WO2016140412A1 - 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법 - Google Patents

정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법 Download PDF

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WO2016140412A1
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membrane
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김지훈
김형수
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Sungkyunkwan University
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Sungkyunkwan University
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    • 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
    • B01D61/002—Forward osmosis or direct osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/10—Testing of membranes or membrane apparatus; Detecting or repairing leaks
    • B01D65/109—Testing of membrane fouling or clogging, e.g. amount or affinity
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the field of water treatment, and more particularly, to a monitoring apparatus and a method for detecting the degree of membrane contamination of the forward osmosis membrane vessel in the forward osmosis membrane treatment apparatus.
  • the membrane filtration process refers to a physical filtration method in which a separation membrane is used as a filter medium to pass water to separate and remove impurities in the influent and obtain clean filtered water.
  • the membrane having a selective permeability is interposed therebetween, and the water of the low concentration side is disposed therebetween.
  • the osmosis principle which is a physical phenomenon that moves through the membrane and moves toward higher concentrations.
  • the pressure generated by moving a relatively large amount of water toward a high concentration is called osmotic pressure
  • the driving force for forward osmosis is an osmotic pressure gradient unlike a reverse osmosis process using hydraulic pressure. )to be.
  • the forward osmosis process has many advantages. Membrane contamination is low, and it can handle the change of salt content according to various kinds of influent water, and energy consumption is much lower than reverse osmosis process without considering regeneration of draw solution.
  • the permeability and salt removal rate of the forward osmosis membrane itself is relatively high, the recovery rate is relatively high, the forward osmosis membrane can be replaced with the reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane when the desalination plant is renovated, and the module can be integrated.
  • FIG. 1B illustrates that the pretreated water and the induced solution supplied from the pretreatment unit 10 and the induction solution supply unit 20 are injected into the FO treatment unit 30 and then RO treated in the RO unit 40 to generate final treated water.
  • the FO processing unit 30 is composed of a forward osmosis membrane vessel.
  • Figure 1c shows an example of the forward osmosis membrane vessel, which is illustrated as having seven elements 31 to 37 by way of example.
  • each of the elements 31 to 37 is a normal osmosis membrane, so membrane fouling inevitably occurs during the filtration process.
  • Detailed description of the forward osmosis membrane vessel of Figure 1c will be described later.
  • membrane fouling is a phenomenon in which various foreign substances existing in the inflow water flowing into the membrane are deposited or adsorbed on the surface of the filter membrane to reduce the permeate amount of the membrane. Based on the causative substances, membrane fouling of particulate matter by colloid or suspended solids, membrane fouling of organic substances by adsorption of organic substances such as natural organic substances, biofilm fouling by microorganism attachment or growth, precipitation or scale of metal salts, etc. It can be classified into inorganic membrane fouling.
  • Membrane contamination in desalination plants is the biggest problem when operating in the field because it reduces the membrane performance and lowers the recovery rate.
  • CIP cleaning in place
  • CIP chemical cleaning
  • the most widely used method may be referred to as a method for measuring a Si Den Density Index (SDI) index.
  • SDI Si Den Density Index
  • the SDI index obtained by measuring the SDI of the influent is a method of predicting the membrane fouling tendency of the influent in the desalination process using the reverse osmosis membrane / forward osmosis membrane and the nanofiltration membrane. In general, when the SDI index value is less than 2 to 3, it is determined that the membrane contamination is not severe inflow source water, and when the SDI index value is 5 or more, it is determined that the membrane contamination is an influent source.
  • the SDI index is only a method of indirectly measuring the possibility of membrane contamination, and in particular, it is measured by passing the influent at a pressure of 30 psi using a separator having a diameter of 47 mm (or 0.45 pore size). There is a big problem that the impact of colloids or organic matter of a smaller size can not be evaluated.
  • the desalination process mainly using the reverse osmosis membrane / the forward osmosis membrane and the nanofiltration membrane uses a cross-flow filtration mode in which the inflow direction and the permeation direction of the filtration membrane are operated at right angles to each other.
  • the dead-end mode and the filtering principle are different.
  • MFI modified fouling index
  • MFI-UF modified fouling index by ultrafilter
  • MFI-NF modified fouling index by nanofilter
  • Korean Patent Publication No. 10-2011-0089710 Korean Patent Publication No. 10-2014-0016417, Korean Patent Publication No. 10-2010-0057262, Korean Patent Publication No. 10-2013-0081436, Korean Patent Publication No. 10- 2014-0076197 is a quantitative membrane fouling index for membrane fouling caused by particulate matter, colloidal material, organic matter, etc., using a variety of microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), and nanofiltration (NF) separation membranes.
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • NF nanofiltration
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0054670 discloses a membrane fouling index (TMP, trans-membrane pressure) in real time in a membrane filtration process operated at low pressure of microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF).
  • TMP membrane fouling index
  • MF microfiltration
  • UF ultrafiltration
  • the present invention proposes an apparatus and method for controlling membrane fouling using a membrane fouling index that can be calculated using a rate of change and can selectively perform optimal chemical cleaning (CIP) according to the calculated membrane fouling index.
  • CIP chemical cleaning
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2013-0085220 proposes a real-time monitoring device that receives measurement information from sensors such as a flowmeter and a pressure gauge of a seawater desalination plant, calculates a membrane fouling degree of a reverse osmosis membrane, and diagnoses and controls it through a control unit.
  • Korean Patent Registration No. 10-0811199, Korean Patent Registration No. 10-1318578, and Korean Patent Publication No. 10-2011-0102750 are flow field flow fractions useful for the measurement of molecular weight and particle size distribution, such as chromatography.
  • Korean Patent Publication No. 10-2014-0037357 focuses on the fact that it is very important not only to predict membrane fouling through membrane fouling index, but also to normalize the water treatment process by cleaning contaminated separators.
  • a washing index measuring device is proposed.
  • microfiltration membrane and the reverse osmosis membrane operated at high pressure by the solute and solvent diffusion and transfer principle do not have a pore size, and thus the microfiltration membrane and ultrafiltration membrane having the pore size and operated at low pressure by the sieving method principle.
  • the filtration mechanism of the membrane is due to the difference.
  • nanofiltration membrane, reverse osmosis membrane, and forward osmosis membrane are different from microfiltration membrane and ultrafiltration membrane.
  • Particles, organic substances, and inorganic substances (scaling) which generally block pore by water washing or air scribing with chemicals are added. It is virtually impossible to apply the techniques proposed here to desalination plants, such as reverse osmosis / forward osmosis, in that backwashing is not possible for biofilm fouling.
  • Figure 2 shows a facility for detecting membrane fouling of the forward osmosis membrane vessel (see www.filtsep.com).
  • a separate skid facility such as FIG. 2 is used that can simulate the desalination plant without affecting the main plant.
  • the skid facility as shown in FIG. 2 employs about one forward osmosis membrane vessel applied to the actual forward osmosis membrane treatment apparatus. Examining the degree of membrane contamination of one forward osmosis membrane vessel, the actual degree of membrane contamination of the forward osmosis membrane vessel is estimated.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 10-2011-0089710
  • Patent Document 2 Korean Patent Publication No. 10-2014-0016417
  • Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 10-2010-0057262
  • Patent Document 4 Korean Patent Publication No. 10-2013-0081436
  • Patent Document 5 Korean Patent Publication No. 10-2014-0076197
  • Patent Document 6 Korean Patent Publication No. 10-2014-0054670
  • Patent Document 7 Korean Patent Publication No. 10-2013-0085220
  • Patent Document 8 Korean Patent Registration No. 10-0811199
  • Patent Document 9 Korean Registered Patent No. 10-1318578
  • Patent Document 10 Korean Patent Publication No. 10-2011-0102750
  • Patent Document 11 Korean Patent Publication No. 10-2014-0037357
  • the present invention is to propose a device and method that can effectively and accurately monitor the degree of membrane fouling of the forward osmosis membrane, in particular in the forward osmosis membrane treatment process.
  • FIG. 1B shows an example composed of seven separator elements, but is not limited thereto.
  • the first and last elements are important here.
  • the first lead element has the largest amount of water to be treated and causes a membrane fouling phenomenon in which particle membrane fouling and organic (biological) membrane fouling dominate.
  • the last end element is accelerated by the filtration of the previous elements, so that the least amount of water is processed, and the membrane fouling phenomenon in which inorganic (scale) membrane fouling is dominant is different.
  • the present invention proposes an apparatus and method for predicting effective and accurate membrane fouling phenomenon by sufficiently reflecting these characteristics.
  • the middle element from the second element to the sixth element is an element of a membrane contamination process, and thus, in order to simulate this, the filtration cycle of the rapid and sequential cyclic repetition is simulated. It is desirable to have the present invention, and through this, it is proposed a device and method for quickly predicting.
