KR20160103612A

KR20160103612A - 스마트 막여과 수처리 시스템

Info

Publication number: KR20160103612A
Application number: KR1020150026029A
Authority: KR
Inventors: 양형재; 박형근; 이승훈
Original assignee: 주식회사 포스코아이씨티; 광주광역시 (상수도사업본부장)
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-02
Also published as: KR101693100B1

Abstract

활성탄을 사용하지 않고도 냄새 물질이 포함되어 있는 원수를 정수할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템은, 취수장에 취수된 원수를 전처리 하는 전처리부; 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 상기 전처리부에 의해 전처리된 원수에 포함된 입자상 물질, 병원균, 및 바이러스를 제거하는 막여과조; 상기 막여과조에 의해 여과된 원수가 소독되는 소독조; 및 상기 막여과조와 상기 소독조를 연결하는 배관 내에 오존 및 과산화수소를 주입하여 상기 막여과조에 의해 여과된 원수를 산화처리하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 막여과 수처리 시스템{Smart Membrane-Filteration Water Treating System}

본 발명은 수처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 스마트 막여과 수처리 시스템에 관한 것이다.

상수원의 오염이 심각해짐에 따라 정수수질의 개선을 위해 정수처리장치가 제안된 바 있다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 정수처리장치에 대해 간략히 설명한다. 도 1은 종래의 정수처리장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 정수처리장치(100)는 혼화/응집/침전 및 모래여과 공정으로 이루어진 표준정수처리공정(Conventional Water Treatment Process)을 사용하고 있다. 보다 구체적으로 종래의 정수처리장치(100)에 있어서, 강이나 호수로부터 취수된 원수는 협잡물을 제거하기 위한 스크린(102)을 거친 후에 혼화조(102)에서 투입된 응집제(Coagulant)와 혼합된다. 그리고 침전되기 힘든 미세 콜로이드 입자들이 완속 교반되는 응집조(105)에서 응집되어 침전 가능한 플록을 형성하고 침전조(106)에서 원수로부터 침전 제거된다. 이후 모래 여과조(107)에서 모래를 이용한 여과(Filtration)를 거치면서 원수 속의 입자상 물질들은 대부분 제거된다. 마지막으로 소독조(108)에서 염소와 같은 소독제를 이용하여 살균 후에 수도수로 공급된다. 이러한 표준정수처리공정은 공정이 단순하고 운영비가 저렴하기 때문에 상수원수의 수질이 양호한 경우에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

하지만, 도 1에 도시된 기존의 정수처리장치의 경우, 정수처리장의 설치를 위해 많은 비용이 소모될 뿐만 아니라 운전 및 유지 관리가 용이하지 않다는 문제점이 있어, 안정된 수질뿐만 아니라 콤팩트하고 운전 및 유지관리가 용이한 막여과를 이용한 고도정수처리공정이 제시된 바 있다. 이러한 막여과를 이용한 정수처리장치의 일 예가 대한민국 공개특허 제10-2006-0003770호(이하, '선행문헌'이라 함)에 개시되어 있다.

이러한 막여과를 이용한 고도정수처리공정은 기존의 정수처리공정과는 달리 원수의 수질변화에도 효과적으로 대응할 수 있으며 부지면적이 작게 소요되며 기존에 설치된 재래식 처리공정을 대신하여 사용할 수 있는 콤팩트하고 유지관리가 용이한 처리공정이라 할 수 있다.

하지만 도 1에 도시된 기존의 정수처리장치뿐만 아니라 선행문헌에 제시된 기존의 막여과를 이용한 정수처리장치의 경우, 수질을 개선할 수는 있지만 원수에 포함되어 있는 냄새나 맛을 제거할 수는 없다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 모래 여과조(또는 막여과조)(107) 이후에 활성탄 처리조(210)을 배치한 혼합 정수처리장치(200)가 제안된 바 있다. 활성탄 처리조(210)는 입상 활성탄(GAC: Granual Activated Carbon), 생물 활성탄(BAC: Bio Activated Carbon), 또는 분말 활성탄(PAC: Powder Activated Carbon)을 이용하여 원수에서 냄새나 맛을 제거하는 역할을 한다. 하지만, 이러한 혼합 정수처리장치(200)는 대규모 시설이 요구되고 초기 설계비용이 증가하게 된다는 문제점뿐만 아니라, 냄새 물질이 포함되어 있는 원수가 발생되는 빈도가 많지 않기 때문에 원수에서 냄새 물질을 제거하기 위해 이러한 혼합 시스템을 구축하거나 운용하는 것은 경제적으로도 효율적이지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 활성탄을 사용하지 않고도 냄새 물질이 포함되어 있는 원수를 정수할 수 있는 스마트 막여과 수처리 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

또한, 본 발명은 냄새 물질이 포함되어 있는 원수 정수시 효율성을 극대화시킬 수 있는 스마트 막여과 수처리 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템은, 착수정에 취수된 원수를 전처리 하는 전처리부; 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 상기 원수에 포함된 입자상 물질, 병원균, 및 바이러스를 제거하는 막여과조; 상기 막여과조에 의해 여과된 원수가 소독되는 소독조; 및 상기 막여과조와 상기 소독조를 연결하는 배관 내에 오존 및 과산화수소를 주입하여 상기 막여과조에 의해 여과된 원수를 산화처리하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 막여과조와 소독조를 연결하는 배관 내에 직접 오존 및 과산화수소를 주입 함으로써 막여과조에 의해 여과된 원수가 소독조로 이송되는 짧은 시간 내에 원수를 산화처리하기 때문에 활성탄을 사용하지 않고도 냄새 물질이 포함되어 있는 원수를 정수할 수 있어 시스템의 초기설치 비용 및 시스템의 운영 비용을 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냄새 물질이 포함된 원수의 정수시 소독 부산물 발생량을 감소시킬 수 있어 환경오염을 최소화할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냄새 물질이 포함되어 있는 원수가 발생되는 시기에만 오존 및 과산화수소를 막여과조와 소독조를 연결하는 배관 내에 주입시키기 때문에 수처리 시스템의 운영 비용을 최소화시킬 수 있어 수처리 시스템의 효율성을 극대화시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 정수처리장치의 일 예를 보여주는 블록도.
도 2는 종래기술에 따른 정수처리장치의 다른 예를 보여주는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 PLC에 의한 오존 및 과산화수소의 주입 방법을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법을 보여주는 플로우차트.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 경로조절수단(305), 전처리부(310), 막여과조(320), 소독조(330), 및 제어 장치(340)를 포함하는 것으로서, 착수정(미도시)에서 취수된 원수를 정수하여 수용가로 제공하는 기능을 역할을 수행한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 활성탄을 사용하지 않고서도 원수의 정수 과정에서 원수에 포함된 냄새 물질을 제거한다.

