KR20130142583A

KR20130142583A - 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법

Info

Publication number: KR20130142583A
Application number: KR1020120065913A
Authority: KR
Inventors: 권오성; 김평산; 정우원
Original assignee: 코웨이 주식회사
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-12-30
Also published as: KR101918246B1

Abstract

본 발명은 막여과 공정에서의 다단계 유량을 설정하고 각 단계에 따라 PID 제어를 적용함으로써, 분리막의 오염을 최소로 할 수 있는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 관한 것으로, PID 제어로 유량계와 펌프를 연동시켜 일정량의 처리수를 생산하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 있어서, 설계된 최종 목표유량 값에 단계적으로 접근하는 다수의 서브유량 값을 설정하고, 각 단계별 서브유량 값에 대한 PID 제어로 낮은 단계의 서브유량 값으로 수렴하고 순차적으로 높은 단계의 서브유량 값으로 수렴하는 과정을 반복 수행함으로써, 설계된 상기 목표유량 값에 수렴하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법{Reducing Method of Separation Membrane Pollution in Membrane Filtration Process}

본 발명은 수질 처리를 위한 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 막여과 공정에서의 다단계 유량을 설정하고 각 단계에 따른 제어를 적용함으로써, 초기단계에서 분리막의 오염을 방지할 수 있는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 관한 것이다.

상수원의 오염이 심각해짐에 따라 정수수질에 대한 관심이 높아지고 고도정수처리에 대한 요구가 증가하여 기존의 정수처리시설에 대한 보완이나 새로운 공정의 도입이 시도되고 있다. 하지만, 기존의 정수시설의 보완이나 새로운 고도 정수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보를 포함하여 많은 어려움이 뒤따르고 있다. 이에 따라 최근에는 안정된 수질뿐만 아니라 운전 및 유지관리가 용이한 막여과를 이용한 고도 정수처리 공정이 제시되고 있다.

막여과 방법은 선택적 투과기능을 갖는 분리막(membrane)을 이용하여 원수 내의 오염물질을 분리하는 방법으로서, 분리막에는 머리카락 굵기보다 작은 미세기공(1수㎛ 이하)이 형성되어 있다. 분리막에 형성된 미세 공극을 통해 용액과 용질을 분리하며, 일 예로 수중에 포함된 유기 오염물질, 무기 오염물질, 기생충, 박테리아를 분리할 수 있다. 이러한 분리막은 안전한 물을 생산하기 위한 상수 처리시설에 널리 사용되고 있으며, 종래의 모래여과 공정에 비해 응집제 등 세정약품을 사용량이 적기 때문에 친환경적인 처리가 가능하고, 소요되는 부지면적을 줄일 수 있는 장점이 있다.

그러나, 막여과 공정을 이용한 정수처리 방법은 상기와 같은 장점과 함께 높은 에너지가 사용되는 문제점이 있다. 이는 기존의 생물학적 처리방법이나 자연압을 이용한 물리적 처리방법 등과 비교하여 처리수를 얻기 위하여 압력차를 이용하고, 분리막 표면의 오염을 제거하기 위하여 많은 전력이 요구되기 때문이다.

막여과 공정에서 사용되는 주된 에너지 중 하나는 분리막의 오염을 제거하기 위하여 사용되는 전력이다. 분리막을 처리대상 오염수에 침적시켜 처리수를 생산하는 방식인 침지형 공정에서는 분리막의 오염물 제거를 위해 분리막 표면에 공기를 이용한 전단력(shear force)을 발생시키게 되고, 전단력 발생을 위하여 충분한 에너지가 공급되어야 한다. 또한, 가압식 공정에서는 표면 유속을 증대시키기 위하여 처리수가 높은 유속을 갖도록 충분한 에너지가 공급되어야 한다. 이러한 원인은 근본적으로 분리막이 오염수로부터 깨끗한 물을 걸러내는 일련의 과정에서 분리막 표면에 부착되는 오염물 층의 형성으로부터 기인한다.

