본 발명은 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance and cleaning period of a biofilm reaction tank.
활성 슬러지 공정은 활성 슬러지 조건에서 하수를 산화하는 세균 군집과 함께 폭기조에서 공기를 공급하여 하수 속의 콜로이드 상태 또는 용해한 물질이 침전하거나 활성 슬러지에 흡착되어 정화되는 하·폐수처리 공법의 하나이다.The activated sludge process is a sewage and wastewater treatment method in which air is supplied from an aeration tank along with a community of bacteria that oxidize sewage under activated sludge conditions, and the colloidal or dissolved substances in the sewage are purified by settling or adsorbing on activated sludge.
활성 슬러지 공정 중에서, 정화작용을 수행한 활성 슬러지를 다시 본처리과정으로 반송하고, 2차 고형물을 제거하기 위해 분리막을 이용한 것을 생물막반응조(Membrane Bioreactor, MBR)라 한다.In the activated sludge process, the purified activated sludge is returned to the main treatment process and a separation membrane is used to remove secondary solids, which is called a biofilm reactor (MBR).
분리막을 이용한 생물막 반응조는 다른 여과 공정에 비해 응집제 등 약품의 사용량이 적고, 소요되는 부지면적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 슬러지 및 고형물이 포함된 콜로이드 입자가 분산된 현탁 수용액이 분리막을 통과하거나 분리막에 의해 배제될 때, 분리막 표면 혹은 세공 내에 흡착되어 막오염이 발생된다. 막오염이 발생되면 여과 중에 분리막 표면이 오염물질 축적물에 의해 덮히거나, 막세공이 줄어들거나 막혀 원수의 투과유속과 성능이 저하되므로, 여과 중에 주기적으로 분리막을 세정하여 분리막의 성능을 회복시켜 주어야 한다.Compared to other filtration processes, biofilm reactors using separation membranes have the advantage of using less chemicals such as coagulants and reducing the required site area. However, when a suspended aqueous solution in which colloidal particles containing sludge and solids are dispersed passes through the separation membrane or is excluded by the separation membrane, it is adsorbed on the surface or in the pores of the separation membrane, causing membrane contamination. When membrane contamination occurs, the surface of the membrane is covered with contaminant accumulation during filtration, or the membrane pores are reduced or blocked, reducing the permeation flow rate and performance of the raw water. Therefore, the membrane must be cleaned periodically during filtration to restore the membrane's performance. do.
분리막을 세정하는 방법은 물리적 세정과 화학적 세정으로 나눌 수 있다. 이중 물리적 세정은 물을 이용한 역세척과 공기를 이용한 폭기가 대표적이다. 역세척은 주로 생산수를 여과 방향과 반대 방향으로 가압을 하여 막에 통과시킴으로써 막표면 혹은 막세공에 쌓인 물질들을 제거하는 방법이다. 폭기는 막표면에 공기를 불어 쌓인 오염물질들을 제거하는 방법이다.Methods for cleaning the separator can be divided into physical cleaning and chemical cleaning. Among these, physical cleaning includes backwashing with water and aeration with air. Backwashing is a method of removing substances accumulated on the membrane surface or membrane pores by passing the produced water through the membrane while pressurizing it in the opposite direction to the filtration direction. Aeration is a method of removing accumulated contaminants by blowing air on the surface of the membrane.
그러나 위와 같은 물리적 세정만으로는 가역적 막오염을 제거할 수 있지만, 비가역적 막오염을 제거하고 분리막의 성능을 회복시키는데 한계가 있고, 따라서 화학 세정약품을 이용하여 주기적으로 유지 세정(maintenance cleaning) 및 회복 세정(recovery cleaning)을 시행하고 있다. 그러나 종래 유지 세정 및 회복 세정은 막오염 상태에 관계없이 일정한 주기 예를 들어 유지 세정의 경우 주 1회 실시하기 때문에 유지 세정에 투입되는 시간 동안 막여과 시간이 감소하고, 화학 세정약품이 필요 이상으로 낭비되고 있다.However, although the above physical cleaning alone can remove reversible membrane contamination, it has limitations in removing irreversible membrane contamination and restoring the performance of the separator. Therefore, periodic maintenance cleaning and recovery cleaning using chemical cleaning agents is required. (recovery cleaning) is being implemented. However, conventional maintenance cleaning and recovery cleaning are performed at regular intervals, for example, once a week in the case of maintenance cleaning, regardless of the state of membrane contamination, so the membrane filtration time is reduced during the time spent on maintenance cleaning, and chemical cleaning chemicals are used more than necessary. It's being wasted.