경로조절수단(305)은 제어 장치(340)의 제어에 따라 원수가 유입되는 경로를 조절한다. 구체적으로, 경로조절수단(305)은 제어 장치(340)에 의해 전처리 명령이 생성되면, 생성된 전처리 명령에 따라 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 개방되게 하고 착수정과 막여과조(320)간의 경로가 폐쇄되도록 함으로써, 착수정에서 취수된 원수가 전처리부(310)로 유입될 수 있도록 한다.

또한, 경로조절수단(305)은 제어 장치(340)에 의해 바이패스(Bypass) 명령이 생성되면, 생성된 바이패스 명령에 따라 착수정과 막여과조(320)간의 경로가 개방되게 하고 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 폐쇄되게 함으로써, 착수정에서 취수된 원수가 전처리부(310)를 바이패스하여 막여과조(320)로 바로 유입될 수 있도록 한다.

일 실시예에 있어서, 전처리 명령은 원수의 수질이 좋지 않은 경우 제어 장치(340)에 의해 생성되고, 바이패스 명령은 원수의 수질이 좋은 경우 제어 장치(340)에 의해 생성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 원수의 수질이 좋지 않은 것으로 판단되는 경우 원수가 전처리부(310)에 의한 전처리 과정 이후에 막여과조(320)로 공급되도록 함으로써 막여과조(320)의 오염이 최소화될 수 있도록 하고, 원수의 수질이 좋은 것으로 판단되면 전처리부(310)에 의한 전처리 과정을 생략함으로써 수처리 시간 및 수처리 시스템의 운전비용과 운영비용이 최소화될 수 있도록 한다.

일 실시예에 있어서, 이러한 경로조절수단(305)은 밸브 형태로 구현될 수 있고, 제어 장치(340)에 의해 자동 제어가 가능하도록 하기 위해 액추에이터(미도시)를 추가로 포함할 수 있다.

전처리부(310)는 경로조절수단(305)에 의해 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 개방되어 착수정에서 취수된 원수가 유입되면, 착수정에서 취수된 원수를 응집 및 침전시켜 전처리 한다. 일 실시예에 있어서, 전처리부(310)는 도 3에 도시된 바와 같이 스크린(312), 혼화조(314), 응집조(316) 및 침전조(318)를 포함한다. 도 3에서는 전처리부(310)가 스크린(312), 혼화조(314), 응집조(316), 및 침전조(318)를 모두 포함하는 것을 도시하였지만, 이는 하나의 예에 불과할 뿐 변형된 실시예에 있어서 전처리부(310)는 스크린(312), 혼화조(314), 응집조(316) 및 침전조(318) 중 적어도 하나를 생략할 수도 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 전처리부(310)가 스크린(312), 혼화조(314), 응집조(316) 및 침전조(318)를 모두 포함하는 것을 가정하여 설명하기로 한다.

스크린(312)은 경로조절수단(305)에 의해 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 개방되어 착수정에서 취수된 원수가 유입되면 착수정에서 취수된 원수로부터 협잡물을 제거한다. 일 실시예에 있어서, 스크린(312)은 착수정의 유입부에 설치될 수 있다. 여기서, 착수정은 취수된 원수의 정수공정 시 수위를 유지하기 위하여 설치된 시설 구조물을 의미하는 것으로서, 일 예로 이러한 착수정은 수심이 3~4m 이상이고 장방형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 한편, 홍수 등이 발생하는 경우 착수정 내에 고탁도의 물이 유입될 수 있기 때문에 알칼리제(NaOH) 및 응집보조제(CaO) 중 적어도 하나가 착수정 내에 주입될 수 있다.

다음으로, 혼화조(314)는 착수정의 후단에 배치되는 것으로서, 혼화조(314)에서는 스크린(312)을 통해 현잡물이 제거된 원수가 응집제(Coagulant)와 혼합된다. 이때, 응집제는 폴리염화알루미늄(PAC: Poly Aluminium Chloride), 폴리염화알루미륜 실리케이트(PACS: Poly Aluminium Chloride Silicate), 황산알루미늄(Aluminium Sulfate: Alum) 등을 포함할 수 있다.

다음으로, 응집조(316)는 완속 교반을 통해 응집제와 혼합된 원수에 포함되어있는 미세 콜로이드 입자들을 응집시켜 침전 가능한 형태의 플록을 형성한다. 구체적으로, 응집조(316)는 불안정한 탁질과 콜로이도성 입자를 서로 응결시켜 플록을 형성하여 침강하기 위한 구조물로서, 입자 플록을 성장시키기 위해 응집제가 혼합되어 있는 원수를 교반한다. 일 실시예에 있어서, 응집조(316)는 형성된 플록이 깨지지 않도록 하기 위해 10~100/sec의 교반 강도(G)와 15~80cm/sec의 교반속도로운전될 수 있다. 이때, 응집시간은 30~40분이고 교반 형식은 수평식, 수직식, 또는 수류식이 이용될 수 있다.

다음으로, 침전조(318)는 응집조(316)에서 형성된 플록을 원수로부터 침전시켜 제거하는 역할을 수행한다. 일 실시예에 있어서, 침전조(318)는 응집조(316)에서 형성된 플록이 중력 침강되어 분리되므로 깨끗한 상징수와 슬러지로 분리시키기 위하여 유효수심인 3~5m가 되도록 형성될 수 있다. 한편, 침전조(38) 내에서 슬러지가 부상하게 되면 염소처리를 수행함으로써 슬러지의 부상을 방지할 수 있다.

다음으로, 막여과조(320)는 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 전처리부(310)에 의해 전처리된 원수 또는 경로조절수단(305)에 의해 착수정과 막여과조(320)간의 경로가 개방되어 착수정으로부터 직접 유입되는 원수(이하, '원수'라 함)에 포함되어 있는 입자상 물질, 병원균, 및 바이러스를 제거한다. 구체적으로 막여과조(320)는 원수속에 함유되어 있는 작은 현탁물질이 체(Mesh) 원리에 의해서 막여재의 공칭공경(Normal Pore Size)보다 큰 입자의 세균, 바이러스, 미세한 고형물 등을 제거하는 것으로서, 종래의 정수처리장치에 이용되었던 모래여과지를 대체한다.

일 실시예에 있어서, 막여과조(320)를 구성하는 하나 이상의 분리막 모듈(미도시)에는 MF(Microfiltration) 분리막과 UF(Ultrafiltration) 분리막으로 구성될 수 있다. 일반적으로 MF 분리막은 지아디아, 크립토스포리디움과 같은 대부분의 박테리아를 제거할 수 있을 정도로 충분히 작은 공극을 가지고 있으나 바이러스를 제거하기는 어렵다. 따라서 바이러스를 제거할 수 있는 UF 분리막을 MF 분리막의 후단에 병렬 설치하는 MF/UF 혼합 분리막이 바람직하다. 이때 상기 MF/UF 혼합 분리막은 중공사막 모듈이 바람직하다. 중공사막 모듈은 원통형 케이스의 내부에 다수의 중공사막을 설치하고 막 다발의 양쪽 끝부분을 접착하여 만든 것이다. 이러한 중공사막 모듈은 단위부피당 막면적이 넓어 설치면적은 작은 장점이 있으나 유로면적이 작아 오염에 민감하여 정수처리에 적합하다.

