KR102013255B1 - Seawater Desalination Plant and Control Method for the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 입자, 콜로이드, 단백질을 바탕으로 해수의 수질 지수를 특정하고, 이에 따라 전처리 방법을 최적화하여 막오염 신뢰도를 향상시키고 운용의 최적화를 달성할 수 있도록 하는 해수 담수화 플랜트 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 해수 담수화 플랜트는 해수를 취수하는 취수 공정부, 상기 취수 공정부에서 취수한 원수를 전처리하여 입자, 콜로이드, 유기물을 제거하는 전처리 공정부, 상기 전처리 공정부에서 전처리된 처리수로부터 염을 제거하는 역삼투 공정부 및 상기 전처리 공정부의 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정부의 역삼투 공정을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 원수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index), C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index), 및 단백질 농도, 그리고 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정을 제어할 수 있다. 본 발명에 의하면, 역삼투막 오염을 최소화할 수 있는 제어방법을 제공할 뿐만 아니라 역삼투막의 세척 및 교환 시기를 예측 제어할 수 있는 효과를 가진다.The present invention relates to a seawater desalination plant and a control method thereof, which specify the water quality index of seawater based on particles, colloids, and proteins, thereby optimizing the pretreatment method to improve membrane fouling reliability and to optimize the operation. The seawater desalination plant according to the present invention includes a water intake process unit for taking in seawater, a pretreatment process unit for pretreatment of raw water taken from the water intake process unit to remove particles, colloids, and organic matters, and pretreated water at the pretreatment process unit And a control unit for controlling a reverse osmosis process unit for removing salt from the pre-treatment process unit and / or a reverse osmosis process unit for the reverse osmosis process unit, wherein the control unit includes a Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI) of the raw water. ), Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI), and protein concentration, and P-MFI, C-MFI, and protein of the treated water It is possible to control the pre-processing step and / or the reverse osmosis process, on the basis of Fig. According to the present invention, it not only provides a control method capable of minimizing reverse osmosis membrane contamination, but also has an effect of predicting and controlling the time of washing and replacing the reverse osmosis membrane.
Description
본 발명은 역삼투 공정을 이용하여 해수를 담수화하는 해수 담수화 플랜트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자, 콜로이드, 단백질을 바탕으로 해수의 수질 지수를 특정하고, 이에 따라 전처리 방법을 최적화하여 역삼투막 오염 신뢰도를 향상시키고 운용의 최적화를 달성할 수 있도록 하는 해수 담수화 플랜트 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a seawater desalination plant for desalination of seawater using a reverse osmosis process, and more particularly, to specify the water quality index of seawater based on particles, colloids, and proteins, and to optimize the pretreatment method accordingly, thereby relieving reverse osmosis membrane contamination. The present invention relates to a seawater desalination plant and a method of controlling the same, to improve the quality of the plant and achieve optimization of operation.
2000년대 이후 전 세계적으로 농업용, 도시용, 산업용 등에서 물에 대한 수용량이 급증하고 있으며, 이에 따라 전 세계적으로 물 부족 현상이 심화되고 있다. 2025년에는 30억 명의 인구가 물 부족 상황에 직면할 것으로 예상되고, 특히 현재도 중동과 아프리카 지역은 가장 심각한 물 부족 현상에 직면하고 있다.Since 2000, water capacity has increased rapidly in agriculture, urban use, and industrial use all over the world. As a result, water shortage is intensifying worldwide. In 2025, 3 billion people are expected to face water shortages, especially in the Middle East and Africa.
지구상의 전체 수자원은 대부분 해수로 존재하고 있어 해수의 담수화는 무한한 수자원인 해수를 담수로 이용할 수 있게 하여 줌으로써 물 부족 문제를 해결하는 강력한 대안으로 간주되고 있다.Since most of the world's water resources exist as seawater, desalination of seawater is regarded as a powerful alternative to solve the water shortage problem by making seawater, an infinite water resource, available as freshwater.
해수에는 나트륨, 마그네슘, 염소이온 등 다양한 물질이 높은 농도로 녹아 있어 마실 수 있는 물이 되기 위해서는 해수 내에 녹아 있는 높은 농도의 물질을 제거하여야 한다. 물에서 염(salt)을 제거하기 위한 담수화는 증발법과 막 분리법이 일반적으로 사용되고 있으며 증발법은 액체-기체 간의 상 변화를 이용하는 것으로 해수에 열을 가하여 수증기로 만든 다음, 수증기를 다시 물로 응축시켜 해수에서의 염분이나 불순물을 제거하는 방식이고, 막 분리법은 물은 통과하고 염은 통과하지 못하는 반투막(semi-permeable membrane)에 압력을 가하여 담수를 획득하는 방식으로 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 공정이 가장 널리 사용되고 있다. Various substances such as sodium, magnesium, and chlorine ions are dissolved in seawater, and high concentrations of substances dissolved in seawater must be removed in order to be drinkable. For desalination to remove salt from water, evaporation method and membrane separation method are commonly used. The evaporation method uses a phase change between liquid and gas, which heats seawater to make water vapor, and then condenses the water back into water. In the membrane separation method, reverse osmosis (RO) process is used to obtain fresh water by applying pressure to a semi-permeable membrane that passes through water but does not pass through salt. Most widely used.
역삼투 공정을 이용한 해수 담수화 플랜트는 일반적으로 취수 공정, 전처리 공정, 역삼투 공정, 및 후처리 공정으로 구성되는데 현재 사용되고 있는 해수 담수화 플랜트는 여러 가지 문제점을 가지고 있다. A seawater desalination plant using a reverse osmosis process generally comprises a water intake process, a pretreatment process, a reverse osmosis process, and a posttreatment process. Currently, a seawater desalination plant has various problems.
해수 담수화 플랜트의 설계/운전 목적의 수질 성능 인자들은 대부분 일반 수 처리분야에서 사용하던 것을 차용한 것으로 이에 의해 플랜트 효율성 증대에 한계점을 가지게 된다. 또한, 해수 담수화 플랜트 단위 공정 유입수의 수질 기준은 SDI(silt density index) 지수가 활용되고 있으나, 이를 바탕으로 한 수질 기준을 충족하더라도 역삼투 공정에서 사용하는 막 오염이 과다하게 발생할 수 있다.The water quality performance factors for the design / operation of seawater desalination plants are mostly borrowed from the general water treatment field, thereby limiting the increase in plant efficiency. In addition, although the SDI (silt density index) index is used as the water quality standard of the inflow process of the seawater desalination plant unit, excessive membrane contamination used in the reverse osmosis process may occur even if the water quality standard is satisfied.
