KR102082802B1 - 고압펌프 가동률을 이용한 하수재이용 및 정수처리 ro 시스템의 제어 방법 - Google Patents

고압펌프 가동률을 이용한 하수재이용 및 정수처리 ro 시스템의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 막여과부를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, (d) 상기 제어부(200)가 상기 예상 펌프 가동률의 산정식에 상기 실제 운영 정보를 대입하여 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 산출하는 단계; (e) 상기 제어부(200)가 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)을 산출하는 단계; (f) 상기 제어부(200)가 기설정된 방법으로 운영 인자별 가중치를 산출하는 단계; (g) 상기 제어부(200)가 상기 운영 인자별 가중치를 이용해 기설정된 방법으로 2차 예상 펌프 가동률(PA2)들을 운영 인자별로 각각 산출하는 단계; (h) 상기 제어부(200)가 상기 2차 예상 펌프 가동률(PA2)들을 기설정된 방법으로 수온으로 인한 영향 값(A2)과 삼투압으로 인한 영향 값(A3)으로 산출하는 단계; (i) 상기 제어부(200)가 상기 산출된 전처리 필터, 수온, 및 삼투압에 의한 영향 값(A1, A2, A3)과 초기 예상 펌프 가동률을 이용하여 기설정된 방법으로 막오염으로 인한 영향 값(A4)을 산출하는 단계; (j) 상기 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 막여과부의 세척을 위한 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법.

Description

고압펌프 가동률을 이용한 하수재이용 및 정수처리 RO 시스템의 제어 방법{Control method of sewage reuse and water treatment RO system using high pressure pump operation rate}
본 발명은 막여과부를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌프 가동률을 상승시키는 구체적인 원인을 파악하여 솔루션을 제공할 수 있는 것이며, 고압 펌프 가동률 상승 원인 인자에 따라 각각 상이한 제어 방법을 제공할 수 있는 수처리 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
상수원의 오염이 심각해짐에 따라 정수수질에 대한 관심이 높아지고 고도정수처리에 대한 요구가 증가하여 기존의 수처리 시스템에 대한 보완이나 새로운 공정의 도입이 시도되고 있다. 하지만, 기존의 수처리 시스템의 보완이나 새로운 고도 정수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보를 포함하여 많은 어려움이 뒤따르고 있다. 이에 따라 최근에는 안정된 수질뿐만 아니라 운전 및 유지관리가 용이한 막여과를 이용하는 수처리 시스템이 제시되고 있다.
막여과 방법은 선택적 투과기능을 갖는 분리막(membrane)을 이용하여 원수 내의 오염물질을 분리하는 방법으로서, 분리막에는 미세기공이 형성되어 있다.
이 중 역삼투 분리막을 사용하는 정수처리 시스템의 경우, 정수처리를 위해 역삼투(Reverse Osmosis, RO) 분리막을 사용하는 것으로, 역삼투 분리막을 통과한 원수 중 일부는 여과되어 처리수로서 배출되고, 나머지는 용존 불순물을 포함하는 농축수로서 배출된다.
분리막을 사용하는 정수처리 시스템은 모래여과부를 포함하지 않아, 모래여과부를 포함하는 수처리 시스템 대비, 응집제 등 세정약품을 사용량이 적기 때문에 친환경적인 처리가 가능하고, 소요되는 부지면적을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
그러나, 역삼투 막여과 공정을 이용한 정수처리 방법은 상기와 같은 장점과 함께 처리수를 생산하기 위한 고압을 필요로 하기 때문에 많은 전력을 필요로 하는 단점이 있었다.
특히, 고압 펌프에 의해 많은 전력이 요구되는데, 많게는 역삼투 정수처리 시스템에서의 총 전력 사용량 중 70%까지 차지할 정도였다.
일반적으로 역삼투 분리막 표면의 오염을 판단하는 지표는 압력, 처리수 수질, 유입압력과 유출압력 차이 등을 이용할 수 있다, 일반적으로 역삼투 분리막 표면의 오염을 판단하는 지표로서 고압 펌프의 압력이 사용되었다. 이 경우, 압력 상승률을 판단하여 측정된 고압펌프의 압력이 설정된 압력에 도달하면 역삼투 분리막에 약품세척을 수행하였다.
그러나, 고압펌프의 압력은 원수의 수질, 유입유량, 수온, 고압펌프 전처리부의 수리학적 영향 등으로 인해 변동될 수 있어 분리막 오염원에 의한 압력 상승률만을 판단하기가 어려워 불필요한 약품세척 횟수가 잦아졌다.
