KR20150038777A - 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 기술에 관한 것으로, 역삼투 멤브레인의 압축펌프에서 압축된 유입수로 적어도 하나의 트레인을 세척하기 위한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템에 있어서, 상기 트레인의 농축수 배관에 각각 설치되어 상기 압축펌프로부터 상기 트레인으로 공급되는 유입수의 압력을 조절하는 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 트레인의 후단에 각각 설치되어 각 트레인에서 생성된 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 상기 트레인 각각에 공급하거나 차단하는 복수의 생산수 밸브들 및 상기 트레인에서 발생하는 농축수 및 이물질배출 고농도용액을 배출하는 복수의 배출 밸브들을 포함한다. 따라서 트레인 단위로 압력을 조절하여 삼투 현상을 통해 멤브레인 표면에 축적된 오염물질을 제거할 수 있다.

Description

역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법{REVERSE OSMOSIS MEMBRANE TRAIN-SPECIFIC PRESSURE CONTROLLED OSMOTIC BACKWASH SYSTEM AND ITS METHOD}

본 발명은 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 트레인 단위로 압력을 조절하여 삼투 현상을 통해 멤브레인 표면에 축적된 오염물질을 제거할 수 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 역삼투 멤브레인은 특정 성분을 선택적으로 투과시킬 수 있는 미세 여과막인 역삼투 분리막을 사용하여 염분, 유기 및 무기 오염물질, 바이러스, 세균, 중금속 등을 제거할 수 있다. 또한, 역삼투 멤브레인은 해수담수화, 순수 및 초순수, 하, 폐수 재활용 등 수처리 산업의 고부가가치 소재로 주목 받고 있다.

PCT출원공개공보 제WO2004/062774호는 삼투압 세척 시스템에 관한 것으로, 운전중인 역삼투 멤브레인 모듈의 피드측에 고압 및 고농도의 농축수를 주입하고, 생산수측에 가압된 희석수를 주입하여 생산수 측에서 피드 측으로 용매 이동을 유도하는 삼투압을 형성할 수 있다. 따라서 삼투되는 용매에 의해 역삼투 공정에서 형성된 막 표면 오염물질을 제거할 수 있다.

한국등록특허 제10-0987294호는 고압막 여과 공정의 삼투 역세정 방법 및 이를 이용하는 고압막 여과 장치에 관한 것으로, 0~3 bar의 유입 압력을 가지는 10,000~100,000 mg/L의 고농도용액과 여과 생산수 간의 삼투압차를 이용하여 삼투되는 용매에 의해 막 표면 오염물질을 제거할 수 있다.

기존의 멤브레인 삼투 역세척 기술은 세척이 모듈 별로 진행되어 대용량 플랜트에 부적합하고, 삼투 역세척에 사용된 고농도용액의 배출을 위한 별도의 동력장치가 필요하고, 삼투 역세척 해당 모듈에 유입되는 고농도용액의 압력을 미세하게 조절할 수 없으며, 삼투 역세척 공정시 고압펌프의 회전수를 변경해야 하기 때문에 삼투 역세척의 공정 효율이 떨어질 수 있다.

PCT출원공개공보 제WO2004/062774호 한국등록특허 제10-0987294호

본 발명의 일 실시예는 트레인 단위로 압력을 조절하여 삼투 현상을 통해 멤브레인 표면에 축적된 오염물질을 제거할 수 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 유입수의 압력을 조절하여 트레인별 삼투세척용 고농도용액을 공급할 수 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 모듈 내 작용하는 차압을 조절하여 멤브레인의 손상을 방지할 수 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

실시예들 중에서, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템은 역삼투 멤브레인의 압축펌프에서 압축된 유입수로 적어도 하나의 트레인을 세척하기 위한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템에 있어서, 상기 트레인의 농축수 배관에 각각 설치되어 상기 압축펌프로부터 상기 트레인으로 공급되는 유입수의 압력을 조절하는 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 트레인의 후단에 각각 설치되어 각 트레인에서 생성된 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 상기 트레인 각각에 공급하거나 차단하는 복수의 생산수 밸브들 및 상기 트레인에서 발생하는 농축수 및 이물질배출 고농도용액을 배출하는 복수의 배출 밸브들을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 각 트레인의 전단에 설치되어 원수를 공급받아 상기 삼투세척용 고농도용액으로 상기 트레인 각각에 공급하거나 차단하는 복수의 원수 밸브들을 더 포함할 수 있다.

상기 복수의 배출 밸브들은 상기 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 상기 트레인으로 공급하고, 상기 삼투세척용 고농도용액과 상기 삼투세척용 저농도용액 간의 삼투 현상에 의해 상기 역삼투 멤브레인에서 탈락한 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액 및 상기 트레인에서 생성되는 농축수를 외부로 배출할 수 있다.

상기 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부의 압력 범위는 하기의 수학식을 통해 결정될 수 있다.

[수학식]

PL < PH의 범위 < PR+PL

PL: 생산수 흐름부의 압력

PR: 원수 또는 농축수와 생산수 간의 용매의 화학포텐셜 차에서 계산되는 용매흐름 저지압력

일 실시예에서, 상기 트레인의 전단에 설치되어 상기 유입수를 압축하여 상기 트레인에 공급하는 압축 펌프를 더 포함할 수 있다. 상기 압축 펌프에서 압축된 유입수의 압력을 감지하는 압력 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 트레인으로 유입되는 유입수, 상기 트레인에서 배출되는 이물질배출 고농도용액, 상기 트레인에서 발생하는 농축수 및 상기 트레인에서 생성되는 생산수의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서를 더 포함할 수 있다.

세척하고자 하는 트레인에 대한 정보를 포함하는 세척 명령을 입력하는 입력부를 더 포함할 수 있다. 상기 입력부로부터 입력되는 세척 명령에 따라 상기 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 복수의 생산수 밸브들, 상기 복수의 배출 밸브들, 상기 복수의 원수 밸브들 및 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 입력부에서 입력되는 세척 명령을 기초로 상기 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 복수의 생산수 밸브들, 상기 복수의 배출 밸브들, 상기 복수의 원수 밸브들 및 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 밸브 제어이벤트를 생성할 수 있다.

상기 밸브 제어이벤트는 상기 에너지회수장치 밸브의 개폐를 제어하는 제1 제어이벤트, 상기 생산수 밸브의 개폐를 제어하는 제2 제어이벤트, 상기 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 제3 제어이벤트, 플러싱 펌프의 작동을 제어하는 제4 제어이벤트, 상기 배출 밸브의 개폐를 제어하는 제5 제어이벤트 및 상기 원수 밸브의 개폐를 제어하는 제6 제어이벤트를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 밸브 제어이벤트, 상기 멤브레인 세척에 필요한 삼투역세척 유발 잠재압력에 대한 제어변수 및 상기 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값을 저장하는 메모리부를 더 포함할 수 있다.

상기 입력부에서 입력된 트레인에 대한 정보 및 상기 제어부에 의한 제어 과정을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

실시예들 중에서, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법은 역삼투 멤브레인의 압축펌프에서 압축된 유입수로 적어도 하나의 트레인을 세척하기 위한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법에 있어서, 사용자로부터 특정 트레인을 입력받는 단계, 상기 특정 트레인을 체크하여 상기 특정 트레인으로 유입되는 유입수의 압력을 제어하고 삼투세척용 고농도용액을 상기 특정 트레인으로 공급하는 단계, 상기 특정 트레인에 대한 정보를 기초로 적어도 하나의 밸브들의 개폐를 제어하는 단계, 상기 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액의 삼투 작용에 의해 생성된 이물질배출 고농도용액을 배출하는 단계, 상기 삼투세척용 고농도용액의 압력을 조절하는 단계 및 상기 특정 트레인에 대한 공정의 지속여부를 체크하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 특정 트레인을 입력받는 단계는 상기 특정 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트 및 제어변수를 판독하는 단계, 상기 판독된 제어변수를 기초로 전기전도도 센서 및 압력 센서에서 감지된 전기전도도 값 및 압력 값에 따른 감압 값을 산출하는 단계 및 상기 밸브 제어이벤트를 기초로 제1 제어이벤트, 제2 제어이벤트, 제3 제어이벤트, 제4 제어이벤트, 제5 제어이벤트 및 제6 제어이벤트를 체크하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 삼투세척용 고농도용액을 상기 특정 트레인으로 공급하는 단계는 상기 감압 값에 따라 상기 제1 제어이벤트를 통해 에너지회수장치 밸브의 개폐를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 밸브들의 개폐를 제어하는 단계는

상기 제2 제어이벤트, 제3 제어이벤트, 제5 제어이벤트 및 제6 제어이벤트에 따라 생산수 밸브, 플러싱 밸브, 배출 밸브 및 원수 밸브의 개폐를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법은 트레인 단위로 압력을 조절하여 삼투 현상을 통해 멤브레인 표면에 축적된 오염물질을 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법은 유입수의 압력을 조절하여 트레인별 삼투세척용 고농도용액을 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템 및 방법은 모듈 내 작용하는 차압을 조절하여 멤브레인의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템을 설명하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템을 통해 원수를 삼투세척 고농도용액으로 제1 트레인을 세척하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템을 통해 제2 트레인에서 발생한 농축수를 삼투세척 고농도용액으로 제1 트레인을 세척하는 공정을 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템의 운전조건에 따른 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부와 생산수 흐름부의 용매 화학 포텐셜의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척되지 않고, 정상적인 역삼투 멤브레인 공정을 운전하는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척되는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이다.
도 7은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척이 되지 않거나, 세척이 되는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원수를 삼투세척 고농도용액으로 이용한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 과정을 설명하는 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템을 설명하는 블록도이고, 도 2는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 원수를 삼투세척용 고농도용액으로 이용하여 제1 트레인을 세척하는 공정을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 역삼투 멤브레인의 압축 펌프를 통해 주입되는 원수로 트레인을 세척하기 위해 사용되며, 에너지회수장치 밸브(130), 생산수 밸브(140), 배출 밸브(150) 및 플러싱 밸브(220)를 포함한다.

