WO2014088309A1 - 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법 - Google Patents

관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법 Download PDF

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WO2014088309A1
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linear speed
measured
control valve
value set
flow rate
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PCT/KR2013/011154
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정호찬
송자연
유하나
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코웨이(주)
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    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
    • B01D61/22—Controlling or regulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
    • B01D2311/16—Flow or flux control
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate

Definitions

  • Embodiment of the present invention relates to a method of operating a water treatment system using a tubular membrane to utilize all of the characteristics that can be operated at high pressures with the prevention of membrane fouling by the rapid linear velocity of the tubular membrane, production of a fixed flow rate.
  • treated water is obtained by filtering contaminants in raw water using membranes. It is suitable for separating and removing suspended solids such as fine particles.
  • Membranes are largely plate-and-frame type, tubular type, spiral-wound type, capillary-fiber type, and hollow-fiber type membranes. It can be divided into
  • the tubular membrane is a collection of several pipe-shaped separator elements in a pressure-resistant vessel, and is generally located in a porous tube that can withstand high pressures of 12-25 mm in diameter.
  • the tubular membrane is introduced with a high pressure inlet into the tube, where the filtered product water passes through the membrane and out through the membrane, and the concentrated water remaining inside the tube flows out of the tube at the other end.
  • Korean Patent Registration No. 10-0420763 proposed a water treatment apparatus using membrane separation in which a plurality of tubular membranes constitute a unit and are filled in the same direction in a tube of a predetermined length to form a membrane module.
  • the tubular membrane is composed of a tubular separator of a pipe structure, it is possible to operate at a high pressure unlike a general hollow fiber membrane.
  • the main characteristic of the tubular separator is to prevent the contamination on the surface of the separator by transferring the shear force to the separator surface using the inflow raw water by quickly introducing the flow rate of the influent raw water, which is one of the important operating conditions.
  • the tubular membrane can be operated in various ways, but in general, the raw water is introduced into the tubular membrane at a constant linear velocity by adjusting the rotation speed of the inflow pump based on the inflow of the inlet water, and the filtration flow rate is controlled by the pressure generated therein. Will be adjusted. At this time, the filtration flow rate is controlled by installing a separate valve in the production water pipe. In such an operation condition, the filtration flow rate varies according to the contamination of the membrane, and since the pressure cannot be applied to the tubular membrane, it can be produced only by the filtration capacity of the simple tubular membrane.
  • Embodiments of the present invention are to provide a method of operating a water treatment system using a tubular membrane to utilize all of the characteristics that can be operated at high pressures along with the prevention of membrane fouling by the rapid linear velocity of the tubular membrane, production of a fixed flow rate.
  • An operation method of a water treatment system using a tubular membrane is a tubular membrane including a raw water storage tank, an inflow pump, a tubular membrane, a circulating water flow meter, a production water flow meter, a linear speed control valve and a production water storage tank.
  • the rotation speed of the inflow pump is controlled by comparing the measured operation linear speed and the value set in the first step, and controlling the opening and closing rate of the linear speed control valve by comparing the measured filtration flow rate with the value set in the first step.
  • the second step may lower the rotation speed of the pump when the measured operation linear speed is higher than the value set in the first step.
  • the second step may increase the rotation speed of the pump when the measured operating linear velocity is lower than the value set in the first step.
  • the second step may lower the opening and closing rate of the linear speed control valve when the measured filtration flow rate is lower than the value set in the first step.
  • the second step may increase the opening and closing rate of the linear speed control valve when the measured filtration flow rate is higher than the value set in the first step.
  • the second step may increase the rotation speed of the pump when the measured driving line speed is higher than the value set in the first step.
  • the third step is the case where the measured linear speed control valve opening and closing rate, linear speed control valve opening and closing rate holding time and the filtration flow rate are all more than the value set in the first step.
  • the fourth step can be performed.
  • the third step is any one or more of the measured linear speed control valve opening and closing rate, linear speed control valve opening and closing rate maintenance time and the filtration flow rate is set in the first step
  • the rotation speed of the inflow pump may be controlled by measuring the operation linear speed and comparing the measured value with the value set in the first step.
  • the fourth step may lower the rotation speed of the pump when the measured filtration flow rate is higher than the value set in the first step.
  • the fourth step may increase the rotation speed of the pump when the measured filtration flow rate is lower than the value set in the first step.
