KR102055710B1 - 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법 - Google Patents

역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법 Download PDF

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이경혁
김지혜
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한국수자원공사
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Abstract

본 발명은 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 베셀 하우징(110), 베셀 하우징(110) 일측 단부에 결합되어 원수를 상기 베셀 하우징(110) 내부로 유도하기 위한 원수 유입구(121)가 구비된 제1 캡부(120), 및 상기 제1 캡부(120)와 마주보면서 베셀 하우징(110) 타측 단부에 결합되며, 농축수 출구(131)와 투과수 출구(132)가 구비된 제2 캡부(130)를 포함하는 베셀(100); 상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하며, 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 필터모듈 하우징(210), 제1 개구부(221)와 제2 개구부(222)가 구비된 상기 필터모듈 하우징(210) 양측 단부에 고정된 한 쌍의 필터모듈 실링부(220), 상기 필터모듈 하우징(210) 내부에 위치하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 투과수와 농축수로 분리하는 필터(230), 및 상기 필터(230)에 의해 분리된 투과수가 이동하는 경로를 제공하는 투과수 이송관(240)을 포함하는 필터모듈(200); 및 상기 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)에서부터 상기 투과수 이송관(240)까지 연장된 투과수 측정수단(300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 관한 것이다.

Description

역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법{Prediction Method and Apparatus for Membrane Fouling}
본 발명은 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역삼투막 여과 초기에 투과수의 수질을 측정하여 예측식을 도출하고, 이로부터 역삼투막의 오염도를 장기적으로 예측함으로써 역삼투막의 유지 및 관리가 용이한 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 관한 것이다.
음용수, 공업용수 등 매일 필요로 하는 물은 하천이나 호소수와 같은 지표수를 사용하여 생산하는 것이 일반적이다. 통상 지표수에는 각종 부유물질이나 용존성 유해물질들이 함께 포함되어 있어 물의 용도에 맞게 적절한 정화과정이 수반되어야 한다.
한편, 생활수준 향상에 따라 1인당 물소비량이 증가하는 추세이고, 지구온난화로 인해 지역적 가뭄현상이 갈수록 심각해지고 있는 상황이어서 물부족 국가가 늘어나고 있다. 우리나라의 경우에도 계절적 및 지형적 영향으로 인해 물부족 문제가 발생하고 있고, 특히 일부 도서산간 지역은 심각한 물부족 현상에 직면하고 있다.
해수의 양은 전 세계에 약 10억 ㎦이 존재하는 것으로 알려져 있어 물부족을 해결할 수 있는 유일한 수원이지만, 각종 염류가 함께 용해되어 있어 이들 염류를 제거하지 않으면 사용할 수 없고, 따라서 부유 물질에서부터 이온성 물질까지 완벽하게 제거할 수 역삼투막을 비롯하여 전기투석법, 해수를 가열하는 증발법 등을 사용하여 해수를 담수로 만들고 있는 상황이다.
이중 역삼투막은 이물질에 대한 탁월한 제거 성능, 운전 및 조작이 간단하여 해수 담수화에 가장 많이 이용되고 있는 상황이나, 해수로부터 담수를 얻기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력이 필요하여 에너지 소모가 크고, 특히 막오염(fouling)을 저감하기 위한 화학세정 약품비용과 막오염 심화에 의한 막교체 비용 등이 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
도 1은 역삼투막의 투과수 수질과 세정주기와의 관계를 설명하는 모식도이다. 도 1에서 알 수 있듯이, 적절한 시점에 역삼투막을 세정하지 않으면 수명이 짧아져 교체시기가 빨리 도래하게 되고, 결과적으로 전체적인 물생산 비용이 증가한다.
하지만 아직까지는 역삼투막을 사용한 경험만을 가지고 세정시기나 교체시기를 판단하고 있고, 따라서 세정시기를 놓치거나 너무 빠른 시간에 세정을 실시하는 등 역삼투막을 이용한 담수화공정이 비효율적으로 이루어지고 있는 상황이다.
