KR102041670B1 - Membrane filtration system being capable of diagnosing fouling of membrane separation module - Google Patents

Membrane filtration system being capable of diagnosing fouling of membrane separation module Download PDF

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Abstract

본 발명은 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템은 원수로부터 막분리에 의해 여과수를 생성하는 막분리 모듈 및 막분리 모듈로 원수를 공급시키는 펌프를 포함하는 막여과 시스템에서, 막여과 시스템에 설치되어 진동을 감지하는 진동 센서 및 진동 센서로부터 감지된 진동 데이터를 분석하여 막여과 시스템의 이상 상태를 판별하는 이상 상태 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module. The membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module according to the present invention includes a membrane separation module for generating filtered water by membrane separation from raw water and In the membrane filtration system including a pump for supplying raw water to the membrane separation module, the abnormality of the membrane filtration system to determine the abnormal state of the membrane filtration system by analyzing the vibration data installed in the membrane filtration system and the vibration data detected from the vibration sensor It characterized in that it comprises a state determination unit.

Description

막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템{MEMBRANE FILTRATION SYSTEM BEING CAPABLE OF DIAGNOSING FOULING OF MEMBRANE SEPARATION MODULE}Membrane FILTRATION SYSTEM BEING CAPABLE OF DIAGNOSING FOULING OF MEMBRANE SEPARATION MODULE}

본 발명은 시스템의 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상하수처리, 물 재이용, 해수담수와 등의 수처리 분야에 적용되는 막여과 시스템에서 막분리 모듈의 파울링과 같은 이상 상태를 판별할 수 있는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module of a system, and more particularly, to fouling of a membrane separation module in a membrane filtration system applied to water treatment fields such as water and sewage treatment, water reuse, and seawater desalination. The present invention relates to a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module capable of determining an abnormal state such as a ring.

막여과 시스템은 기후변화 등으로 인한 물 부족 현상을 해결하기 위한 최적의 기술로서, 상하수처리, 물 재이용, 해수 담수화 등 다양한 수처리 분야에서 활발히 적용되고 있다. Membrane filtration system is an optimal technology to solve the water shortage caused by climate change and is actively applied in various water treatment fields such as water and sewage treatment, water reuse, and seawater desalination.

막여과 시스템에서 해결되어야 할 문제점 중 하나는 파울링(막오염 현상)이다. 파울링은 막여과 시스템의 에너지 소모량을 증가시키고 막 교체의 빈도를 증가시켜, 시스템 운영을 위한 경제성을 하락시키는 주요 원인으로 알려져 있다. One of the problems to be solved in membrane filtration systems is fouling. Fouling is known to be a major factor in increasing the energy consumption of membrane filtration systems and increasing the frequency of membrane replacement, thereby reducing the economics for system operation.

파울링을 저감시키기 위한 다양한 방법이 소개되어 있지만, 주로 랩스케일 규모의 연구에 한정되어 있었다. 또한, 막여과 시스템의 현장 운영자들이 가장 많이 요청하는 사항은 "파울링이 많이 진행된 경우에는 세정으로 회복이 되지 않기 때문에, 파울링 시작 시점을 최대한 빨리 파악하고 싶다."라는 것이다. 따라서, 도 1과 같이 파울링의 시작 시점에 적절히 막을 세정시킨다면, 파울링에 의한 에너지 효율의 감소 및 막 교체 비용과 관련된 영향을 최소화시킬 수가 있다. Various methods for reducing fouling have been introduced, but were mainly limited to lab scale research. In addition, the most demanded field operators of membrane filtration systems are, "If the fouling is a lot, it is not possible to recover by cleaning, so I want to know when to start fouling as soon as possible." Therefore, if the membrane is properly cleaned at the start of fouling, as shown in FIG. 1, it is possible to minimize the effects related to the reduction of energy efficiency and membrane replacement cost due to fouling.