  • the influent storage unit 100; Induction solution storage unit 200; And an inflow solution stored in the inflow water storage unit 100 and an induction solution stored in the induction solution storage unit 200 are introduced, and the FO treatment simulation is performed by simulating the forward osmosis membrane vessel and separating the treated water and the concentrated water by FO treatment.
  • the FO processing simulation unit 300 includes a portion 300, the concentrated water separated in the FO processing simulation unit 300 is re-introduced into the influent storage unit 100, the FO processing simulation unit 300 is the first FO cell 310 And a second FO cell 320 and a third FO cell 370, and according to the level of the influent storage unit 100, the influent from the influent storage unit 100 and the induction solution storage unit 200 A solution for monitoring real-time membrane fouling in a forward osmosis membrane vessel, in which an induction solution from) is introduced into any one of the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370.
  • first F0 cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370 are preferably separated from each other.
  • valve (V11) provided in the line inflowing the inflow water into the inlet storage unit 100;
  • a valve (V12) provided in a line drained from the inflow water storage unit (100);
  • Valves (V13, V14, and V15) provided in lines for introducing inflow water into the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370;
  • a valve (V21) provided in a line through which the induction solution flows into the induction solution storage unit 200; Valves (V23, V24, V25) respectively provided in the line into which the induction solution flows into the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370;
  • a pump (P1) provided in a line from which the inflow water flows out from the inflow water storage unit 100;
  • it is preferable to further include a pump (P2) provided in the line from which the induction solution flows out from the induction solution storage unit 200.
  • valves V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, and V25 may be opened and closed depending on the level of the influent storage part 100, and the pumps P1 and P2. It is preferable that the operation is determined according to the water level of the influent storage unit 100.
  • LS water level sensor
  • RO processing unit 400 for RO processing the treated water separated from the FO processing simulation unit 300.
  • an induction solution recovery unit 450 for recovering the induction solution from the treated water separated from the FO treatment simulation unit 300.
  • the induction solution recovered by the induction solution recovery unit 450 may be re-introduced into the induction solution storage unit 200.
  • the water temperature control device for adjusting the inlet water temperature in the inlet water storage unit (H); And it is preferable to further include a driver (M) for stirring the influent in the influent storage unit (100).
  • Pre-treatment unit 10 is the pre-treatment of the inlet is introduced;
  • the FO processing unit 30 is an forward osmosis membrane vessel, and a plurality of FO elements connected to each other. 31 to 37, wherein the plurality of FO elements 31 to 37 are lead elements 31 at the uppermost stage through which pretreatment water flows in, and end elements 37 through which the treated water flows out.
  • the reduced ratio of the current water level relative to the total water level of the inflow water storage unit 100 preferably corresponds to the recovery rate of the FO processing unit 30.
  • the inflow water stored in the inflow water storage unit 100 of the real-time membrane fouling monitoring device is preferably the same as the pretreatment water flowing into the FO processing unit 30.
  • another embodiment of the present invention (a) when the water level of the influent storage unit 100 is a predetermined full water level (L0), the influent and the induction solution is the first FO cell ( Entering 310; (b) When the level of the inflow water storage unit 100 is the first level L1 set in advance, the inflow into the first FO cell 310 is stopped, the influent and the induction solution to the second FO cell 320 Incoming step; And (c) when the water level of the inflow water storage unit 100 is the preset second water level L2, the inflow into the second FO cell 320 is stopped, and the inflow water and the induction solution are transferred to the third FO cell 370. It proposes a real-time membrane fouling monitoring method comprising the step of introducing into.
  • step (a) (0) the inflow water is introduced into the inflow water storage unit 100 so that the water level of the inflow water storage unit 100 reaches a preset full water level (L0), and the induction solution is It is preferable to further include the step of introducing into the draw solution storage 200.
  • the step (0) includes the step of opening the valve (V11, V21) by the control unit, the step (a), the control unit opens the valve (V13, V23) and the pump (P1, And actuating P2), wherein step (b) includes opening the valves V14 and V24 and closing valves V13 and V23, wherein step (c) includes: The control unit includes the steps of opening the valve (V15, V25) and closing the valve (V14, V24), and the step (d), the control unit opens the valve (V12), pump (P1, It is preferred to include stopping the operation of P2) and closing the valves V15 and V25.
  • step (d) after confirming that all the fluid remaining in the influent storage unit 100 is drained, it is preferable to return to the step (0).
  • the membrane fouling state of the FO processing simulation unit 300 it is preferable that the membrane fouling state of the FO processing unit 30 is detected.
  • the inflow water flowing into the forward osmosis membrane vessel is filtered and monitored in real time directly through a continuous desalination apparatus equipped with three small cells having a membrane area of several hundred times smaller than a commercial membrane. I can reproduce it.
  • 1A and 1B show a conventional general forward osmosis membrane device.
  • FIG. 1C is a conceptual view for explaining the elements in the FO processing unit which is the forward osmosis membrane vessel forming the forward osmosis membrane apparatus shown in FIGS. 1A and 1B.
  • FIG. 2 is a photograph of a conventional osmosis membrane skid for monitoring membrane fouling of the forward osmosis membrane vessel.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a first embodiment of a real time membrane fouling monitoring apparatus according to the present invention
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a second embodiment of a real time membrane fouling monitoring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a real-time membrane fouling monitoring method according to the present invention.
  • Figure 6 is a table for explaining the operation / opening and closing of the valve and the pump in order to explain the real-time membrane fouling monitoring method according to the present invention.
  • inflow water means a fluid introduced into the forward osmosis membrane vessel. Any fluid, such as raw water, such as seawater, wastewater, sewage treatment water, and brackish water, and pretreatment water which pretreated them may be sufficient.
  • induction solution means a high concentration solution for forward osmosis is put into the forward osmosis membrane vessel.
  • the induction solution may be seawater, but may be any fluid that can be applied for forward osmosis treatment.
  • FO element refers to a unit constituting the forward osmosis membrane vessel, and may also be referred to as "FO module”.
  • the "level sensor (LS)” does not mean only means for detecting the level of the influent, but means all means for detecting information such as water level, weight, flow rate, for example, water level sensor, weight sensor, It may include a flow meter, but is not limited thereto.
  • umps P1 and P2 means a means for applying a pressure for transferring the fluid, and is not limited in the magnitude of the pressure.
  • the forward osmosis membrane vessel of the general forward osmosis membrane processing apparatus is shown.
  • the FO processing unit 30 may be referred to as an forward osmosis membrane vessel, and includes a plurality of elements 31 to 37.
  • one forward osmosis membrane vessel is composed of 3 to 10 elements, which will be described here as an example of 7 elements.
  • the FO elements 31 to 37 are positioned at the leading end element 31 through which the inflow water and the induction solution flow in, the end element 37 at the end through which the treated water flows out, and between them. It consists of a number of middle elements 32 to 36. There are five middle elements 32 to 36 shown, but there is no limit to the number as described above.
  • the lead element 31 and the end element 37 are important. Since influent flows through each element sequentially, the membrane fouling pattern of the two elements is significantly different after a long time since the forward osmosis membrane treatment apparatus is operated.
  • the lead element 31 the inflow water is mainly made of particle membrane fouling, organic membrane fouling, the last end element 37 is mainly composed of inorganic membrane fouling (scaling).
  • the present invention separates the first FO cell 310 corresponding to the lead element 31 and the third FO cell 370 corresponding to the end element 37 separately, Middle elements 32 to 36 between are set to one second FO cell 320.
  • the size of the second FO cell 320 is set corresponding to the size or capacity of the middle element (32 to 36) to check the actual film contamination state.
  • the real-time membrane fouling monitoring apparatus is operated at the same level by reducing only the absolute amount of the treatment compared to the forward osmosis membrane treatment apparatus in operation. That is, by checking the degree of membrane contamination of each of the FO cells 310, 320, 370 of the FO processing simulation unit 300 according to the present invention, the degree of membrane contamination of the forward osmosis membrane treatment apparatus in actual operation, or Estimation can be made without analysis, and cleaning methods for optimum cleaning effects can also be estimated.
  • a key component having such a function is the FO processing simulation unit 300. This works by simulating the processing of the FO processing unit 30 of the actual forward osmosis membrane treatment apparatus.
  • the first FO cell 310 corresponding to the lead element 31 of the FO processing unit 30, the third FO cell 370 corresponding to the end element 37, and the middle element 32 therebetween. 36 consists of one second FO cell 320.
  • Each FO cell 310, 320, 370 utilizes a membrane section that cuts the actual membrane into smaller sizes.