한국등록특허공보 제1193902호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 역삼투막의 세정시기를 예측함으로써 운전비용 절감과 안정적인 물공급에 기여할 수 있는 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 역삼투막의 오염도 예측장치는, 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 베셀 하우징(110), 베셀 하우징(110) 일측 단부에 결합되어 원수를 상기 베셀 하우징(110) 내부로 유도하기 위한 원수 유입구(121)가 구비된 제1 캡부(120), 및 상기 제1 캡부(120)와 마주보면서 베셀 하우징(110) 타측 단부에 결합되며, 농축수 출구(131)와 투과수 출구(132)가 구비된 제2 캡부(130)를 포함하는 베셀(100); 상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하며, 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 필터모듈 하우징(210), 제1 개구부(221)와 제2 개구부(222)가 구비된 상기 필터모듈 하우징(210) 양측 단부에 고정된 한 쌍의 필터모듈 실링부(220), 상기 필터모듈 하우징(210) 내부에 위치하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 투과수와 농축수로 분리하는 필터(230), 및 상기 필터(230)에 의해 분리된 투과수가 이동하는 경로를 제공하는 투과수 이송관(240)을 포함하는 필터모듈(200); 및 상기 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)에서부터 상기 투과수 이송관(240)까지 연장된 투과수 측정수단(300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 투과수 측정수단(300)은 투과수를 소정량 샘플링하기 위한 내부가 비어 있는 채수봉(310) 또는 투과수의 수질을 측정할 수 있는 센서(321)가 부착된 측정봉(320)일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치는, 상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하는 필터모듈(200)은 제1 캡부(120)에서 제2 캡부(130) 방향으로 순차적으로 직렬 연결된 6개 이상이고, 상기 투과수 측정수단(300)은 제1 캡부(120)와 접하는 첫 번째 필터모듈 및/또는 상기 첫 번째 필터모듈과 접하는 두 번째 필터모듈의 투과수 이송관까지 연장된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치에서, 베셀(100)은 직렬로 연결된 4개 이상으로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 역삼투막의 오염도 예측방법은, 소정 시간 간격으로 X1을 측정하는 제1 단계; 소정 시간 간격으로 X2를 측정하는 제2 단계; 소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계; 상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X1과의 관계식을 얻는 제4 단계; 상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X2와의 관계식을 얻는 제5 단계; 상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 X1, X2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계; 상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YME 관계식을 얻는 제7 단계; 및 상기 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계를 포함하되, X1은 첫 번째 필터모듈의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, X2는 두 번째 필터모듈의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YME는 베셀의 투과수 염분농도 예측치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 역삼투막의 오염도 예측방법은, 소정 시간 간격으로 YM1을 측정하는 제1 단계; 소정 시간 간격으로 YM2를 측정하는 제2 단계; 소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계; 상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM1과의 관계식을 얻는 제4 단계; 상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM2와의 관계식을 얻는 제5 단계; 상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 YM1, YM2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계; 상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YEF 관계식을 얻는 제7 단계; 및 상기 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계를 포함하되, YM1은 첫 번째 베셀의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YM2는 두 번째 베셀의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 마지막 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YEF는 마지막 베셀 투과수의 염분농도 예측치인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 역삼투막 오염도 예측방법에서, 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체를 준비하는 제9 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 의하면, 여과 초기에 투과수를 단기적으로 수회만 측정하여도 여과 시간에 따른 베셀 투과수 염분의 장기적인 농도 예측이 가능하다는 이점이 있다.
또한 본 발명의 역삼투막의 오염도 예측장치 및 예측방법에 의하면, 시간에 따른 투과수의 염분 농도 예측이 가능하여, 화학약품 세정이나 필터 교체시기를 사전에 알 수 있어, 역삼투막 여과공정을 효과적으로 수행하는 것이 가능하고 따라서 운전비용 절감과 안정적인 물 공급에 기여할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 역삼투막의 투과수 수질과 세정주기와의 관계를 설명하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 A지점에 위치하는 경우이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 B지점에 위치하는 경우이다.
도 4는 베셀 내부에 수납되는 필터의 사시도이다.
도 5는 측정수단의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 A지점에 위치하는 경우이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 B지점에 위치하는 경우이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측방법 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측방법 순서도이다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따른 염분농도 예측 그래프이다.
