KR20190055840A - 물 집약 공정에서 소수성 상태 및 파울링을 제어하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
물 집약 공정에서 소수성 상태 및 파울링을 제어하기 위한 방법 및 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
수처리 시스템에서, 물 스트림 중의 용해된 및/또는 입자상 물질의 양을 감소시키기 위해 응고, 응집 (10) 및 분리 (18, 19) 를 포함하는 전처리 공정 (1) 에서 물 스트림 (5C) 에 전처리 화학 물질 (14) 이 추가된다. 전처리 화학 물질의 추가로부터 상류 (15C) 또는 하류 (15A, 15B) 에서 물 스트림의 소수성 상태가 모니터링된다 (12). 모니터링된 소수성 상태에 기초하여 물 스트림에의 전처리 화학 물질 (14) 의 투여 (11) 가 제어된다 (13). 이로써, 후속 멤브레인 여과 스테이지 (3) 에서의 멤브레인 파울링이 최소화될 수 있다.
Description
본 발명은 수처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 후속 수처리 단계(들), 특히 멤브레인 여과 또는 역삼투 이전에 수 전처리 공정을 갖는 수처리 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 후속 공정에서 표면의 파울링을 감소시키거나 방지하기 위한 전처리 공정을 갖는 수처리 시스템에 관한 것이다.
정밀여과 (MF), 한외여과 (UF), 나노여과 (NF) 및 역삼투 (RO) 와 같은 멤브레인 기술의 사용이 음용수 처리 및 폐수 처리에서 점점 중요해지고 있고, 이로써 멤브레인 기술이 점점 중요해지고 있다. 멤브레인은, 특정 크기, 형상 또는 특성까지만 물질의 통과를 허용하며 고체, 바이러스, 박테리아 및 다른 원하지 않는 분자를 효과적으로 제거하는 물리적 장벽을 제공한다. 멤브레인은 중공 섬유, 나선형 및 튜브형 형상을 포함하는 다양한 구성으로 제조된다.
물, 예컨대 폐수 및 원수 (raw water), 특히 표층수 (surface water) 는 예컨대 멤브레인 공정의 작업에 영향을 줄 수 있는 불순물을 함유한다. 물에 존재하는 유기 화합물 및 무기 염은 장비 표면, 예컨대 멤브레인 표면에 파울링을 형성하여, 수처리 플랜트의 전체 효율을 감소시킬 수 있다. 무기 파울링 또는 스케일링, 콜로이드 파울링, 유기 파울링 및 바이오파울링을 포함하는 여러 유형의 파울링이 존재한다. 따라서, 수처리 공정, 예를 들어 멤브레인 공정은 급수 (feed water) 중의 유기물 및 입자의 양이 감소되는 전처리 단계를 필요로 할 수도 있다.
물, 예컨대 폐수와 원수, 특히 표층수는, 유기질과 입자상 물질의 양을 줄이도록 전처리되지 않으면, 물과 접촉하는 표면에 파울링을 또한 야기할 수 있는 불순물을 함유한다. 파울링은 전형적으로 파이프, 기구, 열교환기, 냉각수 시스템 및 스플래시 영역의 표면에서 문제가 될 수 있다.
응고는 파울링을 야기하는 유기물과 무기물의 대부분을 제거하기 위한 전처리 단계에서 흔히 사용된다. 응고 성능을 따르기 위해, 전처리가 충분하고 효율적이라는 것을 확인하기 위해 중요한 파라미터를 모니터링할 필요가 있다. 그러나, 종종 응고제의 부적절한 조절 (과잉투여 또는 과소투여) 및 작동 조건이 응고 성능을 저하시킨다. 응고제(들)의 과도/적은 투여의 영향을 줄이기 위해, 응고제 및/또는 응집제의 투여를 제어하는 시스템을 구비할 필요가 있다.
응고제 및/또는 응집제의 투여 제어를 실행하기 위한 다양한 접근법이 존재한다. 유동 전류 검출기 (SCD) 는, 하전 입자를 고정시키고 물 흐름 내에서 하전 입자로 생성된 전류, 즉 유동 전류를 측정함으로써 작동한다. 샘플 지점으로부터 물을 끌어 들여, 고정 부품과 가동 부품 사이의 전위차를 전극으로 검출한다.
다른 접근법은 최적의 물 정화능을 모니터링하기 위해 측정 가능한 값을 제공하는 제타 (ζ) 전위의 사용이다. 0 에 가까운 제타 전위에서, 시스템은 불안정하고 응집되기 매우 쉽다. 따라서, 수처리 스트림의 제타 전위를 모니터링은 응집을 위한 최적의 조건을 유지하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
또 다른 접근법은 pH 에 기초하여 응고제 첨가를 조절하는 것이다.
종래의 시스템은 부정확한 것 같고, 화학 처리의 정확한 제어를 위한 충분한 정보를 제공하지 않는다. 물 산업은 온라인 측정에 접근하고 자동화된 더 정확한 응고제 및/또는 응집제 제어쪽으로 이동하고자 한다. 또한, 수처리 공정에서 응집제 및/또는 응집제의 선택 및/또는 투여에 더 효과적인 조치가 필요하다.
US 2013078730 A1 은 폐수 중 오일 및 그리스와 같은 오염 물질의 존재 및 양을 검출하는 방법을 개시한다.
WO 2012111402 A 는 불순물을 제거하기 위해 용질함유 물을 여과하기 위한 전처리를 수행하는 전처리 장치를 개시한다.
JP 2007245078 A 는, 자연수에 응집제를 첨가하여 응집시키는 응집 공정 유닛, 및 응집 처리된 물을 여과하는 멤브레인 분리 유닛을 구비하는 수처리 시스템을 개시한다.
WO 2015075319 A1 은 샘플을 입자 포퓰레이션들로 단편화하고 형광 또는 흡광도 측정을 사용하여 소수성 입자의 입자 크기 및 양을 결정하는 것을 개시한다.
본 발명의 목적은 현재의 방법의 문제점들을 적어도 부분적으로 극복하는 방식으로 수처리를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 후속 수처리 단계들, 특히 멤브레인 여과에서의 파울링이 방지되거나 감소 될 수 있는 방식으로 수처리 공정을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 후속 공정(들)에서 공정 장비 표면상에서 파울링이 감소 또는 방지되는 방식으로 수처리 공정을 제어하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 양태는 첨부된 독립 청구항들에 따른 수처리 공정의 제어 방법, 제어 시스템, 및 수처리 공정을 제어함에 있어서의 소수성 (hydrophobicity) 모니터링 유닛의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 실시형태들은 종속 청구항들에 기재된다.
