KR102025293B1 - 이동식 막증발 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

이동식 막증발 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동식 막증발 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 외부에서 공급된 피처리수를 저장하는 피처리수탱크(40)와, 상기 피처리수탱크(40)에 연결되어 피처리수를 순환시키는 피처리수펌프(43)와, 상기 피처리수펌프(43)에 의해 상기 피처리수탱크(40)로부터 공급된 피처리수를 처리하는 MD모듈과, 상기 MD모듈과 연결되어 MD모듈로부터 공급된 생산수를 저장하는 생산수탱크(50)와, 상기 생산수탱크(50)에 연결되어 생산수를 순환시키는 생산수펌프(53)와, 상기 피처리수탱크(40) 또는 생산수탱크(50) 중 적어도 어느 일측에 설치되는 센서모듈과, 상기 피처리수펌프(43), 생산수펌프(53) 및 센서모듈을 제어하는 전자제어부(80)와, 베이스프레임(30)을 포함한다. 베이스프레임(30)에는 상기 피처리수탱크(40), 피처리수펌프(43), MD모듈, 생산수탱크(50), 생산수펌프(53), 센서모듈 및 전자제어부(80)가 설치되고 이동가능하게 구성된다. 본 발명에서는 실제 플랜트 설치에 앞서 본 발명을 이용하여 설치 환경을 테스트할 수 있고, 그 결과를 통해 최적화된 플랜트를 설치할 수 있다.

Description

이동식 막증발 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법{Portable membrane distillation water treatment apparatus and method thereof}
본 발명은 막증발 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장에서 사전 테스트를 진행할 수 있도록 이동가능하게 구성된 막증발 수처리 장치와 이를 이용하여 수처리를 실시하는 방법에 관한 것이다.
막증발 기술은 소수성 표면을 가지는 다공성의 분리막을 이용하여 원수로부터 순수한 증기상태로 물을 분리하는 공정 기술이다.
막증발법에 의해 처리되는 원수는 분리막의 한쪽 면과 접촉하게 되지만 분리막 표면의 높은 소수성 때문에 발생된 표면장력으로 인해 원수가 분리막의 기공안으로 투과되지 않는다. 이로 인해 물은 투과하지 못하고 증기만 분리막을 통과하게 하여 증기로부터 담수를 만들게 된다.
막증발 공정에서 물질전달이 발생하는 이유는 분리막을 경계로 높은 온도의 원수와 낮은 온도의 여과수 사이에 형성되는 온도차이 때문이며, 이러한 온도차이로 인해 형성되는 물의 증기압 차이는 액체상태의 물이 수증기 상태로 전환되면서 원수로부터 여과수쪽으로 이동하게 만드는 구동력이 된다.
막증발법은 이러한 구동력인 증기압 구배를 발생시키기 위해 여과수 측에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증발법(Direct Contact Membrane Distillation: DCMD), 공기 간극형 막증발법(Air Gap Membrane Distillation: AGMD), 스윕가스 흐름형 막증발법(Sweep Gas Membrane Distillation: SGMD), 진공 막증발법(Vacuum Membrane Distillation:VMD)의 4가지 방식으로 구분할 수 있다.
이러한 막증발법은 상변화를 통해 대상 원수를 처리하는 기술로서 비휘발성 오염물질의 제거율이 100%에 가깝고 역삼투법에 비해 낮은 압력으로 운전되며, 막오염에 대한 저항성이 크기 때문에 전처리 장치 및 설비를 간소화할 수 있는 장점이 있다.
이러한 막증발법을 이용한 설비는 각 현장 상황에 맞도록 제공되어야 한다. 왜냐하면 비전통가스 발생폐수의 성상(性狀)은 각 현장마다 다르기 때문에 각 현장 상황에 맞는 플랜트 설비가 필요하기 때문이다. 하지만 실제 막증발법을 이용한 설비를 시험하기 전에는 현장 환경을 정확하게 측정하는 것이 어렵고, 일단 플랜트 설비가 시공된 후에는 이를 변경하는데 많은 비용과 공정이 필요한 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0008871호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 막증발법을 이용한 플랜트 설비를 실제 적용하기에 앞서 이동식 막증발 처리장치를 이용하여 현장 환경을 정확하게 진단할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 외부에서 공급된 피처리수를 저장하는 피처리수탱크와, 상기 피처리수탱크에 연결되어 피처리수를 순환시키는 피처리수펌프와, 상기 피처리수펌프에 의해 상기 피처리수탱크로부터 공급된 피처리수를 처리하는 MD모듈과, 상기 MD모듈과 연결되어 MD모듈로부터 공급된 생산수를 저장하는 생산수탱크와, 상기 생산수탱크에 연결되어 생산수를 순환시키는 생산수펌프와, 상기 피처리수탱크 또는 생산수탱크 중 적어도 어느 일측에 설치되는 센서모듈과, 상기 피처리수펌프, 생산수펌프 및 센서모듈을 제어하는 전자제어부와, 상기 피처리수탱크, 피처리수펌프, MD모듈, 생산수탱크, 생산수펌프, 센서모듈 및 전자제어부가 설치되고 이동가능하게 구성되는 베이스프레임을 포함하고, 상기 생산수탱크와 MD모듈 사이에 설치되는 생산수 가열기와, 상기 생산수 가열기에 연결되고 공기를 주입하는 송풍기와, 상기 MD모듈의 생산수 유출부에 설치되는 공기세정용 밸브를 더 포함한다.