계절 및 지역별 원수 특성이 유사하더라도 최적 전처리 공정의 조합 및 용량 산정이 상이하여 설계 이슈가 지속적으로 발생하고, SDI는 정량 허용 범위가 작아 원수 및 전처리 단계별 수질변화 감시가 불가하고, 운전 조건들과 연계성이 부족하여 성능 진단 및 예측과 이에 따른 운전 조건 변경이 어려운 문제점이 있다.Even though the characteristics of raw water are similar in season and region, design issues continue to occur due to different combinations and capacity calculations of the optimal pretreatment process. Due to this lack of performance diagnosis and prediction and the resulting operating conditions are difficult to change.
이러한 문제점들을 개선할 목적으로 다양한 수질 성능 인자들이 제안되었으나 고가의 분석장비 및 분석 전문 인력이 필요하고, 플랜트 운전 인자들과의 연계성이 낮고, 개별 인자 수준이 아닌 플랜트 운전 측면에서의 통합적 고려가 부재하여 아직까지 현장 운전 인자로 활용되기에는 어려운 제약이 있다.Various water quality performance factors have been proposed for the purpose of improving these problems, but require expensive analytical equipment and analysis personnel, low linkage with plant operation factors, and lack of integrated consideration in terms of plant operation rather than individual factors. Therefore, there are still limitations that are difficult to be used as field operation factors.
본 발명의 목적은 해수 담수화 플랜트 운전 진단을 위한 수질의 특성을 나타내는 수질 지수를 제시하고, 이를 활용한 해수 담수화 플랜트 운전 제어 방법 및 이를 사용한 해수 담수화 플랜트를 제시함에 있다.An object of the present invention is to present a water quality index indicating the characteristics of the water quality for the operation of seawater desalination plant, and to propose a method for controlling seawater desalination plant operation using the same and a seawater desalination plant using the same.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해수 담수화 플랜트는 해수를 취수하는 취수 공정부, 상기 취수 공정부에서 취수한 원수를 전처리하여 입자, 콜로이드, 및 유기물을 제거하는 전처리 공정부, 상기 전처리 공정부에서 전처리된 처리수로부터 염을 제거하는 역삼투 공정부 및 상기 전처리 공정부의 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정부의 역삼투 공정을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 원수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index), C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index), 및 단백질 농도, 그리고 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정을 제어할 수 있다.Seawater desalination plant according to the present invention for achieving the above object is a pre-treatment process unit for pretreating raw water taken from the water intake process unit, seawater intake process unit to remove particles, colloid, and organic matter, the pretreatment ball And a control unit for controlling a reverse osmosis process unit for removing salt from the treated water pre-treated by the government and a pre-treatment process of the pretreatment process unit and / or a reverse osmosis process of the reverse osmosis process unit, wherein the control unit is a P-MFI of the raw water. The pretreatment process and / or the reverse osmosis based on Particle-Membrane Fouling Index (C-MFI), Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI), and protein concentration, and P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water. The throwing process can be controlled.
특히 상기 전처리 공정부는 DAF(Dissolved Air Flotation) 공정을 포함하고, 그리고 UF(UltraFiltration) 공정 및 DMF(Dual Media Filtration) 공정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In particular, the pretreatment process unit may include a resolved air floatation (DAF) process, and may include at least one of an ultrafiltration (UF) process and a dual media filtration (DMF) process.
상기 제어부는 상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 상기 DAF 공정의 수행 여부를 결정할 수 있고, 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 UF 공정 및 DMF 공정 중 적어도 하나의 여과 속도를 설정할 수 있으며, 또한 상기 원수 또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정할 수 있다.The controller may determine whether to perform the DAF process based on the P-MFI of the raw water, and at least one of the UF process and the DMF process based on P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water. It is possible to set the filtration rate of, and to set the amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water or the treated water.
특히 상기 제어부는 상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정할 수 있고 또는 상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정할 수 있으며, 이렇게 양이 설정된 응집제를 상기 DAF 공정으로 유입되는 원수 및/또는 상기 UF 공정 및 DMF 공정 중 적어도 하나로 유입되는 원수에 주입될 수 있다.In particular, the control unit may set the amount of flocculant to be injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water or may set the amount of flocculant to be injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water. A set amount of flocculant may be injected into raw water flowing into the DAF process and / or raw water flowing into at least one of the UF process and the DMF process.
이에 더하여 상기 제어부는 상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 전처리 공정부에서 처리한 처리수에 주입할 산화제의 양을 결정할 수 있고, 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 역삼투 공정부에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측할 수 있으며, 상기 예측을 바탕으로 상기 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 제어할 수 있다.In addition, the controller may determine the amount of oxidant to be injected into the treated water treated by the pretreatment process unit based on the protein concentration of the raw water, and based on the P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water. The degree of fouling of the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis process unit can be predicted, and the cleaning timing and / or exchange time of the reverse osmosis membrane can be controlled based on the prediction.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 취수 공정, 전처리 공정, 및 역삼투 공정을 이용하여 해수를 담수화하는 해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치는 상기 취수 공정에서 해수를 취수한 원수 및 상기 전처리 공정을 거친 처리수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index) 및 C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index)를 측정하는 MFI 측정부, 상기 원수 및 상기 처리수의 단백질 농도를 측정하는 단백질 측정부 및 상기 원수 및 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 공정을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The control device used in the seawater desalination plant for desalination of seawater using the water intake process, the pretreatment process, and the reverse osmosis process according to the present invention for achieving the above object is the raw water and the pretreatment process withdrawal of seawater in the intake process MFI measuring unit for measuring Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI) and Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI) of the treated water, the protein measuring unit for measuring the protein concentration of the raw water and the treated water and the It may include a control unit for controlling the process of the seawater desalination plant based on P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the raw water and the treated water.
특히 상기 제어부를 세분화하면, 상기 제어부는 상기 해수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 포함된 콜로이드를 응집시키기 위하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정하는 응집제 제어부, 상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정을 수행할 것인지를 결정하는 DAF 제어부, 상기 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 전처리 공정에 포함된 여과 공정의 여과속도를 결정하는 여과 제어부, 및 상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 처리수에 주입할 산화제의 양을 결정하는 산화제 제어부를 포함할 수 있고, 이에 더하여 상기 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 역삼투 공정에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측하고, 상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 설정하는 역삼투 제어부를 더 포함할 수 있다.Particularly, when subdividing the control unit, the control unit sets the amount of flocculant to be injected into the raw water in order to aggregate the colloid included in the raw water based on the C-MFI of the seawater and / or the C-MFI of the treated water. Included in the pretreatment process of the seawater desalination plant based on the flocculant control unit, DAF control unit for determining whether to perform the DAF process based on the P-MFI of the raw water, C-MFI, P-MFI, and protein concentration of the treated water A filtration controller for determining the filtration rate of the filtered filtration process, and an oxidant controller for determining the amount of oxidant to be injected into the treated water based on the protein concentration of the raw water, and in addition, C-MFI of the treated water. Predict the fouling degree of the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis process of seawater desalination plant based on the concentration of P, MFI, and protein, and the reverse osmosis membrane based on the above prediction. The reverse osmosis control unit for setting the washing time and / or replacement time of the may be further included.
