KR20220067424A - 여과막의 내구연한 판단 방법 및 이를 이용한 내구연한 판단 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른 여과막의 내구연한 판단 방법은, 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 단계, 상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 단계 및 상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

여과막의 내구연한 판단 방법 및 이를 이용한 내구연한 판단 장치{A method for determining the durability of a filtration membrane and a field for determining the durability using the same}

본 발명은 여과막 내구연한 판단 방법 및 이를 이용한 여과막 내구연한 판단 장치에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 사용하지 않은 여과막의 내구연한을 측정하고, 더 나아가 여과막에 주입한 기체의 양에 기초하여 현재 여과막의 수명 및 남은 수명을 판단할 수 있는 기술에 관한 발명이다.

전세계적으로 산업이 발달함에 따라 상수원 오염이 심각해지고 있으며, 이에 따라 정수 수질에 대한 관심이 높아지고 고도의 정수처리에 대한 요구 증가하고 있다. 이러한 요구에 따라서 기존의 정수처리시설에 대한 보완이나 새로운 여과장치 및 여과 공정의 도입이 시도되고 있다. 그러나 기존의 정수시설의 보완이나 새로운 고도 정수처리시설을 도입하기 위해서는 부지확보, 비용 등 여러 가지 어려움이 뒤따른다. 이에 안정된 수질뿐만 아니라 운전 및 유지관리가 용이한 고도 정수처리 공정이 제시되고 있다.

이같이 원수에 포함된 오염물질을 제거하여 정수시키는 정수처리 공정으로서 막여과를 이용한 수처리 방법이 잘 알려져 있다. 이러한 막여과 수처리 방법은 선택적 투과기능을 갖는 여과막(membrane)을 이용하여 원수 내의 오염물질을 분리하는 방법이다. 이는 원수에 포함되어 있는 일정 크기 이상의 현탁 물질을 확실하게 제거할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이러한 공정에서는 여과막의 표면에 오염물질이나 고형물 등에 의한 부착층이 생겨 막여과 성능이 저하된다. 이 경우 물 역세척 및 공기 역세척 등의 물리세척이나 약품을 이용하여 분해 또는 용해시키는 화학세척을 통해 여과막을 세척함으로써 그 막여과 성능을 다시 회복할 수 있다.

통상적으로 정수시설의 여과장치에 사용되는 여과막은 수백 내지 수천 개의 중공사로 이루어져 있다. 이러한 중공사 형태의 여과막은 원수에 함유된 현탁 물질이나 세균류 등을 제거할 수 있는 막으로서, 예를 들어 구멍의 지름이 0.01~0.5㎛인 정밀 여과막이 주로 사용된다. 그런데 양호한 정수 수질을 꾸준히 유지하기 위해서는 여과막의 손상이 있는지 여부를 수시로 확인하는 것이 중요하다. 왜냐하면 어떠한 원인에 의해 여과막의 일부에 손상이 발생한 경우 여과막에서 오염물질이 누설되어 여과 기능이 제대로 작동하지 않을 가능성이 높기 때문이다. 따라서 막여과 공정에서 여과막의 손상을 빨리 감지하고 대처하는 것이 점점 중요해지고 있다.

종래 기술에 따른 여과막의 손상 검지방법으로 막 모듈의 1차측과 2차측이 기체와 액체인 조건에서 1차측에 공기를 주입하는 방법 또는 1차측과 2차측을 기체 및 액체로 유지하여 1차측 또는 2차측에 공기를 주입하는 방법을 적용하여 여과막의 손상을 감지하는 기술이 활용되고 있다.

다만, 현재까지의 대부분의 종래 기술들은 단순히 여과막의 손상 유무에 대한 정보만 제공해줄 뿐, 사용자에게 정확하 여과막의 내구연한을 제공해주는 기술은 존재하지 않은 실정이다. 따라서, 사용자는 여과막을 제공하는 업체의 기술적 경험에 근거에 토대한 대략적인 내구연한 정보만 알 수 있어 여과막의 교체시기를 정확하게 판단할 수 없는 문제점이 존재하였다. 더 나아가, 여과막이 언제부터 처음 사용하였는지에 대한 정보가 없는 경우에는 현재 여과막을 수명 자체를 판단할 수 가 없어 여과막의 교체시기를 판단하기가 어려운 문제점이 존재하였다.

대한민국 공개 특허 제10-2018-0119183호

따라서, 일 실시예에 따른 여과막의 내구연한 판단 방법 및 이를 이용한 내구연한 판단 장치는, 앞서 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로서, 사용되지 않은 여과막의 내구연한을 정확하게 제공할 수 있는 방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

구체적으로, 일정한 기준에 화학약품에 노출된 여과막의 성능을 분석하여, 이를 기초로 사용하지 않은 여과막의 내구연한을 제공함과 동시에, 기 사용된 여과막에 대해서도 현재 잔여수명에 대한 정보를 제공하게 위함이다.

일 실시예에 따른 여과막의 내구연한 판단 방법은, 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 단계, 상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 단계 및 상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 내구연한을 판단하는 단계는, 상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단할 수 있다.

상기 화학 약품에 대한 노출 강도는, 상기 여과막이 화학 약품에 노출된 횟수에 대한 정보 및 상기 여과막이 학 약품에 노출된 시간에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기 미리 설정된 기준 값은, 0.03 NTU(Nepthelornetric Turbidity Unit) 내지 0.07 NTU 의 범위를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 여과막의 잔여수명 판단 방법은, 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 단계, 상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 단계, 상기 여과막과 동일한 성질을 가지고 있으면서 기 사용된 여과막에 기체를 주입한 후, 상기 기 사용된 여과막에 대한 시간에 따른 압력 정보를 측정하는 단계, 상기 압력 정보에 의해 산출된 결과와 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 기 사용된 여과막에 대한 잔여수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 내구연한 정보를 생성하는 단계는, 상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단할 수 있다.

상기 압력 정보에 의해 산출된 결과는, 상기 기 사용된 여과막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 측정하고, 측정된 상기 압력손실률 값을 이용하여 산출된 결과를 포함할 수 있다.