상기 피처리수탱크 및 MD모듈은 하나의 순환경로를 형성하고, 상기 MD모듈 및 상기 생산수펌프도 독립된 순환경로를 형성한다.
상기 베이스프레임의 일측에는 원수공급수단이 구비되고, 상기 원수공급수단은 이동가능한 원수공급프레임 및 원수공급프레임에 설치되는 원수탱크를 포함하며, 상기 원수탱크는 상기 피처리수탱크에 연결되어 원수를 공급한다.
상기 원수공급수단에는 원수공급펌프가 구비되어 상기 원수탱크에 내장된 원수를 피처리수탱크로 공급한다.
상기 센서모듈은 유량계, 압력계, 수질센서 또는 온도센서 중 적어도 하나 이상을 포함한다.
상기 전자제어부는 상기 센서모듈에 의해 측정된 값을 저장하고 외부로 전달하며, 기 저장된 측정값과 비교연산 가능하다.
상기 베이스프레임 또는 원수공급프레임 중 어느 일측에는 상기 전자제어부에 의해 제어되는 밸브제어수단이 구비되고, 상기 밸브제어수단은 상기 생산수를 선택적으로 외부로 배출하기 위한 밸브를 제어한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 여과량 측정단계와, 측정된 여과량 및 수질 데이터를 저장하는 측정값저장단계와, 저장된 데이터를 기저장된 데이터와 비교하는 비교단계와, 비교된 값이 오차범위 내이면 저장된 데이터로부터 필요한 수처리 규모 및 인력 데이터를 도출하는 연산단계와, 연산단계를 통해 도출된 데이터를 저장하는 결과값저장단계를 포함한다.
상기 전자제어부는 상기 MD모듈을 거쳐 상기 피처리수탱크에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 원수공급수단의 원수공급탱크로부터 피처리수탱크로 새로운 원수를 공급할지 여부를 결정한다.
상기 센서모듈을 통해 전달된 값으로부터 장치의 이상이 발견되면 상기 전자제어부는 알람신호를 발생시킨다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에는 다음과 같은 효과가 있다.
실제 플랜트 설치에 앞서 본 발명을 이용하여 설치 환경을 테스트할 수 있고, 그 결과를 통해 최적화된 플랜트를 설치할 수 있다. 따라서 수처리 효율을 높일 수 있을 뿐 아니라, 실제 플랜트 설치시 발생되는 불필요한 비용들을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
특히 본 발명은 이동가능하게 구성된 베이스프레임과 원수공급프레임을 이용해서 막증발 수처리 장치를 다양한 장소에 자유롭게 설치할 수 있고, 따라서 시험자유도가 높아지는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 이동식 막증발 수처리 장치에 분리가능하게 결합된 원수공급수단을 이용해서 추가 원수를 공급할 수 있고, 이를 통해 피처리수에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 추가 원수를 공급하여 실제 환경에 가까운 다양한 시험을 할 수 있어 시험정확도를 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전자제어부를 통해 초기 설정값에 따라 자동 운전이 가능하고 피처리수와 생산수의 수질분석 데이터도 실시간으로 수집되므로 테스트 진행시 인력동원의 최소화가 가능하다.
그리고 수집되는 데이터는 장치의 일부인 전자제어부를 통해 실시간으로 확인이 가능하고 수집된 데이터는 통신망을 통해 원하는 곳에서 확인할 수 있으며 운전 중 장치의 이상이 발생되면 알람 신호가 발생하여 즉각적인 대응이 가능한 효과도 있다.
또한, 전자제어부를 통해 확인된 데이터를 기초로 이동식 막증발 수처리 장치를 자동으로 세척할 수 있다. 본 발명의 전자제어부는 분리막의 상태를 자동으로 판단하고, 각 상태에 맞도록 막증발 수처리 장치를 제어하여 필요한 막 세정과 막 젖음방지가 자동으로 이루어질 수 있도록 할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 일실시례를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 실시례를 개략적으로 표현한 블럭도.
도 3은 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치를 이용해서 수처리를 실시하는 과정을 순차적으로 보인 순서도.
도 4는 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 막 세정과 젖음방지를 실시하는 과정을 순차적으로 보인 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 물리적/화학적 막세정을 실시하는 과정을 순차적으로 보인 순서도.
도 6은 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 젖음방지를 실시하는 과정을 순차적으로 보인 순서도.