본 발명의 일 양태는 수처리 공정의 제어 방법이며, 이 방법은
물 스트림 중의 용해된 및/또는 입자상 물질의 양을 감소시키기 위해 응고 단계 및/또는 응집 단계 및 적어도 하나의 분리 단계를 포함하는 전처리 공정에서 상기 물 스트림에 적어도 하나의 전처리 화학 물질을 추가하는 것,
적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가의 상류 및/또는 하류에서 물 스트림의 소수성 상태를 모니터링하는 것, 그리고
적어도 모니터링된 소수성 상태에 기초하여 물 스트림에의 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여를 제어하는 것을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 적어도 하나의 분리 단계는 부유 단계, 침강 단계 및 여과 단계 중의 하나 이상을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 제어하는 것은, 물 스트림의 소수성 상태가 목표 소수성 상태쪽으로 변화되거나 목표 소수성 상태 이하로 유지되도록 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 투여를 제어하는 것을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기 모니터링하는 것은 물 스트림의 샘플을 입자 크기 및/또는 입자 질량 (mass) 에 따라 2 이상의 입자 포퓰레이션들로 분획 (fractioning) 하는 것을 포함한다.
일 실시형태에서, 상기한 모니터링된 및/또는 목표 소수성 상태는 다음 중 하나 이상을 포함한다:
i) 적어도 특정 입자 크기들 및 그들의 소수성,
ii) 적어도 특정 입자 크기들의 소수성,
iii) 특정 크기의 소수성 입자들의 양 또는 카운트,
iv) 입자들의 소수성 분포,
v) 물 스트림의 총 소수성,
vi) 총 입자 카운트,
vii) 하나 이상의 입자 포퓰레이션의 입자 카운트,
viii) 입자 크기 분포,
ix) 하나 이상의 입자 포퓰레이션의 소수성.
일 실시형태에서, 상기 방법은 전처리 공정으로부터 하류에 전처리된 물 스트림의 멤브레인 여과를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여를 제어하는 것은 멤브레인 여과에서 멤브레인 파울링을 감소시키도록 구성된다.
일 실시형태에서, 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여의 제어는 다음 중 하나 이상을 포함한다:
i) 바람직하게는 상기 적어도 하나의 분리 단계 후에, 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가로부터 하류에서 물 스트림으로부터 취한 샘플들에 기초한 피드백-타입 제어,
ii) 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가로부터 상류에서 물 스트림으로부터 취한 샘플들에 기초한 피드포워드-타입 제어, 및
iii) 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질 중 제 1 전처리 화학 물질을 위한 피드포워드-타입 제어와 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질 중 제 2 전처리 화학 물질을 위한 피드백-타입 제어.
일 실시형태에서, 모니터링된 및/또는 목표 소수성 상태는 다음을 포함한다:
형광 측정에 기초하여 소수성을 결정하는 것, 그리고
탁도 측정 또는 광 산란 측정과 같은 광학 측정에 기초하여 입자들의 양 또는 카운트를 결정하는 것.
일 실시형태에서,
물의 샘플이 입자 크기 및/또는 질량에 따라 2 이상의 입자 포퓰레이션들로 분리되고,
샘플은 분별 전에 또는 동안에 형광 염료, 바람직하게는 Nile 적색 염료로 착색되고,
염색된 샘플의 각 포퓰레이션에 대해 시간 경과에 따른 형광 강도 데이터가 측정되고,
시간 경과에 따른 측정된 형광 강도를 적분함으로써, 각 포퓰레이션에 대한 소수성이 형광 강도 데이터로부터 계산된다.
일 실시형태에서, 상기 방법은, 전처리 공정으로부터 하류에서의 전처리된 물 스트림의 멤브레인 여과, 및 물 스트림의 모니터링된 소수성 상태에 기초하여 멤브레인 여과의 세정을 제어 또는 개시 또는 일정조정하는 것을 더 포함하고, 상기 세정은 바람직하게는 적어도 하나의 화학적 세정제의 투여를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 본 발명의 실시형태에 따른 제어 방법을 실행하는 제어 시스템이며, 이 제어 시스템은 물 스트림에 적어도 하나의 전처리 화학 물질을 추가하도록 구성된 투여 유닛, 물 스트림의 소수성 상태를 모니터링하도록 구성된 온라인 모니터링 유닛, 및 온라인 모니터링 유닛으로부터 제공된 소수성 상태 데이터에 기초하여 투여 유닛을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
일 실시형태에서, 온라인 모니터링 유닛은 광학 검출기들, 예컨대 형광 검출기 및 광 산란 검출기 또는 탁도 검출기를 포함한다.
일 실시형태에서, 제어 시스템은 온라인 모니터링 유닛으로부터 제공되는 소수성 상태 데이터에 기초하여 제어되는 멤브레인 세정 시스템을 더 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 수처리 공정의 제어에 있어서의 온라인 소수성 모니터링 유닛의 용도이다.
본 발명의 다른 양태는, 멤브레인 여과와 같은 후속 수처리 단계에서, 또는 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 후속 공정(들)에서의 표면, 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 또는 다른 수중 표면 및 스플래시 영역과 같은 표면에서, 파울링을 방지하거나 감소시키기 위한 본 발명의 실시형태에 따른 방법의 용도이다.
본 발명의 다른 양태는 멤브레인 여과와 같은 후속 수처리 단계에서, 또는 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 후속 공정(들)에서의 표면, 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 다른 수중 표면 및 스플래시 영역과 같은 표면에서, 소수성 상태를 최적화하기 위한 본 발명의 실시형태에 따른 방법의 용도이다.
실시형태에서, 공정 단계는 펄프 및 종이 산업, 음식 및 음료 산업, 광업 또는 석유 산업에서의 공정 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시형태들이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 예시적인 수처리 시스템에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 수처리 시스템의 예시적인 작동을 보여주는 흐름도이다.
도 3 은 수처리 시스템에서 입자 크기 및 입자 소수성에 기초한 전처리 화학 물질의 예시적인 제어를 보여주는 흐름도이다.
도 4 는 분별 전후의 샘플을 도시한다.
도 5 는 3 개의 분획 F1, F2 및 F3 의 예시적인 형광 데이터를 보여준다.
도 6 은 산란 신호 및 형광 데이터의 일례를 보여준다.
도 7a 및 도 7b 는 작동하는 수처리 공정 중 상이한 측정점에서 샘플에서의 소수성 입자의 카운트 및 소수성 입자의 크기를 각각 보여주는 막대 그래프이다.
도 7c 및 도 7d 는 각각 상이한 전처리 화학 물질을 갖는 하나의 지표수 및 수 개의 상이한 표층수에 대한 소수성 입자의 카운트의 변화를 보여준다.
도 8 은 소수성 입자의 카운트의 함수로서 전처리 화학 물질 (물 1 리터당 밀리그램) 의 투여의 일례를 보여준다.
도 9 는 예시적인 실시형태에 따른 모니터링 유닛에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2 는 도 1 의 수처리 시스템의 예시적인 작동을 보여주는 흐름도이다.
도 3 은 수처리 시스템에서 입자 크기 및 입자 소수성에 기초한 전처리 화학 물질의 예시적인 제어를 보여주는 흐름도이다.
도 4 는 분별 전후의 샘플을 도시한다.
도 5 는 3 개의 분획 F1, F2 및 F3 의 예시적인 형광 데이터를 보여준다.