상기 잔여수명을 예측하는 단계는, 상기 기 사용된 여과막에 대한 H-NDR(Normalized Diffusion Rate) 값을 계산하고, 계산된 상기 H-NDR에 대한 값과 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 여과막의 잔여수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 잔여수명을 예측하는 단계는, 상기 내구연한 정보에 기초하여 생성된 기준 패턴 정보와 계산된 상기 H-NDR값들을 기초로 H-NDR 패턴 정보를 생성하고, 상기 기준 패턴 정보와 상기 H-NDR 패턴 정보를 비교하여 상기 잔여수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 잔여수명을 예측하는 단계는, 상기 기준 패턴 정보와 상기 H-NDR 패턴 정보를 복수 개의 구간으로 나눈 후, 상기 복수 개의 구간 별로 패턴 정보를 비교하여 상기 여과막의 잔여수명을 예측하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 여과막의 내구연한 판단 장치는, 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 측정부 및 상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하고, 상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한을 판단하는 내구연한 판단부를 포함할 수 있다.

상기 내구연한 판단부는, 상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단할 수 있다.

다른 실시예에 따른 여과막의 잔여수명 판단 장치는 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 측정부 및 상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 내구연한 판단부를 포함하고, 상기 측정부는, 상기 여과막과 동일한 성질을 가지고 있으면서 기 사용된 여과막에 기체를 주입한 후, 상기 기 사용된 여과막에 대한 시간에 따른 압력 정보를 측정하고, 상기 내구연한 판단부는, 상기 압력 정보에 의해 산출된 결과와 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 기 사용된 여과막에 대한 잔여수명을 예측할 수 있다.

상기 내구연한 판단부는, 상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단할 수 있다.

상기 압력 정보에 의해 산출된 결과는, 상기 기 사용된 여과막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 측정하고, 측정된 상기 압력손실률 값을 이용하여 산출된 결과를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른, 여과막의 내구연한 판단 방법 및 이를 이용한 내구연한 판단 장치는 사용하지 않은 여과막의 내구연한을 알 수 있어, 여과막의 교체 주기를 비교적 정확하게 알 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 실험 데이터를 활용하여, 기 사용된 여과막의 현재 수명 및 잔여수명에 대해서도 예측이 가능하며, 여과막의 교체 주기를 비롯한 여과막의 관리를 용이하게 할 수 있는 효과가 존재한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막 모듈의 외관을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 이동형 여과막 손상 진단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 4 내지 도 6은 손상이 없는 막 모듈과 손상이 있는 막 모듈에 대해 본 발명에 따른 실험 수행 결과 그래프를 도시한 도면이다.
도 7은 도 4 내지 도 6에서의 주요 값을 표로 정리한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 여과막 노후도 판단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따라 여과막 노후도 판단 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도10은 본 발명의 제3실시예에 따라 여과막 내구연한 판단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 여과막 내구연한 판단 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따라 생성된 내구연한 정보를 포함하고 있는 그래프이다.
도 13은 노출 강도와 여과막의 노화로 인한 여과막의 저항 변화값의 상관관계를 도시한 그래프이다.
도 14는 기 사용된 여과막에 기체를 투입한 경우 변화되는 H-NDR 값을 도시한 도면이다

이하, 본 발명에 따른 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 실시 예들을 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함하며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 여과막 손상 시스템의 구성 요소를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 막 모듈의 외관을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동형 여과막 손상 진단 장치의 구성 요소를 도시한 블럭도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 여과막 손상 시스템(10)은 복수 개의 막 모듈(110) 및 막 모듈(110) 내부의 여과막의 손상 여부를 판단하는 이동형 여과막 손상 진단 장치(200)를 포함할 수 있다.

이동형 여과막 손상 진단 장치(200)는 복수 개의 막 모듈(110)과 연결되어 있는 배관(130)을 통해 기체를 주입하는 기체 주입부(210), 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관 내부의 압력 및 배관의 기계적 진동을 감지하는 센서부(220) 및 막 모듈(110)의 손상을 판단하는 손상 판단부(230) 등을 포함할 수 있다.

막 모듈(110)은 도2에 도시한 바와 같이, 기본적으로 하우징(111)과 상기 하우징(111) 내에 구비되는 복수의 여과막(112)으로 구성된다. 이 때, 여과막(112)은 정수처리 및 해수담수화처리 등의 제반 수처리에 사용되는 정밀여과막(microfiltration), 한외여과막(ultrafiltration)을 포함하며, 일 실시예로 중공사 형태로 구성될 수 있다.

막 모듈(110)은 상기 여과막(112)의 표면을 기준으로 여과막(112) 외부의 1차측(113)과 여과막(112) 내부의 2차측(114)으로 구분된다. 또한, 막 모듈(110)의 일단은 원수조(101)와 연결되고, 다른 일단은 처리수조(103)와 연결된다. 이와 같은 구성에 의해, 원수조(101)의 원수는 원수 공급배관(102)을 통해 상기 막 모듈(110)의 1차측(113)으로 공급될 수 있으며, 1차측(113)에 공급된 원수는 여과막(112)에 의해 여과되어 원수 내의 오염물질은 여과막(112)에 걸러지고 처리수는 여과막(112)을 투과하여 여과막(112) 내부 공간인 2차측(114)으로 공급될 수 있고, 2차측(114)의 처리수는 처리수배출 배관(104)을 통해 최종적으로 상기 처리수조(103)로 배출될 수 있다.

한편, 본 발명의 목적인 여과막(112) 손상 감지를 위해 상기 1차측(113) 또는 2차측(114)에는 기체 주입부(210)에 의해 일정 압력의 기체(일 실시예로, 공기)가 공급될 수 있으며, 공급되는 기체의 압력을 측정하기 위한 공압계, 수압계가 구비될 수 있다. 이 때, 기체는 기체 주입부(210)로부터 공급되며, 기체가 공급되는 경우 별도의 제 1 및 제 2 기체공급배관(151, 152)이 구비될 수 있다.

이하 본 발명의 제 1실시예에 해당하는 여과막의 손상을 판단하는 방법에 대해 도 3 내지 도 7을 통해 설명하도록 한다.

여과막 손상 진단 장치(200)는 기체 주입부(210), 센서부(220), 손상 판단부(230), 저장부(240) 및 통신부(250) 등을 포함할 수 있다.

기체 주입부(210)는 앞서 설명한 바와 같이 배관(130)을 통해 막 모듈(110) 내부로 기체를 주입할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 배관(130)에는 복수 개의 막 모듈(110)이 연결되어 있으며, 기체 주입부(210)의 기체 주입에 따라 순차적으로 기체 주입부(210)와 근접해 있는 막 모듈(110)로 기체가 주입될 수 있다.

기체 주입부(210)는 현재 시간당 주입되는 기체의 양 및 막 모듈(110)로 주입된 총 기체의 양을 측정할 수 있는 수단이 구비될 수 있으며, 측정된 값은 손상 판단부(230)로 송신될 수 있다.