특히 상기 응집제 제어부는 상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정할 수 있고, 상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정할 수 있으며 이렇게 설정된 양의 응집제를 상기 DAF 공정으로 유입되는 원수 및/또는 상기 여과공정으로 유입되는 원수에 주입할 수 있다.In particular, the coagulant control unit may set the amount of coagulant injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water, and may set the amount of coagulant injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water. A set amount of flocculant may be injected into the raw water flowing into the DAF process and / or raw water flowing into the filtration process.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해수 담수화 플랜트의 공정 제어 방법은 해수를 수취한 원수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index), C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index), 및 단백질 농도를 획득하는 단계, 전처리 공정을 거치 처리수의 P-MFI, C-MFI 및 단백질 농도를 획득하는 단계, 상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정을 수행할 것인지를 제어하는 단계, 상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계, 상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 처리수에 주입할 산화제 양을 결정하는 단계,Process control method of the seawater desalination plant according to the present invention for achieving the above object is Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI), Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI), and protein concentration of raw water received seawater Obtaining the P-MFI, C-MFI and protein concentrations of the treated water after the pretreatment process, controlling whether to perform the DAF process based on the P-MFI of the raw water, Determining the amount of coagulant to be injected into the raw water based on C-MFI and / or C-MFI of the treated water, determining the amount of oxidant to be injected into the treated water based on the protein concentration of the raw water,
상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 여과 공정의 여과 속도를 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 이에 더하여 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 역삼투 공정에서 사용되는 역삼투막 파울링을 예측하는 단계 및 상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.And determining the filtration rate of the filtration process based on the P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the treated water, in addition to the P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the treated water. Predicting the reverse osmosis membrane fouling used in the reverse osmosis process and setting the cleaning time and / or replacement time of the reverse osmosis membrane based on the prediction.
그리고 상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계는 상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계를 포함하거나 또는 상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.And determining the amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water and / or the C-MFI of the treated water to determine the amount of flocculant to be injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water. Or determining the amount of flocculant to be injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water.
본 발명에 의하면, 입자, 콜로이드, 단백질 농도에 기반한 수질 지수를 바탕으로 하여 막 오염을 최소화하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of minimizing membrane contamination based on water quality index based on particle, colloid, protein concentration.
또한, 본 발명에 의하면 원수 및 역삼투 공정에 유입되는 처리수에 대한 수질을 동일한 수질 지수로 평가함으로써 공정의 효율성을 가질 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention has the effect of having the efficiency of the process by evaluating the water quality of the raw water and the treated water flowing into the reverse osmosis process with the same water quality index.
또한, 본 발명에 의하면, 새로운 수질 성능 인자들을 개발하고, 이를 활용하여 원수의 특성을 평가함으로써 단위 전처리 공정별 수질 성능 평가 방법 및 원수 특성에 따른 전처리 용량 산정 방법을 제시하는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by developing new water quality performance factors, and using them to evaluate the characteristics of raw water, there is an effect of presenting a method for evaluating the water quality performance for each unit pretreatment process and a method for calculating the pretreatment capacity according to the raw water characteristics.
도 1은 일반적인 역삼투 공정을 이용한 해수 담수화 플랜트의 공정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 로직을 포함하는 해수 담수화 플랜트를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수 담수화 플랜트 제어장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수 담수화 플랜트의 제어부(400)에서 담수화 공정을 제어하는 방법을 도시한다.1 is a view showing a process of seawater desalination plant using a general reverse osmosis process.
2 illustrates a seawater desalination plant including control logic in accordance with one embodiment of the present invention.
3 is a view showing a seawater desalination plant control apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a method of controlling the desalination process in the
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals designate like elements throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 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.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.When a portion is referred to as being "above" another portion, it may be just above the other portion or may be accompanied by another portion in between. In contrast, when a part is mentioned as "directly above" another part, no other part is involved between them.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and / or component, and the presence of other characteristics, region, integer, step, operation, element and / or component It does not exclude the addition.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 보다 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용 중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면 중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90˚ 회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.Terms indicating relative space such as "below" and "above" may be used to more easily explain the relationship of one part to another part shown in the drawings. These terms are intended to include other meanings or operations of the device in use with the meanings intended in the figures. For example, if the device in the figure is reversed, any parts described as being "below" of the other parts are described as being "above" the other parts. Thus, the exemplary term "below" encompasses both up and down directions. The device can be rotated 90 degrees or at other angles, the terms representing relative space being interpreted accordingly.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1은 일반적인 역삼투 공정을 이용한 해수 담수화 플랜트의 공정을 도시한 도면이다.1 is a view showing a process of seawater desalination plant using a general reverse osmosis process.
도 1을 참조하면, 해수 담수화 플랜트는 취수 공정(10), 전처리 공정(20), 역삼투 공정(30), 및 후처리 공정(40)을 포함할 수 있다. 이 밖에도 해수 처리 과정에서 발생하는 폐수를 처리하는 폐수처리 시설이 있을 수 있다. Referring to FIG. 1, the seawater desalination plant may include a
취수 공정(10)은 담수화를 위한 원수인 해수를 취수하는 공정이다. 전처리 공정(200)의 부하를 적게할 수 있도록 가능한 깨끗한 해수를 취수할 필요가 있으며, 양질의 원수를 얻기 위해서 수심 60m 이상의 심해 취수를 하거나, 지하수 대수층에 관정을 설치하는 취수 관정, 집수매거(infiltration galleries) 등을 이용할 수 있다. 취수된 원수는 모래 등을 제거하기 위하여 여과기, 디스크 필터 등의 장치를 거쳐 전처리 공정(20)으로 유입될 수 있다.
