유도용액 공급 라인에 설치되고, 공급되는 유도용액의 압력을 측정하는 제2 압력계(31), 공급되는 유도용액의 수량을 측정하는 제3 유량계(32), 공급되는 유도용액의 수질(총용존 고형물)을 측정하는 제3 TDS 계측기(33)를 포함할 수 있다. 또한, 유도용액 배출 라인에 설치되고, 처리된 유도용액의 수량을 측정하는 제4 유량계(34), 처리된 유도용액의 수질을 측정하는 제4 TDS 계측기(35)를 포함할 수 있다.
상술한 복수의 압력계, 복수의 유량계 및 복수의 TDS 계측기가 측정한 압력, 수량 및 수질은 도 2를 참조하여 서술하는 정삼투 공정의 제어 시스템에 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템 은 계측부(110), 모델계수 연산부(120), 예측 모델부(130), 압력 출력부(140)를 포함한다. 또한, 상기 제어 시스템은 귀환 제어부(150), 세정 판단부(160), 검증부(170) 중 하나 이상의 구성을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성들은 마이크로프로세서 등의 하드웨어와 이에 탑재되어 기 정해진 동작을 수행하도록 프로그래밍된 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
계측부(110)는 복수의 압력계, 복수의 유량계 및 복수의 TDS 계측기로부터 원수 및 유도용액의 압력, 수량 및 수질을 수집할 수 있다. 또한, 계측부(110)는 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력한다.
모델계수 연산부(120)는 계측부(110)로부터 입력 받은 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산한다. 본 발명의 실시예에서 상기 막오염 계수를 연산하기 위한 계측 데이터는 일정 시간 동안 정삼투 장치가 운전되는 시운전 과정을 거쳐 수집될 수 있다. 막오염 계수는 정삼투 공정의 운영 시간(예를 들어, 날짜 단위의 경과 시간)에 따라 막오염이 진행되는 속도가 투과 플럭스에 미치는 영향을 수치화한 계수이다. 예를 들어, 상기 막오염 계수는 물의 투과계수를 보정하는 계수 및 용질의 투과계수를 보정하는 계수가 될 수 있다. 한편, 용질은 염(salt)로 대표될 수 있다.
모델계수 연산부(120)는 상기 막오염 계수를 연산하기 위해 예측 모델부(130)에 계측 데이터를 변환한 데이터를 제공하고 연산결과를 제공받을 수 있다.
예측 모델부(130)는 모델계수 연산부(120)로부터 상기 막오염 계수를 입력받고 예측모델에 막오염 계수를 반영한다. 이후, 상기 예측모델을 이용하여 정삼투 공정의 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측한다. 또한, 예측된 유량 및 수질에 기초하여 원수의 운전압력을 계산할 수 있다.
여기서, 상기 예측된 유량 및 수질은 원수의 운전압력에 의해 보정될 수 있다. 일반적으로, 상기 예측된 여과 유량 및 수질은 분리막의 오염에 따라 감소되는 경향을 가질 수 있다. 예측 모델부(130)는 이러한 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 원수의 운전압력을 예측모델에 적용할 수 있다. 이후, 예측 모델부(130)는 원수의 운전압력이 적용된 예측모델로 보정된 여과 유량 및 수질을 예측할 수 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템은 귀환 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 귀환 제어부(150)는 예측 모델부(130)가 예측한 여과 유량 및 수질을 목표 여과 유량 및 목표 수질과 비교하고 비교결과를 예측 모델부(130)로 피드백하여 제공할 수 있다.
예측 모델부(130)는 예측모델로서 제1 예측모델(131) 및 제2 예측모델(132)을 포함할 수 있다. 제1 예측모델(131)은 물의 투과계수를 보정하는 보정계수인 제1 계수가 반영되는 물투과 플럭스에 대한 식이 적용된 수학적 모델이고, 제2 예측모델(132)은 용질의 투과계수를 보정하는 보정계수인 제2 계수가 반영되는 용질투과 플럭스에 대한 식이 적용된 수학적 모델이다. 또한, 상기 제2 예측모델(132)은 상기 제1 예측모델(131)이 예측한 물투과 플럭스(Jw)를 제공받아 용질투과 플럭스( JS)를 예측할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 물투과 플럭스에 대한 식은 다음의 수학식 1이 사용될 수 있다.