센서부(220)는 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관(130) 내부의 기체의 압력을 측정하는 압력 센서와 또는 배관(130)의 일 면에 부착되어 배관의 기계적 진동을 감지하는 압전 센서를 포함할 수 있다.

압전 센서는 압전효과를 가진 소자를 이용한 센서로써, 진동을 전기로, 또 역으로 전기적 펄스를 진동으로 변환할 수 있는 센서를 의미한다.

손상 판단부(230)는 기체 주입부(210)에 의해 배관(130)으로 주입된 기체의 총 양과 압력 센서부(220)에 의해 측정된 배관(130) 내부의 압력 값을 기초로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.

구체적으로. 손상 판단부(230)는 배관(130) 내부의 기체의 압력이 초기 설정 압력 값에 도달하기 까지 주입해야 하는 목표 기체의 양을 설정하고, 기체 주입부(130)를 통해 상기 막 모듈(110) 내부로 주입된 기체의 양이 상기 목표 기체의 양에 도달한 경우, 기체 주입부(210)의 작동을 정지시키고, 배관(130) 내부의 기체의 압력 값과 상기 초기 설정 압력 값을 비교하여 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.

초기 설정 압력 값은, 막 모듈(110)에서 압력손실시험(Pressure Decay Test)를 시행하기 전에 기준이 될 수 있는 막 모듈(110) 내부의 압력 값을 의미한다. 압력손실시험은 공급수 측을 기체로 가압하여 설정 압력에 도달한 뒤, 막 손상이 발생하지 않은 정상막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 계산하는 시험을 의미한다.

목표 기체의 양은 막 모듈(110)의 손상이 없다는 가정 하에 상기 초기 설정 압력 값까지 도달되기 위해서 막 모듈(110) 내부로 주입되어야 하는 기체의 총 양을 의미한다.

초기 설정 압력 값은 막 모듈(110)의 부피, 배관의 크기 등 실험 환경에 따라 그에 맞춰 다양하게 변경된다. 초기 설정 압력 값이 변화함에 따라 목표 기체의 양 또한 변하며, 배관에 연결되어 있는 막 모듈의 개수에 따라 초기 설정 압력 값과 이에 따른 목표 기체의 양은 다르게 설정될 수 있다.

본 발명의 경우 배관(130)에 연결되어 있는 막 모듈(110)의 개수는 2개이고, 초기 설정 압력 값은 200kPa를 기준으로 설정하였으며, 실험 결과 막 모듈(110) 내부의 압력이 초기 설정 압력 값인 200kPa로 도달하기 위해서는 총 70L의 기체 양이 필요한 것을 사전 실험을 통해 알게 되었다. 따라서, 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 본 발명에 따른 실험 결과는 초기 설정 압력 값은 200kPa, 목표 기체의 양은 70L인 막 모듈(110)을 기준으로 실험한 결과를 도시한 그래프이다. 이하 도 4 내지 도 6을 통해 손상 판단부(230)가 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단하는 방법에 대해 구체적으로 알아본다.

도 4 내지 도 6은 손상이 없는 막 모듈과 손상이 있는 막 모듈에 대해 본 발명에 따른 실험 수행 결과를 도시한 도면이고, 도 7은 도 4 내지 도 6에서의 주요 값을 표로 정리한 도면이다.

구체적으로, 도 4는 제1 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를. 도 5는 제2 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를, 도 6은 제3 막 모듈에 대한 실험 결과 그래프를 도시한 도면이며, 각 그래프에서 L1은 배관에 주입된 시간에 따른 총 기체의 양을 도시한 선이고, L2는 시간에 따른 측정된 배관 내부의 압력을 도시한 선이고, p1은 초기 설정 압력 값을, t1은 목표 기체의 양(70L)에 도달하기 까진 소요된 소요 시간(t1)을 의미한다.

막 모듈(110) 내부에 목표 기체의 양에 따른 기체가 주입되면, 기체 주입부(210)는 더 이상 기체를 주입하지 않는다. 그러면 이 시점부터 배관(130) 내부에 있는 기체들은 액체로 변환을 하게 되는데 만약 막 모듈(110)의 여과막(112)에 손상이 존재하지 않는다면 측정되는 기체 압력의 값은 거의 변화가 없을 것이다. 그러나 막 모듈(110)에 손상이 존재하는 경우 그 만큼 기체가 여과막(112)을 상대적으로 많이 통과하게 될 것이므로 배관(130) 내부의 압력은 상대적으로 가파르게 변화할 것이다. 따라서, 손상 판단부(230)는 이러한 압력 값의 변화를 초기 설정 압력값과 비교하여, 일정 범위 이상 벗어난 경우 막 모듈(110)에 손상된 여과막(112)이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

도 4 및 도 7을 참고하여 제1 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제1 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 216초이며, L1에 도시된 바와 같이 216초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체는 더 이상 주입되지 않고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 206.3Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 3.1% 밖에 나지 않음을 알 수 있다. 3.1% 정도는 실험 환경에 따라 충분히 발생할 수 있는 오차로서, 손상 판단부(230)는 제1막 모듈의 여과막에 대해서는 손상이 없는 것으로 판단할 수 있다.

도 5 및 도7을 참고하여 제2 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제2 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 210초이며, L1에 도시된 바와 같이 210초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체가 더 이상 주입되지 않는다. 그리고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 172.5Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 13.75% 나 발생함을 알 수 있다. 이러한 오차는 매우 큰 오차로서 손상 판단부(230)는 제2 막 모듈의 여과막은 손상이 있는 것으로 판단할 수 있다.

도 6 및 도7을 참고하여 제3 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단해 보면, 제3 막 모듈의 경우 소요 시간 t1은 213초이며, L1에 도시된 바와 같이 213초 이후부터는 막 모듈(110) 내부로 기체가 더 이상 주입되지 않는다. 그리고 t1에서 측정된 배관 내부 압력은 202.5Kpa로 초기 설정 압력 값이 200kPa와 오차율이 1.3% 밖에 발생하지 않음을 알 수 있다. 1.3 % 오차는 실험 환경에 따라 충분히 발생할 수 있는 오차로서, 손상 판단부(230)는 제3막 모듈의 여과막은 손상이 없는 것으로 판단할 수 있다.

오차율이 어느 정도 발생한 경우 여과막에 손상이 존재한다고 판단할 수 있는 기준은 실험 환경에 따라 사용자가 다양하게 설정할 수 있지만, 일 실시예로 -5% 내지 +5% 사이의 경우 여과막에 손상이 존재한다고 판단할 수 있다.