이에, 분리막 오염원으로 인한 분리막의영향 값만을 정확히 판단할 필요가 있었다.
관련 특허공보를 살펴본다.
한국 등록특허공보 제10-1156592호는 여과 방식의 수처리 설비의 운영 장치 및 방법에 관한 것으로, 펌프의 전력변화로 운영손실지수를 산출하고, 막여과부의 세정시점을 운영손실지수로 결정하도록 세정장치 및 여과펌프를 제어하는 점이 개시된다. 그러나, 펌프의 단순 전력 변화로 막여과부의 세척여부를 판단하는 것이어서, 불필요한 세척 횟수가 증가하는 문제가 여전했다.
한국 등록특허공보 제10-1519079호는 오염물질 데이터 베이스 기반 수처리 분리막 공정의 가변운전 시스템 및 방법에 관한 것으로, 오염물질 종류 및 농도, 물질전달상수 및 확산계수별로 등급화된 오염물질 데이터 베이스에 근거하여 유입수 오염물질의 종류와 농도, 공정 회수율 및 에너지 소비율에 따라 나노 필터 또는 역삼투 필터 공정을 간헐 운전이나 연속 운전을 지속하되 운전 플럭스가 가변 제어되도록 가압 압력을 자동으로 제어하는 점이 개시된다. 그러나, 가압 압력 제어를 통해 가변적으로 운영하는 방식이기 때문에 경제적이지 못했다.
한국 등록특허공보 제10-1815932호는 고압 정유량 실린지펌프와 여과막을 이용한 다채널 막오염지수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 고압 정유량 실린지펌프와 여과막을 이용한 다채널 막오염지수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 펌프의 후단에 위치하는 압력센서 및 압력센서의 후단에 위치하는 여과막이 개시된 막오염지수 측정 시스템 및 그 방법이 개시된다. 그러나, 막오염지수만을 고려할 뿐 복합적으로 발생하는 오염 물질 원인 외의 원인으로 인해 발생하는 운영 인자들의 영향 값 까지는 고려하지 못했다.
KR 10-1156592 B1 KR 10-1519079 B1 KR 10-1815932 B1 CN 200961108 Y CN 002344399 Y
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
고압 펌프 가동률에 영향을 주는 영향인자들 각각의 정확한 영향 값을 산출하여 막여과부의 불필요한 세척 횟수를 최소화하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 막여과부(130); 상기 막여과부(130)의 전단에 위치하는 전처리 필터(120); 상기 막여과부(130)와 상기 전처리 필터(120)의 사이에 위치하는 고압 펌프; 상기 막여과부(130) 의 전단에 위치하는 압력 센서; 상기 고압 펌프에 연결되는 인버터; 상기 막여과부(130)의 배출 라인에 위치하는 유량계와 수질계측기; 및 상기 압력 센서, 상기 수질계측기, 상기 인버터, 및 상기 유량계와 전기적으로 연결되는 제어부(200)를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법에 있어서, (a) 제어부(200)가 상기 압력 센서, 상기 수질계측기, 상기 인버터, 및 상기 유량계로부터 상기 수처리 시스템의 초기 정보를 수집하는 단계; (b) 상기 제어부(200)가 상기 초기 정보를 이용해 예상 펌프 가동률의 산정식을 도출하는 단계; (c) 상기 제어부(200)가 실제 운영 정보를 수집하는 단계; (d) 상기 제어부(200)가 상기 예상 펌프 가동률의 산정식에 상기 실제 운영 정보를 대입하여 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 산출하는 단계; (e) 상기 제어부(200)가 상기 1차 예상 펌프 가동률(PA1)과 상기 실제 운영 정보 중 실제 펌프 가동률을 이용하여 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)을 산출하는 단계; (f) 상기 제어부(200)가 상기 초기 정보와 상기 실제 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 운영 인자별 가중치를 산출하는 단계; (g) 상기 제어부(200)가 상기 운영 인자별 가중치를 이용해 기설정된 방법으로 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 운영 인자별로 각각 산출하는 단계; (h) 상기 제어부(200)가 상기 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 기설정된 방법으로 수온으로 인한 영향 값(A2)과 삼투압으로 인한 영향 값(A3)으로 산출하는 단계; (i) 상기 제어부(200)가 상기 산출된 전처리 필터, 수온, 및 삼투압에 의한 영향 값(A1, A2, A3)과 초기 예상 펌프 가동률을 이용하여 기설정된 방법으로 막오염으로 인한 영향 값(A4)을 산출하는 단계; (j) 상기 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 막여과부의 세척을 위한 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및 (j1) 상기 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단하면, 막여과부(130)를 세척하는 단계를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 (j)단계 이후에, (k) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 이하이되, 상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및 (k1) 상기 제어부(200)가 상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합을 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단하면, 상기 전처리 필터(120)를 교체하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (k) 단계 이후에, (l) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 기준 이하이되, 상기 수온으로 인한 영향 값(A2)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및 (l1) 상기 제어부(200)가 상기 수온으로 인한 영향 값(A2)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단되면, 열교환기를 이용해 상기 수처리 시스템의 온도를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (l) 단계 이후에, (m) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 이하이되, 상기 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및 (m1) 상기 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우, 상기 고압 펌프의 가동률을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계 이후에, (b1) 상기 제어부(200)가 상기 도출된 예상 펌프 가동률의 산정식과 상기 초기 세팅 정보와 상기 초기 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 상기 고압 펌프의 최적의 가동 범위를 도출하는 단계; 및 (b2) 상기 제어부(200)가 상기 도출된 최적의 가동 범위로 상기 수처리 시스템을 가동시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 예상 펌프 가동률의 산정식은 상기 초기 운영 정보 중 펌프 가동률과 유입 압력의 상관성을 이용해 도출되는 산정식인 것이 바람직하다.