도 7은 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 물리적 막세정/젖음방지 또는 화학적 막세정/젖음방지를 실시하는 과정을 순차적으로 보인 순서도.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 막증류법(Membrane Distillation)은 소수성 고분자 분리막의 표면에서 상변화가 일어나고, 분리막의 표면 미세 기공을 통해 증기가 투과하여 응축, 분리되는 공정으로서, 비휘발성 물질이나 휘발성이 상대적으로 낮은 물질을 분리 제거하는 탈염 공정에 이용되거나, 수용액 중에 휘발성이 높은 유기물을 분리하는데도 이용할 수 있다.
본 발명은 직접 접촉 막 증류방식(direct contact membrane distillation, DCMD)을 이용한다. 보다 정확하게는 후술할 피처리수탱크(40) 내의 히터에 의해 가열된 피처리수가 MD모듈(60)의 공급측으로 유입되고, MD모듈(60)의 분리막의 표면 미세 기공을 통해 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과된다. 이때, 생산수펌프(53)에 의해 생산수탱크(50)에 차가운 냉수가 순환되면서 상기 투과된 증기가 바로 접촉하여 응축 분리되고, 이 과정에서 우수한 투과 플럭스를 확보할 수 있다.
본 발명에 의한 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이 베이스프레임(30)이 그 골격을 형성한다. 베이스프레임(30)은 이동가능하게 구성되는 것으로, 하부에 바퀴(35)가 있다. 상기 바퀴(35)를 통해 베이스프레임(30) 전체가 용이하게 이동할 수 있다. 상기 베이스프레임(30)의 상부에는 다수의 부품이 설치되어 베이스프레임(30)과 함께 이동된다.
상기 베이스프레임(30)에는 피처리수탱크(40)가 설치된다. 상기 피처리수탱크(40)는 외부에서 공급된 피처리수를 저장한다. 상기 피처리수탱크(40)에 저장된 피처리수는 피처리수펌프(43)에 의해 후술할 MD모듈(60)에 공급되고, 앞서 설명한 바와 같이 상변환을 통해 분리대상 물질이 분리된다.
상기 피처리수탱크(40) 내부 또는 외부에는 히터(45, 도 2참조)가 내장되어 피처리수의 온도를 높인다. 상기 피처리수의 온도는 히터(45)에 의해 높아지고, 반대로 생산수탱크(50)에는 냉각기(70)가 연결되어 내장된 생산수의 온도가 낮아지게 되며, 이를 통해 일정한 온도차가 발생한다. 미설명부호 73은 순환펌프이다.
상기 피처리수탱크(40) 및 MD모듈(60)은 하나의 순환경로를 형성한다. 따라서 피처리수탱크(40)에서 MD모듈(60)로 일방적인 피처리수공급이 이루어지지 않고, 순환될 수 있다. 이 과정에서 피처리수탱크(40) 내부에 저장된 피처리수의 농축도가 일정 수준 이상 높아지면, 아래에서 설명될 원수공급수단으로부터 추가적인 원수를 공급받을 수도 있다.
MD모듈(60)을 기준으로 상기 피처리수탱크(40)에는 반대편에는 생산수탱크(50)가 있다. 생산수탱크(50)에는 MD모듈(60)을 통해 처리된 생산수가 저장된다. 물론 도 2에서 보듯이, 상기 생산수탱크(50)는 MD모듈(60)와 독립된 순환경로를 가지므로, 생산수탱크(50)의 생산수는 MD모듈(60)로 순환될 수 있다. 이때 상기 MD모듈(60)과 생산수탱크(50) 사이에는 생산수펌프(53)가 있어서, 생산수의 순환이 가능하다.
이때, 피처리수탱크(40)와 생산수탱크(50) 중 적어도 한 쪽에는 센서모듈이 구비된다. 상기 센서모듈은 유량계, 압력계, 수질센서 또는 온도센서 중 적어도 하나 이상을 포함하여, 피처리수 및 생산수의 상태를 측정한다. 물론 이들 센서모듈은 피처리탱크나 생산수탱크(50) 양쪽에 모두 설치되거나, 또는 이들 사이를 연결하는 연결관에 설치될 수도 있다.
상기 피처리수펌프(43), 생산수펌프(53) 및 센서모듈은 전자제어부(80)에 의해 제어된다. 상기 전자제어부(80)는 펌프들 및 센서모듈을 제어할 뿐 아니라, 센서모듈의 측정값을 연산하고, 그 결과를 저장할 수 있다. 또한, 상기 전자제어부(80)는 저장된 측정값과 연산값을 통신모듈을 통해 외부로 전달할 수도 있다. 본 실시례에서 상기 전자제어부(80)는 디스플레이를 포함하고 있어, 이러한 측정값이 외부로 표시될 수도 있다.