본 발명에 따른 막여과조(320)의 여과방식은 막여과조(320)로 유입되는 도입수와 막여과조(320)로부터 유출되는 여과수의 유동패턴에 따라 십자류형 여과(크로스 플로우)방식과 전량여과(데드앤 플로우)방식이 사용될 수 있다. 일반적으로 MF 분리막에서는 십자류형 여과방식이 사용되는데 십자류형 여과는 유체흐름에 따른 전단력에 의해 입자가 막표면에 쌓이는 것을 방지하여 케익층이 형성되는 것을 억제하는 장점이 있는 반면에 도입수 중 일부분만 막을 통과하기 때문에 농축수에 많은 물이 잔류하여 버려지므로 회수율이 떨어지는 단점이 있다. 그리고 UF 분리막에서 사용되는 전량여과 방식은 도입수가 전량 여과되므로 버려지는 물이 없다는 장점이 있으나 막표면에 쌓인 고형물을 제거하기 위해서 주기적인 역세척이 필요하다는 단점이 있다. 또한, MF/UF 혼합 분리막이 사용되는 경우, 막여과조(320)는 십자류형 여과방식과 전량여과방식을 혼합하여 사용할 수 있다.

이러한 막여과조(320)를 구성하는 중공사막 모듈의 일 예가 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 중공사막 모듈은 가압식 중공사막 모듈의 일 예를 보여준다.

도 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압식 중공사막 모듈은, 복수 개의 중공사막(410), 제1 고정부(420), 제2 고정부(430), 모듈 케이스(440), 원수 유입부(450), 제1 배출부(460), 제2 배출부(470), 및 드레인부(480)를 포함한다.

복수 개의 중공사막(410)은 길이 방향으로 배열되어 다발 형태를 이루며, 중공사막(410)의 일단부 및 타단부는 각각 제1 고정부(420) 및 제2 고정부(430)에 의해 고정된다. 중공사막(410)은 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene Fluoride: PVDF)으로 이루어질 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

제1 고정부(420)는 복수 개의 중공사막(410)의 일단부를 고정하는 역할을 하며, 중공사막(410)의 일단에서는 중공이 개방된 상태로 구성된다. 따라서, 중공사막(410)의 세공을 투과하여 중공으로 유입된 여과수는 개방된 중공을 통해 제1 배출부(460)로 배출된다. 이때, 제1 고정부(420)는 모듈 케이스(440) 내면에 접착 고정되어 있기 때문에, 중공사막(410)의 중공으로 유입된 여과수가 원수와 혼합되지 않고 제1 배출부(460)만으로 배출되게 된다. 도시하지는 않았지만, 제1 배출부(460)는 소독조(330)와 연결되어 있어 제1 배출부(460)로 배출된 여과수는 소독조(330)로 이동하게 된다.

제1 고정부(420)는 에폭시 수지, 우레탄 수지, 실리콘 고무 등과 같은 열경화성 수지로 이루어질 수 있으며, 선택적으로, 열경화성 수지에 실리카, 카본 블랙, 불화 카본 등의 충전재가 혼합되어 제1 고정부(420)의 강도 향상 및 경화 수축 감소를 꾀할 수 있다.

제2 고정부(430)는 복수 개의 중공사막(410)의 타단부를 고정하는 역할을 하며, 중공사막(410)의 타단에서는 중공이 밀폐된 상태로 구성된다. 제2 고정부(430)는 제1 고정부(420)와 마찬가지로, 열경화성 수지, 또는 열경화성 수지에 충전재가 혼합되어 이루어질 수 있다. 제2 고정부(430) 사이에는 다수개의 개구부(430a)가 형성되어 있어, 모듈 케이스(440) 내에 있는 원수 등이 개구부(430a)를 경유하여 드레인부(480)를 통해 드레인된다.

원수 유입부(450)는 처리하고자 하는 원수를 모듈 케이스(440) 내부로 유입시키는 통로이다.

제1 배출부(460)는 중공사막(410)의 세공을 투과하여 중공사막(410)의 중공으로 유입된 여과수를 배출시키는 통로이다.

제2 배출부(470)는 원수에 대한 여과처리 이후 고형 성분의 오염물질의 농도가 높아진 원수, 즉 농축수를 배출시키는 통로이다.

드레인부(480)는 모듈 케이스(440) 내에 있는 원수 등을 외부로 배출시키는 통로이다.

이와 같은 구성의 가압식 중공사막 모듈의 작용에 대해서 설명하면, 원수 유입부(450)를 통해 모듈 케이스(440) 내로 원수가 유입되면, 유입된 원수는 펌프에 의해 가압되어 중공사막(410)의 세공을 투과하여 중공사막(410)의 중공으로 유입된다. 중공으로 유입된 여과수는 제1 배출부(460)를 통해 배출되어 소독조(330)로 이동하게 되고, 여과수가 빠져나감으로 인해 오염물질의 농도가 높아진 농축수는 제2 배출부(470)를 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 가압식 중공사막 모듈의 여과처리 과정이 반복되면, 원수에 포함된 오염물질이 중공사막(410)에 달라붙게 되어, 펌프에 의해 가압되어도 원수가 상기 중공사막(410)을 투과하는 성능이 저하되게 된다. 따라서, PLC(348)가 중공사막(410)에 대한 세정공정을 수행하게 된다. PLC(348)가 중공사막(410)을 세정하는 방법은 PLC(348)에 대한 설명에서 구체적으로 기재하기로 한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템은 세정공정으로써 세정수를 역류하여 오염물질을 제거하는 역세정 공정과 화학물질을 막여과조(320)에 투입하여 오염물질을 제거하는 화학세정 공정 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 이때, 화학세정은 분리막의 성능을 저하시키고 분리막의 수명을 단축시키는 주된 오염원 중 하나인 미생물을 불활성화 하기 위하여 염소 용액을 막여과조(320)에 소독제로 주입하는 것을 의미한다. 이 때 사용되는 염소 용액은 물 속에서 차아염소산을 분해하는 차아염소산나트륨 등의 액상 용액을 희석하여 제조할 수 있다. 이러한 염소 용액은 PLC(348)에 의해 막여과조(320)에 주입될 수 있다.

다음으로, 소독조(330)는 막여과조(320)에 의해 여과된 원수(여과수, 이하 설명의 편의를 위해, "원수"라는 용어와 "여과수"라는 용어를 혼용하여 사용하기로 한다)를 소독한다. 구체적으로, 소독조(330)는 여과된 원수에서 병원균과 병원 미생물을 완전하게 살균하기 위한 구조물로서, 소독조(330)에서는 염소를 이용하여 원수가 소독된다.