한편, 막여과 공정에서의 생산유량 제어방식은 분리막을 지나가는 압력차를 발생시키는 펌프를 사용하여, 기본적인 On/Off 펌핑으로 제어하는 On/Off 제어방식이 있다. 이러한 방식은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 목표 생산유량(Q)을 달성하기 위하여 단순한 On/Off 방식의 펌프를 지속적으로 가동시켜야 하므로 필요 이상의 에너지(A)가 계속 소모되는 문제점이 있다.

또한, 일정 유량의 처리수를 생산하는 정유량 방식을 사용하는 경우 처리수의 유량계와 생산 펌프를 연동시켜 처리수의 유량이 일정하게 생산되도록 제어하는데, 이 경우에는 PID(Proportional, Integral, Differential) 제어방식을 사용한다. 종래의 PID 제어방식은 단일 단계의 PID 조절이 수행되며, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 주어진 조건에 따라 정해진 생산유량(Q)을 찾아가는 초기단계에서는 목표로 한 생산유량(Q)을 초과(Overshoot)하는 경우(B)가 발생하게 된다. 처리수에는 다양한 오염물질이 포함되어 있으므로, 목표로 하는 생산유량을 초과하는 부분(B)은 분리막의 불필요한 오염을 유도하게 되고, 결국 오염을 제거하기 위하여 추가적인 에너지가 공급되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 이는 분리막의 세정 주기를 단축시켜 생산량의 절감을 초래하고, 분리막의 수명을 단축시킨다. 따라서, 막여과 공정에서 분리막의 오염을 최소로 하기 위해서는 초기에 공급되는 유량(q)이 생산유량(Q)을 불필요하게 초과하는 것을 방지할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 단순 On/Off 제어방식과 대비하여 펌프 가동율을 절감시켜 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 종래의 단일 PI 또는 PID 설정에 따른 설계 유량의 초과 유량에 따른 분리막의 오염을 절감시켜 에너지 소비를 줄일 수 있는 분리막 오염 절감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 초과 유량에 의한 분리막의 초기 오염을 방지함으로써, 분리막의 세정 주기를 지연시키고, 이로 인한 생산량 증대와 분리막의 수명을 연장시킬 수 있는 분리막 오염 절감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, PID 제어로 유량계와 펌프를 연동시켜 일정량의 처리수를 생산하는 가압식 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 있어서, 설계된 최종 목표유량 값에 단계적으로 접근하는 다수의 서브유량 값을 설정하고, 각 단계별 서브유량 값에 대한 PID 제어로 낮은 단계의 서브유량 값을 달성하고, 순차적으로 높은 단계의 서브유량 값을 달성하는 과정을 반복 수행함으로써, 설계된 상기 목표유량 값을 최종적으로 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 PID 제어로 유량계와 펌프를 연동시켜 일정량의 처리수를 생산하는 침지식 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 있어서, 설계된 최종 목표유량 값에 단계적으로 접근하는 다수의 서브유량 값을 설정하고, 각 단계별 서브유량 값에 대한 PID 제어로 낮은 단계의 서브유량 값을 달성하고, 순차적으로 높은 단계의 서브유량 값을 달성하는 과정을 반복 수행함으로써, 설계된 상기 목표유량 값을 최종적으로 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 서브유량 값은 목표유량 값에 대하여 3 내지 5 단계로 분할 설정되고, 가장 낮은 단계의 최초 서브유량 값이 상기 목표유량 값에 대하여 1/4 내지 3/4 사이의 값을 갖도록 설정되며, 높은 단계의 서브유량 값으로 갈수록 각 서브유량 값 사이의 간격이 좁아지고, 동시에 PID 제어 시간 간격이 짧아지도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 각 단계의 상기 서브유량 값에 대한 PID 제어는 각 서브유량 값을 초과(Overshoot)하는 값이 상기 목표유량 값을 초과하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 PID 제어는 PI 제어인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 펌프 가동율을 절감시켜 에너지 소비를 줄일 수 있으며, 동시에 설계 유량의 초과 유량에 따른 분리막의 오염을 절감시켜 에너지 소비를 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 초과 유량에 의한 분리막의 초기 오염을 방지함으로써, 분리막의 세정 주기를 지연시키고, 이로 인한 생산량 증대와 분리막의 수명을 연장시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 종래의 기술에 따른 막여과 공정에서의 제어방법을 나타낸 그래프,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가압식 막여과 정수처리 시스템에서의 제어 장치를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 침지식 막여과 정수처리 시스템에서의 제어 장치를 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 막여과 공정에서의 PID 제어방법을 나타낸 그래프,
도 5는 종래 및 본 발명에 따른 막여과 공정에서의 제어 특성을 나타낸 그래프,
도 6은 종래 및 본 발명에 따른 막여과 공정에서의 오염물질 부착 특성을 나타낸 그래프,
도 7은 종래 및 본 발명에 따른 막여과 공정에서의 에너지 효율을 나타낸 그래프, 및
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 막여과 공정에서의 PID 제어방법을 나타낸 그래프이다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가압식 막여과 정수처리 시스템에서의 제어 장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 침지식 막여과 정수처리 시스템에서의 제어 장치를 나타낸 블록도이다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 막여과 공정에서의 제어 장치를 살펴보면, 분리막(110)에 원수 공급펌프(120)가 원수 배관(121)으로 연결되고, 농축수 전자밸브(130)가 농축수 배관(131)으로 연결된다. 또한, 분리막(110)의 양 단부에는 처리수 유량계(140)가 처리수 배관(141)으로 연결되고, 배출수 전자밸브(150)가 배출수 배관(151)으로 연결된다. 또한, 컨트롤러(160)에 연결된 PID 제어기(170)가 처리수 유량계(140)를 감시하여 제어하도록 연결되며, 원수 공급펌프(120), 농축수 전자밸브(130) 및 배출수 전자밸브(150)는 컨트롤러에 의해 제어가 되도록 연결된다.