하지만, 유량, 압력 수질과 같은 현장에서 수집되는 데이터 만으로는 파울링 시작 시점을 찾아내기가 매우 어렵다. 파울링이 일어나면 막의 투수율(단위 압력당 막 투과 플럭스)이 하락하지만, 투수율 하락의 원인은 파울링 뿐만 아니라 원수의 수온, 삼투압 등 다양하기 때문에, 단순한 투수율의 모니터링을 통해서 파울링의 발생 여부를 판단할 수는 없다. However, data collected at the site, such as flow rate and pressure water quality, makes it very difficult to identify when to start fouling. When fouling occurs, the membrane permeability (membrane permeate flux per unit pressure) decreases, but the reason for the decrease in permeation rate is not only fouling, but also water temperature and osmotic pressure of raw water. You can't.

이에 대한 해결방법으로 역삼투 막여과 공정의 경우 미국 ASTM에서는 파울링 외에 다른 영향을 배제시킨 표준화 지표를 제안하였고, 정밀여과/한외여과 공정의 경우 온도 영향이 보정된 표준화 지표를 사용하도록 하였다. 하지만, 표준화 지표들을 계산하기 위해 사용되는 막의 온도계수, 물의 점성, 삼투압 등과 관련되는 이론식들이 모든 현장에서 잘 맞는다는 보장이 없기 때문에, 표준화 지표를 사용하더라도 데이터의 변동이 심해서 파울링 시작 시점의 파악에 큰 어려움을 겪게 된다. As a solution to this problem, in the case of reverse osmosis membrane filtration process, US ASTM proposed the standardization index excluding the effect of fouling, and in the case of microfiltration / ultrafiltration process, the standardization index with temperature effect was corrected. However, since there are no guarantees that the theoretical equations related to the membrane temperature, water viscosity, osmotic pressure, etc., used to calculate the standardization indicators are good at all sites, even when standardization indicators are used, the data fluctuate so that you know when to start fouling. Will experience great difficulties.

대한민국 등록특허 10-1068205호Republic of Korea Patent Registration 10-1068205

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 막여과 시스템에 설치된 진동 센서로부터 획득한 진동 데이터를 분석하여 파울링과 같은 막여과 시스템의 이상 상태를 판별하고 이에 따라 막 세정과 같은 필요한 조치를 위할 수 있도록 함으로써, 파울링에 의한 에너지 효율의 감소 및 막 교체 비용 등과 관련되는 막여과 시스템의 운영비 효율을 향상시킬 수 있는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, and analyzes the vibration data obtained from the vibration sensor installed in the membrane filtration system to determine an abnormal state of the membrane filtration system such as fouling and to clean the membrane accordingly. By providing the necessary measures such as, it provides a membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module that can improve the efficiency of operating the membrane filtration system related to the reduction of energy efficiency by fouling and membrane replacement cost. Is in.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 원수로부터 막분리에 의해 여과수를 생성하는 막분리 모듈 및 상기 막분리 모듈로 원수를 공급시키는 펌프를 포함하는 막여과 시스템에서, 상기 막여과 시스템에 설치되어 진동을 감지하는 진동 센서; 및 상기 진동 센서로부터 감지된 진동 데이터를 분석하여 상기 막여과 시스템의 이상 상태를 판별하는 이상 상태 판별부를 포함하는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템에 의해 달성될 수가 있다. The object is, according to the present invention, in a membrane filtration system comprising a membrane separation module for producing filtered water by membrane separation from raw water and a pump for supplying raw water to the membrane separation module, wherein the membrane filtration system is installed to provide vibration Sensing vibration sensor; And a membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module including an abnormal state determination unit for analyzing the vibration data sensed by the vibration sensor to determine an abnormal state of the membrane filtration system.

여기서, 상기 진동 센서는 상기 펌프, 상기 막분리 모듈 또는 상기 펌프와 상기 막분리 모듈 사이의 배관 중 적어도 어느 하나에 설치되는 것이 바람직하다. Here, the vibration sensor is preferably installed in at least one of the pump, the membrane separation module or the pipe between the pump and the membrane separation module.

여기서, 상기 진동 센서는 감지된 진동 신호를 상기 이상 상태 판별부에 무선으로 송신할 수가 있다. Here, the vibration sensor may wirelessly transmit the detected vibration signal to the abnormal state determination unit.