전처리 공정(20)은 역삼투막의 오염이나 손상을 야기할 수 있는 부유 고형물, 무기화합물, 유기오염물질 등을 제거하는 공정이다. 부유 고형물에는 콜로이드와 입자성 물질, 무기화합물에는 이온, 망간, 탄산칼슘, 황산칼슘, 이산화규소 등이 있으며, 유기오염물질은 해수 중의 유기물과 미생물이 해당된다. 현재 보편적으로 적용되고 있는 전처리 공정은 응집, 침전, 여과 등 전통적으로 정수처리에 적용되는 재래식 공정을 사용하는 것과, 정밀여과막 또는 한외여과막 등 막을 이용하는 막 여과공정을 사용하는 것일 수 있다. 막 여과공정은 재래식 공정에 비해 소요공간은 적으나 폐수발생량이 많고 막 세척을 위한 화학약품의 사용이 요구된다.The
전처리 공정(20)은 처리규모나 원수 수질 등 주변 여건에 따라 적정한 전처리 공정을 선택하여야 하며, 역삼투 공정(300)이 허용하는 유입원수 수질조건(탁도 및/또는 SDI)을 맞출 수 있도록 구성되어야 한다. 일반적으로 전처리 공정(20)에서는 탁도 0.5, SDI 3 이하가 되도록 처리할 필요가 있다. 또한, 전처리 공정(20)에서는 역삼투막에 스케일을 야기하는 탄산염, 황산칼슘과 같은 염을 제거하기 위한 pH 조절(acidification) 과 스케일 억제제(antiscalants) 첨가가 이루어질 수 있다. The
전처리 공정(20)은 유기물질과 미생물에 대한 처리도 수행할 수 있다. 역삼투막의 파울링(fouling), 즉 오염물질이 막에 부착되어 막이 막히는 현상은 주로 유기물질과 미생물에 의해서 발생하는데, 유기물질은 전처리 공정(20)에서 응집, 침전, 여과, 소독공정을 통하여 제거할 수 있고, 미생물 제거를 위하여 산화제를 사용하거나 UV 소독을 시행할 수 있다.The
역삼투 공정(30)은 역삼투막을 이용하여 전처리 공정(20)을 통해 유입된 해수로부터 염분을 제거할 수 있다. 역삼투막은 일반적으로 유기합성물질로 만들어지며, 다공성 지지층 위에 염배제층(membrane skin layer)을 코팅한 복합막으로 구성된다.The
후처리 공정(40)은 역삼투 공정(30)에 의하여 염분이 제거된 물을 최종 사용목적에 맞도록 적절히 처리할 수 있다. 먹는 물로 사용하는 경우에는 맛이나 냄새가 나지 않고 부식성이 없으며 적절한 소독이 되도록 처리되어야 한다. 즉, 후처리 공정(40)에서는 물속에 녹아 있는 이산화탄소, 산소 등과 같은 가스를 제거하고, 알칼리도와 pH를 조정하며, 미생물 재번식을 막기 위한 소독을 수행할 수 있다.The
이와 같은 해수 담수화 플랜트에서 전처리 공정(20)은 원수(해수)의 탁도, TSS(Total Suspended Solid), 및/또는 TOC(Total Organic Carbon)를 수질 지수로 사용하며, 이들 수질 지수를 바탕으로 전처리 공정(20)의 구성, 용량 및 운용이 설계될 수 있다. 반면에 역삼투 공정(30)은 일반적으로 SDI(Silt Density Index)를 기준으로 운전 조건을 설계한다. In such a seawater desalination plant, the
그런데 여기서 사용되는 SDI는 분리막에 파울링이 일어날 가능성을 나타내는 척도로 이용되는데 일반적인 SDI 측정 방법은 직경 47mm이고. 0.45um의 필터에 30psid의 압력으로 물을 흘려 부유물(Suspended solid) 성분에 의해 일어나는 오염 정도를 측정하는 것이다. 이때 처음 500ml의 물이 흐르는데 걸리는 시간을 측정하고, 15분이 지나 후 다시 500ml의 물리 흐르는데 걸리는 시간을 측정하여 이 두 시간의 비율을 SDI의 값으로 한다. SDI 측정은 현재 역삼투 공정의 유입수의 막 오염 경향을 예측하기 위해 가정 널리 사용되는 방법으로 일반적으로 SDI가 3 미만이면 파울링은 심하지 않으며 5 이상이 될 경우 심한 파울링이 일어날 수 있을 것으로 예상한다. 하지만, 이러한 SDI 측정 방법은 0.45um 이상의 크기를 가지는 부유성 입자에 의한 막 오염 가능성을 간접적으로 평가하는 방법일 뿐이다. 따라서 SDI로는 0.45um 미만의 크기를 가지는 콜로이드나 유기물에 의한 영향을 평가할 수 없다. 또한, 일반적으로 유기물에 의한 역삼투막 파울링을 분석하기 위한 지표로 TOC가 이용되고 있으나, TOC 수치는 많은 유기물 종류를 포함하여 역삼투막 파울링과 상관성이 낮은 유기물까지를 모두 포함함으로써 전체적으로 유기물에 의한 역삼투막 파울링과 상관성이 낮아지게 되어 정확하게 막 오염을 예측할 수 없다. 일 예로서, 전처리 공정(200)에 의해서 처리된 처리수의 수질 지수가 각각 SDI는 4보다 작고, 탁도(Turbidity)는 0.01보다 작고, TOC는 1~3ppm인 경우(케이스 1)와 SDI는 3보다 작고, 탁도(Turbidity)는 0.01보다 작고, TOC는 1~3ppm인 경우(케이스 2)의 서로 유사한 수질 지수를 가지는 2개의 플랜트에서 역삼투막 세정 횟수(Clean In Place; CIP)를 보면 케이스 1의 경우 1년에 2번 이하 케이스 2의 경우 1년에 12번 이상으로 확연한 차이를 보이면 1년마다 교체되는 역삼투막의 퍼센트도 케이스 1의 경우는 12%, 케이스 2의 경우는 19%로 현재 해수 담수화 플랜트에서 사용하고 있는 TOC, SDI와 같은 수질 지수는 역삼투막의 파울링과 상관관계가 없음을 보여주고 있다.However, the SDI used here is used as a measure of the possibility of fouling in the separator. A typical SDI measurement method is 47 mm in diameter. Water is flowed through a 0.45um filter at 30psid to measure the degree of contamination caused by suspended solids. At this time, the time taken for the first 500ml of water is measured, and after 15 minutes, the time taken for 500ml of physical flow is measured again, and the ratio of these two hours is defined as the SDI value. SDI measurement is a widely used method to predict the tendency of membrane contamination of influent in current reverse osmosis process. In general, fouling is not severe when SDI is less than 3 and severe fouling can be expected when it is above 5 . However, this SDI measurement method is only a method of indirectly evaluating the possibility of membrane contamination by suspended particles having a size of 0.45um or more. Therefore, SDI cannot evaluate the influence of colloids or organic substances having a size of less than 0.45um. Also, although TOC is generally used as an indicator for analyzing reverse osmosis fouling by organic substances, TOC values include all types of organic substances, including all organic substances having low correlation with reverse osmosis membrane fouling. Correlation with the ring is lowered and membrane fouling cannot be accurately predicted. As an example, the water quality index of the treated water treated by the