본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 역삼투막의 오염도 예측 장치 및 예측 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 A지점에 위치하는 경우, 도 3은 측정수단이 B지점에 위치하는 경우, 도 4는 베셀 내부에 수납되는 필터의 사시도 그리고 도 5는 측정수단의 사시도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치는, 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이, 소정의 공간부를 갖는 베셀(100), 상기 베셀(100) 내부 공간부에 수납되는 1개 이상의 필터모듈(200) 그리고 필터모듈(200) 및/또는 베셀(100)로부터 배출되는 투과수를 측정하기 위한 투과수 측정수단(300)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 베셀(100)에 관하여 상세하게 설명하면, 베셀(100)은 1개 이상의 필터모듈(200)을 수용하기 위한 용기로서, 베셀 하우징(110), 제1 캡부(120) 및 제2 캡부(130)를 포함하여 구성된다.
베셀 하우징(110)은 필터모듈(200)의 외경과 길이, 필터모듈(200)의 수용 개수에 따라 길이 또는 내경이 달라지는 소정의 길이와 내경을 가지며 내부가 비어 있다. 베셀 하우징(110) 일측 단부에 탈착가능하도록 고정되는 제1 캡부(120)는 베셀 하우징(110) 내부로 원수를 유입시키기 위한 원수 유입구(121)가 구비되어 있으며, 제2 캡부(130)는 제1 캡부(120)와 마주보면서 베셀 하우징(110) 타측 단부에 탈착가능하도록 결합되는 한편, 후술할 필터(230)에 의해 분리된 투과수 및 농축수를 각각 외부로 배출할 수 있도록 농축수 출구(131)와 투과수 출구(132)가 각각 구비되어 있다.
필터모듈(200)은 제1 캡부(120)의 원수 유입구(121)를 통해 유입된 원수를 투과수와 농축수로 분리하기 위한 것으로, 필터모듈 하우징(210), 한 쌍의 필터모듈 실링부(220), 필터(230) 그리고 투과수 이송관(240)을 포함하여 구성된다.
필터모듈 하우징(210)은 필터(230)를 수용할 수 있도록 내부가 비어 있으며, 필터(230)를 수납시키거나 분리할 수 있도록 양측 단부는 개구되어 있다. 여기서, 필터모듈 하우징(210)의 내경과 길이는 수납될 필터(230)에 따라 얼마든지 변경될 수 있다.
필터모듈 하우징(210) 내부에 수납되는 필터(230)는 물에 포함되어 있는 각종 이물질, 예를 들면 물에 포함되어 있는 입자상 물질, 이온성 물질, 유기 화합물질, 무기 화합물질 등과 같은 여러 물질들을 제거하는 역할을 수행하며, 본 발명에서는 필터로서 역삼투막을 예로 들고 있으나, 나노여과막을 채용해도 무방하다.
역삼투막은 다양한 형상으로 제조가 가능하나, 본 발명에서의 역삼투막은 편평한 역삼투막이 양탄자와 같이 둥글게 말려 있는 나권형이고, 이러한 형상의 역삼투막은 공지된 기술에 해당되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
필터(230) 중심부에는 다수개의 통공(241)이 표면에 형성되어 있는 긴 봉형상의 투과수 이송관(240)이 위치하며, 이러한 투과수 이송관(240)은 필터(230)에 의해 불순물이 제거된 상태인 깨끗한 물, 즉 투과수가 이동하는 통로이다.
필터모듈 하우징(210)의 양측 단부 개구부에 고정되는 한 쌍의 필터모듈 실링부(220)는 필터(230)의 양측 단부를 고정한다. 또 투과수 이송관(240)을 고정 지지할 수 있도록 제1 개구부(221)가 형성되고, 투과되지 못한 농축수가 이동할 수 있도록 제1 개구부(221) 외측으로는 제2 개구부(222)가 마련되어 있다.
