KR20180092431A - 소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 분리막을 이용하는 해수 담수화 플랜트의 운전 정지 시 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간과, 하기 수학식 1의 막오염 지수에 따라 막오염 단계를 확인한 후 분리막의 보관 방법을 결정함으로써, 막오염 발생을 억제하여 장시간 안정적 분리막을 사용할 수 있고, 재가동시 운전 압력의 상승을 억제하며 안정적인 생산수량 및 수질을 유지할 수 있는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법에 관한 것이다.
[수학식 1]
FI=[(Pn×mu(Tn)/mu(25))-(P0×mu(T0)/mu(25))/(P0×mu(T0)/mu(25))]×100
(식 중, FI은 막오염 지수(%)이고, Pn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 운전압력이고, Tn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 원수온도이고, P0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 운전 압력이고, T0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 원수온도이고, mu은 점성계수이며, mu(25)는 25℃에서의 점성계수임).

Description

소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법 {Preserving method of membrane of small water treatment plant}
본 발명은 분리막을 이용한 해수 담수와 플랜트의 정지 시에도 막을 안정적으로 보관하여 막의 수명을 향상시킬 수 있는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법에 관한 것이다.
오늘날에는 계속하여 증가되고 있는 산업화와 이에 따른 환경오염으로 인해 인간의 생활에 이용할 수 있는 담수는 점차 그 양이 줄어들고 있으며, 이로 인해 담수 부족 및 고갈 현상이 점차 증가하고 있다.
실제 전세계 40% 이상의 인구가 물 부족을 겪고 있으며, 2025년에는 전체 인구의 2/3가 물 스트레스를 겪을 것으로 예상되고 있다. 하천수 이용량은 전 세계적으로 증가 추세이며, 우리나라 하천수 취수율은 34%로 OECD 국가들 중 높은 수준이다(미국 16%, 일본 20%, 프랑스 20%, 이탈리아 23% 수준).
상기 하천수의 높은 취수율로 인해 가뭄 시 물 이용 취약성이 커지며, 수질 및 생태계 보전에 어려움이 갈수록 커지고 있으며 이러한 담수 부족 및 고갈 현상을 해결하기 위한 방안으로서, 많은 양의 해수를 담수로 전환하기 위한 방안이 모색되고 있으며, 이러한 방안을 구현하기 위하여 다양한 해수의 담수화 장치가 개발되고 있다.
특히 상수도 시설 도입이 어려운 해안, 도서 지역을 중심을 소규모 해수담수화 시설 도입이 점차 확대되고 있다. 2015기준 국내 가동 중인 해수담수화 시설은 81개소로 대부분 생산량 500 m3/일 규모의 소규모 시설이다. 해안, 도서 지역의 소규모 담수화 플랜트는 대부분 간헐적으로 운영되고 있으며, 전문 인력의 부족으로 인해 잦은 고장이 발생하여 플랜트가 정지되어 있는 경우가 많다.
일반적으로 해수 담수화 플랜트가 정지되었을 때 적절한 보관 방법을 적용하지 않고 분리막을 그냥 방치할 경우 미생물의 급격한 번식, 오염물질에 의한 겔층 형성, 이온성 물질에 의한 스케일이 발생하여 분리막의 수명을 단축시키며, 재가동시 운전압력의 상승하거나 처리수질이 악화되는 문제를 발생시킨다.
통상 분리막 보관 시 저장용액 예를 들면 중아황산 나트륨 용액(일본특허공개 제2000-157850호), 폴리리진 용액(일본특허공개 평7-328398호), 소르빈산 화합물(일본특허공개 평10-43559호) 등을 사용하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이들은 일반적인 호기성 또는 혐기성 수처리 장치에 사용되는 것으로 해수 담수화 플랜트 분리막에 사용하는 경우에는 그 효과가 현저히 낮으며 오히려 해수 담수화 플랜트 분리막이 손상되는 한계가 있었다.
일본특허공개 제2000-157850호 일본특허공개 평7-328398호 일본특허공개 평10-43559호
이에 본 발명자들은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 소규모 해수 담수화 플랜트의 분리막에 적용할 수 있는 막 보관 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 상기 해수 담수화 플랜트의 분리막오염 발생을 억제하여 장기간 분리막의 수명을 연장할 수 있는 소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 분리막을 이용하는 해수 담수화 플랜트의 운전 정지 시 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간과, 하기 수학식 1의 막오염 지수에 따라 막오염 단계를 확인한 후 분리막의 보관 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 막의 보관 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
[수학식 1]
FI=[(Pn×mu(Tn)/mu(25))-(P0×mu(T0)/mu(25))/(P0×mu(T0)/mu(25))]×100
(식 중, FI은 막오염 지수(%)이고, Pn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 운전압력이고, Tn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 원수온도이고, P0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 운전 압력이고, T0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 원수온도이고, mu은 점성계수이며, mu(25)는 25℃에서의 점성계수임).
본 발명에 따른 소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법은 플랜트의 정지시간 동안의 미생물의 번식, 오염물질에 의한 겔층 형성, 이온성 물질에 의한 스케일 발생 등에 의한 막오염 발생을 억제하여 장시간 안정적으로 분리막을 사용할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 소규모 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법은 막 오면 발생을 억제하여 재가동시 운전 압력의 상승을 저하시키고 처리수의 수질을 향상시킬 수 있으며 안정적인 생산수량 및 수질을 유지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 분리막의 보관 방법을 결정하기 위한 모델예측제어 신호처리 방법을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 분리막의 보관 방법을 결정하기 위한 알고리즘을 도시한 도면이다.