또 다른 예로서 유기물은 역삼투막 표면에 흡착되거나 미생물의 성장 현상을 가속화시켜 막의 물 투과도를 감소시킬 수 있는데, 유기물 형광분석(Fluorescence Excitation Emission Matrix)을 사용하면 각 유기물의 형광 흡수 및 발산 파장에 따라 휴믹(Humic) 계열 유기물과 단백질(Protein) 계열의 유기물로 쉽게 분류할 수 있다. 휴믹 계열 유기물은 흡착에 의해 역삼투막 파울링을 야기하며, 음전하를 띄고 소수성의 성질을 갖는다. 반면 단백질 계열의 유기물은 흡착 또는 생분해에 의해 역삼투막 파울링을 야기하며, 양쪽성(Amphoteric) 물질이고 친수성의 물질이다. 일반적으로 단백질 계의 유기물이 휴믹 계열의 유기물보다 크기가 커 역삼투막 파울링을 더 많이 야기할 수 있고, 전처리 공정(200)에서 제거되는 비율도 휴믹 계열은 10~50%, 단백질 계열은 10% 미만 정도이다. 따라서 TOC를 이용하여 유기물의 전체 수치를 측정하는 것보다 단백질 계열의 유기물 수치가 역삼투막 파울링에 더 많은 상관관계를 가짐을 알 수 있다.As another example, organic matter may be adsorbed on the reverse osmosis membrane surface or accelerate the growth of microorganisms, thereby reducing the water permeability of the membrane. It can be easily classified into (Humic) organic matter and Protein (organic) organic matter. Humic series organics cause reverse osmosis membrane fouling by adsorption, have negative charge and have hydrophobic properties. On the other hand, protein-based organics cause reverse osmosis membrane fouling by adsorption or biodegradation and are amphoteric and hydrophilic. In general, protein-based organics are larger than humic-based organics, which can cause more reverse osmosis membrane fouling, and the rate of removal in the
상술한 분석 결과를 바탕으로 본원 발명에서는 전처리 공정(200)의 구성 및 운용을 위한 설계 기준으로서 MFI(Membrane Fouling Index) 및 단백질을 사용한다. 특히 MFI의 경우에는 입자의 농도를 나타내는 P-MFI(Particle-MFI) 및 콜로이드의 농도를 나타내는 C-MFI(Colloid-MFI)를 사용한다.Based on the above analysis results, the present invention uses MFI (Membrane Fouling Index) and protein as design criteria for the configuration and operation of the
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어 로직을 포함하는 해수 담수화 플랜트를 도시한다.2 illustrates a seawater desalination plant including control logic in accordance with one embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수 담수화 플랜트는 취수 공정(100), 전처리 공정(200), 역삼투 공정(300), 및 제어부(400)를 포함할 수 있다. 여기서, 취수 공정(100), 전처리 공정(200), 역삼투 공정(300)은 상술한 종래의 공정과 동일한 기능을 수행할 수 있다. 한편, 제어부(400)는 종래의 공정과는 다르게 입자의 농도를 나타내는 인덱스인 P-MFI, 콜로이드의 농도를 나타내는 C-MFI, 및 단백질 계열 유기물의 농도를 바탕으로 하는 제어 로직(410 내지 460)을 이용하여 전처리 공정(200) 및 역삼투 공정(300)을 제어할 수 있다. 도 2에서 , , 및 는 각각 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 나타내고, , , 및 는 각각 취수 공정(100)에 의해 취수된 원수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 나타낸다. 즉, 본원 발명에서 제시하는 제어 로직은 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 기초로 전처리 공정(200) 및 역삼투 공정(300)을 제어할 수 있다.2, a seawater desalination plant according to an embodiment of the present invention may include a
전처리 공정(200)은 도 2에 도시된 것처럼 DAF 공정(210)과 UF 공정(220) 또는 DMF 공정(230)을 포함할 수 있다. The
DAF(Dissolved Air Flotation) 공정(210)은 많은 양의 미세한 공기방울을 발생시킨 후 이를 이용하여 오염물질을 제거하는 공정이다. DAF 공정(210)에서 발생되는 미세 공기방울의 최소크기는 약 30um 정도로 이보다 작은 크기의 입자들은 DAF 공정(210)에서 효과적으로 제거될 수 없다. 따라서 DAF 공정(210)의 효율성을 확보하기 위하여 염화철(FeCl3)과 같은 응집제를 투입하여 콜로이드와 같은 아주 작은 입자를 응집시켜 충분한 크기의 플록(floc)으로 성장시킬 수 있다. The DAF (Dissolved Air Flotation)
UF(Ultrafiltration; 한외여과) 공정(220)은 반투막을 이용하여 원수 내의 물질을 분리하기 위한 것으로 현탁물, 콜로이드, 고분자 유기물을 통과시키지 않고, 물, 염류, 저분자 유기물은 통과할 수 있어 콜로이드 및 고분자 유기물을 제거하기 위하여 사용될 수 있다.UF (Ultrafiltration)
DMF(Dual Media Filteration) 공정(230)은 모래, 자갈, 안트라사이트 등 다공성 담체를 사용하여서 단백질, 입자, 오염물 등을 제거할 수 있는 공정이다. Dual Media Filteration (DMF)
전처리 공정(200)은 UF 공정(220) 및 DMF 공정(230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
제어부(400)는 취수 공정(100)에 의해 취수된 원수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도 및/또는 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 전처리 공정(200)의 각 공정에 대한 제어, 응집제 주입, 산화제 주입, 역삼투막 파울링 예측 및 제어를 수행할 수 있다.The
제어부(400)는 콜로이드와 같은 미세 입자의 크기를 키우기 위하여 DAF 공정(210)으로 유입되는 원수 또는 DAF 공정(210) 이후의 처리수에 주입되는 응집제의 양을 제어할 수 있다. 이때 주입되는 응집제의 양은 취수 공정(100)에 의해 취수된 원수의 C-MFI 값()을 바탕으로 설정하고나 또는 전처리 공정(200)을 모두 거친 처리수의 C-MFI 값()을 바탕으로 설정될 수 있다. 즉 일 실시 예로서 취수된 원수의 C-MFI 값에 비례하여 주입하는 응집제의 양을 증가시킬 수 있다. 또 다른 일 실시 예로서 처리수의 C-MFI 값에 비례하여 주입하는 응집제의 양을 증가시킬 수 있다. 즉, 원수의 콜로이드 또는 처리수의 콜로이드의 양이 많을수록 더 많이 응집을 시켜야하기 때문에 그에 비례하여 주입하는 응집제의 양을 설정할 수 있다.The
제어부(400)는 또한 DAF 공정(210) 자체를 수행할 것인지 수행하지 않을 것인지를 결정할 수 있다. DAF 공정(210)은 큰 입자를 제거하기 위한 공정이므로 취수 공정(100)에서 취수한 원수에 포함된 입자의 양이 적은 경우 DAF 공정(210)을 수행하지 않을 수 있다. 즉, 일 예로서 원수의 P-MFI 값()이 기설정된 값보다 작은 경우에는 DAF 공정(210)을 수행하지 않고, 이후의 공정을 통해 원수에 포함된 입자를 제거할 수 있도록 할 수 있다. 원수의 P-MFI 값이 기설정된 값보다 큰 경우에는 DAF 공정(210)을 수행하도록 설정할 수 있다.The
제어부(400)는 UF 공정(220) 및/또는 DMF 공정(230)의 여과 속도(filteration rate)를 제어할 수 있다. 일반적으로 여과 속도를 빨리하면 제거되는 단백질 및/또는 입자의 양은 줄어들고 여과 속도를 느리게 하면 제거되는 단백질 및/또는 입자의 양이 늘어나게 된다. 따라서 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 여과 속도를 결정할 수 있다. 즉, 역삼투막의 파울링을 최소화하기 위하여 역삼투 공정(300)에서 요구하는 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도가 될 수 있도록 여과 속도를 결정할 수 있다. 이때 반복적으로 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 측정하고 그 결과를 바탕으로 여과 속도를 변경할 수도 있다.The