  • Embodiments of the present invention by controlling the water treatment system to allow the fixed speed and the fixed flow rate operation or the constant flow rate in consideration of the state of the membrane, it is possible to extend the operation duration of the tubular membrane by not applying more pressure to the tubular membrane, the pressure Unnecessary power consumption of the pump to add
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a water treatment system using a tubular membrane according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a water treatment system using a tubular membrane according to an embodiment of the present invention.
  • ... unit means", “... part”, “... member”, etc. described in the specification refer to a unit of a comprehensive configuration that performs at least one function or operation. it means.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a water treatment system using a tubular membrane according to an embodiment of the present invention.
  • the water treatment system 100 may be applied to water treatment of a high concentration of wastewater / wastewater containing suspended solids.
  • the water treatment system 100 filters and floats high concentration wastewater containing relatively large particles of suspended solids, such as livestock wastewater and conveying sludge, or high concentration wastewater containing fine suspended solids, such as semiconductor wastewater and silicon wastewater.
  • Treated water (hereinafter referred to as "production water") can be obtained from which the substance has been removed.
  • the water treatment system 100 purifies the wastewater at a high concentration using a tubular membrane, which is basically a raw water storage tank 10, an inflow pump P1, a tubular membrane 20, and a circulating water flow meter ( 40), the production water flow meter 50 and the production water storage tank 60.
  • a tubular membrane which is basically a raw water storage tank 10, an inflow pump P1, a tubular membrane 20, and a circulating water flow meter ( 40), the production water flow meter 50 and the production water storage tank 60.
  • the raw water storage tank 10 is a tank for storing the raw water
  • the production water storage tank 60 is a tank for storing the production water filtered by the tubular membrane (20).
  • the first connection line (L1) connecting the raw water storage tank and the tubular membrane is provided with an inflow pump (P1) for pumping a certain flow rate of the raw water stored in the raw water storage tank 10 to the tubular membrane (20).
  • the tubular membrane 20 serves to remove contaminants of raw water supplied from the raw water storage tank 10.
  • Raw water introduced into the tubular membrane 20 is produced as a production water passing through it and concentrated water (circulating water) that does not pass.
  • concentrated water circulating water
  • FIG. 1 a plurality of tubular membranes are arranged in series for convenience, but parallel arrangement is also possible.
  • the tubular membrane 20 and the production water storage tank 60 are connected to the second connection line L2 to supply the production water filtered by the tubular membrane 20 to the production water storage tank 60.
  • the second connection line (L2) is provided with a production water flow meter 50 for measuring the flow rate of the production water.
  • the flow rate of the production water is measured by the production water flow meter 50, and the rotation speed of the raw water inflow pump P1 and the opening / closing ratio of the linear speed control valve 30 are controlled by the measured flow rate.
  • the concentrated water flows through the third connection line L3 connecting the tubular membrane 20 and the raw water storage tank 10 and is transferred to the raw water storage tank 10.
  • the third connection line (L3) is installed with a circulating water flow meter 40 that can measure the flow rate of the circulating water and a linear speed control valve 30 for controlling the flow rate of the circulating water so as to maintain a constant linear speed do.
  • the flow rate of the circulating water is measured by the circulation water flow meter 40, and the rotation speed of the raw water inflow pump P1 is controlled by the measured flow rate.
  • the circulating water is injected into the raw water storage tank 10 together with the raw water by the third connection line L3, wherein the mixed water containing the solid material in the mixed water of the raw water and the circulating water is discharged as a discharge line. To the outside through the air.
  • the raw water storage tank 10, the inflow pump (P1), tubular membrane 20, the circulating water flow meter 40, the production water flow meter 50 and the production water storage tank 60 constituting the water treatment system 100 ) Is composed of the main configuration of the high concentration water treatment equipment of the well-known technology known in the art, more detailed description of the configuration will be omitted herein.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of operating a water treatment system using a tubular membrane according to an embodiment of the present invention.
  • the operation method of the water treatment system 100 according to an embodiment of the present invention is operated in consideration of the state of the membrane, the automatic control even at high operating pressure and do not apply more pressure than necessary to maintain the operation duration of the tubular membrane It can be extended.
  • the operation method according to an embodiment of the present invention is made through the constant speed control and the constant flow control, which will be described for each step as follows.
  • the operation linear velocity refers to an in-line linear velocity calculated from the flow rate measured by the circulating water flow meter 40 during operation of the water treatment system 100 according to the present invention.
