KR20140107979A - 2단 역세공정을 이용한 가압식 분리막 모듈의 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 막여과 시스템을 이용하는 가운데 발생하는 막오염을 제거하는 세정방법에 관한 것으로 기존에 이루어지던 일반 역세공정을 2단계로 나누어 진행하여 각 역세공정 내에 이루어지는 세정효과를 강화하는 방법에 대한 것으로, 기존의 가압식 분리막 여과 시스템에서 분리막의 세정 공정을 역세시간을 기준으로 단계를 나누어서 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 분리막의 세정효과를 극대화시키는 것을 특징으로 하고, 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정을 사용하여 역세 시 소요되는 운전비용을 절감하고, 가압식 분리막 모듈의 막 오염 저감 효과를 극대화하여 막여과 시스템의 장기 운전을 가능하도록 하여 운영비용 및 에너지 절감의 효과가 있으며 유입원수탁도에 따라 역세수량 및 공기량을 선택하여 고탁도에도 효과적으로 역세척이 가능하다.

Description

2단 역세공정을 이용한 가압식 분리막 모듈의 세정방법{The Cleaning Method of Pressurized Membrane Module by using Dual-Backwash Process}

본 발명은 가압식 분리막 모듈의 세정방법에 관한 것으로 세정공정을 역세시간을 기준으로 단계를 나누어서 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 2단 역세공정을 통하여 막오염 저감효과 및 막 유지관리비용의 절감을 극대화 할 수 있는 것이 특징으로 기존 가압식 분리막 모듈뿐만 아니라 다양한 가압식 모듈에도 적용이 가능한 향상된 가압식 분리막 모듈의 세정방법에 관한 것이다.

기존의 가압형 분리막 모듈은 운전에 의해 발생한 막오염 물질을 역세공정에 의해 제거하게 되는데 역세공정은 일반적으로 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정(Backwash Process)과 공기를 이용하여 막 표면을 털어내는 공기세정 공정(Air Scouring Process)을 결합하여 진행한다. 도 1과 같이 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정을 통하여 공극 내부에 붙은 막오염 물질을 막 표면으로 이동시키며, 막표면을 털어내는 공기세정 공정에서 막 표면으로 이동한 오염물질을 탈리시킨다. 하지만 기존의 역세공정은 막표면의 오염물질을 완전하게 제어하지 못하며, 효과적인 세정을 위해 사용되는 공기 세정 공정은 가압형 분리막 모듈의 배출관이 모듈의 측면에 위치한 구조적인 문제로 인해 역세수의 흐름에 사영역(Dead Zone)이 발생하여 막오염의 제거가 균일하게 되지 않을 뿐만 아니라 막 내부에 공기의 체류공간이 발생하여 세정을 방해하는 결과를 가져온다. 특히, 고탁도 물질의 유입시 막이 오염되는 현상이 강하게 발생하여 세정효과가 낮게 나타나게 되고 완전히 제거되지 않는 막오염의 물질 때문에 추가적으로 주기적인 화학적 세정(Chemical Enhanced Backwash, CEB)을 필요로 하게 되므로 추가된 화학적 세정은 막여과 시스템의 유지 운전비용을 상승하게 하는 단점을 갖게 된다.

특히 기존의 가압식 분리막 모듈 세정기술은 역세공정 만의 한계성을 보완하기 위하여 약품을 추가하는 세정방법을 채택하고 있고, 약품을 사용하는 조건으로 일정농도나 세정액의 pH를 기준으로 하여 세정을 진행한다. 하지만 이런 세정방법은 결국 유지 비용의 증가를 가져오게 되는데 대표적인 분리막의 화학세정에 관한 종래기술은 다음과 같다.