이를 위해 한국특허 제10-0889915호, 제10-1542617호 및 제10-2082284호 등에는 시간에 따른 막간차압의 변화 예측모델을 통해 분리막의 세정 주기를 예측하는 방법을 제시하고 있으나, 실제 운용에 있어서 예측모델과 실제 측정값의 차이가 크고, 생물반응조 및 상기 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비한 생물막반응조에서 복수개의 분리막조 사이에 세정 주기가 중첩되었을 때의 처리 방법에 대해서는 해결 수단을 제시하고 있지 않은 한계가 있었다.For this purpose, Korean Patent Nos. 10-0889915, 10-1542617, and 10-2082284 propose a method of predicting the cleaning cycle of the membrane through a model for predicting changes in intermembrane differential pressure over time, but in actual operation, Therefore, the difference between the predicted model and the actual measured value is large, and in a biofilm reaction tank equipped with a biological reactor and a plurality of submerged membrane tanks in communication with the bioreactor, a treatment method is solved when the cleaning cycle overlaps between the plurality of membrane tanks. There were limitations in which the means were not provided.
본 발명은 복수개의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조에서 시간에 따른 막간차압을 측정하고, 측정값으로부터 선형함수 및 지수함수 모델을 도출하고, 상기 함수들의 관계로부터 잠정 유지 세정 시기를 설정하는 과정을 반복하여, 잠정 유지 세정 시기가 소정 오차 범위 내로 변화할 경우를 1차 유지 세정 시기로 설정하고, 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 시기 사이의 중첩 여부를 판단하여 최종 유지 세정 기간을 결정함으로써, 유지 세정 주기를 최적화하여 무분별한 화학 세정을 방지하여 화학 세정약품의 사용량을 절감하고, 충분한 막여과 시간을 확보할 수 있는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 관한 것이다.The present invention measures the intermembrane differential pressure over time in a biofilm reaction tank equipped with a plurality of submerged membrane separation tanks, derives a linear function and an exponential function model from the measured values, and sets a provisional maintenance cleaning period from the relationship between the functions. Repeatedly, when the provisional maintenance cleaning time changes within a predetermined error range, it is set as the first maintenance cleaning time, and the final maintenance cleaning period is determined by determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning times of each submerged separator tank, This relates to a method for predicting and automatically controlling the maintenance cleaning period of the membrane in a biofilm reactor that can prevent indiscriminate chemical cleaning by optimizing the maintenance cleaning cycle, reduce the amount of chemical cleaning chemicals used, and secure sufficient membrane filtration time.
본 발명은 생물반응조 및 상기 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 있어서,The present invention relates to a method for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance cleaning period of a biofilm reactor comprising a bioreactor and a plurality of submerged membrane tanks in communication with the bioreactor,
a) 일정 시간 동안 복수 회에 걸쳐 상기 각각의 침지형 분리막조의 분리막의 시간에 따른 막간차압을 측정하는 단계;a) measuring the intermembrane differential pressure over time of the membrane of each submerged membrane tank multiple times over a certain period of time;
b) 상기 막간차압을 측정하는 단계에서 얻은 결과로부터 시간에 따른 막간차압의 변화에 관한 선형함수 및 지수함수 모델을 도출하는 단계;b) deriving a linear function and an exponential function model for the change in transmembrane differential pressure over time from the results obtained in the step of measuring the transmembrane differential pressure;
c) 상기 측정된 막간차압과 상기 선형함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 상기 측정된 막간차압과 상기 지수함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 나눈 값(r)이 1에 수렴하는 시간을 잠정 유지 세정 시기(Tr)로 설정하는 단계;c) The time at which the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted from the linear function model divided by the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted from the exponential function model (r) converges to 1 Setting a temporary maintenance cleaning time (Tr);
d) 상기 a) 단계에서 최초 막간차압을 측정한 시점부터 소정 시간 경과 후 상기 a) 내지 c) 단계를 수행하는 과정을 반복하는 단계;d) repeating steps a) to c) after a predetermined time has elapsed from the time of measuring the first transmembrane pressure in step a);
e) 상기 c) 단계 및 d) 단계에서 설정된 잠정 유지 세정 시기(Tr)의 시간에 따른 변화를 확인하고, 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)에 비해 소정 오차 범위내로 변화하는 시기의 잠정 유지 세정 시기(Tr)를 1차 유지 세정 시기로 설정하는 단계; 및e) Check the change over time in the provisional maintenance cleaning time (Tr) set in steps c) and d) above, and change the provisional maintenance cleaning time within a predetermined error range compared to the previous provisional maintenance cleaning time (Tr). Setting (Tr) as the first maintenance cleaning period; and
f) 상기 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 시기 사이의 중첩 여부를 판단하여 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계;를 포함하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 관한 것이다.f) determining the final maintenance cleaning period by determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank; It relates to a method for predicting and automatically controlling the membrane maintenance cleaning period of the biofilm reaction tank, including the step.