  • the filtration flow rate is the flow rate of the production water being produced through the tubular membrane 20 of the water treatment system 100 according to the present invention, it can be measured by the production water flow meter (50).
  • the linear speed control valve opening and closing rate means the opening and closing rate of the linear speed control valve 30 of the water treatment system 100 of the present invention.
  • the linear speed control valve opening and closing rate maintenance time means a time during which the linear speed control valve 30 is maintained at the linear speed control valve opening and closing rate.
  • the minimum linear speed means the minimum value of the operation linear speed required to change the operating conditions for the inflow pump (P1) of the water treatment system 100 according to the present invention.
  • the minimum linear speed maintenance time means a time during which the water treatment system 100 of the present invention is operated while maintaining the operation linear speed lower than the minimum linear speed.
  • the operation linear speed, filtration flow rate, linear speed control valve opening and closing rate, linear speed control valve opening and closing rate holding time, the minimum linear speed and the minimum linear speed holding time is the system 100 in the operation method according to an embodiment of the present invention. It is basically a variable to be input for control of). Set these variable values and enter them into the system 100.
  • the rotation speed of the inflow pump is controlled by comparing the measured operation linear speed and the value set in the first step, and the opening and closing rate of the linear speed control valve by comparing the measured filtration flow rate and the value set in the first step.
  • the rotation speed of the inflow pump P1 is maintained in order to maintain the operation linear speed and the filtration flow rate at a constant rate and operate the system 100 at the predetermined speed and the flow rate. And controlling the opening and closing rate of the linear speed control valve (30).
  • the rotation speed of the inflow pump P1 is controlled by comparing the operation linear speed calculated from the value measured by the circulation water flow meter 40 with the operation linear speed value set in the first step. At this time, if the measured operating linear velocity is higher than the value set in the first step, the rotation speed of the pump is lowered, and if it is lower than the value set in the first step, the speed of the pump is increased.
  • the opening and closing rate of the linear speed control valve 30 is controlled by comparing the filtration flow rate measured by the production water flow meter 50 with the filtration flow rate set in the first step. At this time, when the measured filtration flow rate is lower than the value set in the first step, the opening and closing rate of the linear speed control valve 30 is lowered to increase the pressure in the pipe, and conversely, when the filtration flow rate is higher than the value set in the first step, the linear speed control valve 30 Increases the opening and closing rate of the tube to lower the pressure in the tube.
  • the linear speed control valve opening and closing rate, the linear speed control valve opening and closing rate holding time and the filtration flow rate are measured and compared with the value set in the first step (third step) (S3).
  • the variables necessary for changing the driving method are compared.
  • the linear speed control valve opening and closing rate, the linear speed control valve opening and closing rate holding time and the filtration flow rate are measured, and compared with the value set in the first step, to determine whether they are equal to or greater than the set value.
  • step 4 when all of these values are equal to or greater than the set value, since the initial operation condition is excessively operated compared to the state of the tubular membrane, the following operation will be described later to convert the operation of the system 100 to the constant flow operation in the fixed speed and the constant flow operation. Perform step 4. On the contrary, when any one or more of these values is less than the set value, the operation linear speed is measured to compare the measured value with the value set in the first step to control the rotation speed of the inflow pump.
  • the rotation speed of the inflow pump is controlled by comparing the measured filtration flow rate with the value set in the first step (S4).
  • the fourth step is a step for controlling the pump by utilizing the signal of the production flow meter in order to operate at a constant flow rate because the state of the tubular membrane 20 is good in the system 100 of the present invention.
  • the rotation speed of the pump is lowered to lower the filtration flow rate, and conversely, the measured filtration flow rate is lower than the value set in the first step. In this case, increase the rotation speed of the pump to increase the filtration flow rate.
  • the process returns to the second stage (step 5) ( S5).
  • the operation linear velocity measured from the circulating flowmeter 40 is smaller than the minimum linear velocity value set in the first stage, and the operation linear velocity below the minimum linear velocity is maintained above the minimum linear velocity duration set in the first stage. If it returns to the second step.
  • the water treatment system can be operated using both the membrane fouling prevention due to the rapid linear velocity which is the greatest advantage of the tubular membrane, and the characteristics that can be operated at the high pressure of the tubular membrane at the same time as the constant flow rate production. have.