(특허문헌 1) KR2009-0043842 A

특허문헌 1은 1년 1~2회 이하로 실시하는 정식화학세정 주기 사이에 세정약품의 농도를 2,000 mg/L이하로 낮추고 세정시간을 60분 이하로 줄인 약식 화학세정을 주 1회 이상 실시함으로써 분리막의 투과 유속을 높이고 분리막에 오염물질이 강하게 결합, 축적되는 것을 방지하여 분리막의 수명을 연장하는 고효율 분리막 세정방법에 관한 것이다.

(특허문헌 2) KR1010858 B1

특허문헌 2는 일정 시간의 여과공정 및 다수 회의 물리적 세정단계를 거친 후, 하우징 내부로 세정액을 주입하여 일정 시간 동안 중공사막을 세정액 속에 담가서 그 표면과 세공에 부착된 오염물질을 화학적으로 분해하는 화학적 세정단계와; 일정 시간 동안의 화학 세정을 거친 후, 하우징 하단으로 일정 압력으로 가압한 공기를 주입하여 오염물질을 물리적으로 제거하는 물리적 세정 및 세정액을 이용하는 화학적 세정이 동시에 반복적으로 일어나도록 하는 물리화학적 세정단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 분리막 세정장치 및 이를 활용한 분리막 모듈 세정방법에 관한 것이다.

(특허문헌 3) KR2009-0044286 A

특허문헌 3은 무기물 세정시 발생하는 멤브레인의 손상을 개선하기 위한 것으로 예비탱크에 물과 세정액을 주입하고 상기 물과 세정액을 순환시켜 세정수를 형성하되 세정수는 예비탱크 내부에서 pH가 2.1 내지 2.5가 되도록 조절된 후 멤브레인에 공급하는 것을 특징으로 하는 예비탱크를 이용한 정수장치의 멤브레인 세정방법 및 그 장치에 관한 것이다.

(특허문헌 4) KR1050418 B1

특허문헌 4는 원수 수질을 실시간으로 측정하여 총조류 개체수를 검출하고, 총조류 개체수에 따라 약품을 변경하여 분리막을 세정함으로써 분리막의 효율적인 운영이 가능하도록 하는 지능형 고효율 분리막 유지 세정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 2개의 약품탱크의 약품을 분리막으로 공급하여 일정시간 동안 화학 세정하는 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 이러한 종래의 가압식 분리막 모듈의 세척방법의 단점을 보완하고자 기본으로 진행되는 분리막의 세정공정을 역세시간을 기준으로 단계를 나누어서 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 가압식 분리막 모듈의 세정효과를 극대화하는 새로운 방법을 적용하여 막 여과 시스템의 유지관리성을 높이고 전체적인 에너지 사용량을 감소시켜 분리막의 운영비용을 줄이고자 하였다.

본 발명은 기존의 가압식 분리막 여과 시스템에서 분리막의 세정 공정을 역세시간을 기준으로 단계을 나누어서 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 분리막의 세정효과를 극대화시키는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2와 같이 일반적인 기존 분리막의 세정 공정은 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정(Backwash Process)과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정(Air Scouring Process)의 2개 공정으로 나눌 수 있고, 일반적인 기존의 분리막 세정 공정은 각각의 공정을 동시에 운영을 하고 있다.

반면에 본 발명에서는 도 3에서와 같이 각 공정의 효과를 강화하기 위하여,역세시간을 기준으로 1단계(1st)과 2단계(2nd)로 두 개의 단계로 나누어서 각 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 두 단계로 세정공정을 운영한다. 기존의 세정공정은 약 60초 동안 여과 수량(Q)의 1.5배인 1.5Q의 수량으로 역세척 하면서 300 L/min(LPM)의 공기세정 공정을 동시에 진행하였다면, 본 발명의 2단 역세공정은 일반적인 기존의 세정공정과 동일한 역세시간을 1단계와 2단계의 두 개의 단계로 나누어 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 역세효과를 증대시키고 있고, 각각 단계의 역세시간 또한 동일하게 예를 들면 30초씩의 시간을 사용하거나 유입원수의 탁도에 따라 효율적인 역세를 위하여 1단계와 2단계의 역세시간을 서로 다르게 설정할 수도 있다.