여기서, 상기 이상 상태 판별부는 정상 상태에서 상기 펌프에서 공급되는 원수의 유량 또는 압력에 따른 진동 데이터와 실시간으로 감지된 진동 데이터를 비교하여 상기 이상 상태를 판별할 수가 있다. Here, the abnormal state determination unit may determine the abnormal state by comparing the vibration data detected in real time with the vibration data according to the flow rate or pressure of the raw water supplied from the pump in the normal state.

여기서, 상기 이상 상태 판별부는 기계학습 알고리즘을 이용하여 상기 막여과 시스템의 이상 상태를 판별할 수가 있다. Here, the abnormal state determination unit may determine the abnormal state of the membrane filtration system using a machine learning algorithm.

여기서, 상기 기계학습 알고리즘은 의사결정트리(Decision tree), 유전 알고리즘(Genetic algorithm), 인공 신경망(Artificial neural network) 중 어느 하나일 수가 있다. The machine learning algorithm may be any one of a decision tree, a genetic algorithm, and an artificial neural network.

여기서, 상기 이상 상태 판별부는 상기 막분리 모듈의 파울링 상태를 판별할 수가 있다. Here, the abnormal state determination unit may determine the fouling state of the membrane separation module.

여기서, 상기 이상 상태 판별부는 상기 펌프의 이상 상태를 판별할 수가 있다. Here, the abnormal state determination unit may determine the abnormal state of the pump.

여기서, 상기 이상 상태 판별부에 의한 판별 결과를 관리자에게 무선으로 송신하는 시스템 상태 알림부를 더 포함할 수가 있다. The apparatus may further include a system state notification unit for wirelessly transmitting a result of the determination by the abnormal state determination unit to an administrator.

상기한 바와 같은 본 발명의 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템에 따르면 시스템에 설치된 진동 센서를 이용하여 파울링과 같은 막여과 시스템의 이상 상태를 빠르게 진단하여 막 세정과 같은 조치를 취함으로써 시스템 운영비를 절감시킬 수가 있다는 장점이 있다. According to the membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module of the present invention as described above, by using the vibration sensor installed in the system to quickly diagnose the abnormal state of the membrane filtration system such as fouling and take measures such as membrane cleaning. This has the advantage of reducing system operating costs.

또한, 진동 센서를 이용하여 막분리 모듈로 원수를 공급시키는 펌프의 이상도 실시간으로 파악하여 비정상적인 시스템의 중단 상황을 방지할 수 있다는 장점도 있다. In addition, by using the vibration sensor to detect the abnormality of the pump to supply the raw water to the membrane separation module in real time, there is an advantage that can prevent abnormal system interruption.

도 1은 파울링의 시작 시점에 막 세정을 수행하여 막여과 시스템의 최적 운영 상태를 도시하는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 펌프를 통과하는 원수의 유량과 압력에 따른 진동 데이터를 각각 도시하는 그래프이다.
도 4는 카올린에 의한 파울링 발생시 역삼투 시스템의 펌프에서 측정한 진동 속도의 변화를 도시하는 그래프이다.
도 5는 역삼투 해수 담수화 시스템에서 소요되는 에너지 비중을 도시하는 그래프이다.
1 is a graph showing the optimum operating state of a membrane filtration system by performing membrane cleaning at the beginning of fouling.
2 is a diagram illustrating a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing vibration data according to the flow rate and pressure of raw water passing through the pump, respectively.
Figure 4 is a graph showing the change in the vibration velocity measured by the pump of the reverse osmosis system when fouling caused by kaolin.
5 is a graph showing the specific gravity of energy consumed in the reverse osmosis seawater desalination system.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module according to embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템을 도시하는 도면이고, 도 3은 펌프를 통과하는 원수의 유량과 압력에 따른 진동 데이터를 각각 도시하는 그래프이고, 도 4는 카올린에 의한 파울링 발생시 역삼투 시스템의 펌프에서 측정한 진동 속도의 변화를 도시하는 그래프이고, 도 5는 역삼투 해수 담수화 시스템에서 소요되는 에너지 비중을 도시하는 그래프이다.2 is a view showing a membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a graph showing the vibration data according to the flow rate and pressure of the raw water passing through the pump, respectively 4 is a graph showing the change in the vibration velocity measured by the pump of the reverse osmosis system when fouling caused by kaolin, Figure 5 is a graph showing the specific gravity of energy required in the reverse osmosis seawater desalination system.