도 6 은 산란 신호 및 형광 데이터의 일례를 보여준다.
도 7a 및 도 7b 는 작동하는 수처리 공정 중 상이한 측정점에서 샘플에서의 소수성 입자의 카운트 및 소수성 입자의 크기를 각각 보여주는 막대 그래프이다.
도 7c 및 도 7d 는 각각 상이한 전처리 화학 물질을 갖는 하나의 지표수 및 수 개의 상이한 표층수에 대한 소수성 입자의 카운트의 변화를 보여준다.
도 8 은 소수성 입자의 카운트의 함수로서 전처리 화학 물질 (물 1 리터당 밀리그램) 의 투여의 일례를 보여준다.
도 9 는 예시적인 실시형태에 따른 모니터링 유닛에 대한 개략적인 블록도이다.
본 발명의 실시형태들은 수처리 시스템에서 멤브레인 여과 전에 물 전처리를 제어하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 또한 다른 수처리 단계 전에 물 전처리를 제어하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 멤브레인 여과와 같은 후속 (다음) 수처리 단계에서 파울링을 방지하거나 감소시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 멤브레인 여과와 같은 후속 (다음) 수처리 단계에서 소수성 상태를 최적화하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 수처리 시스템, 및 멤브레인 여과에서의 파울링으로 제한되지 않는다. 본 발명의 실시형태들은 또한 파울링이 발생할 수 있는 임의의 후속 (다음) 공정에서 전처리된 물의 사용 전에 물 전처리를 제어하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 하나 이상의 후속 (다음) 공정 단계에서 표면상의 파울링을 방지하거나 감소시키는 데 사용될 수 있다. 파울링이 방지되거나 감소되는 표면은 예를 들어 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 다른 수중 표면 및 스플래시 영역의 표면을 포함할 수 있다. 하나 이상의 공정 단계는 예컨대 펄프 및 종이 산업, 음식 및 음료 산업, 광업 또는 석유 산업에서의 공정 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 하나 이상의 후속 (다음) 공정 단계에서 표면에서의 소수성 상태를 최적화하는 데 사용될 수 있다. 소수성 상태가 최적화되는 표면은 예를 들어 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 다른 수중 표면 및 스플래시 영역의 표면을 포함할 수 있다. 하나 이상의 공정 단계는 예컨대 펄프 및 종이 산업, 음식 및 음료 산업, 광업 또는 석유 산업에서의 공정 단계를 포함할 수 있다.
수처리 시스템의 일례가 도 1 에 개략적으로 도시되어 있다. 물: 표층수, 공업용수, 폐수, 염수 (saline water) 또는 기수 (brackish water) 또는 임의의 다른 유형의 급수와 같은 원수는, 주 처리 공정을 거치기 전에 먼저 물에 예비 처리 공정 (2) (물리적, 화학적 또는 기계적 공정일 수 있음) 을 거칠 수 있다. 예를 들어, 전형적으로 예비 처리 공정 동안에, 암석, 스틱, 잎 및 기타 부스러기를 제거하기 위해 스크린 또는 메시 필터가 사용되거나 또는 예비침강 단계에서 원수로부터 모래, 그릿 및 자갈이 가라앉을 수 있다.
주 처리 공정에서, 제 1 단계는 다음 멤브레인 여과 단계 (3) 의 성능, 예컨대 멤브레인 표면에의 파울링 형성에 영향을 미칠 수 있는 물 스트림 (5C), 예컨대 원수 또는 폐수 중의 용해된 및/또는 입자상 물질의 양을 감소시키는 전처리 공정 (1) 일 수 있다. 입자상 물질은 콜로이드성 입자 및/또는 현탁 입자일 수 있다. 용해된 물질 및 미립자 물질은 각각 유기 물질과 무기 물질의 일방 또는 쌍방을 포함할 수 있다. 멤브레인 여과 (3) 는 정밀여과 (MF), 한외여과 (UF), 나노여과 (NF), 역삼투 (RO), 정삼투, 멤브레인 접촉기 및 멤브레인 증류 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 멤브레인은, 특정 크기, 형상 또는 특성까지만 물질의 통과를 허용하며 고체, 바이러스, 박테리아 및 다른 원하지 않는 분자를 효과적으로 제거하는 물리적 장벽을 제공한다. 멤브레인 필터는 중공 섬유, 나선형 및 튜브형 형상을 포함하는 다양한 구성으로 상업적으로 입수 가능하다. 멤브레인 여과의 특정 구현은 본 발명의 실시형태와 관련이 없다는 것을 이해해야 한다. 정수 (7) 를 가지기 전에 멤브레인 여과 (3) 전 또는 후에 수처리 단계 (4) 가 더 있을 수 있다. 일 실시형태에서, 멤브레인 여과 단계 (3) 는 수처리 공정에 포함되지 않는다. 다른 실시형태에서, 전처리 공정 후에 추가의 수처리 단계가 없다.
실시형태에서, 전처리 공정 (1) 은, 멤브레인 여과 (3) 대신에, 파울링이 발생할 수 있는 표면을 갖는 임의의 공정 단계, 예컨대 펄프 및 종이 산업, 식품 및 음료 산업, 광업 또는 석유 산업의 공정 단계가 뒤따를 수 있다. 다음 멤브레인 여과 (3) 와 관련하여 후술하는 것과 동일한 원리가 다른 타입의 다음 공정 단계 또는 스테이지에도 적용 가능하다.
전처리 (1) 는 다음 멤브레인 여과 (3) 의 효율을 보장한다. 파울링이 멤브레인에 영향을 주지 않도록 하기 위해서는, 용해된 및/또는 입자상 물질이 제거되어야 하고 물이 전처리되어야 한다. 파울링이 플럭스의 심각한 저하, 염 제거율 (salt rejection) 및 궁극적으로 시간과 노동력을 소비하는 멤브레인 세정을 위한 완전한 정지를 초래할 수 있기 때문에, 유기 및 무기 파울링으로부터 멤브레인 표면을 깨끗하게 유지하는 것은 중요하다. 멤브레인 여과를 위한 일반적인 전처리 공정 단계는 응고 또는 응집 (10) 또는 이들의 조합이다. 응고는 (예를 들어, 도 1 에 도시되지 않은 혼합 장비에 의한) 응고제와 물의 신속한 혼합을 포함할 수 있고, 응고는 응집 공정/스테이지 및/또는 분리 스테이지 (18), 예컨대 부유, 침강, 여과와 더 관련될 수 있다. 응고 및/또는 응집 단계는 또한 파이프 내에서 수행될 수 있다. 따라서, 응고 및/또는 응집이 일어나는 응고 및/또는 응집 유닛은 예를 들어 파이프일 수 있다. 따라서, 응고 및/또는 응집은 인라인 응고 및/또는 응집일 수 있다. 이 경우, 유닛/단계 (18) 는 바람직하게는 배제될 수 있고; 바람직하게는 단 하나의 분리 유닛, 종종 필터, 예컨대 모래 필터가 플록을 제거하기에 충분하다. 응집 스테이지 동안, 조밀한 플록들이 형성된다. 분리 스테이지는 현탁 물질을 제거할 수 있고, 현탁 물질은 하나 이상의 플록, 유기 물질, 미생물, 조류 (algae), 실트, 철, 및 원수로부터의 망간 침전물을 포함하거나 이들로 구성될 수 있다. 분리 단계가 침전 단계인 경우, 탱크 또는 침전지의 바닥에 축적된 슬러지는 최종 폐기를 위해 펌핑되거나 긁어내어질 수 있다. 분리는 분리 스테이지들 (18 및 19) 과 같은 하나 이상의 스테이지에서 실행될 수 있다. 최종 분리 스테이지 (19) 는 모래 필터 등일 수 있고, 보통 모래, 자갈, 석탄, 석류석, 또는 관련 물질의 층으로 구성된 입상 재료 층들을 물이 통과할 때 잔류 현탁 또는 응고 물질이 여과된다. 응고 또는 응집 공정 및 임의의 가능하게 연관된 물 전처리 공정의 특정 구현이 본 발명의 실시형태와 관련이 없다는 것을 이해해야 한다.