여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정으로 구성되는 가압식 분리막 모듈의 세정방법에 있어서, 역세시간을 기준으로 1단계와 2단계로 두 개의 단계로 나누어서 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 분리막의 세정효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 1단계에서는 역세수량을 역세공기량보다 크게 하고, 상기 2단계에서는 역세수량보다 역세공기량을 크게 함으로써, 1단계에서 강한 수량으로 모듈 공극 내부에 붙은 오염 물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시키고, 2단계에서 증가한 공기량을 이용한 공기 세정공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

특히, 상기 1단계에서는 역세수량은 여과 수량(Q)의 1.5 내지 2.5배(1.5Q ~ 2.5Q), 역세공기량은 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 1/3 내지 2.5/3 배인 100 ~ 250 L/min(LPM)로 운영한 후, 상기 2단계에서는 역세수량은 여과 수량의 0.5 내지 1.5 배(0.5Q ~ 1.5Q), 역세공기량은 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 1 내지 1.5 배인 300 ~ 450 L/min(LPM)으로 운영하는 것이 바람직하다.

전체 역세공정의 운영시간인 역세시간은 유입원수의 탁도에 따라 1단계와 2단계를 합하여 30 내지 90초의 범위로 운영하는 것이 바람직하고, 1단계와 2단계의 시간은 동일하게 운영하거나 서로 다르게 운영하여 역세공정의 효율성을 높일 수 있는데, 특히 일반적인 역세공정인 60초의 역세시간의 경우에는 1단계와 2단계의 시간은 동일하게 30초씩 하는 것이 바람직하다.

또한, 유입원수의 탁도를 측정하여 역세모드를 자동으로 선택하여 진행할 수 있어 단계별로 적용되는 역세수량과 역세공기량을 변경하여 고탁도의 유입수도 효과적으로 세정할 수 있게 하며, 일반 원수의 유입시에는 기존 세정에 비해 수량과 공기량의 저감이 가능해 진다.

가압식 분리막 여과 시스템에서 역세 공정을 1단계와 2단계로 두 개의 단계로 나누어 운영함으로써 오염된 분리막의 세정효과를 극대화시킬 수 있으며, 특히 1단계에서 기존 역세유입 공정보다 강한 수량으로 모듈 공극 내부에 붙은 오염 물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시킬 수 있고, 2단계에서는 증가한 공기량을 이용한 공기 세정공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정은 기존 공정에 비하여 막간차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)상승률을 효과적으로 낮출 수 있으며, 결론적으로 약품세정에 도달하는 운전시간을 증가시켜 약품세정의 횟수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 공기의 양을 줄여 에너지 절약의 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 역세공정에 의해 막오염이 제거되는 원리를 표시한 개념도이다. (a) 막 공극에 오염물질이 붙어있는 모습, (b)역세유입 공정에 의해 오염물질이 막 표면으로 이동하는 모습, (c) 공기세정 공정에 의해 막 표면의 오염물질이 탈리되는 모습.
도 2는 종래 기술에 따른 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 의한 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 역세방법에 대한 개념도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 역세공정에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 역세공정에 따른 역세방법에 있어서 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 그래프이다.
도 7은 종래기술에 따른 막간차압과 본 발명의 2단 역세공정 적용에 따른 막간차압의 변화률을 비교한 그래프이다.

본 발명은 기존의 가압식 분리막 여과 시스템에서 분리막의 세정 공정을 역세시간을 기준으로 단계를 나누어서 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 분리막의 세정효과를 극대화시키는 것을 특징으로 하고, 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정을 사용하여 역세 시 소요되는 운전비용을 절감하고, 가압식 분리막 모듈의 막 오염 저감 효과를 극대화하여 막여과 시스템의 장기 운전을 가능하도록 하여 운영비용 및 에너지 절감의 효과가 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 가압식 분리막 모듈의 역세공정으로서 본 발명에 따른 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정을 실시한 효과를 구체적으로 설명한다.