본 발명에서의 막여과 시스템은 상하수처리, 물 재이용, 해수담수화 등의 수처리 분야에 적용되는 시스템으로 막분리 모듈(110) 및 펌프(120)를 포함하여 구성될 수가 있다. The membrane filtration system according to the present invention may be configured to include a membrane separation module 110 and a pump 120 as a system applied to water treatment fields such as water and sewage treatment, water reuse, and seawater desalination.

막분리 모듈(110)은 원수를 공급 받아 원수로부터 여과수 또는 농축수를 추출하도록 한다. 이때, 막분리 모듈(110)은 정삼투 막모듈 또는 역삼투 막모듈일 수 있다. 또한, 도면에서는 단일의 막분리 모듈(110)을 도시하고 있으나, 막여과 시스템에 사용되는 막분리 모듈(110)은 복수 개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용할 수가 있다. The membrane separation module 110 receives raw water and extracts filtered or concentrated water from the raw water. In this case, the membrane separation module 110 may be a forward osmosis membrane module or a reverse osmosis membrane module. In addition, although a single membrane separation module 110 is illustrated in the drawing, a plurality of membrane separation modules 110 used in a membrane filtration system may be used in series or in parallel.

펌프(120)는 막분리 모듈(110)에 원수를 공급시키도록 한다. The pump 120 supplies raw water to the membrane separation module 110.

상기와 같은 막여과 시스템에서 본 발명에 따른 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템은 진동 센서(130) 및 이상 상태 판별부(140)를 더 포함하여 구성될 수가 있다. The membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module according to the present invention in the membrane filtration system as described above may further include a vibration sensor 130 and the abnormal state determination unit 140.

진동 센서(130)는 막여과 시스템에 설치되어 진동을 감지하고, 감지한 진동 데이터는 후술하는 이상 상태 판별부(140)로 전송한다. 이때, 진동 센서(130)로부터 획득한 진동 데이터는 무선 네트워크를 이용하여 무선으로 이상 상태 판별부(140)로 송신될 수가 있다. The vibration sensor 130 is installed in the membrane filtration system to detect vibration, and transmits the detected vibration data to the abnormal state determination unit 140 which will be described later. In this case, the vibration data obtained from the vibration sensor 130 may be transmitted to the abnormal state determination unit 140 wirelessly using a wireless network.

진동 센서(130)는 막여과 시스템의 막분리 모듈(110), 펌프(120), 펌프(120)와 막분리 모듈(110) 사이의 배관 등에 적어도 하나 설치되어 각 단위 부품에서 발생하는 진동을 실시간으로 감지할 수가 있다. 상기 막분리 모듈(110), 펌프(120) 및 펌프(120)와 막분리 모듈(110) 사이의 배관은 파울링 등과 같은 막여과 시스템의 이상 상태가 발생하였을 때 발생하는 진동의 변화를 효과적으로 감지할 수 있는 위치이다. The vibration sensor 130 is installed in at least one of the membrane separation module 110, the pump 120, the pipe between the pump 120 and the membrane separation module 110 of the membrane filtration system and the like to generate vibration in each unit part in real time. Can be detected. The membrane separation module 110, the pump 120, and the pipe between the pump 120 and the membrane separation module 110 effectively detect a change in vibration generated when an abnormal state of the membrane filtration system such as fouling occurs. This is where you can.