가압식 막여과 정수처리 공정의 일반적인 운영은 생산-역세(공기)-공기(역세)-배수-충수-PDT 등을 포함하는 여러 가지 공정으로 구성되며, 각 단계별 설정되어진 순서 및 시간에 따라 순차적으로 진행되어 진다. 또한, 가압식 생산 공정은 원수 공급펌프(120)의 압력을 이용하여 처리수를 생산하는 방식으로 각 공정의 전자밸브, 펌프 및 공기 유입에 대한 제어는 컨트롤러와 연계되어 제어된다. 또한, 원수 공급펌프(120)에 의해 공급되는 유입수는 막여과에 필요한 여과 압력을 유지시켜 처리수를 생산할 수 있도록 인버터에 의하여 변속 운영되어지고, 원수는 분리막(110)으로 유입되어져 중공사의 외부에서 압력에 의해 내부로 여과되며, 여과된 물은 중공사 내부를 통하여 분리막(110) 상단으로 유출된다.

구체적으로 살펴보면, 분리막(110)은 수천 가닥의 섬유의 의하여 형성된 미세 공극에 의하여 원수에 포함된 유기 오염물질, 무기 오염물질, 기생충, 박테리아 등을 분리함으로써, 원수로부터 깨끗한 물을 여과한다. 이러한 분리막(110)은 배관을 따라 다수개 설치될 수 있다. 원수 공급펌프(120)는 분리막(110)의 하측에 연결되어 분리막(110) 내부로 원수를 공급하며, 농축수 전자밸브(130)는 분리막(110)의 상측에 연결되어 분리막(110)의 내부의 농축수를 배출한다. 배출수 전자밸브(150)는 분리막(110)의 하단에 연결되어 배출수를 배출하며, 동시 또는 순차적으로 분리막(110) 내부로 압축공기를 주입한다. 처리수 유량계(140)는 분리막(110)의 상단에서 처리수 배관(141) 상에 설치되어 처리수량을 체크하고 배출시킨다. 또한, 처리수 배관(141)으로는 역세수가 공급된다. 또한, PID 제어기(170)는 컨트롤러(160)의 제어에 따라 처리수 유량계(140)를 감시하여 설정된 양의 처리수가 생산되도록 제어하고, 이때, 컨트롤러(160)는 PID 제어에 따라 원수 공급펌프(120)를 제어하여 원수를 공급한다.