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Abstract

관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법을 제공한다. 개시된 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법은 운전 선속도, 여과유량, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간, 최저 선속도 및 최저 선속도 유지시간에 대한 값을 설정하여 입력한 뒤 시스템을 운전하는 제1단계; 측정된 운전 선속도와 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하고, 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 선속도조절밸브의 개폐율을 제어하는 제2단계; 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량을 측정하여 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하는 제3단계; 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하는 제4단계; 및 측정된 운전 선속도가 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 값보다 작고, 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 지속시간 이상으로 유지되는 경우 상기 제2단계로 복귀하는 제5단계를 포함할 수 있다.

Description

관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법
본 발명의 실시예는 관형막의 빠른 선속도에 의한 막오염 방지, 정유량 생산과 함께 고압에서도 운전 가능한 특성을 모두 활용할 수 있도록 한 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법에 관한 것이다.
일반적으로, 오/폐수(이하에서는 편의 상 "원수" 라고 한다) 등을 정화하는 수처리 분야에서는 막(membrane)을 이용하여 원수 중의 오염 물질을 여과함으로써 처리수를 얻고 있는데, 이러한 막은 원수 중의 콜로이드, 미립자 등의 부유물질을 분리 제거하는 데 적합하다.
막은 형태에 따라 크게 판틀형(Plate-and-frame type), 관형(Tubular type), 나권형(Spiral-wound type), 모세관형(Capillary-fiber type), 그리고 실관형(Hollow-fiber type) 막으로 구분할 수 있다.
관형막은 내압 용기 안에 파이프 형상의 분리막 엘리먼트를 여러 개 모아 놓은 형태로, 일반적으로 직경 12∼25mm의 고압에서 견딜 수 있는 다공성 튜브 내에 위치한다. 상기 관형막은 고압을 지닌 유입수가 튜브 내로 유입되고, 이때 여과 처리된 생산수는 막을 통과하여 막을 통해 외부로 유출되고 튜브의 내부에 남은 농축수는 다른 쪽 끝에서 관 밖으로 유출된다.
대한민국 특허등록 제10-0420763호는 다수의 관형막이 유니트를 이루며, 일정 길이의 관체에 동일방향으로 충진되어 분리막 모듈을 이루고 있는 막분리를 이용한 수처리 장치를 제안하였다.
특히, 관형막은 파이프 구조의 관형 분리막으로 구성되어 있기 때문에 일반적인 중공사막과는 다르게 높은 압력에서도 운전이 가능하다. 관형 분리막의 경우 중요한 운전 조건 중 하나인 유입 원수의 유량을 빠르게 유입시켜 유입 원수를 활용한 분리막 표면에 전단력을 전달함으로써 분리막 표면의 오염을 방지할 수 있는 것이 관형 분리막의 가장 큰 특징이다.
이러한 관형 분리막의 운전은 여러 가지 방법으로 운전할 수 있지만 일반적으로는 유입원수 유량을 바탕으로 유입펌프의 회전수를 조절하여 일정 선속도로 관형막에 원수를 유입시키며, 여기서 발생하는 압력으로 여과유량을 조절하게 된다. 이때 여과유량은 생산수 배관에 별도의 밸브 등을 설치하여 여과유량을 조절하게 된다. 이런 운전 조건의 경우 막의 오염에 따라서 여과유량이 달라지며 관형 분리막에 압력을 가할 수 없기 때문에 단순 관형 분리막의 여과능으로만 생산을 할 수 있다.
한편 선속도조절밸브를 설치함으로써 관형 분리막에 일정 압력을 가할 수 있게 되지만 압력을 가하기 위해서 순환수의 유로를 좁힘으로써 일정한 선속도로 운전할 수 없게 된다. 이러한 운전방식으로는 자동제어도 불가하며 자동제어를 하게 되어도 막의 상태에 따라서 일정한 생산유량을 생산할 수 없게 된다.