다음으로, 제어 장치(340)는 막여과조(320)와 소독조(330)를 연결하는 배관 내에 오존 및 과산화수소를 주입하여 막여과조(320)에 의해 여과된 원수를 산화처리한다. 본 발명에 다른 제어 장치(340)가 배관 내로 오존 및 과산화수소를 주입하는 것은 원수에 포함되어 있는 냄새 물질(또는 맛)을 제거하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 막여과조(320)에 의해 여과된 원수를 산화처리를 위한 별도의 시설물 내에서 산화처리하는 것이 아니라, 원수가 막여과조(320)에서 소독조(330)로 이송되는 과정에서 순간적으로 산화처리될 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 제어 장치(340)는 수처리 시스템의 운영 비용을 최소화시켜 수처리 시스템의 효율성을 극대화시키기 위해 미리 정해진 조건을 만족하는 경우에 한하여 배관 내로 오존 및 과산화수소를 주입한다.

또한, 본 발명에 따른 제어 장치(340)는 원수의 수질에 따라 원수의 전처리 여부를 결정한다.

또한, 본 발명에 따른 제어 장치(340)는 막여과조(320)의 오염지수를 측정하여 막여과조(320)의 세정여부를 결정하고, 세정을 결정하는 경우 PLC(348)를 통해 막여과조(320)를 세정한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 제어 장치(340)는 도 3에 도시된 바와 같이, 센서부(342), 오염지수 산출부(343), 데이터베이스(344), 결정부(346), 및 PLC(348)를 포함한다.

먼저, 센서부(342)는 전처리부(310)로 유입되는 원수, 전처리부(310)를 통과한 원수, 또는 막여과조(320)를 통과하는 원수의 특성을 센싱한다. 이러한 센서부(342)는 전처리부(310)의 입구측에 설치되는 제1 센서(미도시), 전처리부(310) 출구측에 설치되는 제2 센서(미도시), 및 막여과조(320)에 설치되는 제3 센서(미도시)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 센서 중 적어도 하나를 포함하는 센서부(342)는 원수의 온도를 센싱하기 위한 온도센서, 원수의 PH를 센싱하기 위한 PH센서, 및 총유기탄소(TOC)를 측정하기 위한 TOC 센서 등을 포함할 수 있다. 이외에도, 센서부(342)는 원수의 용존산소(DO)를 측정하기 위한 센서, 전기전도도를 측정하기 위한 센서, 휘발성유기화합물(VOCs)을 측정하기 위한 센서 등을 추가로 포함할 수 있다.

먼저, 제1 센서는 전처리부(310)의 입구측에 설치되어 전처리부(310)로 유입되는 원수의 특성을 센싱한다. 이때, 원수의 특성은 원수의 수질일 수 있고, 이러한 수질은 원수의 탁도에 따라 결정된다. 제1 센서부는 센싱된 원수의 수질을 결정부(344)로 전달한다.

제2 센선는 전처리부(310)의 출구측에 설치되어 전처리부(310)에 의해 전철된 원수의 특성을 센싱한다. 이때, 원수의 특성은 원수의 수질일 수 있고, 이러한 수질은 원수의 탁도에 따라 결정된다. 제2 센서부는 센싱된 원수의 수질을 결정부(344)로 전달한다.

제3 센서는 막여과조(320)에 설치되어 막여과조(320)를 통과하는 원수의 특성을 센싱한다. 이때, 원수의 특성은 원수의 수질이거나 원수의 온도일 수 있다.

다음으로, 오염지수 산출부(343)는 막여과조(320)의 오염지수를 산출한다. 즉, 오염지수 산출부(343)는 막여과조(320)에 포함된 하나 이상의 분리막 모듈의 오염지수를 산출하고, 산출결과를 결정부(346)로 제공함으로써, 결정부(346)가 막여과조(320)의 세정여부를 결정할 수 있도록 한다.

일 실시예에 있어서, 오염지수 산출부(343)는 아래의 수학식 1을 이용하여 막여과조(320)에 포함된 하나 이상의 분리막 모듈의 오염지수를 산출할 수 있다.

수학식 1에서, FI는 막여과조(320)의 오염지수를 나타내고, △P는 막간차압(kPa)을 나타내며, A는 분리막 모듈의 막면적(㎡)을 나타내고, η는 전처리된 원수의 점도(centipoise)를 나타내며, Q는 여과수의 유량 (L/㎡ ㆍhr)을 나타낸다. 특히, △P는 1분 동안의 막간차압(kPa)에 대한 평균값을 의미한다.

오염지수 산출부(343)는 막여과조(320)의 오염지수를 산출하기 위해, 막간차압(kPa)을 측정하기 위한 압력계(P), 전처리된 원수의 점도를 측정하기 위한 점도계(C), 및 여과수의 유량을 측정하기 위한 유량계(Q)를 포함할 수 있고, 추가적으로 측정된 각각의 값을 적용하여 수학식 1에 따른 오염지수(FI)를 계산하는 계산부(미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 점도계(C)는 전처리된 원수의 온도를 측정하는 방식으로 점도를 계산할 수 있다.

다음으로, 데이터베이스(344)에는 오존 및 과산화수소의 주입 여부를 결정하기 위한 기초 데이터가 기록되어 있다. 일 실시예에 있어서, 데이터베이스(344)에는 오존 및 과산화수소가 주입되어야 하는 기준 온도 정보, 오존 및 과산화수소가 주입되어야 하는 기준 시간대 정보가 기록되어 있거나, 오존 및 과산화수소가 주입되어야하는 갈수기에 대한 정보가 기록되어 있을 수 있다. 또한, 데이터베이스(3440)에는 기상청으로부터 수집한 각 기간 별 일기예보 정보가 추가로 기록되어 있을 수 있다.

다음으로, 결정부(346)는 센서부(342)에 포함된 제1 센서 또는 제2 센서로부터 전송되는 센싱결과 및 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 기초 데이터를 이용하여 오존 및 과산화수소의 주입 여부를 결정한다.

일 실시예에 있어서, 결정부(346)는 센서부(342)에 포함된 제1 센서 또는 제2 센서에 의해 측정된 원수의 온도, 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 기준 시간대 정보 및 갈수기에 대한 정보를 이용하여 오존 및 과산화수소의 주입 여부를 결정할 수 있다.

구체적으로, 결정부(346)는 센서부(342)에 포함된 제1 센서 또는 제2 센서에 의해 측정된 원수의 현재 온도가 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 기준 온도 이상인 경우 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 결정부(346)는 현재 시간이 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 기준 시간대 정보에 포함되는 경우 오존 및 과산화수소의 주입을 결정한다.