또한, 상기 (b1) 단계에서, 상기 고압 펌프의 최적의 가동 범위는 상기 펌프 가동률과 상기 전력소비량 및 이를 통해 도출 가능한 펌프효율의 상관관계를 이용해 도출되는 그래프를 이용하여 도출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계에서, 상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)은, 상기 실제 펌프 가동률에서 상기 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 뺀 후 절대값으로 변환하여 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기설정된 한계 값은 30% 내지 50% 범위에서 설정되는 값인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 이용해 수처리 시스템을 가동할 경우, 고압 펌프 가동률에 영향을 주는 영향인자들 각각의 정확한 영향 값을 산출하여 막여과부의 불필요한 세척 횟수를 최소할 수 있다.
본 발명에 따른 수처리 시스템의 운영 방법에 의해 세척 횟수가 최소화 됨에 따라 세척공정에 필요한 운영비를 적어도 30%에서 50%까지 절감시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 구현하기 위한 수처리 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법의 순서도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 수처리 시스템의 초기 정보를 개략적으로 나타낸 표이다.
도 4는, 도 3에 개시된 수처리 시스템의 초기 정보들의 상관성에 의해 도출된 그래프이다.
도 5는, 본 발명에 따른 제어 방법을 이용해 최적의 고압 펌프 가동 범위를 도출하기 위해, 도 3에 개시된 수처리 시스템의 초기 정보들과 도 4에 개시된 그래프에 의해 도출된 산정식에 의해 산출된 펌프가동률 및 펌프효율에 의해 도출된 그래프이다.
도 6은, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 수처리 시스템의 실제 운영 정보 및 의 운영 정보에 따른 운영 예시를 나타낸 표이다.
도 7 내지 도 10는, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 다른 운영 예시를 나타낸 표이다.
도 11은, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 설비가 디스플레이된 디스플레이부의 일 예이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 펌프 가동률을 이용한 수처리 시스템의 제어 방법을 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.
수처리 시스템
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 제어 방법을 구현하기 위한 수처리 시스템을 설명한다.
고압 펌프에 의해 운영이 가능한 막여과부(130)을 포함하는 수처리 시스템이라면 제한되지 않는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 시스템은 피처리수 저장부(110), 전처리 필터(120), 막여과부(130), 처리수 탱크(140), 및 농축수 탱크(150)를 포함한다.
피처리수 저장부(110)에 피처리수가 저류된다.
전처리 필터(120)의 전단에 위치하는 펌프에 의해 피처리수가 전처리 필터(120)로 공급된다.
막여과부(130)은 전단에 위치하는 고압 펌프에 의해 전처리 필터(120)에 의해 처리된 전처리수를 공급받는다.
즉, 고압 펌프는 막여과부(130)와 전처리 필터(120)의 사이에 위치하는 것이다.
막여과부(130)와 처리수 탱크(140) 사이에 세척부(134)가 위치한다.
세척부(134)에는 막여과부(130)의 세척을 위한 약품이 저장된다. 후술할 제어부(200)로부터 세척 신호가 인가되면 세척부(134)의 약품이 처리수 탱크(140)의 처리수와 함께 막여과부(130)으로 재공급됨으로써 세척될 수 있는 것이다.