상기 베이스프레임(30)의 일측에는 원수공급수단이 구비된다. 상기 원수공급수단은 이동가능한 원수공급프레임(10) 및 원수공급프레임(10)에 설치되는 원수탱크를 포함하며, 상기 원수탱크는 상기 피처리수탱크(40)에 연결되어 원수를 공급한다. 상기 원수공급수단은 피처리수탱크(40)에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 피처리수탱크(40)로 새로운 원수를 공급할지 여부를 결정하는데, 이러한 제어는 상기 전자제어부(80)가 담당할 수 있다. 원수공급프레임(10)에도 바퀴(15)가 구비되어 이동가능하게 구성된다. 본 실시례에서 원수공급프레임(10)은 상기 베이스프레임(30)과 독립적으로 구성되므로, 자유롭게 이동가능하다. 물론, 상기 원수공급프레임(10)은 베이스프레임(30)과 일체일 수도 있다.
상기 베이스프레임(30) 또는 원수공급프레임(10) 중 어느 일측에는 상기 전자제어부(80)에 의해 제어되는 밸브제어수단(28)이 구비된다. 상기 밸브제어수단(28)은 상기 생산수를 선택적으로 외부로 배출하기 위한 밸브(V1,V2)를 제어하는 것으로, 밸브제어수단(28)에 의해 제어된 밸브(V1,V2)를 통해 배출된 최종 생산수의 플럭스(J)를 계산할 수 있다. 본 실시례에서 상기 밸브제어수단(28)은 에어컴프레셔로 구성된다.
다음으로, 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치를 이용해서 수처리를 테스트하는 과정을 설명한다.
먼저 앞서 설명한 이동식 막증발 수처리 장치를 이용해서 여과량이 측정된다(S10). 여기서 여과량은 생산수 또는 최종생산수의 여과량일 수 있다. 여과량의 측정은 센서모듈에 의해 이루어질 수 있다.
그리고 측정된 여과량은 전자제어부(80)에 전달되고, 전자제어부(80)는 측정된 여과량 및 수질 데이터를 저장한다(S20). 이러한 과정이 반복되면 기저장된 데이터와 상대적으로 나중에 저장된 데이터의 비교가 가능하다(S30). 전자제어부(80)는 저장된 데이터를 기저장된 데이터와 비교하고(S40), 만약 비교된 값이 오차범위 내이면 그 값을 저장한다. 이것은 이동식 막증발 수처리 장치가 설치된 환경에서 일정한 측정결과가 나오면, 이를 통해 설치 환경을 정확하게 알 수 있기 때문이다.
이러한 결과로부터, 필요한 수처리 규모 및 인력 데이터를 도출할 수 있다.(S50) 물론 연산단계를 통해 도출된 데이터를 저장하는 결과값저장단계가 이어진다.(S60) 즉, 실제 플랜트 설치에 앞서 본 발명을 이용하여 설치 환경을 테스트할 수 있고, 그 결과를 통해 최적화된 플랜트를 설치할 수 있는 것이다.
이때, 상기 전자제어부(80)는 상기 MD모듈(60)을 거쳐 상기 피처리수탱크(40)에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 원수공급수단의 원수공급탱크(20)로부터 피처리수탱크(40)로 새로운 원수를 공급할지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 이동식 막증발 수처리 장치에 분리가능하게 결합된 원수공급수단을 이용해서 추가 원수를 공급할 수 있고, 이를 통해 피처리수에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 추가 원수를 공급하여 실제 환경에 가까운 다양한 시험을 할 수 있어 시험정확도를 높일 수 있다. 여기서 도면부호 23은 원수공급펌프이고, 도면부호 25는 정밀여과막이다. 상기 정밀여과막(25)은 막 증발법을 본격적으로 하기 위해서는 전처리를 통한 TSS (입자성물질)의 제거를 위한 것으로, 이를 통해 간단한 정밀여과막 시스템(전처리)을 갖출 수 있다. 상기 정밀여과막은 고온에서 사용될 수 있는 재질로 만들어져서 상기 원수가 고온으로 들어오는 경우 이를 냉각하지 않고 그대로 처리할 수 있다.
한편, 상기 센서모듈을 통해 전달된 값으로부터 장치의 이상이 발견되면 상기 전자제어부(80)는 알람신호를 발생시킨다. 이를 통해서 장치의 이상이 발생되면 알람 신호가 발생하여 즉각적인 대응이 가능하다.
그리고, 상기한 과정은 전자제어부(80)를 통해 초기 설정값에 따라 자동 운전이 가능하다. 그 과정에서 피처리수와 생산수의 수질분석 데이터도 실시간으로 수집되므로 테스트 진행시 인력동원의 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명은 막 세정과 젖음방지 기능도 제공할 수 있다. 여기서 막 세정은 분리막을 세척하는 것을 의미하고, 젖음방지는 분리막의 막젖음 현상을 개선하기 위한 것을 의미한다. 분리막이 오염되면 막 투과 Flux(J)가 떨어져 생산성이 낮아지기 때문에 막 세정이 필요하고, 막젖음 현상이 발생하면 분리막의 공극 내부에 물이 차게 되어 분리막이 제 역할을 할 수 없어 젖음방지가 필요하다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위한 방법을 아래에서 설명하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 막 세정과 젖음방지를 실시하는 과정이 도시되어 있다.