한편, 투과수 이송관(240)의 일측 또는 양측에는 양측 단부만 개구되어 있는 원통형상의 연결관(250)이 더 구비될 수 있다. 연결관(250)은 서로 인접하는 모듈(200)을 연결하기 위한 것으로, 이동하는 원수 또는 농축수가 투과수 이송관(240)으로 흘러들어가지 못하도록 표면은 밀폐되어 있는 반면, 투과수는 통과할 수 있도록 양측 단부와 내부는 비어 있다. 물론 연결관(250)을 생략하는 대신에, 투과수 이송관(240)의 양측 단부 소정 길이를 밀폐관으로 형성시키는 것도 가능하다.
계속해서, 투과수 측정수단(300)에 관하여 설명하기로 한다. 투과수 측정수단(300)은 투과수의 수질을 측정하기 위한 것으로, 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)에서부터 투과수 이송관(240)까지 연장되며, 투과수 이송관(240)을 통해 원하는 위치까지 이동시킬 수 있다.
일예로 제1 캡부(120)와 접하고 있는 첫 번째 필터에서 여과된 투과수의 수질을 측정할 시에는 A지점까지 삽입하고(도 2 참조), 첫 번째 필터에서 여과된 투과수와 두 번째 필터에서 여과된 투과수가 혼합된 투과수의 수질을 측정할 시에는 B지점까지 삽입한다(도 3 참조).
여기서, 투과수 측정수단(300)은 도 5에 도시한 바와 같이 각 지점에서의 투과수를 샘플링하여 외부에서 수질측정, 일예로 염분농도를 측정할 시에는 도 5(a)와 같은 내부가 비어 있는 가늘고 긴 원통관으로 이루어진 채수봉(310)일 수 있고, 각 지점에서 바로 측정할 시에는 도 5(b)와 같이 일측 끝단부에 센서(321)가 부착되어 있는 측정봉(320)을 사용할 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 제1 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치의 사용방법에 관해 간단히 설명하면, 제1 캡부(120)의 원수 유입구(121)를 통해 원수가 유입된 후, 각 필터모듈(200)의 필터(230)에 의해 불순물이 제거되어 투과수는 투과수 이송관(240)으로 집수된 후 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)로 이동한다. 반면 필터(230)를 투과되지 못한 농축수, 즉 불순물이 포함된 원수는 제2 캡부(130)의 농축수 출구(132)를 통해 배출된다. 그리고 소정 시간 간격으로 투과수 측정수단(300)을 A지점과 B지점까지 삽입하여 각 지점의 투과수 수질을 측정하고, 또 투과수 출구(132)에서 배출되는 투과수 수질은 계측기를 통해 함께 측정한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측장치 모식도로서, 측정수단이 A지점에 위치하는 경우이고, 도 7은 측정수단이 B지점에 위치하는 경우이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 오염도 예측장치에서는, 하나의 베셀(100)에 하나의 필터모듈(200)이 구비되며, 각 베셀(100)이 다수개 직렬로 연결되어 있는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일 내지 유사하므로 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.
따라서 제2 실시예에서의 투과수 수질은 각 베셀(100)에 수납되어 있는 투과수를 측정하게 된다.
다음은 본 발명의 오염도 예측장치를 사용하여 역삼투막의 오염도를 예측하는 방법에 관하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측방법 순서도로서, 도 2 및 3을 참조하면서 설명한 제1 실시예에 따른 역삼투막 오염도 예측장치를 사용하여 오염도를 예측하는 방법이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 오염도 예측방법은, 소정 시간 간격으로 X1을 측정하는 제1 단계, 소정 시간 간격으로 X2를 측정하는 제2 단계, 소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계, 상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X1과의 관계식을 얻는 제4 단계, 상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X2와의 관계식을 얻는 제5 단계, 상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 X1, X2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계, 상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YME 관계식을 얻는 제7 단계, 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계, 및 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체를 준비하는 제9 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, X1은 첫 번째 필터모듈(A)의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, X2는 두 번째 필터모듈(B)의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YME는 베셀의 투과수 염분농도 예측치이다.
제1 단계 내지 제3 단계는 A지점, B지점 그리고 베셀(100)에 수납되어 있는 모든 필터(230)들의 투과수가 혼합된 상태인 투과수의 염분농도를 실제로 측정하는 단계이다.