응고 공정 (10) 의 주 목적은 용해된 화합물을 침전시키고 작은 입자를 큰 입자로 응집시키는 것이다. 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질 (14) 은 예를 들어 전처리 화학 물질 투여 유닛 (11) 에 의해 원수일 수 있는 물 스트림 (5C) 에 추가된다 (도 2 의 단계 20). 전처리 화학 물질 (14) 은 작은 입자들을 함께 모이게 (응고) 하고, 입자의 작은 덩어리가 "플록 (floc)" 이라고 불리는 더 큰 그룹을 형성할 수 있다. 플록/부유 고형물의 분리는 예를 들어 부유, 침강 및/또는 여과에 의해 수행될 수 있다.
응고제 또는 응집제는 일가 또는 다가 양이온의 염 또는 음이온성, 비이온성 및 양이온성 고분자 전해질, 예컨대 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 철, 알루미늄, 천연 물, 예컨대 전분, 반합성 폴리머, 예컨대 양이온성 전분 및 합성 폴리머, 예컨대 아크릴 폴리머, 폴리아민, 폴리에틸렌 산화물 및 알릴 폴리머, 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 이로부터 선택될 수 있다.
응고제는 전형적으로 용해된 물질 및 콜로이드성 입자와 같은 불순물의 음 또는 양의 표면 전하 (불안정성) 를 중화시키는 무기 (음이온/양이온) 또는 유기 (고분자 전해질) 화학 물질이다.
응집은 예를 들어 부유 입자들 사이에 다리를 형성하거나 패치 모델에 의해 작동하는 폴리머의 작용을 가리킨다. 응집제는 플록의 형성을 촉진할 수 있다. 응집제는 무기 폴리머 (예컨대, 활성 실리카), 천연 폴리머 (전분, 알지네이트) 또는 합성 폴리머일 수 있다.
그러나, 종종 전처리 화학 물질, 예컨대 응고제의 부적절한 조절 (과잉투여 또는 과소투여) 및 작동 조건이 응고 성능을 저하시킨다. 전처리 화학 물질, 예컨대 응고제(들)의 과잉투여 또는 과소투여의 영향을 줄이기 위해, 전처리 화학 물질의 투여 (도 2 의 단계 20) 를 제어하는 시스템을 구비할 필요가 있다. 전처리 화학 물질을 갖는 물 스트림은 응고 스테이지 (10) 에서 처리된다 (도 2 의 단계 22).
도 1 에 도시된 예시적인 전처리 공정 (1) 에서, 응집/응고 (10) 의 하류에서 (전처리된) 물 스트림 (5A 및/또는 5B) 에서의 하나 이상의 파라미터를 모니터링하기 위해 모니터링 유닛 (12) 이 제공된다 (도 2의 단계 24). 예를 들어, 물 샘플 또는 샘플 스트림 (15A 및/또는 15B) 은 각각 물 스트림 (5A 또는 5B) 으로부터 취해지고 모니터링 유닛 (12) 에 입력될 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 물 샘플 또는 물 샘플 스트림 (15C) 은 전처리 공정 (1) 또는 응집/응고 스테이지 (10) 전에 물 스트림 (5C) 으로부터 취해질 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 샘플은 응집/응고 단계 (10) 후에 그리고 후속 분리 단계 (18) 전에 물 스트림으로부터 취해질 수 있다. 또한, (모니터링 유닛 (12) 과 분리되거나 통합된) 제어기 (13) 가 모니터링 유닛 (12) 으로부터의 모니터링 결과 (16) 에 기초하여 전처리 화학 물질 투여 유닛 (11), 더 구체적으로는 투여 유닛 (11) 으로부터 전처리 화학 물질(들) (14) 의 투여를 제어 (17) 할 수 있다 (도 2 의 단계 26). 전술한 바와 같이, 유동 전류 검출기 (SCD), 제타 (ζ) 전위 검출기 및 pH 센서가 종래 기술의 시스템에서 모니터링 유닛 (12) 의 실행을 위해 제안되었다. 이러한 접근은 여러 단점이 있다.
본 발명의 실시형태에서, (멤브레인 여과 (3) 이전에) 응고 (10) 의 하류에서 (전처리된) 물 스트림 (5A 및/또는 5B) 및/또는 상류의 (원) 물 스트림 (5C) 의 소수성 입자가 모니터링 유닛 (12) 에 의해 모니터링되고 (도 3 의 단계 32), 전처리 화학 물질(들) (14) 의 투여가 적어도 소수성 입자의 모니터링에 기초하여 제어된다 (도 3 의 단계 34).
본 발명의 실시형태에서, 응고 (10) 의 하류에서 전처리된 원수 (5A 또는 5B) 및/또는 상류의 원수 (5C) 의 적어도 특정 입자 크기들 및 이들의 소수성이 모니터링 유닛 (12) 에 의해 모니터링되고, 전처리된 화학 물질(들) (14) 의 투여가 적어도 모니터링된 입자 크기들 및 소수성에 기초하여 제어된다.
본 발명의 실시형태에서, (멤브레인 여과 (3) 이전에) 응고 (10) 의 하류에서 전처리된 물 (5A 또는 5B) 및/또는 상류의 원수 (5C) 의 소수성 입자 (바람직하게는 특정 크기 및 소수성의 입자) 의 카운트가 모니터링 유닛 (12) 에 의해 모니터링되고, 전처리된 화학 물질(들) (14) 의 투여가 소수성 입자의 카운트에 기초하여 제어된다.
본 발명의 실시형태에서, 전처리 화학 물질(들) (14) 의 투여는 멤브레인 여과 (3) 에서 멤브레인 파울링을 감소시키는 의미에서 적어도 소수성 입자의 모니터링에 기초하여 제어된다.