그리고, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 막여과 공정에서의 제어 장치를 개략적으로 살펴보면, 막모듈(520)이 설치된 막분리조(530)에는 원수유입 전자밸브(210)와 원수 유입펌프(310)가 원수 배관(211)으로 연결되고, 공기유입 전자밸브(260)와 블러워(340)가 공기유입 배관(215)으로 연결된다. 막분리조(530)에는 농축수 배출펌프(330)와 농축수 전자밸브(270)가 농축수 배관(214)으로 연결된다. 또한, 압력계(410), 제1처리수 전자밸브(220), 처리수/역세수 유량계(420), 처리수/역세수 펌브(320), 제2처리수 전자밸브(230)가 처리수 배관(212)을 따라 막분리조(530)와 역세수 탱크(510)를 연결한다. 여기서 처리수 배관(212)의 일 측에서는 제1역세수 전자밸브(240)와 제2역세수 전자밸브(250)가 역세수 배관(213)으로 연결된다. 또한, 컨트롤러(440)가 원수 유입펌프(310), 컴프레셔(340), 처리수/역세수 유입펌프(320), 제2처리수 전자밸브(230)를 제어하도록 설치되며, PID 제어기(430)가 컨트롤러(440)의 제어에 따라 처리수/역세수 유량계(420)를 제어하도록 구성된다.

상기와 같은 제어 장치에서 원수 유입 공정, 처리/역세 공정, 농축수 배출 공정 및 공기 주입 공정의 운영은 각각의 공정에 맞게 단독적으로 적용되는 것으로 동시 또는 개별적으로 운영된다.

먼저, 원수 유입은 막분리조(530)의 레벨스위치와 원수 유입펌프(310)의 연동으로 막분리조(530)의 수위에 따라 가동된다. 처리/역세 공정은, 처리공정 -> 역세공정-> 처리공정의 주기로 반복하여 운영되어진다. 여기서 처리공정은 처리수/역세수 펌프(320)가 "ON" 되고, 제1처리수 전자밸브(220) 및 제2처리수 전자밸브(230)가 "OPEN"되어 운영되며, 역세공정은 처리공정은 처리수/역세수 펌프(320)가 "ON" 되고, 제1역세수 전자밸브(240) 및 제2역세수 전자밸브(250)가 "OPEN"되어 운영된다. 또한, 농축수 배출 공정은 처리/역세 공정과 동시에 운영되며 막분리조(530) 내에서 일정량 배출하여 회수율을 결정한다. 이러한 농출수 배출 공정은 농축수 배출펌프(330)가 "ON" 되고, 농축수 전자밸브(270)가 "OPEN"되어 운영된다. 공기주입 공정은 운영조건에 따라 상시 또는 간헐적으로 유입되며, 컴프레셔(340)가 "ON"되고, 공기유입 전자밸브(260)가 "OPEN"되어 운영된다.

