KR20140054670A - 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템은, 혼화조/응집조-침전조-막여과조로 이루어지고, 상기 막여과조의 막오염 지수를 측정하여 화학세정을 제어하는 시스템에 있어서, 상기 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하는 계측부와; 상기 계측부에서 계측된 막간 차압의 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 그에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 연산부와; 상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 막오염 지수를 분석하여 그에 대응하는 세정 모드를 설정하는 제어부와; 상기 제어부에서 설정된 세정 모드가 화학세정 모드인 경우 처리수에 화학 물질을 투입하여 상기 막여과조에 처리수를 펌핑하여 이송하는 CIP 탱크부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 막오염 지수를 실시간으로 순간 막간 차압의 변화율을 이용하여 산출하고, 산출된 막오염 지수에 따른 최적의 화학세정(Clean In Place, CIP)을 선택적으로 수행할 수 있다.

Description

막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템 및 그 방법{Membrane filtration process system using of relative fouling index ratio and the method}
본 발명은 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 막오염 지수를 실시간으로 순간 막간 차압의 변화율을 이용하여 산출하고, 산출된 막오염 지수에 따른 최적의 화학세정(Clean In Place, CIP)을 선택적으로 수행할 수 있는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 막여과 공정은 일정한 여과 유량을 유지한 후에 막간차압의 변화를 모니터링하여 일정압력을 초과하거나 일정시간을 초과하는 경우에 역세척을 수행하는 방법으로 운전을 제어한다.
그리고, 수처리를 위한 막여과 공정에서는 처리능력을 보증하기 위한 방법으로, 막오염(Fouling)이 지속되어 기설정된 한계차압 이상일 경우 CIP를 수행한다.
즉, 상술한 바와 같이 CIP를 수행할 경우, 이 CIP 수행 횟수는 목표로 하는 처리성능을 유지하기 위해 실시되는데, 이 횟수는 전체 막여과 공정에서의 운전성능평가의 '성능지표'가 되고, CIP로 필요한 세정시간(접촉시간), 세정약품, 폐액처리 등의 유지관리비 및 부산물처리비와 연관되어 '경제성지표'가 되며, 또한 막여과 공정의 '안정성지표'가 된다.
그리고, 막여과 공정에서 목표로하는 처리능력을 유지하면서 최소한의 CIP를 통해 안정적으로 장기 운전되고 있다는 것은 전체 막여과 공정이 최적화되었다는 것을 의미한다. 여기서, 최소한의 CIP란 그만큼 처리 성능의 손실을 최소화하였다는 것을 의미하며, 최적의 CIP 주기의 설정은 상술한 '성능지표' , '경제성지표' , '안정성지표'를 모두 만족시켜야 한다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래 막여과 공정을 이용할 경우 막오염이 지속되어 기설정된 한계차압 이상으로 막오염 속도가 증가하게 되는데, 이 지속되는 막오염을 해결하기 위해 CIP를 임의의 주기로 수행함에도 불구하고, 상술한 '성능지표' , '경제성지표' , '안정성지표'를 만족시키지 못하게 되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 막오염 지수를 실시간으로 순간 막간 차압의 변화율을 이용하여 산출하고, 산출된 막오염 지수에 따른 최적의 화학세정(Clean In Place, CIP)을 선택적으로 수행할 수 있는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템은, 혼화조/응집조-침전조-막여과조로 이루어지고, 상기 막여과조의 막오염 지수를 측정하여 화학세정을 제어하는 시스템에 있어서, 상기 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하는 계측부와; 상기 계측부에서 계측된 막간 차압의 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 막오염 모델에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 연산부와; 상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 막오염 지수를 분석하여 그에 대응하는 세정 모드를 설정하는 제어부와; 상기 제어부에서 설정된 세정 모드가 화학세정 모드인 경우 처리수에 화학 물질을 투입하여 상기 막여과조에 처리수를 펌핑하여 이송하는 CIP 탱크부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제어부는 상기 막오염 지수에 대응하여 역세척 모드 또는 화학 세정 모드로 설정하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 연산부는 상기 순간 막간 차압의 변화율을 지속적으로 모니터링하여 막오염의 발생정도를 측정하고, 그 발생 정도에 대해 실시간으로 네가지 형태의 케이크, 인터메디에이트 블록킹, 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염 모델을 각각 이용해 막오염 지수를 연산하는 점에 그 특징이 있다.