상기 a) 단계에서 일정 시간은 0.5 내지 12 시간, 상기 일정 시간 동안 5 분 내지 1 시간마다 1회씩 막간차압을 측정하는 것일 수 있다.In step a), the predetermined time may be 0.5 to 12 hours, and the transmembrane differential pressure may be measured once every 5 minutes to 1 hour during the predetermined time.
상기 d) 단계에서 소정 시간은 0.5 내지 12 시간인 것일 수 있다.In step d), the predetermined time may be 0.5 to 12 hours.
상기 e) 단계에서 소정 오차 범위는 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)을 100이라 할 때 10 이하인 것일 수 있다.In step e), the predetermined error range may be 10 or less when the previous provisional maintenance cleaning time (Tr) is 100.
상기 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계는 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 시기를 중앙값으로 하는 1차 유지 세정 기간 사이의 중첩 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.The step of determining the final maintenance cleaning period may include determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods with the first maintenance cleaning period of each submerged membrane tank as the median.
상기 1차 유지 세정 기간은 24 내지 48 시간이고, 상기 최종 유지 세정 기간은 12 내지 24 시간인 것일 수 있다.The first maintenance cleaning period may be 24 to 48 hours, and the final maintenance cleaning period may be 12 to 24 hours.
상기 f) 단계에서 중첩 여부의 판단은, 각각의 침지형 분리막조의 유지 세정 기간이 중첩되지 않을 경우 각각의 1차 유지 세정 기간 범위 내에서 최종 유지 세정 기간을 결정하고, 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 기간이 중첩될 경우 각각의 지수함수 모델의 기울기를 비교하여 기울기가 작은 분리막조의 유지 세정이 나중에 수행되도록 각각의 침지형 분리막조의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 것일 수 있다.In step f), the determination of overlap is made by determining the final maintenance cleaning period within the range of each primary maintenance cleaning period if the maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank do not overlap, and determining the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank within the range of the primary maintenance cleaning period. If the cleaning periods overlap, the slope of each exponential function model may be compared to determine the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank so that maintenance cleaning of the membrane tank with a small slope is performed later.
상기 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계에서 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 기간 사이의 중첩 여부를 판단하는 단계 후에, 각각의 침지형 분리막조의 과거 운전 정보로부터 하·폐수 유입량이 많은 시간을 회피하는 단계를 포함하거나, 1차 유지 세정 기간에서 하수처리장의 일과 시간 내에 작업이 이루어지도록 일과 시간 외의 시간을 회피하는 단계를 포함하거나, 또는 상기 2가지 회피하는 단계를 모두 포함하는 것일 수 있다.After determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank in the step of determining the final maintenance cleaning period, a step of avoiding a time with a large amount of sewage and wastewater inflow from the past operation information of each submerged membrane tank. It may include a step of avoiding time outside of working hours so that the work is performed within the working hours of the sewage treatment plant in the first maintenance cleaning period, or it may include both of the above two avoiding steps.
각각의 침지형 분리막조의 최종 유지 세정 기간이 중첩될 경우 지수함수 모델의 시간에 따른 막간차압 하강 속도를 비교하여 하강 속도가 느린 분리막조의 막오염 속도를 낮추도록 운전조건을 변경시키거나, 상기 하강 속도가 빠른 분리막조의 막오염 속도를 높이도록 운전조건을 변경시키거나, 또는 하강 속도가 느린 분리막조의 막오염 속도를 낮추면서 동시에 하강 속도가 빠른 분리막조의 막오염 속도는 높이도록 운전조건을 변경시켜 각각의 침지형 분리막조의 최적 유지 세정 기간이 차이가 생기도록 각각의 침지형 분리막조의 여과 유량을 조절하는 단계;를 추가로 포함하는 것일 수 있다.If the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank overlaps, the operating conditions are changed to lower the membrane fouling rate of the membrane tank with a slow falling rate by comparing the rate of decrease in transmembrane differential pressure over time in the exponential function model, or the lowering rate is By changing the operating conditions to increase the membrane fouling rate of the fast-falling membrane tank, or by changing the operating conditions to increase the membrane fouling rate of the fast-falling membrane tank while lowering the membrane fouling rate of the slow-falling membrane tank, each immersion type It may further include the step of adjusting the filtration flow rate of each submerged membrane tank so that the optimal maintenance cleaning period of the membrane tank varies.