이에 따르면, 일정 시간간격(ts)에 대하여 생산수의 플럭스(J)와 생산수 수질(Cp)을 반복적으로 측정한 후에, 만약 생산수의 플럭스(J)나 생산수 수질(Cp)이 설정된 기준 플럭스(Jt)나 기준 수질(Cpt)에 못미치는 경우 막 세정 혹은 막 젖음방지를 실시하게 된다. 이 과정은 다음 표 1과 같다.
플럭스 생산수 수질 처리방법
1 J > Jt Cp < Cpt 운전지속(별도 처리 없음)
2 J > Jt Cp ≥ Cpt 막 젖음방지 처리
3 J ≤ Jt Cp < Cpt 막 세정 처리
4 J ≤ Jt Cp ≥ Cpt 막 젖음방지 및 막 세정 처리
기본적으로 생산수의 플럭스(J)는 기준 플럭스(Jt) 보다 높아야 하고(J > Jt), 생산수 수질(Cp)은 기준 수질(Cpt) 보다 낮아야 한다.(Cp < Cpt) 즉, 플럭스 수치는 높은 것이 좋고 수질 수치는 낮은 것이 좋다. 장치의 운전 시간이 늘어남에 따라 초기의 생산량과 생산질 보다 떨어지기 때문에, 이를 감안하여 본 실시례에서 기준 플럭스(Jt)는 운전 초기의 플럭스의 0.9배로 설정되었고, 기준 수질(Cpt)은 운전 초기의 생산수 수질(Cp)의 1.1배로 설정되었으나, 이러한 기준은 필요에 따라 변경될 수 있다.
위 표에서 보듯이, 1번 케이스의 경우에는 이들 조건이 만족하므로, 별도의 처리 없이 운전을 지속하면 된다. 이를 도 4를 참조해서 설명하면, 설정된 시간간격(ts)으로 운전을 한 후에(S100), 필요한 양을 처리했는지 측정하여(S110) 문제가 없다면 판단과정을 종료하고, 운전을 계속한다.
반면, 2번 케이스와 같이 생산수의 플럭스(J)는 기준치 이상이지만 생산수의 수질(Cp)이 기준치 보다 높아 수질이 떨어진다고 판단되면 막 젖음방지처리를 실시한다. 생산수의 플럭스(J)가 기준 플럭스(Jt) 보다 높아 생산량은 유지되지만 생산수의 수질(Cp)이 나빠진다고 판단되면 분리막의 막 젖음성이 높아진 것으로 판단하고 이를 방지하기 위해 막 젖음방지처리를 하는 것이다. 막 젖음 방지의 구체적인 방법은 아래에서 다시 설명하기로 한다. 이를 도 4를 참조해서 설명하면, 설정된 시간간격(ts)으로 운전을 한 후에(S100), 필요한 양을 처리했는지 측정하여(S110) 처리가 안된 것으로 판단되면, 생산수 플럭스(J)와 생산수 수질(Cp)을 측정한다.(S120) 생산수의 플럭스(J)와 기준 플럭스(Jt)를 비교하여(S130) 생산수의 플럭스(J)는 더 높으면 생산수의 수질(Cp)을 기준 수질(Cpt)과 비교한다,(S160) 그리고 생산수의 수질(Cp)이 더 나쁘다고 판단되면 막 젖음방지를 실시하게 된다.(S161) 그리고 일정 시간 후에 다시 생산수의 수질(Cp)을 측정해서(S163) 기준 수질(Cpt)과 비교하고(S165), 만약 여전히 생산수의 수질(Cp)이 더 나쁘다고 판단되면 막을 교체한다.(S180)
한편, 3번 케이스와 같이 생산수의 수질(Cp)이 기준 수질(Cpt)을 만족하지만, 생산수의 플럭스(J)가 기준 플럭스(Jt)보다 낮은 경우에는 막 세정 처리를 실시한다. 생산수의 생산량이 떨어진 것으로 판단하고 막 세정을 통해 다시 생산량을 늘리는 것이다. 막 세정의 구체적인 방법은 아래에서 다시 설명하기로 한다. 이를 도 4를 참조해서 설명하면, 설정된 시간간격(ts)으로 운전을 한 후에(S100), 필요한 양을 처리했는지 측정하여(S110) 처리가 안된 것으로 판단되면, 생산수 플럭스(J)와 생산수 수질(Cp)을 측정한다.(S120) 생산수의 플럭스(J)와 기준 플럭스(Jt)를 비교하여(S130) 생산수의 플럭스(J)가 더 낮으면 생산수의 수질(Cp)을 기준 수질(Cpt)과 비교한다,(S140) 그리고 생산수의 수질(Cp) 수치가 기준 수질(Cpt) 수치 보다 낮아 수질이 양호하다고 판단되면 막 세정을 실시하게 된다.(S151) 본 실시례에서는 막 물리세정을 실시한다. 그리고 일정 시간 후에 다시 생산수의 플럭스(J)를 측정해서(S153) 기준 플럭스(Jt)와 비교하고(S155), 만약 여전히 생산수의 플럭스(J)가 더 나쁘다고 판단되면 막을 교체한다.(S180)