도 2는 종래 기술에 따른 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 개념도이며, 도 3은 본 발명에 의한 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 역세방법에 대한 개념도이다.

도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 가압식 분리막 모듈 장치의 역세공정 및 이를 이용하는 장치를 설명하면, 종래 기술에 따른 가압식 분리막 모듈의 역세공정을 실시하기 위해서는 역세수라인(210), 역세공기라인(220) 및 배출수라인(230)이 필요하다. 가압식 분리막 모듈의 일반적인 역세공정을 살펴보면, 역세공정은 일반적으로 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막 표면을 털어내는 공기세정 공정을 결합하여 진행하는데, 역세수는 역세공정의 실시를 위해 가압식 분리막 모듈 내로 역세수라인(210)을 통하여 유입되어 분리막 공극 내부에 붙은 막오염 물질을 막 표면으로 이동시킨 뒤, 역세공기라인(220)으로 유입되는 공기에 의한 막표면을 털어내는 공기세정 공정에서 막 표면으로 이동한 오염물질이 탈리되고 이러한 역세 공정을 통해 모인 역세척 배출수는 배출수라인(230)을 통하여 가압식 분리막 외부로 배출되게 된다.

이러한 종래기술에 따른 가압식 분리막 모듈 역세공정의 다음과 같은 단점을 가지고 있다.

첫째, 분리막 표면의 오염물질을 완전하게 제거하지 못한다. 특히, 기존의 가압식 분리막 모듈의 경우에는 배출수라인이 모듈의 측면에 위치하는 구조적인 문제로 인해 역세수의 흐름에 사영역(Dead Zone)이 발생하여 막오염이 균일하게 제거되지 않은 단점이 있다.

둘째, 효과적인 세정을 위해 사용되는 공기 세정 공정은 분리막 모듈 내부에 공기 체류공간이 발생하여 세정을 방해하는 결과를 가져온다.

셋째, 고탁도 물질의 유입 시 분리막 표면이 오염되는 현상이 강하게 발생하여 세정효과가 낮게 나타나고, 낮은 세정효과는 가압식 막 모듈의 추가적인 화학세정을 필요로 하며 유지 운전비용이 상승하는 결과를 가져온다.

도 3은 본 발명에 따른 1단계(1st)과 2단계(2nd)의 두 단계로 나누어 운영되는 2단 역세공정이 사용되는 가압식 분리막 모듈 장치의 개념도이다. 본 발명에 따른 2단 역세공정은 기존의 가압형 분리막 모듈의 역세공정을 1단계(1st)과 2단계(2nd)의 두 단계로 나누어 세정효과를 극대화하였으며, 장기간의 실험을 통하여 본 발명에 따른 2단 역세공정을 실시하는 것이 가압식 분리막 모듈의 장기 운전에서 충분한 효과를 거둘 수 있음을 확인하였다.

본 발명에 따른 가압식 분리막 모듈의 2단 역세공정을 실시하기 위해서는 기존의 역세공정과 동일하게 역세수라인(310), 역세공기라인(320) 및 배출수라인(330)이 필요하다.

2단 역세공정은 역세공정의 역할과 효과를 강화시키기 위하여 1단계(1st)와 2단계(2nd)의 두 단계로 나눌 수 있으며 총 역세시간을 동일한 비율로 나누어 50:50 비율의 시간 동안 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하여 역세 효과를 증대시킨다.

1단계에서는 1.5Q ~ 2Q의 역세수량을 사용하여 역세를 진행하고 역세공기량을 100 ~ 200 L/min(LPM)으로 진행하며, 2단계에서는 역세수량을 0.5Q ~ 1Q로 낮추고 역세공기량을 200 ~ 400 L/min(LPM)으로 증가시켜 공기세정을 실시한다.