  • the size of the membrane sections may be adjusted, or the size may be similar, but the second FO cell 320 may be used by stacking multiple sections.
  • the membrane contamination progress of the FO treatment simulation unit 300 is consequently performed. It is made similar to the membrane fouling progression of the FO processing section 30 of the actual forward osmosis membrane treatment apparatus.
  • the influent storage unit 100 may be provided with a water temperature control device (H) for adjusting the influent temperature, a driver (M) for stirring the influent.
  • H water temperature control device
  • M driver
  • the FO processing simulation unit 300 can approximate the FO processing unit 30.
  • Inflow water input from the inflow water storage unit 100 to the FO processing simulation unit 300 is controlled by sensing the water level of the inflow water storage unit 100.
  • the inflow water storage unit 100 is provided with a water level sensor (LS) for detecting the water level.
  • LS water level sensor
  • a valve V11 is provided at a line into which the inflow water flows into the inflow water storage unit 100
  • another valve V12 is provided at a line draining from the inflow water storage unit 100
  • the first FO cell 310 is provided.
  • the second FO cell 320 and the third FO cell 370 are provided with different valves V13, V14, and V15, respectively, in the inflow line.
  • a separate pump P1 is further provided in a line into which the inflow water flows into the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370.
  • Induction solution storage unit 200 may also be provided with a water temperature control device (H) for adjusting the temperature of the induction solution, a driver (M) for stirring the influent.
  • H water temperature control device
  • M driver
  • the induction solution introduced from the induction solution storage unit 200 to the FO processing simulation unit 300 is controlled by sensing the level of the inflow water storage unit 100, such as inflow water flowing from the inflow water storage unit 100. Therefore, it is not necessary to provide a separate level sensor in the induction solution storage unit 200.
  • a valve V21 is provided in a line into which the induction solution flows into the induction solution storage unit 200, and leads to the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370.
  • Different valves V23, V24 and V25 are provided in the line into which the solution is introduced.
  • a separate pump P2 is further provided in a line into which the induction solution flows into the first FO cell 310, the second FO cell 320, and the third FO cell 370.
  • the controller adjusts the valves V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, and V25 and the pumps P1 and P2 according to the level of the influent storage unit 100.
  • the concentrated water and the diluted induction solution are separated and discharged by the inflow water and the induction solution.
  • the diluted induction solution is RO treated in the RO unit 400 and stored in a separate treated water storage unit 400, and the induction solution of the initial concentration generated at this time is reintroduced or drained into the induction solution storage unit 200, and the FO It is important that the concentrated water generated in the treatment unit 30 should be re-introduced into the influent storage unit 100 again. This is because the concentrated water must be re-introduced to simulate the degree of membrane fouling for each element as described above.
  • the FO processing simulation unit 300 corresponding to the throughput of the actual FO processing unit 30. Throughput can be controlled, through which the membrane contamination progression of the FO processing simulation unit 300 will proceed in accordance with the membrane contamination progression of the FO processing unit 30.
  • FIG. 4 a second embodiment of a real-time membrane fouling monitoring apparatus in the forward osmosis membrane vessel according to the present invention.
  • the induction solution recovery part 450 is located, not the RO part 400, compared to the first embodiment.
  • Induction solution recovery unit 450 separates the induction solution from the treated water flowing out from the RO treatment simulation unit 300 by a separate method and re-introduced into the induction solution storage unit 200 again, the remaining treated water is treated water
  • the storage unit 500 moves.
  • FIG. 6 illustrates opening and closing of valves V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25, and V26 controlled by a controller (not shown) and operation of pumps P1 and P2.
  • a controller not shown
  • the expression of the controller will be omitted.
  • the inlet water is introduced into the influent water storage unit 100 by opening the valve V1 (S10).
  • the valve V11 is closed.
  • the inflow water and the induction solution flow into the first FO cell 310 simulating the lead element 31 (S100).
  • the valves V13 and V23 are opened and the pumps P1 and P2 are operated.
  • FO processing is performed in the first FO cell 310.
  • the treated water is stored in the treated water storage unit 400 after RO treatment in the RO unit 400 (first embodiment) or after the induction solution is recovered in the induced solution recovery unit 450 (second embodiment). .
  • the brine is reintroduced into the influent storage 100. In this process, the membrane contamination of the first FO cell 310 proceeds, and the water level of the influent storage unit 100 gradually decreases.
  • the influent flowing in is different from the pretreatment water flowing into the first FO cell 310, and thus, the inflow water including the concentrated water separated from the treated water in the first FO cell 310 is actually the middle element 32 to 36. Similar to the influent flow into).
  • the FO treatment is performed in the second FO cell 320.
  • the treated water is stored in the treated water storage unit 400 after RO treatment in the RO unit 400 (first embodiment) or after the induction solution is recovered in the induced solution recovery unit 450 (second embodiment).
  • the brine is reintroduced into the influent storage 100.
  • the membrane contamination of the second FO cell 320 proceeds, and the water level of the influent storage unit 100 is gradually lowered.
  • inflow water flows into the third FO cell 370 that simulates the end element 37 (S300).
  • valves V15 and V25 are opened and valves V14 and V24 are closed. Pumps P1 and P2 continue to operate.
  • the inflow water flowing into the first FO cell 310 unlike the pre-treatment water or the inflow water flowing into the second FO cell 320, the concentrated water separated from the treated water in the second FO cell 320 includes. Influent, similar to the inflow into the actual end element 37.
  • the FO processing is performed in the third FO cell 370.
  • the treated water is stored in the treated water storage unit 400 after RO treatment in the RO unit 400 (first embodiment) or after the induction solution is recovered in the induced solution recovery unit 450 (second embodiment). .
  • the brine is reintroduced into the influent storage 100. In this process, the membrane contamination of the third FO cell 370 proceeds, and the water level of the influent storage unit 100 gradually decreases.
  • the third FO cell 320 has all the membrane contaminations set in advance.
  • valves V15 and V25 are closed, the pumps P1 and P2 are stopped, and the valve V12 is opened to drain the influent storage 100 (S500). ), The valves V15 and V25 are closed and the pumps P1 and P2 stop operation.
  • step S600 If further operation is required (S600), the process proceeds to step S10 again.

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 수처리 기술분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정삼투막 처리 장치에서의 정삼투막 베셀의 막오염 정도를 실시간으로 감지하기 위한 감시 장치 및 그 방법을 제공한다. 이를 위하여, 본 발명은 정삼투막 베셀을 모사하여 FO 처리함으로써 처리수와 농축수로 구분하는 FO 처리 모사부를 포함하며, 이는 실제 FO 처리부의 엘리먼트들을 모사하는 세 개의 셀로 이루어지고, 유입수 저장부의 수위에 따라 세 개의 셀 중 어느 하나로 유입수가 유입된다.

Description

정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치 및 방법
본 발명은 수처리 기술분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정삼투막 처리 장치에서의 정삼투막 베셀의 막오염 정도를 실시간으로 감지하기 위한 감시 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 막여과 공정이란 분리막을 여과재로 사용하여 물을 통과시켜서 유입수 속의 불순한 물질을 분리 제거하고 깨끗한 여과수를 얻는 물리적 여과 방법을 의미한다.
최근 역삼투(RO, reverse osmosis) 여과와 반대 개념으로서 정삼투(FO, forward osmosis) 여과, 직삼투(DO, Direct Osmosis) 여과에 대한 상용화 연구가 활발히 진행되고 있다.
정삼투 공정은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 서로 다른 농도의 용액인 유입수와 유도용액이 FO 처리부(30)에 투입되면, 선택적 투과성을 갖는 분리막(membrane)을 사이에 두고, 저농도 쪽의 물이 농도의 평형을 유지하기 위해 분리막을 통과하여 고농도 쪽으로 이동하는 물리 현상인 삼투(osmosis) 원리를 이용한다. 여기에서 고농도 쪽으로 상대적으로 많은 양의 물이 이동하여 발생되는 압력을 삼투압(osmotic pressure)이라 하는데, 정삼투 분리를 위한 구동력은 수압(hydraulic pressure)을 이용하는 역삼투 공정과 달리 삼투압 구배(osmotic pressure gradient)이다.
정삼투 공정은 많은 장점이 있다. 막오염 발생이 적고, 다양한 유입원수 종류에 따른 염분함유량의 농도 변화에도 처리할 수 있으며, 유도용액(draw solution)의 재생을 고려하지 않을 경우 역삼투 공정보다 에너지 소모가 매우 적다.
또한, 정삼투막 자체의 투과력 및 염제거율이 높고, 회수율도 비교적 높은 편이며, 담수화 설비의 개보수시 정삼투막은 역삼투막이나 나노여과막과 호환하여 교체할 수 있고, 모듈 집적이 가능하다.
