KR101993826B1 - Water Treatment System Using the Filtration Membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 여과막을 이용한 수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수처리 과정에서 오염되는 여과막을 자동제어를 통해 세정함으로써 수처리를 효율적으로 수행할 수 있는 여과막을 이용한 수처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 여과막을 이용한 수처리 시스템은 표면기공 폐색율 측정부에서 측정한 여과막의 표면기공 폐색율을 활용하여 여과막의 물리세정(공기세정 혹은 요동세정), 역세공정 조건, 역세약품세정 조건 및 회복세정 실시 여부를 제어함으로써, 수처리 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 표면기공 폐색율 측정부에서 수처리 시간에 따라 제1 표면기공 폐색율(S1), 제2 표면기공 폐색율(S2), 제3 표면기공 폐색율(S3) 및 제4 표면기공 폐색율(S4)로 구분한 4종류의 표면기공 폐색율을 각각 측정하고, 측정한 각각의 표면기공 폐색율을 개별적인 공정제어를 위한 인자로 활용하게 됨으로써, 여과막의 가역적인 오염상태 뿐만 아니라 여과막의 비가역적인 오염 상태까지도 실시간으로 평가할 수 있어 단기간의 공정제어 뿐만 아니라 장기간의 공정제어까지도 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to a water treatment system using a filtration membrane, and more particularly, to a water treatment system using a filtration membrane capable of efficiently performing a water treatment by automatically cleaning a filter membrane that is contaminated during a water treatment process.
The water treatment system using the filtration membrane according to the present invention utilizes the surface pore occlusion ratio of the filtration membrane measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit to perform physical cleaning (air cleaning or oscillating cleaning), backwash process condition, backwash chemical cleaning condition, By controlling whether washing is carried out, the efficiency of the water treatment process can be maximized. Particularly, the present invention is characterized in that, in the surface pore occlusion rate measuring unit, the first surface pore occlusion rate (S1), the second surface pore occlusion rate (S2), the third surface pore occlusion rate (S3) (S4), and the measured surface pore occlusion ratio is used as a factor for individual process control. As a result, not only the reversible contamination state of the filtration membrane but also the permeability of the filtration membrane The irreversible contamination state can be evaluated in real time, so that not only short-term process control but also long-term process control can be efficiently performed.
Description
본 발명은 여과막을 이용한 수처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수처리 과정에서 오염되는 여과막을 자동제어를 통해 세정함으로써 수처리를 효율적으로 수행할 수 있는 여과막을 이용한 수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment system using a filtration membrane, and more particularly, to a water treatment system using a filtration membrane capable of efficiently performing a water treatment by automatically cleaning a filter membrane that is contaminated during a water treatment process.
분리막 생물 반응조를 이용한 하·폐수처리 공정(이하 MBR 공법)은 종래의 활성 슬러지 공정에 분리막 기술의 장점을 결합한 공정으로서 분리막의 세공 크기와 막 표면 전하에 따라 원수 및 하·폐수 중에 존재하는 처리 대상 물질(유기, 무기 오염물질 및 미생물 등)을 거의 완벽하게 분리, 제거 할 수 있는 고도의 분리 공정이다.Wastewater treatment process using membrane bioreactor (hereinafter referred to as MBR process) is a process that combines the merits of membrane technology with conventional activated sludge process. It is a treatment process that exists in raw water and waste water It is a highly separation process that can almost completely separate and remove substances (such as organic, inorganic contaminants and microorganisms).
MBR (Membrane Bio Reactor)은 생물학적 활성슬러지공법의 최종 침전지를 대신하여 정밀여과(Microfiltration, MF) 또는 한외여과(Ultrafiltration, UF) 막을 사용해 슬러지를 직접 여과하는 기술이다.Membrane Bio Reactor (MBR) is a technology that directly filters sludge using Microfiltration (MF) or Ultrafiltration (UF) membranes instead of the final clarifier of biologically activated sludge process.
MBR 공법은 플럭(floc)을 분리해 내어 미생물의 침강성에 관계없이 안정적인 수질을 확보할 수 있고, 미생물의 농도를 높게 유지할 수 있어 유기물과 질소의 처리 성능을 높일 수 있으며, 전체적인 공정의 부지 감소 효과를 갖는다.The MBR process can separate the floc, ensuring a stable water quality regardless of the settling of the microorganisms, and maintaining the high concentration of microorganisms, thereby improving the treatment performance of organic matter and nitrogen. .
하지만 MBR 공법은 아직 수처리 분야에는 널리 상용화되지 못하고 있다. 그 원인으로는 과다한 초기 투자 설비, 에너지 비용, 그리고 분리막 오염 문제를 들 수 있다. However, the MBR process has not yet been widely commercialized in the water treatment field. This can be attributed to excessive initial investment, energy costs, and membrane fouling.
오염된 여과막을 세정하는 공정은 물리적인 세정 공정과 화학적인 세정 공정으로 나눌 수 있다.The process of cleaning the contaminated filter membrane can be divided into a physical cleaning process and a chemical cleaning process.
물리적인 세정 공정은 여과막에 물리적인 충격을 가하여 여과막의 투과 성능이 양호한 상태로 유지될 수 있도록 하는 것으로서, 그 예로서 역세정(backwashing) 공정, 산기(aeration) 공정 및 요동(reciprocation)공정이 있다. 역세정 공정은 공기 또는 물을 여과막으로 역류시킴으로써 여과막 표면에 붙어 있는 오염물질을 제거하는 방식이고, 산기 공정은 여과막 아래에서 공기를 분사하여 기포에 의해 여과막 표면에 붙어 있는 오염물질을 제거하는 방식이고, 요동공정은 여과막을 직접적으로 움직여서 여과막 표면에 붙어 있는 오염물질을 제거하는 방식이다.The physical cleaning process can physically impact the filtration membrane so that the filtration performance of the filtration membrane can be maintained in a good state. Examples thereof include a backwashing process, an aeration process, and a reciprocation process . The backwash process removes contaminants from the surface of the filtration membrane by recirculating air or water back into the filtration membrane. In the acidisation process, air is sprayed under the filtration membrane to remove contaminants attached to the filtration membrane surface by bubbles , The shaking process is a method of directly removing the contaminants attached to the surface of the filtration membrane by moving the filtration membrane directly.
화학적인 세정 공정은 장시간 걸처 유체처리를 진행함에 따라 여과막 오염이 누적되어 여과막의 투과 성능이 저하된 경우에 화학약품을 이용하여 여과막을 세정함으로써 여과막의 투과 성능을 회복시키는 것이다.The chemical cleaning process recovers the permeation performance of the filtration membrane by cleaning the filtration membrane using chemicals when the filtration performance of the filtration membrane is lowered due to accumulation of filtration membrane contamination as the fluid treatment progresses for a long period of time.
일반적으로 물리적인 세정 공정은 지속적으로 수행하게 되며, 화학적인 세정 공정은 간헐적으로 수행하게 된다.Generally, the physical cleaning process is performed continuously, and the chemical cleaning process is performed intermittently.