또 다른 실시예에 있어서, 결정부(346)는 현재 날짜가 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 갈수기에 포함되는 경우 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 결정부(346)는 원수의 현재 온도, 현재 시간, 및 현재 날짜를 모두 고려하여 오존 및 과산화수소의 주입을 결정할 수 있다. 예컨대, 결정부(346)는 현재 날짜가 갈수기에 포함되고, 현재 시간이 기준 시간대에 포함되며, 원수의 현재 온도가 기준 온도 이상인 경우 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

한편, 결정부(346)는 데이터베이스(344)에 기록되어 있는 각 기간별 일기예보 정보에 기초하여 오존 및 과산화 수소의 주입 여부를 결정할 수도 있다. 예컨대, 일기예보 정보에 기초하여 강우가 발생하지 않을 것으로 예측되는 경우 결정부(346)는 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

이와 같이, 결정부(346)는 냄새 물질이 발생할 수 있는 조건을 미리 설정하고, 해당 조건이 만족되는 경우에 한하여 배관 내로 오존 및 과산화수소를 주입하는 것으로 결정함으로써 시스템의 운영 비용을 최소화시켜 수처리 시스템의 효율성을 극대화시킨다.

상술한 실시예에 있어서, 결정부(346)는 오존 및 과산화수소의 주입 여부만을 결정하는 것으로 기재하였지만, 다른 실시예에 있어서 결정부(346)는 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양을 결정할 수도 있다. 예컨대, 결정부(346)는 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양을 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 비례하도록 결정할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 결정부(346)는 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양이 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 지수함수적으로 증가하도록 결정할 수 있다. 이에 따라 현재 온도와 기준온도와의 차이값이 증가할수록 오존 및 과산화수소의 주입양이 지수함수적으로 증가하게 되어 여과된 원수에 포함된 냄새물질을 더욱 빠른 시간 내에 제거할 수 있게 된다.

즉, 결정부(346)는 오존 및 과산화수소의 주입이 결정되면, 미리 설정되어 있는 기본 주입량에 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 비례하도록 결정된 증가분 또는 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 지수함수적으로 증가하도록 결정된 증가분을 가산함으로써 주입되어야 할 오존 및 과산화수소의 양을 결정할 수 있다.

결정부(346)는 오존 및 과산화수소의 투입이 결정되면 이를 PLC(348)로 전달한다.

한편, 본 발명에 따른 결정부(346)는 센서부(342)에 포함된 제1 센서로부터 전달되는 센싱 결과 및 제2 센서로부터 전달되는 센싱 결과 중 적어도 하나에 따라 원수의 전처리 여부를 결정한다.

구체적으로, 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과(원수의 수질(예컨대, 탁도))가 미리 정해진 제1 기준치를 초과하는 경우 원수의 수질이 좋지 않은 것으로 판단하여 원수에 대해 전처리 과정을 수행하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다.

또한, 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 제1 기준치 이하인 경우, 원수의 수질이 좋은 것으로 판단하여 원수에 대한 전처리 과정을 생략하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다.

상술한 실시예에 있어서, 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 제1 기준치 이하인 경우, 원수의 수질이 좋은 것으로 판단하여 원수에 대한 전처리 과정을 생략하는 것으로 기재하였지만, 다른 실시예에 있어서, 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 제1 기준치 이하인 경우 제2 센서에 의해 센싱된 센싱결과를 추가로 이용하여 전처리 여부를 결정할 수 있다.

구체적으로, 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 제1 기준치 이하인 경우, 제2 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 미리 정해진 제2 기준치를 초과하는지 여부를 추가적으로 판단한다. 판단결과, 제2 센서에 의해 센싱된 결과가 제2 기준치를 초과하는 경우 원수의 수질이 좋지 않은 것으로 판단하여 원수에 대해 전처리 과정을 수행하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다.

또한, 결정부(346)는 제2 센서에 의해 센싱된 결과가 제2 기준치 이하인 경우 원수의 수질이 좋은 것으로 판단하여 원수에 대해 전처리 과정을 생략하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다.

이때, 제1 기준치 및 제2 기준치는 동일한 값으로 설정될 수도 있지만, 제2 기준치를 제1 기준치보다 낮은 값으로 설정할 수도 있다.

즉, 상술한 실시예에 따르는 경우 결정부(346)는 제1 센서에 의해 센싱된 센싱결과가 제1 기준치 이하이고 제2 센서에 의해 센싱된 센싱결과도 제2 기준치 이하인 경우 원수에 대한 전처리 과정을 생략하기 때문에 원수의 수질이 매우 좋은 상태인 경우에만 전처리 과정이 생략되도록 함으로써 수질 향상을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 결정부(346)는 오염지수 산출부(343)에 의해 산출된 오염지수를 이용하여 막여과조(320)의 세척여부를 결정한다.

구체적으로, 결정부(346)는 막여과조(320)의 오염지수가 제1 값 이상이 되면 막여과조(320)에 포함된 하나 이상의 분리막 모듈의 세척을 위해 역세정 공정을 수행하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다. 즉, 시간이 지날수록 분리막 모듈에 오염물질이 달라붙게 되어 분리막 모듈의 막간차압(△P)이 증가하게 되므로, 결정부(346)는 막여과조(320)의 오염지수가 제1 값 이상이 되는 시점에서 역세정 공정을 수행함으로써 가역적인 오염성분이 제거되도록 한다. 이에 따라 분리막 모듈의 막간차압(△P)이 감소하게 되어 막여과조(320)의 오염지수가 다시 감소하게 된다.

또한, 결정부(346)는 막여과조(320)의 오염지수가 제2 값 이상이 되면, 비가역적인 오염성분을 제거하기 위해 화학세정을 수행하는 것으로 결정하고, 결정결과를 PLC(348)로 전달한다. 이때, 화학적 세정은 막여과조(320)에 차아염소산나트륨을 주입함으로써 수행될 수 있다.

상술한 실시예에 있어서, 결정부(346)는 막여과조(320)의 오염지수가 제2 값 이상이 되면, 화학적 세정을 수행하는 것으로 설명하였지만, 다른 실시예에 있어서, 결정부(346)는 원수의 온도, 현재 시간, 및 날짜 중 적어도 하나에 따라 화학적 세정의 수행 여부를 결정하고, 화학적 세정의 수행을 결정하는 경우 차아염소산나트륨의 주입 여부 및 주입되는 차아염소산나트륨의 양을 PLC(348)로 전달할 수 있다. 이때, 결정부(346)는 원수의 온도가 기준온도 이상이거나, 현재 시간이 기준 시간대에 포함되거나, 날짜가 갈수이게 포함되는 경우 화학적 세정을 수행하는 것으로 결정할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우, 결정부(346)는 센서부(342)에 포함된 제3 센서로부터 전달되는 센싱 결과에 따라 막여과조(320)에 주입되어야 하는 차아염소산나트륨의 양을 조절하게 된다.