에너지회수장치 밸브(130)는 트레인 별 농축수 배출 배관 내 에너지회수장치 전단에 설치되어 트레인 내의 원수 및 삼투세척용 고농도용액의 압력을 조절할 수 있다.

일 실시예에서, 에너지회수장치 밸브(130)는 압축 펌프(110)에서 트레인으로 들어오는 원수 중 모듈 내에서 멤브레인을 통과하지 않고 십자흐름(Cross flow)으로 흘러 에너지회수장치로 배출되는 농축수가 지나가는 배관의 단면적을 조절하여 트레인 내의 원수 및 삼투세척용 고농도용액의 압력을 조절할 수 있다.

에너지회수장치 밸브(130)는 전기전도도 센서(210)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 용매흐름 저지압력 값과 압력센서(200)에서 감지한 압력 값에 대응하는 감압 값을 제어부(170)로부터 전달받아 감압 값에 대응하도록 유입수를 감압하여 감압된 유입수를 삼투세척용 고농도용액으로 해당 트레인에 공급할 수 있다. 여기에서, 에너지회수장치 밸브(130)는 개방 범위가 커지면 해당 트레인 내 원수 및 농축수 흐름부의 압력이 낮아짐에 따라 유입수의 1차 감압이 발생할 수 있다.

일 실시예에서, 에너지회수장치 밸브(130)는 에너지회수장치로 전달되는 압력이 줄어듦에 따라 일정하게 운전하는 고압펌프에서 발생하는 압력과 에너지회수장치에서 회수한 농축수의 압력의 합에 의해 결정되어 트레인으로 유입되는 유입수의 압력이 낮아짐으로써 2차 감압이 유발되어, 유입수의 압력을 감압하여 삼투세척용 고농도용액으로 해당 트레인으로 공급할 수 있다.

에너지회수장치 밸브(130)는 개방 범위가 작아지면 트레인 내 원수 및 농축수 흐름부의 압력이 높아지고, 에너지회수장치에 전달되는 압력이 커짐에 따라 트레인 내로 유입되는 유입수의 압력을 높임으로써 역삼투 멤브레인 공정이 운전되도록 할 수 있다. 여기에서 트레인은 하나의 압축 펌프(110)로 유입수를 공급받는 모듈의 집합에 해당할 수 있다.

에너지회수장치 밸브(130)는 제어부(170)의 제1 제어이벤트에 따라서 개방 범위가 조절될 수 있으며, 각 트레인의 농축수 배관에 설치되어 있는 해당 밸브 별로 개폐가 제어될 수 있다.

일 실시예에서 제1 에너지회수장치 밸브(131)는 제1 트레인의 농축수 배관에 설치되고, 제2 에너지회수장치 밸브(132)는 제2 트레인의 농축수 배관에 설치될 수 있다. 제어부(170)는 작업자가 제1 트레인을 세척하고자 하여 트레인에 대한 세척 명령을 입력부(160)에 입력하면, 입력부(160)에서 입력되는 세척 명령에 따라 제1 트레인에 해당하는 감압 값을 연산하여 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 범위를 조절하고 제1 트레인으로 유입되는 원수의 압력을 감압한 후 삼투세척용 고농도용액으로 제1 트레인에 공급되도록 제어할 수 있다.

생산수 밸브(140)는 각 트레인 후단의 생산수 배관에 설치되고, 각 트레인에서 생성된 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 다시 공급해주는 재공급 밸브와 각 트레인에서 생산된 생산수를 외부 생산수 저장부에 배출하는 배출 밸브로 나눠지며, 각 트레인에 재공급 밸브 한 개와 배출 밸브 한 개씩 설치될 수 있다.

생산수 밸브(140)는 재공급 밸브가 개방되면 생산수 탱크(240)에 저장되어 있는 생산수가 플러싱 펌프(230)에 의해 재공급 밸브를 통해 삼투세척용 저농도용액으로 해당 트레인에 다시 공급되도록 할 수 있다.

생산수 밸브(140)는 재공급 밸브가 폐쇄되면 생산수 탱크(240)에 저장되어 있는 생산수가 삼투세척용 저농도용액으로 다시 해당 트레인으로 공급되는 것을 막을 수 있다.

생산수 밸브(140)는 배출 밸브가 개방되면 각 트레인에서 생산된 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되며, 배출 밸브가 폐쇄되면 각 트레인에서 생산된 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되는 것을 막을 수 있다.

일 실시예에서, 제1 재공급 생산수 밸브(141)는 제1 트레인의 후단에 설치되어 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 재공급하고, 제2 재공급 생산수 밸브(142)는 제2 트레인의 후단에 설치되어 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 재공급할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 배출 생산수 밸브(143)는 제1 트레인의 후단에 설치되어 생산수를 배출하고, 제2 배출 생산수 밸브(144)는 제2 트레인의 말단에 설치되어 생산수를 배출할 수 있다.

제어부(170)는 작업자가 제1 트레인을 세척하고자 하여 트레인에 대한 세척 명령을 입력부(160)에 입력하면, 입력부(160)에서 입력되는 세척 명령에 따라 입력부(160)에서 입력된 트레인에 대한 정보를 확인하고, 해당 확인된 트레인에 대응하는 밸브 제어이벤트를 저장하고 있는 메모리부(180)를 판독하여 제1 재공급 생산수 밸브(141)를 개방하는 개폐 제어이벤트를 생성하고, 제2 재공급 생산수 밸브(142)를 폐쇄하는 개폐 제어이벤트를 생성하여 해당 밸브에 개폐 제어이벤트를 인가함으로써, 삼투세척용 저농도용액이 제1 트레인에만 공급되도록 제어할 수 있다.

제어부(170)는 제1 배출 생산수 밸브(143)를 폐쇄하는 개폐 제어 이벤트를 생성하고, 제2 배출 생산수 밸브(144)를 개방하는 개폐 제어 이벤트를 생성하여 제1 트레인에서 생성되는 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되는 것을 막고, 제2 트레인에서 생성되는 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되도록 제어할 수 있다.

배출 밸브(150)는 에너지회수장치 밸브(130)에 의해 압력이 조절되어 트레인으로 공급된 삼투세척용 고농도용액과 생산수 밸브(140)에서 트레인으로 공급된 삼투세척용 저농도용액 간 용매 화학 포텐셜의 차이에 의해 유발되는 삼투현상에 의한 용매의 흐름에 의하여 멤브레인 표면에서 탈락한 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액을 배출할 수 있으며, 압축된 원수가 트레인으로 공급되어 진행되는 역삼투 멤브레인 공정에 의해 발생하는 농축수의 배출을 조절할 수 있다.

배출 밸브(150)는 각 트레인의 말단(여기서 말단은, 각 트레인에 유입된 유입수가 멤브레인에 여과되지 못하고 남은 농축수와 이물질이 배출되는 배출부)에 설치될 수 있으며, 농축수는 에너지회수장치를 거쳐 배출될 수 있고, 이물질배출 고농도용액은 에너지회수장치를 거친 후 농축수와 함께 배출되거나 역삼투 멤브레인 공정의 전처리 공정 전단으로 배출될 수 있다.

원수밸브(250)는 삼투세척용 고농도용액으로 역삼투 멤브레인 공정을 운전 중인 트레인에서 발생한 농축수를 사용할 경우, 트레인 전단에 설치되어 원수를 공급하거나, 원수를 차단하여 역삼투 멤브레인 공정에서 발생하는 농축수가 삼투세척용 고농도용액으로 트레인으로 공급할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(170)는 제1 압축 펌프(111)에서 공급된 삼투세척용 고농도용액의 압력과 플러싱 펌프(230)에 의해 공급되는 삼투세척용 저농도용액의 압력을 압력 센서(201, 203)가 감지할 수 있다. 제어부(170)는 전기전도도 센서(211, 215)를 통해 전기전도도 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액의 용매흐름 저지압력 값을 연산할 수 있으며, 감지된 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 간의 유입 압력 차와 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 대응하는 제1 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력 값이 메모리부에 저장되어 있는 제1 트레인의 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 일치할 때까지 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 정도를 조절할 수 있다.

역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 압축 펌프(110), 압력센서(200), 전기전도도센서(210), 입력부(160), 제어부(170), 메모리부(180) 및 디스플레이부(190)를 더 포함할 수 있다.

압축 펌프(110)는 트레인의 전단(여기서 전단은, 각 트레인에 삼투세척용 고농도용액을 공급하는 입력부분)에 설치되어 제어부(170)의 제어에 의해서 트레인 내에 공급되는 유입수를 압축하여 트레인에 공급할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 압축 펌프(111)는 제1 트레인의 전단에 설치되고, 제2 압축 펌프(112)는 제2 트레인의 전단에 설치될 수 있다.