종래 기술에 의한 경우, 막 모듈마다 손상 여부를 감지하는 방법이 상이하고, 손상 감지 장치가 막 모듈에 일체형으로 부착되어 있는 경우가 많으며, 더 나아가 기체의 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하는 경우 막 모듈 내부에서 기체-액체 치환의 불균등 현상이 발생하여, 여과막에 손상이 있더라도 공기압의 변화가 작기 때문에 여과막 손상을 정확하게 판단하기 어려운 문제가 존재하였다.

그러나, 본 발명의 경우 소형의 크기로 제작된 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)로서, 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 기체 주입부(210)와 배관의 일 측면에 압력 센서만 부착을 하면, 막 모듈의 종류와 상관없이 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있어, 보다 효과적으로 여러 종류의 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 종래 기술과 다르게 막 모듈 내부의 기체 압력 변화만을 기초로 손상 여부를 판단하지 않고 주입되는 총 기체의 양을 기준으로 손상 여부를 판단하므로, 종래 기술에 따라 막 모듈 내부에서 일어나는 기체-액체 치환의 불균등 현상으로 인한 측정값의 정확도가 떨어지는 문제가 사전에 미리 방지할 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 손상 판단부(230)는 기체 주입부(210)가 막 모듈(110) 내부로 기체를 주입한 시점부터, 일정 시간 동안 상기 배관(130) 내부의 기체의 압력이 변화되는 기울기를 기준으로 막 모듈(110)의 손상 여부를 판단할 수 있다.

막 모듈(110)의 여과막에 손상이 없다면, 일반적으로 배관(130) 내부의 압력은 막 모듈(110) 내부로 주입되는 기체의 양에 정비례하여 증가할 것이나, 만약 막 모듈(110)의 여과막(112)에 손상이 존재하는 경우 막 모듈(110) 내부로 주입되는 공기의 일부는 여과막(112)을 상대적으로 많이 통과하게 될 것이므로 측정되는 배관(130) 내부의 압력은 막 모듈(110)의 여과막에 손상이 없는 경우 보다 작게 측정될 것이다.

이를 도 4와 도 5를 비교하여 설명하면, 도 4의 경우 제1 막 모듈의 여과막에 손상이 존재하지 않으므로, 주입되는 기체의 양에 따라 배관(130) 내부의 압력은 정비례(1초당 1kpa)하여 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나 제2막 모듈의 여과막은 손상이 존재하므로 도 5에서의 압력 변화 기울기는 제1막 모듈에 대한 그래프인 도 4에서의 압력 변화 기울기보다 더 낮을 것을 알 수 있다. 이는 막 모듈 내부로 주입되는 기체의 일부가 여과막을 통해 빠져나갔기 때문이다. 따라서, 손상 판단부(230)는 배관(130)을 통해 기체가 주입된 이후, 시간당 변화하는 측정 압력의 기울기를 기준으로 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있다.

다시 도 3으로 돌아와, 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)의 남은 구성 요소에 대해 설명하면, 여과막 손상 판단 장치(100)는 앞서 설명한 구성 요소 외에 저장부(240) 및 통신부(250) 등을 포함할 수 있다.

막 모듈(110)은 어떠한 재질로 구성되는지에 따라 그 특성값은 매우 다양하므로 저장부(240)에는 막 모듈(110)에 대한 이러한 다양한 정보가 저장될 수 있다. 구체적으로 각각의 막 모듈(110) 마다의 초기 설정 압력 값 및 목표 기체의 양 등에 대한 정보가 저장되어 있을 수 있다.

본 발명의 경우 막 모듈(110)에 부착되어 있는 여과막 손상 판단 장치가 아닌, 소형의 크기로 제작된 이동형 여과막 손상 판단 장치(100)로서, 막 모듈에 연결되어 있는 배관에 기체 주입부(210)와 압력 센서만을 부착 하면, 막 모듈의 종류와 상관없이 막 모듈의 손상 여부를 감지할 수 있다.

따라서, 손상 판단부(230)는 막 모듈 손상 여부를 판단함에 있어서, 각각의 막 모듈에 대한 다양한 정보가 저장되어 있는 저장부(240)로부터 현재 손상 여부를 측정하고자 하는 대상의 막 모듈의 초기 설정 압력 값 및 목표 기체의 양에 대한 정보를 수신하고, 수신한 정보를 기초로 막 모듈의 손상 여부를 판단할 수 있다.

따라서, 저장부(240)는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 저장부(240)는 전술한 손상 판단부(230)와 관련하여 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.

통신부(250)는 막 모듈에 대한 손상 여부를 판단한 결과 정보를 사용자 단말기 또는 외부 서버로 송신할 수 있으며, 막 모듈에 대한 기본 정보를 사용자 단말기 또는 외부 서버로부터 수신할 수 있다.

따라서, 통신부(250)는 데이터를 송신하고 수신할 수 있는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

유선 통신 모듈은 캔(Controller Area Network; CAN) 통신 모듈 , 지역 통신(Local Area Network; LAN) 모듈, 광역 통신(Wide Area Network; WAN) 모듈 또는 부가가치 통신(Value Added Network; VAN) 모듈 등 다양한 유선 통신 모듈뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DVI(Digital Visual Interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 다양한 케이블 통신 모듈을 포함할 수 있다.

무선 통신 모듈은 와이파이(Wifi) 모듈, 와이브로(Wireless broadband) 모듈 외에도, GSM(global System for Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access), UMTS(universal mobile telecommunications system), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선 통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.

이하 본 발명의 제2실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 제2실시예의 경우 여과막(112)의 노후도를 판단하는 기술에 관한 실시예로서, 제2실시예에서 여과막 손상 진단 장치(200)는 여과막 노화도 판단 장치(300)로 지칭될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 제2실시예에서는 여과막 노화도 판단 장치(300)를 기준으로 설명하도록 한다.

도 8은 제 2실시예에 따른 여과막 노후도 판단 장치(300)의 일부 구성 요소를 도시한 블록도이고, 도 9는 제2실시예에 따른 여과막 노후도 판단 장치(300)의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 여과막 노후도 판단 장치(300)는 측정부(310), 노후도 판단부(320), 저장부(330) 및 통신부(340) 등을 포함할 수 있다. 저장부(330)와 통신부(340)는 앞서 도면을 통해 자세히 설명하였는바 측정부(310)와 노후도 판단부(320)에 대해서만 설명하도록 한다.