그런데, 여과막에 대한 물리적인 세정을 강하게 하게되면, 에너지가 많이 소비되고 분리막에 대한 손상을 초래할 수 있다. 또한 화학 세정 공정을 자주 수행하게 되면 그 만큼 유체 처리 공정의 시간이 줄어들게 되고, 비용이 발생한다. 따라서 여과막에 대한 물리세정, 화학세정 공정을 최적화할 필요가 있다.However, if the physical cleaning of the filtration membrane is made strong, a large amount of energy is consumed and damage to the separation membrane may be caused. Also, if the chemical cleaning process is frequently performed, the time required for the fluid treatment process is reduced and the cost is increased. Therefore, it is necessary to optimize the physical and chemical cleaning processes for the filtration membrane.
세정 공정을 최적화하기 위해서는 오염물질에 의해 쉽게 오염되지 않는 특성의 여과막을 개발함으로써 여과막에 대한 세정 공정을 최소화하는 것도 필요하지만, 현실적으로는 물리세정, 화학세정 공정을 최적화함으로써 전체 세정 시간 내지 회수 등을 줄여 유체 처리 공정의 효율을 증진시키는 것이 매우 중요하다.In order to optimize the cleaning process, it is necessary to minimize the cleaning process for the filtration membrane by developing a filtration membrane that is not easily contaminated by the contaminants. In actuality, however, by optimizing the physical and chemical cleaning processes, It is very important to improve the efficiency of the fluid treatment process.
한편, 한국등록특허 제0949658호는 유체 처리 과정에서 오염되는 여과막을 자동제어를 통해 세정함으로써 유체 처리를 효율적으로 수행할 수 있는 유체 처리 장치를 개시하였다. 하지만, 한국등록특허 제0949658호의 막오염지수를 막여과 활성슬러지공법에 적용하게 되면, 막오염지수를 반영하여 조절해야 하는 인자. 3개의 막오염지수 (FI1~FI3) 및 직관적이지 않은 막오염지수 값으로 인해 실제 현장에서 적용하기가 상당히 불편한 문제가 있었다.On the other hand, Korean Patent Registration No. 0949658 discloses a fluid treatment apparatus capable of efficiently performing fluid treatment by cleaning a filter membrane that is contaminated during fluid treatment through automatic control. However, when the membrane contamination index of Korean Patent No. 0949658 is applied to the membrane filtration activated sludge process, it is necessary to reflect the membrane contamination index. Because of the three membrane pollution indices (FI 1 to FI 3 ) and non-intuitive membrane contamination index values, there was a problem that it was very inconvenient to apply them in the actual field.
이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 노력한 결과, 공정변수 도출 단위를 흡입 및 역세정 사이클(cycle)에서 흡입, 역세정 및 화학세정 사이클(cycle)로 확대하고, 점도를 새롭게 도출된 여과막의 표면기공 폐색율 인자에 따라 여과막 물리세정, 역세정, 역세약품세정 조건 및 회복세정 주기 여부를 제어할 경우, 여과막 표면에 형성된 오염물질을 효과적으로 제거함으로써, 막 여과 성능을 안정적이고 장기적으로 유지할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have made efforts to solve the above problems, and as a result, they have found that the process variable derivation unit is expanded to a suction, backwash, and chemical cleaning cycle in an inhalation and a backwash cycle and a viscosity of the newly derived filtration membrane It is possible to effectively remove the contaminants formed on the surface of the filtration membrane and to maintain the membrane filtration performance stably and for a long period of time in the case of controlling the filtration membrane physical washing, back washing, backwashing chemical washing condition and recovery washing cycle depending on the surface porosity clogging factor And the present invention was completed.
본 발명의 목적은 여과막에 의한 수처리 공정의 효율성 측면을 고려하여 여과막에 대한 세정 공정을 최적화할 수 있는 방안을 자동 시스템을 통해서 최적화할 수 있는 수처리 시스템을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a water treatment system capable of optimizing a cleaning process for a filtration membrane through an automatic system in consideration of efficiency of a water treatment process by a filtration membrane.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 처리할 원수를 저장하는 원수 저장부; (b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; (c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈; (d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부; (e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 제어부; 및 (f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며, 상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 1에 의하여 제1 표면기공 폐색율(S1)을 측정하는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a water treatment system comprising: (a) a raw water storage for storing raw water to be treated; (b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water; (c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment; (d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane; (e) a control unit for controlling the process according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And (f) a cleaning unit for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control unit, wherein the surface pore occlusion ratio measuring unit measures the first surface pore occlusion ratio (S1) according to the following formula (1) A water treatment system using a filtration membrane is provided.
[식 1][Formula 1]
S1=(1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(a1)/(μ×J(a1))(A1) / (占 J (a1)) -? P (a1) /? P (a2)
상기 식 1에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a1) 및 △P(a2)는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a1)) 및 (μ×J(a2))는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a1 시점은 여과공정 시작점이고, a2 시점은 여과공정 종료점을 의미한다.In the formula 1, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a1) and △ P (a2) is a transmembrane pressure difference [kPa] measured at a point a1 and a2 each time point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point a1 and the time point a2 )], The point a1 is the starting point of the filtration process, and the point a2 is the end point of the filtration process.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 측정된 제1 표면기공 폐색율(S1) 값들을 비교하여 여과막의 물리세정중 공기세정과 요동세정을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the controller compares the measured first surface pore occlusion ratio (S1) values to control air cleaning and swing cleaning during physical cleaning of the filtration membrane.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 인 경우에는 여과막의 물리세정의 강도를 감소시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정을 감소시키는 것을 특징으로 한다.In the present invention, The strength of the physical cleansing of the filtration membrane is reduced, The physical cleansing strength of the filtration membrane is increased, The physical cleansing strength of the filtration membrane is increased, The physical cleansing of the filtration membrane is reduced.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 처리할 원수를 저장하는 원수 저장부; (b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; (c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈; (d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부; (e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 제어부; 및 (f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며, 상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 2에 의하여 제2 표면기공 폐색율(S2)을 측정하는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a water treatment system comprising: (a) a raw water storage for storing raw water to be treated; (b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water; (c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment; (d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane; (e) a control unit for controlling the process according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And (f) a cleaning unit for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control unit. The surface porosity occlusion rate measuring unit measures a second surface porosity occlusion rate (S2) according to the following equation (2) A water treatment system using a filtration membrane is provided.
[식 2][Formula 2]
S2=(1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))-△P(a2)/(μ×J(a2))? = (1 / (Kn1 x Kn2)) x P (b2) / (x J (b2)
상기 식 2에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(b2) 및 △P(a2)는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(b2)) 및 (μ×J(a2))는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 b2 시점은 n차 여과공정 종료점이고, a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점을 의미한다. (n은 2~10의 정수임)(2) where Kn1 is the water quality constant [m- 1 ], Kn2 is the separation membrane constant, and ΔP (b2) and ΔP (a2) are the intermechanic pressure [kPa] measured at time points b2 and a2, respectively (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point b2 and the time point a2 )], The time point b2 is the end point of the n-th order filtration process, and the time point a2 is the end point of the n-1 th order filtration process. (n is an integer of 2 to 10)
본 발명에 있어서, 상기 제2 표면기공 폐색율(S2)은 여과막의 역세정에서의 비가역적 오염정도를 나타내는 척도로서, 제어부는 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세공정 조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the second surface porosity occlusion rate (S2) is a measure for irreversible contamination degree in backwashing of the filtration membrane, and the control unit controls the backwashing process condition by comparing with the preset surface porosity occlusion rate .