상기 제어부는 상기 연산된 막오염 지수와 막오염 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 급격하게 막오염이 진행되는 것으로 판단하여 그에 대응하는 화학 세정 모드로 설정하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 케이크의 막오염 지수는
수학식 1
Figure pat00001
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
J0 는 초기 플럭스(LMH, l/m2 hr,
Figure pat00002
)
J 는 여과시간(t) 경과 후 플럭스(LMH, l/m2 hr)
P0 는 초기 막투과압력(Pa)
Rm 는 분리막 수리학적 저항계수(m-1)
μ는 물의 점성계수(N·s/ ㎡)
t 는 여과시간(hr)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 인터미디에이트 블럭킹의 막오염 지수는
수학식 2
Figure pat00003
Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스텐다드 블럭킹의 막오염 지수는
수학식 3
Figure pat00004
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출되는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 컴플릿 막오염 지수는
수학식 4
Figure pat00005
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출되는 점에 그 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법은, 가압식 막여과조의 막오염 지수를 측정하여 화학세정을 제어하는 방법에 있어서, 상기 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하고, 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 막오염 모델에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 단계와; 상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 연산된 막오염 지수를 분석하여 막오염 모델을 판단하는 단계와; 상기 판단된 막오염 모델에 대응하는 세정 모드를 설정하는 단계와; 상기 세정 모드가 화학세정 모드인 경우 상기 막오염 지수에 따른 화학 물질을 투입하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 막오염 지수를 연산하는 단계에서 상기 순간 막간 차압의 변화율을 지속적으로 모니터링하여 막오염의 발생 정도를 측정하고, 그 발생 정도에 대해 실시간으로 네가지 형태의 케이크, 인터메디에이트 블록킹, 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염 모델을 각각 이용해 막오염 지수를 연산하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 막오염 모델을 판단하는 단계에서 상기 연산된 막오염 지수와 막오염 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 막오염이 진행되는 것으로 판단하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 막오염 지수를 실시간으로 순간 막간 차압의 변화율을 이용하여 산출하고, 산출된 막오염 지수에 따른 최적의 화학세정(Clean In Place, CIP)을 선택적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 막간 차압을 모니터링한 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 막오염 지수에 따른 막오염 상태를 분리하는 것을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법에 대한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템은, 착수정(11), 혼화조/응집조(12), 침전조(13), 막여과조(14), 수질 모니터링부(18), 응집제 주입부(19), 처리수 탱크(15), 농축수 탱크(16), CIP 탱크(17), 계측부(20), 연산부(21) 및 제어부(22)를 포함하여 이루어진다.
상기 수질 모니터링부(18)는 상기 착수정(11)측에 설치되어 유입원수의 수온, pH, 탁도, 클로로필-a를 포함하는 수질 인자를 실시간으로 측정한다.
상기 착수정(11)은 상기 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정'시 내부에 위치한 원수밸브(미도시됨)를 자동으로 개방시켜 저장된 원수를 공급 펌프를 이용하여상기 혼화조/응집조(12)로 이송하도록 한다.
상기 응집제 주입부(19)는 상기 수질 모니터링부(18)에서 측정된 수질 인자를 이용하여 응집제 예측모델을 통해 응집제 주입량을 계산하고, 상기 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정'시 상기 혼화조(12)로 이송되는 원수에 응집제를 투입한다.