PLC(348)는 결정부(346)에 의해 오존 및 과산화수소의 주입이 결정되면 배관 내로 오존 및 과산화수소를 주입한다. 이때, 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양은 결정부(346)에 의해 결정되어 PLC(348)로 제공될 수 있다. 이하, 이러한 PLC(348)의 동작을 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 PLC에 의한 오존 및 과산화수소의 주입 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 막여과조(320)와 소독조(330)를 연결하기 위한 배관(510)에는 오존을 주입하기 위한 제1 주입공(512)과 과산화수소를 주입하기 위한 제2 주입공(514)이 형성되어 있다.

이때, 제1 주입공(512)은 배관(510) 상에서 막여과조(320)를 기준으로 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 있고, 제2 주입공(514)은 배관(510)상에서 막여과조(320)를 기준으로 제1 거리보다 큰 값을 갖는 제2 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 있다.

이러한 구조에 따라 막여과조(320)로부터 배출되는 원수는 소독조(330)로 이송되는 동안에 제1 주입공(512)을 통해 주입되는 오존과 먼저 반응한 후 제2 주입공(514)을 통해 주입되는 과산화수소와 반응하게 된다.

한편, 결정부(346)에 의해 오존의 주입이 결정되면, 본 발명에 따른 PLC(348)는 오존이 저장되어 있는 제1 탱크(520)와 제1 주입공(512) 사이에 배치되어 있는 제1 밸브(522)를 개방시켜 제1 탱크(520)에 저장되어 있는 오존이 제1 주입공(512)을 통해 배관(510)내로 직접 공급되도록 한다.

또한, 결정부(346)에 의해 과산화수소의 주입이 결정되면 본 발명에 따른 PLC(348)는 과산화수소가 저장되어 있는 제2 탱크(530)와 제2 주입공(514) 사이에 배치되어 있는 제2 밸브(532)를 개방시켜 제2 탱크(530)에 저장되어 있는 과산화수소가 제2 주입공(532)을 통해 배관(510)내로 직접 공급되도록 한다.

일 실시예에 있어서, 막여과조(320)로부터 배출되는 원수가 오존과 먼저 반응한 후 과산화수소와 반응하도록 하기 위해, PLC(348)는 오존의 주입을 위한 제1 밸브(522)와 과산화수소의 주입을 위한 제2 밸브(532)의 개방 타이밍을 다르게 조절할 수 있다. 예컨대, PLC(348)는 제1 밸브(522)를 제2 밸브(532)보다 먼저 개방시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고도 산화 기반의 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 활성탄을 사용하지 않고 오존 및 과산화수소를 이용한 산화처리를 통해 원수에 포함된 냄새 물질을 제거할 수 있기 때문에 활성탄의 배치를 위한 별도의 설비가 필요 없어 경제적이다. 또한, 본 발명에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 산화처리를 별도의 시설물 내에서 장시간 동안 실시하는 것이 아니라 원수가 막여과조(320)에서 소독조(330)로 이송되는 배관 내에서 순간적으로 실시한 라인 믹싱 공법을 이용하기 때문에 소독 부산물의 발생량이 감소함은 물론, 산화처리를 위한 시설물의 설치 공간 또한 필요 없어 수처리 시스템을 보다 컴팩트(Compact)하게 구성할 수 있게 된다.

한편, PLC(348)는 결정부(346)에 의해 원수에 대한 전처리를 수행하는 것으로결정되면 전처리 명령을 생성하고, 생성된 전처리 명령에 따라 경로조절수단(305)을 제어함으로써 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 개방되게 하고 착수정과 막여과조(320)간의 경로가 폐쇄되도록 하여, 착수정에서 취수된 원수가 전처리부(310)로 유입될 수 있도록 한다.

또한, PLC(348)는 결정부(346)에 의해 원수에 대한 전처리를 수행하지 않는 것으로 결정되면 바이패스 명령을 생성하고, 생성된 바이패스 명령에 따라 경로조절수단(305)을 제어함으로써 착수정과 막여과조(320)간의 경로가 개방되게 하고 착수정과 전처리부(310)간의 경로가 폐쇄되게 하여, 착수정에서 취수된 원수가 전처리부(310)를 바이패스하여 막여과조(320)로 바로 유입될 수 있도록 한다.

또한 PLC(348)는 결정부(346)에 의해 막여과조(320)에 대한 역세정 공정이 수행되는 것으로 결정되면, 역세정 공정을 수행한다. 구체적으로, PLC(348)는 펌프에 의한 가압을 중단시킴으로써, 도 4에 도시된 모듈 케이스(440) 내의 원수가 중공사막(410)의 중공으로 유입되지 않도록 한다. 이후, PLC(348)는 중공사막(410) 외부에 존재하는 농축수를 드레인한다. 여기서, PLC(348)가 농축수를 드레인 하는 이유는, 농축수가 존재하는 상태에서 역세정 공정을 수행하게 되면 농축수의 수압으로 인해서 역세정 효과가 저감되며, 농축수에 존재하는 오염물질이 역세정 공정 중에 분리막에 달라붙어 분리막을 재차 오염시키게 되기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 PLC(348)는 역세정 공정 이전에 중공사막(410) 외부에 존재하는, 보다 구체적으로는 중공사막(410) 외부의 모듈 케이스(440) 내에 존재하는 농축수를 드레인부(480)를 통해 드레인한다.

이후, PLC(348)는 중공사막(410) 내부에서 중공사막(410)의 세공을 통해 중공사막(410) 외부로 세정수를 역류시킴으로써 중공사막(410)에 대한 역세정 공정을 수행하고, 역세정 공정 중에 역류된 세정수를 드레인한다. 즉, PLC(348)는 여과처리시 여과수의 진행방향과 반대방향으로 세정수를 역류시킴으로써 중공사막(410)의 표면에 달라붙어있는 오염물질을 제거하는 역세정 공정을 수행하게 된다.

일 실시예에 있어서, 세정수로는 막여과조(320)에 의해 여과된 여과수가 이용될 수 있으며, 구체적으로는, PLC(348)는 소독조(330)에 저장된 여과수를 제1 배출부(460)를 통해 중공사막(410) 내부로 유입시킴으로써 여과수가 중공사막(410)의 세공을 통해 중공사막(410) 외부로 배출되도록 할 수 있다. 다른 실시예에 있어서 PLC(348)는, 세정수로 여과수를 이용하지 않고 별도의 저장탱크에 저장된 물을 제1 배출부(460)로 유도하여 역세정 공정을 수행할 수도 있다.

중공사막(410) 내부에서 중공사막(410) 외부로 역류된 세정수는 모듈 케이스(440) 내로 투입되게 되며, 모듈 케이스(440) 내로 투입된 세정수는 드레인부(480)를 통해 드레인되는데, 이때, 드레인부(480)의 밸브를 열어둔 상태에서 세정수를 역류시킴으로써, 세정수를 역류시키는 공정 중에 중공사막(410) 외부로 역류된 세정수가 드레인된다. 즉, 세정수는 중공사막(410) 외부로 역류된 후 모듈 케이스(440) 내에 머무르지 않고 그대로 드레인부(480)를 통해 드레인된다.