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 처리할 원수를 저장하는 원수 저장부; (b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; (c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈; (d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부; (e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 제어부; 및 (f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며, 상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 3에 의하여 제3 표면기공 폐색율(S3)을 측정하는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a water treatment system comprising: (a) a raw water storage for storing raw water to be treated; (b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water; (c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment; (d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane; (e) a control unit for controlling the process according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And (f) a cleaning unit that performs a cleaning process on the filtration membrane by the control unit. The surface porosity occlusion rate measuring unit measures a third surface porosity occlusion rate (S3) according to the following equation (3) A water treatment system using a filtration membrane is provided.
[식 3][Formula 3]
S3=(1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(b1)/(μ×J(b1))S3 = (1 / (Kn1 x Kn2) x DELTA P (a2) / (x J (a2)) - DELTA P (b1) /
상기 식 3에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a2) 및 △P(b1)는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a2)) 및 (μ×J(b1))는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점이고, b1 시점은 n-1차 여과공정 후 역세약품세정을 마친 n차 여과공정 시작점을 의미한다. (n은 2~10의 정수임)In the formula 3, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a2), and △ P (b1) are each time point a2 and b1 a transmembrane pressure difference [kPa] measured at the point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) of the raw water measured at the time point a2 and the time point b1 [L / (m < 2 > ), The point a2 is the end point of the n-th order filtration process, and the point b1 indicates the n-th order filtration process starting point after the n-1 th order filtration step and the backwash agent cleaning. (n is an integer of 2 to 10)
본 발명에 있어서, 상기 제3 표면기공 폐색율(S3)은 역세약품세정에서의 가역적 오염의 세정정도를 나타내는 척도로서, 제어부는 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세약품세정 조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the third surface porosity occlusion rate (S3) is a measure indicating the degree of cleaning of the reversible contamination in the backwash chemical cleaning, and the control unit controls the backwash chemical cleaning condition by comparing the surface porosity occlusion rate .
본 발명은 또한, (a) 처리할 원수를 저장하는 원수 저장부; (b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; (c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈; (d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부; (e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 제어부; 및 (f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며, 상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 4에 의하여 제4 표면기공 폐색율(S4)을 측정하는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템을 제공한다.(A) a raw water storage for storing raw water to be treated; (b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water; (c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment; (d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane; (e) a control unit for controlling the process according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And (f) a cleaning unit that performs a cleaning process on the filtration membrane by the control unit. The surface pore occlusion ratio measuring unit measures the fourth surface pore occlusion ratio S4 according to the following equation (4) A water treatment system using a filtration membrane is provided.
[식 4][Formula 4]
S4=(1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))S4 = (1 / (Kn1 x Kn2) x DELTA P (b2) / (x J (b2))
상기 식 4에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(b2)는 b2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(b2))는 b2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 b2 시점은 여과공정 종료점을 의미한다.In the equation (4), Kn1 is the water quality constant [m -1 ], Kn2 is the separation membrane constant, ΔP (b2) is the intermechanic pressure [kPa] measured at time b2, Means a product of the viscosity (μ) [centipoise] and the transmittance (J) (Flux) [L / (
본 발명에 있어서, 상기 제4 표면기공 폐색율(S4)은 여과공정 종료점의 표면기공 폐색율을 나타내는 척도로서, 제어부는 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 회복세정 실시 여부를 제어하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the fourth surface porosity occlusion rate (S4) is a measure of the surface porosity occlusion rate at the end of the filtration process, and the control unit compares the surface pore occlusion rate .
본 발명은 또한, 상기 여과막을 이용한 수처리 시스템은 안정화조, 무산소조, 혐기조 및 호기조로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 수 처리조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is also characterized in that the water treatment system using the filtration membrane further comprises one or more water treatment tanks selected from the group consisting of stabilization tank, anoxic tank, anaerobic tank and aerobic tank.
본 발명에 따른 여과막을 이용한 수처리 시스템은 표면기공 폐색율 측정부에서 측정한 여과막의 표면기공 폐색율을 활용하여 여과막의 물리세정(공기세정 혹은 요동세정), 역세공정 조건, 역세약품세정 조건 및 회복세정 실시 여부를 제어함으로써, 수처리 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 표면기공 폐색율 측정부에서 수처리 시간에 따라 제1 표면기공 폐색율(S1), 제2 표면기공 폐색율(S2), 제3 표면기공 폐색율(S3) 및 제4 표면기공 폐색율(S4)로 구분한 4종류의 표면기공 폐색율을 각각 측정하고, 측정한 각각의 표면기공 폐색율을 개별적인 공정제어를 위한 인자로 활용하게 됨으로써, 여과막의 가역적인 오염상태 뿐만 아니라 여과막의 비가역적인 오염 상태까지도 실시간으로 평가할 수 있어 단기간의 공정제어 뿐만 아니라 장기간의 공정제어까지도 효율적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.The water treatment system using the filtration membrane according to the present invention utilizes the surface pore occlusion ratio of the filtration membrane measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit to perform physical cleaning (air cleaning or oscillating cleaning), backwash process condition, backwash chemical cleaning condition, By controlling whether washing is carried out, the efficiency of the water treatment process can be maximized. Particularly, the present invention is characterized in that, in the surface pore occlusion rate measuring unit, the first surface pore occlusion rate (S1), the second surface pore occlusion rate (S2), the third surface pore occlusion rate (S3) (S4), and the measured surface pore occlusion ratio is used as a factor for individual process control. As a result, not only the reversible contamination state of the filtration membrane but also the permeability of the filtration membrane The irreversible contamination state can be evaluated in real time, so that not only short-term process control but also long-term process control can be efficiently performed.
도 1은 흡입 및 역세정 사이클(cycle)에서의 막간차압 변화(△P)를 공정변수로 활용한 종래 기술의 설명 그래프이다.
도 2는 시간흐름에 따른 여과막의 폐색율 변화를 도시한 그래프이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템의 공정 다이아그램이다. Figure 1 is a graphical representation of the prior art utilizing the inter-membrane pressure differential (AP) variation in the suction and backwash cycles as process variables.
2 is a graph showing a change in occlusion rate of a filtration membrane with time.
3 to 5 are process diagrams of a water treatment system according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 흡입 및 역세정 사이클(cycle)에서의 막간차압 변화(△P)를 공정변수로 활용한 한국등록특허 제0949658호에 기재된 그래프이다. 즉, 도 1은 시간이 지남에 따른 여과막 모듈의 막간 차압(△P)이 변화하는 모습을 도시한 것으로서 하기 제1 오염지수값(FI1)을 측정하는 기준시점을 나타내고 있다.1 is a graph described in Korean Patent No. 0949658 in which the inter-membrane pressure difference (DELTA P) in a suction and backwash cycle is used as a process variable. That is, FIG. 1 shows a state in which the inter-membrane pressure difference AP of the filtration membrane module changes with time, and represents a reference time point at which the first contamination index value FI 1 is measured.