구체적인 실시예를 살펴보면, 상기 2단 역세공정은 기존의 가압식 분리막 모듈의 역세공정과 동일한 역세수량을 사용할 수 있는데, 본 발명에서는 동일한 역세수량을 사용하더라도 상기 2단 역세공정에 의해 물리적인 힘을 극대화하였기 때문에 역세 효과가 증가할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 효과를 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.

원통형의 가압식 모듈 1개와 역세수라인, 역세공기라인, 배출수라인을 연결하여 도 3과 같이 가압식 분리막 모듈 장치를 구성하였다. 상기 가압식 분리막 모듈을 통해 유입되는 역세수량 및 역세공기량은 전동밸브와 펌프를 통하여 조절하였다.

1. 역세시간에 따른 측정방법

1) 가압식 분리막 모듈 장치를 구성한다.

2) 원수 특성에 따른 총 역세시간을 결정하고 동일한 비율(50:50)로 역세시간을 구분한다. 총 역세공정 시간은 30 ~ 90초 가운데 공정 회수율을 고려하여 결정할 수 있다.

3) 총 역세시간 중 1단계의 시간 동안 가압식 분리막 모듈 생산 수량의 2배인 2Q의 수량과 기존 역세공기량의 2/3배인 200 L/min(LPM)으로 역세를 진행한다.

4) 총 역세 시간 중 2단계의 시간 동안 가압식 분리막 모듈 여과수량(Q)과 동일한 1Q의 수량과 기존 역세공기량(300 L/min, LPM)의 4/3배인 400 LPM으로 역세를 진행한다.

5) 역세공정을 통해 모인 역세척 배출수를 배출수라인을 통하여 가압식 분리막에서 배출한다.

2단 역세공정에 대하여 하기의 방법으로 역세효율을 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

2단계 역세 공정의 조건 및 역세효과

역세모드	1단계 역세		2단계 역세		역세효과
	투입 Water (역세수량)	투입 Air (역세공기량)	투입 Water (역세수량)	투입 Air (역세공기량)
2단 역세 (30/30)초	2Q	200 L/min	1Q	400 L/min	역세모드 적용 후 가압식 분리막 모듈의 차압 안정적 상태 유지

2. 유입원수 탁도에 따른 역세 방법

1) 유입원수 탁도를 측정한다.

2) 유입원수 탁도에 따라 표 2와 같이 2단 역세공정 모드를 결정한다.

3) 결정된 2단 역세공정 모드에 따라 역세를 실시한다.

4) 역세공정을 통해 모인 역세척 배출수를 배출수라인을 통하여 가압식 분리막에서 배출한다.

유입원수탁도에 따른 2단 역세공정에 대하여 하기의 방법으로 역세모드를 구성할 수 있으며 각각의 역세공정모드 및 역세조건은 표 2에 나타내었다.

유입원수탁도에 따른 역세공정 모드 및 역세조건

역세모드	유입원수탁도	1단계 역세		2단계 역세
		투입 Water (역세수량)	투입 Air (역세공기량)	투입 Water (역세수량)	투입 Air (역세공기량)
A	0 ~ 2	1.5Q	100 L/min	0.5Q	300 L/min
B	2 ~ 10	1.5Q	150 L/min	1Q	350 L/min
C	10 ~ 100	2Q	200 L/min	1Q	400 L/min
D	100 ~ 300	2Q	200 L/min	1Q	400 L/min
E	300 이상	2.5Q	250 L/min	1.5Q	450 L/min

3. 공정운영 비용의 측면에서 본 발명의 효과

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 가압식 분리막 역세공정으로서 본 발명에 따른 2단 역세공정을 실시한 효과를 종래의 역세공정과 비교하여 구체적으로 설명한다.

먼저 종래기술에 따른 결과인 도 4를 설명한다.

도 4는 종래기술인 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 기존의 역세공정은 역세수량을 여과수량(Q)의 1.5 배인 1.5Q로 역세시간 동안 내내 동일하게 유지하면서 동시에 역세공기량은 300 L/min 으로 역세시간 동안 동일하게 유지하는 것이 특징이다.