따라서, 역세정 공정에 의해서 중공사막(410)에서 제거된 오염물질이 다시 중공사막(410)과 접촉할 수 있는 기회가 완전히 차단됨으로써 중공사막(410)에 대한 세정효율이 증진될 수 있고, 또한, 역세정 공정시 별도의 산기(aeration) 세정을 수행하지 않기 때문에 에너지 절감효과도 있다.

한편, PLC(348)는 결정부(346)에 의해 화학적 세정을 수행하는 것으로 결정되면, 막여과조(320) 내로 차아염소산나트륨을 주입한다. 이때, 주입되어야 하는 차아염소산나트륨의 양은 결정부(346)에 의해 결정되어 PLC(348)로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 제어 장치(340)는 복수개의 지역에 설치된 수처리 시스템을 통합하여 제어할 수 있는 분산 제어(Distributed Control) 기반의 제어 장치일 수 있다.

이외에도 제어 장치(340)는 수처리 시스템에 포함된 다양한 기계 설비들과 사용자간의 효율적인 인터페이스를 위한 HMI(Human Machine Interface, 미도시)를 더 포함하거나 수처리 시스템의 전반적인 동작을 감시하고 제어하기 위한 감시 시스템(Supervisory Control and Data Acquisition: SCADA, 미도시)과 연동하여 동작할 수 있다.

한편, 도 3에서는 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 스마트 막여과 수처리 시스템(300)은 정수조, 배출수조, 회수조, 농축조, 및 탈수기를 더 포함할 수 있다.

여기서, 정수조는 소독조(330)에 의해 소독된 정수를 저장하기 위한 구조물로써, 3~6m의 유효수심을 갖도록 형성될 수 있다. 배출수조는 침전조(318)에서 발생되는 침전 슬러지나 막여과조(320)에서 발생되는 역세척수를 고액 분리시키기 위한 저류 구조물로써 농축과 탈수를 통해 배출수의 침강 슬러지의 탈수 효율을 증가시킬 수 있다. 회수조는 막여과조(320)에서 배출된 배수와 침전조(318)의 침강 슬러지를 유입하여 고형물로 침강시키기 위한 구조물이다. 이때, 자연침강 슬러지는 체인 플라이트 방식으로 슬러지 수집기 호퍼를 통해 농축조로 이송된다. 농축조는 침강 슬러지의 탈수용량을 줄이기 위한 고형물 분리 구조물이다. 탈수기는 농축 슬러지를 저류조로 압송시켜 운전시 함수율이 미리 정해진 값을 유지하도록 하기 위한 설비이다. 이때, 탈수 효율을 높이기 위해 슬러지에 고분자 응집제가 펌프를 통해 주입될 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 스마트 막여과 수처리 방법에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 막여과 수처리 방법을 보여주는 플로우차트이다. 도 6에 도시된 수처리 방법은 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 수처리 시스템에 의해 수행될 수 있다. 먼저, 수처리 시스템은 착수정에 취수된 원수를 전처리 한다(S600).

이러한 전처리 과정에 대해 개략적으로 설명하면, 먼저 스크린을 통해 착수정에서 취수된 원수로부터 협잡물을 제거한 후, 혼화조에서 스크린을 통해 현잡물이 제거된 원수가 응집제(Coagulant)와 혼합한다. 이후, 응집조에서 완속 교반을 통해 응집제와 혼합된 원수에 포함되어있는 미세 콜로이드 입자들을 응집시켜 침전 가능한 형태의 플록을 형성한다. 이후, 침전조에서 플록을 원수로부터 침전시켜 제거한다.

다음으로, 수처리 시스템은 하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 전처리된 원수에 포함된 입자상 물질, 병원균, 및 바이러스를 여과시킨다(S610). 일 실시예에 있어서, 하나 이상의 분리막 모듈은 MF(Microfiltration) 분리막, UF(Ultrafiltration) 분리막, 및 UF 분리막을 MF 분리막의 후단에 병렬 설치한 MF/UF 혼합 분리막이 이용될 수 있다.

다음으로, 수처리 시스템은 원수의 온도, 현재 시간, 및 날짜 중 적어도 하나를 이용하여 여과된 원수의 산화처리 여부를 판단한다(S620).

일 실시예에 있어서, 수처리 시스템은 원수의 온도가 데이터베이스에 기록되어 있는 기준온도 이상이거나, 현재 시간이 데이터베이스에 기록되어 있는 기준 시간대에 포함되거나, 현재 날짜가 데이터베이스에 기록되어 있는 갈수기에 포함되면 원수를 산화처리하는 것으로 결정할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 수처리 시스템은 원수의 현재 온도, 현재 시간, 및 현재 날짜를 모두 고려하여 오존 및 과산화수소의 주입을 결정할 수 있다. 예컨대, 수처리 시스템은 현재 날짜가 갈수기에 포함되고, 현재 시간이 기준 시간대에 포함되며, 원수의 현재 온도가 기준 온도 이상인 경우 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 수처리 시스템은 데이터베이스에 기록되어 있는 각 기간별 일기예보 정보에 기초하여 오존 및 과산화 수소의 주입 여부를 결정할 수도 있다. 예컨대, 일기예보 정보에 기초하여 강우가 발생하지 않을 것으로 예측되는 경우 수처리 시스템은 오존 및 과산화 수소를 주입하는 것으로 결정할 수 있다.

한편, 수처리 시스템은 오존 및 과산화수소의 주입을 통한 산화처리 여부를 결정할 때, 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양을 함께 결정할 수도 있다. 예컨대, 수처리 시스템은 주입되어야 하는 오존 및 과산화수소의 양을 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 비례하도록 결정할 수 있다. 즉, 수처리 시스템은 오존 및 과산화수소의 주입이 결정되면, 미리 설정되어 있는 기본 주입량에 현재 온도와 기준온도와의 차이값에 비례하도록 결정된 증가분을 가산함으로써 주입되어야 할 오존 및 과산화수소의 양을 결정할 수 있다.

S620의 판단결과, 산화처리를 하는 것으로 결정하면, 수처리 시스템은 S610에서 여과된 원수의 이송을 위한 배관 내에 오존 및 과산화수소를 주입하여 여과된 원수를 산화처리한다(S630).

이를 보다 구체적으로 설명하면, 수처리 시스템은 산화처리가 결정되면 오존이 저장되어 있는 제1 탱크에 연결된 제1 밸브를 개방시켜 오존을 상기 배관 내로 주입시킴에 의해 상기 배관을 통과하는 여과된 원수를 1차 산화처리하고, 과산화수소가 저장되어 있는 제2 탱크에 연결된 제2 밸브를 개방시켜 과산화수소를 상기 배관 내로 주입시킴에 의해 상기 배관을 통과하는 1차 산화처리된 원수를 2차 산화처리한다.