제4 단계 및 제5 단계는 제1 단계 및 제2 단계 각각에서 투과수를 측정한 시점과 해당 시점에서의 염분 농도와의 관계식, 즉 여과시간에 따른 각 지점(A, B)에서의 염분농도 예측식을 도출하는 단계이다.
제6 단계에서는 제1 단계와 제2 단계 각각에서 측정한 염분 농도, 그리고 제3 단계에서 측정한 베셀의 투과수 염분농도와의 관계식, 즉 각 지점(A, B)과 베셀의 투과수 염분농도와의 예측식을 도출하는 단계이다.
제7 단계에서는 여과시간에 따른 각 지점(A, B)에서의 염분농도 예측식과, 각 지점(A, B)과 베셀의 투과수 염분농도와의 예측식으로부터 여과시간에 따른 베셀의 투과수 염분농도를 예측하는 식을 도출하는 단계이다.
제8 단계에서는 제7 단계에서 도출된 예측식으로부터 여과시간에 따라 베셀의 투과수 염분농도가 어느 정도까지 증가하는지, 즉 필터(230)의 오염으로 인해 투과수의 염분농도가 얼마까지 증가하는지 오염도를 예측하는 것이 가능하다.
마지막 제9 단계에서는 필터(230)가 오염되어 더 이상 여과공정을 진행하기 곤란하다고 판단하는 시점을 예측하고, 해당 시점에 도달하면 화학약품으로 필터(230)를 세정할 준비를 하거나 필터(230)를 교체할 수 있도록 준비하는 단계이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 역삼투막의 오염도 예측방법 순서도로서, 도 6 및 7을 참조하면서 설명한 제2 실시예에 따른 역삼투막 오염도 예측장치를 사용하여 오염도를 예측하는 방법이다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 오염도 예측방법은, 소정 시간 간격으로 YM1을 측정하는 제1 단계, 소정 시간 간격으로 YM2를 측정하는 제2 단계, 소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계, 상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM1과의 관계식을 얻는 제4 단계, 상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM2와의 관계식을 얻는 제5 단계, 상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 YM1, YM2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계, 상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YEF 관계식을 얻는 제7 단계, 상기 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계, 및 역삼투막의 약품세정 또는 교체를 결정하는 제9 단계를 포함하여 이루어진다.
여기서, YM1은 첫 번째 베셀(A′)의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YM2는 두 번째 베셀(B′)의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 마지막 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YEF는 마지막 베셀 투과수의 염분농도 예측치이다.
제1 단계 내지 제3 단계는 A′지점, B′지점 그리고 각 베셀(100)에 수납되어 있는 모든 필터(230)들의 투과수가 혼합된 상태인 투과수의 염분농도를 실제로 측정하는 단계이다.
제4 단계 및 제5 단계는, 제1 단계 및 제2 단계 각각에서 투과수를 측정한 시점과 해당 시점에서의 염분 농도와의 관계식, 즉 여과시간에 따른 각 지점(A′, B′)에서의 염분농도 예측식을 도출하는 단계이다.
제6 단계에서는 제1 단계와 제2 단계 각각에서 측정한 염분 농도, 그리고 제3 단계에서 측정한 베셀의 투과수 염분농도와의 관계식, 즉 각 지점(A′, B′)과 마지막 베셀의 투과수 염분농도와의 예측식을 도출하는 단계이다.
제7 단계에서는 여과시간에 따른 각 지점(A′, B′)에서의 염분농도 예측식과, 각 지점(A′, B′)과 마지막 베셀의 투과수 염분농도와의 예측식으로부터 여과시간에 따른 마지막 베셀의 투과수 염분농도를 예측하는 식을 도출하는 단계이다.
제8 단계에서는 제7 단계에서 도출된 예측식으로부터 여과시간에 따라 마지막 베셀의 투과수 염분농도가 어느 정도까지 증가하는지, 즉 필터(230)의 오염으로 인해 투과수의 염분농도가 얼마까지 증가하는지 오염도를 예측하는 것이 가능하다.
