KR20040073111A - 분리막을 이용한 정수처리장치 및 그 자동 운전 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리막을 이용한 정수처리장치 및 그 자동 운전 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여과-역세-정지-배출공정으로 이루어진 침지형 분리막을 이용한 정수처리공정을 시간에 따라 제어하는 대신에 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)와 시간에 따른 부유물질의 농도변화(dSS/dT)에 따라 제어하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 침지형 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법은, 막여과조의 수위레벨에 의해 원수가 유입되며 그 내부에 다수의 분리막이 침지된 막여과조와, 상기 분리막과 연통되어 처리수가 저장되는 처리수조와, 상기 막여과조의 산기관과 연통되어 공기를 공급하는 블로워와, 상기 분리막 후단에 설치되어 처리수의 차압을 측정하는 차압계와, 상기 막여과조에 설치되어 조내의 부유물질의 농도를 측정하는 부유물질 측정기와 상기 막분리조의 하단에 설치되어 슬러지를 배출시키는 배출펌프를 포함하여 이루어진 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법에 있어서,

상기 분리막에 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막으로 빨려 들어가도록 하여 오염물질을 걸러내는 여과공정과; 상기 분리막 표면에 오염물질이 과다하게 부착되어 분리막 후단에 설치된 차압계의 시간에 따른 압력 상승값이 설정레벨 이상인 경우 블로워를 통해 압축공기를 산기관으로 공급하여 에어스크러빙함과 아울러 역세펌프를통해 처리수를 역세수로서 분리막으로 공급하여 역세척하는 역세공정과; 상기 역세공정을 통해 분리막으로부터 탈리된 오염물질을 침전시키기 위해 모든 동작을 정지시키는 정지공정과; 상기 부유물질 측정기의 부유물질 농도가 설정레벨 이상인 경우 상기 배출펌프를 작동시켜 침전된 오염물질을 배출하는 배출공정을 포함하여 구성된다.

Description

분리막을 이용한 정수처리장치 및 그 자동 운전 제어방법{Water purifying system using membrane and method for automatic controlling the same}

본 발명은 분리막을 이용한 정수처리장치 및 그 자동 운전 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여과-역세-정지-배출공정으로 이루어진 침지형 분리막을 이용한 정수처리공정을 시간에 따라 제어하는 대신에 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)와 시간에 따른 부유물질의 농도변화(dSS/dT)에 따라 제어하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 간이 정수처리시설은 원수를 침사 스크리닝 한 후 급속여과나 완속여과 후 염소소독공정을 거쳐 음용수로 이용하고 있다. 이러한 간이 정수처리시설은 2001년 말 기준으로 전국에 11,112개가 설치되어 있고 전체인구의 4.5%인 208만명이 이용하고 있다. 운영관리는 법적으로 시장, 군수, 구청장에게 시설관리의 책임이 있으나, 실제로는 전문성이 없는 마을대표 등이 운영, 관리하고 있는 실정이다.

그리고 간이 정수처리시설의 취수원은 대부분 지하수를 사용하고 있으나 취수정의 심도가 낮고, 전, 답, 축사 또는 주택가 인근에 위치하여 수질오염 가능성이 상존하고 있다. 계곡수, 용천수, 하천수를 이용하는 경우에도 수원 보호장치가 없어 오염될 가능성이 높고, 수량의 안정적인 확보가 곤란하다. 또한 대부분의 시설이 여과 등 정수과정 없이 원수를 바로 공급하고 있으며, 70∼80년대 새마을 운동의 일환으로 설치되어 노후된 상태이며 전문성이 떨어지는 마을 이장 등이 시설을 관리하고 있을 뿐만 아니라 농사일 등 개인적인 사유로 관리도 소흘하여 자동염소 투입기를 설치하고도 소독약품을 제때에 보충하지 않아 시설이 사장되고 있는 실정이다.

또한 염소주입율이 부적정한 경우 냄새와 맛 등을 이유로 이용주민이 소독제 사용을 기피함으로써 대장균군 등 미생물 검출 가능성이 있다. 또한 축산농가에서는 가축들이 염소냄새가 나는 물을 먹지 않기 때문에 염소투입을 강력히 반대하고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에는 소독약을 투입하지 않고 분리막을 이용하여 원수에 포함된 미생물이나 이물질을 걸러내는 막여과조(또는 막분리조)가 적용되고 있다.