처리수 탱크(140)에 막여과부(130)를 통해 여과되어 처리된 처리수가 저장된다.
농축수 탱크(150)에는 막여과부(130)에서 처리수를 생산하며 발생되는 농축수가 저장된다.
압력 센서는 막여과부(130) 전단에 위치하여, 막여과부(130) 전단의 압력을 센싱한다.
인버터는 고압 펌프에 연결되어 고압 펌프의 가동률을 계측한다. 원수 수질 계측을 위한 AIT 전기 전도도계를 포함하며, 이에 따라 전기 전도도 값에 따라 삼투압 정보 산출할 수 있게 된다.
수질계측기와 유량계는 막여과부(130)의 배출 라인에 위치한다.
수질계측기는 종래에 사용되는 계측기로, 종류가 한정되지 않으며, 수처리 시스템의 라인에 설치되어, pH. DO, COD, 전도도, MLSS, 등, 함께 구비되는 계측 수단(인버터, 압력센서 등)들과 중복되지 않는 항목들을 계측할 수 있다.
제어부(200)는 압력 센서, 수질계측기, 인버터, 유량계와 전기적으로 연결되어, 막여과부(130)를 포함하는 수처리 시스템의 운영 정보를 수집한다.
다른 실시예에서, 제어부(200)와 연결되는 디스플레이부(미도시)를 더 포함하여, 제어부(200)에 의해 산출 및 도출된 제어 정보가 공정 작업자에 제공될 수 있다(도 11 참조). 예를 들면, 전처리 필터로 인한 영향 값(A1), 수온으로 인한 영향 값(A2), 및 삼투압으로 인한 영향 값(A3), 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 디스플레이의 대상이 될 수 있다. 일 예로, 도 6 내지 도 10의 표가 디스플레이부를 통해 제공되거나, 도 10과 같이 공정도 전체에 대한 정보가 디스플레이될 수 있다. 디스플레이부의 종류는 화면을 가진 장치라면 제한되지 않을 것이며, 예를 들면, 단말기, 모니터 등일 수 있다.
제어 방법
도 2 내지 도 6을 더 참조하여 본 발명에 따른 펌프 가동률을 이용한 수처리 시스템의 제어 방법을 설명한다.
먼저, 제어부(200)가 수처리 시스템 내에 위치하는 압력 센서, 수질계측기, 인버터, 및 유량계로부터 초기 정보를 수집하는 단계가 수행된다.
제어부(200)가 초기 정보를 수집하여 데이터 베이스화하여 저장하는 것이다. (도 3 참조)
초기 정보는 초기 세팅 정보와 초기 운영 정보를 포함한다.
초기 세팅 정보는 회수율, 수온, 유입수 전기 전도도, 유입수 TDS(Total Dissolved Solids), 농축수 TDS, 삼투압 등을 포함할 수 있다.
초기 운영 정보는 시스템 운영을 통해 실측된 정보로, 유입수 유량, 생산수 유량, 유입수 압력, 농축수 압력, 펌프 가동률, 수온, 전기전도도, 전력량, 삼투압 등을 포함하고 이를 통해 구할 수 있는 연산 정보, 예를 들면 유입수 압력과 농축수 압력의 차압, TMP(Trans Membrane Pressure), TMP@25℃, 투과성(Permeability), 투과성@25℃, 삼투압고려 운영압력, 톤당전력량 등을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 제어부(200)가 초기 세팅 정보 및 초기 운영 정보를 이용해 예상 펌프 가동률의 산정식을 도출하는 단계가 진행된다.
제어부(200)가 초기 운영 정보 데이터 베이스를 토대로 운영 인자들과 펌프 가동률과의 상관관계를 이용해 산정식을 도출하는 것이다. 산정식을 도출하는 방법은 제한되지 않으며, 본 실시예에서는 초기 세팅 정보 및 초기 운영 정보 중 펌프 가동률과 유입수 압력의 상관성을 그래프화하여 산정식을 도출하였다. (도 4 참조)
이 후, 제어부(200)가 도출된 예상 펌프 가동률의 산정식과 초기 세팅 정보와 초기 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 고압 펌프의 최적의 가동 범위를 도출하는 단계가 진행된다. (도 5 참조)
구체적으로, 펌프 가동률과 전력소비량 및 펌프효율의 상관관계를 이용해 도출되는 그래프를 이용해 고압 펌프의 최적의 가동 범위를 도출하는 것이다.
펌프 효율은 유입 압력, 전력 소모량, 및 유입 유량을 이용해 산출하고, 펌프 가동률은 유입 압력을 이용해 산출할 수 있다.