상기 식에서 △Pa1 및 △Pa2 는 각각 a1시점 및 a2시점에서 측정한 막간차압(kPa)이고, A는 여과막 모듈의 막면적(㎡)이고, ηa1 및 ηa2 는 각각 a1시점 및 a2시점에서 측정한 전처리된 원수의 점도(centipoise)이고, Qa1 및 Qa2 는 각각 a1시점 및 a2시점에서 측정한 여과수의 유량 (L/㎡ ㆍhr)이다. 이때, 상기 a1시점은 유체 처리 시작 이후 또는 역세정 공정 이후의 소정 시점이고, 상기 a2시점은 역세정 공정 이전의 소정 시점이다.In the above equation,? Pa1 and? Pa2 are the inter-membrane pressure differences (kPa) measured at time a1 and time a2, respectively, A is the membrane area (m 2) of the filtration membrane module, and? A1 and? A2 are measured at a1 and a2 Q a1 and Q a2 are the flow rates (L / m < 2 > / hr) of the filtered water measured at the time of a1 and the time of a2, respectively. Here, the point a1 is a predetermined point of time after the beginning of the fluid treatment or after the backwashing process, and the point a2 is a predetermined point before the backwashing process.
하지만, 한국등록특허 제0949658호에 기재된 3개의 막오염지수 (FI1~FI3)를 실제 현장의 막여과성 슬러지공법에 적용하게 되면, 막오염지수를 반영하여 조절해야 하는 인자 및 직관적이지 않은 막오염지수 값으로 인해 적용하기가 상당히 불편한 문제가 있었다.However, if the three membrane pollution indices (FI 1 to FI 3 ) described in Korean Patent No. 0949658 are applied to the membrane filtration sludge method in actual field, the factor to be adjusted by reflecting the membrane pollution index and the non-intuitive membrane There is a problem that it is considerably inconvenient to apply due to the contamination index value.
본원발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 2와 같이 공정변수 도출 단위를 흡입 및 역세정 사이클(cycle)에서 흡입, 역세정 및 화학세정 사이클(cycle)로 확대하고, 수처리 제어를 위한 새로운 공정변수로 여과막의 표면기공 폐색율 인자를 다음과 같이 도출하였다.In order to solve this problem, in the present invention, a process variable derivation unit is expanded to a suction, backwash and chemical cleaning cycle in an intake and backwash cycle as shown in FIG. 2, and a new process variable The surface porosity factor of the filtration membrane was derived as follows.
본 발명에서는 흡입압력을 분리막 제원(막두께, 내경, 기공크기, 막길이, 친수화도)이 반영된 상수들(Kn, Kn1, Kn2)과의 수식으로 단순 변환시킨 표면기공 폐색율을 이용하기에 추가적인 제어인자가 존재하지 않는다.In the present invention, the surface pore occlusion ratio, which is a simple conversion of the suction pressure to the constants (Kn, Kn1, Kn2) reflecting the membrane material (film thickness, inner diameter, pore size, membrane length, hydrophilicity) There is no control factor.
막오염지수 지표보다 표면기공 폐색율 지표로 수처리를 제어하면 막의 투수성을 보다 직관적으로 나타내는 인자로서 제어할 수 있다. 즉, 막오염이 진행될수록 표면기공 폐색율은 증가하고, 막간차압의 운전범위가 0.00~0.50kgf/cm2 혹은 0~50kPa라면 표면기공 폐색율은 0.00~1.00으로 표현되는 무차원(m/m)의 인자이다.Control of water treatment by surface porosity index as an indicator of membrane porosity index can be controlled as a factor that more intuitively shows the permeability of the membrane. That is, the film surface is increased pore occlusion rate the more contamination is in progress, and if the operation range of the transmembrane pressure difference 0.00 ~ 0.50kg f / cm 2 or 0 ~ 50kPa surface pore clogging rate of the non-dimensional, which is represented by 0.00 ~ 1.00 (m / m.
여과막의 막간차압에 영향을 미치는 인자들은 다음과 같다The factors affecting the intermembrane pressure difference of the filtration membranes are as follows
△P = Kn × μ × J × (t . Id . s / a . L . h)ΔP = Kn × μ × J (t. Id s / a L h)
상기 식에서, △P는 막간차압 [kPa], Kn은 수질 상수[m-1]이고, μ는 원수의 점도 [centipoise], J는 투과율 (Flux) [L/(㎡ ㆍhr)], t(㎛)는 막의 두께, s(m/m)는 표면기공 폐색율, a(㎛)는 기공크기, h는 친수화도(단위 : 무차원), Id(㎜)는 분리막 내경, L(㎜)은 분리막 길이를 의미함. Wherein, the differential pressure △ P is a transmembrane [kPa], Kn is constant water [m -1], μ is the viscosity of the raw water [centipoise], J is the transmittance (Flux) [L / (㎡ and hr)], t ( (Mm) is the thickness of the membrane, s (m / m) is the surface porosity, a (㎛) is the pore size, h is the hydrophilicity Means the membrane length.
참고로, 수질 상수인 Kn1은 수질의 특성에 의존하는 상수인 것을 의미하고, 분리막 상수인 Kn2는 분리막의 특성에 의존하는 상수를 의미한다.For reference, the water quality constant, Kn1, is a constant that depends on the water quality, and the membrane constant, Kn2, is a constant that depends on the membrane characteristics.
만일, 동종의 여과막 수처리 시스템을 이용한다면 t, a, h, Id 및 L은 동일하기 때문에 새로운 상수 Kn2로 표현할 수 있고, △P에 대한 인자들을 정리하면 다음과 같다. If a similar filtration membrane water treatment system is used, t, a, h, Id, and L are the same and can be expressed by a new constant Kn2, and the factors for ΔP are summarized as follows.
△P = Kn1 × Kn2 × μ × J × sΔP = Kn1 × Kn2 × μ × J × s
이는 △P = Kn × μ × J × (t . Id . s / a . L . h)과 △P = Kn1 × Kn2 × μ × J × s를 통해 다음과 같이 도출될 수 있다.This can be derived as follows through ΔP = Kn × μ × J × (t. Id s / a .L .h) and ΔP = Kn1 × Kn2 × μ × J × s.
Kn × (t . Id / a . L . h) = Kn1 × Kn2 Kn × (t.Id / a.L.h) = Kn1 × Kn2
Kn2 = t . Id / a . L . h 라고 하면 (Kn2의 단위는 무차원임) Kn2 = t. Id / a. L. h (the unit of Kn2 is dimensionless)
Kn = Kn1 (Kn1의 단위는 [m-1]) Kn = Kn1 (unit of Kn1 is [m- 1 ])
또한, 상기 식을 분리막 표면의 오염으로 대표되는 표면기공 폐색율(s) 인자로 정리하면 다음과 같다.In addition, the above equation is summarized as the surface porosity closing rate (s) factor represented by the contamination of the surface of the separator.
s = △P / (Kn1 × Kn2 × μ × J)s = DELTA P / (Kn1 x Kn2 x mu x J)
표면기공 폐색율은 표면오염에 따라 증가되며, 표면기공 폐색율로 대표되는 s값에 따라 물리적 세정을 제어할 수 있다. The surface pore occlusion rate increases with surface contamination, and the physical cleaning can be controlled according to the s value represented by the surface pore occlusion rate.