또한 제어부(400)는 처리수에 포함된 미생물을 제거하기 위하여 주입하는 산화제의 양을 결정할 수 있다. 산화제는 염소, 이산화염소, 클로라민 등을 사용할 수 있지만, 염소소독이 일반적으로 사용되고, 제어부(400)는 취수 공정(100)에서 취수한 원수의 단백질 농도()를 바탕으로 주입하는 산화제의 양을 결정할 수 있다. 일 실시 예로서 원수의 단백질 농도가 높을수록 주입하는 산화제의 양을 크게할 수 있다.In addition, the
제어부(400)는 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 역삼투 공정(300)에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측하고 이를 바탕으로 역삼투막의 세척 주기 또는 시기, 또는 교환 주기 또는 시기를 제어할 수 있다.The
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수 담수화 플랜트 제어장치를 도시한 도면이다.3 is a view showing a seawater desalination plant control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 제어장치는 도2의 제어부(400)로 사용될 수 있다.The control device illustrated in FIG. 3 may be used as the
도 3을 참조하면, 제어장치는 MFI 측정부(410), 단백질 측정부(420), 제어부(430)를 포함하고, 제어부(430)는 응집제 제어부(431), DAF 제어부(432), 산화제 제어부(433), 여과 제어부(434) 및 역삼투 제어부(435)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the control apparatus includes an
MFI 측정부(410)는 취수 공정(100)에서 취수한 해수 및 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index) 및 C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index)를 측정할 수 있는데 일 예로서 원수 또는 처리수에 포함된 입자 및 콜로이드를 2개의 막(membrane)을 이용하여 순차적으로 평가하여 P-MFI 및 C-MFI를 측정할 수 있는 MMAS(Multiple Membrane Array System)를 사용할 수 있다. The
단백질 측정부(420)는 상기 해수 및 상기 처리수의 단백질 농도를 측정할 수 있는데, FEEM(Fluorescence Excitation-Emission Matrix)을 이용하여 해수 또는 처리수에 포함되어 있는 휴믹 계열 유기물과 단백질을 구분할 수 있고, 이를 바탕으로 단백질의 농도를 측정할 수 있다. The
제어부(430)는 상기 MFI 측정부(410) 및 상기 단백질 측정부(420)에서 측정한 상기 해수 및 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 공정을 제어할 수 있는데 좀 더 세분화하여 보면, 응집제 제어부(431), DAF 제어부(432), 산화제 제어부(433), 여과 제어부(434), 역삼투 제어부(435)를 포함할 수 있다. The
응집제 제어부(431)는 해수에 주입되는 응집제의 양을 설정할 수 있는데 전처리 공정에 포함되는 DAF 공정 및/또는 여과 공정을 일정한 크기 이상의 입자, 콜로이드 또는 단백질을 제거할 수 있기 때문에, 특히 콜로이드와 같은 아주 미세한 입자는 응집제를 이용하여 응집시켜 그 크기를 키울 필요가 있다. 그래서 응집제 제어부(431)는 콜로이드의 농도를 나타내는 해수의 C-MFI 및/또는 처리수의 C-MFI를 바탕으로 해수에 포함된 콜로이드를 응집시키기 위하여 해수에 주입하는 응집제의 양을 설정할 수 있다. The
DAF 제어부(432)는 해수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정을 수행할 것인지를 결정할 수 있다. DAF 공정은 운용하기 위하여 상당한 전력을 필요로 하기 때문에 사용 전력의 소모를 줄이기 위하여 P-MFI가 일정값 이하이면 DAF 공정을 수행하지 않도록 하고, 일정값 이상에서만 DAF 공정을 수행하도록 제어할 수 있다. The
여과 제어부(434)는 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 전처리 공정에 포함된 여과 공정의 여과속도를 결정할 수 있다. 여과 공정은 UF 공정 및/또는 DMF 공정일 수 있으며 여과속도가 빠를수록 제거되는 입자 또는 단백질의 양이 작아지는 게 일반적이다. The
산화제 제어부(433)는 해수의 단백질 농도를 바탕으로 처리수에 주입할 산화제의 양을 결정할 수 있다. 산화제는 역삼투막에 파울링을 야기할 수 있는 미생물을 제거하기 위하여 사용되는 것으로 단백질 농도가 높은 것은 처리수 내에 미생물이 많음을 나타낼 수 있다. 따라서 산화제 제어부(433)는 해수 단백질 농도에 비례하여 처리수에 주입하는 산화제의 양을 제어할 수 있다. The
역삼투 제어부(435)는 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 역삼투 공정에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측하고, 상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 설정할 수 있다. 역삼투막은 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도가 높아짐에 따라 파울링 정도가 높을 수 있으며, 그에 따라 세척 시기를 줄여주거나 또는 역삼투막을 교환할 필요가 있다. The reverse
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수 담수화 플랜트의 제어부(400)에서 담수화 공정을 제어하는 방법을 도시한다.Figure 4 shows a method of controlling the desalination process in the
도 4를 참조하면 제어부(400)는 제어를 위하여 취수 공정(100)에서 취수한 원수 및 전처리 공정(200)을 거친 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 획득(S100, S200)할 수 있다. 이때 제어부(400)의 전처리 공정(200)을 위한 초기 제어값은 과거의 처리 데이터를 바탕으로 임시로 설정될 수 있다. 그리고 제어부(400)는 원수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정(210)을 수행할 것인지(온) 수행하지 않을 것인지(오프) 결정(S300)하고, 원수 또는 처리수의 C-MFI를 바탕으로 주입할 응집제 양을 결정(S400)하고, 원수의 단백질 농도를 바탕으로 주입할 산화제 양 결정(S500)할 수 있다. 그리고 UF 공정(220) 및/또는 DMF 공정(230)의 여과 속도를 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 결정(S600)할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
이에 더하여 제어부(400)는 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 역삼투 공정(300)에서 사용되는 역삼투막의 파일링을 예측(S700)하고, 상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 제어(S800)할 수 있다.In addition, the
이처럼 종래의 해수 담수화 플랜트에서 사용하던 원수의 상태를 나타내던 파라미터인 탁도, SDI, TOC 대신에 본 발명에서 제시하는 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 사용함으로써 해수 담수화 플랜트를 더욱 효율적으로 제어할 수 있을 것이다.The P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the present invention are used instead of the turbidity, SDI, and TOC, which are parameters indicating the state of raw water used in the conventional seawater desalination plant. You will be able to control.