이 후, 제어부(200)가 도출된 최적의 가동 범위로 수처리 시스템을 가동시키는 단계가 진행된다.
다음으로, 제어부(200)가 실제 운영 정보를 수집하는 단계가 진행된다.
실제 운영 정보는 최적의 가동 범위로 가동된 수처리 시스템의 운영 후에 수집되는 운영 정보로, 초기 세팅 정보 및 초기 운영 정보에서 생산 유량과 실제 펌프 가동률을 더 포함하는 정보일 수 있다.
다음으로, 제어부(200)가 예상 펌프 가동률의 산정식에 실제 운영 정보를 대입하여 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 산출하는 단계가 진행된다.
예상 펌프 가동률의 산정식에 실제 운영 정보 중 유입수 압력의 정보를 산정식에 대입하여 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 산출한다.
도 6을 참조하여 일 실시예를 설명하면, 도출된 예상 펌프 가동률의 산정식에 실제 운영 정보인 유입수 압력 값을 대입하여, 예상펌프 가동률 83.4%를 구한다.
다음으로, 제어부(200)가 1차 예상 펌프 가동률(PA1)과 실제 운영 정보를 중 실제 펌프 가동률을 이용하여 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)을 산출하는 단계가 진행된다.
제어부(200)가 1차 예상 펌프 가동률(PA1)과 실제 운영 정보 중 실제 펌프 가동률과의 차이를 산출하는 것이며, 구체적으로, 실제 펌프 가동률에서 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 뺀 후 절대값으로 변환하여 산출하는 것이다.
도 6을 참조하여 일 실시예를 설명하면, 예상펌프 가동률 83.4%과 실펌프 가동률85%의 차이 값을 절대값화하여 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)인 1.6%를 구한다.
다음으로, 제어부(200)가 초기 정보와 실제 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 운영 인자별 가중치를 산출하는 단계가 진행된다.
초기 정보 중 초기 삼투압 정보 및 기준 투과도 정보를 이용하고, 실제 운영 정보는 수온 정보, 삼투압 정보, 및 막간차압을 이용해 기설정된 방법으로 운영 인자별 가중치를 산출하는 것이다.
기설정된 방법은 운영 인자 별로 상이하며, 운영 인자별 가중치는 운영 인자 영향이 반영된 유입수 압력으로, 현황, 이상적 운영조건, 수온, 기준 삼투압, 현재 삼투압, 전처리필터 등의 기설정된 운영 인자이다. 즉, 운영 인자별 가중치는 기설정된 운영 인자들의 영향을 기설정된 방법으로 각각 반영하여 산출한 유입수 압력이다. (도 6의 유입압 부분 참조)
다음으로, 제어부(200)가 운영 인자별 가중치를 이용해 기설정된 방법으로 운영 인자별 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 산출하는 단계가 진행된다.
1차 예상 펌프 가동률(PA1) 및 2차 예상 펌프 가동률(PA2)의 단위는 헤르츠(Hz) 변화량을 %로 산출한 것이며, 일 실시예에서는 하루 가동량의 헤르츠(Hz) 변화량을 %로 산출하였다.
구체적으로, 운영 인자별 가중치를 예상 펌프 가동률의 산정식에 대입하여 각각의 예상펌프 가동률을 산출한다. 즉, 현황, 이상적 운영조건, 수온, 기준 삼투압, 현재 삼투압 및 전처리필터에 따른 가중치가 반영된 유입압을 각각 산정식에 대입하여 각각의 예상펌프 가동률로서 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 산출하는 것이다. (도 6 참조)
다음으로, 제어부(200)가 2차 예상 펌프 가동률(PA2)들을 기설정된 방법으로 수온으로 인한 영향 값(A2)과 삼투압으로 인한 영향 값(A3)으로 산출하는 단계가 진행된다.
수온으로 인한 영향 값(A2)은 이상적 운영 조건에 의한 운영 인자별 가중치와 수온에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률을 이용해 산출한다. 일 실시예에서는 수온에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률에서 이상적 운영 조건에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률을 감하여 산출하였다.
도 6을 참조하여 일 실시예를 설명하면, 수온에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률인 60.3%에서 이상적 운영 조건에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률인 51.6%를 감하여 산출된 8.7%가 수온으로 인한 영향 값(A2)인 것이다.
삼투압으로 인한 영향 값(A3)은 기준 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치와 현재 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률을 이용해 산출한다. 일 실시예에서는 현재 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률에서 기준 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률을 감하여 산출하였다.