그러나, 정삼투 공정은 단독 공정으로 상용하기 위해서는 상기와 같이 희석되는 유도용액(draw solution)의 처리수와의 분리 및 회수 및 재농축 등 재생에 필요한 높은 에너지 소모가 필수적이라는 문제가 있다. 따라서, 현재에는 담수화 기술로서 정삼투가 단독으로 상용화되지 못하며, 도 1b에 도시된 바와 같은 역삼투-정삼투 공정, 또는 MBR-정삼투 공정 등의 복합 공정이 주로 이용된다. 도 1b는 전처리부(10)와 유도용액 공급부(20)에서 공급된 전처리수 및 유도용액이 FO 처리부(30)에 주입된 후 RO부(40)에서 RO처리되어 최종 처리수가 생성됨을 도시한다.
한편, 이와 같은 FO 처리부(30)는 정삼투막 베셀로 이루어진다. 도 1c에는 정삼투막 베셀의 일례를 도시하는데, 예시적으로 7개의 엘리먼트(31~37)가 구비된 것으로 도시한다. 각각의 엘리먼트(31~37)들에는 정삼투막이 당연히 사용되는바, 여과 처리 과정에서 필연적으로 막오염이 발생한다. 도 1c의 정삼투막 베셀에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
여기에서, "막오염(membrane fouling)"이란 분리막에 유입되는 유입수 중에 존재하는 여러 가지 이물질들이 여과막의 표면에 침착되거나 흡착되어 분리막의 투과수량을 감소시키는 현상이다. 원인 물질을 기준으로, 콜로이드 또는 부유고형물에 의한 입자물질 막오염, 자연유기물질 등 유기물의 흡착에 의한 유기물질 막오염, 미생물의 부착 또는 성장에 의한 생물 막오염, 금속염 등의 침전 또는 스케일에 의한 무기물질 막오염 등으로 구분할 수 있다.
담수화 시설에서 막오염은 분리막의 성능을 감소시키고 회수율을 낮추기에 실제 현장에서의 운영시 가장 큰 문제가 된다.
이를 해소하기 위하여, 막오염을 사전에 최소화하도록 전처리 공정을 강화하는 방법, 또는 주처리 공정의 운전 조건을 최적화하는 방법이 사용되기도 하나, 일반적으로는 막오염이 일정 수준 진행되었을 경우 초기상태로 분리막의 투과성능을 회복시키기 위해 플러싱(flushing) 등의 물리세정이나 화학약품 등을 통한 화학세정(CIP, cleaning in place)을 수행한다.
가장 효과적인 것은 화학세정(CIP)이라 할 수 있는데, 잦은 화학세정(CIP)을 수행할 경우 처리수 생산 정지로 인하여 생산 성능이 크게 악화되고, 소요되는 화학약품비 및 세정폐액 처리비의 등의 증가에 따른 유지 관리 성능도 악화되며, 더불어 사용된 분리막의 배제(rejection) 성능 악화 및 분리막의 변형 및 노화 등 궁극적으로 분리막 교체 시기를 앞당김으로써 전체 운영 관리비를 증가시키는 요인이 될 수 있다.
따라서, 세정을 적절한 시점에 수행하는 것이 매우 중요하며, 이를 위하여 막오염 물질의 정도를 효과적으로 예측하고 평가하는 방법의 중요성은 날로 높아져가고 있다. 종래에 이를 위한 다양한 방법들이 제안되고 사용되고 있는바, 구체적으로 검토한다.
현재 가장 널리 사용되는 방법은, SDI(Silt Density Index) 지수 측정 방법이라 할 수 있다.
이는, 유입원수의 SDI를 측정함으로써 획득되는 SDI 지수는 현재 역삼투막/정삼투막과 나노여과막을 사용하는 담수화 공정에서 유입원수의 막오염 경향을 예측하는 방법이다. 일반적으로, SDI 지수값이 2~3 미만이면 막오염은 심하지 않은 유입원수라고 것으로 판단하고, SDI 지수값이 5 이상이 될 경우 막오염 발생이 심한 유입원수라고 판단한다.
다만, SDI 지수는 막오염의 가능성을 간접적으로 측정하는 방법에 불과하며, 특히 직경 47 mm(달리 말하면, 0.45 공경(pore size))의 분리막을 이용하여 30psi의 압력으로 유입수를 통과시켜 측정하기 때문에 이보다 작은 크기의 콜로이드나 유기물 등의 영향을 평가할 수 없다는 큰 문제가 있다.
또한, 역삼투막/정삼투막과 나노여과막을 주로 사용하는 담수화 공정은 유입수가 흐르는 방향과 여과막의 투과 방향이 서로 직교하는 방향으로 운전되는 십자류(Cross-flow) 여과 모드를 사용하기 때문에, 전량여과(Dead-end) 모드와 여과 원리가 상이하다는 문제점이 있다.
이에, SDI 지수의 한계를 극복하기 위해 MFI(Modified fouling index) 측정 방법, MFI-UF(Modified fouling index by Ultrafilter) 측정 방법, MFI-NF(Modified fouling index by Nanofilter) 측정 방법 등이 제안되기도 하였으나, 이들 모두 한 개의 분리막을 사용하고, 마찬가지로 전량여과 모드로서 측정되기 때문에, 실제 담수화 공정에서의 십자류 여과모드와 상이하다는 문제점이 해결되지 않는다.
이와 관련하여, 특허문헌을 먼저 검토하면 다음과 같다.
한국공개특허 제10-2011-0089710호, 한국공개특허 제10-2014-0016417호, 한국공개특허 제10-2010-0057262호, 한국공개특허 제10-2013-0081436호, 한국공개특허 제10-2014-0076197호는 다양한 정밀여과(MF), 한외여과(UF), 나노여과(NF) 분리막을 조합 사용하여, 입자물질, 콜로이드물질, 유기물질 등의 의한 막오염 현상을 정량적인 막오염 지수로서 구분하고 막오염원별로 예측할 수 있도록 하는 방법을 제안한다.
측정 휴대성을 강화하고, 막오염 지수의 측정 정확도를 높이고, 측정 시간을 단축하기 위해 복수의 분리막으로 직렬 방식에서 병렬 방식으로 측정할 수 있게 한다는 점이 장점이다.
그러나, 이러한 방법들 역시 SDI 지수와 동일하게 0.45 공경의 막을 사용한다는 문제와, 실제 담수화 공정에서의 십자류 여과모드와 상이하다는 문제가 해결되지 않는다.
한국공개특허 제10-2014-0054670호는, 정밀여과(MF)과 한외여과(UF)의 저압으로 운전되는 막여과 공정에서 막오염 지수를 실시간으로 순간 막간 차압(TMP, trans-membrane pressure)의 변화율을 이용하여 산출하고, 산출된 막오염 지수에 따른 최적의 화학세정(CIP)을 선택적으로 수행할 수 있는 막오염 지수를 이용한 막오염을 제어할 수 있는 장치 및 방법을 제안한다.
마찬가지로, SDI 지수와 동일하게 0.45 공경의 분리막을 사용한다는 문제, 와, 실제 담수화 공정에서의 십자류 여과모드와 상이하다는 문제가 해결되지 않는다.
한국공개특허 제10-2013-0085220호는, 해수담수화 설비의 유량계, 압력계 등 센서로부터 측정 정보를 수신하여 역삼투막의 막오염 정도를 산출하여 제어부를 통해 진단 및 제어하는 실시간 모니터링 장치를 제안한다.
막오염의 조기 진단을 가능하게 한다는 점이 장점이나, 결과적으로 유량계, 압력계, pH 미터, 온도계 등 센서의 실시간 측정 및 정보를 해석을 통한 간접적인 막오염 진단이라는 점이 한계이다.
한국등록특허 제10-0811199호, 한국등록특허 제10-1318578호 및 한국공개특허 제10-2011-0102750호는, 크로마토그래피처럼 분자량 및 입자 크기 분포의 측정에 유용한 흐름장 흐름 분획(Flow Field Flow Fractionation) 기법을 활용하여, 자연유기물질의 분리 크로마토그램의 면적을 계산하여 막의 특성에 따른 흡착 정도를 분석하는 평가 방법을 제안한다. 또한, 역삼투막과 나노여과막의 다이나믹 히스테리시스(Dynamic hysteresis)를 측정하여 분리막의 막오염을 예측 및 화학적, 물리적 불균일성을 동시에 또는 개별적으로 측정할 수 있는 예측 방법을 제안한다.
그러나, 이는 유기 막오염에 한정된다는 점, 직접적인 측정 압력 범위에 한계가 있어 연속 측정이 불가능하다는 점이 문제이어서, 실제 담수화 시설에서 적용하기 불가능하다.