또한, P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 각 공정에서 처리하여야 하는 용량을 결정하고, 그에 따라 담수화 플랜트를 설계할 수 있다. 일 예로서, 원수의 P-MFI 및/또는 C-MFI를 측정하고, 측정된 값의 함수로서 DMF 공정(230) 또는 UF 공정(220)의 처리 성능을 결정하여 담수화 플랜트를 설계할 수 있다. 또한, 특정 제품 선정 시에 일 예로서 DAF 공정(210)을 위한 DAF 장비 선정 시에 여러 회사의 제품에 동일한 원수를 공급하여 그에 의해 처리된 처리수의 C-MFI 값을 바탕으로 DAF 공정(210)을 위한 장비를 선정할 수 있다. In addition, based on P-MFI, C-MFI, and protein concentrations, the capacity to be treated in each process can be determined and the desalination plant can be designed accordingly. As an example, a desalination plant can be designed by measuring P-MFI and / or C-MFI of raw water and determining the treatment performance of the
상술한 바처럼 본원 발명은 입자, 콜로이드, 및 단백질 농도를 기반으로 수질 지수를 측정하고, 이를 해수 담수화 플랜트 제어에 사용함으로써 역삼투막 오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 역삼투막의 세척 및 교환 시기를 예측 제어할 수 있는 효과를 가진다. As described above, the present invention measures the water quality index based on the particle, colloid, and protein concentrations, and uses the same to control the seawater desalination plant, thereby minimizing reverse osmosis membrane contamination and predicting and controlling the timing of washing and replacing the reverse osmosis membrane. Has the effect.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains may understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, and thus, the embodiments described above are exemplary in all respects and are not intended to be limiting. Should be. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. .
10, 100: 취수 공정
20, 200: 전처리 공정
30, 300: 역삼투 공정
40: 후처리 공정
400: 제어부10, 100: intake process
20, 200: pretreatment process
30, 300 reverse osmosis process
40: aftertreatment process
400: control unit
Claims (21)
해수를 취수하는 취수 공정부;
상기 취수 공정부에서 취수한 원수를 전처리하여 입자, 콜로이드, 및 유기물을 제거하는 전처리 공정부;
상기 전처리 공정부에서 전처리된 처리수로부터 염을 제거하는 역삼투 공정부; 및
상기 전처리 공정부의 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정부의 역삼투 공정을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 원수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index), C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index), 및 단백질 농도, 그리고 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 전처리 공정 및/또는 상기 역삼투 공정을 제어하고, - 여기서 P-MFI는 상기 원수 또는 상기 처리수에 포함된 입자의 농도에 대응하는 지수이고, C-MFI는 상기 원수 또는 상기 처리수에 포함된 콜로이드(Colloid)의 농도에 대응하는 지수임-,
상기 전처리 공정부는,
DAF(Dissolved Air Flotation) 공정을 포함하고, 그리고
UF(UltraFiltration) 공정 및 DMF(Dual Media Filtration) 공정 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 상기 전처리 공정의 DAF 공정의 수행 여부 결정하고,
상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 UF 공정 및 DMF 공정 중 적어도 하나의 여과 속도를 설정하는,
상기 원수 또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정하고,
상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 전처리 공정부에서 처리한 처리수에 주입할 산화제의 양을 결정하는,
해수 담수화 플랜트. As seawater desalination plant,
Water intake process unit for taking in sea water;
A pretreatment process unit which pre-treat the raw water collected by the intake process unit to remove particles, colloids, and organic substances;
A reverse osmosis process unit for removing salt from the treated water pretreated in the pretreatment process unit; And
A control unit for controlling a pretreatment step of the pretreatment step and / or a reverse osmosis step of the reverse osmosis step;
The controller is based on the Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI), Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI), and protein concentration of the raw water, and P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water. Controlling the pretreatment process and / or the reverse osmosis process, wherein P-MFI is an index corresponding to the concentration of particles contained in the raw water or the treated water, and C-MFI is applied to the raw water or the treated water. Is an index corresponding to the concentration of colloids included,
The pretreatment process unit,
A DAF (Dissolved Air Flotation) process, and
At least one of an UF (UltraFiltration) process and a DMF (Dual Media Filtration) process,
The control unit,
Determining whether to perform the DAF process of the pretreatment process based on the P-MFI of the raw water,
Setting the filtration rate of at least one of the UF process and the DMF process based on P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the treated water,
Setting the amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water or the treated water,
Determining the amount of the oxidizing agent to be injected into the treated water treated in the pretreatment step based on the protein concentration of the raw water,
Seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정하는,
해수 담수화 플랜트. The method of claim 1,
The control unit,
Setting the amount of flocculant to be injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water,
Seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입할 응집제의 양을 설정하는,
해수 담수화 플랜트. The method of claim 1,
The control unit,
Setting the amount of flocculant to be injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water,
Seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 응집제를 상기 DAF 공정으로 유입되는 원수 및/또는 상기 UF 공정 및 DMF 공정 중 적어도 하나로 유입되는 원수에 주입하는,
해수 담수화 플랜트.The method of claim 1,
The control unit,
Injecting the flocculant into raw water introduced into the DAF process and / or raw water introduced into at least one of the UF process and the DMF process,
Seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 상기 역삼투 공정부에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측하는,
해수 담수화 플랜트. The method of claim 1,
The control unit,
Predicting the fouling degree of the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis process unit based on the P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water,
Seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 예측을 바탕으로 상기 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 제어하는,
해수 담수화 플랜트. The method of claim 10,
The control unit,
Controlling the timing of cleaning and / or replacement of the reverse osmosis membrane based on the prediction,
Seawater desalination plant.