도 6을 참조하여 일 실시예를 설명하면, 현재 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률인 66.4%에서 기준 삼투압에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률인 63.5%을 감하여 산출된 2.9%가 삼투압으로 인한 영향 값(A3)인 것이다.
다음으로, 제어부(200)가 산출된 전처리 필터, 수온, 및 삼투압으로 인한 영향 값(A1, A2, A3)과 초기 예상 펌프 가동률을 이용하여 기설정된 방법으로 막오염으로 인한 영향 값(A4)을 산출하는 단계가 진행된다.
일 실시예에서, 현황에 의한 운영 인자별 가중치에서 산출된 예상펌프 가동률에서 전처리 필터, 수온, 및 삼투압으로 인한 영향 값(A1, A2, A3)과 이상적 운영 조건에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률을 감하여 막오염으로 인한 영향 값(A4)을 산출하였다.
도 6을 참조하여 일 실시예를 설명하면, 현황에 의한 운영 인자별 가중치에서 산출된 예상펌프 가동률 85%에서 전처리 필터, 수온, 및 삼투압으로 인한 영향 값(A1, A2, A3) 1.6%, 8.7%, 2.9%과 이상적 운영 조건에 의한 운영 인자별 가중치에 의해 산출된 예상펌프 가동률인 51.6%을 감하여 산출된 20.1%가 막오염으로 인한 영향 값(A4)인 것이다.
다음으로, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 막여과부 세척을 위한 기설정된 한계 값을 초과했는지 여부를 판단하는 단계가 진행된다.
일 실시예에서, 실제 가동을 통해 기설정된 한계 값을 실험을 통해 도출된 값인 30%, 또는 30% 내지 50% 범위 내에서 선택된 값으로 한정하였으나, 더 적합한 한계 값이 있을 경우, 이에 한정되지 않고, 수처리 시스템 작업자에 의해 변경될 수 있을 것이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 해당 단계에서 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 20.1%이기 때문에 기설정된 한계 값을 초과하지 않는 것으로 판단된다.
이 후, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하면, 막여과부(130)을 세척하는 단계가 진행된다.
도 6을 참조하여 설명하면, 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 20.1%로 기설정된 한계 값을 초과하지 않는 것으로 판단되어, 막여과부(130)의 세척이 진행되지 않는다. 종래의 경우 막오염으로 인한 영향 값(A4)만을 산출하는 것이 불가능하여 모든 영향 인자들의 영향을 받은 압력 또는 부하 값으로 막여과부(130)의 세척을 판단하였다. 예를 들면, 종래에서는, 도 6에 따른 상황에서 한계 값인 30%를 초과한다고 판단하여 불필요한 세척을 수행했던 것이다. 언급한 바와 같이, 막여과부(130)를 세척하기 위해 고압 펌프를 가동함으로써 발생되는 전력량의 소모는 상당했다.
다음으로, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 한계 값 이하이되, 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한지 여부를 판단하는 단계를 수행한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 전처리 필터로 인한 영향 값(A1) 1.6%와 막오염으로 인한 영향 값(A4) 20.1%의 합은 21.7%이어서, 기설정된 한계 값 30% 이하로 판단된다.
이 후, 제어부(200)가 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합을 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하면, 전처리 필터(120)를 교체하는 단계를 수행한다.
다른 실시예에서는, 제어부(200)가 디스플레이 장치를 통해 전처리 필터(120)의 교체 알림 정보를 제공할 수도 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합을 기설정된 한계 값을 초과하지 않은 것으로 판단되므로, 전처리 필터(120)의 교체가 진행되지 않는다.
다음으로, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 기준 이하이되, 수온으로 인한 영향 값(A2)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한지 여부를 판단하는 단계를 수행한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 수온으로 인한 영향 값(A2) 8.7%와 막오염으로 인한 영향 값(A4) 20.1%의 합은 28.8%이어서, 기설정된 한계 값 30% 이하로 판단된다.
이 후, 제어부(200)가 수온으로 인한 영향 값(A2)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단되면, 수온 조절을 위한 설비, 예를 들면 열교환기, 칠러 등의 공정 추가가 필요한지 여부를 공정 관리자가 판단할 수 있도록 경고 신호를 디스플레이부로 전송하는 단계를 수행한다. 이 단계를 통해 공정 관리자가 디스플레이에서 경고 신호를 확인할 수 있게 되어, 온도 조절 설비를 추가하는 등의 조취를 취할 수 있게 된다. 이 후에, 열교환기 또는 증기 등을 이용한 온도 조절 공정이 추가된 공정에선 수온으로 인한 영향 값(A2)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단되면 온도 조절 공정을 이용해 상기 수처리 시스템의 온도를 조절하는 단계를 더 수행한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 수온으로 인한 영향 값(A2)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합을 기설정된 한계 값을 초과하지 않은 것으로 판단되므로, 수처리 시스템 내의 온도 조절은 진행되지 않는다.