마지막으로 4번 케이스와 같이 생산수의 플럭스(J)가 기준 플럭스(Jt) 보다 낮고, 생산수 수질(Cp)이 기준 수질(Cpt) 보다 떨어지는 경우라면, 막 젖음방지와 막 세정을 모두 실시하게 된다. 이를 도 4를 참조해서 설명하면, 설정된 시간간격(ts)으로 운전을 한 후에(S100), 필요한 양을 처리했는지 측정하여(S110) 처리가 안된 것으로 판단되면, 생산수 플럭스(J)와 생산수 수질(Cp)을 측정한다.(S120) 생산수의 플럭스(J)와 기준 플럭스(Jt)를 비교하여(S130) 생산수의 플럭스(J)가 더 낮으면 생산수의 수질(Cp)을 기준 수질(Cpt)과 비교한다,(S140) 그리고 생산수의 수질(Cp) 수치가 기준 수질(Cpt) 수치 보다 높아 수질이 나쁘다고 판단되면 막 세정과 동시에 막 젖음방지를 실시하게 된다.(S141) 본 실시례에서는 막 물리세정을 실시한다. 그리고 일정 시간 후에 다시 생산수의 플럭스(J) 및 생산수의 수질(Cp)을 측정하고(S142), 생산수의 플럭스(J)와 기준 플럭스(Jt)를 비교하고(S143), 만약 여전히 생산수의 플럭스(J)가 더 나쁘다고 판단되면 생산수의 수질(Cp) 수치와 기준 수질(Cpt) 수치를 더 비교한다(S145). 그 결과, 여전히 생산수의 수질(Cp) 수치가 기준 수질(Cpt) 수치 보다 높아 수질이 나쁘다고 판단되면 이번에는 막 세정에서 화학세정을 실시하고, 동시에 막 젖음방지를 실시한다(S147). 한편, 앞서 생산수의 수질(Cp) 수치와 기준 수질(Cpt) 수치를 더 비교한 단계(S145)에서 생산수의 수질(Cp) 수치가 기준 수질(Cpt) 수치 보다 낮아 수질이 양호하다고 판단되면, 막 화학세정을 실시하고(S146), 마지막으로 생산수의 플럭스(J)를 측정해서(S148) 다시 기준 플럭스(Jt)와 비교한다(S150). 그 결과 여전히 생산수의 플럭스(J)가 기준 플럭스(Jt) 보다 낮으면 막을 교체하고(S180), 그렇지 않으면 다시 설정시간 동안 운전을 실시한다(S100).
한편, 도 5에는 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 물리적/화학적 막세정을 실시하는 과정이 도시되어 있다. 이에 보듯이, 먼저 원수 공급펌프(32)를 정지하고(S200), 피처리수 펌프(43) 및 피처리수 가열기(45)를 정지한 후에, 피처리수 탱크(40) 내부의 농축수를 배출하여 막세정을 위한 준비를 한다. 이어서 세정용액 공급펌프(93)를 이용하여 세정용액탱크(90) 내에 세정용액을 피처리수 탱크(40)로 이송한다.(S220)
다음으로 냉각기(70)를 정지하고 생산수 가열기(55)를 이용하여 생산수를 가열한다(S230). 그리고 피처리수 펌프(43)를 가동하고 설정온도(Tc1)에서 설정시간(tc1) 동안 운전을 실시한다(S240). 이렇게 되면, 피처리수의 온도 보다 생산수의 온도가 높아지고, 따라서 증기의 투과방향이 역전된다. 그리고 그 과정에서 분리막에 부착된 오염물질이 물리적으로 제거될 수 있다.
이어서, 생산수 가열기(55)를 정지시키고 다시 냉각기(70)를 작동시킨다(S250). 그리고 피처리수 펌프(43)를 정지시키고 피처리수 탱크(40) 내의 세정용액을 배출한다(S260). 이렇게 되면 물리적/화학적 막세정이 마무리된다. 여기서 물리적 막세정은 증기의 투과방향 역전으로 이루어지고, 화학적 막세정은 앞서 세정용액을 통해 이루어진다. 여기서 세정용액은 산 또는 염기약품이 포함된 증류수일 수 있다.
마지막으로 원수 공급펌프(23)를 가공하고 피처리수 탱크(40)로 피처리수를 공급하며, 피처리수 가열기(45)와 피처리수 펌프(43)를 작동시키면 막증발 수처리 장치가 재가동된다.
이와 다르게, 앞서 세정용액탱크(90) 내에 세정용액을 피처리수 탱크(40)로 이송하는 과정을 제외하고, 생산수의 온도를 높여 증기의 투과방향만 역전시키면, 물리적 막세정만 이루어지게 된다.