상기 막오염 속도를 낮추는 운전조건은 분리막의 여과 유량 감축, 흡입 시간 감축, 역세 시간 증대 및 역세 주기 단축 중에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 막오염 속도를 높이는 운전조건은 분리막의 여과 유량 증대, 흡입 시간 증대, 역세 시간 감축 및 역세 주기 증대 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것일 수 있다.The operating conditions for lowering the membrane fouling rate are one or more selected from the group consisting of reducing the filtration flow rate of the separation membrane, reducing the suction time, increasing the backwash time, and shortening the backwash cycle, and the operating conditions for increasing the membrane fouling rate are increasing the filtration flow rate of the membrane and suction. It may be one or more selected from increasing time, reducing backwash time, and increasing backwash cycle.
본 발명은 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법은 무분별한 화학 세정을 방지하여 화학 세정약품의 사용량을 절감하고, 충분한 막여과 시간을 확보할 수 있도록 한다.The present invention predicts and automatically controls the separation membrane maintenance cleaning period of the biofilm reaction tank to prevent indiscriminate chemical cleaning, reduce the amount of chemical cleaning chemicals used, and ensure sufficient membrane filtration time.
또한 본 발명은 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비한 생물막반응조에서 각각의 분리막조의 1차 유지 세정 시기를 설정한 후, 그들 사이의 중첩 여부를 판단하여 최종 유지 세정 기간을 결정함으로써, 각각의 분리막조의 유지 세정 시기 중첩으로 인한 타 분리막의 부하 발생을 예방할 수 있도록 한다.In addition, the present invention sets the first maintenance cleaning period of each membrane tank in a biofilm reaction tank equipped with a plurality of submerged membrane tanks in communication with the bioreactor tank, and then determines whether there is overlap between them to determine the final maintenance cleaning period, This prevents load on other membranes due to overlapping maintenance and cleaning periods for each membrane tank.
또한 본 발명은 상기 1차 유지 세정 기간 또는 최종 유지 세정 기간을 설정함에 있어서 각각의 분리막조의 유지 세정 기간 또는 나아가 유지 세정 준비 기간 또는 유지 세정 후 안정화 기간이 중첩되어 타 분리막의 부하 발생이 예상되는 경우 각각의 분리막조의 여과 유량을 증감시키거나 흡입 또는 역세 시간의 주기를 변경함으모로써 각각의 분리막조의 최적 유지 세정 기간에 시간적 차이가 발생하도록 운전조건을 조절함으로써 분리막 유지 세정 시기를 자동제어할 수 있다.In addition, in the present invention, when setting the first maintenance cleaning period or the final maintenance cleaning period, the maintenance cleaning period of each separator unit, or further, the maintenance cleaning preparation period or the stabilization period after maintenance cleaning is expected to overlap and generate a load on the other separator. By increasing or decreasing the filtration flow rate of each membrane tank or changing the cycle of suction or backwash time, the operating conditions can be adjusted to create a temporal difference in the optimal maintenance cleaning period of each membrane tank, thereby automatically controlling the membrane maintenance cleaning period. .
도 1은 하나의 생물반응조에 연통되는 1 내지 4 계열의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조에서 하나 또는 두 계열이 유지 세정을 실시할 때 나머지 분리막에 부과되는 부하를 평상시와 대비하여 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 생물반응조 및 상기 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법을 수행하는 시스템의 블록도이다.