시간에 따른 표면기공 폐색율은 도 2와 같이 표현되며, 여과공정 1 사이클(cycle)은 반복으로 행해지는 흡입공정과 역세(휴지)공정, 화학세정공정을 나타낸다.The surface pore occlusion rate with time is expressed as shown in FIG. 2, and one cycle of the filtration process represents a suction process, a backwash process, and a chemical cleaning process which are repeatedly performed.
따라서, 공정시간에 따른 폐색율 인자를 다음과 같이 정의할 수 있다.Therefore, the blocking factor according to the process time can be defined as follows.
S1 = (a2-a1) = (1/(Kn1×Kn2))×[(△P(a2)/(μ×J(a2))-(△P(a1)/(μ×J(a1))][여과공정의 시작 시점 및 종료 시점의 표면기공 폐색율 차이](A1) / (占? J (a1)) - (? P (a1) / ] [Difference in occlusion rate of surface pores at the start and end of the filtration process]
-> S1= S(a2)-S(a1) = {△P(a2)/Kn1×Kn2×μ×J(a2)}-{△P(a1)/Kn1×Kn2×μ×J(a1)}-? S? 1 = S (a2) -S (a1) = {? P (a2) / Kn1.times.Kn2.times..multidot.J (a2) }
= 1/Kn1×Kn2×μ×{(△P(a2)/J(a2))-(△P(a1)/J(a1))} (1/μ도 공통인수로 뽑아낼 수 있음) = 1 / Kn1 占 Kn2 占 占 (ΔP (a2) / J (a2)) - (ΔP (a1) / J (a1))} (1 /
S2 = (b2-a2) = (1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))-△P(a2)/(μ×J(a2)) [금번 여과공정과 이전 여과공정의 표면기공 폐색율 차이](B2) -? P (a2) / (占 J J (a2)) [In this filtration, Difference in occlusion rate of surface voids in process and previous filtration process]
S3 = (a2-b1) = (1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(b1)/(μ×J(b1)) [화학세정 전, 후의 표면기공 폐색율 차이]Chemical blast cleaning (chemical cleaning) S3 = (a2-b1) = (1 / (Kn1 x Kn2)) x P (a2) / Difference in occlusion rate of surface pores before and after]
S4 = b2 = (1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2)) [여과공정 종료 시점의 폐색율](Closing Rate at the End of the Filtration Process) [0156] In this case,
한편, 본 발명에 따른 여과막을 이용한 수처리 시스템은 (a) 처리할 원수를 저장하는 원수 저장부; (b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; (c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈; (d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부; (e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 제어부; 및 (f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함한다.Meanwhile, the water treatment system using the filtration membrane according to the present invention comprises: (a) a raw water storage for storing raw water to be treated; (b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water; (c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment; (d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane; (e) a control unit for controlling the process according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And (f) a cleaning unit that performs a cleaning process on the filtration membrane by the control unit.
본 발명에 있어서, 표면기공 폐색율 측정부는 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 것으로서, 하기 식 1~4에 의하여 제1 표면기공 폐색율(S1)~제4 표면기공 폐색율(S4)을 측정한다.In the present invention, the surface porosity occlusion ratio measuring section measures the surface porosity occlusion rate of the filtration membrane and measures the first surface porosity occlusion rate (S1) to the fourth surface porosity occlusion rate (S4) according to the following formulas 1 to 4 do.
[식 1][Formula 1]
S1=(1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(a1)/(μ×J(a1))(A1) / (占 J (a1)) -? P (a1) /? P (a2)
상기 식 1에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a1) 및 △P(a2)는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a1)) 및 (μ×J(a2))는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a1 시점은 여과공정 시작점이고, a2 시점은 여과공정 종료점을 의미한다.In the formula 1, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a1) and △ P (a2) is a transmembrane pressure difference [kPa] measured at a point a1 and a2 each time point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point a1 and the time point a2 )], The point a1 is the starting point of the filtration process, and the point a2 is the end point of the filtration process.
본 발명에서의 여과공정은 역세약품세정 이후부터 다음 역세약품세정 이전을 기준으로 하고, a2, b2, c2...는 역세약품세정 전 5cycle(흡입-역세(휴지)를 1cycle)의 상위 10%, 하위 10%를 제외한 평균 폐색률값이며, a1, b1, c1,... 은 역세약품세정이후 5cycle(흡입-역세(휴지)를 1cycle)의 상위 10%, 하위 10%를 제외한 평균 폐색률값이다. R값은 회복세정 이후의 폐색률값이다.The filtration process in the present invention is based on the pre-cleaning of the backwash solution and before the next backwash solution cleaning, and a2, b2, c2 ... are the top 10% of 5 cycles before the backwash solution washing (inhalation- And a1, b1, c1, ... are the mean values of the occlusion rates except for the top 10% and the bottom 10% of the 5 cycles after the backwash cleaning (1 cycle of the inhalation-backwash (stoppage)) . The R value is the value of the occlusion rate after recovery rinsing.
[식 2][Formula 2]
S2=(1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))-△P(a2)/(μ×J(a2))? = (1 / (Kn1 x Kn2)) x P (b2) / (x J (b2)
상기 식 2에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(b2) 및 △P(a2)는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(b2)) 및 (μ×J(a2))는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 b2 시점은 n차 여과공정 종료점이고, a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점을 의미한다.(n은 2~10의 정수임)(2) where Kn1 is the water quality constant [m- 1 ], Kn2 is the separation membrane constant, and ΔP (b2) and ΔP (a2) are the intermechanic pressure [kPa] measured at time points b2 and a2, respectively (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point b2 and the time point a2 ), The time point b2 is the end point of the n-th order filtration process, and the time point a2 is the end point of the n-1 th order filtration process (n is an integer of 2 to 10)
[식 3][Formula 3]
S3=(1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(b1)/(μ×J(b1))S3 = (1 / (Kn1 x Kn2) x DELTA P (a2) / (x J (a2)) - DELTA P (b1) /
상기 식 3에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a2) 및 △P(b1)는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a2)) 및 (μ×J(b1))는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점이고, b1 시점은 n-1차 여과공정 후 역세약품세정을 마친 n차 여과공정 시작점을 의미한다.(n은 2~10의 정수임)In the formula 3, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a2), and △ P (b1) are each time point a2 and b1 a transmembrane pressure difference [kPa] measured at the point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) of the raw water measured at the time point a2 and the time point b1 [L / (m < 2 > ), The point a2 is the end point of the n-1 th order filtration process, and the point b1 indicates the nth order filtration process starting point after the n-1 th order filtration step (n is 2 to 10 Lt; / RTI >
[식 4][Formula 4]
S4=(1/(Kn1×Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))S4 = (1 / (Kn1 x Kn2) x DELTA P (b2) / (x J (b2))
상기 식 4에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(b2)는 b2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(b2))는 b2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 b2 시점은 여과공정 종료점을 의미한다.In the equation (4), Kn1 is the water quality constant [m -1 ], Kn2 is the separation membrane constant, ΔP (b2) is the intermechanic pressure [kPa] measured at time b2, Means a product of the viscosity (μ) [centipoise] and the transmittance (J) (Flux) [L / (
따라서, 상기 표면기공 폐색률 측정부는 평균 막간차압(kPa)을 측정하기 위한 압력계(P), 원수의 점도를 측정하기 위한 점도계(C), 및 상기 여과수의 투과율을 측정하기 위한 유량계(Q)를 포함할 수 있고, 그에 더하여 측정된 각각의 값을 적용하여 식1~식4에 따른 표면기공 폐색율을 계산하는 계산부를 포함할 수 있다. 특히, 상기 점도계(C)는 상기 원수의 온도를 측정하는 방식으로 점도를 계산하게 되는데, 구체적으로 상기 점도(η)는 1.777-0.052T(℃) + 6.25×10-4T(℃)2로 계산된다. 상기 점도계(C)는 여과막 모듈에 설치될 수 있지만, 여과막 모듈로 원수를 공급하는 배관에 설치될 수도 있다. 상기 압력계(P) 및 유량계(Q)는 여과막 모듈에 설치될 수 있다.Therefore, the surface porosity occlusion rate measuring unit may include a pressure gauge P for measuring the mean transmembrane pressure (kPa), a viscometer C for measuring the viscosity of the raw water, and a flow meter Q for measuring the permeability of the filtrate And may further include a calculation unit for calculating the surface pore occlusion ratio according to Equations 1 to 4 by applying the respective measured values. In particular, the viscometer (C), there is calculated in the viscosity in such a manner as to measure the temperature of the raw water, in particular the viscosity (η) is 1.777-0.052T (℃) + 6.25 × 10 -4 T (℃) 2 . The viscometer C may be installed in the filtration membrane module, but it may be installed in a pipe for supplying the raw water to the filtration membrane module. The pressure gauge P and the flow meter Q may be installed in the filtration membrane module.