유동 전류 또는 제타 전위를 사용하는 것과 같은 종래 기술의 제어 방법에 비해, 급수의 더 신뢰 가능하고 정확한 전처리가 달성된다. 또한, 물의 더 신뢰 가능하고 정확한 멤브레인 파울링 제어 또는 다른 후처리가 달성된다. 후처리는 예를 들어 정밀여과 (MF), 한외여과 (UF), 나노여과 (NF), 역삼투 (RO) 또는 3차 부유일 수 있다. 또한, 전처리된 물을 이용하는 후속 공정 단계에서 표면상의 파울링을 제어하는 더 신뢰 가능하고 정확한 방법이 사용된다. 이러한 표면은 파이프, 기구, 열교환기, 냉각수 시스템 또는 기타 수중 표면 및 스플래시 영역을 포함한다. 전형적으로 전처리된 물은 펄프 및 종이 산업, 식품 및 음료 산업, 광업, 석유 산업과 같은 산업 공정에서 사용된다. 소수성 입자에 대한 정보는 더 신뢰 가능하고 수처리 표면, 예를 들어 멤브레인 표면 또는 다른 공정 장비 표면의 실제 조건에 가깝다. 대부분의 유기 물질 및 입자 (콜로이드성 및 현탁 고형물) 는 소수성 성질을 가지며, 대부분의 멤브레인은 소수성 표면을 가지며, 소수성 입자와 멤브레인 표면 사이의 소수성-소수성 상호 작용은 멤브레인 파울링을 야기한다. 그리고, 유기 물질 및 특히 소수성 입자는 많은 타입의 표면상에 파울링을 생성하는 경향이 있다.
본 발명의 실시형태에서, 특정 입자 크기의 소수성은 특정 입자 크기의 측정된 형광에 기초하여 결정된다.
본 발명의 실시형태에서, 모니터링은 응고의 하류 및/또는 상류에서 물로부터 취한 샘플을 모니터링하는 것을 포함한다. 샘플은 본질적으로 연속적인 샘플 스트림 또는 차례로, 예컨대 미리 결정된 간격으로 취한 개별 샘플들을 포함할 수 있다. 개별 샘플은 자동 샘플링 수단으로 취한 수 밀리리터 내지 수십 밀리리터, 바람직하게는 약 10 밀리리터와 같은 미리 결정된 크기의 배치 샘플 또는 "플러그" 일 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 물 스트림 내의 상이한 입자 포퓰레이션은 서로 구별되거나 분리된다. 예를 들어, 전처리된 원수 중의 현탁 물질은 입자의 질량 및/또는 크기에 따라 2 이상의 "분획" 으로 분리되거나 분별될 수 있다. 예를 들어, 분별될 샘플의 펌프 상류로부터 물 유동 속도 (flow rate) 를 변화시킴으로써 분별이 수행될 수 있고, 이때 가장 가벼운 입자가 먼저 나오고 가장 무거운 입자가 마지막에 나온다. 분별을 수행하는 일례가 WO 2013/175007 A1 에 기술된 방법에 따른다. 일례로서, 도 4 는 분별 전후의 샘플을 도시한다. 분획되지 않은 샘플 (41) 은 상이한 크기의 입자들의 혼합물을 함유한다. 무거운 입자는 아래쪽을 가리키는 화살표 (41) 로 나타낸 것처럼 가라앉는 경향이 있다. 유동 분획된 샘플 (42) 에서, 입자들은 (적어도) 3 개의 입자 포퓰레이션 (F1, F2 및 F3) 으로 나누어지고, 샘플에서 가장 가벼운 입자들 (F1) 이 먼저 존재하고 가장 무거운 입자들 (F3) 이 마지막에 존재한다. 따라서, 상이한 입자 포퓰레이션 (F1, F2 및 F3) 은 상이한 시간에 분별기를 빠져 나오므로, 포퓰레이션은 시간적으로 분리되어 있다. 분별기를 빠져 나가는 데 필요한 시간은 포퓰레이션의 유지 시간이라고 지칭될 수도 있다. 입자 포퓰레이션의 수평 및 수직 분리가 모두 존재하며, 수직 차이는 입자의 중량 차이로 인한 것임을 알 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 입자들을 함유하는 샘플은 형광 프로브라고도 불리는 형광 염료와 혼합될 수 있다. 이 특별한 타입의 염료는 하이드로빅 물질에 의해서만 흡수된다. 이 공정은 흔히 샘플의 염색이라고 칭한다. 샘플 또는 샘플의 입자의 염색은 분별 전에 또는 동안에, 또는 분별 후에, 측정(들) 전에 행해질 수 있다. 형광제 (fluorescent) 는 샘플에 미리 결정된 양으로 첨가된다. 염색량은 예를 들어 샘플 1 밀리리터당 약 10 내지 100 마이크로리터, 바람직하게는 약 40 마이크로리터일 수 있다. 사용될 수 있는 매우 적합한 형광 염료는 Nile 적색이다.
본 발명의 실시형태에서, 모니터링 단계 전에 측정 목적을 위해 2 이상의 입자 포퓰레이션 또는 분획으로 분리되거나 분획되는 샘플에 대해 시간 경과에 따른 형광 강도 데이터가 측정되고 기록된다. 측정된 형광 데이터는 형광 강도 곡선으로 표현될 수 있다. 형광 데이터는 소수성의 계산을 위해 사용된다. 형광 강도는 Nile 적색과 같은 소수성 염료가 샘플에 추가되는 때 샘플 분획의 소수성과 직접 관련이 있다. 소수성은 형광 강도 곡선 아래의 적분 영역으로서 결정될 수 있다. 샘플의 각 입자 분획 또는 입자 포퓰레이션에 대한 소수성 데이터는 시간상 특정 입자 분획 또는 포퓰레이션에 해당하는 형광 강도 곡선의 부분 아래의 적분 영역으로서 결정될 수 있다. 도 5 에, (도 4 에 도시된 것과 같은) 3 개의 분획 (F1, F2 및 F3) 의 예시적인 형광 데이터가 도시되어 있으며, 여기서 각각의 분획 (F1, F2 및 F3) 의 형광 곡선 (51, 52 및 53) 아래의 적분 영역 (A1, F2 및 F3) 이 개별 분획 (F1, F2 및 F3) 에 대한 소수성을 나타낸다. 각 분획의 소수성은 특히 소수성 입자의 수, 개별 입자의 소수성 레벨 (입자 중 소수성 모이어티의 수) 및 개별 입자의 입자 크기에 의존한다.
본 발명의 실시형태에서, 특정 입자 크기의 다수의 입자가 광 산란 측정 또는 탁도 측정에 기초하여 결정된다. 탁도 데이터는 각 분획 내의 입자의 상대적인 수를 결정하는데 사용될 수 있다. 각 분획의 탁도 (광 산란 기술을 통해 측정됨) 는 특히 입자 수, 개별 입자의 크기, 개별 입자의 형상 및 개별 입자의 색 또는 반사율에 의존할 수 있다.