한편, 본 발명의 가압식 또는 침지식 막여과 정수처리 시스템에서의 제어 장치는 처리수 유량계(140,420)를 감시하고 제어하는 수단으로 PID 제어기로 구성되었으나, PI 제어기로 구성되는 것도 가능하다. 특히, 본 발명의 컨트롤러는 설계된 최종 목표유량을 달성하기 위하여 최종 목표유량을 다수의 단계로 세분화하고, 각 단계별로 순차적으로 목표유량을 달성하는 과정을 반복함으로써, 최종 목표유량을 달성하도록 PID(또는 PI) 제어기를 제어한다. 이하에서는, 이와 같은 다수 단계의 PID 제어를 통하여 최종 목표유량을 달성하는 PID 제어과정을 살펴본다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 막여과 공정에서의 PID 제어방법을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 최종 목표유량 값(Q)을 다수의 단계로 분할하여 다수의 서브유량 값(Q1 내지 Q5)을 설정하고, 각 서브유량 값에 해당하는 생산량을 순차적으로 달성하는 과정으로 최종 목표유량 값(Q)을 달성하도록 제어된다. 일 예로 도시된 바와 같이, 최초의 시간 영역(T1)에서부터 상기 목표유량 값(Q)보다 작은 값의 서브유량 값(Q1)을 설정하고, 각 시간 영역(T2~T4)에서 서브유량 값(Q2~Q4)을 증가시키면서, 최종 시간 영역(T5)에서의 서브유량 값(Q5)은 목표유량 값(Q)과 동일해지도록 설정한다.

상기와 같이 다수의 단계로 분할 설정된 각 서브유량 값에 대하여 PID 제어가 이루어진다. 즉, 제1 서브유량 값(Q1)에 대하여 제1 시간간격(T1) 동안 PID 제어로 제1 서브유량 값(Q1)에 해당하는 생산량을 달성한 다음, 다시 제2 시간간격(T2) 동안 PID 제어로 제2 서브유량 값(Q2)의 생산량을 달성한다. 상기와 같은 과정을 반복하여 제5 시간간격(T5) 동안 PID 제어로 제5 서브유량 값(Q5)의 생산량을 달성하고, 최종적으로 제6 시간간격(T)까지 PID 제어를 지속하여 최종 목표유량(Q)을 유지하게 된다.

여기서, 각 단계의 상기 서브유량 값(Q1~Q4)을 달성하기 위한 PID 제어는 초기단계에서 오버슛되는 실제유량 값(q1~q4)이 목표유량 값(Q)을 초과하지 않도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 최초의 제1 서브유량 값(Q1)은 목표유량 값(Q)에 대하여 대략 1/4 내지 3/4 범위의 유량 값으로 설정되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1/2 내외의 유량 값으로 설정된다. 또한, 목표유량 값은 다수의 단계로 분할되는 것이 가능하지만, 너무 많은 단계로 세분화되는 경우 오히려 전체적인 제어가 복잡해질 수 있으므로, 3 내지 5개의 단계의 서브유량 값으로 분할되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 다수의 단계로 분할된 영역에서의 PID 제어는 해당 시간 영역에서 서브유량을 찾아가는 초기단계의 실제유량 값(q1,q2)이 해당 서브유량 값(Q1,Q2)을 초과하는 오버슛이 발생하지만, 이러한 초과 값은 목표유량 값(Q)에는 미치지 못하고, 목표유량 값(Q)과 동일하거나 적어도 목표유량 값(Q)이 인접하는 영역에서만 실제유량 값(q4,q5)이 목표유량 값(Q)을 초과하므로, 초기단계에서의 목표유량 값 초과에 따른 분리막의 불필요한 오염을 방지할 수 있다.

[ 실험예 ]

상기와 같은 다수 단계의 서브유량 값을 설정하고 각 단계에 따라 PID 제어를 적용하는 침지식 막여과 공정에서의 PID 제어 특성, 오염물질 부착 특성 및 에너지 효율 특성을 실험을 통하여 살펴본다. 본 실험에서는 다수 단계의 서브유량 값 설정과 각 단계에 따른 PID 제어는 아래의 표 1과 같은 조건으로 수행된다. 본 실험에 있어서, 미분 제어 상수(D)는 '0'으로 하여 실질적으로 PI 제어를 적용하였다.