도 3은 본 발명에서 1차 유지 세정 시기를 설정하는 단계까지의 설명도로서, 도 3a는 계측부에서 시간에 따른 막간차압을 측정한 결과 그래프이고, 도 3b는 도 3a의 결과 그래프로부터 선형함수 및 지수함수 모델을 도출한 결과 그래프이며, 도 3c는 도 3b의 선형함수 및 지수함수 모델간 비율(r)로부터 잠정 유지 세정 시기(Tr)을 설정하는 과정을 나타난 그래프이고, 도 3d는 잠정 유지 세정 시기(Tr)의 시간에 따른 변화를 살핀 후 잠정 유지 세정 시기(Tr)가 소정 오차 범위 이내로 안정화 되는 시기를 1차 유지 세정 시기로 설정하는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 4에서 도 4a는 분리막의 흡입 10분 및 역세 1분 주기의 운전 조건에서, 121분 동안 11회 막간차압을 측정한 후, 그로부터 도출된 선형 함수와 지수 함수 모델간 비율(r)로부터 1차 잠정 유지 세정 시기(Tr-1)를 설정하는 단계의 그래프이고, 도 4b는 1차 잠정 유지 세정 시기(Tr-1) 설정을 위한 최초 막간차압 측정 시점부터 121분 경과 후 도 4a의 과정을 반복하여 2차 잠정 유지 세정 시기(Tr-2)를 설정하는 단계의 그래프이며, 도 4c는 2차 잠정 유지 세정 시기(Tr-2) 설정을 위한 최초 막간차압 측정 시점부터 121분 경과 후 도 4a의 과정을 반복하여 3차 잠정 유지 세정 시기(Tr-3)를 설정하는 단계의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계에서, 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 기간 사이의 중첩 여부를 판단하는 단계, 각각의 침지형 분리막조의 과거 운전 정보로부터 하·폐수 유입량이 많은 시간을 회피하는 단계, 및 1차 유지 세정 기간에서 하수처리장의 일과 시간 내에 작업이 이루어지도록 일과 시간 외의 시간을 회피하는 단계를 포함하는 일 실시예의 블록도이다.
도 6은 도 5의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계에서 시간에 따른 막간차압의 변화 곡선으로부터 최종 유지 세정 기간을 결정하는 방법을 설명하는 설명도이다.Figure 1 is an explanatory diagram showing the load imposed on the remaining membranes when one or two series are maintained and cleaned in a biofilm reactor equipped with 1 to 4 series of submerged membrane membranes connected to one bioreactor, compared to usual. .
Figure 2 is a block diagram of a system for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance cleaning time of a biofilm reactor including a bioreactor of the present invention and a plurality of submerged membrane tanks in communication with the bioreactor.
Figure 3 is an explanatory diagram of the step of setting the first maintenance cleaning period in the present invention. Figure 3a is a graph of the results of measuring the intermembrane differential pressure over time in the measurement unit, and Figure 3b is a linear function and a linear function from the result graph of Figure 3a. It is a graph showing the results of deriving the exponential function model, and FIG. 3C is a graph showing the process of setting the provisional maintenance cleaning time (Tr) from the ratio (r) between the linear function and exponential function models of FIG. 3B, and FIG. 3D is a graph showing the provisional maintenance cleaning time. This graph shows the process of setting the time when the provisional maintenance cleaning time (Tr) stabilizes within a predetermined error range as the first maintenance cleaning time after examining the change in time (Tr) over time.
In FIG. 4, FIG. 4A shows the first order value from the ratio (r) between the linear function and the exponential function model derived from the measurement of the transmembrane differential pressure 11 times for 121 minutes under the operating conditions of 10 minutes of suction and 1 minute backwash of the separation membrane. It is a graph of the step of setting the provisional maintenance cleaning time (Tr-1), and FIG. 4b shows the process of FIG. 4a being repeated 121 minutes after the first intermembrane pressure measurement for setting the first provisional maintenance cleaning time (Tr-1). This is a graph of the step of setting the second provisional maintenance cleaning time (Tr-2), and Figure 4c shows the graph of Figure 4a after 121 minutes from the time of the first transmembrane differential pressure measurement for setting the second provisional maintenance cleaning time (Tr-2). This is a graph of the steps for setting the third interim maintenance cleaning period (Tr-3) by repeating the process.
Figure 5 shows the step of determining the final maintenance cleaning period of the present invention, the step of determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank, and determining the amount of sewage and wastewater inflow from the past operation information of each submerged membrane tank. This is a block diagram of an embodiment including the step of avoiding time, and the step of avoiding time outside of working hours so that work is performed within working hours of the sewage treatment plant in the first maintenance cleaning period.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a method of determining the final maintenance cleaning period from the change curve of the intermembrane differential pressure over time in the step of determining the final maintenance cleaning period of FIG. 5.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.The present invention will be described in more detail below with reference to the drawings.