도 6 은 모니터링 유닛이 2 개의 입자 포퓰레이션 또는 분획 (F4 및 F5) 으로 분획된 샘플에 대해 제공할 수 있는 산란 신호 (61) 및 형광 데이터 (62) 의 일례를 도시한다. 예에서, 분획 (F4) 내의 콜로이드와 같은 작은 입자는 분리 스테이지 (예컨대, 분별기) 로부터 먼저 나오고, 마지막에 나오는 (최장 유지 시간) 입자 분획 (F5) 에서 응집체와 같은 더 무거운 입자가 뒤따른다. 도시된 바와 같이, 산란 (61) 는 먼저 작은 크기의 입자를 갖는 분획 (F4) 에 대해 베이스라인 (60) 으로부터 증가하지만, 큰 입자 및 높은 입자 농도를 갖는 분획 (F5) 에 대해 더 높은 산란이 획득된다. 형광 (62) 은 광 산란보다 약간 더 일찍 증가하기 시작한다. F4 분획의 형광 값은 F5 분획보다 높으며, 이는 더 큰 입자가 소수성이 적음을 의미한다.
본 발명의 실시형태들에서, 제공된 데이터로부터 적어도 다음의 중요 변수들 중 하나 이상이 도출될 수 있다:
- 입자의 카운트(들): 탁도 신호로부터의 각 입자 포퓰레이션의 총 카운트 및 카운트;
- 시스템에서 각 입자 포퓰레이션의 유지 시간, 즉 입자가 분별기를 빠져 나가는 시간으로부터의 입자 크기(들);
- 탁도 및 유지 시간(들)로부터의 입자 크기 분포;
- 입자의 소수성: 형광 신호로부터의 각 입자 포퓰레이션의 총 소수성 및 소수성;
- 형광 신호 및 유지 시간(들)으로부터의 입자의 소수성 분포.
본 발명의 실시형태에서, 입자 특성에 대한 중요 변수의 신호 처리 및 계산은 신호의 여과, 평균화, 도출 및 베이스라인 보정, 또는 임의의 다른 기본적인 수학적 연산 및/또는 측정 신호를 수정하기 위한 적용 가능한 함수의 사용 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 베이스라인은 분별된 샘플의 원 신호로부터 제거될 수 있고, 누적 합계는 신호로부터 계산될 수 있다. 탁도 신호의 누적 합계는 입자의 카운트와 상관될 수 있고, 형광 신호의 누적 합계는 입자의 소수성과 상관될 수 있다. 각 입자 포퓰레이션에 대한 소수성 및 카운트는 특정 시간 간격에서의 신호로부터 유도될 수 있다. 총 소수성 및 총 카운트는 분별된 샘플의 전체 신호로부터 유도될 수 있다. 샘플 포퓰레이션의 탁도, 입자 크기 및 수는 절대 값 또는 상대 값을 측정함으로써 결정될 수 있다. 절대 값이 결정되면, 각 입자 포퓰레이션에 대한 측정 신호를 처리하기 위한 처리 수단은 공지된 샘플에 대해 교정될 수 있다.
예 1.
도 7a 및 도 7b 는 작동하는 수처리 공정 중 상이한 측정점에서 샘플에서의 소수성 입자의 카운트 및 소수성 입자의 크기를 각각 보여주는 막대 그래프이다. 샘플이 채취되는 수처리 공정에서, 제 1 분리 스테이지 (18) 는 부유 탱크를 포함하고, 제 2 분리 단계 (19) 는 모래 필터를 포함한다. 모래 필터로부터 물은 역삼투 (RO) 스테이지를 포함하는 멤브레인 여과 스테이지 (3) 로 공급된다. 특정 크기의 소수성 입자는 광학 센서 (형광 및 산란) 에 의해 공정에서 측정되었다. 분석은 수처리 공정의 특정 지점에서 채취한 샘플을 사용하여 실험실에서 오프라인으로 수행되었다. 도 7a 및 도 7b 로부터, 분석된 수처리 공정에서, 측정된 소수성 입자의 수가 원수에 관해 부유 후 62 % 만큼 그리고 모래 여과 후 92 % 만큼 감소되었음을 알 수 있다. 따라서, 물 전처리 공정이 소수성 입자의 양 및 성질에 영향을 미치고, 이는 물 전처리 공정에서 응고제 및/또는 응집제 또는 다른 화학 물질, 바람직하게는 응고제 및/또는 응집제의 투여를 조정하기 위한 품질 제어 파라미터로서 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 소수성 입자의 양 및 성질은 또한 응고제 및/또는 응집제의 투여를 조정하기 위한 품질 제어 변수로서 사용될 수 있어서, 후속 수처리 단계, 예컨대 멤브레인 필터에서의 파울링 또는 후속 공정에서 전처리된 물의 사용에서 표면에서의 파울링이 방지되거나, 감소되거나 또는 그렇지 않으면 제어 하에 놓인다.
예 2.
이 연구의 목표는 온라인 수질 모니터링 장치가 입자의 양과 소수성을 온라인으로 측정할 수 있는 때에 표층수에 대한 그 장치의 성능을 평가하는 것이었다. 이 연구에서, 상이한 총 유기 탄소 (TOC) 농도를 갖는 3 개의 다른 타입의 표층수 1, 2 및 3 을 사용하였다. 또한, 3 개의 전처리 화학 물질 (응고제) 1, 2 및 3 을 사용하였다. 우선, 전처리 화학 물질을 투여하기 전에 표층수 1, 2 및 3 각각의 기준 샘플을 분석하였다. 도 7c 는 (부유 후 전처리된 물 (5A) 로부터) 화학적 전처리 후 상이한 전처리 화학 물질 1, 2 및 3 을 갖는 표층수 1 에 대한 샘플 내의 소수성 입자의 카운트를 도시한다. 결과는 온라인 모니터링 장치가 (기준 샘플과 비교하여) 수질의 변화 그리고 (상이한 화학 물질로) 상이한 처리를 받은 물 샘플들 사이의 변화를 검출할 수 있다는 것을 보여준다. 화학 물질의 타입이 소수성 입자가 표층수로부터 얼마나 잘 제거되는지에 중요한 영향을 미치는 것을 또한 알 수 있다. 막대가 낮을수록, 개별 화학 물질에 의한 소수성 입자의 제거가 더 양호하다. 유사하게, 도 7d 는 상이한 전처리 화학 물질 1, 2 및 3 을 갖는 모든 표층수 1, 2 및 3 에 대한 소수성 입자의 카운트를 보여준다. 표층수의 타입이 전처리 화학 물질의 선택에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 화학 물질 3 은 표층수 1 로부터 소수성 입자를 잘 제거하지만, 표층수 2 및 3 에는 덜 적합하다.
본 발명의 실시형태에서, 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여는 전처리된 물에서의 소수성 상태가 목표 소수성 상태쪽으로 이동하도록 제어된다.
본 발명의 실시형태에서, 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여는 특정 크기 () 의 소수성 입자의 양 또는 카운트가 미리 결정된 목표값 이하로 감소 또는 유지되도록 제어된다. 본 발명의 실시형태에서, 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여는 화학 처리 후 입자의 총 소수성이 미리 결정된 목표값 이하로 감소 또는 유지되도록 제어된다.