이상 상태 판별부(140)는 컴퓨터와 같은 연산 장치로 형성되어 전술한 바와 같이 진동 센서(130)로부터 진동 데이터를 수신하여 이를 분석함으로써 막여과 시스템의 이상 상태를 판별한다. 이때, 막여과 시스템의 이상 상태라고 하면 막분리 모듈(110)에서의 파울링, 펌프(120)의 노후나 손상 등을 의미할 수가 있다.  The abnormal state determination unit 140 is formed of a computing device such as a computer to determine the abnormal state of the membrane filtration system by receiving the vibration data from the vibration sensor 130 and analyzing it as described above. In this case, the abnormal state of the membrane filtration system may mean fouling in the membrane separation module 110, deterioration or damage of the pump 120, and the like.

막여과 시스템의 운전은 펌프(120)에 의해 이루어지게 되는데, 이때 펌프(120)에서 발생하는 진동이 전술한 펌프(120), 막분리 모듈(110), 배관 등의 구성 부품에 나타날 수가 있다. 또한, 각 구성 부품에서 발생하는 진동은 도 3의 (a)와 (b)에 각각 도시되어 있는 것과 같이 펌프(120)에 의해 공급되는 원수의 유량과 압력에 따라 달라질 수가 있다. The operation of the membrane filtration system is performed by the pump 120, where vibrations generated in the pump 120 may appear in components such as the pump 120, the membrane separation module 110, and piping. In addition, the vibration generated in each component may vary depending on the flow rate and pressure of the raw water supplied by the pump 120, as shown in (a) and (b) of FIG.

만약 파울링으로 인해 막분리 모듈(110)의 막 표면에 오염물질이 축적된다면, 유체 저항이 바뀌기 때문에 펌프(120)에서 공급되는 유체의 유량과 압력이 동일한 조건이라도 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 진동이 바뀌게 된다. If contaminants accumulate on the membrane surface of the membrane separation module 110 due to fouling, since the fluid resistance is changed, even if the flow rate and pressure of the fluid supplied from the pump 120 are the same as shown in FIG. 4. The vibration will change.

따라서, 이상 상태 판별부(140)는 정상 상태에서 펌프(120)에서 공급되는 원수의 유량과 압력에 따른 진동 데이터와 실시간으로 감지한 진동 데이터를 비교하여 막여과 시스템의 이상 상태를 판별할 수가 있다. Therefore, the abnormal state determination unit 140 may determine the abnormal state of the membrane filtration system by comparing the vibration data detected in real time with the vibration data according to the flow rate and pressure of the raw water supplied from the pump 120 in the normal state. .

이때, 진동 데이터를 실시간으로 파악하는 것만으로는 막여과 시스템의 이상 상태를 정확하게 진단할 수가 없다. 도 3 및 도 4의 그래프의 진동 데이터에 나타난 것과 같이 동일한 유량과 압력의 운전 조건에서도 시간에 따라서 진동이 일정하지가 않기 때문에, 이러한 진동 데이터를 대표할 수 있는 평균이나 표준편차와 같은 통계적 수치를 이용한 분석이 필요하다. At this time, it is impossible to accurately diagnose the abnormal state of the membrane filtration system only by grasping the vibration data in real time. As shown in the vibration data of the graphs of FIGS. 3 and 4, the vibrations are not constant over time even under the same flow and pressure operating conditions. Therefore, statistical values such as average or standard deviation can be used to represent such vibration data. The analysis used is necessary.

이에, 본 발명의 이상 상태 판별부(140)에서는 진동 데이터 분석의 신뢰성을 높이기 위해 기계학습(machine learning) 알고리즘 이용하여 이상 상태를 판별할 수 있도록 한다.Thus, the abnormal state determination unit 140 of the present invention can determine the abnormal state by using a machine learning algorithm to increase the reliability of the vibration data analysis.

이때, 사용할 수 있는 기계학습 알고리즘으로 의사결정트리(Decision tree), 유전 알고리즘(Genetic algorithm), 인공 신경망(Artificial neural network) 중 어느 하나를 사용할 수가 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. In this case, the machine learning algorithm that can be used may be any one of a decision tree, a genetic algorithm, and an artificial neural network, but is not limited thereto.