한편, 도 6에는 본 발명에 의한 막 젖음방지를 실시하는 과정이 순차적으로 도시되어 있다. 이를 보면, 먼저 생산수펌프(53)를 정지하여(S300) 생산수가 생산수펌프(50)로 이동되는 것을 멈춘다. 그리고 송풍기(57)를 작동시키고 동시에 공기세정용 밸브(47)를 조절하여 공기압력을 조절한다(S310). 송풍기(57)에 의해서 생산수 순환관을 통해 공기가 주입되고, 공기세정용 밸브(47)에 의해 공급된 공기압력을 분리막의 액체투과압력 이상으로 상승시키면 분리막 세공 안에 존재하는 물을 물리적/열적 작용으로 제거할 수 있다.
이러한 과정 중에서 피처리수 가열기(45)를 이용하여 공기를 가열한다(S320). 앞서 송풍기(57)로 공급되었던 공기가 생산수 가열기(55)를 통해 피처리수 이상의 온도로 가열될 수 있다. 이렇게 가열된 공기는 공기세정용 밸브(47)에 의해 액체투과압력 이상의 높은 압력으로 분리막을 통과하면서 이를 건조시킬 수 있고, 막 젖음방지가 이루어진다. 이러한 공정이 설정온도(Tc2)에서 설정시간(tc2) 동안 이루어지고(S330), 막 젖음방지가 완료되면 공기세정용 밸브(47)를 최대로 개방하고 송풍기(57)를 정지한다(S340).
한편, 도 7에는 본 발명에 의한 이동식 막증발 수처리 장치의 젖음방지가 물리적/화학적 막세정과 함께 이루어지는 과정이 순차적으로 도시되어 있다. 이는 앞서 도 5와 도 6에서 설명된 막 세정 및 막 젖음방지를 동시에 수행하기 위한 것이다. 먼저 원수 공급펌프(23)가 정지되고(S400), 피처리수 펌프(43) 와 피처리수 가열기(45)도 함께 정지된다. 동시에 피처리수 탱크(40) 내의 농축수는 배출된다(S410).
이어서 세정용액 공급펌프(93)를 이용하여 세정용액탱크(90) 내에 세정용액을 피처리수 탱크(40)로 이송하고(S420), 생산수펌프(53)를 정지하여 생산수 순환을 멈춘다. 그리고 송풍기(57)를 작동시키고 동시에 공기세정용 밸브(47)를 조절하여 공기압력을 조절한다(S440). 송풍기(57)에 의해서 생산수 순환관을 통해 공기가 주입되고, 공급된 공기압력을 공기세정용 밸브(47)에 의해 분리막의 액체투과압력 이상으로 상승시키면 분리막 세공 안에 존재하는 물을 물리적/열적 작용으로 제거할 수 있다.
이러한 과정 중에서 피처리수 가열기(45)를 이용하여 공기를 가열한다(S450). 앞서 송풍기(57)로 공급되었던 공기가 생산수 가열기(55)를 통해 피처리수 이상의 온도로 가열될 수 있다. 이렇게 가열된 공기는 공기세정용 밸브(47)에 의해 액체투과압력 이상의 높은 압력으로 분리막을 통과하면서 이를 건조시킬 수 있고, 막 젖음방지가 이루어진다. 이러한 공정이 설정온도(Tc3)에서 설정시간(tc3) 동안 이루어지고(S460), 막 젖음방지가 완료되면 공기세정용 밸브(47)를 최대로 개방하고 송풍기(57)를 정지한다(S470).
그리고, 피처리수 펌프(43)를 정지시키고 피처리수 탱크(40) 내의 세정용액을 배출한다(S480). 이렇게 되면 물리적/화학적 막세정도 마무리된다. 여기서 물리적 막세정은 증기의 투과방향 역전으로 이루어지고, 화학적 막세정은 앞서 세정용액을 통해 이루어진다. 여기서 세정용액은 산 또는 염기약품이 포함된 증류수일 수 있다.
마지막으로 원수 공급펌프(23)를 가공하고 피처리수 탱크(40)로 피처리수를 공급하며, 피처리수 가열기(45)와 피처리수 펌프(43)를 작동시키면 막증발 수처리 장치가 재가동된다(S500).