본 발명의 일 실시예를 도 5를 참고하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 1단계와 2단계 각각을 30초씩으로 설정하고, 1단계에서는 역세수량(Q)을 여과수량(Q)의 2배인 2Q로 유지한 후 2단계에서는 여과수량(Q)와 동일하게 1Q로 유지하며, 동시에 1단계에서 역세공기량은 200 L/min로 2단계의 역세공기량은 400 L/min으로 유지하는 것이 특징이다.

따라서, 전체 역세공정의 시간 동안 평균적으로 사용하는 역세수량은 1.5Q이고, 역세공기량은 300 L/min이므로 종래의 역세공정과 동일한 역세수량과 역세공기량인 동일한 에너지를 사용하면서도 1단계에서 많은 역세수량으로 오염물질을 막 표면 쪽으로 쉽게 이동시킨 후, 2단계에서는 많은 역세공기량으로 오염물질을 효과적으로 탈리시킬 수 있는 장점이 있게 된다. 물론, 종래의 역세공정에서 역세수량과 역세공기량을 증가시켜서 오염물질의 제거 효율을 높이는 것을 고려해 볼 수 있겠으나, 역세수량과 역세공기량을 증가시키는 것은 결과적으로 역세공정에 사용되는 총 에너지를 증가시키게 되는 것으로 전체 공정의 운영/유지비의 상승을 가져오게 되는 것으로 비용 대비 효율의 측면에서 바람직하지 않은 것이다.

또한, 종래의 역세공정에 단순히 역세수량과 역세공기량을 증가시키는 것은 형태가 정해진 가압식 모듈에 있어서 모듈 내부에 동시에 공급되는 역세수량과 역세공기량이 증가되는 것이고 이는 정해진 배출수라인의 직경 또는 관경을 고려할 때 효과적인 오염물 배출에 있어서 불리할 뿐만 아니라 가압식 모듈 내부에 증가된 역세공기량과 역세수량이 서로 효과적인 세정을 방해하는 부정적인 결과를 가져오기 때문에 운영/유지비의 상승을 고려하지 않고 세정의 효율만을 고려할 때에도 바람직하지 않게 된다.

이렇게 본 발명의 2단 역세공정의 1단계에서는 기존 물역세보다 강한 역세수량인 2Q로 모듈 공극 내부에 붙은 오염물질을 막 표면쪽으로 쉽게 이동시키고, 2단계에서 증가한 공기량(400 L/min)을 이용한 공기 세정 공정을 통해 표면으로 이동한 오염물질을 효과적으로 탈리시키게 되는데, 도 5의 세로축은 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min; LPM)이므로 이는 역세공정에 투입되는 에너지와 비례하는 관계이기 때문에 2단 역세공정에 의한 효율적인 분리막 오염물의 제거는 투입되는 역세수량과 역세공기량의 절감을 통해 전체 공정의 에너지 및 운전비용을 절감할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 일 실시예를 도 6을 참고하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 역세방법의 역세시간에 따른 역세수량 및 역세공기량을 나타낸 것으로, 가로축은 역세시간(t)를 의미하고 세로축은 각각 가압식 분리막 모듈장치에서 투과되는 역세수량(Volume) 및 역세공기량(L/min)을 의미하는 것으로 역세시간 1 분을 기준으로 1단계와 2단계 각각을 30초씩으로 설정하고, 1단계 시작에서부터 2단계의 종료시까지 역세수량(Q)을 여과수량(Q)의 2배인 2Q로부터 여과수량(Q)와 동일한 1Q까지 직선적으로 감소시키며, 동시에 1단계 시작에서 역세공기량은 200 L/min에서부터 2단계의 종료시까지 역세공기량은 400 L/min까지 직선적으로 증가시키는 것이 특징이다.