상기 수학식 1에서, Jw는 물투과 플럭스이고, A0는 초기 물의 투과계수, α는 물의 투과계수를 보정하는 보정계수, ND는 이온화수, R은 기체상수, MD는 원수의 분자량, TD는 절대온도, CF는 유도용액의 TDS, k는 외부농도 분극계수, CD는 상기 원수의 TDS, K는 내부농도 분극계수, B는 용질의 투과계수, P는 원수의 운전압력이다.
또한, 일 실시예로서, 상기 용질투과 플럭스에 대한 식은 다음의 수학식 2가 사용될 수 있다.
상기 수학식 2에서, JS는 용질투과 플럭스이고, B0는 초기 용질의 투과계수, β 는 용질의 투과계수를 보정하는 보정계수, CF는 유도용액의 TDS, Jw는 물투과 플럭스, k는 외부농도 분극계수, CD는 상기 원수의 TDS, K는 내부농도 분극계수, B는 용질의 투과계수이다.
이와 같이, 예측 모델부(130)는 2단계의 수치해석을 거쳐 운영 시간에 따른 물투과 플럭스(Jw)와 용질투과 플럭스(JS)를 예측할 수 있다. 이후, 예측 모델부(130)는 예측된 물투과 플럭스(Jw)와 분리막의 막면적(Ae)을 곱하여 여과 유량(QP)을 예측할 수 있다.
또한, 예측 모델부(130)는 물투과 플럭스(Jw)를 이용하여 원수 및 유도용액의 유입 유량에 따른 원수 및 유도용액의 배출 유량을 예측할 수 있다.
이후, 예측 모델부(130)는 다음의 수학식 3을 이용하여 유도용액의 수질(CD_OUT)을 예측할 수 있다.
상기 수학식 3에서, CD_IN은 유입되는 유도용액의 TSD이고, QD _IN는 유도용액의 유입 유량, Ae는 분리막의 막면적, QD _OUT은 유도용액의 배출 유량이다.
또한, 예측 모델부(130)는 다음의 수학식 4를 이용하여 원수의 수질(CF_OUT )을 예측할 수 있다.
상기 수학식 3에서, CF_IN은 유입되는 원수의 TSD이고, QF _IN는 원수의 유입 유량, Ae는 분리막의 막면적, QF _OUT은 원수의 배출 유량이다.
압력 출력부(140)는 원수의 운전압력을 출력할 수 있다. 압력 출력부(140)에서 출력되는 원수의 운전압력은 예측 모델부(130)에서 예측된 여과 유량 및 수질 설정된 목표 여과 유량 및 수질을 만족하도록 보정하는 수치를 가질 수 있다. 즉, 상기 원수의 운전압력은 상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 값을 갖는다. 예를 들어, 원수의 운전압력에 대응하는 신호(S_p)는 정삼투 장치의 원수 공급펌프(20, 도 1)에 입력될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템은 세정 판단부(160)를 더 포함할 수 있다. 세정 판단부(160)는 상기 원수의 운전압력이 상기 정삼투 모듈이 허용하는 한계치를 초과하는지 판단하고 원수의 운전압력이 한계치를 초과하는 경우 정삼투 모듈에 포함된 분리막의 세정을 지시할 수 있다. 예를 들어, 분리막의 세정을 지시하는 신호(S_c)는 분리막의 화학적 세정을 수행하는 세정 모듈에 입력될 수 있다.