따라서, 관형막의 여과특성을 최대한 활용할 수 있는 운전기술에 대한 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예들은 관형막의 빠른 선속도에 의한 막오염 방지, 정유량 생산과 함께 고압에서도 운전 가능한 특성을 모두 활용할 수 있도록 한 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법은 원수 저장탱크, 유입펌프, 관형막, 순환수유량계, 생산수유량계, 선속도조절밸브 및 생산수 저장탱크를 포함하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법에 있어서,
운전 선속도, 여과유량, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간, 최저 선속도 및 최저 선속도 유지시간에 대한 값을 설정하여 입력한 뒤 시스템을 운전하는 제1단계;
측정된 운전 선속도와 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하고, 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 선속도조절밸브의 개폐율을 제어하는 제2단계;
선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량을 측정하여 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하는 제3단계;
측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하는 제4단계; 및
측정된 운전 선속도가 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 값보다 작고, 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 유지시간 이상으로 유지되는 경우 상기 제2단계로 복귀하는 제5단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제2단계는 측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제2단계는 측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제2단계는 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 선속도조절밸브의 개폐율을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제2단계는 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 선속도조절밸브의 개폐율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제2단계는 측정된 운전선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제3단계는 측정된 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량이 모두 제1단계에서 설정된 값 이상인 경우 제4단계를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제3단계는 측정된 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량 중 어느 하나 이상이 제1단계에서 설정된 값 미만인 경우 운전 선속도를 측정하여 측정된 값과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제4단계는 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 운전방법에 있어서, 상기 제4단계는 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 막의 상태를 고려하여 정선속도 및 정유량 운전 또는 정유량 운전할 수 있도록 수처리 시스템을 제어함으로써, 관형막에 필요 이상의 압력을 가하지 않아 관형막의 운전 지속시간을 연장할 수 있고, 압력을 가하기 위한 펌프의 불필요한 동력소모도 방지할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이와 같은 도면은 본 발명의 바람직한 실시예와 기술적인 사상 또는 특징 등을 구체적이고 명확하게 설명하기 위한 참고용이므로, 실제 제품 사양과 다를 수도 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시스템(100)은 부유 물질을 함유한 고농도의 오/폐수 등을 수처리 하는데 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 수처리 시스템(100)은 축산 폐수, 반송 슬러지 등과 같이 비교적 큰 입자의 부유 물질을 함유한 고농도 폐수, 또는 반도체 폐수, 실리콘 폐수 등과 같이 미세한 부유 물질을 함유한 고농도 폐수를 여과하여 부유 물질을 제거한 처리수(이하에서는 "생산수" 라고 한다)를 얻을 수 있다.
이와 같은 수처리 시스템(100)은 관형의 막(membrane)을 이용하여 고농도의 폐수를 정화하는데, 기본적으로는 원수 저장탱크(10), 유입펌프(P1), 관형막(20), 순환수유량계(40), 생산수유량계(50) 및 생산수 저장탱크(60)를 포함하고 있다.
상기 원수 저장탱크(10)는 원수를 저장하는 탱크이며, 생산수 저장탱크(60)는 관형막(20)에서 여과된 생산수를 저장하는 탱크이다.
원수 저장탱크와 관형막을 연결하는 제1 연결라인(L1)에는 원수 저장탱크(10)에 저장된 원수를 관형막(20)으로 일정 유량 압송하기 위한 유입펌프(P1)가 설치된다.
상기 관형막(20)은 원수 저장탱크(10)로부터 공급되는 원수의 오염 물질을 제거하는 기능을 하게 된다. 관형막(20)에 유입된 원수는 이를 통과하는 생산수와 통과하지 못하는 농축수(순환수)로 생산된다. 도 1에서 편의상 복수 개의 관형막이 직렬로 배치된 것으로 도시하였으나, 병렬 배치도 가능하다.
상기 관형막(20)에서 여과된 생산수를 생산수 저장탱크(60)로 공급하기 위해 관형막(20)과 생산수 저장탱크(60)는 제2 연결라인(L2)으로 연결되어 있다. 상기 제2 연결라인(L2)에는 생산수의 유량을 측정하는 생산수유량계(50)이 설치된다. 상기 생산수유량계(50)에 의해 생산수의 유량을 측정하고, 이때 측정된 유량에 의해 원수 유입펌프(P1)의 회전수와 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 제어한다.
한편, 농축수(순환수)는 관형막(20)과 원수 저장탱크(10)을 연결하는 제3 연결라인(L3)를 유동하며 원수 저장탱크(10)로 이송된다. 상기 제3 연결라인(L3)에는 순환수의 유량을 측정할 수 있는 순환수 유량계(40) 및 선속도를 일정하게 유지할 수 있도록 순환수의 유량을 제어하기 위한 선속도조절밸브(30)가 설치된다. 상기 순환수 유량계(40)에 의해 순환수의 유량을 측정하고, 이때 측정된 유량에 의해 원수 유입펌프(P1)의 회전수를 제어한다.