본 발명은 생물반응조 및 상기 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 있어서,The present invention relates to a method for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance cleaning period of a biofilm reactor comprising a bioreactor and a plurality of submerged membrane tanks in communication with the bioreactor,
a) 일정 시간 동안 복수 회에 걸쳐 상기 각각의 침지형 분리막조의 분리막의 시간에 따른 막간차압을 측정하는 단계;a) measuring the intermembrane differential pressure over time of the membrane of each submerged membrane tank multiple times over a certain period of time;
b) 상기 막간차압을 측정하는 단계에서 얻은 결과로부터 시간에 따른 막간차압의 변화에 관한 선형함수 및 지수함수 모델을 도출하는 단계;b) deriving a linear function and an exponential function model for the change in transmembrane differential pressure over time from the results obtained in the step of measuring the transmembrane differential pressure;
c) 상기 측정된 막간차압과 상기 선형함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 상기 측정된 막간차압과 상기 지수함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 나눈 값(r)이 1에 수렴하는 시간을 잠정 유지 세정 시기(Tr)로 설정하는 단계;c) The time at which the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted from the linear function model divided by the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted from the exponential function model (r) converges to 1 Setting a provisional maintenance cleaning time (Tr);
d) 상기 a) 단계에서 최초 막간차압을 측정한 시점부터 소정 시간 경과 후 상기 a) 내지 c) 단계를 수행하는 과정을 반복하는 단계;d) repeating steps a) to c) after a predetermined time has elapsed from the time of measuring the first transmembrane pressure in step a);
e) 상기 c) 단계 및 d) 단계에서 설정된 잠정 유지 세정 시기(Tr)의 시간에 따른 변화를 확인하고, 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)에 비해 소정 오차 범위내로 변화하는 시기의 잠정 유지 세정 시기(Tr)를 1차 유지 세정 시기로 설정하는 단계; 및e) Check the change over time in the provisional maintenance cleaning time (Tr) set in steps c) and d) above, and change the provisional maintenance cleaning time within a predetermined error range compared to the previous provisional maintenance cleaning time (Tr). Setting (Tr) as the first maintenance cleaning period; and
f) 상기 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 시기 사이의 중첩 여부를 판단하여 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계;를 포함하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 관한 것이다.f) determining the final maintenance cleaning period by determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank; It relates to a method for predicting and automatically controlling the membrane maintenance cleaning period of the biofilm reaction tank, including the step.
본 발명의 생물막반응조는 생물반응조와 분리막조가 분리된 것으로, 생물반응조의 처리용량 또는 부피의 1/5 내지 1/20, 바람직하게는 1/10 내지 1/15의 분리막조를 구비하므로, 분리막조의 유지 세정 또는 회복 세정에 사용되는 화학 세정약품의 사용량을 줄이고, 막여과 효율을 증대시킬 수 있다.The biofilm reaction tank of the present invention is one in which the biological reaction tank and the separation membrane tank are separated, and is equipped with a separation membrane tank of 1/5 to 1/20, preferably 1/10 to 1/15, of the processing capacity or volume of the bioreactor, so that the separation membrane tank The amount of chemical cleaning agents used for maintenance or recovery cleaning can be reduced and membrane filtration efficiency can be increased.
상기 분리막조에 구비되는 분리막은 압력구동식 분리막으로 세공의 크기에 따라 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막으로 구분될 수 있고, 재질에 따라 고분자 유기막과 세라믹 혹은 금속 등의 무기막으로 구분될 수 있으며, 분리막의 설치 형태에 따라 관형, 중공사형, 나선형, 평판형, 회전판형 모듈로 구분될 수 있다.The separation membrane provided in the separation membrane tank is a pressure-driven separation membrane and can be classified into microfiltration membranes, ultrafiltration membranes, and nanofiltration membranes depending on the size of the pores, and can be divided into polymer organic membranes and inorganic membranes such as ceramics or metals depending on the material. , Depending on the installation type of the separator, it can be divided into tubular, hollow fiber, spiral, flat, and rotating plate modules.
상기 분리막은 종류에 따라 단위면적당 처리 유량, 즉 여과 유량에 차이가 있으나 최대 여과 유량을 100으로 할 때 통상 분리막조의 운전이 수행되는 적정 여과 유량은 70 내지 80 정도로 한다. 최대 여과 유량을 초과하거나 최대 여과 유량 이하에서도 적정 여과 유량을 초과하여 장시간 예를 들어 120분, 100분, 80분, 60분, 40분, 20분 또는 10분 이상 운전하는 경우 분리막에 비가역적인 오염이나 손상이 발생할 수 있고, 따라서 분리막의 수명이나 여과 효율을 저하시킬 수 있다.The separation membrane has a difference in treatment flow rate per unit area, that is, filtration flow rate, depending on the type, but when the maximum filtration flow rate is set to 100, the appropriate filtration flow rate at which the separation membrane tank is usually operated is about 70 to 80. If the maximum filtration flow rate is exceeded or even below the maximum filtration flow rate, the operation exceeds the appropriate filtration flow rate for a long time, such as 120 minutes, 100 minutes, 80 minutes, 60 minutes, 40 minutes, 20 minutes, or 10 minutes, irreversible contamination of the membrane. or damage may occur, thereby reducing the lifespan or filtration efficiency of the separation membrane.