상기 제어부는 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 공정을 제어하는 것으로서, 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 제1 표면기공 폐색율(S1), 제2 표면기공 폐색율(S2), 제3 표면기공 폐색율(S3) 및 제4 표면기공 폐색율(S4)를 이용하여 여과막의 물리세정 조건(공기세정 혹은 요동세정), 역세공정 조건, 화학세정 조건 및 회복세정 실시 여부를 제어할 수 있다.The control unit controls the process according to the surface porosity occlusion rate measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit. The first surface porosity occlusion rate (S1), the second surface porosity occlusion rate ( (Air cleaning or oscillating cleaning) of the filtration membrane, the backwash process condition, the chemical cleaning condition, and whether the recovery cleaning is carried out using the third surface pore occlusion ratio (S3) and the fourth surface pore occlusion ratio (S4) Can be controlled.
즉, 제어부는 측정된 제1 표면기공 폐색율(S1) 값들을 비교하여 여과막의 물리세정(공기세정 혹은 요동세정)을 제어할 수 있다.That is, the control unit can control the physical cleaning (air cleaning or oscillating cleaning) of the filtration membrane by comparing the measured first surface pore occlusion ratio (S1) values.
예를들어 수처리 공정이 시간의 흐름에 따라 a, b, c, d, e 및 f로 진행될 때, S1(b) - S1(a) > 0은 물리적 오염이 심해지고 있음을 의미하고, S1(c) - S1(b) > 0은 여과막의 물리세정을 증가시켰음에도 오염이 계속 심해지고 있음을 의미하고, S1(d) - S1(c) = 0은 물리적 오염이 중단되었다는 것을 의미하고, S1(e) - S1(d) < 0는 물리적으로 오염이 감소되었다는 것을 의미하며, S1(f) - S1(e) < 0는 물리적으로 오염이 계속 감소된다는 것을 의미한다.For example, when the water treatment process proceeds with a, b, c, d, e, and f over time, S1 (b) - S1 (a)> 0 means that physical contamination is getting worse, S1 (d) - S1 (c) = 0 means that physical contamination is stopped, S1 (b)> 0 means that the physical contamination is stopped, S1 (e) - S1 (d) < 0 means that the contamination is physically reduced, and S1 (f) - S1 (e) <
이를 알고리즘으로 표현하면 다음과 같다.The algorithm is expressed as follows.
(1) -> 여과막의 물리세정의 강도를 2% 감소(One) -> 2% less physical cleaning strength of filtration membrane
(2) -> 여과막의 물리세정의 강도를 5% 증가(2) -> 5% increase in the physical cleaning strength of the filtration membrane
(3) -> 여과막의 물리세정의 강도를 5% 증가(3) -> 5% increase in the physical cleaning strength of the filtration membrane
(4) -> 여과막의 물리세정의 강도를 2% 감소(4) -> 2% less physical cleaning strength of filtration membrane
따라서, 제어부는 상기 알고리즘에 따라 여과막의 물리세정의 강도를 자동으로 제어할 수 있다.Accordingly, the control unit can automatically control the strength of the physical cleaning of the filtration membrane according to the above algorithm.
또한 상기 제어부는 여과막의 역세공정의 비가역적 오염정도를 나타내는 척도인 제2 표면기공 폐색율(S2)을 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세공정을 제어할 수 있다. Also, the controller can control the backwash process by comparing the second surface pore occlusion ratio (S2), which is a measure of irreversible pollution degree of the filtration membrane backwashing process, with the preset surface pore occlusion rate.
또한 상기 제어부는 역세약품세정에서의 가역적 오염의 세정정도를 나타내는 척도인 제3 표면기공 폐색율(S3)을 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세약품세정 조건을 제어할 수 있다. 예를들어 제3 표면기공 폐색율(S3)이 미리 설정한 표면기공 폐색율을 초과할 경우에는 화학세정 공정 주기를 단축시키거나 또는 투입하는 화학약품의 농도를 증가시키도록 상기 화학세정 공정을 제어하고, 미리 설정한 표면기공 폐색율을 초과하지 않을 경우에는 현재의 화학세정 공정을 유지하도록 세정부를 제어할 수 있다. Also, the controller can control the backwash chemical cleaning condition by comparing the third surface porosity occlusion ratio S3, which is a measure indicating the degree of cleaning of the reversible contamination in the backwash chemical cleaning, with the preset surface porosity occlusion rate. For example, if the third surface pore occlusion rate (S3) exceeds a predetermined surface pore occlusion rate, the chemical cleaning process may be controlled to shorten the chemical cleaning process cycle or increase the concentration of the chemical to be introduced And if the pre-set surface pore occlusion rate is not exceeded, the cleaning section can be controlled to maintain the current chemical cleaning process.
상기, 제2 표면기공 폐색율(S2)을 이용한 역세공정 제어 및 제3 표면기공 폐색율(S3)을 이용한 역세약품세정 제어는 앞서 설명한 바와 같이 제1 표면기공 폐색율(S1)을 이용한 여과막의 물리세정(공기세정 혹은 요동세정) 제어방식과 동일하다.The backwash process control using the second surface porosity occlusion rate S2 and the backwash process control using the third surface porosity occlusion rate S3 are performed by using the first surface pore occlusion ratio S1, It is the same as the physical cleaning (air cleaning or oscillating cleaning) control method.