압력 센서(200)는 압축 펌프(110)의 후단(여기서 후단은, 각 압축 펌프에서 압축된 원수 및 삼투세척용 고농도용액이 토출되는 토출부분)에 설치되어 압축 펌프(110)에서 압축된 원수 및 삼투세척용 고농도용액의 압력을 감지할 수 있다.

일 실시예에서, 에너지회수장치 밸브(130)는 제어부(170)가 메모리부(180)에서 읽어온 제어변수에 따라 연산한 감압 값과 같은 압력 값으로 감압할 수 있도록 밸브 개방 범위를 조절하고, 원수 및 농축수 흐름부의 압력이 낮아짐에 따라 발생하는 1차 감압과 1차 감압에 의해 에너지회수장치로 전달되는 압력이 줄어듦에 따라 일정하게 운전하는 압축 펌프(110)에서 발생하는 압력과 에너지회수장치에서 회수한 농축수의 압력의 합이 낮아지는 2차 감압에 의해 유입수를 삼투세척용 고농도용액으로 해당 세척하고자 하는 트레인에 공급할 수 있다.

전기전도도 센서(210)는 압축 펌프(110)의 전단, 트레인의 후단 및 말단에 설치되어 세척 트레인에 유입되는 원수, 생산수 및 역삼투 멤브레인 공정 트레인에서 발생하는 농축수의 전기전도도를 감지할 수 있다. 제어부(170)는 원수, 생산수 및 농축수의 전기전도도 값에 대응하는 원수와 생산수 및 농축수와 생산수 간의 용매흐름 저지압력 차를 연산할 수 있다.

제어부(170)는 세척하고자 하는 트레인 전단 및 후단(여기서 후단은, 각 트레인으로 삼투세척용 저농도용액이 유입되는 유입부)에 설치된 압력 센서(200)에서 유입되는 유입수의 압력 및 유입되는 생산수의 압력을 감지하고, 압축 펌프(110) 전단, 트레인 후단 및 말단에 설치된 전기전도도 센서(210)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 원수, 생산수 및 농축수의 용매흐름 저지압력 값을 연산할 수 있다. 제어부(170)는 메모리부(180)에 저장되어 있는 제어변수인 해당 트레인의 최적 삼투 역세척 유발 잠재 압력 값을 판독하고 판독한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 감지한 압력 값 및 용매흐름 저지압력 값에 따른 감압 값을 연산하여 해당 연산된 감압 값에 따라 에너지회수장치 주입 밸브(130)의 개방 정도가 제어되도록 할 수 있다.

입력부(160)는 세척하고자 하는 트레인에 대한 정보를 포함하는 세척 명령을 작업자가 입력할 수 있도록 하고, 제어부(170)가 작업자로부터 입력되는 세척 명령에 따라 세척하고자 하는 트레인을 확인할 수 있다.

제어부(170)는 입력부(160)에서 입력되는 세척 명령으로부터 세척하고자 하는 트레인 정보를 확인하고, 해당 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어 이벤트를 메모리부(180)로부터 판독할 수 있고, 해당 확인된 트레인 정보에 대응하는 감압 값을 연산할 수 있으며, 에너지회수장치 밸브(130)의 개방 정도를 제어할 수 있고, 생산수 밸브(140)의 개폐를 제어할 수 있다.

예를 들면, 제어부(170)는 입력부(160)에서 입력되는 세척 트레인이 제1 트레인인 경우, 제1 트레인의 전단에 있는 압력센서(201)에서 감지한 제1 압축 펌프(111)에서 압축되어 제1 트레인으로 유입되는 원수의 압력 값과 제1 트레인의 후단에 설치되어 있는 압력 센서(203)에서 감지한 제1 트레인으로 유입되는 삼투세척용 저농도용액의 압력 값 및 제1 펌프 전단에 위치한 전기전도도 센서(211)와 트레인 후단에 위치한 전기전도도 센서(215)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 원수 및 생산수의 용매흐름 저지압력 값과 메모리부(180)에 저장되어 있는 삼투세척을 위한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값에 대응하는 압축된 원수의 감압 값을 연산하여 제1 에너지회수장치 주입 밸브(131)를 제어할 수 있다.

제어부(170)는 감지된 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 간의 유입 압력 차와 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차의 차에 대응하는 제1 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력 값이 메모리부(180)에 저장되어 있는 제1 트레인의 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 일치할 때까지 제1 에너지회수장치 주입밸브(131)의 개방 정도를 재차 조절할 수 있다.

제어부(170)는 제1 트레인의 제1 재공급 생산수 밸브(141)를 개방하고 제1 배출 생산수 밸브(143)를 폐쇄하는 밸브 제어이벤트 및 제2 트레인의 제2 재공급 생산수 밸브(142)를 폐쇄하고 제2 배출 생산수 밸브(144)를 개방하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)에서 판독하여 생산수 밸브(140)를 제어할 수 있다.

제어부(170)는 압력 센서(200)에서 감지된 압력 값과 전기전도도 센서(210)에서 감지된 전기전도도 값에 대응하는 초기 삼투 상태의 용매 화학포텐셜 차에 의한 용매흐름 저지압력 값(예를 들면, 삼투압 값)에 따라 상기 에너지회수장치 밸브(130)의 개방 정도를 제어하는 제1 제어이벤트를 생성할 수 있고, 생산수 밸브(140)의 개폐를 제어하는 제2 제어이벤트를 생성할 수 있다.

제어부(170)는 압축 펌프(110)를 통해 트레인으로 공급된 삼투세척용 고농도용액과 플러싱 펌프(230)에 의해 트레인으로 공급된 삼투세척용 저농도용액 간의 용매 화학 포텐셜 차에 의해 유발되는 삼투 현상에 따른 용매의 흐름에 의해 멤브레인에서 탈락된 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액이 에너지회수장치를 거쳐 해수담수화 전처리 공정 전단으로 배출될 수 있도록 하고, 역삼투 멤브레인 공정 운전 중인 트레인에서 나오는 농축수가 에너지회수장치를 거쳐 외부로 배출될 수 있도록 배출 밸브(150)를 제어할 수 있다.

제어부(170)는 입력부(160)에 입력된 세척하고자 하는 트레인 정보 및 제어부(170)에 의해 해당 트레인이 제어되는 과정을 디스플레이부(190)로 전달하여 작업자에게 보여주도록 할 수 있다.

메모리부(180)는 세척하고자 하는 각 트레인에 대응하는 밸브 제어 이벤트들을 저장하고 있으며, 이때, 제어부(170)는 입력부(160)에 입력된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독할 수 있다.

메모리부(180)는 각종 제어변수들을 저장하고 있으며, 삼투 세척을 위해 트레인 내에 요구되는 삼투 역세척 유발 잠재압력 값을 제어변수로 저장하고 있고, 상기 세척 공정의 지속여부를 판단하는 기준이 되는 이물질배출 고농도용액의 기준 전기전도도 값을 제어변수로 저장하고 있으며, 제어부(170)에 트레인 정보에 대응하는 제어변수인 감압 값 및 전기전도도 값을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 메모리부(180)는 세척하고자 하는 각 트레인 별로 개방, 폐쇄 및 개폐 범위가 조절되도록 하는 밸브 제어이벤트를 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리부(180)는 에너지회수장치 밸브(130)의 개폐에 관한 밸브 제어이벤트, 생산수 밸브(140)의 개폐에 관한 밸브 제어이벤트 및 배출 밸브(150)의 개폐에 관한 밸브 제어이벤트를 저장할 수 있다.

메모리부(180)는 제1 트레인의 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 정도를 조절하고자 하고 제1 트레인의 생산수 밸브(141, 143)의 개폐를 조절하고자 하면, 제어부(170)가 판독할 수 있도록 제1 트레인 내에 요구되는 삼투 역세척 유발 잠재압력 값 및 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값을 제공할 수 있으며, 제어부(170)가 판독할 수 있도록 제1 에너지회수장치 밸브(131)를 제어하는 밸브 제어 데이터 및 제1 생산수 밸브(141, 143)를 제어하는 밸브 제어이벤트를 제공할 수 있다.

디스플레이부(190)는 입력부(160)에서 입력된 세척하고자 하는 트레인에 대한 정보 및 제어부(170)에 의해 해당 트레인이 제어되는 과정을 화면에 보여줄 수 있다.

플러싱 밸브(220)는 플러싱 밸브(220)의 개폐 동작을 제어하는 제어부(170)의 제3 제어이벤트를 생성하는 제어부(170)의 제어에 따라서 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 플러싱 밸브(220)의 개폐는 생산수 탱크(240)의 전단에 설치되어 있는 해당 밸브 별로 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(170)는 작업자가 특정 트레인을 세척하고자 하여 특정 트레인에 대한 세척 명령을 입력부(160)에 입력하면, 입력부(160)에서 입력되는 세척 명령에 따라 입력부(160)에서 입력된 트레인에 대한 정보를 확인하고, 해당 확인된 트레인에 대응하는 밸브 제어 이벤트를 저장하고 있는 메모리부(180)를 판독하며, 플러싱 밸브(220)를 개방하는 개폐 제어 이벤트를 생성하여 생산수 탱크(240)에 저장되어 있는 생산수가 삼투세척용 저농도용액으로 공급되도록 할 수 있다.