상기 혼화조(12)는 파이프(Pipe) 형태의 교반기 대체설비의 인-라인(In-line) 믹서의 일종으로, 제어부(22)의 자동제어에 따라 '여과공정'시 공급 펌프로부터 이송되는 원수와 응집제 주입부(19)에 의해 투입된 응집제 간을 효율적으로 혼화시킬 수 있도록 믹싱시켜 침전조(13) 혹은 막여과조(13)로 이송하도록 한다.
상기 침전조(13)는 다수의 분리막으로 구성되어 상기 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정' 시 혼화조(12)에 의해 믹싱되어 응결된 입자들을 중력을 이용하여 가라앉히고, 나머지 원수를 막여과조(13)로 이송할 수도 있다. 이때, 상기 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정'시 이송되는 원수를 일정 압력(정압) 혹은 일정유량(정유량)으로 펌핑하여 이송한다.
상기 막여과조(14)는 가압식 막여과조로 선택적 투과성을 가진 막(예컨대, 스틸막과 세라믹막과 고분자막 등)으로 분류되고, 이재질 분류에 따른 분리막은 공정에 따라 UF(Ultra-Filtration)과 MF(Micro-Filtration)로 각각 분류되어 통상 0.01∼1㎛ 범위의 공경을 가지고, 막여과 공정을 적용한 수처리에 있어 체거름 작용에 의해 원수내의 불순물을 제거하는 기작을 발휘하므로 상술한 0.01∼1㎛ 범위 이내의 공경보다 큰 입자에 대해서는 모두 제거시키는 블록으로서, 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정'시 여과 펌프를 통해 이송되는 원수를 여과시켜 처리수 탱크(15)로 이송하도록 한다. 여기서, 상기 막여과조(14)는 정유량 여과 또는 정압 여과를 적용할 수 있다.
상기 처리수 탱크(15)는 가압식 막여과조(14)에 의해 여과된 처리수를 수집하는 블록으로서, 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '여과공정'시 가압식 막여과조(14)에 의해 여과된 처리수를 직접적으로 이송받아 수집하고, '역세공정'시 내부에 위치한 역세밸브(미도시됨)를 자동으로 개방시켜 수집된 처리수를 농축수 탱크(16)로 이송하도록 한다. 또한, 처리수 탱크(15)는 제어부(22)의 자동 제어에 따라 'CIP공정'시 내부에 위치한 역세밸브(미도시 됨)를 자동으로 개방시켜 수집된 처리수를 역세 펌프로 이송하도록 한다.
상기 농축수 탱크(16)는 역세 펌프에 의해 처리수를 원심으로 펌핑하여 이송하는 것으로, 제어부(22)의 자동 제어에 따라 '역세공정'시 처리수 탱크부(15)에 수집된 처리수를 가압식 막여과조(14)에 역으로 여과시켜 물리세정을 수행하도록 펌핑하고, 또한, 상기 농축수 탱크(16)는 제어부(22)의 자동 제어에 따라 'CIP공정'시 CIP 탱크부(17)로부터 여과 펌프를 통해 이송되는 화학약품이 혼합된 처리수를 순환/여과시켜 다시 CIP 탱크부(17)로 이송하도록 한다.
상기 CIP 탱크(17)는 화학약품을 일정농도로 조제하기 위한 처리수와 필요 화학약품을 혼합하는 것으로 내부적으로 화학약품을 가지고 있는 상태에서, 제어부(22)의 자동 제어에 따라 'CIP공정'시 역세 펌프(미도시)에 의해 펌핑되어 이송된 처리수가 화학약품과 혼합되어 여과 펌프(미도시)로 이송하도록 한다.
상기 계측부(20)는 상기 막여과조(14)의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하게 된다. 즉, 상기 계측부(20)는 실시간으로 모니터링(Monitoring)하면서 막간 차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)을 측정(여기서, 한계압력은 통상 200∼300kPa의 범위)하고, 이 측정된 TMP와, 그리고 온도보정계수(점성계수)(μ) 및 플럭스(투과유량/단위막면적)(J)를 검출하고, 이를 이용하여 막오염 지수(R) 값을 계산한다.