측정부(310)는 여과막(112)의 구성 화학 성분을 분석하고, 각각의 화학 성분의 양 및 비율에 대해 측정할 수 있다. 따라서, 측정부는 여과막(112)의 구성 성분을 분석할 수 있는데 여러 분석 방법 및 장치가 차용될 수 있다. 대표적으로 일 예로 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy) 분석법, XPS(X-ray Phothelectron Spectroscopy,) 분석법 등이 이용될 수 있다.

FT- IR 분석법은Michelson 간섭계를 사용하여 위상 변조한 적외선 영역의 백색광을 사용하는 적외선 분광학의 한 종류로서, 퓨리에 변환을 적용하여 시공간(time domain)데이터를 주파수(frequency domain)데이터로 전환한 후, 시료에 적외선을 조사하여 쌍극자 모멘트가 변화하는 분자 골격의 진동과 회전에 대응하는 에너지의 흡수를 측정하는 분석법을 의미한다.

에너지가 약한 적외선 영역의 복사선 흡수가 일어나는 경우에는 전자의 전이가 일어날 수 없고, 분자에너지 중의 진동에너지와 회전에너지만이 증가하게 되는데, 이때는 여러 진동에너지 준위의 전이에 해당하는 좁은 흡수봉우리가 조밀하게 나타나고, 각 진동에너지마다 매우 작은 회전에너지 만큼의 차이를 가지는 봉우리가 나타난다. 그러나 액체와 고체 시료에서는 회전운동이 일어나지 못하게 되어 있기 때문에 거의 순수한 진동에너지의 좁은 흡수스펙트럼만이 나타난다.

적외선 흡수 스펙트럼은 상당히 간단한 화합물이라도 수많은 흡수 봉우리를 가지고 있으며, 두 가지의 서로 다른 화합물이 동일한 조건에서 같은 흡수 적외선 스펙트럼을 가지는 경우는 없다. 따라서, 시료 물질의 적외선 스펙트럼이 표준 물질의 스펙트럼과 동일한 조건에서 일치하면 시료 물질이 표준 물질과 같다고 볼 수 있으므로, 이러한 방법을 통해 여과막(112)을 구성하고 있는 화학물질의 종류 및 농도에 대해 측정을 할 수 있다.

XPS 분석법은 표면 분석 장비를 이용한 분석법으로서, 대상 물질에 X-ray를 쏴서 샘플 표면으로부터 일정한 거리(약 10nm 정도)로부터 방출되는 광전자의 운동에너지를 검출하고 분석하는 방법으로 대상 물질을 구성하고 있는 성분 및 그에 대한 양을 분석할 수 있는 분석법을 의미한다.

노후도 판단부(320)는 측정부(310)에서 측정한 결과를 기초로, 특정 원소에 대한 다른 원소들의 비율을 계산하고, 계산된 결과 값에 기초하여 여과막(112)의 노후도를 판단할 수 있다. 이하 판단 방법에 대해서는 도 9를 통해 설명하도록 한다.

도 9를 참조하면, 여과막 노화도 판단 장치(300)는 여과막을 구성하고 있는 소재의 화학 성분들의 종류 및 양을 분석할 수 있다. (S10)

화학 성분들을 분석하는 방법 및 장치에 대해서는 도 8에서 설명하였는바, 생략하도록 한다.

측정부(310)에 의해서 여과막(112)의 구성 원소에 대해 측정이 완료되면 여과막 노화도 판단 장치(300)는 측정된 여과막의 화학 성분들 중에서, 여과막의 노후도를 판단하는데 기준이 되는 제1원소, 제2원소 및 제3원소를 결정한다. (S20)

여기서 제1원소는 여과막(112)에서 가장 기준이 되는 원소를 의미하며, 제2원소와 제3원소는 노후도를 판단할 수 있는 기준이 되는 원소를 의미한다. 본 발명에서는 일 실시예로 여과막(112)의 주요 성능인 투과성과 탁도에 영향을 직접적으로 주는 탄소(C), 산소(O), 불소(F)를 선택하였다. 구체적으로 제 1원소는 탄소(C)로, 제2원소와 제3원소는 산소(O)와 불소(F)로 각각 가정하여 설명하지만, 본 발명의 실시예가 이로 한정되는 것은 아니고, 제1원소, 제2원소, 제3원소는 본 발명의 원리가 적용되는 이상 다양한 원소가 채용될 수 있다.

제1원소, 제2원소 및 제3원소가 결정되면, 여과막 노화도 판단 장치(300)는 제1원소를 기준으로 제1원소와 제2원소의 비율인 제1비율을 계산하고, 제1원소를 기준으로 상기 제1원소와 상기 제3원소와의 비율인 제2 비율을 계산할 수 있다. (S30)

예를 들어, 앞서 설명한 바와 같이 제 1원소를 탄소(C)로, 제2원소와 제3원소는 산소(O)와 불소(F)가 된다면, 제1비율은 여과막의 구성 화학 성분 중에서 전체 탄소의 양 대비 전체 산소의 양(전체 산소의 양/ 전체 탄소의 양)을 의미하며, 제2비율은 여과막의 구성 화학 성분 중에서 전체 탄소의 양 대비 전체 불소의 양(전체 산소의 양/ 전체 탄소의 양)을 의미한다.

제1비율과 제2비율이 계산되었으면, 여과막 노화도 판단 장치(300)는 상기 제1비율 및 제2비율 중 적어도 하나를 미리 설정되어 있는 기준 비율들과 비교하여 여과막의 노화도를 판단할 수 있다. (S50)

구체적으로, 미리 설정되어 있는 기준 비율은, 여과막이 사용되기 이전에 제1원소를 기준으로 제1원소와 상기 제2원소와의 비율인 제1기준 비율과, 상기 여과막이 사용되기 이전에 제1원소를 기준으로 상기 제1원소와 불소와의 비율인 제2기준 비율을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 제 1원소는 탄소(C)로, 제2원소와 제3원소는 산소(O)와 불소(F)로 선택이 된다면, 제1기준 비율은 여과막이 사용되기 이전에 탄소를 기준으로 탄소와 산소와의 비율을 의미하고, 제2기준 비율은 여과막이 사용되기 이전에 탄소를 기준으로 상기 탄소와 불소와의 비율을 의미한다.

여과막(112)의 경우 사용이 진행되다 보면 노후화가 발생하면서 여과막(112)을 구성하고 있는 화학 성분들의 변화가 발생한다. 화학 성분들의 변화는 산성화 또는 외부의 충격 등으로 인해 변하는데, 여러 원소들 중에서 산소와 불소가 많이 변하기 때문에 이를 기준 원소로 설정할 수 있다.