또한 상기 제어부는 여과공정 종료점의 표면기공 폐색율을 나타내는 척도인 제4 표면기공 폐색율(S4)을 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 회복세정 실시 여부를 제어할 수 있다. 예를들어 제4 표면기공 폐색율(S4)이 미리 설정한 표면기공 폐색율을 초과할 경우에는 회복세정을 수행하고, 미리 설정한 표면기공 폐색율을 초과하지 않을 경우에는 회복세정을 수행하지 않도록 제어할 수 있다.Also, the controller may compare whether the fourth surface porosity clogging rate (S4), which is a scale indicating the surface porosity closure rate of the filtration process end point, is greater than or equal to a preset surface porosity clogging rate to control whether or not the recovery cleaning is performed. For example, if the fourth surface porosity occlusion rate S4 exceeds the predetermined surface porosity occlusion rate, the recovery cleaning is performed. If the fourth surface porosity occlusion rate S4 does not exceed the predetermined surface porosity occlusion rate, Can be controlled.
상기 세정부는 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 장치로서, 역세정부, 역세약품세정부 및 회복세정부를 포함할 수 있다.The cleaning part may include a backwashing part, a backwashing part cleaning part, and a recovery part, for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control part.
상기 역세정부는 여과막에 대한 역세정 공정을 수행하는 것으로서, 역세정 공정은 여과수를 상기 여과막으로 역류시킴으로써 여과막에 대한 역세정 공정을 수행하게 된다. 역세정 공정의 주기 또는 역세정 공정시 상기 여과막 모듈로 역류되는 여과수의 압력은 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정한 표면기공 폐색율(S), 보다 구체적으로는 제2 표면기공 폐색율(S2)에 근거하여 제어부에 의해 제어될 수 있다.The backwashing part performs a backwashing process on the filtration membrane. In the backwashing process, the backwashing process is performed on the filtration membrane by backwashing the filtration water through the filtration membrane. The pressure of the filtrate water flowing back to the filtration membrane module during the cycle of the backwashing process or the backwashing process is determined by the surface porosity occlusion rate S measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit, more specifically, the second surface porosity occlusion rate S2 ) Based on the control signal.
상기 역세약품세정부는 여과막에 대한 역세약품세정 공정을 수행하는 것으로서, 역세약품세정 공정은 여과막에 역세공정과 함께 화학약품 투입하여 세정하는 것이다. 역세약품세정 공정의 주기 또는 역세약품세정 공정시 화학약품의 농도는 상기 표면기공 폐색률 측정부에서 측정한 표면기공 폐색률(S), 보다 구체적으로는 제3 표면기공 폐색률(S3)에 근거하여 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.The backwashing agent washing section performs a backwashing chemical washing process on the filtration membrane, and the backwashing chemical washing process is to wash the filtration membrane with a backwash process and a chemical agent. The concentration of the chemical in the backwash chemical cleaning process or the backwash chemical cleaning process is determined based on the surface porosity occlusion rate (S) measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit, more specifically, the third surface porosity occlusion rate (S3) And can be controlled by the control unit.
회복세정의 실시 여부는 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정한 표면기공 폐색율(S), 보다 구체적으로는 제4 표면기공 폐색율(S4)에 근거하여 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.The execution of the recovery tax definition can be controlled by the control unit based on the surface pore occlusion rate S measured by the surface pore occlusion rate measuring unit, more specifically, the fourth surface pore occlusion rate S4.
상기 회복세정부는 여과막에 대한 회복세정 공정을 수행하는 것으로서, 회복세정 공정은 여과막에 화학약품 투입하여 세정하는 것이다. 이와 같은 회복세정 공정은 화학약품을 포함하는 별도의 반응조에 여과막 모듈을 침지하는 방식으로 수행할 수도 있고, 기존의 여과막 모듈 내에 화학약품을 공급하는 방식으로 수행할 수도 있다. 회복세정 공정의 주기 또는 회복세정 공정시 화학약품의 농도는 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정한 표면기공 폐색율(S), 보다 구체적으로는 제4 표면기공 폐색율(S4)에 근거하여 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.The recovery part performs a recovery cleaning process on the filtration membrane, and the recovery cleaning process is to clean the filtration membrane with chemicals. The recovery cleaning process may be performed by immersing the filtration membrane module in a separate reaction tank containing the chemical agent, or by supplying the chemical agent to the existing filtration membrane module. The period of the recovery cleaning process or the concentration of the chemical in the recovery cleaning process may be determined based on the surface pore occlusion ratio (S) measured by the surface pore occlusion ratio measuring portion, more specifically, the fourth surface pore occlusion ratio (S4) And can be controlled by a control unit.
본 발명에 따른 여과막을 이용한 수처리 시스템은 안정화조, 무산소조, 혐기조 및 호기조로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 수 처리조를 추가로 포함하면서 다양한 조합으로 구성될 수 있으며, 일반적인 A2O-MBR 공정, 분리막의 요동공정이 포함된 A2O-MBR 공정 등 특별한 제한없이 적용될 수 있다.The water treatment system using the filtration membrane according to the present invention may be composed of various combinations including one or more water treatment tanks selected from the group consisting of stabilization tank, anoxic tank, anaerobic tank and aerobic tank, And the A2O-MBR process including the shaking process can be applied without any particular limitation.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과막을 이용한 수처리 시스템의 공정 다이아그램이다. 3 to 5 are process diagrams of a water treatment system using a filtration membrane according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명하면, 유입수가 무산소조로 유입된 다음 호기조로 이송되고, 다시 분리막조로 이송된 다음 유출수를 방출하는 공정을 거친다. 호기조에서는 미세송풍에 의해 유기물 및 질소 산화가 발생되고, 호기조에 투입되는 응집제로 인(P)이 침전된다. 분리막조에서 내부 반송에 의해 이송된 질산성 질소(NO3 --N)의 탈질은 무산소조에서 이루어지고, 무산소 조건의 분리막조에서는 추가적인 탈질이 발생된다. 3, the influent water is introduced into the anoxic tank, then transferred to the aerobic tank, transferred to the separation membrane tank, and then discharged. In the aerobic tank, organic matter and nitrogen oxidation are generated by micro-blowing, and phosphorus (P) is precipitated by the flocculant added to the aerobic tank. The denitrification of nitrate nitrogen (NO 3 - N) transferred by the internal transfer in the membrane separation is performed in an anoxic tank, and additional denitrification occurs in the anoxic condition membrane tank.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (10)
(b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부;
(c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈;
(d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부;
(e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율에 따라 여과막의 물리세정중 공기세정과 요동세정을 제어하는 제어부; 및
(f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며,
상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 1에 의하여 제1 표면기공 폐색율(S1)을 측정하고,
[식 1]
S1=(1/(Kn1×Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(a1)/(μ×J(a1))
상기 식 1에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a1) 및 △P(a2)는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a1)) 및 (μ×J(a2))는 각각 a1 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a1 시점은 여과공정 시작점이고, a2 시점은 여과공정 종료점을 의미하며,
상기 제어부는 제1 표면기공 폐색율의 1차 미분값 및 2차 미분값을 이용하여, 여과공정에서 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 감소시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 물리세정 강도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템.
(a) a raw water storage for storing raw water to be treated;
(b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water;
(c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment;
(d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane;
(e) a controller for controlling the air cleaning and the oscillating cleaning during the physical cleaning of the filtration membrane according to the surface pore occlusion ratio measured by the surface pore occlusion ratio measuring unit; And
(f) a cleaning unit for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control unit,
The surface porosity occlusion rate measuring unit measures the first surface porosity occlusion rate (S1) according to the following equation (1)
[Formula 1]
(A1) / (占 J (a1)) -? P (a1) /? P (a2)
In the formula 1, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a1) and △ P (a2) is a transmembrane pressure difference [kPa] measured at a point a1 and a2 each time point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point a1 and the time point a2 )], The point a1 is the starting point of the filtration process, the point a2 is the end point of the filtration process,
The control unit uses the first-order differential value and the second-order differential value of the first surface porosity occlusion rate, The physical cleansing strength of the filtration membrane is decreased, The physical cleansing strength of the filtration membrane is increased, The physical cleansing strength of the filtration membrane is increased, , The physical washing strength of the filtration membrane is reduced.