또한, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템은 막여과 시스템의 구성 부품의 진동을 감지하여 파울링의 발생을 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 펌프(120)의 노후나 손상과 같은 이상 상태를 감지할 수도 있다. 도 5는 역삼투 해수담수화 시스템에서 에너지 소모 비율을 도시하고 있는데, 막분리 모듈(110)로 원수를 공급하는 펌프(120)에 의한 에너지 소모 비욜이 80% 이상으로 매우 큼을 알 수 있다. 또한, 펌프(120)의 정지는 전체 시스템의 정지를 의미하므로 전체 막여과 시스템에서 펌프(120)를 정상적으로 작동시키는 것이 아주 중요함을 알 수가 있다. In addition, as described above, the membrane filtration system for determining fouling of the membrane separation module according to the present invention may detect the vibration of the components of the membrane filtration system to detect the occurrence of fouling, as well as the pump 120. It can also detect abnormal conditions such as old age or damage. Figure 5 shows the energy consumption rate in the reverse osmosis desalination system, it can be seen that the energy consumption rate by the pump 120 for supplying the raw water to the membrane separation module 110 is very large as 80% or more. In addition, since the stop of the pump 120 means the stop of the entire system, it can be seen that it is very important to operate the pump 120 normally in the entire membrane filtration system.

이에, 이상 상태 판별부(140)는 진동 센서(130)로부터 수신한 진동 데이터를 분석하여 전술한 방법과 동일하게 정상 상태의 진동 데이터와 실시간으로 수신한 진동 데이터를 비교하여 펌프(120)의 이상 상태도 감지함으로써, 펌프(120)의 이상에 따른 전체 막여과 시스템의 비정상적인 운전 상황을 방지할 수가 있다. Accordingly, the abnormal state determination unit 140 analyzes the vibration data received from the vibration sensor 130 and compares the vibration data of the steady state with the vibration data received in real time in the same manner as the above-described method to the abnormality of the pump 120. By also detecting the state, it is possible to prevent the abnormal operation of the entire membrane filtration system due to the abnormality of the pump 120.

시스템 상태 알림부는 이상 상태 판별부(140)에 의한 판별 결과를 막여과 시스템의 관리자에게 전달하도록 하는데, 예를 들어 이상 상태의 판별 결과를 무선으로 관리자의 무선 단말기(150)에 송신할 수가 있다. 이에, 관리자는 막여과 시스템의 이상 상태를 인지하여, 막 세정, 시스템 중단, 펌프(120)의 교체 등의 적절한 조치를 취할 수가 있다. The system status notification unit prevents the result of the determination by the abnormal state determination unit 140 from being transmitted to the administrator of the filtration system. Accordingly, the manager can recognize an abnormal state of the membrane filtration system and take appropriate measures such as membrane cleaning, system shutdown, and replacement of the pump 120.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the invention claimed in the claims, it is intended that any person skilled in the art to which the present invention pertains falls within the scope of the claims described in the present invention to various extents which can be modified.

110: 막분리 모듈
120: 펌프
130: 진동 센서
140: 이상 상태 판별부
150: 무선 단말기
110: membrane separation module
120: pump
130: vibration sensor
140: abnormal state determination unit
150: wireless terminal

Claims (9)