도 3은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 제2 트레인의 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 이용하여 제1 트레인을 세척하는 공정을 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 역삼투 멤브레인 공정에서 배출되는 농축수를 세척 트레인 전단의 압축 펌프를 통해 주입되어 삼투세척용 고농도용액으로써 트레인을 세척하기 위해 사용되며, 도 2의 시스템에서 원수 밸브(250) 및 추가적인 배출 밸브(150)를 더 포함한다.

원수 밸브(250)는 트레인 별 압축 펌프(110) 전단의 원수 유입 배관에 설치되어 원수 펌프(120)로부터 공급되는 원수가 압축 펌프(110)로 공급되거나, 공급되지 못하게 조절할 수 있으며, 각 트레인 원수 유입 배관에 설치되어 있는 해당 밸브 별로 개폐가 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 원수 밸브(251)는 제1 트레인의 원수 유입 배관에 설치되고, 제2 원수 밸브(252)는 제2 트레인의 원수 유입 배관에 설치될 수 있다. 제어부(170)는 작업자가 제1 트레인을 세척하고자 하여 트레인에 대한 세척 명령을 입력부(160)에 입력하면, 입력부(160)에서 입력되는 세척 명령에 따라 제1 트레인의 원수 밸브(251)를 폐쇄하고, 제2 트레인의 원수 밸브(252)는 개방하여, 원수가 제2 트레인으로만 공급되도록 할 수 있다.

배출 밸브(150)는 에너지회수장치 밸브(130)에 의해 압력이 조절되어 트레인으로 공급된 삼투세척용 고농도용액과 생산수 밸브(140)에서 트레인으로 공급된 삼투세척용 저농도용액 간 용매 화학 포텐셜의 차이에 의해 유발되는 삼투현상에 의한 용매의 흐름에 의하여 멤브레인 표면에서 탈락한 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액을 배출할 수 있으며, 압축된 원수가 트레인으로 공급되어 진행되는 역삼투 멤브레인 공정에 의해 발생하는 농축수의 배출을 조절할 수 있다.

배출 밸브(150)는 각 트레인의 말단에 설치될 수 있으며, 농축수는 에너지회수장치를 거쳐 외부로 배출되거나 세척 트레인의 삼투세척용 고농도용액으로써 공급될 수 있고, 이물질배출 고농도용액은 에너지회수장치를 거친 후 농축수와 함께 배출되거나 역삼투 멤브레인 공정의 전처리 공정 전단으로 배출될 수도 있다.

예를 들어, 제1 이물질배출 고농도용액 배출 밸브(151)는 제1 트레인의 말단에 설치되어 이물질배출 고농도용액을 외부로 배출하고, 제2 이물질배출 고농도용액 배출 밸브(152)는 제2 트레인의 말단에 설치되어 이물질배출 고농도용액을 외부로 배출하고, 제1 농축수 배출 밸브(153)는 제1 트레인의 말단에 설치되어 농축수를 외부로 배출하고, 제2 농축수 배출 밸브(154)는 제2 트레인의 말단에 설치되어 농축수를 외부로 배출하고, 제1 농축수 재공급 배출 밸브(155)는 제1 트레인의 말단에 설치되어 농축수를 제2 트레인의 삼투세척용 고농도용액으로 공급하며, 제2 농축수 재공급 배출 밸브(156)는 제2 트레인의 말단에 설치되어 농축수를 제1 트레인의 삼투세척용 고농도용액으로 공급할 수 있다.

제어부(170)는 작업자가 제1 트레인을 세척하고자 하여 트레인에 대한 세척 명령을 입력부(160)에 입력하면, 입력부(160)에 입력되는 세척 명령에 따라 입력부(160)에서 입력된 트레인에 대한 정보를 확인하고, 해당 확인된 트레인에 대응하는 밸브 제어이벤트를 저장하고 있는 메모리부(180)를 판독하여 제2 농축수 배출 밸브(154) 및 제2 이물질배출 고농도용액 배출 밸브(152)를 폐쇄하고, 제2 농축수 재공급 배출 밸브(156)를 개방하는 개폐 제어이벤트를 생성하고, 제1 농축수 배출 밸브(153) 및 제1 농축수 재공급 배출 밸브(155)를 폐쇄하고, 제1 이물질배출 고농도용액 배출 밸브(151)를 개방하는 개폐 제어이벤트를 생성하여 해당 밸브에 개폐 제어이벤트를 인가함으로써, 역삼투 멤브레인 공정을 운전 중인 제2 트레인에서 배출되는 농축수를 제1 트레인의 삼투세척용 고농도용액으로 공급되도록 할 수 있다.

도 4는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템의 운전조건에 따른 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부와 생산수 흐름부의 용매 화학 포텐셜의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 삼투 현상(Osmosis)은 반투과성 멤브레인을 사이에 두고 농도가 다른 두 용액이 존재하고 있을 때, 두 용액의 화학 포텐셜 값이 평형을 이루기 위해 용매가 이동하는 현상이고, 용매흐름 저지압력은 용매의 흐름을 저지하고자 하는 압력이다.

하기의 식(1)은 화학 포텐셜, 압력, 용매 활동도의 변화를 나타낸 것이다.

화학 포텐셜은 아래의 식(1)과 같이 표현할 수 있으며, 여기서 μ는 화학 포텐셜, γ는 활동도계수(activity coefficient), ν는 몰 부피(molar volume), p는 압력을 나타내며, 아래첨자 i는 다성분계의 특정 성분을 나타내는 것으로 본 시스템에서는 물 분자에 해당할 수 있다. 식(1)에 의해 온도가 일정한 조건에서 화학 포텐셜은 농도와 압력의 변수에 의해 영향을 받을 수 있다.

(1)

도 4(a)는 두 용액이 동일한 압력 조건에 있을 때, 용매 활동도의 차이에 의해 저농도용액 내 용매의 화학 포텐셜이 고농도용액 내 용매의 화학 포텐셜 보다 큼에 따라, 저농도용액에서 고농도용액 쪽으로의 용매의 흐름이 발생하는 삼투 현상을 설명한다.

도 4(b)는 도 4(a)와 같은 초기 화학 포텐셜 차이에 의한 용매의 흐름에 의해 두 용액의 화학 포텐셜이 같아져 더 이상 용매의 흐름이 존재하지 않는 삼투 평형 상태를 나타내는 것으로, 이때 저농도용액에서 고농도용액으로의 용매의 흐름이 더 이상 발생하지 않도록 저지하는 압력인 용매흐름 저지압력(PR)은 고농도용액에서 멤브레인 벽면 즉, 멤브레인의 활성층(Active layer)을 향해 작용한다.

도 4(c)는 도 4(b)의 삼투 평형 상태에서 용매흐름 저지압력과 같은 방향으로 압력을 더 가할 경우, 고농도용액 내 용매의 화학 포텐셜이 높아짐에 따라 고농도용액에서 저농도용액으로 흐르는 용매의 흐름이 발생하는 역삼투(Reverse osmosis) 현상을 설명하고 있다.

역삼투 멤브레인 방식 해수담수화 공정은 도 4(a)의 삼투 현상 조건에서 도 4(b)의 삼투 평형 상태에 자연스럽게 도달할 시간을 두지 않고 곧바로 도 4(c)의 역삼투 조건으로 변화시켜 생산수를 생산하기 위해서 고농도용액 측에 용매흐름 저지압력 이상의 압력을 가압해 줄 수 있다.

도 5는 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척되지 않고, 정상적인 역삼투 멤브레인 공정을 운전하는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이고, 도 6은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척되는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이며, 도 7은 도 1에 있는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템으로 세척이 되지 않거나, 세척이 되는 트레인 내 모듈의 압력을 설명하는 도면이다.

도 5의 (a)에서, 정상적인 역삼투 멤브레인 공정을 운전 중인 모듈 내 멤브레인에 작용하는 압력 중, 원수 및 농축수 흐름부에 작용하는 전체 압력을 PH, 생산수 흐름부에 작용하는 전체 압력을 PL, 용매흐름 저지압력(여기에서, 용매흐름 저지압력은 초기 용매 화학포텐셜 차에 의해 유발되는 용매의 흐름을 저지하는 압력에 해당함)을 PR이라고 한다.

용매흐름 저지압력 PR은 초기 삼투 상태의 두 용액 간 용매 화학포텐셜 차에 의해 계산되는 용매흐름 저지압력과 같거나, 용매흐름 저지압력 값을 기준으로 하여 멤브레인 특성 및 기타 조건에 따라 달라진 값을 구하여 산출될 수 있다.

PH는 원수 및 농축수와 생산수 간 용매 화학 포텐셜 차에 의해 유발되는 용매흐름 저지압력 PR에 추가적인 압력 α를 더한 압력으로 멤브레인 활성층에 작용하며, PL은 공정 상 발생하는 생산수 흐름부에 작용하는 생산수 압력으로 생산수 흐름부에서 멤브레인 지지층(Support layer)에 작용할 수 있다.