한국공개특허 제10-2014-0037357호는, 막오염 지수를 통해 막오염 정도를 예측하는 것뿐만 아니라, 오염된 분리막을 세정하여 수처리 공정을 정상화 시키는 것 또한 매우 중요하다는 점에 착안하여, 오염된 막을 세정하는 과정에서 사용되는 세정제의 선정 및 세정 성능에 관한 가이드라인 등의 객관적 근거를 확보하기 위한 방법을 제안한다. 즉, 오염된 상태의 분리막 표면에 세정제를 공급하고, 분리막에 세정수를 흘려줌으로써, 세정제에 의해 이물질에 제거되는 상태에 따라 분리막을 통과하는 세정수의 양을 측정하여 계산되는 막세척 지수와 막세척 지수 측정 장치를 제안한다.
그러나, 0.45 공경 이하의 막오염 확인이 어렵다는 점, 세정제 종류와 양 등이 모두 전처리 정밀여과(MF) 분리막의 여과 메커니즘에 기반을 두고 있어 실제 담수화 공정에서의 공경이 없는 나노여과(MF) 및 역삼투(RO) 분리막의 세정 조건과는 상이하기에 적용이 어렵다는 점이 문제이다.
이러한 문제점은, 용질과 용매 확산이동 원리에 의해 고압으로 운전되는 나노여과 분리막과 역삼투 분리막은 공경을 갖고 있지 않기 때문에, 공경을 갖고 체거름 방식 원리에 의해 저압으로 운전되는 정밀여과 분리막과 한외여과 분리막의 여과 메커니즘은 차이가 있다는 것에 기인한다.
즉, 나노여과막과 역삼투막/정삼투막은 정밀여과 분리막과 한외여과 분리막과 달리 일반적으로 화학약품을 첨가한 수세정 또는 에어스크라빙 등의 방법으로 공경을 막고 있는 입자물질, 유기물질, 무기물(스케일링), 생물 막오염에 대해 역세정이 불가능하다는 점에서, 여기에 제안된 기술을 역삼투/정삼투와 같은 담수화 설비에 적용하는 것이 사실상 불가능하다.
다음, 관련된 실제 상용화된 기기를 검토하면 다음과 같다.
도 2는 정삼투막 베셀의 막오염을 감지하는 설비를 도시한다(www.filtsep.com 참조). 실제 대부분의 정삼투 처리 설비는 하루에 수천 내지 수만 톤을 처리하기에, 주된 설비에 영향을 주지 않으면서도 담수화 설비를 모사할 수 있는 도 2와 같은 별도의 스키드(skid) 설비가 사용된다.
실제 정삼투막 처리 장치에는 다수의 정삼투막 베셀이 포함되기에, 도 2에 도시된 바와 같은 스키드 설비는 실제 정삼투막 처리 장치에 적용된 정삼투막 베셀 1개 정도 채택한다. 1개의 정삼투막 베셀의 막오염 정도를 살펴보면서, 실제 정삼투막 베셀의 막오염 정도를 추정한다.
그러나 이 경우 실제 정삼투막 베셀이 적용된다는 점, 해당 베셀에 투입되는 유입수를 조절하기 위한 다수의 설비들이 부착된다는 점 등으로 인하여, 초기 설치비 및 운영비가 높으며, 그럼에도 운영이 어려워서 실제 정삼투막 처리 장치의 막오염을 효과적으로 모사하지 못한다.
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2011-0089710호
(특허문헌 2) 한국공개특허 제10-2014-0016417호
(특허문헌 3) 한국공개특허 제10-2010-0057262호
(특허문헌 4) 한국공개특허 제10-2013-0081436호
(특허문헌 5) 한국공개특허 제10-2014-0076197호
(특허문헌 6) 한국공개특허 제10-2014-0054670호
(특허문헌 7) 한국공개특허 제10-2013-0085220호
(특허문헌 8) 한국등록특허 제10-0811199호
(특허문헌 9) 한국등록특허 제10-1318578호
(특허문헌 10) 한국공개특허 제10-2011-0102750호
(특허문헌 11) 한국공개특허 제10-2014-0037357호
이에, 본 발명은 전술한 바와 같이 특히 정삼투막 처리 공정에 있어서 정삼투막의 막오염 정도를 실시간으로 효과적이고 정확하게 감시할 수 있는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
도 1c를 다시 참조하여 정삼투막 베셀을 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 3~10 개의 분리막 엘리먼트(element)가 연속적으로 집적되어 있다. 도 1b는 7개의 분리막 엘리먼트로 구성되어 있는 예를 도시하나, 그 개수에 제한되지 않음은 물론이다. 여기에서 첫 번째의 엘리먼트와 마지막 엘리먼트가 중요하다. 첫 번째의 리드 엘리먼트(lead element)는 처리수량이 가장 많고, 입자 막오염, 유기(생물) 막오염이 지배적인 막오염 현상이 유발된다. 마지막의 엔드 엘리먼트(end element)는 이전 엘리먼트들의 여과에 의한 농축이 가속화되어 처리수량이 가장 적고, 무기(스케일) 막오염이 지배적인 막오염 현상이 유발되어 그 양상이 다르다. 본 발명은 이러한 특성을 충분히 반영하여 효과적이고 정확한 막오염 현상을 예측하는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
또한, 도 1c의 예시에서 두 번째 엘리먼트부터 여섯 번째 엘리먼트까지의 미들 엘리먼트(middle element)는 막오염이 진행되는 과정의 엘리먼트이기에, 이를 모사하는데 있어서 빠르고 순차적인 순환 반복의 여과주기(filtration cycle)를 갖게 하는 것이 바람직한바, 이를 통하여 신속하게 예측하는 장치 및 방법을 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, 유입수 저장부(100); 유도용액 저장부(200); 및 상기 유입수 저장부(100)에 저장된 유입수와 상기 유도용액 저장부(200)에 저장된 유도용액이 유입되며, 정삼투막 베셀을 모사하여 이를 FO 처리함으로써 처리수와 농축수로 구분하는 FO 처리 모사부(300)를 포함하며, 상기 FO 처리 모사부(300)에서 구분된 농축수는 상기 유입수 저장부(100)로 재유입되며, 상기 FO 처리 모사부(300)는 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)을 포함하며, 상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라, 상기 유입수 저장부(100)로부터의 유입수와 상기 유도용액 저장부(200)로부터의 유도용액이 상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370) 중 어느 하나로 유입되는, 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치를 제안한다.
또한, 상기 제 1 F0셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)은 서로 구분되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입수 저장부(100)로 유입수가 유입되는 라인에 구비된 밸브(V11); 상기 유입수 저장부(100)로부터 드레인되는 라인에 구비된 밸브(V12); 상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유입수가 유입되는 라인에 각각 구비된 밸브(V13, V14, V15); 상기 유도용액 저장부(200)로 유도용액이 유입되는 라인에 구비된 밸브(V21); 상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유도용액이 유입되는 라인에 각각 구비된 밸브(V23, V24, V25); 상기 유입수 저장부(100)로부터 유입수가 유출되는 라인에 구비된 펌프(P1); 및 상기 유도용액 저장부(200)로부터 유도용액이 유출되는 라인에 구비된 펌프(P2)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 밸브들(V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25)는 상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 그 개폐가 결정되며, 상기 펌프들(P1, P2)은 상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 그 작동이 결정되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입수 저장부(100)의 수위를 감지하는 수위센서(LS)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FO 처리 모사부(300)로부터 구분된 처리수를 RO 처리하는, RO 처리부(400)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FO 처리 모사부(300)로부터 구분된 처리수로부터 유도용액을 회수하는 유도용액 회수부(450)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유도용액 회수부(450)에서 회수된 유도용액은 상기 유도용액 저장부(200)에 재유입되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유입수 저장부(100) 내의 유입수 온도를 조절하는 수온조절장치(H); 및 상기 유입수 저장부(100) 내의 유입수를 교반하기 위한 구동기(M)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 전술한 감지 장치; 유입수가 유입되어 전전처리되는 전전처리부(10); 상기 전전처리부(10)로부터 전전처리수가 유입되는 전처리부(20); 및 상기 전처리부(20)로부터 전처리수가 유입되어 FO 처리되어 처리수를 유출시키는 FO 처리부(30)를 포함하며, 상기 FO 처리부(30)는 정삼투막 베셀로서, 서로 연결된 다수의 FO 엘리먼트(element)(31~37)로 이루어지며, 상기 다수의 FO 엘리먼트(31~37)은 전처리수가 유입되는 최선단의 리드 엘리먼트(lead element)(31), 처리수가 유출되는 엔드 엘리먼트(end element)(37) 및 상기 리드 엘리먼트(31)와 상기 엔드 엘리먼트(37) 사이에 위치하는 다수의 미들 엘리먼트(middle element)(32~36)로 이루어지며, 상기 FO 처리 모사부(300) 중 상기 제 2 FO 셀(320)의 비율은, 상기 FO 처리부(30) 중 상기 다수의 미들 엘리먼트(32~36)의 비율에 상응하는, 정삼투막 처리 장치를 제안한다.