상기 제3 연결라인(L3)에 의해 순환수가 원수 저장탱크(10)에 원수와 함께 주입되며, 이때 상기 원수와 순환수의 혼합수 내 고형 물질을 포함하는 혼합수는 배출수(concentrate)로서 배출 라인을 통해 외부로 배출한다.
여기서, 상기 수처리 시스템(100)을 구성하는 원수 저장탱크(10), 유입펌프(P1), 관형막(20), 순환수유량계(40), 생산수유량계(50) 및 생산수 저장탱크(60)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 고농도 수처리 설비의 주요 구성으로 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법을 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수처리 시스템(100)의 운전방법은 막의 상태를 고려하여 운전하되, 높은 운전 압력에서도 자동제어가 되며 필요 이상의 압력을 가하지 않아 관형막의 운전 지속시간을 연장할 수 있는 단계로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 운전방법은 정선속도 제어와 정유량 제어를 통해 이루어지며, 이를 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 운전 선속도, 여과유량, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간, 최저 선속도 및 최저 선속도 유지시간에 대한 값을 설정하여 입력한 뒤 시스템을 운전한다(제1단계)(S1).
상기 운전 선속도는 본 발명에 따른 수처리 시스템(100)의 운전시 순환수유량계(40)에서 측정된 유량으로부터 계산되는 관내 선속도를 의미한다.
상기 여과유량은 본 발명에 따른 수처리 시스템(100)의 관형막(20)을 통하여 생산되고 있는 생산수의 유량으로, 생산수유량계(50)에 의해 측정될 수 있다.
상기 선속도조절밸브 개폐율은 본 발명의 수처리 시스템(100)의 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 의미한다.
상기 선속도조절밸브 개폐율 유지시간은 선속도조절밸브(30)가 상기 선속도조절밸브 개폐율로 유지되어 운전되고 있는 시간을 의미한다.
상기 최저 선속도는 본 발명에 따른 수처리 시스템(100)의 유입펌프(P1)에 대한 가동조건 변경이 필요한 운전 선속도의 최소 값을 의미한다.
상기 최저 선속도 유지시간은 상기 최저 선속도 보다 낮은 값의 운전 선속도를 유지하며 본 발명의 수처리 시스템(100)이 운전되고 있는 시간을 의미한다.
이와 같은, 운전 선속도, 여과유량, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간, 최저 선속도 및 최저 선속도 유지시간은 본 발명의 일실시예에 따른 운전방법에서 시스템(100)의 제어를 위해 기본적으로 입력되어야 하는 변수이다. 이러한 변수 값을 설정하고, 이를 시스템(100)에 입력한다.
다음으로, 측정된 운전 선속도와 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하고, 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 선속도조절밸브의 개폐율을 제어한다(제2단계)(S2).
상기 제2단계는 시스템(100)의 여과공정이 시작된 후, 운전 선속도와 여과유량을 일정하게 유지하여 정선속도 및 정유량으로 시스템(100)을 운전하기 위해, 유입펌프(P1)의 회전수와 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 제어하는 단계이다.
구체적으로 순환수유량계(40)에서 측정된 값에서 계산된 운전 선속도와 상기 제1단계에서 설정된 운전 선속도 값을 비교하여 유입펌프(P1)의 회전수를 제어한다. 이때 측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮추고, 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높인다.
그리고, 생산수유량계(50)에서 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 여과유량을 비교하여 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 제어한다. 이때 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 낮춰 관내 압력을 높이고, 이와 반대로 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 선속도조절밸브(30)의 개폐율을 높여 관내 압력을 낮춰준다.
이어서, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량을 측정하여 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교한다(제3단계)(S3).
상기 제2단계에서 정선속도로 시스템(100)을 운전하기 위해, 제1단계에서 설정한 운전 선속도로 원수를 유입시킨다. 이러한 상황에서 분리막의 상태가 깨끗하다면 관내에 압력을 가하지 않아도 여과가 잘 이루어지기 때문에 선속도조절밸브가 제1단계에서 설정된 개폐율로 열려 있는 상황에서도 제1단계에서 설정한 여과유량 보다 많이 여과된다. 따라서, 시스템(100)에서 제2단계를 통해 유지되고 있는 운전 선속도는 관형막(20) 상태보다 필요 이상으로 빠른 것이기 때문에 정선속도 및 정유량 운전에서 정유량 운전으로 시스템(100)을 운전하는 방식이 필요하다.