도 5(b)는 도 5(a)의 모듈 내 원수 및 농축수 흐름부와 생산수 흐름부에 작용하는 차압인 PH-PL 및 플럭스의 흐름을 나타낸 것으로, 모듈 내 멤브레인에 실질적으로 가해지는 물리적인 압력은 차압이며, 멤브레인 활성층에 작용하는 압력 PH가 멤브레인 지지층에 가해지는 압력 PL 보다 훨씬 크므로, 차압은 멤브레인의 활성층에 대해서만 작용한다. 차압 중 원수 및 농축수와 생산수 간 용매의 화학 포텐셜 차에 의해 유발되는 용매흐름 저지압력 PR 만큼은 도 4(a)와 같이 삼투 상태에 있는 두 용액 용매의 화학 포텐셜 차에 의한 저농도용액에서 고농도용액으로의 용매의 흐름을 저지하는데 사용되고, 도 4(a)와 같이 삼투 상태에 있는 두 용액을 순식간에 도 4(b)와 같이 화학 포텐셜의 차이가 나지 않는 상태로 만들기 위하여 사용된다고 볼 수 있으며, (PH-PL)에서 PR을 제외한 나머지 압력 (PH-PL)-PR 만큼은 멤브레인에 작용하는 역삼투 유발압력으로 도 4(b)와 같이 삼투 평형 상태에 있는 두 용액에서 원수 및 농축수 흐름부의 용액 내 용매 화학 포텐셜을 생산수 흐름부 용액 내 용매 화학 포텐셜보다 크도록 만들어, 원수 및 농축수 흐름부에서 생산수 흐름부로의 용매의 흐름을 유도할 수 있다.

이때 용매의 유량을 멤브레인 단위 면적으로 나눈 것을 플럭스라고 하고, 역삼투 공정의 생산수 플럭스는 화학 포텐셜이 평형을 이룬 상태에서 추가적으로 높아지도록 가해주는 압력인 (PH-PL)-PR에 비례하며, 이는 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 J는 플럭스, A는 멤브레인 수투과 계수(Water permeability coefficient)를 의미한다.

J = A((PH-PL)-PR)(2)

도 6의 (a)는 역삼투 멤브레인 공정을 운전 중인 트레인을 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)으로 세척하기 위하여 모듈 내 작용하는 원수 및 농축수 흐름부의 압력을 조절하였을 때 멤브레인에 작용하는 압력을 나타낸 것으로, 여기에서 원수 및 농축수 흐름부에 작용하는 전체 압력을 PH, 생산수 흐름부에 작용하는 전체 압력을 PL이라 표시하기로 한다.

도 6의 (b)는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)으로 세척을 실시하는 트레인 내 멤브레인 모듈에 작용하는 차압(PH-PL) 및 플럭스를 나타낸 것이다. 도 6(a)와 같은 삼투 역세척 공정도 도 5(a)와 같은 역삼투 멤브레인 공정과 마찬가지로 모듈 내 멤브레인에 실질적으로 작용하는 물리적인 압력은 차압 PH-PL이며, PH가 PL보다 클 경우 차압은 멤브레인의 활성층에 대해서만 작용한다. 삼투 역세척 공정은 차압 PH-PL을 저농도용액의 용매가 고농도용액 측으로 삼투되는 것을 저지하는 압력인 용매흐름 저지압력 PR 보다 작도록 삼투세척용 고농도용액의 유입 압력(PH)을 감압하여 저농도용액의 용매가 고농도용액 쪽으로 흐르도록 유도하여, 역삼투 멤브레인 공정에서 발생한 멤브레인 활성층에 축적된 오염물질을 탈락시키도록 한다. 이때, 고농도용액의 유입 압력인 PH는 저농도용액의 유입 압력 PL보다 크도록 설정하여, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)으로 세척하는 트레인 내 모듈에 실제적으로 작용하는 물리적인 압력인 차압이 멤브레인 활성층으로만 작용하도록 하여 지지층에서 활성층 방향으로의 압력 작용에 의한 멤브레인 손상이 일어나지 않도록 할 수 있다. 상기 조건을 만족하는 삼투 역세척에 적합한 원수 및 농축수 흐름부로의 유입 압력 PH의 범위는 식 (3)과 같다.

PL < PH < PR+PL (3)

도 7은 역삼투 공정과 삼투 역세척 공정에서 멤브레인 모듈 내에 작용하는 압력 및 플럭스를 비교한 것이다.

도 7을 참조하면, 역삼투 공정과 삼투 역세척 공정은 원수 및 농축수 흐름부의 압력 PH가 생산수 흐름부의 압력 PL 보다 큰 조건에서 운전되므로, 모듈 내 멤브레인에 가해지는 물리적인 압력은 차압 PH-PL 만큼 멤브레인 활성층에 대하여 작용을 한다. 이 때, 역삼투 멤브레인 공정 운전시, 멤브레인에 작용하는 차압 중 용매흐름 저지압력 크기만큼의 압력은 고농도용액 내 용매 화학 포텐셜을 높여 두 용액의 용매 화학 포텐셜이 같도록 하여 저농도용액에서 고농도용액으로의 용매가 유입되려는 흐름을 저지하는데 사용된다.

가해주는 차압 중 용매흐름 저지압력을 제외한 압력 (PH-PL)-PR은 고농도용액의 용매 화학 포텐셜을 더욱 높여주어 고농도용액에서 저농도용액으로 용매가 흐를 수 있는 역삼투 멤브레인 공정이 이루어지게 함으로써, 차압과 용매흐름 저지압력의 차이인 (PH-PL)-PR은 역삼투 멤브레인 공정의 구동력으로 작용하는 두 용액의 용매 화학 포텐셜 차를 유도하는 역할을 한다.

반면, 삼투 역세척 공정에서는 원수 및 농축수 흐름부의 압력 PH를 감압하여 차압 PH-PL을 두 용액의 용매 화학포텐셜 차에 의해 결정되는 용매흐름 저지압력보다 낮추어, 용매흐름 저지압력과 차압의 차이인 (PH-PL)-PR에 해당하는 압력에 해당하는 값만큼 저농도용액의 용매 화학 포텐셜이 고농도용액의 화학 포텐셜보다 더 큼에 따라 저농도용액에서 고농도용액으로 용매의 흐름이 발생한다. 저농도용액에서 고농도용액으로의 용매 삼투 흐름의 구동력이 되는 화학 포텐셜의 차이에 기여하는 용매흐름 저지압력과 차압의 차이인 (PH-PL)-PR을 본 발명에서는 삼투 역세척 유발 잠재압력이라고 정의한다.

도 1과 같은 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)을 실시하는 트레인 내 모듈에 실질적으로 가해지는 압력은 멤브레인 활성층에 대해 작용하는 차압 PH-PL 임에 따라 멤브레인 활성층에서 압력을 견디도록 제조된 역삼투 멤브레인에 손상을 주지 않을 수 있고, 삼투 역세척 유발 잠재압력에 따라 용매의 흐름을 역삼투 멤브레인 공정과 반대 방향으로 유도함으로써 멤브레인 활성층에 존재하는 오염물질을 제거할 수 있다.

도 5, 도 6 및 도 7에서, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 삼투세척용 고농도용액을 세척하고자 하는 트레인에 공급할 때 압력을 조절하는 압력 조절 밸브로써 기존 역삼투 멤브레인 공정의 농축수 배관에 위치한 에너지회수장치의 전단에 설치되어 있는 에너지회수장치 밸브(130)를 이용하여 트레인 내 압력을 조절함으로써 삼투 역세척 공정과 역삼투 멤브레인 공정을 전환하여 운전할 수 있다.

에너지회수장치 밸브(130)의 개방 범위가 커지게 되면 해당 트레인 내 원수 및 농축수 흐름부의 압력이 낮아짐에 따라 압축 펌프(110)에서 압축된 원수가 감압되어 삼투세척용 고농도용액으로 해당 트레인으로 공급되고, 배출되는 농축수로부터 에너지회수장치로 전달되는 압력이 줄어듦에 따라 트레인으로 유입되는 원수의 압력이 낮아짐으로써 압축 펌프(110)의 회전수를 조절하지 않은 채 압축 원수를 감압하여 삼투세척용 고농도용액으로 해당 트레인으로 공급할 수 있다.

에너지회수장치 주입 밸브(130)의 개방 범위를 좁히면 트레인 내 원수 및 농축수 흐름부의 압력이 높아지고, 에너지회수장치에 전달되는 압력이 커짐에 따라 트레인 내로 유입되는 원수의 압력을 높임으로써 역삼투 멤브레인 공정이 운전되도록 할 수 있다.

생산수 밸브(140) 중에서 배출 생산수 밸브(143, 144)가 개방되면 각 트레인에서 생산된 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되며, 배출 생산수 밸브(143, 144) 가 폐쇄되면 각 트레인에서 생산된 생산수가 외부의 생산수 저장부 또는 다음 공정으로 배출되는 것을 막을 수 있다. 역삼투 멤브레인 공정에서 생산된 생산수는 외부의 생산수 저장탱크(240) 또는 다음 공정으로 배출되며, 생산수 탱크(240)에는 해당 역삼투 멤브레인 공정 또는 다음 공정에서 생산된 생산수가 저장될 수 있으며, 저장된 생산수는 플러싱 펌프(230)을 통해 해당 세척 트레인에 삼투세척용 저농도용액으로 주입될 수 있다.