단계	서브유량 값(l/min)	설정시간(sec)	비례(P)	적분(I)
제1단계	0.6	5	0.35	0.10
제2단계	0.7	5	0.40	0.10
제3단계	0.8	5	0.50	0.40
제4단계	0.9	10	0.20	0.55
제5단계	1.0	10	0.20	0.50
제6단계	1.0	865	0.01	0.60

도 5는 종래 및 본 발명의 실시예에 따른 막여과 공정에서의 제어 특성을 나타낸 그래프로서, 도 5a는 종래의 On/Off 제어방식(비제어)에 의한 특성, 도 5b는 종래의 단일 단계에서의 PID 제어방식(One-Step)에 의한 특성 및 도 5c는 본 발명의 다수 단계에서의 PID 제어방식(Multi-Step)에 따른 특성을 나타내었다.

도 5a에 도시된 바와 같이 On/Off 제어방식에 의한 경우 1.0(l/min)의 목표유량에 대하여 실제 생산유량은 목표유량에 대하여 지속적으로 소정의 간격을 유지하면서 변하게 된다. 또한, 펌프가동율도 On/Off 제어에 따라 큰 편차로 변하면서 지속적으로 유지됨이 확인된다. 그리고 도 5b에 도시된 바와 같이 단일 단계의 PID 제어방식에 의한 경우 1.0(l/min)의 목표유량에 약 20sec 후부터는 실제 생산유량이 목표유량에 수렴하고 펌프가동율도 소정의 가동율에 수렴함이 확인된다. 그러나 초기 단계에서는 실제 생산유량이 목표유량의 범위에서 변하여 목표유량을 초과하는 오버슛 영역이 발생하게 되고, 펌프가동율도 큰 폭으로 변함을 알 수 있다.

그러나, 도 5c에 도시된 바와 같이 본 발명의 다수 단계의 PID 제어방식에 의한 경우 초기단계에서는 실제 생산유량이 목표유량을 초과하지 않으면서 목표유량에 접근함을 알 수 있고, 펌프가동율도 실제 생산유량이 목표유량에 달성하는 시점부터 특정 가동율에 안정적으로 수렴됨을 알 수 있다.

도 6은 종래 및 본 발명에 따른 막여과 공정에서의 오염물질 부착 특성을 나타낸 그래프로서, 종래의 On/Off 제어방식, 종래의 단일 단계 PID 제어방식 및 본 발명의 다수 단계 PID 제어방식의 막여과 공정에서 시간에 따른 분리막의 압력 변화(TMP : Trans-Membrane Pressure)를 나타내었다.

도시된 바와 같이, 종래의 On/Off 제어방식(비제어)과 단일 단계 PID 제어방식(One-step)에서는 시간이 흐를수록 분리막의 압력차가 급격하게 증가하고 있으나, 본 발명의 다수 단계 PID 제어(Multi-step)에서는 상대적으로 완만하게 증가한다. 분리막에 부착된 오염물질이 증가할수록 분리막의 압력차이도 증가하는 것으로, 결국 본 발명의 다수 단계 PID 제어방식에서는 오염물질의 부착이 종래의 제어방식에 비하여 크게 줄어든다는 것을 알 수 있다.