노후화가 많이 진행될 수록 탄소화합물의 산소는 탄소와의 결합이 많이 깨지게 되므로, 여과막(121)에서 탄소가 차지하는 비중은 노후화가 진행될 수 록 높아진다. 이와 반대로 불소의 경우 노후화가 많이 진행될수록 다른 원소들과의 결합이 많아져, 노후화가 진행될 수가 여과막(112)에서 불소가 차지하는 비중은 줄어들게 된다. 이와 반대로 여과막(112)이 사용이 상대적으로 적게 되었다면 측정된 여과막(112)의 제1비율과 제2비율은 제1기준 비율 및 제2기준 비율과 유사하게 측정될 것이다.

따라서, 일 실시예에 따른 여과막 노화도 판단 장치(300)는 여과막이 사용이 된 후, 측정된 시점의 여과막의 탄소를 기준으로 한 탄소와 산소와의 비율이 제1기준 비율 보다 높은 경우 여과막(112)이 노후되었다고 판단하거나, 여과막이 사용이 된 후, 측정된 시점의 여과막의 탄소를 기준으로 한 탄소와 불소와의 비율을 제2기준 비율보다 낮은 경우, 여과막(112)이 노후되었다고 판단할 수 있다.

미리 설정되어 있는 기준 비율은 정하는 방법은, 사용되는 여과막의 종류 및 사용 환경에 따라 달라질 수 있는데, 일반적으로 여과막의 성능은 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)에 의해 정해지므로, 이 두 가지 요소 중 적어도 하나가 미리 정해진 기준 범위보다 낮은 경우 일 때의, 탄소와 산소와의 비율 및 탄소와 불소와의 비율을 의미할 수 있다.

구체적으로, 여과막의 투수성의 경우 사용하지 않았을 때의 투수성을 1이라고 가정하면, 여과막의 투수성이 0.7 이하로 측정되는 경우 더 이상 여과막이 정상적으로 작동하지 못하는 상태로 판단할 수 있으며, 탁도 또한 0.05 NTU 이상으로 측정이 되는 경우 더 이상 여과막이 정상적으로 작동하지 못하는 상태로 판단할 수 있다. 따라서, 여과막의 투수성이나 탁도가 위와 같은 수치로 측정될 때의 여과막의 탄소와 산소의 비율 및 탄소와 불소의 비율에 대한 측정한 값을 각각 제1기준 비율과 제2기준 비율로 설정할 수 있다. 물론 여과막의 정상 작동 여부를 판단하는 투수성에 대한 수치와 탁도에 대한 수치는 위에서 설명한 실시예로 한정되는 것은 아니고, 여과막의 제조 환경 및 사용 환경에 따라 다양한 범위로 설정될 수 있다. 일 예로 투수성의 경우 0.6 내지 0.8사이의 값이, 탁도는 0.03 내지 0.05 NTU 사이의 값이 기준 값으로 설정될 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 여과막 노후도 판단 방법 및 이를 이용한 여과막 노후도 판단 장치(300)는 단순히 여과막의 정상 작동 여부에 대한 정보 뿐만 아니라, 현재 여과막의 사용 상태에 따른 노후도에 대한 정보를 제공해 줄 수 있는 효과가 존재한다. 따라서, 이에 따라 사용자는 여과막의 교체 시기에 대한 정보를 취득할 수 있어 보다 정확한 시기에 막을 교체할 수 있으며, 동시에 여과막의 현재 상태에 대한 정보도 취득할 수 있어, 여과막의 관리를 보다 용이하게 할 수 있는 장점이 존재한다.

이하 본 발명의 제3실시예에 대해 구체적으로 설명한다. 제3실시예의 경우 여과막(112)의 내구연한 및 잔여수명에 대해 판단하는 기술에 관한 실시예로서, 제3실시예서의 여과막 손상 진단 장치(200)는 여과막 내구연한 판단 장치(400)로 지칭될 수 있다. 이하 설명의 편의를 위해 제3실예에서는 여과막의 내구연한을 판단하는 장치는 여과막 내구연한 판단 장치(400)로 지창하여 설명할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 여과막 내구연한 판단 장치의 일부 구성 요소를 도시한 블록도이다.

도 11을 참조하면, 여과막 내구연한 판단 장치(400)는, 기체 주입부(410), 센서부(420), 측정부(430), 내구연한 판단부(430), 저장부(450) 및 통신부(460) 등을 포함할 수 있다. 기체 주입부(410), 센서부(420), 저장부(440) 및 통신부(450)는 앞서 도면을 통해 자세히 설명하였는바 내구연한 판단부(440)에 대해서만 설명하도록 한다.

내구연한 판단부(440)는 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하고, 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하고, 상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한 및 여과막의 잔여수명을 판단할 수 있다. 이하 구체적으로 단계는 도 11과 도 12를 통해 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 여과막 내구연한 판단 장치의 제어 방법을 도시한 순서도이고, 도12는 본 발명의 실시예에 따라 생성된 내구연한 정보를 포함하고 있는 그래프이다.

미리 정해진 기준에 따라 여과막(112)을 화학 약품에 노출시킨 후, 일정 주기 마다 여과막을 샘플링한다. (S110)

실제 여과막은 막모듈 내부에 존재하므로 화학 약품에 직접적으로 노출은 되지 않고 오염 물질을 포함하고 있는 오염물에 노출되고 파쇄당하는데, 이러한 효과를 화학 약품을 여과막에 노출시키면 동일한 효과를 비교적 빠른 시간 안에 얻을 수 있다. 따라서, 일정 기준 하에 여과막은 화학약품에 노출될 수 있는데, 화학 약품은 알카리제, 무기산, 유기산 등 여과막을 물리적으로 화학적으로나 손상을 입힐 수 있는 다양한 화학 약품이 이에 포함될 수 있다.

여과막이 화학 약품에 노출되는 시간은 실험 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있으나, 짧게는 일주일에서 길게는 반년동안 화학 약품에 노출될 수 있으며, 일정한 주기를 가지고 투수성 및 탁도를 측정할 여과막을 샘플링할 수 있다. 샘플링 주기 또한 실험 환경에 따라 달라질 수 있지만 한 시간에서 24시간 내에서 다양한 시간 샘플링 주기가 될 수 있다.

여과막이 화학 약품에 노출된 후, 여과막 수명 판단 장치(100)는 미리 설정된 주기마다 여과막의 투수성 및 탁도를 측정한다. (S120)

여과막의 투수성은 유량을 얼마나 잘 통과시키는지에 대한 지표를 의미하며 투수성이 높을수록 일반적으로 여과막의 성능은 우수하다고 판단된다. 탁도는 수중의 부유물질 등에 의하여 물이 혼탁한 정도를 의미하며, 탁도가 높을수록 여과막의 성능은 낮은 것으로 판단한다.