본 발명은 분리막을 이용한 해수 담수와 플랜트의 정지 시에도 막을 안정적으로 보관하여 막의 수명을 향상시킬 수 있는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법에 관한 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법은 분리막을 이용하는 해수 담수화 플랜트의 운전 정지 시 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간과, 막오염 단계를 확인한 후 분리막의 보관 방법을 결정한다.
상기 막오염 단계는 막오염 지수에 따라 3단계로 구분되며, 막오염 지수는 하기 수학식 1을 이용하여 도출된다.
[수학식 1]
FI=[(Pn×mu(Tn)/mu(25))-(P0×mu(T0)/mu(25))/(P0×mu(T0)/mu(25))]×100
(식 중, FI은 막오염 지수(%)이고, Pn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 운전압력이고, Tn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 원수온도이고, P0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 운전 압력이고, T0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 원수온도이고, mu은 점성계수이며, mu(25)는 25℃에서의 점성계수임).
구체적으로 상기 막의 오염 지수(FI)가 5% 미만이면 막오염 1단계이고, 상기 막의 오염 지수(FI)가 5% 이상 내지 10% 미만이면 막오염 2단계이며, 상기 막의 오염 지수(FI)가 10% 이상이면 막오염 3단계이다.
또한, 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간에 따라 단기, 중기, 장기의 3개로 구분된다.
구체적으로 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 12시간 미만이면 단기이고, 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 12시간 이상 내지 48시간 미만이면 중기이고, 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 48시간 이상이면 장기이다.
본 발명은 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간과, 막오염 단계를 확인한 후 막의 보관방법을 결정하게 된다. 상기 막오염 단계 및 정지 시간별로 구체적인 막의 보관방법을 살표보면 다음과 같다.
상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 분리막 모듈 내의 펌프를 정지한다(방법1).
상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈 내로 원수를 순환한다(방법2).
상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행하고 펌프 정지한다(방법3).
또한, 상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 분리막 모듈 내로 원수를 순환한다(방법4).
상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈 내로 여과수를 순환한다(방법5).
상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행하고 펌프 정지한다(방법6).
또한, 상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 증발 분리막 내로 여과수를 순환한다(방법7).
상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행한다(방법8).
상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 후 보존액을 주입하고 펌프 정지한다(방법9).
한편, 본 발명에 따른 분리막을 이용하는 해수 담수화 플랜트는 당 분야에서 일반적을 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으며, 다만, 상기 막의 막오염지수를 계산하고, 플랜트의 정지시간을 고려하여 막의 보관 방법을 결정하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 막의 보관 방법을 결정하기 위한 모델예측제어 신호처리 방법을 도시한 도면으로, 상기 신호처리 방법은 제어부에서 수행된다. 이러한 제어부는 운전압력, 원수온도를 이용하여 막오염 지수를 계산하고, 계산된 막오염 지수에 따라 막오염 단계를 정정하는 연산부; 플랜트 정지 시간 입력부; 상기 막오염 단계와 플랜트 정지 시간에 따라 분리막 보관 방법을 결정하는 처리부를 포함하여 구성된다.
또한, 도 2는 상기 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법을 결정하기 위한 모델예측제어 계산의 알고리즘으로 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 현재의 운전압력과 원수온도를 측정한다.
다음, 측정된 운전압력과 원수온도의 평균값을 계산한다.
다음, 계산된 평균 운전압력과 원수온도를 사용하여 상기 수학식 1을 이용하여 막오염 지수를 계산한다.
다음, 계산된 막오염 지수를 사용하여 막오염 단계를 결정한다.
마지막으로, 막오염 단계와 예상되는 플랜트 정지 시간을 고려하여 분리막 보관 방법을 결정한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 분리막을 이용하는 해수 담수화 플랜트의 운전 정지 시
    상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간과, 하기 수학식 1의 막오염 지수에 따라 막오염 단계를 확인한 후 분리막의 보관 방법을 결정하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법:
    [수학식 1]
    FI=[(Pn×mu(Tn)/mu(25))-(P0×mu(T0)/mu(25))/(P0×mu(T0)/mu(25))]×100
    (식 중, FI은 막오염 지수(%)이고, Pn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 운전압력이고, Tn은 운전 정지 전 1시간 동안의 평균 원수온도이고, P0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 운전 압력이고, T0은 여과시작후 첫 1시간 동안의 평균 원수온도이고, mu은 점성계수이며, mu(25)는 25℃에서의 점성계수임).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 막의 오염 지수(FI)가 5% 미만이면 막오염 1단계이고,
    상기 막의 오염 지수(FI)가 5% 이상 내지 10% 미만이면 막오염 2단계이며,
    상기 막의 오염 지수(FI)가 10% 이상이면 막오염 3단계인 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 12시간 미만이면 단기이고,
    상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 12시간 이상 내지 48시간 미만이면 중기이고,
    상기 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 48시간 이상이면 장기인 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 분리막 모듈 내의 펌프를 정지하고;
    상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈 내로 원수를 순환하며;
    상기 막오염 1단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행하고 펌프 정지하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 분리막 모듈 내로 원수를 순환하고;
    상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈 내로 여과수를 순환하며;
    상기 막오염 2단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행하고 펌프 정지하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법.
  6. 청구항 2 또는 3에 있어서, 상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 단기이면 증발 분리막 내로 여과수를 순환하고;
    상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 중기이면 분리막 모듈을 약품 세정 및 여과수 세정을 순차적으로 수행하며;
    상기 막오염 3단계이고, 해수 담수화 플랜트의 정지 시간이 장기이면 분리막 모듈을 약품 세정 후 보존액을 주입하고 펌프 정지하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 플랜트의 막 보관 방법.
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