이에 따라 제3단계에서는 운전방식 변경을 위해 필요한 변수를 비교한다.
즉, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량을 측정하여, 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하여, 이들이 설정된 값 이상인지 확인한다.
그 결과, 이들 값 모두가 설정된 값 이상인 경우, 초기 운전 조건이 관형막의 상태에 비해 과하게 운전되는 것이므로, 정선속도 및 정유량 운전에서 시스템(100)의 운전을 정유량 운전으로 전환하기 위해 후술할 제4단계를 수행한다. 반대로 이들 값 중 어느 하나 이상이 설정된 값 미만인 경우, 운전 선속도를 측정하여 측정된 값과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어한다.
다음으로, 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어한다(제4단계)(S4).
제4단계는 본 발명의 시스템(100)에서 관형막(20)의 상태가 양호하여 정유량으로 운전하기 위해, 생산수유량계의 신호를 활용하여 펌프를 제어하기 위한 단계이다.
이를 위해, 생산수유량계(50)에 의해 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮춰 여과유량을 낮추고, 반대로 측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높여 여과유량을 높인다.
마지막으로, 측정된 선속도가 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 값보다 작고, 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 지속시간 이상으로 유지되는 경우 상기 제2단계로 복귀한다(제5단계)(S5).
본 단계는 관형막이 원수를 여과하면서 상태가 악화되므로, 압력을 가하지 않으면 여과가 원활히 이루어지기 어려우므로, 정유량 운전에서 정선속도 및 정유량 운전으로 전환하기 위한 필요한 조건을 확인하는 단계이다.
즉, 순환수유량계(40)로부터 측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 최저 선속도 값보다 작고, 최저 선속도 이하의 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 최저 선속도 지속시간 이상으로 유지되는 경우 상기 제2단계로 복귀한다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 관형막의 최대 장점인 빠른 선속도에 의한 막오염 방지와, 일정 유량 생산과 동시에 관형막의 높은 압력에서도 운전가능한 특성을 모두 이용하여 수처리 시스템을 운전할 수 있다.
또한, 막의 상태와 상관없이 운전 입력 인자만을 충족하기 위해 운전이 되는 것이 아니라, 막의 상태를 고려하여 필요 이상의 압력을 가하지 않으므로 관형막의 운전 지속시간을 연장할 수 있고, 압력을 가하기 위한 펌프의 불필요한 동력소모도 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 원수 저장탱크, 유입펌프, 관형막, 순환수유량계, 생산수유량계, 선속도조절밸브 및 생산수 저장탱크를 포함하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법에 있어서,
    운전 선속도, 여과유량, 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간, 최저 선속도 및 최저 선속도 유지시간에 대한 값을 설정하여 입력한 뒤 시스템을 운전하는 제1단계;
    측정된 운전 선속도와 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하고, 측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 선속도조절밸브의 개폐율을 제어하는 제2단계;
    선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량을 측정하여 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하는 제3단계;
    측정된 여과유량과 상기 제1단계에서 설정된 값과 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하는 제4단계; 및
    측정된 운전 선속도가 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 값보다 작고, 상기 제1단계에서 설정된 최저 선속도 지속시간 이상으로 유지되는 경우 상기 제2단계로 복귀하는 제5단계
    를 포함하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
    측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮추는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
    측정된 운전 선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높이는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
    측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 선속도조절밸브의 개폐율을 낮추는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
    측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 선속도조절밸브의 개폐율을 높이는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서,
    측정된 운전선속도가 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 높이는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서,
    측정된 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량이 모두 제1단계에서 설정된 값 이상인 경우 제4단계를 수행하는 것을 특징으로 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3단계에서,
    측정된 선속도조절밸브 개폐율, 선속도조절밸브 개폐율 유지시간과 여과유량 중 어느 하나 이상이 제1단계에서 설정된 값 미만인 경우 운전 선속도를 측정하여 측정된 값과 상기 제1단계에서 설정된 값을 비교하여 유입펌프의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서,
    측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 높을 경우 펌프의 회전수를 낮추는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제4단계에서,
    측정된 여과유량이 제1단계에서 설정된 값보다 낮을 경우 펌프의 회전수를 높이는 것을 특징으로 하는 관형막을 이용한 수처리 시스템의 운전방법.
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