또한, 상기 유입수 저장부(100)의 전체 수위에 대비하여 현재 수위의 감소된 비율은, 상기 FO 처리부(30)의 회수율에 상응하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시간 막오염 감시 장치의 상기 유입수 저장부(100)에 저장되는 유입수는, 상기 FO 처리부(30)에 유입되는 전처리수와 동일한 것이 바람직하다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는, (a) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 만수위(L0)인 경우, 유입수와 유도용액이 제 1 FO 셀(310)에 유입되는 단계; (b) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 1 수위(L1)인 경우, 제 1 FO 셀(310)로의 유입이 중단되고, 유입수와 유도용액이 제 2 FO 셀(320)로 유입되는 단계; 및 (c) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 2 수위(L2)인 경우, 제 2 FO 셀(320)로의 유입이 중단되고, 유입수와 유도용액이 제 3 FO 셀(370)로 유입되는 단계를 포함하는, 실시간 막오염 감시 방법을 제안한다.
또한, 상기 (c) 단계 이후에, (d) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 3 수위(L3)인 경우, 제 3 FO 셀(370)로의 유입이 중단되고, 상기 유입수 저장부(100)에 남은 유체가 드레인되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a) 단계 이전에, (0) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 만수위(L0)에 이르도록, 유입수가 상기 유입수 저장부(100)로 유입되고, 그리고 유도용액이 상기 유도용액 저장부(200)로 유입되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (0) 단계는, 제어부가 밸브(V11, V21))를 개방하는 단계를 포함하며, 상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V13, V23)를 개방하며 상기 펌프(P1, P2)를 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 (b) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V14, V24)를 개방하고 밸브(V13, V23)를 폐쇄하는 단계를 포함하며, 상기 (c) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V15, V25)를 개방하고 밸브(V14, V24)를 폐쇄하는 단계를 포함하며, 그리고 상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 밸브(V12)를 개방하고, 펌프(P1, P2)의 작동을 중지시키며 밸브(V15, V25)를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계 이후, 상기 유입수 저장부(100)에 남은 유체가 모두 드레인 되었음을 확인한 후, 상기 (0) 단계로 회귀하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FO 처리 모사부(300)의 막오염 상태에 따라, 상기 FO 처리부(30)의 막오염 상태가 감지되는 것이 바람직하다.
본 발명을 통해 정삼투막 베셀로 유입되는 유입수가 여과되는 처리수량과 막오염을 상용 분리막보다 수백 배 작은 막면적을 갖는 소형의 3개의 셀이 장착된 연속 담수화 장치를 통해 직접적으로 실시간으로 감시하고 재현할 수 있다.
이를 통하여, 막오염을 제거하기 위한 세정 시점에서 실제 주처리 공정 설비에 적용할 수 있도록 베셀 내 막오염 특성에 따른 정보를 제공할 수 있어서, 물리세정 및 화학세정 방법을 효과적으로 적용할 수 있다.
결과적으로, 본 발명을 통해 세정 공정시 소요되는 세정시간, 투입인력, 약품사용량, 세정폐액 발생량을 최소화가 가능하여 획기적으로 전체 설비 가동의 안정적 운영과 유지관리비의 경제적 절감효과를 달성할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 일반적인 정삼투막 장치를 도시한다.
도 1c는 도 1a 및 도 1b에 도시된 정삼투막 장치를 이루는 정삼투막 베셀인 FO 처리부 내의 엘리먼트를 구분하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 정삼투막 베셀의 막오염을 모니터링하기 위한 종래 장치인 정삼투막 스키드의 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 장치의 제 1 실시예를 설명하기 위한 개념도이며, 도 4는 본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 장치의 제 2 실시예를 설명하기 위한 개념도
도 5는 본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 방법을 설명하기 위하여, 밸브와 펌프의 작동/개폐 여부를 설명하기 위한 표이다.
이하에서, "유입수"는 정삼투막 베셀에 투입되는 유체를 의미한다. 해수, 폐수, 하수처리수, 기수 등의 원수 및 이들을 전처리한 전처리수 등 어떠한 유체이어도 무방하다.
이하에서, "유도용액"은 정삼투막 베셀에 투입되어 정삼투를 행하기 위한 고농도 용액을 의미한다. 예를 들어, 유입수가 하수처리수인 경우 유도용액은 해수일 수 있으나, 정삼투 처리를 위하여 적용될 수 있는 어떠한 유체이어도 무방하다.
이하에서, "FO 엘리먼트(FO element)"는 정삼투막 베셀을 이루는 단위를 의미하며, "FO 모듈(module)"로 지칭되기도 한다.
이하에서, "수위센서(LS)"는 유입수의 수위만을 감지하는 수단만을 의미하는 것이 아니라, 수위, 무게, 유량 등의 정보를 감지하는 모든 수단을 의미하며, 예를 들면 수위센서, 무게센서, 유량계 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하에서 "펌프(P1, P2)"는 유체를 이송시키기 위한 압력을 부여하는 수단을 의미하고, 압력의 크기 등에 있어서 한정되지 않는다.
1. 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치의 설명 - 제 1 실시예(도 3)
*도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치를 설명한다.
도 3의 상측에는 일반적인 정삼투막 처리 장치의 정삼투막 베셀이 도시된다. 도 1c를 참조하여 전술한 바와 같은 것으로, FO 처리부(30)가 정삼투막 베셀로 지칭될 수 있으며, 다수의 엘리먼트(31~37)로 이루어진다. 일반적으로 하나의 정삼투막 베셀은 3~10개의 엘리먼트로 이루어지며, 여기에서는 예시적으로 7개의 엘리먼트로 이루어진 경우를 설명한다.
FO 엘리먼트(31~37)은 유입수와 유도용액이 유입되는 최선단의 리드 엘리먼트(lead element)(31), 처리수가 유출되는 최후단의 엔드 엘리먼트(end element)(37) 및 그 사이에 위치하는 다수의 미들 엘리먼트(middle element)(32~36)로 이루어진다. 도시된 미들 엘리먼트(32~36)는 5개이나, 그 개수에 제한이 없음은 전술한 바와 같다.
여기에서, 리드 엘리먼트(31)과 엔드 엘리먼트(37)가 중요하다. 유입수가 각각의 엘리먼트를 순차적으로 통과하기에, 정삼투막 처리 장치가 가동된 후 많은 시간이 경과하면 두 엘리먼트의 막오염 양상이 극명하게 다르기 때문이다.
유입수가 바로 유입되는 리드 엘리먼트(31)과, 선단의 엘리먼트들에서 어느 정도 처리가 이루어진 후 유입되는 엔드 엘리먼트(37)의 막오염 상태는 당연히 다를 수밖에 없다.
*정삼투막 처리 장치의 막오염 상태를 확인하고 세정 타이밍 및 주기를 결정하여야 하는 실제 현장에서도 최선단과 최후단의 엘리먼트 오염 정도를 확인하는 것이 대단히 중요하다.
구체적인 막오염 양상을 살펴보면, 유입수가 유입되는 리드 엘리먼트(31)는 주로 입자막오염, 유기막오염이 이루어지며, 최후단의 엔드 엘리먼트(37)의 경우 주로 무기막오염(스케일링)이 이루어진다.
이에, 본 발명은, 이와 같은 점에 착안하여, 리드 엘리먼트(31)에 대응하는 제 1 FO 셀(310)과 엔드 엘리먼트(37)에 대응하는 제 3 FO 셀(370)을 별도로 구분하며, 그 사이의 미들 엘리먼트(32~36)는 하나의 제 2 FO 셀(320)로 설정한다.
여기에서, 제 2 FO 셀(320)의 크기는 실제 막오염 상태를 확인하고자 하는 미들 엘리먼트(32~36)의 크기 내지 용량에 상응하게 설정된다.
전술한 정삼투막 처리 장치를 모사하여 실시간 막오염 감시를 이루고자 하는 장치를 설명한다.
본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 장치는, 실제 작동 중인 정삼투막 처리 장치와 비교하여 그 처리 절대량만을 감소시켜 동일한 수준으로서 작동하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 FO 처리 모사부(300)의 각 FO 셀(310, 320, 370)의 막오염 정도를 확인함으로써, 실제 작동 중인 정삼투막 처리 장치의 막오염 정도를 해당 장치를 분해하거나 분석하지 않고도 추정할 수 있으며, 최적의 세정 효과를 거두기 위한 세정 방법 역시 추정 가능하다.