검증부(170)는 상기 원수의 운전압력에 따라 상기 원수를 투입한 후 측정된 원수 및 유도용액의 수량, 압력 및 수질에 대한 계측 데이터를 예측된 여과 유량 및 수질과 상관분석을 통해 검증할 수 있고, 검증 결과(R_c)를 출력할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 시스템은 수치해석을 수행하는 예측모델을 이용하여 정삼투 공정의 유량 및 수질을 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 설정된 목표 유량 및 수질을 유지하도록 원수의 운전압력을 결정하고, 상기 운전압력이 정삼투 모듈의 한계치에 도달한 시점에 분리막의 세정을 지시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 공정의 제어 방법은 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 단계로부터 시작된다(S110).
이후, 상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수가 연산된다(S120). 다음으로, 연산된 막오염 계수는 예측모델에 반영되고 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질이 예측될 수 있다(S130). 또한, 예측된 여과 유량 및 수질로부터 원수의 운전압력이 계산될 수 있다(S140). 다음으로, 예측된 여과 유량 및 수질이 목표 여과 유량 및 목표 수질을 만족하는지 판단되고(S150), 만족하지 않는 경우 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 원수의 운전압력에 기초하여 여과 유량 및 수질이 다시 예측될 수 있다.
예측된 여과 유량 및 수질이 목표 여과 유량 및 목표 수질을 만족하는 경우 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 원수의 운전압력이 출력될 수 있다(S170).
한편, 상기 운전압력이 출력되는 단계(S170) 이전에 상기 운전압력이 정삼투 모듈이 허용하는 한계치를 초과하는지 판단할 수 있다(S160). 상기 운전압력이 상기 한계치를 초과하는 경우 상기 분리막의 세정이 지시될 수 있다(S165).
상술한 정삼투 공정의 제어 방법은 도 2를 참조하여 설명한 정삼투 공정의 제어 시스템에 대한 설명으로부터 보다 구체적으로 이해될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
110: 계측부
120: 모델계수 연산부
130: 예측 모델부
131: 제1 예측모델
132: 제2 예측모델
140: 압력 출력부
150: 귀환 제어부
160: 세정 판단부
170: 검증부
120: 모델계수 연산부
130: 예측 모델부
131: 제1 예측모델
132: 제2 예측모델
140: 압력 출력부
150: 귀환 제어부
160: 세정 판단부
170: 검증부
Claims (10)
- 분리막의 일측에 유도용액을 투입하고 원수로부터의 물의 확산을 유도하는 정삼투 현상을 이용하여 상기 원수를 여과하는 정삼투 모듈을 제어하는 정삼투 공정의 제어 시스템에 있어서,
상기 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 계측부;
상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산하는 모델계수 연산부;
상기 막오염 계수가 반영된 예측모델을 이용하여 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측하고 상기 원수의 운전압력을 계산하는 예측 모델부; 및
상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 상기 원수의 운전압력을 출력하는 압력 출력부
를 포함하고,
상기 막오염 계수는 물의 투과계수를 보정하는 제1 계수와 용질의 투과계수를 보정하는 제2 계수를 포함하고,
상기 예측모델은 상기 제1 계수가 반영되는 물투과 플럭스에 대한 식이 적용된 제1 예측모델과 상기 제2 계수가 반영되는 용질투과 플럭스에 대한 식이 적용된 제2 예측모델을 포함하고,
상기 제1 예측모델은 하기 식(1)이 적용되는 정삼투 공정의 제어 시스템:
... 식(1)
상기 식(1)에서, Jw는 물투과 플럭스이고, A0는 초기 물의 투과계수, α는 물의 투과계수를 보정하는 보정계수, ND는 이온화수, R은 기체상수, MD는 원수의 분자량, TD는 절대온도, CF는 유도용액의 TDS, k는 외부농도 분극계수, CD는 상기 원수의 TDS, K는 내부농도 분극계수, B는 용질의 투과계수, P는 원수의 운전압력이다.