분리막은 미세한 구멍(0.1∼0.4㎛)을 통해 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 물리적으로 분리시킬 수 있는 정밀 필터이다. 그리고 침지형 분리막은 외부순환식 분리막과 대비되는 것으로서, 분리막을 수조내에 직접 침지시켜 흡입펌프로 처리하는 것이다. 이러한 침지형 분리막은 압력용기 없이 수조내에 직접 침지시켜 사용하기 때문에, 분리막시스템에 대한 별도의 공간이 필요 없고, 흡입펌프의 진공압에 의해 처리량만큼만 흡입하는 방식이어서 외부순환식에 비해 부지면적과 동력비가 적게 드는 장점이 있다. 그러나 운전시간이 지속되면 분리막 표면에 부유물질등이 달라붙어 막오염현상이 발생하게 된다.

따라서 침지형 분리막은 운전중 막분리조내에 공기방울을 주입하여 오염물질이 분리막 표면에 달라 붙는 현상을 줄여줌과 동시에 분리막 표면에 달라붙은 오염물이 탈리되도록 한다. 그리고 필요한 경우 처리수인 물과 공기를 이용하여 침지형 분리막을 역세척함으로써 막오염현상을 억제시킨다. 그러나 이러한 조작만으로 막오염물질들의 모두 제거되지 않기 때문에 일정시간 운전후 분리막 모듈을 수조 외부로 인출한 다음 별도의 재생장치를 이용하여 재생한 후 다시 수조내에 침지시켜 사용해야 한다. 따라서 침지형 분리막을 이용한 정수처리장에서는 처리 용량에 따른 정수처리 효율을 높이는 문제와 사용되는 분리막의 수명을 늘리는 문제가 매우 중요하다.

일반적으로 침치형 분리막을 이용한 정수처리방법은 여과, 세정, 정지, 배출 공정을 미리 정해진 시간에 따라 반복적으로 수행함으로써 막오염현상을 감소시키고 정수처리 효율을 높이고 있다.

즉, 도1은 종래 기술에 따른 침지형 분리막을 이용한 정수처리장치를 보여주는 개략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 원수가 채워지며 그 내부에 복수개의 분리막(3)이 침지된 막여과조(5)와, 상기 막여과조(5) 바닥면에 설치되어 공기방울을 형성시키는 산기관(7)과, 공기공급관(13)을 통해 산기관(7)으로 압축공기를 공급하는 블로워(blower)(15), 분리막(3)에서 처리된 처리수가 저장되는 처리수조(23)등으로 구성된다.

그리고 상기 분리막(3)에서 처리된 처리수를 처리수조(23)로 공급할 수 있도록 흡입력을 발생시키는 흡입펌프(25)는 분리막(3)과 처리수이송관(27)을 매개로 연결되고, 상기 처리수이송관(27)에는 처리수조(23)로 공급되는 처리수의 유로를 개폐하도록 처리수제어밸브(26)가 장착되어 있다. 또한 상기 처리수조(23)의 처리수를 분리막(3)으로 공급하여 분리막 표면에 부착된 오염물을 탈리시킬 수 있도록 흡입력을 발생시키는 역세펌프(35)는 역세수공급관(37)을 매개로 연결되고, 상기 역세수공급관(37)에는 분리막(3)으로 공급되는 역세수의 유로를 개폐하도록 역세수제어밸브(39)가 설치되어 있다.

그리고 오염물이 과다하게 부착된 분리막(3)을 처리수를 공급하여 역세척할 수 있도록 상기 처리수이송관(27)에 설치된 처리수제어밸브(26)의 열림, 닫힘동작을 제어하는 자동제어장치(50)로 구성되어 있다.

따라서 이러한 침지형 분리막을 이용한 정수처리공정은 원수를 막여과조(3)로 유입하고, 분리막(3)에 연통되게 설치된 흡입펌프(25)에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막(3)으로 빨려 들어가도록 하여 오염물질을 걸러내는 여과공정과, 분리막 표면에 오염물질이 과다하게 부착될경우 블로워(15)를 통해 압축공기를 산기관(7)으로 공급함과 아울러 역세펌프(35)를 통해 처리수를 분리막(3)으로 공급하여 역세척하는 역세공정과, 역세공정을 통하여 분리막으로부터 탈리된 오염물질을 침전시키기 위해 모든 작동을 정지시키는 정지공정과; 침전된 오염물질을 배출하는 배출공정으로 구성된다.

이러한 정수처리공정의 각 단계를 자동 제어함에 있어, 종래에는 주로 원수의 특성이나 그 처리용량에 의해 사전에 설정된 시간에 따라 제어되었다. 예를 들어, 특허등록 제10-023308호 중공사 정밀여과막을 이용한 정수처리방법에서는 여과과정을 10분, 역세, 정지, 배출 등의 전체 공정을 2분간 반복적으로 수행하거나, 여과 50분, 역세, 정지 및 배출 등의 전체 공정을 10분간 반복적으로 수행한다.