원수로부터 막분리에 의해 여과수를 생성하는 막분리 모듈 및 상기 막분리 모듈로 원수를 공급시키는 펌프를 포함하는 막여과 시스템에서,
상기 펌프, 상기 막분리 모듈 또는 상기 펌프와 상기 막분리 모듈 사이의 배관 중 적어도 어느 하나에 설치되어 진동을 감지하는 진동 센서; 및
상기 막여과 시스템의 동작 중, 정상 상태에서 상기 펌프에서 공급되는 원수의 유량 또는 압력에 따른 진동 데이터와 상기 진동 센서로부터 실시간으로 감지된 진동 데이터를 비교하여 상기 막분리 모듈의 파울링 상태 및 상기 펌프의 이상 상태를 판별하는 이상 상태 판별부를 포함하는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템.
In a membrane filtration system comprising a membrane separation module for producing filtered water by membrane separation from raw water and a pump for supplying raw water to the membrane separation module,
A vibration sensor installed in at least one of the pump, the membrane separation module, or a pipe between the pump and the membrane separation module to detect vibration; And
During the operation of the membrane filtration system, the fouling state of the membrane separation module and the pump by comparing the vibration data according to the flow rate or pressure of the raw water supplied from the pump in the normal state and the vibration data sensed in real time from the vibration sensor A membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module including an abnormal state determination unit for determining an abnormal state of a membrane.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 진동 센서는 감지된 진동 신호를 상기 이상 상태 판별부에 무선으로 송신하는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템.
The method of claim 1,
The vibration sensor is a membrane filtration system for determining the fouling of the membrane separation module for wirelessly transmitting the detected vibration signal to the abnormal state determination unit.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 이상 상태 판별부는 기계학습 알고리즘을 이용하여 상기 막여과 시스템의 이상 상태를 판별하는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템.
The method of claim 1,
The abnormal state determining unit determines a fouling of the membrane separation module for determining the abnormal state of the membrane filtration system using a machine learning algorithm.
제 5 항에 있어서,
상기 기계학습 알고리즘은 의사결정트리(Decision tree), 유전 알고리즘(Genetic algorithm), 인공 신경망(Artificial neural network) 중 어느 하나인 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템.
The method of claim 5,
The machine learning algorithm is a membrane filtration system for determining fouling of a membrane separation module which is one of a decision tree, a genetic algorithm, and an artificial neural network.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 이상 상태 판별부에 의한 판별 결과를 관리자에게 무선으로 송신하는 시스템 상태 알림부를 더 포함하는 막분리 모듈의 파울링을 판별하는 막여과 시스템.

The method of claim 1,
Membrane filtration system for determining the fouling of the membrane separation module further comprises a system status notification unit for wirelessly transmitting the determination result by the abnormal state determination unit to the administrator.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102259093B1 (en) 2020-10-15 2021-06-01 한양대학교 산학협력단 Filter membrane damage determination method and mobile filtration membrane damage determination device using the same
KR20220067411A (en) 2020-11-17 2022-05-24 한양대학교 산학협력단 Filter membrane aging determination method and device
KR102542629B1 (en) 2020-11-17 2023-06-12 한양대학교 산학협력단 A method for determining the durability of a filtration membrane and a field for determining the durability using the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007240373A (en) * 2006-03-09 2007-09-20 Toshiba It & Control Systems Corp Membrane damage detection device and method for filtration system for water treatment
KR100950218B1 (en) 2009-09-09 2010-03-29 주식회사 한미엔텍 Breakage sensing apparatus of hollow-fiber membrane module
KR101068205B1 (en) 2011-03-04 2011-09-28 박병선 Mbr tank assembly for decreasing fouling
US20130075331A1 (en) 2010-06-10 2013-03-28 Ramila Hishantha Peiris Method for fluorescence-based fouling forecasting and optimization in membrane filtration operations
JP2014136210A (en) * 2013-01-18 2014-07-28 Toshiba Corp Film fouling diagnosis/control device, film fouling diagnosis/control method, and film fouling diagnosis/control program

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0817376B1 (en) * 2007-09-12 2019-05-14 Danisco Us Inc. FILTERING SYSTEM WITH INTERNAL INCRUSTATION CONTROL
KR101753453B1 (en) * 2014-05-30 2017-07-04 롯데케미칼 주식회사 Hollow fiber membrane and method of detecting damage of membrane thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007240373A (en) * 2006-03-09 2007-09-20 Toshiba It & Control Systems Corp Membrane damage detection device and method for filtration system for water treatment
KR100950218B1 (en) 2009-09-09 2010-03-29 주식회사 한미엔텍 Breakage sensing apparatus of hollow-fiber membrane module
US20130075331A1 (en) 2010-06-10 2013-03-28 Ramila Hishantha Peiris Method for fluorescence-based fouling forecasting and optimization in membrane filtration operations
KR101068205B1 (en) 2011-03-04 2011-09-28 박병선 Mbr tank assembly for decreasing fouling
JP2014136210A (en) * 2013-01-18 2014-07-28 Toshiba Corp Film fouling diagnosis/control device, film fouling diagnosis/control method, and film fouling diagnosis/control program

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