이때, 수처리 시스템은 제1 밸브를 제2 밸브보다 먼저 개방하거나 제1 밸브와 제2 밸브를 동시에 개방할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 수처리 시스템은 상기 배관에서 막여과조를 기준으로 제1 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 있는 제1 주입공을 통해 오존을 주입하고, 상기 배관에서 막여과조를 기준으로 제1 거리보다 큰 값을 갖는 제2 거리만큼 이격된 위치에 형성되어 있는 제2 주입공을 통해 과산화수소를 주입함에 의해 여과된 원수를 산화처리한다.

다음으로, 수처리 시스템은 산화처리된 원수 또는 막여과 과정을 통해 여과된 원수에 염소를 주입함으로써 산화처리된 원수를 소독하여 수용가로 공급한다(S640).

한편, 도 6에 도시하지는 않았지만, 수처리 시스템은 원수에 대한 전처리 과정의 수행여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 판단결과, 전처리 과정을 수행하는 것으로 결정하면, 수처리 시스템은 착수정에서 취수된 원수가 전처리부로 유입되도록 하고, 전처리 과정을 수행하지 않는 것으로 되면 착수정에서 취수된 원수가 전처리부를 바이패스하여 막여과조로 바로 유입될 수 있도록 한다.

또한, 도 6에 도시하지는 않았지만, 수처리 시스템은 막여과조의 오염지수를 산출하는 단계와 산출된 오염지수에 따라 막여과조의 세정여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 수처리 시스템은 막여과조의 오염지수가 제1 값 이상인 경우 가역적인 오염물질을 제거하기 위해 역세정 공정을 수행하는 것으로 결정하고, 막여과조에 대한 역세정 공정을 수행한다. 한편, 막여과조의 오염지수가 제2 값 이상인 경우, 수처리 시스템은 비가역적인 오염물질을 제거하기 위해 화학적 세정을 수행하는 것으로 결정하고, 막여과조에 대한 화학적 세정을 수행한다.

상술한 실시예에 있어서는 수처리 시스템이 막여과조의 오염지수가 제2 값 이상인 경우 화학적 세정을 수행하는 것으로 결정하였지만, 다른 실시예에 있어서는 원수의 온도, 현재 시간, 및 날짜 중 적어도 하나에 따라 화학적 세정을 수행하는 것으로 결정할 수 있다. 화학적 세정이 결정되면, 수처리 시스템은 막여과조에 차아염소산나트륨을 주입함으로써 막여과조에 대한 화학적 세정을 수행한다.

본 명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

300: 스마트 막여과 수처리 시스템 310: 전처리부
320: 막여과조 330: 소독조
340: 제어 장치 342: 센서부
344: 데이터베이스 346: 결정부
348: PLC 410: 중공사막(410)
420: 제1 고정부 430: 제2 고정부
440: 모듈 케이스 450: 원수 유입부
460: 제1 배출부 470: 제2 배출부
480: 드레인부 510: 배관
512: 제1 주입공 514: 제2 주입공
520: 제1 탱크 522: 제1 밸브
530: 제2 탱크 532: 제2 밸브

Claims

착수정에 취수된 원수를 전처리 하는 전처리부;
하나 이상의 분리막 모듈을 이용하여 원수에 포함된 입자상 물질, 병원균, 및 바이러스를 제거하는 막여과조;
상기 착수정과 상기 전처리부간의 경로 또는 상기 착수정과 상기 막여과조간의 경로 중 어느 하나를 선택적으로 개방시키는 경로조절수단;
상기 막여과조에 의해 여과된 원수가 소독되는 소독조; 및
상기 착수정에 취수된 원수의 수질 및 상기 전처리부에 의해 전처리된 원수의 수질 중 적어도 하나에 따라 상기 착수정과 상기 전처리부간의 경로를 개방시키기 위한 전처리 명령 또는 상기 착수정과 상기 막여과조간의 경로를 개방시키기 위한 바이패스 명령을 생성하여 상기 경로조절수단을 제어하고, 상기 막여과조와 상기 소독조를 연결하는 배관 내에 오존 및 과산화수소를 주입하여 상기 막여과조에 의해 여과된 원수를 산화처리하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 착수정에 취수된 원수의 수질이 제1 기준치를 초과하거나, 상기 착수정에 취수된 원수의 수질이 제1 기준치 이하이지만 상기 전처리부에 의해 전처리된 원수의 수질이 제2 기준치를 초과하는 경우 상기 전처리 명령을 생성하고,
상기 착수정에 취수된 원수의 수질 및 상기 전처리부에 의해 전처리된 원수의 수질이 제2 기준치 이하인 경우 상기 바이패스 명령을 생성하는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.
제1항에 있어서,
수학식
를 이용하여 상기 막여과조의 오염지수를 산출하는 오염지수 산출부를 더 포함하고,
상기 수학식에서 FI는 상기 막여과조의 오염지수를 나타내고, △P는 상기 막여과조에 포함된 하나 이상의 분리막 모듈의 막간차압(kPa)을 나타내며, A는 상기 분리막 모듈의 막면적(㎡)을 나타내고, η는 전처리된 원수의 점도(centipoise)를 나타내며, Q는 여과수의 유량 (L/㎡ ㆍhr)을 나타내는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 막여과조의 오염지수가 제1 값 이상이면 상기 막여과조에 대한 역세정 공정을 수행하고, 상기 막여과조의 오염지수가 제2 값 이상이면 상기 막여과조에 대한 화학세정 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 막여과조로 상기 원수의 공급을 중단시키고, 상기 막여과에 포함된 중공사막의 외부에 존재하는 농축수를 드레인하며, 상기 중공사막 내부에서 상기 중공사막의 세공을 통해 상기 중공사막 외부로 세정수를 역류시킴으로써 상기 역세정 공정을 수행하고,
상기 막여과조로 차아염소산나트륨을 주입함으로써 상기 화학세정 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어장치는,
상기 원수의 온도, 현재 시간, 및 날짜 중 적어도 하나에 따라 상기 오존 및 과산화수소의 주입 여부를 결정하는 결정부; 및
상기 결정부에 의해 상기 오존의 주입이 결정되면 상기 오존이 저장되어 있는 제1 탱크에 연결된 제1 밸브를 개방시켜 상기 오존을 상기 배관 내로 주입시키고, 상기 결정부에 의해 상기 과산화수소의 주입이 결정되면 상기 과산화수소가 저장되어 있는 제2 탱크에 연결된 제2 밸브를 개방시켜 상기 과산화수소를 상기 배관 내로 주입시키는 PLC(Programmable Logic Controller)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 막여과 수처리 시스템.