이와 같이, 종래 기술에 따른 침지형 분리막 정수처리방법은 운전시간을 기준으로 모든 공정을 제어하고 있으므로 회수율이 85%∼95%로만 유지되고 갑작스런 원수의 변화에 자동적으로 대처할 수 없는 문제점이 있었다.

한편 정수처리장에서 처리하고자 하는 상수원수의 오염원을 규제수질 이하의 낮은 농도로 처리하고 향후 규제수질의 강화에 만족하기 위해서는 막을 이용한 정수처리공정의 도입이 필수적이라 할 수 있다. 그러나 막을 이용한 정수처리시스템은 국내막시장의 불활성화로 초기 투자비의 상승이 불가피하므로 정수처리시 이러한 막을 적절하게 유지관리하는 것이 절대적이다. 막오염의 제어방법으로는, 막표면에 접한 유체흐름을 증가시켜 전단력에 의해 막오염을 제어하는 방법이 있는데, 이는 과대한 에너지 소비를 필요로 한다. 다른 방법으로는 임계플럭스 이하로 반응조를 운전하는 방법이 있다. 임계플럭스란 이 플럭스 이하에서는 더 이상 막오염이진행되지 않는 플럭스를 의미한다. 이러한 임계플럭스 이론에 따라 낮은 플럭스와 낮은 투과압을 유지하는 것으로 막의 생명을 연장하며 특히 소규모 처리시설에서 유지비용을 절감하는데 필요하다. 그러나 이러한 임계플럭스 이론도 낮은 플럭스 유지로 인한 분리막의 초기투자비 상승을 초래한다.

본 발명은 정상적인 플럭스로 막의 생명을 연장하고 유지비용을 절감하기 위하여 차압에 중점을 두고 개발되었다. 차압은 정수처리에 깊은 연관성을 가지고 또한 분리막의 막힘정도를 판단할 수 있는 기본인자이다. 즉, 차압은 분리막의 세정시점을 결정해 주며 일반적으로 차압이 증가하는 것은 차후 처리용량과도 관계가 있다고 할 수 있다. 차압이 시간에 따라 증가하는 것은 자연스러운 현상이지만 시간에 따른 그 변화폭은 분리막 관리에 있어서 중요한 인자를 제공한다. 상수원수의 수질상태에 따라 시간에 따른 차압의 변화는 상이하고 그 증가치가 상승할수록 결과적으로 플럭스가 감소되고 세정효과도 감소하게 된다. 따라서 장기간 지속적으로 양질의 수질 및 수량을 얻기 위해 즉, 플럭스가 유지되면서 세정의 효과를 최대화하기 위해서는 일정한 상승 시점에서 막을 세정하는 것이 중요하며 이는 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)를 통해 수행하게 된다. 이는 상수오염물질이 분리막에 영향을 주는 그 순간에 공기세정 및 수세정을 수행함으로써 분리막의 막힘현상을 사전에 예방하여 분리막의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 세정시간도 단축할 수 있고 자동으로 운전되므로 유지관리가 용이한 특징이 있다.

이와 같은 차압을 통한 분리막 관리방법을 자동제어시스템의 제어로직(Logic)으로 도출하여 분리막을 포함한 정수처리설비의 제어 및 관리를 하도록 하여 양질의 처리수 확보를 유지할 수 있도록 한다.

또한 막을 이용한 정수처리시스템에서 또 하나의 중요한 유지관리 포인트는 막여과조내의 부유물질의 농도이다. 부유물질 농도의 시간에 따른 그 변화폭의 증가는 슬러지 배출과 밀접한 관계가 있으며 이는 회수율과 차압관리에 있어서도 중요한 인자를 제공한다. 상수원수의 탁도상태에 따라 시간에 따른 부유물질 농도의 변화는 상이하고 그 증가치가 상승할수록 결과적으로 플럭스가 감소되고 세정의 효과도 감소하게 된다. 따라서 플럭스가 유지되면서 세정의 효과를 최대화하여 장시간 지속적으로 양질의 수질 및 수량을 얻기 위해서는 일정한 상승시점에서 최소한의 슬러지를 배출하는 것이 중요하며 이는 시간에 따른 막여과조내의 부유물질 농도의 변화(dSS/dT)를 통해 수행하게 된다. 이와 같이, 막여과조내의 부유물질 농도의 관리방법을 자동제어시스템의 제어로직으로 도출하여 분리막을 포함한 정수처리장치의 제어 및 관리를 하도록 하여 양질의 처리수 및 회수율 확보를 유지할 수 있도록 한다.