도 2는 본 발명에 따른 막간 차압을 모니터링한 상태를 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 연산부(21)는 상기 계측부(20)에서 계측된 막간 차압의 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 그에 대응하는 막여과조(14)의 막오염 지수를 연산하게 된다.
보다 구체적으로, 상기 연산부(21)는 막의 오염상태를 추세선에 따라 순간적으로 튀는 오차 값들을 방지하기 위하여 5분간 평균값을 산출한다. 이때, 평균값들을 순시값으로 받고 이를 순간 막간 차압(TMP) 변화율로 산출하게 된다.
여기서, 상기 순간 막간 차압의 변화율을 지속적으로 모니터링하여 막오염의 발생정도를 측정하고, 그 발생 정도에 대해 실시간으로 네가지 형태의 케이크, 인터메디에이트 블록킹, 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염 모델을 각각 이용해 막오염 지수를 통계학적으로 도출하게 된다. 이때, 도출된 막오염 지수와 모델의 상관관계를 분석하여 막오염 발생 모델을 판단하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 막오염 지수에 따른 막오염 상태를 분리하는 것을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분석된 막오염 지수에 대응하여 케이크, 인터미디에이트 블럭킹, 스텐다드 블럭킹 또는 컴플릿 블럭킹으로 분리하게 된다.
상기 케이크의 막오염 지수는
수학식 1
Figure pat00006
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
J0 는 초기 플럭스(LMH, l/m2 hr,
Figure pat00007
)
J 는 여과시간(t) 경과 후 플럭스(LMH, l/m2 hr)
P0 는 초기 막투과압력(Pa)
Rm 는 분리막 수리학적 저항계수(m-1)
μ는 물의 점성계수(N·s/ ㎡)
t 는 여과시간(hr)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2) 을 이용하여 산출된다.
그리고, 상기 인터미디에이트 블럭킹의 막오염 지수는
수학식 2
Figure pat00008
Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출된다.
또한, 상기 스텐다드 블럭킹의 막오염 지수는
수학식 3
Figure pat00009
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)
을 이용하여 산출된다.
그리고, 상기 컴플릿 막오염 지수는
수학식 4
Figure pat00010
여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
Vs 는 누적 여과수유량(L/m2)을 이용하여 산출된다.
상기 제어부(22)는 상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 막오염 지수를 분석하여 그에 대응하는 세정 모드를 설정한다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(22)는 상기 막오염 지수에 대응하여 역세척 모드 또는 화학 세정 모드로 설정하고, 상기 화학 세정 모드로 설정될 경우 상기 분석된 막오염 지수에 대응하여 케이크(cake formation), 인터미디에이트 블럭킹(intermediate blocking), 스텐다드 블럭킹(standard blocking) 또는 컴플릿 블럭킹(complete blocking)으로 세분화하여 설정한다.
즉, 그 결과 도출된 막오염 지수와 모델의 상관관계를 분석하여 케이크 및 인터미디에이트 블록킹 모델로 규명되면 정상적인 경우로 판단한다.
한편, 도출된 막오염 지수와 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 급격하게 막오염이 진행되는 것으로 판단하게 된다. 이때, 상기 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염이 발생할 경우 그 정보를 운영자가 파악할 수 있게 하여 막여과 공정의 운영조건 변경 및 화학세정(CIP) 등의 적절한 조치를 할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 설정된 화학 세정 모드에 따라 주입되는 화학 물질이 달라질 수 있으며 그에 대응하는 적절한 세정이 수행될 수 있다. 일반적으로, 화학 세정에 이용되는 화학 물질로는 산, 염기, 산화제 등의 HCl, NaOH, NaOCl, 구연산 등이 이용될 수 있다.