삼투세척용 저농도용액의 주입 후 세척 트레인 내의 삼투 역세척 유발 잠재압력이 삼투세척에 알맞도록 삼투세척용 고농도용액의 유입 압력 조절을 위해 에너지회수장치 밸브(130)가 재차 조절될 수 있다. 즉, 제어부(170)의 밸브 제어 이벤트에 의해 조절된 삼투세척용 고농도용액의 압력 값과 삼투세척용 저농도용액의 유입 압력 값, 전기전도도 센서에서 감지되는 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액의 전기전도도 값에서 계산되는 용매흐름 저지압력 값 및 메모리부(180)에서 판독한 삼투세척 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액의 감압 값을 제어부(170)가 연산하여 에너지회수장치 주입 밸브(130)의 개폐 범위를 재차 제어할 수 있다.

또한, 삼투세척용 고농도용액의 유입압력, 삼투세척용 저농도용액의 유입압력 및 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 의한 두 용액의 용매 화학포텐셜 차에 의해 유도되는 삼투 현상으로 발생하는 원수 및 농축수 흐름부 방향으로의 용매의 흐름으로 멤브레인 오염물질이 제거될 수 있다. 본 세척 시스템은 멤브레인의 원수 및 농축수 흐름부에 작용하는 삼투세척용 고농도용액의 유입 압력을 조절하여 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액의 화학 포텐셜의 크기를 조절함으로써, 멤브레인을 투과하는 물의 흐름 방향과 단위 멤브레인 면적 당 물의 투과유량을 나타내는 플럭스를 조절할 수 있다.

그리고 멤브레인 오염물질을 포함한 이물질배출 고농도용액은 에너지회수장치를 거쳐 압력을 낮춘 후, 역삼투 멤브레인 공정에 의해 발생된 에너지회수장치를 거친 농축수와 함께 배출되게 하거나, 역삼투 멤브레인 공정 전단의 전처리 공정 원수 유입부로 배출되게 할 수 있다.

일 실시예에서, 트레인의 에너지회수장치 주입 밸브(130)의 개방 정도가 커지도록 조절되면, 압축 원수의 압력이 감압되어 삼투세척용 고농도용액이 해당 트레인으로 공급된다. 이때, 해당 트레인 내에 삼투세척용 저농도용액이 공급되면 두 용액 간의 용매 화학 포텐셜의 차이에 의해서 삼투세척용 저농도용액의 용매가 삼투세척용 고농도용액쪽으로 이동하여 멤브레인의 오염물질을 포함한 이물질배출 고농도용액이 배출 밸브(150)를 통해 배출될 수 있다.

다른 일 실시예에서, 트레인의 에너지회수장치 밸브(130)의 개방 정도가 작아지도록 조절되면, 압축된 원수가 해당 트레인으로 공급되고, 압축된 원수의 압력에 의해 원수의 용매 화학 포텐셜이 생산수의 용매 화학 포텐셜 보다 커지고 압축된 원수의 용매 일부가 생산수 유출부로 이동하여 생산수가 생산수 밸브(140)를 통해 외부로 배출되며, 농축수가 배출 밸브(150)를 통해 배출될 수 있다.

역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 기존 기술에 비하여 다음과 같은 차별화된 장점을 가질 수 있다.

첫째, 삼투 역세척 공정의 구동력을 용매의 화학 포텐셜로 정의함으로써 멤브레인 제조사에서 보증하는 멤브레인의 지지층에서 활성층 방향으로의 역 압력(Back pressure)의 범위(0.1~2 bar 이내)에서 자유롭게 구동력의 크기를 조절할 수 있다. 본 발명은 삼투 세척의 구동력을 용매의 화학 포텐셜로 정의함에 따라, 멤브레인에 실제 물리적으로 작용하는 압력은 고농도용액과 저농도용액 유입 압력의 차인 PH-PL 뿐이며, PH > PL의 범위에서 운전할 경우 멤브레인에 작용하는 압력은 활성층에만 작용하도록 할 수 있다. 또한 삼투 역세척에 필요한 삼투 플럭스는 본 발명에서 삼투 역세척 유발 잠재압력으로 정의하는 PR-(PH-PL)이 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액의 용매 화학 포텐셜의 차이를 유발함에 따라 발생하는 용매의 흐름으로 정의함으로써, 관련 운전 변수를 설정할 수 있다. 따라서 본 발명은 멤브레인 활성층에만 압력이 작용하는 상태에서 삼투 현상에 의한 저농도용액에서 고농도용액으로 흐르는 용매의 흐름을 설명 할 수 있음에 따라, 멤브레인에 손상 없이 효율적인 삼투 역세척 공정 운전이 가능할 수 있다.

둘째, 삼투 역세척을 위해 멤브레인에 적용되는 삼투 역세척 유발 잠재압력 PR-(PH-PL)의 크기와 방향을 조절할 수 있다. 본 발명은 삼투 역세척에 필요한 멤브레인에 작용하는 삼투 역세척 유발 잠재압력의 크기 및 방향을 결정하는 요인인 삼투세척용 고농도용액의 유입압력, 삼투세척용 저농도용액의 유입압력 및 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차 중, 삼투세척용 고농도용액의 유입압력을 에너지회수장치 주입밸브(130)의 제어를 통하여 조절할 수 있다. 멤브레인에 작용하는 삼투 역세척 유발 잠재압력이 원수 및 농축수 흐름부에 접하고 있는 멤브레인의 활성층에만 작용하도록 삼투 역세척 유발 잠재압력의 방향과 크기를 조절할 수 있음에 따라, 멤브레인이 지지층에 작용하는 압력에 의한 역삼투 멤브레인의 손상을 방지하고, 원수 상태 및 멤브레인 오염정도에 따라 최적의 삼투 세척을 위한 삼투 플럭스를 유도하도록 삼투세척용 고농도용액의 화학 포텐셜의 크기를 조절할 수 있다.

셋째, 상기 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 기존의 역삼투 멤브레인 공정에서 별도의 배관 및 동력장치가 거의 필요하지 않을 수 있다. 상기 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템(100)은 트레인 전단에서 압축되어 공급되는 압축 원수 역삼투 멤브레인 공정에서 배출된 뒤 에너지회수장치를 거쳐 압력이 제거된 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 사용함에 따라 삼투세척용 고농도용액 공급에 별도의 동력장치가 필요하지 않으며, 플러싱과 CIP(Clean In Place) 세척을 위해 기존의 역삼투 멤브레인 공정에 설치하는 플러싱 펌프(230) 및 생산수 탱크(240)를 이용하므로 삼투세척용 저농도용액 공급에 별도의 동력장치 및 배관이 거의 필요하지 않을 수 있으며, 시스템 제어만으로도 삼투 역세척을 실시할 수 있다.

넷째, 이물질배출 고농도용액을 전처리 공정 원수 유입부로 배출하여 시스템 효율성을 높이고, 환경 오염 문제에 대처할 수 있다. 해당 세척 트레인에서 배출된 이물질배출 고농도용액을 에너지회수장치를 통해 감압한 후, 전처리 공정의 원수 유입부로 배출할 경우, 해당 세척 트레인에 지속적으로 유입되는 삼투세척용 고농도용액과 일부 삼투되어 들어온 삼투세척용 저농도용액으로 이루어진 이물질배출 고농도용액 유량을 시스템 내부로 재순환함으로써 시스템의 효율성을 증대시키고, 멤브레인 오염물질을 전처리 공정으로 처리하게 되어 환경오염 문제를 예방할 수 있는 차별화된 장점이 있다.

다섯째, 압축 펌프(110)의 회전수를 조절하지 않고도 에너지회수장치 주입 밸브(130)의 제어를 통하여, 압축 펌프(110)에 의해 세척 트레인에 공급되는 압축 유입수를 감압하여 삼투세척용 고농도용액으로 공급할 수 있음에 따라, 잦은 압축 펌프 운전 조건 변화에 따른 펌프 성능 저하를 막고 효율적인 에너지 사용이 가능할 수 있는 장점이 있다.

여섯째, 해당 트레인이 역세척 중이어도 전체 생산수량의 변화를 일정하게 유지할 수 있다. 해당 트레인이 세척 단계에 진입하여 생산수를 생산하지 못할 경우 역삼투 멤브레인 공정으로 생산수를 생산하는 다른 트레인의 에너지회수장치 주입 밸브(130)의 개방 정도를 줄여 회수율을 높임으로써 생산수량이 일정하도록 조절할 수 있다.

일곱째, 이물질배출 고농도용액의 잉여 압력을 별도의 배관 및 동력장치를 통하지 않고도 에너지회수장치를 통하여 회수할 수 있음에 따라 시스템의 에너지 효율을 높일 수 있다.

아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법을 보다 상세히 살펴본다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원수를 삼투세척 고농도용액으로 이용한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 과정을 설명하는 순서도이다.

도 8을 참조하면, 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 과정은 세척하고자 하는 트레인에 대한 정보를 포함하는 세척 명령을 입력부(160)에 입력한다(단계 S101). 이때, 트레인은 제1 트레인 및 제2 트레인으로만 구성된다고 가정한다.

만약, 제1 트레인을 세척하고자 하여 입력부(160)에 제1 트레인을 입력하면(단계 S102), 제어부(170)는 입력부(160)에서 입력된 세척하고자 하는 트레인의 정보를 확인하고 해당 확인된 트레인 정보에 대응하는 압력센서(201, 203)에서 감지한 해당 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부의 압력과 생산수 흐름부의 압력 및 전기전도도센서(211(제2 트레인의 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 사용할 경우: 214), 215)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 의한 제1 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력(PR-(PH-PL))을 감지한다(단계 S103).