이에 따라 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 침지형 분리막 정수처리공정을 운전시간을 기준으로 제어하지 않고 별도의 역세제어인자와 슬러지배출제어인자의 설정값을 기준으로 제어하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)와 시간에 따른 막여과조내의 부유물질의 변화(dSS/dT) 또는 설정된 부유물질의 농도를 제어인자로 설정하여 분리막에 영향을 주는 그 순간에 자동으로 여과공정을 중지하고 공기세정 및 수세정을 수행함으로써 분리막의 막힘현상을 사전에 예방하며 분리막의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 회수율을 95%이상 유지할 수 있는 분리막을 이용한 정수처리의 자동 운전 제어방법에 관한 것이다.

도1은 종래 기술에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치를 보여주는 개략적인 구성도,

도2는 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치를 보여주는 개략적인 구성도,

도3은 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치의 다른 실시예를 보여주는 개략적인 구성도,

도4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 역세제어인자와 슬러지배출제어인자의 개념을 설명하기 위한 개략적인 그래프,

도5는 본 발명에 따른 정수처리장치에 적용된 차압계의 일예를 보여주는 개략적인 구성도,

도6은 본 발명에 따른 정수처리장치에 적용된 부유물질 측정기의 일예를 보여주는 개략적인 구성도,

도7은 본 발명에 따른 정수처리장의 공정을 보여주는 흐름도이다.

*****도면의 주요부분에 대한 부호의 설명******

3 : 분리막 5 : 막여과조

7 : 산기관 13 : 공기공급관

15 : 블로워 16 : 공기제어밸브

23 : 처리수조 25 : 흡입펌프

26 : 처리수제어밸브 27 : 처리수이송관

29 : 슬러지배출관 35 : 역세펌프

37 : 역세수공급관 39 : 역세수제어밸브

46 : 역세공기제어밸브 47 : 역세공기공급관

49 : 슬러지배출펌프 50 : 자동제어장치

53 : PLC 60 : 차압계

70 : 부유물질 측정기

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치는, 원수가 유입되며 그 내부에 다수의 분리막이 침지된 막여과조와, 상기 분리막과 연통되어 처리수가 저장되는 처리수조와, 상기 막여과조의 산기관과 연통되어 공기를 공급하는 블로워로 이루어진 분리막을 이용한 정수처리장치에 있어서,

상기 분리막과 처리수조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 처리수조로 이송시키는 흡입펌프와 처리수의 유로를 개폐하는 처리수제어밸브와 이송되는 처리수의 차압을 측정하기 위한 차압계가 설치된 처리수이송관과; 상기 분리관과 처리수조를 연통시키고 처리수조의 처리수를 역세수로서 분리막으로 압송하는 역세펌프와 역세수의 유로를 개폐하는 역세수제어밸브가 설치된 역세수공급관과; 상기 막분리조의 하단에 설치되며 슬러지를 배출시키는 배출펌프가 설치된 슬러지배출관과; 상기 막분리조 내에 설치되어 수조내의 부유물질의 농도를 측정하는 부유물질 측정기와; 상기 차압계에서 측정된 차압과 상기 부유물질 측정기에서 측정된 부유물질의 농도를 근거로 상기 역세펌프, 압송펌프, 블로워 및 배출펌프를 작동시킴과 아울러 상기 처리수제어밸브, 역세수제어밸브를 개폐시키는 자동제어장치를 포함하여 구성된다.

본 발명은 또한 상기 분리막과 블로워를 연통시키고 역세공기의 유로를 개폐하는 역세공기제어밸브가 설치된 역세공기공급관을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 자동제어장치는 차압계와 부유물질 측정기에서 측정된 압력과 농도를 근거로 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)와 시간에 따른 막여과조내의 부유물질의 변화(dSS/dT)를 연산하는 PLC를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법은, 원수가 유입되며 그 내부에 다수의 분리막이 침지된 막여과조와, 상기 분리막과 연통되어 처리수가 저장되는 처리수조와, 상기 막여과조의 산기관과 연통되어 공기를 공급하는 블로워와, 상기 분리막 후단에 설치되어 처리수의 차압을 측정하는 차압계와, 상기 막여과조에 설치된 조내의 부유물질의 농도를 측정하는 부유물질 측정기와 상기 막분리조의 하단에 설치되어 슬러지를 배출시키는 배출펌프를 포함하여 이루어진 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법에 있어서,