도 7은 종래 및 본 발명에 따른 막여과 공정에서의 에너지 효율을 나타낸 그래프이다. 종래의 On/Off 제어방식, 종래의 단일 단계 PID 제어방식 및 본 발명의 다수 단계 PID 제어방식에 대하여, 도 7a는 초기 1분 동안의 에너지 효율을 비교하였고, 도 7b에서는 전체 생산 시간 동안의 에너지 효율을 비교하였다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이 초기 1분 동안의 경우 본 발명의 다수 단계 PID 제어방식(Multi-step)에서는, 종래의 On/Off 제어방식(비제어)에 비하여 약 14%의 에너지 절감효과를 나타내며, 단일 단계 PID 제어방식(One-step)에 비하여 약 6%의 절감효과를 나타냄을 알 수 있다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이 전체 생산 시간 동안의 경우 본 발명의 다수 단계 PID 제어방식(Multi-step)에서는, 종래의 On/Off 제어방식(비제어)에 비하여 약 5%의 에너지 절감효과를 나타내며, 단일 단계 PID 제어방식(One-step)에 비하여 약 2%의 절감효과를 나타냄을 알 수 있다. 막여과 공정에서는 분리막에 부착된 오염물질을 제거하는데 많은 에너지가 소모되는데, 본 발명에서의 PID 제어방식에서는 초기단계에서 오염물질의 부착을 방지할 수 있으므로 전체적인 에너지 소모를 줄일 수 있는 것이다. 즉, 본 발명의 PID 제어방식에 의할 경우 특히 초기단계에서 우수한 에너지 절감효과를 나타낼 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 막여과 공정에서의 PID 제어방법을 나타낸 그래프이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 PID 제어방법에서는, 도 3의 실시에와 비교하여 임의로 설정되는 서브유량 값의 간격과 각 서브유량 값에 대한 PID 제어 운용 시간을 달리한다. 즉, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 높은 단계의 서브유량 값으로 갈수록 각 서브유량 값 사이의 간격이 좁게 설정될 수 있으며, 일 예로 목표유량 값(Q)에 대하여 제1 서브유량 값(Q1)은 50%, 제2 서브유량 값(Q2)은 75%, 제3 서브유량 값(Q3)은 87.5%, 제4서브유량 값(Q4)은 93.75% 및 제5 서브유량 값(Q5)은 100%의 크기로 설정될 수 있다. 또한, 각 서브유량 값 사이의 간격이 좁아지도록 설정되는 경우 도 8의 (b)와 같이 해당 서브설정 값을 달성하기 위한 PID 제어 시간 간격도 점차 좁아지도록 설정될 수 있다.

이상에서 본 발명에 있어서 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims

PID 제어로 유량계와 펌프를 연동시켜 일정량의 처리수를 생산하는 가압식 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 있어서,
설계된 최종 목표유량 값에 단계적으로 접근하는 다수의 서브유량 값을 설정하고,
각 단계별 서브유량 값에 대한 PID 제어로 낮은 단계의 서브유량 값을 달성하고, 순차적으로 높은 단계의 서브유량 값을 달성하는 과정을 반복 수행함으로써,
설계된 상기 목표유량 값을 최종적으로 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
PID 제어로 유량계와 펌프를 연동시켜 일정량의 처리수를 생산하는 침지식 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법에 있어서,
설계된 최종 목표유량 값에 단계적으로 접근하는 다수의 서브유량 값을 설정하고,
각 단계별 서브유량 값에 대한 PID 제어로 낮은 단계의 서브유량 값을 달성하고, 순차적으로 높은 단계의 서브유량 값을 달성하는 과정을 반복 수행함으로써,
설계된 상기 목표유량 값을 최종적으로 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서브유량 값은,
상기 목표유량 값에 대하여 3 내지 5 단계로 분할 설정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서브유량 값은,
가장 낮은 단계의 최초 서브유량 값이 상기 목표유량 값에 대하여 1/4 내지 3/4 사이의 값을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서브유량 값은,
높은 단계의 서브유량 값으로 갈수록 각 서브유량 값 사이의 간격이 좁게 설정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
제5항에 있어서, 상기 서브유량 값은,
높은 단계의 서브유량 값으로 갈수록 PID 제어 시간 간격이 짧아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 서브유량 값에 대한 PID 제어는,
각 서브유량 값을 초과(Overshoot)하는 값이 상기 목표유량 값을 초과하지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 막여과 공정에서의 분리막 오염 절감 방법.