다음으로, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 기준 이하이되, 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계를 수행한다.
도 6을 참조하여 설명하면, 삼투압으로 인한 영향 값(A3) 2.9%와 막오염으로 인한 영향 값(A4) 20.1%의 합은 23%이어서, 기설정된 한계 값 30% 이하로 판단된다.
이 후, 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값 초과일 경우, 고압 펌프의 가동률을 조절하는 단계로 진행된다.
고압 펌프 가동률은 고압 펌프의 세팅을 제어하여 가동률을 조절하는 것으로, 예를 들면, 유량을 제어하여 고압 펌프 가동률을 제어할 수 있다.
도 6을 참조하여 설명하면, 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과하지 않은 것으로 판단되므로, 고압 펌프의 가동률 조절은 진행되지 않는다.
운영 예시
도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명에 따른 수처리 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 다른 운영 예시 실시예를 설명한다.
도 7은 전처리 필터를 교체해야 하는 경우이다.
본 발명에 따른 제어 방법의 제어부(200)에 의해 하기와 같이 산출되었다.
본 발명에 따른 제어 방법을 수행하는 제어부(200)에 의해 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)은 9.8%, 막오염으로 인한 영향 값(A4)은 23.6%로 산출되었다.
이 경우, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 한계 값 이하이되, 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한지 여부를 판단하는 단계에서 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하여, 전처리 필터(120)를 교체하는 단계가 수행될 것이다.
도 8는 펌프 가동률을 제어해야하는 경우이다.
본 발명에 따른 제어 방법의 제어부(200)에 의해 하기와 같이 산출되었다.
전처리 필터로 인한 영향 값(A1)은 0.7%, 삼투압으로 인한 영향 값(A3)은 9.7%, 막오염으로 인한 영향 값(A4) 23%로 산출되었다.
이 경우, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 기준 이하이되, 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계에서 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하여, 고압 펌프의 가동률을 조절하는 단계가 수행될 것이다.
도 9은 막여과부(130)를 세척해야하는 경우이다.
본 발명에 따른 제어 방법의 제어부(200)에 의해 하기와 같이 산출되었다.
막오염으로 인한 영향 값(A4)은 33.4%로 산출되었다.
이 경우, 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 막여과부 세척을 위한 기설정된 한계 값을 초과했는지 여부를 판단하는 단계에서 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하여, 막여과부(130)를 세척하는 단계가 수행될 것이다. 일 실시예에서 약품을 첨가한 역세척일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 10는 수처리 시스템 내의 수온을 조절해야 하는 경우이다.
본 발명에 따른 제어 방법의 제어부(200)에 의해 하기와 같이 산출되었다.
수온으로 인한 영향 값(A2)은 17.7%, 막오염으로 인한 영향 값(A4)은 15.7%로 산출되었다.
이 경우, 제어부(200)가 수온으로 인한 영향 값(A2)과 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 기설정된 한계 값을 초과한 것으로 판단하여, 열교환기를 이용해 본 발명의 제어 방법이 적용된 수처리 시스템의 온도를 조절하는 단계가 수행될 것이다.
종래의 제어 방법에 경우 도 7 내지 도 10 모두의 예시에 막여과부 세척이 수행될 것이다. 반면, 본 발명에 따른 제어 방법에서는 도 9을 제외한 예시들에선 막여과부의 세척이 수행되지 않기 때문에, 종래의 제어 방법 대비 30% 내지 50%까지 전력소모량을 줄일 수 있게 된다.