상기 분리막에 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막으로 빨려 들어가도록 하여 오염물질을 걸러내는 여과공정과; 상기 분리막 표면에 오염물질이 과다하게 부착되어 분리막 후단에 설치된 차압계의 압력이 설정레벨 이상인 경우 블로워를 통해 압축공기를 산기관으로 공급하여 에어스크러빙함과 아울러 압송펌프를 통해 처리수를 역세수로서 분리막으로 공급하여 역세척하는 역세공정과; 상기 역세공정을 통하여 분리막으로부터 탈리된 오염물질을 침전시키기 위해 모든 동작을 정지시키는 정지공정과; 상기 부유물질 측정기의 농도가 설정레벨 이상인 경우 상기 배출펌프를 작동시켜 침전된 오염물질을 배출하는 배출공정을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 역세제어인자는 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)이고, 슬러지배출 제어인자는 시간에 따른 막여과조내의 부유물질의 변화(dSS/dT)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 역세공정은 2분간의 에어스크러빙과 10초의 역세수에 의한 역세가 복합적으로 이루어진다.

또한 본 발명에 따른 역세공정은 압축공기를 분리막으로 주입하여 분리막 표면의 오염물질을 탈리시키는 역세공기를 이용한 세척공정을 더 포하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치와 그 자동 운전 제어방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저 도2는 본 발명에 따른 분리막을 이용한 정수처리장치를 보여주는 계략적인 구성도로서, 종래 기술에 따른 정수처리장치와 동일한 부분은 동일한 부호를 부여하였다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 정수처리장치는 크게 일정량의 원수가 채워지고 그 내부에 다수의 분리막(3)이 침지된 막여과조(5)와, 상기 분리막(3)에서 여과된 처리수가 저장되는 처리수조(23)로 구성된다.

그리고 상기 분리막(3)에 의해 여과된 처리수를 처리수조(23)로 이송하는 처리수이송수단과, 상기 분리막(3)의 하부로 공기방울을 공급하는 공기공급수단과, 상기 막여과조(5)의 하부에 설치되어 분리막(3) 표면에서 탈리된 슬러지를 배출시키는 슬러지배출수단과, 상기 처리수조(23)에 채워져 있는 처리수를 분리막(3)으로 공급하여 분리막을 역세하는 역세수공급수단과, 상기 분리막(3)의 오염정도 및 막여과조(5)내의 부유물질의 농도를 측정하는 측정수단과, 상기 측정수단에서 제공하는 정보 또는 경과 시간을 근거로 각종 수단들을 제어하는 자동제어수단으로 구성되어 있다.

상기 처리수이송수단은 상기 분리막(3)과 처리수조(23)를 연통시키는 처리수이송관(27)과, 분리막(3)에서 처리된 처리수를 처리수조(6)로 공급할 수 있도록 흡입력을 발생시키는 흡입펌프(5)과, 상기 처리수이송관(27)에 설치되어 처리수의 유로를 개폐하는 처리수제어밸브(26)로 이루어진다.

상기 공기공급수단은 상기 반응조(2) 바닥면에 설치되어 공기방울을 형성시키는 산기관(7)과, 공기공급관(13)을 통해 산기관(7)으로 압축공기를 공급하는 블로워(blower)(15)로 이루어진다.

상기 슬러지배출수단은 막여과조의 하부에 설치된 슬러지배출관(29)과, 이 슬러저배출관(29)에 설치된 슬러지배출펌프(49)로 이루어진다.

상기 역세수공급수단은 상기 처리수조(23)와 분리막(3)을 연통시키는 역세수공급관(37)과, 처리수조의 처리수를 분리막(3)으로 압송할 수 있도록 흡입력을 발생시키는 역세펌프(25)과, 상기 역세수공급관(37)에 설치되어 역세수의 유로를 개폐하는 역세수제어밸브(36)로 이루어진다.

한편, 도3은 본 발명에 따른 침지형 분리막을 이용한 정수처리장치의 다른 실시예를 보여주는 계략적인 구성도로서, 도시된 바와 같이, 상기 분리막(3)으로압축공기를 공급할 수 있도록 상기 블로워(15)와 연통된 역세공기공급관(47)과, 이 역세공기공급관(47)에 설치되어 역세공기의 유로를 개폐시키는 역세공기제어밸브(46) 등으로 이루어진 역세공기공급수단이 더 설치되어 있다.

그리고 상기 측정수단은 막여과조(5) 처리수의 압력을 측정할 수 있도록 처리수이송관(27)에 설치된 차압계(60)와, 막여과조(5)내의 부유물질의 농도를 측정할 수 있도록 막여과조(5)에 설치된 부유물질 측정기(70)로 이루어진다.

상기 자동제어수단은 상기 차압계 및 부유물질 측정기에서 제공하는 정보를 근거로 상기 흡입펌프(25), 블로워(15), 슬러지배출펌프(49) 및 역세펌프(35)를 작동시킴과 아울러 상기 처리수제어밸브(26), 역세수제어밸브(36) 및 역세공기제어밸브(46)를 선택적으로 개폐시킴으로써 여과, 역세, 정지 및 배출공정을 자동으로 제어하는 자동제어장치(50)로 이루어진다.

그리고 상기 자동제어장치는 도4a에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)를 역세제어인자로 하여 상기 차압계(60)의 시간에 따른 압력의 변화폭이 설정된 레벨에 도달할 경우 역세공정을 시작하고, 역세공정과 정지공정이 시간제어에 의해 순차적으로 이루어진다. 그리고 일정시간의 역세공정과 정지공정이 완료된 후 막여과조(5)내의 부유물질의 농도변화(dSS/dT)를 슬러지배출제어인자로 하여 상기 부유물질(SS) 측정기(70)의 농도가 설정레벨에 도달할 경우 배출공정을 시작하고 그 배출량은 부유물질 농도에 따라 설정된 양으로 자동배출된다. 그리고 설정된 양의 슬러지가 배출되고 나면 다시 여과공정으로 들어가도록 제어한다.

이때 상기 역세공정은 2분간의 에어스크러빙과 10초의 역세가 복합적으로 이루어지며 여과공정이 중지된 후 즉시 블로워가 가동되어 스크러빙에어를 공급하고, 스크러빙에어를 공급한 후 3초 후에 역세펌프(35)를 가동하여 분리막을 역세하게 된다.

한편, 상기 슬러지배출제어인자는 도4b에 도시된 바와 같이, 설정 부유물질의 농도로 하여, 상기 부유물질 측정기(70)의 농도가 설정레벨에 도달할 경우 배출공정을 실시할 수도 있다.

이어, 상기 차압계(60)는 도5에 도시되어 있는 바와 같이, 막여과조(5) 처리수의 차압을 측정하는 차압계(60)와, 상기 차압계(60)에 연결설치되어 차압정보를 송신하는 차압트랜스미터(63)로 이루어진다. 그리고 상기 차압트랜스미터(63)에서 송신되는 차압정보를 받아 시간에 따른 차압의 변화폭으로 연산하여 공정을 제어하는 PLC(Programmable Logic Controller)(53)로 이루어진다. 그리고 PLC(53)를 자동제어장치(예를 들어, PC;50)와 전기적으로 접속하여 차압상태를 디스플레이하거나 키패트를 조작하여 차압변화폭의 설정값을 임의로 조정할 수 있다.

그리고 상기 부유물질 측정기(70)는 도6에 도시되어 있는 바와 같이, 막여과조(5)에 설치되는 초음파 송,수신 센서와, 초음파 송,수신기을 제어하고 초음파 송,수신 시간과 거리를 측정하여 내부의 부유물질 농도를 연산하는 프로세스 콘트롤유니트와, 상기 부유물질 농도를 시간에 따른 변화값으로 연산하여 공정을 제어하는 PLC(53)로 이루어진다. 또한 상기 PLC(53)은 자동제어장치(50)와 전기적으로 접속되어 측정된 부유물질의 농도 및 시간에 따른 변화값을 디스플레이하거나 키패트를 조작하여 설정농도를 임으로 조정할 수 있다.

이하에서는 도7에 도시되어 있는 흐름도를 참조하여 본 발명에 따른 침지형 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동 운전 제어방법을 설명한다.

먼저, 여과공정은 흡입펌프(25)의 후단에 걸리는 진공압력에 의해 막여과조(5)내에 채워진 원수중 입자성 물질이 상기 분리막(3)에 의해 제거되고 나머지 처리수는 처리수이송관(27)을 따라 처리수조(23)내로 이송된다. 그리고 블로워(15)를 가동시켜 공기공급관(13)을 매개로 연결된 산기관(7)을 통해 상기 분리막(3)의 하부에 공기방울을 발생시키고, 발생된 공기방울은 상승하면서 입자성물질인 부유물질과 같은 오염물이 분리막(3) 표면에 달라붙는 것을 저감시킨다. 이때, 상기 처리수제어밸브(26), 공기제어밸브(16)는 개방되고 상기 역세수제어밸브(36), 역세공기제어밸브(46)는 폐쇄된다.

상기 여과공정이 진행되는 동안, 처리수이송관(27)에 설치된 차압계(60)는 처리수의 압력을 측정하고 시간에 따른 압력의 변화값이 PLC(53)에서 연산되어 연산된 값과 기준설정값을 비교한다. 예를 들어, 차압계(60)의 압력변화값이 설정된 레벨에 도달하지 않은 경우에는 경과시간에 관계없이 여과공정을 계속한다. 그러나 분리막에 오염물이 과다하게 부착되어 차압계(60)의 압력변화값이 상승되어 설정레벨에 도달하게 하게 되면 즉시 여과공정을 중단하고 역세공정에 들어간다.

즉, 정수공정이 일정시간 계속되어 막오염이 심해지면, 차압계(60)에서 검출된 차압정보가 PLC(53)로 전송되어 시간에 따른 압력변화값으로 연산되어 자동제어장치(50)로 전송된다. 그러면 자동제어장치(50)에서는 계산된 압력변화값과 설정된 압력변화값과 비교하여 설정레벨에 도달된 경우에 상기 흡입펌프(25)의 작동을 중지하고, 처리수이송관(27)의 처리수제어밸브(26)를 닫아 처리수의 배출을 차단하고, 역세수공급관(37)의 역세수제어밸브(36)를 열고 역세펌프(35)를 작동시켜 처리수조(23)내의 처리수를 역세수공급관(37)으로 주입하여 표면에 막오염이 심하게 발생된 분리막으로 유입시킨다. 따라서 분리막(3)은 그 내부로 역류하여 들어오는 처리수(역세수)에 의해 역세척된다.

이때, 상기 블로워(15)를 가동시켜 공기공급관(13)을 매개로 연결된 산기관(7)을 통해 상기 분리막(3)의 하부에 공기방울을 발생시켜 분리막 주변의 오염물질을 털어주는 에어스크러빙을 실시하거나 또는 역세공기주입관(47)의 역세공기제어밸브(46)를 개방하여 블로워(15)의 압축공기를 분리막(3)으로 주입시킨다. 그러면 주입된 압축공기에 의해서 표면에 붙어 있는 오염물질을 탈리시킬 수 있다. 이때 처리수제어밸브(26)와 공기제어밸브(16)는 닫는다. 그리고 상기 역세수제어밸브(36)는 개폐 조작하여 역세공기를 단독으로 주입하거나 또는 역세수와 역세공기를 연속적으로 주입하여 막오염된 분리막을 역세한다.

상기 역세공정은 일정 시간동안 진행된다. 예를 들어, 2분간의 에어스크러빙과 10초간의 역세가 복합적으로 이루어질 수 있다. 즉, 여과공정이 중지되면 블로워(15)을 가동하여 스크러빙에어를 공급하고 3초후에 역세펌프(35)를 가동하여 10초간 역세수를 주입하여 역세를 실시한다. 이때 에어스크러빙은 2분간 계속된다. 이어 역세척이 완료되면 부상된 슬러지를 침전시키기 위한 정지공정이 이루어진다. 보통 정지공정은 2분간 이루어진다.

한편, 상기 막여과조(5)내의 부유물질의 농도가 높아지면, 상기 부유물질 측정기(70)에서 검출된 농도정보가 자동제어장치(50)로 전송되고, 전송된 농도정보와 기준설정 농도값을 비교하여 설정레벨에 도달된 경우에는, 상기 자동제어장치(50)의 신호에 의해서 상기 슬러지배출펌프(49)를 작동시켜 막여과조(5)에 침전된 슬러지를 배출시킨다. 이때 상기 흡입펌프(25)의 작동을 중지하고, 처리수이송관(27)의 처리수제어밸브를 닫아 처리수의 배출을 차단하고, 공기공급관(13)의 공기제어밸브(16)도 닫아 공기방울이 발생되지 않게 한다.

그리고 상기 배출공정에서 배출되는 슬러지의 양은 부유물질의 농도에 따라 설정된다. 따라서 설정된 양의 슬러지가 배출되면, 다시 초기와 같은 방식으로 운전을 개시하여 처리수를 처리수조로 이송하고 공기는 산기관으로 공급한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 여과 및 역세공정을 단순히 시간에 의해서만 제어하는 기존의 자동 운전 제어방법과는 달리 시간에 따른 차압의 변화(dP/dT)와 사간에 따른 막여과조내의 부유물질의 변화(dSS/dT) 또는 설정된 부유물질의 농도를 제어인자로 설정하여 분리막에 영향을 주는 그 순간에 자동으로 여과공정을 중지하고 공기세정 및 수세정을 수행함으로써 분리막의 막힘현상을 사전에 예방하며 분리막의 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 회수율을 95%이상 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 특별한 관리 없이 적정한 세정시기를 자동적으로 판단할 수 있어 처리하고자 하는 상수 원수의 특성에 관계없이 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 또한 막여과조 내부의 부유물질의 농도를 계측하여 역세 후 일정량의 배출수를 자동적으로 배출하므로써 분리막의 오염을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 유지관리가 용이하게 되는 효과가 있다.

본 발명은 또한 먹는물 수질기준을 준수하여 농어촌 지역 주민에게도 깨끗하고 안전한 먹는물이 공급되도록 할 뿐만 아니라 공정을 단순화시켜 운전을 쉽게 하고자 자동화하여 운영, 관리상의 제반경비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 원수가 유입되며 그 내부에 다수의 분리막이 침지된 막여과조와, 상기 분리막과 연통되어 처리수가 저장되는 처리수조와, 상기 막여과조의 산기관과 연통되어 공기를 공급하는 블로워로 이루어진 분리막을 이용한 정수처리장치에 있어서,

   상기 분리막과 처리수조를 연통시키고 막여과조의 원수를 강제로 흡입하여 처리수조로 이송시키는 흡입펌프와 처리수의 유로를 개폐하는 처리수제어밸브와 이송되는 처리수의 차압을 측정하기 위한 차압계가 설치된 처리수이송관과;

   상기 분리관과 처리수조를 연통시키고 처리수조의 처리수를 역세수로서 분리막으로 압송하는 역세펌프와 역세수의 유로를 개폐하는 역세수제어밸브가 설치된 역세수공급관과;

   상기 막분리조의 하단에 설치되며 슬러지를 배출시키는 배출펌프가 설치된 슬러지배출관과;

   상기 막분리조 내에 설치되어 수조내의 부유물질의 농도를 측정하는 부유물질 측정기와;

   상기 차압계에서 측정된 차압과 상기 부유물질 측정기에서 측정된 부유물질의 농도를 근거로 연산된 시간에 따른 상승값으로 상기 흡입펌프, 역세펌프, 블로워, 배출펌프를 작동시킴과 아울러 상기 처리수제어밸브, 역세수제어밸브를 개폐시키는 자동제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 정수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 차압계는 차압정보를 송신하는 차압트랜스미터와 송신받은 차압정보를 시간에 따른 상승값(변화값)으로 연산하는 PLC를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 정수처리장치.
3. 원수가 유입되며 그 내부에 다수의 분리막이 침지된 막여과조와, 상기 분리막과 연통되어 처리수가 저장되는 처리수조와, 상기 막여과조의 산기관과 연통되어 공기를 공급하는 블로워와, 상기 분리막 후단에 설치되어 처리수의 차압을 측정하는 차압계와, 상기 막여과조에 설치된 조내의 부유물질의 농도를 측정하는 부유물질 측정기와 상기 막분리조의 하단에 설치되어 슬러지를 배출시키는 배출펌프를 포함하여 이루어진 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법에 있어서,

   상기 분리막에 연통되게 설치된 흡입펌프에 의하여 분리막의 후단 압력을 낮게 설정하여 그 압력차에 의하여 원수가 분리막으로 빨려 들어가도록 하여 오염물질을 걸러내는 여과공정과;

   상기 분리막 표면에 오염물질이 과다하게 부착되어 분리막 후단에 설치된 차압계의 시간에 따른 압력 상승폭이 설정레벨 이상인 경우 블로워를 통해 압축공기를 산기관으로 공급하여 에어스크러빙함과 아울러 역세펌프를 통해 처리수를 역세수로서 분리막으로 공급하여 역세척하는 역세공정과;

   상기 역세공정을 통하여 분리막으로부터 탈리된 오염물질을 침전시키기 위해모든 동작을 정지시키는 정지공정과;

   상기 부유물질 측정기를 통한 막여과조내의 부유물질의 농도가 설정레벨인 경우 상기 배출펌프를 작동시켜 침전된 오염물질을 배출하는 배출공정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 역세공정은 차압계에서 검출되어 PLC에서 연산된 시간에 따른 압력변화값의 정보를 설정값과 비교하여 그 이상일 경우에 상기 자동제어장치의 신호에 의해서 상기 흡입펌프의 작동을 중지하고 처리수이송관의 처리수제어밸브를 닫아 처리수의 배출을 차단하고 상기 블로워를 가동시켜 공기공급관을 매개로 연결된 산기관에 공기를 주입하여 2분간의 에어스크러빙함과 아울러 역세수공급관의 역세수제어밸브를 열고 역세펌프를 작동시켜 처리수조내의 처리수를 역세수공급관으로 10초간 주입하는 것이 복합적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 배출공정은 부유물질 측정기에서 검출된 부유물질 농도 또는 부유물질 측정기에서 검출되어 PLC에서 연산된 부유물질 농도의 시간에 따른 농도변화값이 설정레벨 이상인 경우 상기 자동제어장치의 신호에 의해서 배출펌프를 가동시키며 그 배출량은 부유물질의 농도값에 따라 설정된 양으로 제어되는 것을 특징으로 하는 분리막을 이용한 정수처리장치의 자동운전 제어방법.