도 7은 종래기술에 따른 막간차압과 본 발명의 2단 역세공정 적용에 따른 막간차압(Trans-Membrane Pressure, TMP)의 변화률을 비교한 그래프이다. 종래기술의 경우에 막의 사용시간이 증가할수록 비록 역세척의 공정을 수행하더라도 잔류하는 오염물질의 증가로 사용시간이 지남에 따라 막간차압이 지속적으로 상승하여 결국에는 공정설계시 미리 정해진 지점에 도달하여 화학세정(Clean In Place, CIP)을 필수적으로 수행해야하는 시점에 일찍 도달하게 되는데 반하여 본 발명의 2단 역세공정을 적용하면 보다 효율적인 분리막의 오염물질 세척이 가능하므로 기존 공정에 비하여 막간차압(Trans-Membrane Pressure) 상승률을 효과적으로 낮출 수 있으며 동일 회수의 역세척을 수행하는 경우 막간차압은 공정설계시 미리 정해진 시점보다 낮은 상태가 되어 장기간 분리막의 사용이 가능하게 되어, 결론적으로 약품세정에 도달하는 운전시간을 증가시켜 약품세정의 횟수를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 사용되는 공기의 양을 줄여 에너지 절약 및 운전비용의 절감 효과도 얻을 수 있다.

표 3은 기존의 일반 역세공정과 본 발명의 2단 역세공정에 의한 공기사용량을 비교한 것으로 공기사용량을 비교해 볼 때, 본 발명의 2단 역세공정의 경우 기본의 일반 역세공정에 비하여 최대 50%의 공기사용량의 감소효과가 있어 에너지 절약 및 운전비용의 절감 효과도 얻을 수 있다

기존 일반 역세공정과 2단 역세공정에 의한 공기사용량 비교

	기존 일반 역세공정	2단계 역세공정
1단계	300 LPM x 1분 = 300 L	100 ~ 200 LPM x 30초 = 50 ~ 100 L
2단계		200 ~ 400 LPM x 30초 = 100 ~ 200 L
합계	300 L	150 ~ 300 L
효과	최대 50% Air 사용량 감소

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다.

WB : 물역세(Water backwash)
CIP : 화학적 세정(Cleaning In Place)
TMP : 막간차압(Trans-Membrane Pressure)
210, 310 : 역세수라인
220, 320 : 역세공기라인
230, 330 : 배출수라인
1st : 1단계
2nd : 2단계

Claims (5)

1. 여과수를 여과 반대방향으로 흘리는 역세유입 공정과 공기를 이용하여 막표면을 털어내는 공기세정 공정으로 구성되는 가압식 분리막 모듈의 세정방법에 있어서, 역세시간을 기준으로 1단계와 2단계의 두 단계로 나누어서 각 단계별로 역세수량 및 역세공기량을 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 가압식 분리막 모듈의 세정방법.
2. 청구항 1에 있어서 상기 1단계에서는 역세수량이 역세공기량보다 크고, 상기 2단계에서는 역세수량보다 역세공기량이 큰 것을 특징으로 하는 가압식 분리막 모듈의 세정방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 1단계의 역세수량은 분리막 모듈 여과수량(Q)의 1.5 내지 2.5배(1.5Q ~ 2.5Q)이고, 상기 2단계의 역세수량은 분리막 모듈 여과수량(Q)의 0.5 내지 1.5 배(0.5Q ~ 1.5Q)인 것을 특징으로 하는 가압식 분리막 모듈의 세정방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 1단계의 역세공기량은 기존 역세공기량의 1/3 내지 2.5/3 배이고, 상기 2단계의 역세공기량은 기존 역세공기량의 1 내지 1.5 배인 것을 특징으로 하는 가압식 분리막 모듈의 세정방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 역세시간은 1단계와 2단계를 합하여 30 내지 90초의 범위이고, 1단계와 2단계의 역세시간은 동일하거나 다른 것을 특징으로 하는 가압식 분리막 모듈의 세정방법.

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