또한, 상기 제어부(22)는 설정된 최적의 화학세정주기에 따라 운전모드(예컨대, 정상 모드 vs CIP 모드)를 자동 제어하는 중에, 정상 모드중 '여과공정'시 착수정(11), 혼화조/응집조(12), 침전조(13), 막여과조(14), 응집제 주입부(19)가 모두 자동 동작되도록 제어하고, '역세공정'시 처리수 탱크(15)와 농축수 탱크(16)와 가압식 막여과조(14)가 모두 자동 동작되도록 제어한다.
상기 제어부(22)는 설정된 최적의 화학세정주기에 따라 운전모드(예컨대, 정상 모드 vs CIP 모드)를 자동 제어하는 중에, CIP 모드인 'CIP공정'시 가압식 막여과조(14)와 처리수 탱크(15)와 농축수 탱크(16) 그리고 CIP 탱크(17)가 모두 자동 동작되도록 제어한다.
또한, 도 4는 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법에 대한 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법은, 먼저, 유입원수의 수질을 측정하고(S41), 측정된 수질 등급에 따른 응집제를 주입하고(S42), 막여과 공정을 수행하게 된다(S43).
보다 구체적으로, 상기 응집제 주입부의 응집제 예측모델은 수질인자를 이용하여 수질등급을 분류하되, 저탁도(탁도 10 NTU 이하) 일 때; 저수온 저탁도(수온 5℃ 이하 및 탁도 10 NTU 이하)일 때; 중탁도(탁도 10~50 NTU미만일 때); 고탁도(탁도 50 NTU 이상)일 때; 저탁도 고조류(수온 5℃ 초과, 탁도 10 NTU 이하 및 온라인 클로로필-a 15㎍/L 이상)일 때; 저수온 고조류(수온 5℃ 이하, 클로로필-a 15㎍/L 이상)일 때와 같이 수질등급을 6등급으로 나누고, 해당 수질등급에 따른 응집제 계산식을 이용하여 응집제 주입량을 계산한다.
그리고, 상기 막여과 공정에서 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하고(S44), 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 그에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 단계를 수행한다(S45). 즉, 상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 막오염 지수를 분석하게 된다.
그리고, 상기 막오염 지수가 정상 범위인지 여부를 판단하여, 상기 분석된 막오염 지수에 대응하는 세정 모드를 설정하는 단계가 수행된다(S46). 즉, 도출된 막오염 지수와 모델의 상관관계를 분석하여 케이크 및 인터미디에이트 블록킹 모델로 규명되면 정상적인 경우로 판단한다.
한편, 도출된 막오염 지수와 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 급격하게 막오염이 진행되는 것으로 판단하게 된다. 이때, 상기 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염이 발생할 경우 그 정보를 운영자가 파악할 수 있게 하여 막여과 공정의 운영조건 변경 및 화학세정(CIP) 등의 적절한 조치를 할 수 있도록 한다.
그 다음, 상기 막오염 지수가 정상 범위가 아니면 화학세정 모드로 설정하고(S48), 상기 막오염 지수에 따른 화학 물질을 투입하는 단계가 수행된다(S49).
한편, 상기 막오염 지수가 정상 범위라면 역세 공정(물리 세정)(S47)을 수행하게 된다.