본 발명의 실시형태에서, 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여는 화학 처리 후 소수성 입자의 카운트가 감소되도록 제어된다.
본 발명의 실시형태에서, 응고제 및/또는 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여는 소수성 입자의 카운트가 감소하여 멤브레인 파울링의 위험이 감소되도록 제어된다.
제어는 수동으로 또는 바람직하게는 자동으로 수행될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 응고제 및 응집제와 같은 전처리 화학 물질(들)의 투여의 제어는, 측정된 소수성 입자의 모니터링된 특성, 예컨대 카운트에 따라 화학 물질 투여 값을 출력하는 임의의 제어 알고리즘에 기초할 수 있다. 소수성 입자의 카운트의 함수로서 전처리 화학 물질 (물 1 리터당 밀리그램) 의 투여의 일례가 도 8 에 도시되어 있다.
본 발명의 실시형태에서, 투여 제어기는 비례 적분 (PI) 타입 제어기일 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 화학 물질의 투여가 화학 처리 후에 물로부터 취해진 샘플 (예컨대, 도 1 의 샘플 15A 또는 15B) 에 기초하여 제어되는 피드백 제어 타입 투여 제어가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 화학 물질의 투여가 응고 전 그리고 화학 물질 추가 전 또는 후 유입 원수 스트림 (15C) 으로부터 취해진 샘플 (예컨대, 도 1 의 샘플 15C) 에 기초하여 제어되는 피드포워드 제어 타입 투여 제어가 사용될 수 있다. 피드포워드 제어는 유입 물의 품질의 큰 변화에 신속하게 사전 대응할 수 있게 하고; 화학 물질 투여는 변화에 즉시 맞춰질 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 피드포워드 타입 투여 제어 및 피드백 타입 투여 제어 쌍방이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 하나의 화학 물질 (예컨대, 응고제) 에 대해 피드포워드 타입 투여 제어가 사용될 수 있고, 다른 화학 물질 (예컨대, 응집제) 에 대해 피드백 타입 투여 제어가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 2 이상의 화학 물질이 추가될 수 있다. 본 발명의 실시형태에서, 화학적 타입은 측정 결과에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 멤브레인 필터 유닛의 세정은 측정된 소수성 상태에 기초하여 제어되거나 개시되거나 일정조정될 수 있다. 본 발명의 실시형태에서, 멤브레인 필터 유닛의 세정은 단기간 또는 장기간 측정된 소수성 상태에 기초하여 개시되거나 일정조정될 수 있다. 예를 들어, 단기간 또는 장기간 측정치가 임계 레벨을 초과하면, 세정이 제어되거나 개시되거나 일정조정될 수 있다. 멤브레인의 기계적 세정 또는 화학적 세정 또는 쌍방이 사용될 수 있다. 퇴적물을 제거하고 멤브레인의 정상 용량과 분리 특성을 회복시키는 화학 세정제가 사용될 수 있다. 도 1 에 도시된 예시적인 실시형태에서, 멤브레인 여과 스테이지의 멤브레인 세정 시스템 (3A) 에 제어기 (13) 가 연결될 수 있다. 일 실시형태에서, 멤브레인 세정을 제어 또는 개시 또는 일정조정할 필요성에 관한 보고 또는 경보가 수처리 공정의 조작자에게 제공될 수 있다. 일 실시형태에서, 화학적 세정의 제어는 세정제(들)의 투여를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 멤브레인 필터 유닛의 성능은 측정된 소수성 상태에 기초하여 제어될 수 있다. 멤브레인의 성능은 제거율, 예를 들어 염 제거율, 투과 플럭스 및/또는 압력 차에 의해 기술될 수 있다. 더 높은 제거율, 더 높은 투과 플럭스, 및 멤브레인에 걸친 더 낮은 압력 차는 멤브레인 필터의 더 나은 성능의 표시의 일례이다.
도 9 에는, 예시적인 실시형태에 따른 모니터링 유닛 (12) 이 개략적으로 도시되어 있다. 모니터링 유닛은 두 주요 부분: 준비 부분 및 측정 부분을 구비한다고 간주될 수 있다. 준비 부분은 샘플링, 샘플의 염색, 및 샘플을 입자 포퓰레이션으로 분리를 수행할 수 있다. 준비 부분은 예컨대 전처리된 물의 사이드 플로우 (15) 로부터 본질적으로 연속적인 샘플 스트림 또는 차례로, 예컨대 미리 결정된 간격으로 취해진 미리 결정된 크기의 (배치 샘플 또는 "플러그" 와 같은) 개별 샘플들을 취하도록 배치될 수 있는 샘플 채취 장치 (81) 를 포함할 수 있다. 입자를 포퓰레이션들로 분획하기 전에 샘플에 적절한 양의 염료를 공급하기 위해 염료 저장조 (도시 안 됨) 를 갖는 염색 유닛 (82) 이 제공될 수 있다. 적절한 밸브 (도시 안 됨) 를 사용하여 시스템에서 분별기를 통해 샘플 또는 물을 전진 구동하기 위해 펌프 (도시 안 됨) 및 깨끗한 물의 소스 (80) 가 제공될 수 있다. 준비 부분 (예컨대, 분별기) 으로부터 준비된 샘플은 형광 검출기 및 광 산란 또는 탁도 검출기와 같은 하나 이상의 검출기 (84) 로 측정될 수 있다. 모니터링 유닛의 측정 부분은 측정 결과 (17) 를 제공하기 위해 측정 신호의 처리를 수행하는, 예컨대 중요 변수를 추출하는 데이터 처리 유닛을 또한 포함할 수 있다. 대안적으로, 별도의 연산 엔티티 또는 컴퓨터, 예를 들어 전처리 스테이지 (1) 의 공정 제어기 (13) 에 데이터 처리 (85) 가 제공될 수 있다. 그러한 연산 엔티티는 예를 들어 시스템 및 데이터 수집의 자동 작동을 위한 프로그래머블 로직 (PLC) 또는 산업용 컴퓨터일 수 있다.
개시된 본 발명의 실시형태들은 본 명세서에 개시된 특정 구조들, 공정 단계들, 또는 재료들에 제한되지 않고, 관련 기술 분야의 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 그 균등물들로 확장된다는 것을 이해해야 한다.
본 명세서에서 채용된 용어는 오직 특정 실시형태들을 설명하기 위한 목적으로 사용되며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것을 또한 이해해야 한다.