S120 과정에 의해 측정된 결과는 도 12에 도시된 그래프와 같이 표현될 수 있다. 도 12의 그래프의 X축은 시간에 따라 여과막이 화학약품에 노출된 강도를 의미하며, 왼쪽 Y축은 사용되기 이전의 투수성(Jo) 대비 샘플링 된 여과막의 투수성(J)을 의미하고, 오른쪽 Y축은 샘플링 된 여과막의 탁도를 의미한다. 노출된 강도는 여과막이 화학약품을 맞은 횟수 및 그에 따른 시간 경과를 의미한다) 즉, 시간이 지날수록, 화학 약품을 많이 맞을수록 노출 강도가 증가된다는 것을 의미하고, 각각의 노출 강도에 대해 대응하여 몇 년이 지난 여과막인지에 대한 정보는 실험 결과들을 통해 귀납적으로 도출된 자료들을 활용할 수 있다. 예를 들어 X축의 250은 여과막이 25g의 화학약품에 노출된 후, 10시간이 경과하였을 때를 의미하고 이 때는 여과막의 사용이 평균적으로 1년을 경과하였을 때를 의미할 수 있고, X 축의 500은 다시 여과막이 25g의 화학약품에 노출되고 다시 5시간이 경과하였을 때를 의미하고, 이 때는 여과막의 사용이 평균적으로 2년을 경과하였을 때를 의미할 수 있다.

도 12와 같은 그래프가 도출된 경우, 여과막 내구연한 판단 장치(400)는 내구연한 정보에 포함되어 있는 탁도 및 투수성에 대한 정보를 기초로, 화학약품에 노출된 여과막(112)의 내구연한을 측정할 수 있다. (S130)

여과막은 다양한 기능을 하기 때문에, 다양한 기능을 기준으로 내구연한을 판단할 수 있으나, 여과막에서 가장 중요한 기능은 여과를 얼마나 잘 하는지 기준이 되는 탁도에 있다. 따라서, 본 발명은 일 실시예로서 탁도를 기준으로 여과막의 내구연한을 판단을 하며, 탁도의 기준은, 여과막이 사용되는 환경에 따라 다르게 설정될 수 있다.(여과막의 정수 기능이 높아야 되는 환경에서는 기준이 되는 탁도의 수치는 낮아지며, 여과막의 정수 기능이 상대적으로 낮아도 되는 환경에서는 기준이 되는 탁도의 수치는 높아진다)

도 12를 참고하면, A구간에서는 탁도(그래프에서 파란색 네모)의 값이 탁도에 대한 기준 값이 되는 미리 설정된 값 X(=0.05)를 초과하지 않고 있다가, B구간에서는 미리 설정된 값 X를 초과하는 것을 알 수 있다. 즉, 이를 통해 C 지점 근방에서 여과막의 탁도 기능이 급격히 나빠져서 더 이상 여과막이 정상적으로 작동하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 실험에 사용된 여과막은 C구간이 도달하기 전까지 정상적으로 작동한다고 판단하여, A구간과 B구간에서의 노출강도에 대한 정보를 여과막의 내구연한을 측정할 수 있다.

또한, 도 12에서는 탁도를 기준으로 설명하였지만, 투수성의 역할이 가장 중요한 환경에서의 여과막의 경우 동일한 원리를 적용하여 여과막의 내구연한을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은 다른 실시예로서, S130 까지의 과정을 통해 얻은 데이터를 기초로 기 사용된 여과막의 남은 수명을 예측할 수 있다. 구체적으로 기 사용된 여과막에 기체를 주입한 후, H-NDR값을 측정한 후, 이를 내구연한 정보와 비교하여 기 사용된 여과막의 남은 수명을 예측할 수 있다. (S140, S150) 이하 도 13과 도 14를 통해 자세히 알아보도록 한다.

도 13과 도 14는 본 발명의 제3 실시예로써, 도 12에 도시된 바와 같이 얻어진 그래프를 이용하여, 기 사용된 여과막의 남은 잔여수명을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 13은 노출 강도와 막 노화로 인한 저항 변화(Ra) 값의 상관관계를 도시한 그래프이고, 도 14는 기 사용된 여과막에 기체를 투입한 경우 변화되는 H-NDR 값을 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 도 13의 그래프의 X축은 시간에 따라 여과막이 화학약품에 노출된 강도를 의미하며, 그래프의 Y축은 화학약품의 노출로 인해 변화된 여과막의 저항값을 의미한다. 그래프에서 점은 특점 시점에 측정된 여과막의 저항값을 의미하며, 그래프에서의 선은 점들의 특징을 반영하여 개략적으로 도출한 2차 함수식을 의미한다. 그래프는 도시된 바와 같이 대략적으로 3구간으로 나뉘어질 수 있으며 A구간에서는 측정 값들이 점점 감소하는 패턴을, B구간에서는 점점 증가하는 패턴을, C구간에서는 감소했다가 다시 증가하는 패턴을 알 수 있다. 그리고 이러한 패턴은 실험에 사용된 여과막의H-NDR 값을 측정하고, 측정된 값을 이용하여 여과막의 잔여수명을 예측할 수 있다.

구체적으로, H-NDR은 표준화 된 노화 확산 속도 (moles/s/m2/ Pa)로, 아래와 같은 식으로 정의될 수 있다. 아래 식에서, PDR은 기 사용된 여과막에 도 12의 검은색 선과 같이 기체를 주입한 경우 측정한 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR) 값이며, Ra는 화학 약품의 노출에 따른 여과 막의 저항 값을, V는 막 모듈의 부피를, P는 막 모듈의 압력을, T는 막 모듈의 온도를, R은 이상 기체 법칙 상수를, A는 여과막의 표면적을 의미하며, 도 12의 빨간색 점은 아래 식에 따라 산출된 H-NDR을 도시한 결과이다.

H-NDR값은 Ra의 정보를 가지고 있어 H-NDR에 측정된 값은 도 12에 도시된 그래프와 유사한 형태를 취하게 된다. 따라서, 측정된 H-NDR값들의 그래프 형태를 보고 이와 유사한 패턴을 가지는 구간을 도 12에서 대응시키면, 현재 여과막의 개략적인 수명 및 남은 잔여수명에 대해 계산을 할 수 있다.