상기 취수 공정에서 해수를 취수한 원수 및 상기 전처리 공정을 거친 처리수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index) 및 C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index) - 여기서 P-MFI는 상기 해수 또는 상기 처리수에 포함된 입자의 농도에 대응하는 지수이고, C-MFI는 상기 해수 또는 상기 처리수에 포함된 콜로이드(Colloid)의 농도에 대응하는 지수임 - 를 측정하는 MFI 측정부;
상기 원수 및 상기 처리수의 단백질 농도를 측정하는 단백질 측정부; 및
상기 원수 및 상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 공정을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 포함된 콜로이드를 응집시키기 위하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정하는 응집제 제어부;
상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정을 수행할 것인지를 결정하는 DAF 제어부;
상기 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 전처리 공정에 포함된 여과 공정의 여과속도를 결정하는 여과 제어부; 및
상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 처리수에 주입할 산화제의 양을 결정하는 산화제 제어부를 포함하는,
해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치.A control device used in a seawater desalination plant for desalination of seawater using a water intake process, a pretreatment process, and a reverse osmosis process,
Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI) and Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI) of raw water from which seawater is collected in the intake process and the treated water that has undergone the pretreatment process, wherein P-MFI is the seawater or the treatment An MFI measuring unit measuring an index corresponding to a concentration of particles included in water, and a C-MFI indicating an index corresponding to a concentration of colloid included in the seawater or the treated water;
Protein measuring unit for measuring the protein concentration of the raw water and the treated water; And
And a controller for controlling a process of a seawater desalination plant based on P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the raw water and the treated water.
The control unit,
A coagulant control unit for setting the amount of coagulant injected into the raw water to agglomerate colloid included in the raw water based on the C-MFI of the raw water and / or the C-MFI of the treated water;
A DAF controller for determining whether to perform a DAF process based on the raw water P-MFI;
A filtration control unit for determining a filtration rate of a filtration process included in a pretreatment process of a seawater desalination plant based on C-MFI, P-MFI, and protein concentrations of the treated water; And
An oxidant control unit for determining the amount of the oxidant to be injected into the treated water based on the protein concentration of the raw water,
Control device used in seawater desalination plant.
상기 제어부는,
상기 처리수의 C-MFI, P-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 해수 담수화 플랜트의 역삼투 공정에서 사용되는 역삼투막의 파울링 정도를 예측하고, 상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 설정하는 역삼투 제어부;를 더 포함하는,
해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치. The method of claim 12,
The control unit,
Predict the fouling degree of the reverse osmosis membrane used in the reverse osmosis process of the seawater desalination plant based on the C-MFI, P-MFI, and protein concentration of the treated water, and based on the prediction, the timing and / or exchange of the reverse osmosis membrane Further comprising: a reverse osmosis control unit for setting the time,
Control device used in seawater desalination plant.
상기 응집제 제어부는,
상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정하는,
해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치. The method of claim 12,
The flocculant control unit,
Setting an amount of flocculant to be injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water,
Control device used in seawater desalination plant.
상기 응집제 제어부는,
상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입하는 응집제의 양을 설정하는,
해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치. The method of claim 12,
The flocculant control unit,
Setting the amount of flocculant to be injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water,
Control device used in seawater desalination plant.
상기 응집제 제어부는,
상기 응집제를 상기 DAF 공정으로 유입되는 원수 및/또는 상기 여과 공정으로 유입되는 원수에 주입하는,
해수 담수화 플랜트에서 사용되는 제어 장치.The method of claim 12,
The flocculant control unit,
Injecting the flocculant into the raw water flowing into the DAF process and / or raw water flowing into the filtration process,
Control device used in seawater desalination plant.
해수를 수취한 원수의 P-MFI(Particle-Membrane Fouling Index), C-MFI(Colloid-Membrane Fouling Index), 및 단백질 농도- 여기서 P-MFI는 상기 원수에 포함된 입자의 농도에 대응하는 지수이고, C-MFI는 상기 원수에 포함된 콜로이드(Colloid)의 농도에 대응하는 지수임-를 획득하는 단계;
전처리 공정을 거치 처리수의 P-MFI, C-MFI 및 단백질 농도를 획득하는 단계;
상기 원수의 P-MFI를 바탕으로 DAF 공정을 수행할 것인지를 제어하는 단계;
상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계;
상기 원수의 단백질 농도를 바탕으로 상기 처리수에 주입할 산화제 양을 결정하는 단계;
상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 여과 공정의 여과 속도를 결정하는 단계; 및
상기 처리수의 P-MFI, C-MFI, 및 단백질 농도를 바탕으로 역삼투 공정에서 사용되는 역삼투막 파울링을 예측하는 단계를 포함하는,
해수 담수화 플랜트의 공정 제어 방법.As a process control method of seawater desalination plant,
Particle-Membrane Fouling Index (P-MFI), Colloid-Membrane Fouling Index (C-MFI), and Protein Concentration of Raw Water Received by Seawater, wherein P-MFI is an index corresponding to the concentration of particles contained in the raw water C-MFI is an index corresponding to the concentration of colloid (Colloid) contained in the raw water;
Obtaining P-MFI, C-MFI and protein concentrations of the treated water after the pretreatment process;
Controlling whether to perform a DAF process based on the raw water P-MFI;
Determining an amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water and / or the C-MFI of the treated water;
Determining an amount of an oxidant to be injected into the treated water based on the protein concentration of the raw water;
Determining the filtration rate of the filtration process based on the P-MFI, C-MFI, and protein concentrations of the treated water; And
Predicting reverse osmosis membrane fouling used in reverse osmosis process based on P-MFI, C-MFI, and protein concentration of the treated water,
Process control method of seawater desalination plant.
상기 예측을 바탕으로 역삼투막의 세척 시기 및/또는 교환 시기를 설정하는 단계;를 더 포함하는,
해수 담수화 플랜트의 공정 제어 방법.The method of claim 18,
Setting a timing for cleaning and / or replacing the reverse osmosis membrane based on the prediction;
Process control method of seawater desalination plant.
상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계는
상기 원수의 C-MFI에 비례하여 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계를 포함하는,
해수 담수화 플랜트의 공정 제어 방법.The method of claim 18,
Determining the amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water and / or the C-MFI of the treated water
Determining an amount of flocculant to be injected into the raw water in proportion to the C-MFI of the raw water;
Process control method of seawater desalination plant.
상기 원수의 C-MFI 및/또는 상기 처리수의 C-MFI를 바탕으로 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계는
상기 처리수의 C-MFI에 반비례하여 상기 원수에 주입할 응집제 양을 결정하는 단계를 포함하는,
해수 담수화 플랜트의 공정 제어 방법.
The method of claim 18,
Determining the amount of flocculant to be injected into the raw water based on the C-MFI of the raw water and / or the C-MFI of the treated water
Determining an amount of flocculant to be injected into the raw water in inverse proportion to the C-MFI of the treated water;
Process control method of seawater desalination plant.
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