본 명세서에서 "일 실시형태" 또는 "실시형태" 에 대한 참조는 그 실시형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 일 실시형태에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 곳곳에 기재된 어구 "일 실시형태에서" 또는 "실시형태에서" 는 모두 반드시 동일한 실시형태를 참조하는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 복수의 항목들, 구조적 요소들, 구성 요소들 및/또는 재료들이 편의상 공통의 목록에 제시될 수도 있다. 그러나, 이러한 목록들은 그 목록의 각 멤버가 분리된 그리고 고유한 멤버로 개별적으로 식별되는 것처럼 해석되어야 한다. 따라서, 그러한 목록의 어떤 개별 멤버도 그 반대의 표시 없이 오직 공통 목록에 있는 그들의 표현에 기초하여 동일한 목록의 임의의 다른 멤버의 실질적인 등가물로서 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명의 다양한 실시형태들 및 예는 본 명세서에서 그 다양한 구성요소들에 대한 대안들과 함께 참조될 수도 있다. 이러한 실시형태들, 예들 및 대안들은 서로 실질적인 등가물들로서 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 분리된 자율적 표현들로 간주되어야 하는 것으로 이해된다. 잘 알려진 구조들, 재료들 또는 동작들은 본 발명의 모호한 양태들을 회피하기 위해 상세히 도시되거나 기술되지 않는다.
또한, 설명된 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 실시형태들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수도 있다. 이하의 설명에서, 본 발명의 실시형태들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 길이, 폭, 형상 등의 예들과 같은 다수의 특정 세부사항들이 제공된다.
전술한 예들은 하나 이상의 특정 애플리케이션들에서 본 발명의 원리들을 예시하지만, 구현의 형태, 사용 및 세부사항들에서 많은 변형들이 창의적 능력의 발휘 없이 그리고 본 발명의 원리들 및 개념들로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 인식될 것이다. 따라서, 이하에 설명된 청구항들에 의한 경우를 제외하고는, 본 발명이 제한되는 것으로 의도되지 않는다.
Claims (17)
- 수처리 공정의 제어 방법으로서,
물 스트림 중의 용해된 및/또는 입자상 물질의 양을 감소시키기 위해 응고 단계 및/또는 응집 단계 및 적어도 하나의 분리 단계를 포함하는 전처리 공정에서 상기 물 스트림에 적어도 하나의 전처리 화학 물질을 추가하는 것,
상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가의 상류 및/또는 하류에서 상기 물 스트림의 소수성 (hydrophobic) 상태를 모니터링하는 것, 그리고
적어도 모니터링된 상기 소수성 상태에 기초하여 상기 물 스트림에의 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여 (dosing) 를 제어하는 것
을 포함하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 분리 단계는 부유 단계, 침강 단계 및 여과 단계 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어하는 것은, 상기 물 스트림의 소수성 상태가 목표 소수성 상태쪽으로 변화되거나 목표 소수성 상태 이하로 유지되도록 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 투여를 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모니터링하는 것은 상기 물 스트림의 샘플을 입자 크기 및/또는 입자 질량 (mass) 에 따라 2 이상의 입자 포퓰레이션들로 분획 (fractioning) 하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모니터링된 및/또는 목표 소수성 상태는
i) 적어도 특정 입자 크기들 및 그들의 소수성,
ii) 적어도 특정 입자 크기들의 소수성,
iii) 특정 크기의 소수성 입자들의 양 또는 카운트,
iv) 입자들의 소수성 분포,
v) 물 스트림의 총 소수성,
vi) 총 입자 카운트,
vii) 하나 이상의 입자 포퓰레이션의 입자 카운트,
viii) 입자 크기 분포,
ix) 하나 이상의 입자 포퓰레이션의 소수성
중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전처리 공정으로부터 하류에 전처리된 물 스트림의 멤브레인 여과를 더 포함하고,
상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여를 제어하는 것은 상기 멤브레인 여과에서 멤브레인 파울링을 감소시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 투여의 제어는
i) 바람직하게는 상기 적어도 하나의 분리 단계 후에, 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가로부터 하류에서 물 스트림으로부터 취한 샘플들에 기초한 피드백-타입 제어,
ii) 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질의 상기 추가로부터 상류에서 물 스트림으로부터 취한 샘플들에 기초한 피드포워드-타입 제어, 및
iii) 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질 중 제 1 전처리 화학 물질을 위한 피드포워드-타입 제어와 상기 적어도 하나의 전처리 화학 물질 중 제 2 전처리 화학 물질을 위한 피드백-타입 제어
중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
모니터링된 및/또는 목표 소수성 상태는
형광 측정에 기초하여 소수성을 결정하는 것, 그리고
탁도 측정 또는 광 산란 측정과 같은 광학 측정에 기초하여 입자들의 양 또는 카운트를 결정하는 것
을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
물의 샘플이 입자 크기 및/또는 질량에 따라 2 이상의 입자 포퓰레이션들로 분리되고,
상기 샘플은 분별 전에 또는 동안에 형광 염료, 바람직하게는 Nile 적색 염료로 착색되고,
염색된 샘플의 각 포퓰레이션에 대해 시간 경과에 따른 형광 강도 데이터가 측정되고,
시간 경과에 따른 측정된 형광 강도를 적분함으로써, 각 포퓰레이션에 대한 소수성이 상기 형광 강도 데이터로부터 계산되는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 전처리 공정으로부터 하류에서의 전처리된 물 스트림의 멤브레인 여과, 및 상기 물 스트림의 모니터링된 소수성 상태에 기초하여 상기 멤브레인 여과의 세정을 제어 또는 개시 또는 일정조정하는 것을 더 포함하고,
상기 세정은 바람직하게는 적어도 하나의 화학적 세정제의 투여를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수처리 공정의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 제어 방법을 실행하는 제어 시스템으로서, 상기 제어 시스템은
물 스트림에 적어도 하나의 전처리 화학 물질을 추가하도록 구성된 투여 유닛,
상기 물 스트림의 소수성 상태를 모니터링하도록 구성된 온라인 모니터링 유닛, 및
상기 온라인 모니터링 유닛으로부터 제공된 소수성 상태 데이터에 기초하여 상기 투여 유닛을 제어하도록 구성된 제어 유닛
을 포함하는, 제어 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 온라인 모니터링 유닛은 광학 검출기들, 예컨대 광 산란 검출기 및 형광 검출기 또는 탁도 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 시스템. - 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 온라인 모니터링 유닛으로부터 제공되는 소수성 상태 데이터에 기초하여 제어되는 멤브레인 세정 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 시스템. - 수처리 공정의 제어에 있어서의 온라인 소수성 모니터링 유닛의 용도.
- 멤브레인 여과와 같은 후속 수처리 단계에서, 또는 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 하나 이상의 후속 공정 단계에서의 표면, 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 또는 다른 수중 표면 및 스플래시 영역과 같은 표면에서, 파울링을 방지하거나 감소시키기 위한 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
- 멤브레인 여과와 같은 후속 수처리 단계에서, 또는 전처리 공정으로부터의 물을 사용하는 하나 이상의 후속 공정 단계에서의 표면, 파이프, 열교환기, 기구, 냉각수 시스템, 다른 수중 표면 및 스플래시 영역과 같은 표면에서, 소수성 상태를 최적화하기 위한 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 하나 이상의 후속 공정 단계는 펄프 및 종이 산업, 음식 및 음료 산업, 광업 또는 석유 산업에서의 공정 단계를 포함하는 용도.
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