또한 상기 분리막조는 하나의 생물반응조에 대하여 복수개, 바람직하게는 3 내지 6개, 더욱 바람직하게는 4 내지 5개의 침지형 분리막조 계열을 구비하는 것이 바람직하다.In addition, the separation membrane tank is preferably equipped with a plurality of submerged membrane tanks, preferably 3 to 6, and more preferably 4 to 5, for one bioreactor.
도 1은 하나의 생물반응조에 연통되는 침지형 분리막조가 4개의 계열로 분리된 생물막반응조를 예시한 것으로, 하나의 생물반응조(미도시)는 1 내지 4 계열의 침지형 분리막조를 구비하고 있다. 평상시 생물반응조에서 분리막조로 12Q의 유량이 유입될 경우 1 내지 4 계열의 분리막조는 각각 3Q 유량을 처리할 수 있고, 분리막의 적정 여과 유량에서 상기 3Q의 유량을 처리가능하도록 설계한다.Figure 1 illustrates a biofilm reaction tank in which submerged membrane tanks connected to one biological reactor are separated into four series, and one biological reactor (not shown) is equipped with submerged membrane membrane tanks of 1 to 4 series. Normally, when a flow rate of 12Q flows from the bioreactor to the membrane tank, each of the 1 to 4 series of membrane tanks can handle a flow rate of 3Q, and is designed to handle the flow rate of 3Q at the appropriate filtration flow rate of the membrane.
이때 1 계열의 분리막조에서 유지 세정 시기에 도달하여 유지 세정을 실시할 경우, 나머지 2 내지 4 계열의 분리막조에서는 1계열의 분리막조에서 유지 세정이 수행되는 시간 동안 유입 유량이 일정할 경우 적정 여과 유량에 비해 33% 증가된 4Q씩 처리하게 되고, 이는 분리막의 적정 여과 유량은 초과하나 최대 여과 유량 범위 이내로 분리막에 비가역적인 오염이나 손상을 가져올 가능성은 낮다.At this time, when the maintenance cleaning period is reached and maintenance cleaning is performed in the 1st series membrane tank, appropriate filtration is performed in the remaining 2nd to 4th series membrane tanks if the inflow rate is constant during the time during which maintenance cleaning is performed in the 1st series membrane tank. 4Q, which is 33% more than the flow rate, is processed, which exceeds the appropriate filtration flow rate of the separation membrane, but is within the maximum filtration flow rate range and is unlikely to cause irreversible contamination or damage to the separation membrane.
그러나 분리막조의 유지 세정 시기에 중첩이 발생하는 경우, 예를 들어 1 계열 및 2 계열의 분리막조의 유지 세정 시가가 중첩되는 경우 나머지 3 계열 및 4 계열의 분리막조만으로 유입 유량이 일정할 경우 각각 6Q의 유량을 처리해야 하므로, 이는 적정 여과 유량의 2 배이고, 최대 여과 유량을 초과하게 되므로 분리막에 비가역적인 오염이나 손상을 가져올 수 있고, 유입 유량을 감축하여야 해야할 수 있다.However, if an overlap occurs in the maintenance and cleaning period of the 1st and 2nd series membrane tanks, for example, if the maintenance and cleaning market prices of the 1st and 2nd series membrane tanks overlap, and the inflow rate is constant for the remaining 3rd and 4th series membrane tanks, each of 6Q Since the flow rate must be treated, it is twice the appropriate filtration flow rate and exceeds the maximum filtration flow rate, which may cause irreversible contamination or damage to the separation membrane, and the inlet flow rate may need to be reduced.