따라서, 본 실시 예에 따른 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템은 수처리를 위한 전체 막여과 공정에서 최적의 화학세정주기를 모니터링하여 순간 막간 차압 변화율을 산출하여 최적의 화학세정주기에 따라 정상 모드(여과공정 및 역세공정)와 CIP 모드(CIP공정)로 이루어진 운전모드를 자동으로 제어함으로써, 막 회복율을 초기 상태에 근접하게 빠르게 회복시켜 안정적으로 운전 성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 --- 착수정 12 --- 혼화조/응집조
13 --- 침전조 14 --- 막여과조
15 --- 처리수 탱크 16 --- 농축수 탱크
17 --- CIP 탱크 18 --- 수질 모니터링부
19 --- 응집제 주입부 20 --- 계측부
21 --- 연산부 22 --- 제어부

Claims (12)

  1. 혼화조/응집조-침전조-막여과조로 이루어지고, 상기 막여과조의 막오염 지수를 측정하여 화학세정을 제어하는 시스템에 있어서,
    상기 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하는 계측부와;
    상기 계측부에서 계측된 막간 차압의 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 막오염 모델에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 연산부와;
    상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 막오염 지수를 분석하여 그에 대응하는 세정 모드를 설정하는 제어부와;
    상기 제어부에서 설정된 세정 모드가 화학세정 모드인 경우 처리수에 화학 물질을 투입하여 상기 막여과조에 처리수를 펌핑하여 이송하는 CIP 탱크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 막오염 지수에 대응하여 역세척 모드 또는 화학 세정 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 순간 막간 차압의 변화율을 지속적으로 모니터링하여 막오염의 발생정도를 측정하고, 그 발생 정도에 대해 실시간으로 네가지 형태의 케이크, 인터메디에이트 블록킹, 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염 모델을 각각 이용해 막오염 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 연산된 막오염 지수와 막오염 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 급격하게 막오염이 진행되는 것으로 판단하여 그에 대응하는 화학 세정 모드로 설정하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 케이크의 막오염 지수는
    수학식 1
    Figure pat00011

    여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
    J0 는 초기 플럭스(LMH, l/m2 hr,
    Figure pat00012
    )
    J 는 여과시간(t) 경과 후 플럭스(LMH, l/m2 hr)
    P0 는 초기 막투과압력(Pa)
    Rm 는 분리막 수리학적 저항계수(m-1)
    μ는 물의 점성계수(N·s/ ㎡)
    t 는 여과시간(hr)
    UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
    Vs 는 누적 여과수유량(L/m2) 을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 인터미디에이트 블럭킹의 막오염 지수는
    수학식 2
    Figure pat00013

    Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
    UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
    Vs 는 누적 여과수유량(L/m2) 을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 스텐다드 블럭킹의 막오염 지수는
    수학식 3
    Figure pat00014

    여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
    UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
    Vs 는 누적 여과수유량(L/m2) 을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 컴플릿 막오염 지수는
    수학식 4
    Figure pat00015

    여기서, Js' 는 J/J0 비플럭스(무차원)
    UMFI 는 통합막오염지수(무차원)
    Vs 는 누적 여과수유량(L/m2) 을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 막여과조는 정유량 여과 또는 정압 여과를 이용하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 시스템.
  10. 가압식 막여과조의 막오염 지수를 측정하여 화학세정을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 막여과조의 저항 및 막간 차압을 실시간으로 모니터링하여 계측하고, 순간 막간 차압의 변화율을 산출하고, 막오염 모델에 대응하는 막여과조의 막오염 지수를 연산하는 단계와;
    상기 실시간으로 산출된 순간 막간 차압의 변화율과 상기 연산된 막오염 지수를 분석하여 막오염 모델을 판단하는 단계와;
    상기 판단된 막오염 모델에 대응하는 세정 모드를 설정하는 단계와;
    상기 세정 모드가 화학세정 모드인 경우 상기 막오염 지수에 따른 화학 물질을 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 막오염 지수를 연산하는 단계에서 상기 순간 막간 차압의 변화율을 지속적으로 모니터링하여 막오염의 발생 정도를 측정하고, 그 발생 정도에 대해 실시간으로 네가지 형태의 케이크, 인터메디에이트 블록킹, 스텐다드 블록킹 및 컴플릿 블록킹 막오염 모델을 각각 이용해 막오염 지수를 연산하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 막오염 모델을 판단하는 단계에서 상기 연산된 막오염 지수와 막오염 모델의 상관관계를 분석하여 스텐다드 블록킹 또는 컴플릿 블록킹 모델로 규명되면 비정상적으로 막오염이 진행되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 막오염 지수를 이용한 막여과 공정 방법.
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