이와 같은 기능을 하는 핵심 부품은 FO 처리 모사부(300)이다. 이는, 실제 정삼투막 처리 장치의 FO 처리부(30)의 처리 과정을 모사하여 작동한다.
전술한 바와 같이, FO 처리부(30)의 리드 엘리먼트(31)에 대응하는 제 1 FO 셀(310), 엔드 엘리먼트(37)에 대응하는 제 3 FO 셀(370), 그 사이의 미들 엘리먼트(32~36)는 하나의 제 2 FO 셀(320)로 이루어진다.
각각의 FO 셀(310, 320, 370)은 실제 멤브레인을 작은 크기로 절취한 멤브레인 섹션을 이용한다. 멤브레인 섹션의 크기를 조절하거나, 또는 그 크기는 유사하게 하되 예를 들어 제 2 FO 셀(320)은 다수의 섹션을 적층하여 사용할 수도 있다.
이와 같이 멤브레인의 크기에 비례를 이용하여, FO 처리 모사부(300)에 정삼투막 처리 장치에 투입되는 유입수에 상응하는 양을 주입시키면, 결과적으로 FO 처리 모사부(300)의 막오염 진행은 실제 정삼투막 처리 장치의 FO 처리부(30)의 막오염 진행과 유사하게 이루어진다.
이제, FO 처리 모사부(300)에 유입되는 유입수가 저장되는 유입수 저장부(100)를 설명한다.
유입수 저장부(100)에는, 유입수 온도를 조절하는 수온조절장치(H), 유입수를 교반하기 위한 구동기(M)가 구비될 수 있다. 온도와 교반 정도를 별도의 제어부(미도시)를 이용하여 제어함으로써, FO 처리 모사부(300)가 FO 처리부(30)를 근사하게 모사할 수 있다.
유입수 저장부(100)에서 FO 처리 모사부(300)로 투입되는 유입수는, 유입수 저장부(100)의 수위를 감지함으로써 제어된다. 유입수 저장부(100)에는 그 수위를 감지하기 위한 수위센서(LS)가 구비된다.
또한, 유입수 저장부(100)로 유입수가 유입되는 라인에 밸브(V11)가 구비되고, 유입수 저장부(100)로부터 드레인되는 라인에 다른 밸브(V12)가 구비되고, 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유입수가 유입되는 라인에 각각 다른 밸브(V13, V14, V15)가 구비된다.
또한, 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유입수가 유입되는 라인에는 별도의 펌프(P1)가 더 구비된다.
다음, FO 처리 모사부(300)에 유입되는 유도용액이 저장되는 유도용액 저장부(200)를 설명한다.
유도용액 저장부(200)에도 역시 유도용액의 온도를 조절하는 수온조절장치(H), 유입수를 교반하기 위한 구동기(M)가 구비될 수 있다.
유도용액 저장부(200)에서 FO 처리 모사부(300)로 투입되는 유도용액은, 유입수 저장부(100)에서 유입되는 유입수와 같이, 유입수 저장부(100)의 수위를 감지함으로써 제어된다. 따라서, 유도용액 저장부(200)에 별도의 수위센서가 구비될 필요는 없다.
또한, 유도용액 저장부(200)으로 유도용액이 유입되는 라인에 밸브(V21)가 구비되고, 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유도용액이 유입되는 라인에 각각 다른 밸브(V23, V24, V25)가 구비된다.
또한, 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유도용액이 유입되는 라인에는 별도의 펌프(P2)가 더 구비된다.
제어부(미도시)는 이러한 밸브들(V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25)과 펌프(P1, P2)를 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 조절하게 된다.
FO 처리 모사부(300)에서 FO 처리가 이루어지면 유입수와 유도용액에 의하여 농축수와 희석된 유도용액이 구분되어 배출된다. 희석된 유도용액은 RO부(400)에서 RO 처리되어 별도의 처리수 저장부(400)에 저장되고 이때 발생되는 초기 농도의 유도용액은 유도용액 저장부(200)로 재유입되거나 드레인되며, FO 처리부(30)에서 발생한 농축수는 다시 유입수 저장부(100)로 재유입되어야 한다는 점이 중요하다. 농축수가 재유입되어야 전술한 바와 같이 엘리먼트별로 다른 막오염 정도를 모사할 수 있기 때문이다.
따라서, FO 처리 모사부(300)에 유입되는 유입수의 미리 설정된 비율에 따른 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 제어함으로써, 실제 FO 처리부(30)의 처리량에 상응하여 FO 처리 모사부(300)의 처리량을 제어할 수 있으며, 이를 통하여 FO 처리 모사부(300)의 막오염 진행은 FO 처리부(30)의 막오염 진행에 상응하게 진행될 것이다.
2. 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치의 설명 - 제 2 실시예(도 4)
도 4을 참조하여, 본 발명에 따른 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치의 제 2 실시예를 설명한다.
제 2 실시예는 제 1 실시예와 비교하여 RO부(400)가 아닌 유도용액 회수부(450)가 위치한다.
유도용액 회수부(450)는 RO 처리 모사부(300)에서 함께 유출되는 처리수에서 유도용액을 별도의 방법으로 구분하여 다시 유도용액 저장부(200)로 재유입시키고, 남은 처리수는 처리수 저장부(500)로 이동시킨다.
이러한 부분을 제외하면 제 1 실시예와 유사하다.
3. 정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 방법의 설명
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 실시간 막오염 감시 방법을 설명한다. 도 6은 제어부(미도시)가 제어하는 밸브(V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25, V26)의 개폐와 펌프(P1, P2)의 작동을 도시한 것이다. 아래의 설명에서는 제어부에 대한 표현은 생략하도록 한다.
먼저, 준비 단계로서, 밸브(V1)를 개방하여 유입수 저장부(100)에 유입수가 유입된다(S10). 유입수 저장부(100)의 수위가 미리 설정된 만수위(L0)에 이른 경우(S20), 밸브(V11)가 폐쇄된다.
이제, 리드 엘리먼트(31)를 모사하는 제 1 FO 셀(310)에 유입수와 유도용액이 유입된다(S100). 이를 위하여, 밸브(V13, V23)가 개방되고 펌프(P1, P2)가 작동한다.
유입수가 유입되면 제 1 FO 셀(310)에서 FO 처리가 이루어진다. 처리수는 RO부(400)에서 RO 처리되거나(제 1 실시예), 또는 유도용액 회수부(450)에서 유도용액이 회수된 후(제 2 실시예) 처리수 저장부(400)에 저장된다. 농축수는 유입수 저장부(100)에 재유입된다. 이 과정에서 제 1 FO 셀(310)의 막오염이 진행되며, 유입수 저장부(100)의 수위는 점차 낮아진다.
유입수 저장부(100)의 수위가 미리 결정한 수위(L1)까지 낮아진 경우(L110) 제 1 FO 셀(310)은 미리 설정한 만큼의 막오염이 진행된 것이므로, 이제 제 2 FO 셀(320)로 진행한다.
미들 엘리먼트(32~36)를 모사하는 제 2 FO 셀(320)에 유입수가 유입된다(S200). 이를 위하여, 밸브(V14, V24)가 개방되며 밸브(V13, V23)가 폐쇄된다. 펌프(P1, P2)는 계속 작동 중이다.
이 때에 유입되는 유입수는 제 1 FO 셀(310)에 유입되는 유입수인 전처리수와 달리, 제 1 FO 셀(310)에서 처리수와 구분된 농축수가 포함된 유입수이므로, 실제 미들 엘리먼트(32~36)로 유입되는 유입수와 유사하다.
유입수가 유입되면 제 2 FO 셀(320)에서 FO 처리가 이루어진다. 처리수는 RO부(400)에서 RO 처리되거나(제 1 실시예), 또는 유도용액 회수부(450)에서 유도용액이 회수된 후(제 2 실시예) 처리수 저장부(400)에 저장된다. 농축수는 유입수 저장부(100)에 재유입된다. 이 과정에서 제 2 FO 셀(320)의 막오염이 진행되며, 유입수 저장부(100)의 수위는 점차 낮아진다.
유입수 저장부(100)의 수위가 미리 결정한 수위(L2)까지 낮아진 경우(L210) 제 2 FO 셀(320)은 미리 설정한 만큼의 막오염이 진행된 것이므로, 이제 제 3 FO 셀(370)로 진행한다.
마지막으로, 엔드 엘리먼트(37)를 모사하는 제 3 FO 셀(370)에 유입수가 유입된다(S300). 이를 위하여, 밸브(V15, V25)가 개방되며 밸브(V14, V24)가 폐쇄된다. 펌프(P1, P2)는 계속 작동 중이다.