이와 같이, 본 발명에 의하면, 분리막의 상태를 자동으로 판단하고, 각 상태에 맞도록 막증발 수처리 장치를 제어하여 막 세정과 막 젖음방지가 자동으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 원수공급프레임 15,35: 바퀴
20: 원수공급탱크 23: 원수공급펌프
30: 베이스프레임 40: 피처리수탱크
50: 생산수탱크 60: MD모듈
70: 냉각기 80: 전자제어부

Claims (16)

  1. 외부에서 공급된 원수를 저장하는 유입원수 탱크와,
    상기 공급된 원수를 전처리하여 피처리수로 만들어 피처리수탱크에 제공하는 정밀여과막과,
    상기 피처리수탱크에 연결되어 피처리수를 순환시키는 피처리수펌프와,
    상기 피처리수펌프에 의해 상기 피처리수탱크로부터 공급된 피처리수를 처리하는 MD모듈과,
    상기 MD(Membrane Distillation)모듈과 연결되어 MD(Membrane Distillation)모듈로부터 공급된 생산수를 저장하는 생산수탱크와,
    상기 생산수탱크에 연결되어 생산수를 순환시키는 생산수펌프와,
    상기 피처리수탱크 또는 생산수탱크 중 적어도 어느 일측에 설치되는 센서모듈과,
    상기 피처리수펌프, 생산수펌프 및 센서모듈을 제어하는 전자제어부와,
    상기 피처리수탱크, 피처리수펌프, MD모듈, 생산수탱크, 생산수펌프, 센서모듈 및 전자제어부가 설치되고 이동가능하게 구성되는 베이스프레임을 포함하고,
    상기 생산수탱크와 MD모듈 사이에 설치되는 생산수 가열기와,
    상기 생산수 가열기에 연결되고 공기를 주입하는 송풍기와,
    상기 MD모듈의 생산수 유출부에 설치되는 공기세정용 밸브를 더 포함하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정밀여과막은 고온에서 사용될 수 있는 재질로 만들어져서 상기 원수가 고온으로 들어오는 경우 이를 냉각하지 않고 그대로 처리할 수 있는 이동식 막증발 수처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 피처리수탱크 및 MD모듈은 하나의 순환경로를 형성하고, 상기 MD모듈 및 상기 생산수펌프도 독립된 순환경로를 형성하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 베이스프레임의 일측에는 원수공급수단이 구비되고, 상기 원수공급수단은 이동가능한 원수공급프레임 및 원수공급프레임에 설치되는 원수탱크를 포함하며, 상기 원수탱크는 상기 피처리수탱크에 연결되어 원수를 공급하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 원수공급수단에는 원수공급펌프가 구비되어 상기 원수탱크에 내장된 원수를 피처리수탱크로 공급하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서모듈은 유량계, 압력계, 수질센서 또는 온도센서 중 적어도 하나 이상을 포함하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전자제어부는 상기 센서모듈에 의해 측정된 값을 저장하고 외부로 전달하며, 기 저장된 측정값과 비교연산 가능한 이동식 막증발 수처리 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 베이스프레임 또는 원수공급프레임 중 어느 일측에는 상기 전자제어부에 의해 제어되는 밸브제어수단이 구비되고, 상기 밸브제어수단은 상기 생산수를 선택적으로 외부로 배출하기 위한 밸브를 제어하는 이동식 막증발 수처리 장치.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 여과량 측정단계와,
    측정된 여과량 및 수질 데이터를 저장하는 측정값저장단계와,
    저장된 데이터를 기저장된 데이터와 비교하는 비교단계와,
    비교된 값이 오차범위 내이면 저장된 데이터로부터 필요한 수처리 규모 및 인력 데이터를 도출하는 연산단계와,
    연산단계를 통해 도출된 데이터를 저장하는 결과값저장단계를 포함하는 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전자제어부는 상기 MD모듈을 거쳐 상기 피처리수탱크에 저장된 피처리수의 농축도에 따라 원수공급수단의 원수공급탱크로부터 피처리수탱크로 새로운 원수를 공급할지 여부를 결정하는 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 센서모듈을 통해 전달된 값으로부터 장치의 이상이 발견되면 상기 전자제어부는 알람신호를 발생시키는 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 전자제어부는 측정된 여과량 및 수질 데이터를 이용하여 분리막의 막 세정 또는 막 젖음방지가 필요한 상태를 판단하고, 분리막의 물리적 세정, 화학적 세정 또는 막 젖음방지 중 적어도 어느 하나를 동시에 또는 순차적으로 수행하는 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 분리막의 물리적 세정은 피처리수보다 생산수의 온도를 높게 상승시켜 증기의 투과방향을 역전시킴으로써 분리막에 부착된 오염물질을 물리적으로 제거하는 것인 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 분리막의 화학적 세정은 피처리수를 막 세정을 위한 산 혹은 염기약품이 포함된 증류수로 바꾸어 공급한 후 피처리수보다 생산수의 온도를 높게 상승시켜 증기의 투과방향을 역전시킴으로써 막에 부착된 오염물질을 물리적 및 화학적으로 제거하는 것인 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 분리막의 막 젖음방지는 송풍기를 이용하여 생산수 순환관을 통하여 공기를 주입하고, 생산수 가열기를 이용하여 공기 온도를 피처리수 이상의 온도로 상승시킨 후 공기세정용 밸브를 이용하여 공기의 압력을 분리막의 액체투과압력 이상으로 상승시켜 주입함으로써 분리막의 세공 안에 있는 수분을 물리적 혹은 열적 작용에 의하여 제거하여 이루어지는 이동식 막증발 수처리 장치를 이용한 수처리 방법.
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