제어부(170)는 메모리부(180)로부터 판독한 제어변수인 제1 트레인의 삼투 세척에 적합한 삼투 역세척 유발 잠재압력으로부터 상기 감지한 제1 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력 값에 대응하는 감압 값을 연산한다.

삼투세척용 고농도용액으로 원수가 아닌 제2 트레인에서 배출되는 농축수를 사용한다면(단계 S104), 제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트에 따라 압축 펌프(110) 전단에 설치되어 있는 원수 밸브(250) 및 제2 트레인의 말단에 설치되어 있는 배출 밸브(150)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제6 제어이벤트 및 제 5 제어이벤트를 생성시켜, 제1 원수 밸브(251)를 폐쇄되도록 하고, 제2 농축수 재공급 배출 밸브(156)는 개방되도록 하며 제2 농축수 배출 밸브(154)는 폐쇄되도록 하여 폐쇄된 제1 원수 밸브(251)를 통해 원수가 해당 트레인에 공급되는 것을 막고, 개방된 제2 농축수 재공급 배출 밸브(156)을 통해 농축수가 삼투세척용 고농도용액으로써 해당 트레인에 공급되도록 하는 과정을 추가한다(단계 S105 및 단계 S106).

제어부(170)는 연산한 감압 값에 따라 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제1 제어이벤트를 생성시켜 해당 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 정도를 조절한다(단계 S107).

제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 정도를 넓히게 되면 트레인의 고압 농축수 배출 배관의 압력이 감압되어 제1 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부에 작용하는 압력이 1차적으로 감압되고, 에너지회수장치를 거쳐 배출되는 농축수로부터 회수되는 압력이 줄어듦에 따라 제1 트레인으로 유입되는 유입수의 압력이 감소하는 2차 감압이 발생한다. 그로 인해서, 제1 압축 펌프(111)를 거친 유입수를 감압하여 삼투세척용 고농도용액으로 제1 트레인에 공급한다.

제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어 이벤트에 따라 제1 트레인의 후단에 설치되어 있는 생산수 밸브(140)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제2 제어이벤트를 생성시켜 제1 재공급 생산수 밸브 (141)는 개방되도록 하고 제1 배출 생산수 밸브(143)는 폐쇄되도록 하여 개방된 제1 재공급 생산수 밸브(141)를 통해 삼투세척용 저농도용액이 해당 트레인에 공급되도록 한다(단계 S108).

이에, 제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트 및 펌프 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트 및 펌프 제어이벤트에 따라 플러싱 밸브(220)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제3 제어이벤트 및 플러싱 펌프(230)의 작동을 제어하기 위한 제4 제어이벤트를 생성시켜 해당 플러싱 밸브(220)가 개방되도록 하고, 플러싱 펌프(230)가 작동하도록 한다(단계 S109).

이로 인해서, 세척하고자 하는 트레인에 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액이 공급되고, 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매 화학 포텐셜 차이에 의해 유도된 삼투 작용에 의한 원수 및 농축수 흐름부쪽으로 이동하는 용매의 흐름에 의하여 멤브레인 표면에서 탈락된 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액이 배출되며, 제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트에 따라 제1 트레인의 에너지회수장치 말단에 설치되어 있는 배출 밸브(150)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제5 제어이벤트를 생성시켜, 제1 이물질 배출 밸브(151)는 개방되도록 하고 제1 농축수 배출 밸브(153)는 폐쇄되도록 하여 개방된 제1 이물질 배출 밸브(151)를 통해서 이물질 배출 고농도용액이 배출될 수 있다(단계 S110 및 단계 S111).

제어부(170)는 제1 트레인 정보에 대응하는 압력센서(201, 203)에서 감지한 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 유입 압력과 전기전도도 센서(211(제2 트레인의 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 사용할 경우: 214), 215)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액 및 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 의한 제1 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력을 재차 감지한다. 제어부(170)는 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 메모리부(180)에서 판독한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력과의 차이가 메모리부(180)에 저장된 기준 이하인지 확인하여 차이가 기준 이상일 경우 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 메모리부(180)에 저장되어 있는 삼투 세척에 필요한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값 간의 차이에 대응하는 감압 값을 연산한다(단계 S112 및 단계 S113).

제어부(170)는 연산된 감압 값에 따라 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제1 제어이벤트를 생성시켜 해당 제1 에너지회수장치 밸브(131)의 개방 정도를 미세 조절한다(단계 S114).

제어부(170)는 상기 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 상기 삼투 세척에 필요한 삼투 역세척 유발 잠재압력의 값과의 차이가 메모리부(180)에 저장된 기준 이하가 될까지 일련의 과정을 반복하도록 제어한다(단계 S112, 단계 S113 및 단계 S114).

제2 트레인을 세척하고자 하여 제1 트레인을 입력하지 않고 제2 트레인을 입력부(160)에 입력하면(단계 S102, 단계 S115), 제어부(170)는 입력부(160)에서 세척하고자 하는 트레인의 정보를 확인하고 해당 확인된 트레인 정보에 대응하는 압력센서(202, 204)에서 감지한 해당 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부의 압력과 생산수 흐름부의 압력 및 전기전도도센서(212(제1 트레인의 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 사용할 경우: 213), 216)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 의한 제2 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력을 감지한다(단계 S116).

제어부(170)는 메모리부(180)로부터 판독한 제어변수인 제2 트레인의 삼투 세척에 적합한 삼투 역세척 유발 잠재압력으로부터 상기 감지한 제2 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력 값에 대응하는 감압 값을 연산한다.

삼투세척용 고농도용액으로 원수가 아닌 제1 트레인에서 배출되는 농축수를 사용한다면(단계 S117), 제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트에 따라 압축 펌프(110) 전단에 설치되어 있는 원수 밸브(250) 및 제1 트레인의 말단에 설치되어 있는 배출 밸브(150)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제6 제어이벤트 및 제 5 제어이벤트를 생성시켜 제2 원수 밸브(252)를 폐쇄하고, 제1 농축수 재공급 배출 밸브(155)를 개방하며, 제1 농축수 배출 밸브(153)를 폐쇄하여 폐쇄된 제2 원수 밸브(252)를 통해 원수가 해당 트레인에 공급되는 것을 막고, 개방된 제1 농축수 재공급 배출 밸브(155)를 통해 농축수가 삼투세척용 고농도용액으로써 해당 트레인에 공급되도록 하는 과정을 추가한다(단계 S118, S119).

제어부(170)는 연산한 감압 값에 따라 제2 에너지회수장치 밸브(132)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제1 제어이벤트를 생성시켜 해당 제2 에너지회수장치 밸브(132)의 개방 정도를 조절한다(단계 S120).

제2 에너지회수장치 밸브(132)의 개방 정도를 넓히게 되면 트레인의 고압 농축수 배출 배관의 압력이 감압되어 제2 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부에 작용하는 압력이 1차적으로 감압되고, 에너지회수장치를 거쳐 배출되는 농축수로부터 회수되는 압력이 줄어듦에 따라 제2 트레인으로 유입되는 유입수의 압력이 감소하는 2차 감압이 발생한다. 그로 인해서, 제2 압축 펌프(112)를 거친 유입수를 감압하여 삼투세척용 고농도용액으로 제2 트레인에 공급한다.

제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트에 따라 제2 트레인의 후단에 설치되어 있는 생산수 밸브(140)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제2 제어이벤트를 생성시켜 제2 재공급 생산수 밸브(142)는 개방되도록 하고 제2 배출 생산수 밸브(144)는 폐쇄되도록 하여 개방된 제2 재공급 생산수 밸브(142)를 통해 삼투세척용 저농도용액이 해당 트레인에 공급되도록 한다(단계 S121).

제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트 및 펌프 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트 및 펌프 제어이벤트에 따라 플러싱 밸브(220)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제3 제어이벤트 및 플러싱 펌프(230)의 작동을 제어하기 위한 제4 제어이벤트를 생성시켜 해당 플러싱 밸브(220)가 개방되도록 하고, 플러싱 펌프(230)가 작동하도록 한다(단계 S122).

이로 인해서, 세척하고자 하는 트레인에 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액이 공급되고, 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매 화학 포텐셜 차이에 의해 유도된 삼투 작용에 의한 원수 및 농축수 흐름부쪽으로 이동하는 용매의 흐름에 의하여 멤브레인 표면에서 탈락된 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액이 배출되며, 제어부(170)는 입력부(160)에서 확인된 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트를 메모리부(180)로부터 판독하여 해당 판독된 밸브 제어이벤트에 따라 제2 트레인의 에너지회수장치 후단에 설치되어 있는 배출 밸브(150)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제5 제어이벤트를 생성시켜, 제2 이물질 배출 밸브(152)는 개방되도록 하고 제2 농축수 배출 밸브(154)는 폐쇄되도록 하여, 개방된 제2 이물질 배출 밸브(152)를 통해서 이물질 배출 고농도용액이 배출될 수 있다(단계 S123 및 단계 S124).