100: 수처리 시스템
110: 피처리수 탱크
120: 전처리 필터
130: 막여과부
134: 세척부
140: 처리수 탱크
150: 농축수 탱크
P1, P2: 펌프
H.P: 고압 펌프
SQ: 유량 센서
SP: 압력 센서

Claims (9)

  1. 막여과부(130);
    상기 막여과부(130)의 전단에 위치하는 전처리 필터(120);
    상기 막여과부(130)와 상기 전처리 필터(120)의 사이에 위치하는 고압 펌프;
    상기 막여과부(130)의 전단에 위치하는 압력 센서;
    상기 고압 펌프에 연결되는 인버터;
    상기 막여과부(130)의 배출 라인에 위치하는 유량계와 수질계측기; 및
    상기 압력 센서, 상기 수질계측기, 상기 인버터, 및 상기 유량계와 전기적으로 연결되는 제어부(200)를 포함하는 수처리 시스템의 제어 방법에 있어서,
    (a) 제어부(200)가 상기 압력 센서, 상기 수질계측기, 상기 인버터, 및 상기 유량계로부터 상기 수처리 시스템의 초기 정보를 수집하는 단계;
    (b) 상기 제어부(200)가 상기 초기 정보를 이용해 예상 펌프 가동률의 산정식을 도출하는 단계;
    (c) 상기 제어부(200)가 실제 운영 정보를 수집하는 단계;
    (d) 상기 제어부(200)가 상기 예상 펌프 가동률의 산정식에 상기 실제 운영 정보를 대입하여 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 산출하는 단계;
    (e) 상기 제어부(200)가 상기 1차 예상 펌프 가동률(PA1)과 상기 실제 운영 정보 중 실제 펌프 가동률을 이용하여 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)을 산출하는 단계;
    (f) 상기 제어부(200)가 상기 초기 정보와 상기 실제 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 운영 인자별 가중치를 산출하는 단계;
    (g) 상기 제어부(200)가 상기 운영 인자별 가중치를 이용해 기설정된 방법으로 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 운영 인자별로 각각 산출하는 단계;
    (h) 상기 제어부(200)가 상기 2차 예상 펌프 가동률(PA2)을 기설정된 방법으로 수온으로 인한 영향 값(A2)과 삼투압으로 인한 영향 값(A3)으로 산출하는 단계;
    (i) 상기 제어부(200)가 상기 산출된 전처리 필터, 수온, 및 삼투압에 의한 영향 값(A1, A2, A3)과 초기 예상 펌프 가동률을 이용하여 기설정된 방법으로 막오염으로 인한 영향 값(A4)을 산출하는 단계;
    (j) 상기 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 막여과부의 세척을 위한 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및
    (j1) 상기 제어부(200)가 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단하면, 막여과부(130)를 세척하는 단계를 포함하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (j)단계 이후에,
    (k) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 이하이되, 상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및
    (k1) 상기 제어부(200)가 상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합을 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단하면, 상기 전처리 필터(120)를 교체하는 단계;를 더 포함하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (k) 단계 이후에,
    (l) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 기설정된 기준 이하이되, 상기 수온으로 인한 영향 값(A2)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및
    (l1) 상기 제어부(200)가 상기 수온으로 인한 영향 값(A2)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우로 판단되면, 열교환기를 이용해 상기 수처리 시스템의 온도를 조절하는 단계;를 더 포함하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (l) 단계 이후에,
    (m) 상기 제어부(200)가 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)이 상기 기설정된 한계 값 이하이되, 상기 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과인지 여부를 판단하는 단계; 및
    (m1) 상기 삼투압으로 인한 영향 값(A3)과 상기 막오염으로 인한 영향 값(A4)의 합이 상기 기설정된 한계 값 초과일 경우, 상기 고압 펌프의 가동률을 조절하는 단계;를 더 포함하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (b) 단계 이후에,
    (b1) 상기 제어부(200)가 상기 도출된 예상 펌프 가동률의 산정식과 상기 초기 정보에 포함되는 초기 세팅 정보와 초기 운영 정보를 이용해 기설정된 방법으로 상기 고압 펌프의 가동 범위를 도출하는 단계; 및
    (b2) 상기 제어부(200)가 도출된 상기 고압펌프의 상기 가동 범위로 상기 수처리 시스템을 가동시키는 단계를 더 포함하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 예상 펌프 가동률의 산정식은 상기 초기 운영 정보 중 펌프 가동률과 유입 압력의 상관성을 이용해 도출되는 산정식인,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b1) 단계에서,
    상기 고압 펌프의 상기 가동 범위는 상기 펌프 가동률과 전력소비량 및 이를 통해 도출 가능한 펌프효율의 상관관계를 이용해 도출되는 그래프를 이용하여 도출되는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 전처리 필터로 인한 영향 값(A1)은,
    상기 실제 펌프 가동률에서 상기 1차 예상 펌프 가동률(PA1)을 뺀 후 절대값으로 변환하여 산출하는,
    수처리 시스템의 제어 방법.
  9. 제 1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기설정된 한계 값은 30% 내지 50% 범위에서 설정되는 값인,
    수처리 시스템의 제어 방법.
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