(b) 상기 원수 저장부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부;
(c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈;
(d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부;
(e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율을 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세공정을 제어하는 제어부; 및
(f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며,
상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 2에 의하여 여과막의 역세공정에서의 비가역적 오염정도인 제2 표면기공 폐색율(S2)을 측정하고,
[식 2]
S2=(1/(Kn1× Kn2))×△P(b2)/(μ×J(b2))-△P(a2)/(μ×J(a2))
상기 식 2에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(b2) 및 △P(a2)는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(b2)) 및 (μ×J(a2))는 각각 b2 시점 및 a2 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 b2 시점은 n차 여과공정 종료점이고, a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점을 의미하며(n은 2~10의 정수임),
상기 제어부는 제2 표면기공 폐색율의 1차 미분값 및 2차 미분값을 이용하여, 여과공정에서 인 경우에는 여과막의 역세세정 강도를 감소시키고, 인 경우에는 여과막의 역세세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 역세세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 역세세정 강도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템.
(a) a raw water storage for storing raw water to be treated;
(b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water;
(c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment;
(d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane;
(e) a control unit for controlling the backwash process by comparing the surface porosity occlusion rate measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit with a preset surface porosity occlusion rate; And
(f) a cleaning unit for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control unit,
The surface pore-clogging ratio measuring unit may measure the surface pore-clogging ratio of the filtration membrane according to the following equation (2) The second surface porosity occlusion rate S2 was measured,
[Formula 2]
? = (1 / (Kn1 x Kn2)) x P (b2) / (x J (b2)
(2) where Kn1 is the water quality constant [m- 1 ], Kn2 is the separation membrane constant, and ΔP (b2) and ΔP (a2) are the intermechanic pressure [kPa] measured at time points b2 and a2, respectively (centipoise) and transmittance (J) (Flux) [L / (m < 2 > / hr) of the raw water measured at the time point b2 and the time point a2 ), The point of time b2 is the end point of the n-th order filtration process, the point of a2 is the end point of the n-1 th order filtration process (n is an integer of 2 to 10)
The control unit uses the first-order differential value and the second-order differential value of the second surface pore-clogging rate to perform the filtration process The backwashing strength of the filtration membrane is reduced, The backwashing strength of the filtration membrane is increased, The backwashing strength of the filtration membrane is increased, , The backwashing strength of the filtration membrane is reduced.
(b) 상기 원수 저장 부로부터 원수를 공급받아 원수에 대한 전처리를 수행하는 전처리부 ;
(c) 상기 전처리부에서 전처리된 원수를 공급받아 원수처리를 수행함으로써 여과수를 생산하는 여과막 모듈;
(d) 상기 여과막의 표면기공 폐색율을 측정하는 표면기공 폐색율 측정부;
(e) 상기 표면기공 폐색율 측정부에서 측정된 표면기공 폐색율을 미리 설정한 표면기공 폐색율과 비교하여 역세약품세정 조건을 제어하는 제어부; 및
(f) 상기 제어부에 의하여 여과막에 대한 세정 공정을 수행하는 세정부를 포함하여 이루어지며,
상기 표면기공 폐색율 측정부는 하기 식 3에 의하여 역세약품 세정에서의 가역적 오염의 세정정도를 나타내는 척도인 제3 표면기공 폐색율(S3)을 측정하고,
[식 3]
S3=(1/(Kn1× Kn2))×△P(a2)/(μ×J(a2))-△P(b1)/(μ×J(b1))
상기 식 3에서, Kn1은 수질 상수[m-1], Kn2는 분리막 상수이고, △P(a2) 및 △P(b1)는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 막간차압 [kPa]이고, (μ×J(a2)) 및 (μ×J(b1))는 각각 a2 시점 및 b1 시점에서 측정한 원수의 점도(μ) [centipoise]와 투과율(J)(Flux) [L/(㎡ ㆍhr)]의 곱을 의미하고, 상기 a2 시점은 n-1차 여과공정 종료점이고, b1 시점은 n-1차 여과공정 후 역세약품세정을 마친 n차 여과공정 시작점을 의미하며(n은 2~10의 정수임),
상기 제어부는 제3 표면기공 폐색율의 1차 미분값 및 2차 미분값을 이용하여, 여과공정에서 인 경우에는 여과막의 역세약품세정 강도를 감소시키고, 인 경우에는 여과막의 역세약품세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 역세약품세정 강도를 증가시키고, 인 경우에는 여과막의 역세약품세정 강도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 여과막을 이용한 수처리 시스템.
(a) a raw water storage for storing raw water to be treated;
(b) a pretreatment unit for receiving raw water from the raw water storage unit and performing pretreatment on the raw water;
(c) a filtration membrane module for producing filtered water by receiving raw water pretreated by the pretreatment unit and performing raw water treatment;
(d) a surface pore occlusion ratio measuring unit for measuring a surface pore occlusion rate of the filtration membrane;
(e) a control unit for controlling the backwash chemical cleaning condition by comparing the surface pore occlusion rate measured by the surface porosity occlusion rate measuring unit with a preset surface pore occlusion rate; And
(f) a cleaning unit for performing a cleaning process on the filtration membrane by the control unit,
The surface porosity occlusion rate measuring unit measures a third surface porosity occlusion rate (S3), which is a measure indicating the degree of cleaning of the reversible contamination in the backwashing chemical cleaning by the following formula 3,
[Formula 3]
S3 = (1 / (Kn1 x Kn2) x DELTA P (a2) / (x J (a2)) - DELTA P (b1) /
In the formula 3, Kn1 is a constant water [m -1], Kn2 membrane is constant and, △ P (a2), and △ P (b1) are each time point a2 and b1 a transmembrane pressure difference [kPa] measured at the point, ( (centipoise) and transmittance (J) (Flux) of the raw water measured at the time point a2 and the time point b1 [L / (m < 2 > ), The point of time a2 is the end point of the n-1th order filtration process, and the point of time b1 indicates the nth order filtration process start point after the n-1 th order filtration process (n is 2 to 10 Integer),
The control unit uses the first-order differential value and the second-order differential value of the third surface porosity occlusion ratio, , The back washing agent washing strength of the filtration membrane is reduced, , The back washing agent washing strength of the filtration membrane is increased, , The back washing agent washing strength of the filtration membrane is increased, , The back washing agent washing strength of the filtration membrane is reduced.
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RU2799187C1 (en) * | 2023-02-08 | 2023-07-04 | Вячеслав Владимирович Вяткин | Hardware-software system for asynchronous implementation of the processes of reverse osmosis cleaning of source water with membrane and diffusion cleaning of membranes with purified water |
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- 2019-01-28 KR KR1020190010621A patent/KR101993826B1/en active IP Right Grant
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