- 제1항에 있어서,
상기 예측된 여과 유량 및 수질을 목표 여과 유량 및 목표 수질과 비교하고 비교결과를 상기 예측 모델부로 피드백하는 귀환 제어부를 더 포함하는 정삼투 공정의 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 운전압력이 상기 정삼투 모듈이 허용하는 한계치를 초과하는지 판단하고 상기 한계치를 초과하는 경우 상기 분리막의 세정을 지시하는 세정 판단부를 더 포함하는 정삼투 공정의 제어 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 운전압력에 따라 상기 원수를 투입한 후 상기 계측 데이터를 예측된 여과 유량 및 수질과 상관분석을 통해 검증하는 검증부를 더 포함하는 정삼투 공정의 제어 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 예측모델은 하기 식(2)가 적용되는 정삼투 공정의 제어 시스템:
... 식(2)
상기 식(2)에서, JS는 용질투과 플럭스이고, B0는 초기 용질의 투과계수, β 는 용질의 투과계수를 보정하는 보정계수, CF는 유도용액의 TDS, Jw는 물투과 플럭스, k는 외부농도 분극계수, CD는 상기 원수의 TDS, K는 내부농도 분극계수, B는 용질의 투과계수이다.
- 분리막의 일측에 유도용액을 투입하고 원수로부터의 물의 확산을 유도하는 정삼투 현상을 이용하여 상기 원수를 여과하는 정삼투 모듈을 제어하는 정삼투 공정의 제어 방법에 있어서,
상기 원수 및 상기 유도용액의 수량, 압력, 및 수질을 측정한 정보인 계측 데이터를 출력하는 단계;
상기 계측 데이터를 이용하여 막오염 계수를 연산하는 단계;
상기 막오염 계수가 반영된 예측모델을 이용하여 운영 시간에 따른 여과 유량 및 수질을 예측하고 상기 원수의 운전압력을 계산하는 단계; 및
상기 예측된 여과 유량 및 수질을 보정하기 위한 상기 원수의 운전압력을 출력하는 단계
를 포함하고,
상기 막오염 계수는 물의 투과계수를 보정하는 제1 계수와 용질의 투과계수를 보정하는 제2 계수를 포함하고,
상기 예측모델은 상기 제1 계수가 반영되는 물투과 플럭스에 대한 식이 적용된 제1 예측모델과 상기 제2 계수가 반영되는 용질투과 플럭스에 대한 식이 적용된 제2 예측모델을 포함하고,
상기 제1 예측모델은 하기 식(1)이 적용되는 정삼투 공정의 제어 방법:
... 식(1)
상기 식(1)에서, Jw는 물투과 플럭스이고, A0는 초기 물의 투과계수, α는 물의 투과계수를 보정하는 보정계수, ND는 이온화수, R은 기체상수, MD는 원수의 분자량, TD는 절대온도, CF는 유도용액의 TDS, k는 외부농도 분극계수, CD는 상기 원수의 TDS, K는 내부농도 분극계수, B는 용질의 투과계수, P는 원수의 운전압력이다.