마지막 제9 단계에서는 필터(230)가 오염되어 더 이상 여과공정을 진행하기 곤란하다고 판단하는 시점을 예측하고, 해당 시점에 도달하면 화학약품으로 필터(230)를 세정할 준비를 하거나 필터(230)를 교체할 수 있도록 준비하는 단계이다.
상기와 같은 역삼투막의 오염도 예측방법을 보다 상세하게 설명하기 위하여 실시예 3과 같은 실험을 하였다.
(제1 단계 내지 제3 단계) 아래 표 1과 같이 여과 시간에 따라 각 지점별 염분 농도를 측정하였다.
각 지점별 및 측정 시점별 염분 농도(TDS, Total Dissolved Solids) 측정결과
측정 시점(t) YMF(ppm) X1(ppm) X2(ppm)
여과 시작 시점(0) 101.2 59.0 65.3
0.1년경과 시점(0.1) 107.5 67.2 73.2
0.2년경과 시점(0.2) 112.2 73.3 79.1
(제4 단계 내지 제6 단계) 표 1의 결과로부터 아래와 같은 예측식을 도출하였다.
X1 = 59 + 31.87(1 - exp(-2.975t)) (식 1)
X2 = 65.31 + 30.52(1 - exp(-2.992t)) (식 2)
YMF = 115.9 + 7.483X1 - 6.985X2 (식 3)
(제7 단계) 식 1 및 식 2를 식 3에 대입하여 아래 식 4와 같은 시간에 따른 YME 관계식으로 정리하였다.
YME = 115.9 + 7.483(59 + 31.87(1 - exp(-2.975t))) - 6.985(65.31 + 30.52(1 - exp(-2.992t))) (식 4)
그리고 0.3년, 0.4년 및 0.5년 경과한 시점에서 측정한 염분 농도(0.3년 경과시점 114.92ppm, 0.4년 경과시점 119.0ppm, 0.5년 경과시점 121.13ppm)와 (식 4)와의 관계를 도 10에 나타내었다.
도 10에서 알 수 있듯이, 여과 초기에 투과수를 단기적으로 수회만 측정하여도 여과 시간에 따른 베셀 투과수 염분의 장기적인 농도를 예측할 수 있어, 필터의 화학약품 세정시기 또는 교체해야 하는 시점의 예측이 가능한 것으로 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100 : 베셀
110 : 베셀 하우징
120 : 제1 캡부
121 : 원수 유입구
130 : 제2 캡부
131 : 농축수 출구 132 : 투과수 출구
200 : 필터모듈
210 : 필터모듈 하우징
220 : 필터모듈 실링부
221 : 제1 개구부 222 : 제2 개구부
230 : 필터
240 : 투과수 이송관
241 : 통공
250 : 연결관
300 : 투과수 측정수단
310 : 채수봉
320 : 측정봉
321 : 센서

Claims (8)

  1. 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 베셀 하우징(110), 베셀 하우징(110) 일측 단부에 결합되어 원수를 상기 베셀 하우징(110) 내부로 유도하기 위한 원수 유입구(121)가 구비된 제1 캡부(120), 및 상기 제1 캡부(120)와 마주보면서 베셀 하우징(110) 타측 단부에 결합되며, 농축수 출구(131)와 투과수 출구(132)가 구비된 제2 캡부(130)를 포함하는 베셀(100);
    상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하며, 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 필터모듈 하우징(210), 제1 개구부(221)와 제2 개구부(222)가 구비된 상기 필터모듈 하우징(210) 양측 단부에 고정된 한 쌍의 필터모듈 실링부(220), 상기 필터모듈 하우징(210) 내부에 위치하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 투과수와 농축수로 분리하는 필터(230), 및 상기 필터(230)에 의해 분리된 투과수가 이동하는 경로를 제공하는 투과수 이송관(240)을 포함하는 필터모듈(200); 및
    상기 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)에서부터 상기 투과수 이송관(240)까지 연장된 투과수 측정수단(300)을 포함하되,
    상기 투과수 측정수단(300)은 투과수를 소정량 샘플링하기 위한 내부가 비어 있는 채수봉(310)인 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측장치.