이 때에 유입되는 유입수는 제 1 FO 셀(310)에 유입되는 유입수인 전처리수나 제 2 FO 셀(320)로 유입되는 유입수와 달리, 제 2 FO 셀(320)에서 처리수와 구분된 농축수가 포함된 유입수이므로, 실제 엔드 엘리먼트(37)로 유입되는 유입수와 유사하다.
유입수가 유입되면 제 3 FO 셀(370)에서 FO 처리가 이루어진다. 처리수는 RO부(400)에서 RO 처리되거나(제 1 실시예), 또는 유도용액 회수부(450)에서 유도용액이 회수된 후(제 2 실시예) 처리수 저장부(400)에 저장된다. 농축수는 유입수 저장부(100)에 재유입된다. 이 과정에서 제 3 FO 셀(370)의 막오염이 진행되며, 유입수 저장부(100)의 수위는 점차 낮아진다.
유입수 저장부(100)의 수위가 미리 결정한 수위(L3)까지 낮아진 경우(L310) 제 3 FO 셀(320)은 미리 설정한 만큼의 막오염이 모두 진행된 것이다.
이와 같이 1회의 사이클이 모두 완료되면, 밸브(V15, V25)가 폐쇄되고 펌프(P1, P2)는 작동을 정지하며, 유입수 저장부(100)를 드레인하기 위하여 밸브(V12)가 개방되고(S500), 밸브(V15, V25)가 폐쇄되고 펌프(P1, P2)는 작동을 정지한다.
추가 작동이 필요한 경우(S600) 다시 S10 단계로 진행한다.
*이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
(부호의 설명)
10: 전전처리부
20: 유도용액 공급부
30: FO 처리부
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37: FO 엘리먼트
40: RO부
100: 유입수 저장부
200: 유도용액 저장부
300: FO 처리 모사부
310: 제 1 FO 셀
320: 제 2 FO 셀
370: 제 3 FO 셀
400: RO부
V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25: 밸브
P1, P2: 펌프
LS: 수위센서
H: 수온조절장치
M: 구동기

Claims (18)

  1. 유입수 저장부(100);
    유도용액 저장부(200); 및
    상기 유입수 저장부(100)에 저장된 유입수와 상기 유도용액 저장부(200)에 저장된 유도용액이 유입되며, 정삼투막 베셀을 모사하여 이를 FO 처리함으로써 처리수와 농축수로 구분하는 FO 처리 모사부(300)를 포함하며,
    상기 FO 처리 모사부(300)에서 구분된 농축수는 상기 유입수 저장부(100)로 재유입되며,
    상기 FO 처리 모사부(300)는 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)을 포함하며,
    상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라, 상기 유입수 저장부(100)로부터의 유입수와 상기 유도용액 저장부(200)로부터의 유도용액이 상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370) 중 어느 하나로 유입되는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 F0셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)은 서로 구분되어 있는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유입수 저장부(100)로 유입수가 유입되는 라인에 구비된 밸브(V11);
    상기 유입수 저장부(100)로부터 드레인되는 라인에 구비된 밸브(V12);
    상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유입수가 유입되는 라인에 각각 구비된 밸브(V13, V14, V15);
    상기 유도용액 저장부(200)로 유도용액이 유입되는 라인에 구비된 밸브(V21);
    상기 제 1 FO 셀(310), 제 2 FO 셀(320) 및 제 3 FO 셀(370)로 유도용액이 유입되는 라인에 각각 구비된 밸브(V23, V24, V25);
    상기 유입수 저장부(100)로부터 유입수가 유출되는 라인에 구비된 펌프(P1); 및
    상기 유도용액 저장부(200)로부터 유도용액이 유출되는 라인에 구비된 펌프(P2)를 더 포함하는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브들(V11, V12, V13, V14, V15, V21, V23, V24, V25)는 상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 그 개폐가 결정되며, 상기 펌프들(P1, P2)은 상기 유입수 저장부(100)의 수위에 따라 그 작동이 결정되는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 유입수 저장부(100)의 수위를 감지하는 수위센서(LS)를 더 포함하는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 FO 처리 모사부(300)로부터 구분된 처리수를 RO 처리하는, RO 처리부(400)를 더 포함하는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 FO 처리 모사부(300)로부터 구분된 처리수로부터 유도용액을 회수하는 유도용액 회수부(450)를 더 포함하는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유도용액 회수부(450)에서 회수된 유도용액은 상기 유도용액 저장부(200)에 재유입되는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 유입수 저장부(100) 내의 유입수 온도를 조절하는 수온조절장치(H); 및
    상기 유입수 저장부(100) 내의 유입수를 교반하기 위한 구동기(M)를 더 포함하는,
    정삼투막 베셀 내 실시간 막오염 감시 장치.
  10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 실시간 막오염 감시 장치;
    유입수가 유입되어 전전처리되는 전전처리부(10);
    상기 전전처리부(10)로부터 전전처리수가 유입되는 전처리부(20); 및
    상기 전처리부(20)로부터 전처리수가 유입되어 FO 처리되어 처리수를 유출시키는 FO 처리부(30)를 포함하며,
    상기 FO 처리부(30)는 정삼투막 베셀로서, 서로 연결된 다수의 FO 엘리먼트(element)(31~37)로 이루어지며,
    상기 다수의 FO 엘리먼트(31~37)은 전처리수가 유입되는 최선단의 리드 엘리먼트(lead element)(31), 농축수가 유출되는 엔드 엘리먼트(end element)(37) 및 상기 리드 엘리먼트(31)와 상기 엔드 엘리먼트(37) 사이에 위치하는 다수의 미들 엘리먼트(middle element)(32~36)로 이루어지며,
    상기 FO 처리 모사부(300) 중 상기 제 2 FO 셀(320)의 비율은, 상기 FO 처리부(30) 중 상기 다수의 미들 엘리먼트(32~36)의 비율에 상응하는,
    정삼투막 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유입수 저장부(100)의 전체 수위에 대비하여 현재 수위의 감소된 비율은, 상기 FO 처리부(30)의 회수율에 상응하는,
    정삼투막 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 실시간 막오염 감시 장치의 상기 유입수 저장부(100)에 저장되는 유입수는, 상기 FO 처리부(30)에 유입되는 전처리수와 동일한,
    정삼투막 처리 장치.
  13. 제 10 항에 따른 정삼투막 처리 장치에서 정삼투막 베셀의 막오염을 실시간으로 감지하는 방법으로서,
    (a) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 만수위(L0)인 경우, 유입수와 유도용액이 제 1 FO 셀(310)에 유입되는 단계;
    (b) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 1 수위(L1)인 경우, 제 1 FO 셀(310)로의 유입이 중단되고, 유입수와 유도용액이 제 2 FO 셀(320)로 유입되는 단계; 및
    (c) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 2 수위(L2)인 경우, 제 2 FO 셀(320)로의 유입이 중단되고, 유입수와 유도용액이 제 3 FO 셀(370)로 유입되는 단계를 포함하는,
    실시간 막오염 감시 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에,
    (d) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 제 3 수위(L3)인 경우, 제 3 FO 셀(370)로의 유입이 중단되고, 상기 유입수 저장부(100)에 남은 유체가 드레인되는 단계를 더 포함하는,
    실시간 막오염 감시 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 (a) 단계 이전에,
    (0) 상기 유입수 저장부(100)의 수위가 기 설정된 만수위(L0)에 이르도록, 유입수가 상기 유입수 저장부(100)로 유입되고, 그리고 유도용액이 상기 유도용액 저장부(200)로 유입되는 단계를 더 포함하는,
    실시간 막오염 감시 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 (0) 단계는, 제어부가 밸브(V11, V21))를 개방하는 단계를 포함하며,
    상기 (a) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V13, V23)를 개방하며 상기 펌프(P1, P2)를 작동시키는 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V14, V24)를 개방하고 밸브(V15, V25)를 폐쇄하는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계는, 상기 제어부가 밸브(V15, V25)를 개방하고 밸브(V14, V24)를 폐쇄하는 단계를 포함하며, 그리고
    상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 밸브(V12)를 개방하고, 펌프(P1, P2)의 작동을 중지시키며 밸브(V15, V25)를 폐쇄하는 단계를 포함하는,
    실시간 막오염 감시 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후,
    상기 유입수 저장부(100)에 남은 유체가 모두 드레인되었음을 확인한 후, 상기 (0) 단계로 회귀하는,
    실시간 막오염 감시 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 FO 처리 모사부(300)의 막오염 상태에 따라, 상기 FO 처리부(30)의 막오염 상태가 감지되는,
    실시간 막오염 감시 방법.
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