- 제9항에 있어서,
상기 운전압력이 상기 정삼투 모듈이 허용하는 한계치를 초과하는지 판단하고 상기 한계치를 초과하는 경우 상기 분리막의 세정을 지시하는 단계를 더 포함하는 정삼투 공정의 제어 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170157947A KR101988742B1 (ko) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170157947A KR101988742B1 (ko) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190060113A KR20190060113A (ko) | 2019-06-03 |
| KR101988742B1 true KR101988742B1 (ko) | 2019-06-12 |
Family
ID=66845813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170157947A KR101988742B1 (ko) | 2017-11-24 | 2017-11-24 | 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101988742B1 (ko) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102444122B1 (ko) * | 2020-09-04 | 2022-09-19 | 국민대학교 산학협력단 | 해수 담수화 장치 및 그 분리막의 화학 세정 시기 예측 방법 |
| KR102640724B1 (ko) * | 2022-04-18 | 2024-02-23 | 한국산업기술시험원 | 선박에서 전력을 생산하는 장치 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150114905A1 (en) | 2011-12-23 | 2015-04-30 | Abb Technology Ltd | Method and a system for monitoring and control of fouling and optimization thereof of two side membrane fouling process |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101144316B1 (ko) * | 2009-10-28 | 2012-05-11 | 한국건설기술연구원 | 정삼투와 역삼투 조합형 막분리 하폐수 고도처리장치와, 상기 하폐수 고도처리를 위한 막분리공정 제어장치 및 제어방법 |
| KR101394237B1 (ko) * | 2011-12-26 | 2014-05-15 | 한국건설기술연구원 | 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법 |
| KR101706452B1 (ko) * | 2015-04-30 | 2017-02-16 | 부경대학교 산학협력단 | 분리막 이상상태 실시간 감지방법 |
| KR101778021B1 (ko) | 2016-02-26 | 2017-09-26 | 주식회사 포스코 | 정삼투 및 역삼투를 이용한 친환경 담수화 시스템 |
| KR101897864B1 (ko) * | 2016-03-21 | 2018-10-04 | 고려대학교 산학협력단 | 정삼투 막오염 예측 장치 및 정삼투 막오염 예측 방법 |
-
2017
- 2017-11-24 KR KR1020170157947A patent/KR101988742B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150114905A1 (en) | 2011-12-23 | 2015-04-30 | Abb Technology Ltd | Method and a system for monitoring and control of fouling and optimization thereof of two side membrane fouling process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190060113A (ko) | 2019-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101394237B1 (ko) | 다중수원 유입수 및 해수 유도용액을 이용한 해수담수화를 위한 삼투막 공정제어 시스템 및 그 방법 | |
| KR101144316B1 (ko) | 정삼투와 역삼투 조합형 막분리 하폐수 고도처리장치와, 상기 하폐수 고도처리를 위한 막분리공정 제어장치 및 제어방법 | |
| Gu et al. | Self-adaptive feed flow reversal operation of reverse osmosis desalination | |
| KR101609795B1 (ko) | 다채널 압력지연삼투 평가장치를 이용하여 분리막과 유도용매 펌프를 제어하는 해수담수화-발전 시스템 및 그 방법 | |
| CN102985170B (zh) | 用于优化膜清洁工艺的方法和系统 | |
| KR101988742B1 (ko) | 정삼투 공정의 제어 시스템 및 방법 | |
| KR101706452B1 (ko) | 분리막 이상상태 실시간 감지방법 | |
| Thompson et al. | Rapid field assessment of RO desalination of brackish agricultural drainage water | |
| KR102065275B1 (ko) | 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 | |
| CN105921017B (zh) | 膜分离过程的在线性能管理 | |
| KR102027517B1 (ko) | 선박용 조수 장치 및 방법 | |
| KR101551450B1 (ko) | 막 젖음지수를 모니터링 및 제어할 수 있는 진공 막증류 시스템 및 그 방법 | |
| KR101601371B1 (ko) | 선박 평형수 처리장치 | |
| JPH10314734A (ja) | 造水プラント制御装置 | |
| Yousif et al. | Analysis and simulation performance of a reverse osmosis plant in the Al-Maqal Port | |
| Nir et al. | Modeling weak acids' reactive transport in reverse osmosis processes: A general framework and case studies for SWRO | |
| JP2022171929A (ja) | 純水製造装置の制御方法 | |
| Kim et al. | Site-specific raw seawater quality impact study on SWRO process for optimizing operation of the pressurized step | |
| JP2017209624A (ja) | 水処理システム | |
| US20180036686A1 (en) | Water quality monitoring device, water treatment device, water treatment system, water quality monitoring method, and program | |
| WO2017175333A1 (ja) | 水処理装置の性能評価方法、及び水処理装置 | |
| Bartman | Control and monitoring of reverse osmosis water desalination | |
| KR101581216B1 (ko) | 선박의 해수 정화 방법 및 장치 | |
| WO2023100958A1 (ja) | 分離膜エレメントの状態診断方法 | |
| Thompson | Membrane Mineral Scaling and its Mitigation in Reverse Osmosis Desalination of Brackish Water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |