KR20110068727A - Tornado style automatic aeration method and device in sub-merged membrane system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분리막의 여과를 이용한 수처리 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 침지식 분리막을 이용한 여과장치에서, 분리막의 막오염 정도를 측정하여 적시에 공기세정을 통해 막오염을 제거하여 분리막에 의한 여과가 효율적으로 이루어지도록 하며, 토네이도식 방식으로 공기 세정을 수행하되 막오염이 집중되는 분리막 모듈의 양측 가장자리에 공기 분사가 집중되도록 함으로써, 막세정의 효율을 증진시킴과 동시에 에너지 사용량을 절감할 수 있는 침지식 분리막 여과장치의 공기세정방법 및 토네이도식 공기세정기능의 침지식 분리막 여과장치에 관한 것이다. The present invention relates to a water treatment technology using filtration of a membrane, and specifically, in a filtration apparatus using an immersion type membrane, the membrane contamination of the membrane is measured and timely air membrane removal is performed to remove membrane contamination. The air cleaning is carried out in a tornado manner, but the air injection is concentrated on both edges of the membrane module where membrane contamination is concentrated, thereby improving the efficiency of membrane cleaning and reducing energy consumption. The present invention relates to an air cleaning method of a membrane filtration device and an immersion type membrane filtration device having a tornado air cleaning function.
수처리장치에서 일반적인 침지식 분리막에 대한 공기 세정방법으로는 Cyclic Aeration 방법과 AAF(Automatic Aeration Filtration)방법 등이 알려져 있다. 이러한 종래의 방법들은 모두 막오염을 최소화하고 에너지 효율을 높이기 위한 방법 으로 개발된 기술이지만, Cyclic Aeration 방식의 경우, 수질변동이 심한 원수조건에 효율적이지 못하다는 단점이 있다. 반면에 AAF 방식은 막유입수 탁도 및 막오염지수에 의한 폭기 방식을 변경하고 폭기강도를 조절하는 기술로서 원수 수질변화에 대응 할 수 있고, 자동제어와 연계가 가능한 공기세정 방식이지만, 유입 원수의 수계가 변경되면 막오염지수에 대한 최적 폭기강도식을 다시 도출해야하는 단점을 가지고 있다.As the air cleaning method for the conventional immersion membrane in the water treatment apparatus, the Cyclic Aeration method and the Automatic Aeration Filtration (AAF) method are known. These conventional methods are all developed as a method for minimizing membrane contamination and increasing energy efficiency. However, in the case of the Cyclic Aeration method, there is a disadvantage in that the water quality fluctuations are not efficient for raw water conditions. On the other hand, the AAF method is a technology for changing the aeration method by membrane inflow turbidity and membrane contamination index and controlling the aeration intensity.It can respond to changes in raw water quality and can be linked with automatic control, Has a disadvantage that the optimal aeration intensity formula for the membrane fouling index must be derived again.
본 발명은 위와 같은 종래의 침지식 분리막 세정방법이 가지는 문제점과 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 수평형 침지식 분리막에 대한 막오염 특성을 고려함으로써, 더 효율적이고 경제적으로 분리막을 세정할 수 있도록 하는 것을 궁극적인 목적으로 한다. The present invention was developed to overcome the problems and limitations of the conventional immersion membrane cleaning method as described above, by considering the membrane fouling characteristics for the horizontal immersion membrane, so that the membrane can be cleaned more efficiently and economically It is the ultimate goal.
구체적으로 계절별 원수 수질 변동에 상관없이, 분리막의 막오염 정도를 파악하여 필요한 시기에 적절히 공기 세정을 통해 분리막을 세정하고, 막오염이 크게 발생하는 부분을 집중적으로 세정을 수행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. Specifically, regardless of seasonal changes in raw water quality, the purpose is to grasp the membrane fouling level of the membrane and to clean the membrane by air cleaning as needed, and to perform intensive cleaning on the part where membrane fouling occurs largely. It is done.
본 발명에서는, 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 침지식 분리막 여과장치에서, 막간차압(Transmembrane Pressure), 여과수온, 막투과유속(Flux) 등을 실시 간으로 측정하여 분리막의 막여과 저항값(Membrane Resistance)를 산출하고, 산출된 막여과 저항값이 소정의 설정치 이상으로 증가하게 되면, 분리막의 공기세정이 필요한 상황으로 보아, 자동적으로 공기세정을 수행하는 방법 및 이러한 방법에 의하여 분리막의 자동세정 기능을 가지는 침지식 분리막 여과장치가 제공된다. In the present invention, in order to achieve the above object, in the immersion type membrane filtration device, the membrane filtration resistance value (Membrane) of the membrane by measuring the transmembrane pressure, the filtered water temperature, the membrane flux (Flux), etc. in real time Resistance), and when the calculated membrane filtration resistance is increased above a predetermined set value, the air cleaning of the separator is necessary, and thus the method of automatically cleaning the air and the automatic cleaning function of the separator by such a method are performed. An immersion type membrane filtration device having a is provided.
또한 본 발명에서는 공기의 분사에 의하여 분리막의 세정을 수행하되, 막오염이 집중되는 부분에 토네이도 방식으로 공기를 분사함으로써 분리막의 표면에 형성된 케익층을 효과적으로 저감하게 되는 침지식 분리막 여과장치의 공기세정방법 및 토네이도식 공기세정기능의 침지식 분리막 여과장치가 제공된다. In addition, in the present invention, the cleaning of the separation membrane by the injection of air, the air cleaning of the immersion membrane filter apparatus that effectively reduces the cake layer formed on the surface of the separation membrane by injecting air to the portion where the membrane contamination is concentrated in a tornado method A method and an immersion separator filtration apparatus with tornado air cleaning are provided.
본 발명에 의하면, 침지식 분리막 여과장치에서, 공기 세정량을 분리막의 막오염 정도가 심하게 발생하는 부분에 집중시킴으로서 분리막 여과공정에서 발생하는 불 균질한 막 오염 발생을 극복할 수 있게 된다. According to the present invention, in the immersion type membrane filtration apparatus, it is possible to overcome the occurrence of heterogeneous membrane contamination generated in the membrane filtration process by concentrating the air cleaning amount to the portion where the membrane fouling degree of the membrane is severely generated.
또한, 계측장치에 의하여 실시간으로 측정된 물리량을 이용하여 실시간으로 막오염 정도를 파악하고 이에 근거하여 분리막의 세정시기를 자동적으로 제어하게 되므로, 분리막의 여과 성능을 최선의 상태로 유지할 수 있게 되고, 그에 따라 안전하고 신뢰성이 향상된 수처리를 할 수 있게 된다.In addition, by using the physical quantity measured in real time by the measuring device to determine the degree of membrane contamination in real time and automatically control the cleaning time of the membrane based on this, it is possible to maintain the filtration performance of the membrane in the best state, This enables safe and reliable water treatment.
특히, 계측장치를 온라인 측정이 가능하도록 구성함으로써, 위와 같은 막여과 저항값의 계산 및 산기관을 통한 공기세정을 온라인으로 원격 제어할 수 있게 되며, 분리막의 공기세정에 대한 데이터들이 운영자에게 디스플레이 되도록 함으로 써, 운영자가 침지식 분리막 여과장치의 공기세정에 관한 정량화된 자료에 기초하여 분리막 여과장치의 세정 및 운전 공정을 효율적으로 제어할 수 있게 된다. In particular, by configuring the measuring device to enable on-line measurement, it is possible to remotely control the above-described calculation of the membrane filtration resistance value and the air cleaning through the diffuser, and to display the data on the air cleaning of the separator to the operator. This allows the operator to efficiently control the cleaning and operating processes of the membrane filter based on quantified data on air cleaning of the submerged membrane filter.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are described as one embodiment by which the technical spirit of the present invention and its core configuration and operation are not limited.
도 1은 본 발명에 따른 침지식 분리막의 공기세정방법이 적용된 수처리 장치의 일예로서, 수평형 침지식 분리막 여과장치의 구성을 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic view showing the configuration of a horizontal immersion membrane filter device as an example of a water treatment device to which the air cleaning method of the immersion membrane according to the present invention is applied.
수평형 침지식 분리막 여과장치에는, 침지식 분리막 여과조(1)와, 상기 침지식 분리막 여과조(1) 내에 잠겨있는 분리막으로 이루어진 수평형 침지식 막모듈(2)과, 막모듈 세정을 위한 공기를 토네이도식으로 분출하는 노즐(4)이 구비된 산기관(3)과, 여과 및 역세척을 위한 흡입 펌프(6)와, 여과수의 수온, 여과압력(막간차압), 여과유량 등을 측정할 수 있는 계측장치(7)와, 온라인 계측장치(7)에서 측정된 데이터를 이용하여 여과 플럭스(막투과유속)(Flux), 막간차압(TMP) 및 물의 점도(Viscosity)를 계산하여 막여과 저항값(Membrane Resistance)을 산출하고, 시간에 따른 막여과 저항값의 변화 △Rt 및 △Rs값을 계산하여 산기관(3)으로부터의 공기 분출을 제어하는 연산제어부(8)를 포함한다. 도면에서 부재번호 5는 산기관(3)으로 세척용 공기를 공급하는 공기발생장치(5)이다. The horizontal immersion membrane filtration apparatus includes a immersion membrane filtration tank (1), a horizontal immersion membrane module (2) comprising a membrane immersed in the immersion membrane filtration tank (1), and air for cleaning the membrane module. A
상기 계측장치(7)는, 여과수의 수온을 측정할 수 있는 온도계(71)와, 여과압력(막간차압)을 측정할 수 있는 압력계(72)와, 여과유량을 측정할 수 있는 유량계(73)를 포함한다. 상기 계측장치(7)는 온라인으로 측정치를 전송할 수 있는 온라인 계측장치로 구성되는 것이 바람직하다. The
도 2는 수평형 침지식 분리막 여과장치에서의 분리막의 길이에 따른 여과플럭스(J) 값의 차이를 보여주는 그래프도(도 2의 좌측 그래프도)와, 실제 수평형 침지식 분리막 여과장치에 구비된 수평형 침지식 막모듈의 도면 대용 사진이다. Figure 2 is a graph showing the difference of the filtration flux (J) value according to the length of the membrane in the horizontal immersion membrane filter device (left graph of Figure 2), and the actual horizontal immersion membrane filter device It is a photograph substitute drawing of horizontal submerged membrane module.
도 2의 좌측 그래프도에서 수직축은 여과플럭스의 값이고, 수평축은 배출구로부터의 거리이다. 도 2의 그래프도에서 알 수 있듯이, 도 2의 사진속 실제 수평형 침지식 막모듈에서는 막모듈의 양 끝단의 약 20㎝ 구간이 가장 큰 막오염 부하가 생성되는 것으로 나타났다. 즉, 막모듈의 양 끝단 부분이 가장 심하게 막오염이 일어나는 것이다. 2, the vertical axis is the value of the filtration flux, and the horizontal axis is the distance from the outlet. As can be seen in the graph of Figure 2, in the actual horizontal immersion membrane module in the photo of Figure 2 was shown that the largest membrane fouling load is generated about 20cm section of both ends of the membrane module. That is, membrane fouling occurs most severely at both ends of the membrane module.
따라서 본 발명에서는 산기관(3)의 노즐(4)을 막모듈의 양 끝단 20㎝ 구간 이내에 집중시켜 배치하여, 막오염 부하가 큰 위치에 공기세정량을 집중시켜 막오염 억제를 최대화한다. 도 3에는 본 발명에 따른 수평형 침지식 분리막 여과장치에 구비된 산기관(3)의 개략적인 평면도가 도시되어 있는데, 도 3에 도시된 것처럼, 산기관(3)에서 노즐(4)은 막모듈의 양 끝단 즉, 막모듈이 수평하게 배치된 방향과 나란하게 배치된 산기관(3)의 양 끝단에 집중적으로 형성되어 있는 것이다. 특히, 본 발명에서는 노즐(4)에서 분사되는 막세정용 공기는 토네이도 형태의 회오리방식으로 분사된다. 이와 같이 토네이도 형태의 회오리방식으로 공기가 분사됨 으로써 막모듈의 공기 세정 효율이 더욱 증가하게 된다. 상기 노즐(4)의 각도를 조절함으로써 막세정용 공기가 토네이도 형식의 회오리방식으로 분사시킬 수 있게 된다. 즉, 노즐(4)을 기울어진 형태로 형성하게 되면 막세정용 공기가 토네이도 형식의 회오리방식으로 분사될 수 있다. Therefore, in the present invention, the
본 발명에서는 다음에서 설명하는 방법 즉, 막여과 저항값을 이용하여 침지식 막모듈(2)의 세정 주기를 조절함으로써, 효율적인 막여과가 이루어지도록 한다. In the present invention, an efficient membrane filtration is achieved by adjusting the cleaning cycle of the immersion
상기 수학식 1에서 J는 단위시간 및 막모듈의 단위면적 당 여과된 유량을 나타내는 여과플럭스이고, Q는 여과 유량이며, A는 막모듈의 면적이며, t는 여과시간이다. In Equation 1, J is a filtration flux indicating a unit time and a flow rate filtered per unit area of the membrane module, Q is a filtration flow rate, A is an area of the membrane module, and t is a filtration time.
위와 같은 여과플럭스 J 값은, 위의 수학식 1로 표현된 것처럼, 유량계(73)의 측정값을 시간과 막모듈의 면적으로 나누어서 산출하게 된다. As described above, the filtration flux J value is calculated by dividing the measured value of the
상기 수학식 2에서 R은 분리막 여과시 막여과 저항값을 나타낸 것으로, μ는 점성계수(Viscosity)를 나타내고, ΔP는 막간차압(TMP)을 의미하는데, 막간차압은 침지식 막모듈(2) 전후의 압력 차로서, 침지식 막모듈(2)의 후단에 설치된 상기 압력계(72)에 의한 여과압력 측정값이 TMP 값이 된다. In
상기 수학식 3에서 R1 과 R2는 각각 시간 t1과 t2에서의 막여과 저항값을 나타낸 것으로, 이 값의 차이가 △R 값이 된다. In
상기 수학식 4에서 △Rt은 시간 t1과 tn 사이에 발생한 막여과 저항값의 차이 를 나타낸다. 상기 수학식 5에서 △Rs는 정해진 단위 시간 간격에서의 막여과 저항값의 차이 즉, 단위 시간 간격을 가지는 시간 tn과 tn -1 사이에 발생한 단위 여과시간 동안의 막여과 저항값 차이를 나타낸다. ΔR t in
도 4에는 침지식 분리막을 이용한 여과 수행 동안의 막여과 저항값의 변화를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도 4의 그래프에서, 막여과 저항값이 선형증가 곡선에서 비선형 증가곡선으로 변환되는 변곡점에서의 막여과 저항값을 Rn으로 나타내고, 여과시작 초기의 막여과 저항값을 R1으로 나타내며, Rn과 R1의 차를 △Rt라고 한다. 또한, 단위 시간 간격에서의 막여과 저항값의 차이를 △Rs로 나타낸다. 일반적으로 침지식 분리막을 이용하여 여과를 수행할수록 막오염이 더 진행되므로 △Rs값은 0보다 큰 값이 되며, 여과 수행 동안에 막여과 저항값은 도 4에 도시된 것처럼, 선형 및 비선형의 불규칙적인 상향증가 곡선을 형성하게 된다. FIG. 4 is a graph showing the change of membrane filtration resistance during filtration using an immersion type membrane. In the graph of FIG. 4, the membrane filtration resistance is converted from a linear increase curve to a nonlinear increase curve. The membrane filtration resistance of is represented by R n , the membrane filtration resistance value at the beginning of filtration is represented by R 1 , and the difference between R n and R 1 is called ΔR t . Further, the film shows a difference in the filtered resistance value as △ R s in the unit time interval. In general, the more the membrane fouling proceeds as the filtration is performed using the immersion membrane, the ΔR s value is greater than 0, and the membrane filtration resistance values are linear and nonlinear irregularities as shown in FIG. 4. Will form an upward growth curve.
본 발명에서는 다음에서 설명하는 구성을 가지는 공기세정방법을 이용하여 침지식 분리막의 세정을 수행함으로써, 단위 시간 간격에서의 막여과 저항값의 차이 △Rs를 0 이하의 값이 되도록 한다. In the present invention, the immersion separation membrane is cleaned using the air cleaning method having the configuration described below, so that the difference ΔR s of the membrane filtration resistance value at unit time intervals is set to 0 or less.
도 5에는 본 발명에 따른 공기세정방법의 각 단계를 설명하기 위한 공정 흐름도가 도시되어 있다. 5 is a process flowchart for explaining each step of the air cleaning method according to the present invention.
우선, 흡입 펌프(6)를 작동시켜, 침지식 분리막 여과조(1) 내에 잠겨있는 침지식 막모듈(2)을 통해 막여과를 수행한다(S1). 이 때 막여과 초기에는 폭기를 수 행하지 않는다. 막여과를 진행하면서, 여과수의 수온을 측정할 수 있는 온도계(71)와, 여과압력(막간차압)을 측정할 수 있는 압력계(72)와, 여과유량을 측정할 수 있는 유량계(73)를 포함하는 계측장치(7)에 의하여, 수온, 막간차압(TMP값) 및 여과유량을 측정한다(S2). 연산제어부(8)는 계측장치(7)에 의한 계측 값을 이용하여 앞서 설명한 수학식 1에 따라 여과플럭스 J값을 산출한다(S3). First, the
연산제어부(8)는 막간차압 TMP값과 산출된 여과플럭스 J값, 그리고 측정하여 알고 있는 점성계수 μ를 이용하여 상기 수학식 2에 따라 각 측정 시간에서의 막여과 저항값 R을 연산하여 도 2와 같이 여과 시간에 따른 막여과 저항값 R의 그래프를 산출할 수 있는 데이터를 형성한다. 또한 연산제어부(8)는 위와 같은 막여과 저항값 R의 데이터를 산출하면서, 막여과 저항값이 선형증가 곡선에서 비선형 증가곡선으로 변환되는 변곡점에서의 막여과 저항값 Rn을 산출하고 여과시작 초기의 막여과 저항값 R1과의 차이△Rt (즉, Rn- R1 값)을 계산한다(S4). 계산된 △Rt 값이 소정의 설정값(예를 들면 0)과 비교한다(S5). 계산된 △Rt 값이 소정의 설정값 이하인 경우에는 무폭기 상태로 막여과를 계속 수행하며, 만일 계산된 △Rt 값이 소정의 설정값 보다 큰 경우에는 분리막의 공기세정이 필요한 것으로 판단하여 산기관(3)의 노즐(4)을 통해 공기를 토네이도식으로 분출하여 분리막의 공기 세정 작업을 수행한다(S6).The
연산제어부(8)는 계속하여 막여과 저항값을 계산하면서 수학식 4에 의하여 사전에 정해진 단위 시간 간격에서의 막여과 저항값의 차이 △Rs를 산출하고 △Rs값이 소정의 정해진 기준값(예를 드면 0의 값) 이하인지를 판단한다(S7). 만일 계산된 △Rs 값이 소정의 기준값 이하인 경우에는 분리막의 공기세정이 충분히 이루어진 것으로 판단하여 공기세정작업을 종료하고, 막여과 공정을 계속 수행한다. 위와 같은 막여과 및 공기 세정 데이터는 컴퓨터 등에 저장하고, 데이터베이스화 한다(S8).The
앞서 언급한 것처럼, 계측장치(7)를 온라인 측정이 가능하도록 구성함으로써, 위와 같은 막여과 저항값의 계산 및 산기관(3)을 통한 공기세정을 온라인으로 원격 제어할 수 있게 된다. As mentioned above, by configuring the measuring
또한, 위와 같은 분리막의 공기세정에 대한 데이터들이 운영자에게 디스플레이 되도록 할 수 있으며, 운영자는 침지식 분리막 여과장치의 공기세정에 관한 정량화된 자료에 기초하여 분리막 여과장치의 세정 및 운전 공정을 효율적으로 제어할 수 있게 된다. In addition, the above data on the air cleaning of the membrane can be displayed to the operator, the operator can efficiently control the cleaning and operation process of the membrane filter based on the quantified data on the air cleaning of the immersion membrane filter You can do it.
도 1은 본 발명에 따른 침지식 분리막의 공기세정방법이 적용된 수처리 장치의 일예로서, 수평형 침지식 분리막 여과장치의 구성을 보여주는 개략도이다. 1 is a schematic view showing the configuration of a horizontal immersion membrane filter device as an example of a water treatment device to which the air cleaning method of the immersion membrane according to the present invention is applied.
도 2는 수평형 침지식 분리막 여과장치에서의 분리막의 길이에 따른 여과플럭스(J) 값의 차이를 보여주는 그래프도와, 실제 수평형 침지식 분리막 여과장치에 구비된 수평형 침지식 막모듈의 도면 대용 사진이다. Figure 2 is a graph showing the difference in the filtration flux (J) value according to the length of the membrane in the horizontal immersion membrane filter device, and substitutes the drawing of the horizontal immersion membrane module provided in the actual horizontal immersion membrane filter device It is a photograph.
도 3은 본 발명에 따른 수평형 침지식 분리막 여과장치에 구비된 산기관의 개략적인 평면도이다. Figure 3 is a schematic plan view of the diffuser provided in the horizontal immersion membrane filter apparatus according to the present invention.
도 4는 침지식 분리막을 이용한 여과 수행 동안의 막여과 저항값의 변화를 보여주는 그래프도이다. 4 is a graph showing the change of membrane filtration resistance value during filtration using immersion membrane.
도 5는 본 발명에 따른 공기세정방법의 각 단계를 설명하기 위한 공정 흐름도이다. 5 is a process flowchart for explaining each step of the air cleaning method according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 침지식 분리막 여과조 1: submerged membrane filtration tank
2 : 침지식 막모듈2: submerged membrane module
3 : 산기관 3: diffuser
4 : 노즐4: nozzle
5 : 산기장치 5: diffuser
6 : 펌프6: pump
7 : 계측장치 7: measuring device
8 : 연산제어부8: operation control unit
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