도 12와 도 13을 비교하여 설명하면, 도 13에서 H-NDR 값에 해당하는 빨간색 점들은 비슷한 값들을 유지하다가 서서히 줄어드는 값을 가지는 것을 알 수 있고, 이러한 패턴과 유사한 특징을 가지는 패턴을 도 13에서 찾아보면 A구간에서의 패턴과 유사하다. 따라서, 현재 측정된 여과막은 전체 내구연한 기간(구간 A + 구간 B + 구간 C)에서 구간 A의 마지막 부근을 지나고 있음을 도출해 낼 수 있고, 이로 인해 현재 여과막은 구간 C의 마직막이 여과막의 내구년한이 이라면 구간 B와 구간 C만큼 더 사용할 수 잔여수명기간이 있음을 알 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 여과막 수명 판단 방법 및 이를 이용한 손상 판단 장치는 사용하지 않은 여과막의 내구연한을 알 수 있어, 여과막의 교체 주기를 비교적 정확하게 알 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 실험 데이터를 활용하여, 기 사용된 여과막의 현재 수명 및 잔여수명에 대해서도 예측이 가능하며, 여과막의 교체 주기를 비롯한 여과막의 관리를 용이하게 할 수 있는 효과가 존재한다.

한편, 본 명세서에 기재된 "~부"로 기재된 구성요소들, 유닛들, 모듈들, 컴포넌트들 등은 함께 또는 개별적이지만 상호 운용 가능한 로직 디바이스들로서 개별적으로 구현될 수 있다. 모듈들, 유닛들 등에 대한 서로 다른 특징들의 묘사는 서로 다른 기능적 실시예들을 강조하기 위해 의도된 것이며, 이들이 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 실현되어야만 함을 필수적으로 의미하지 않는다. 오히려, 하나 이상의 모듈들 또는 유닛들과 관련된 기능은 개별 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들에 의해 수행되거나 또는 공통의 또는 개별의 하드웨어 또는 소프트웨어 컴포넌트들 내에 통합될 수 있다.

부가적으로, 본 특허문헌에서 기술하는 논리 흐름과 구조적인 블럭도는 개시된 구조적인 수단의 지원을 받는 대응하는 기능과 단계의 지원을 받는 대응하는 행위 및/또는 특정한 방법을 기술하는 것으로, 대응하는 소프트웨어 구조와 알고리즘과 그 등가물을 구축하는 데에도 사용 가능하다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 여과막 손상 판단 장치
110: 막 모듈
112: 여과막
210: 기체 주입부
220: 센서부
230: 손상 판단부
300: 여과막 노후도 판단 장치
320: 노후도 판단부
400: 여과막 수명 판단 장치
430: 내구연한 판단부

Claims (15)

1. 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 단계;
   상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 단계; 및
   상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한을 판단하는 단계;를 포함하는 여과막의 내구연한 판단 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 내구연한을 판단하는 단계는,
   상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 화학 약품에 대한 노출 강도는,
   상기 여과막이 화학 약품에 노출된 횟수에 대한 정보 및 상기 여과막이 학 약품에 노출된 시간에 대한 정보를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 미리 설정된 기준 값은,
   0.03 NTU(Nepthelornetric Turbidity Unit) 내지 0.07 NTU 의 범위를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
5. 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 단계;
   상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 단계;
   상기 여과막과 동일한 성질을 가지고 있으면서 기 사용된 여과막에 기체를 주입한 후, 상기 기 사용된 여과막에 대한 시간에 따른 압력 정보를 측정하는 단계,
   상기 압력 정보에 의해 산출된 결과와 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 기 사용된 여과막에 대한 잔여수명을 예측하는 단계;를 포함하는 여과막의 내구연한 판단 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내구연한 정보를 생성하는 단계는,
   상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 압력 정보에 의해 산출된 결과는,
   상기 기 사용된 여과막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 측정하고, 측정된 상기 압력손실률 값을 이용하여 산출된 결과를 포함하는 여과막의 내구연한 판단 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 잔여수명을 예측하는 단계는,
   상기 기 사용된 여과막에 대한 H-NDR(Normalized Diffusion Rate) 값을 계산하고, 계산된 상기 H-NDR에 대한 값과 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 여과막의 잔여수명을 예측하는 단계를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 잔여수명을 예측하는 단계는,
   상기 내구연한 정보에 기초하여 생성된 기준 패턴 정보와 계산된 상기 H-NDR값들을 기초로 H-NDR 패턴 정보를 생성하고, 상기 기준 패턴 정보와 상기 H-NDR 패턴 정보를 비교하여 상기 잔여수명을 예측하는 단계를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 잔여수명을 예측하는 단계는,
    상기 기준 패턴 정보와 상기 H-NDR 패턴 정보를 복수 개의 구간으로 나눈 후, 상기 복수 개의 구간 별로 패턴 정보를 비교하여 상기 여과막의 잔여수명을 예측하는 단계를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 방법.
11. 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 측정부;
    상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하고, 상기 내구연한 정보를 기초로 여과막의 내구연한을 판단하는 내구연한 판단부;를 포함하는 여과막의 내구연한 판단 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 내구연한 판단부는,
    상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단하는, 여과막의 내구연한 판단 장치.
13. 미리 정해진 기준에 따라 화학 약품에 노출된 사용하지 않은 복수 개의 여과막을 일정 시간마다 샘플링(sampling) 한 후, 샘플링된 여과막에 대한 투수성(transmissibility) 및 탁도(turbidity)를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정 결과를 기초로, 상기 여과막의 화학 약품에 대한 노출 강도에 따른 상기 여과막의 투수성 및 탁도에 대한 정보를 포함하고 있는 내구연한 정보를 생성하는 내구연한 판단부;를 포함하고,
    상기 측정부는,
    상기 여과막과 동일한 성질을 가지고 있으면서 기 사용된 여과막에 기체를 주입한 후, 상기 기 사용된 여과막에 대한 시간에 따른 압력 정보를 측정하고,
    상기 내구연한 판단부는,
    상기 압력 정보에 의해 산출된 결과와 상기 내구연한 정보를 비교하여 상기 기 사용된 여과막에 대한 잔여수명을 예측하는, 여과막의 내구연한 판단 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 내구연한 판단부는,
    상기 탁도에 대한 측정 값이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 때의 시점을 기준으로 상기 여과막의 내구 연한을 판단하는, 여과막의 내구연한 판단 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 압력 정보에 의해 산출된 결과는,
    상기 기 사용된 여과막의 압력손실률(Pressure Decay Rate, PDR)을 측정하고, 측정된 상기 압력손실률 값을 이용하여 산출된 결과를 포함하는, 여과막의 내구연한 판단 장치.

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