  2. 삭제
  3. 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 베셀 하우징(110), 베셀 하우징(110) 일측 단부에 결합되어 원수를 상기 베셀 하우징(110) 내부로 유도하기 위한 원수 유입구(121)가 구비된 제1 캡부(120), 및 상기 제1 캡부(120)와 마주보면서 베셀 하우징(110) 타측 단부에 결합되며, 농축수 출구(131)와 투과수 출구(132)가 구비된 제2 캡부(130)를 포함하는 베셀(100);
    상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하며, 소정 길이와 내경으로 이루어지며 내부가 비어 있는 필터모듈 하우징(210), 제1 개구부(221)와 제2 개구부(222)가 구비된 상기 필터모듈 하우징(210) 양측 단부에 고정된 한 쌍의 필터모듈 실링부(220), 상기 필터모듈 하우징(210) 내부에 위치하여 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 투과수와 농축수로 분리하는 필터(230), 및 상기 필터(230)에 의해 분리된 투과수가 이동하는 경로를 제공하는 투과수 이송관(240)을 포함하는 필터모듈(200); 및
    상기 제2 캡부(130)의 투과수 출구(132)에서부터 상기 투과수 이송관(240)까지 연장된 투과수 측정수단(300)을 포함하되,
    상기 투과수 측정수단(300)은 투과수의 수질을 측정할 수 있는 센서(321)가 부착된 측정봉(320)인 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베셀 하우징(110) 내부 공간부에 위치하는 필터모듈(200)은 제1 캡부(120)에서 제2 캡부(130) 방향으로 순차적으로 직렬 연결된 6개 이상이고, 상기 투과수 측정수단(300)은 제1 캡부(120)와 접하는 첫 번째 필터모듈 및/또는 상기 첫 번째 필터모듈과 접하는 두 번째 필터모듈의 투과수 이송관까지 연장된 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 베셀(100)은 직렬로 연결된 4개 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측장치.
  6. 제4항에 기재된 역삼투막의의 오염도 예측장치를 이용하여, 오염도를 예측하는 방법에서 있어서, 아래의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측방법.
    소정 시간 간격으로 X1을 측정하는 제1 단계;
    소정 시간 간격으로 X2를 측정하는 제2 단계;
    소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계;
    상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X1과의 관계식을 얻는 제4 단계;
    상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 X2와의 관계식을 얻는 제5 단계;
    상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 X1, X2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계;
    상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YME 관계식을 얻는 제7 단계; 및
    상기 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계를 포함하되,
    X1은 첫 번째 필터모듈의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, X2는 두 번째 필터모듈의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YME는 베셀의 투과수 염분농도 예측치.
  7. 제5항에 기재된 역삼투막의 오염도 예측장치를 이용하여, 오염도를 예측하는 방법에서 있어서, 아래의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막의 오염도 예측방법.
    소정 시간 간격으로 YM1을 측정하는 제1 단계;
    소정 시간 간격으로 YM2를 측정하는 제2 단계;
    소정 시간 간격으로 YMF를 측정하는 제3 단계;
    상기 제1 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM1과의 관계식을 얻는 제4 단계;
    상기 제2 단계에서 얻어진 결과로부터 시간과 YM2와의 관계식을 얻는 제5 단계;
    상기 제1 단계에서 얻어진 결과, 제2 단계에서 얻어진 결과, 및 상기 제3 단계에서 얻어진 결과로부터 YM1, YM2 및 YMF와의 관계식을 얻는 제6 단계;
    상기 제4 단계와 제5 단계에서 얻어진 관계식을 상기 제6 단계에서 얻어진 관계식에 대입하여, 시간에 따른 YEF 관계식을 얻는 제7 단계; 및
    상기 제7 단계에서 얻어진 관계식으로부터 역삼투막의 화학약품세정 또는 교체시점을 예측하는 제8 단계를 포함하되,
    YM1은 첫 번째 베셀의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YM2는 두 번째 베셀의 투과수 이송관에서 측정한 염분농도, YMF는 마지막 베셀의 투과수를 측정한 염분농도, YEF는 마지막 베셀 투과수의 염분농도 예측치.
  8. 삭제
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