제어부(170)는 제2 트레인 정보에 대응하는 압력센서(202, 204)에서 감지한 해당 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부와 생산수 흐름부의 압력 및 전기전도도 센서(212(제1 트레인의 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 사용할 경우: 213), 216)에서 감지한 전기전도도 값에 대응하는 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 용매흐름 저지압력 차에 의한 제2 트레인의 삼투 역세척 유발 잠재압력을 재차 감지한다(단계 S125).

제어부(170)는 상기 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 메모리부(180)에서 판독한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과의 차이가 메모리부(180)에 저장된 기준 이하인지 확인하며, 차이가 기준 이상일 경우 제어부(170)는 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 메모리부(180)에 저장되어 있는 삼투 세척에 필요한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과의 차이에 대응하는 감압 값을 연산한다(단계 S126).

제어부(170)는 연산된 감압 값에 따라 제2 에너지회수장치 밸브(132)의 개폐 동작을 제어하기 위한 제1 제어이벤트를 생성시켜 해당 제2 에너지회수장치 밸브(132)의 개방 정도를 미세 조절한다(단계 S127).

제어부(170)는 상기 감지한 삼투 역세척 유발 잠재압력 값과 상기 삼투 세척에 필요한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력의 값과의 차이가 메모리부(180)에 저장된 기준 이하가 될까지 일련의 과정을 반복한다(단계 S125, 단계 S126, 단계 S127).

이로 인해서, 세척하고자 하는 트레인에 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액이 공급되고, 메모리부(180)에서 판독한 삼투 세척에 필요한 최적 삼투 역세척 유발 잠재압력에 맞춰 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액 간의 삼투 작용에 의한 삼투 세척 공정이 운전된다.

제어부(170)는 메모리부(180)에서 판독한 각각의 세척 트레인에 해당하는 이물질배출 고농도용액의 기준 전기전도도 값과 각 세척 트레인의 이물질 배출 밸브(151, 152) 전단에 설치된 전기전도도 센서(213, 214)에서 감지된 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값의 차이에 따라 상기 세척 공정의 유지 여부를 판단하여, 감지된 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값이 메모리부(180)에 저장된 제어변수인 기준 전기전도도 값 이상이면 세척공정을 유지하고, 감지된 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값이 기준 값 이하이면 세척 공정을 정지하고 역삼투 멤브레인 공정으로 진입하도록 한다(단계 S128).

각 트레인의 역삼투 공정 작동조건은 역삼투 공정 운전 중에 각각 트레인이 세척 단계에 진입하는 과정에서 메모리부(180)에 저장되며, 삼투 세척 공정 종료 후 역삼투 공정으로 재 진입하고자 하면, 제어부(170)는 메모리부(180)에 저장되어 있는 역삼투 멤브레인 공정 작동조건을 판독하여 제1 제어이벤트, 제2 제어이벤트, 제3 제어이벤트, 제4 제어이벤트, 제5 제어이벤트 및 제6 제어이벤트를 생성하여 에너지회수장치 밸브(130), 생산수 밸브(140), 플러싱 밸브(220), 플러싱 펌프(230), 배출 밸브(150) 및 원수 밸브(250)를 삼투 역세척 공정 이전의 역삼투 멤브레인 공정 작동 조건으로 조절하여 역삼투 멤브레인 공정으로 생산수 생산이 이루어질 수 있도록 한다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템
110: 압축 펌프
120: 원수 펌프
130: 에너지회수장치 밸브
140: 생산수 밸브
150: 배출 밸브
160: 입력부
170: 제어부
180: 메모리부
190: 디스플레이부
200: 압력 센서
210: 전기전도도 센서
220: 플러싱 밸브
230: 플러싱 펌프
240: 생산수 탱크
250: 원수 밸브

Claims (17)

1. 역삼투 멤브레인의 압축펌프에서 압축된 유입수로 적어도 하나의 트레인을 세척하기 위한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템에 있어서,
   상기 트레인의 농축수 배관에 각각 설치되어 상기 압축펌프로부터 상기 트레인으로 공급되는 유입수의 압력을 조절하는 복수의 에너지회수장치 밸브들;
   상기 트레인의 후단에 각각 설치되어 각 트레인에서 생성된 생산수를 삼투세척용 저농도용액으로 상기 트레인 각각에 공급하거나 차단하는 복수의 생산수 밸브들; 및
   상기 트레인에서 발생하는 농축수 및 이물질배출 고농도용액을 배출하는 복수의 배출 밸브들을 포함하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 트레인의 전단에 설치되어 원수를 공급받아 상기 삼투세척용 고농도용액으로 상기 트레인 각각에 공급하거나 차단하는 복수의 원수 밸브들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 배출 밸브들은
   상기 농축수를 삼투세척용 고농도용액으로 상기 트레인으로 공급하고, 상기 삼투세척용 고농도용액과 상기 삼투세척용 저농도용액 간의 삼투 현상에 의해 상기 역삼투 멤브레인에서 탈락한 오염물질을 포함하는 이물질배출 고농도용액 및 상기 트레인에서 생성되는 농축수를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 트레인 내 모듈의 원수 및 농축수 흐름부의 압력 범위는 하기의 수학식을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
   [수학식]
   PL < PH의 범위 < PR+PL
   
   PL: 생산수 흐름부의 압력
   PR: 원수 또는 농축수와 생산수 간의 용매의 화학포텐셜 차에서 계산되는 용매흐름 저지압력
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 트레인의 전단에 설치되어 상기 유입수를 압축하여 상기 트레인에 공급하는 압축 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 압축 펌프에서 압축된 유입수의 압력을 감지하는 압력 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 트레인으로 유입되는 유입수, 상기 트레인에서 배출되는 이물질배출 고농도용액, 상기 트레인에서 발생하는 농축수 및 상기 트레인에서 생성되는 생산수의 전기전도도를 측정하는 전기전도도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
8. 제2항에 있어서,
   세척하고자 하는 트레인에 대한 정보를 포함하는 세척 명령을 입력하는 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 입력부로부터 입력되는 세척 명령에 따라 상기 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 복수의 생산수 밸브들, 상기 복수의 배출 밸브들, 상기 복수의 원수 밸브들 및 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 입력부에서 입력되는 세척 명령을 기초로 상기 복수의 에너지회수장치 밸브들, 상기 복수의 생산수 밸브들, 상기 복수의 배출 밸브들, 상기 복수의 원수 밸브들 및 상기 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 밸브 제어이벤트를 생성하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 밸브 제어이벤트는
    상기 에너지회수장치 밸브의 개폐를 제어하는 제1 제어이벤트;
    상기 생산수 밸브의 개폐를 제어하는 제2 제어이벤트;
    상기 플러싱 밸브의 개폐를 제어하는 제3 제어이벤트;
    플러싱 펌프의 작동을 제어하는 제4 제어이벤트;
    상기 배출 밸브의 개폐를 제어하는 제5 제어이벤트; 및
    상기 원수 밸브의 개폐를 제어하는 제6 제어이벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 밸브 제어이벤트, 상기 멤브레인 세척에 필요한 삼투역세척 유발 잠재압력에 대한 제어변수 및 상기 이물질배출 고농도용액의 전기전도도 값을 저장하는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
    
13. 제9항에 있어서,
    상기 입력부에서 입력된 트레인에 대한 정보 및 상기 제어부에 의한 제어 과정을 디스플레이하는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 시스템.
    
14. 역삼투 멤브레인의 압축펌프에서 압축된 유입수로 적어도 하나의 트레인을 세척하기 위한 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법에 있어서,
    사용자로부터 특정 트레인을 입력받는 단계;
    상기 특정 트레인을 체크하여 상기 특정 트레인으로 유입되는 유입수의 압력을 제어하고 삼투세척용 고농도용액을 상기 특정 트레인으로 공급하는 단계;
    상기 특정 트레인에 대한 정보를 기초로 적어도 하나의 밸브들의 개폐를 제어하는 단계;
    상기 삼투세척용 고농도용액과 삼투세척용 저농도용액의 삼투 작용에 의해 생성된 이물질배출 고농도용액을 배출하는 단계;
    상기 삼투세척용 고농도용액의 압력을 조절하는 단계; 및
    상기 특정 트레인에 대한 공정의 지속여부를 체크하는 단계를 포함하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 특정 트레인을 입력받는 단계는
    상기 특정 트레인 정보에 대응하는 밸브 제어이벤트 및 제어변수를 판독하는 단계;
    상기 판독된 제어변수를 기초로 전기전도도 센서 및 압력 센서에서 감지된 전기전도도 값 및 압력 값에 따른 감압 값을 산출하는 단계; 및
    상기 밸브 제어이벤트를 기초로 제1 제어이벤트, 제2 제어이벤트, 제3 제어이벤트, 제4 제어이벤트, 제5 제어이벤트 및 제6 제어이벤트를 체크하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 삼투세척용 고농도용액을 상기 특정 트레인으로 공급하는 단계는
    상기 감압 값에 따라 상기 제1 제어이벤트를 통해 에너지회수장치 밸브의 개폐를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법.
    
17. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 밸브들의 개폐를 제어하는 단계는
    상기 제2 제어이벤트, 제3 제어이벤트, 제5 제어이벤트 및 제6 제어이벤트에 따라 생산수 밸브, 플러싱 밸브, 배출 밸브 및 원수 밸브의 개폐를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 멤브레인 트레인별 압력 제어식 삼투 역세척 방법.
    

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