따라서 하나의 생물반응조에 대하여 복수개의 침지형 분리막조가 연통되어 있는 생물막반응조에서는, 각각의 분리막조의 유지 세정 시기만을 예측하는 것만으로 충분하지 않고, 각각의 분리막조의 유지 세정 시기에 차이가 발생하도록 최적의 최종 유지 세정 기간을 도출하거나, 그와 같은 최적의 최종 유지 세정 기간이 도출되도록 운전조건을 조절하는 것이 필요하다.Therefore, in a biofilm reaction tank in which a plurality of submerged membrane tanks are connected to one bioreactor, it is not enough to predict only the maintenance and cleaning timing of each membrane tank, and the optimal final It is necessary to derive a maintenance cleaning period or to adjust operating conditions to derive such an optimal final maintenance cleaning period.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법을 구동하기 휘한 시스템의 블록도이다. 도 2를 참조하면 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법을 구동하기 위한 시스템은, 운전조건 입력부(110), 계측부(120), 예측모델 시뮬레이션부(200), 1차 유지 세정 시기 판단부, 최종 유지 세정 기간 결정부, 운전조건 제어부 및 데이터 저장부를 포함한다.Figure 2 is a block diagram of a system for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance cleaning period of a biofilm reaction tank according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 2, the system for predicting the separation membrane maintenance cleaning time of the biofilm reaction tank and driving the automatic control method includes an operating condition input unit 110, a measurement unit 120, a prediction model simulation unit 200, and a first maintenance cleaning time determination unit. It includes a final maintenance cleaning period determination unit, an operating condition control unit, and a data storage unit.
먼저 운전조건 입력부(110)는 침지형 분리막조의 여과 유량, 흡입 시간, 역세 시간 및 역세 주기 등의 운전조건을 설정한다. 또한 필요에 따라 유지 세정이 필요한 막간차압을 미리 설정할 수 있다.First, the operating condition input unit 110 sets operating conditions such as filtration flow rate, suction time, backwash time, and backwash cycle of the submerged membrane tank. Additionally, if necessary, the transmembrane differential pressure that requires maintenance cleaning can be set in advance.
계측부(120)는 침지형 분리막조에 설치된 압력센서로부터 일정 주기 또는 운전일수에 따른 막간차압(TMP)을 측정하여 데이터 저장부(700)로 저장한다. 또한 계측부(120)에서는 필요에 따라 온도, MLSS 등을 추가로 측정할 수 있다.The measuring unit 120 measures the transmembrane pressure (TMP) according to a certain period or number of operating days from a pressure sensor installed in the submerged membrane tank and stores it in the data storage unit 700. Additionally, the measurement unit 120 can additionally measure temperature, MLSS, etc. as needed.
예측모델 시뮬레이션부(200)는 운전조건 입력부(110)의 운전조건, 계측부(120)의 측정값, 데이터 저장부(700)로부터 과거 동일 또는 유사 운전조건의 생물막반응조의 데이터로부터 각각의 침지형 분리막조의 시간에 따른 막간차압 변화 예측모델을 시뮬레이션한다.The prediction model simulation unit 200 determines the operating conditions of the operating condition input unit 110, the measured values of the measuring unit 120, and the data of the biofilm reaction tank under the same or similar operating conditions in the past from the data storage unit 700. Simulate a prediction model for changes in transmembrane pressure over time.
상기 예측모델 시뮬레이션부(200)는 선형 및 지수 모델 도출부(210) 및 잠정 유지 세정 시기(Tr) 설정부(220)로 구성될 수 있다.The prediction model simulation unit 200 may be comprised of a linear and exponential model derivation unit 210 and a provisional maintenance cleaning timing (Tr) setting unit 220.
상기 선형 및 지수 모델 도출부(210)는 계측부(120)에서 얻은 일정 시간 동안 복수 회에 걸쳐 상기 각각의 침지형 분리막조의 분리막의 시간에 따른 막간차압을 측정값으로부터 선형함수 및 지수함수 모델(또는 관계식)을 도출한다.The linear and exponential model derivation unit 210 calculates the intermembrane differential pressure over time of the membrane of each submerged membrane tank multiple times over a certain period of time obtained from the measurement unit 120, using linear and exponential function models (or relational expressions). ) is derived.
상기 잠정 유지 세정 시기(Tr) 설정부(230)는 상기 측정된 막간차압과 상기 선형함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 상기 측정된 막간차압과 상기 지수함수 모델에에서 예측된 막간차압의 차이를 나눈 값(r)이 1에 수렴하는 시간을 잠정 유지 세정 시기(Tr)로 설정한다.The provisional maintenance cleaning time (Tr) setting unit 230 determines the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted by the linear function model. The time at which the divided value (r) converges to 1 is set as the temporary maintenance cleaning period (Tr).
일정 시간의 막간차압 측정값으로부터 상기 선형 및 지수 모델 도출부(210) 및 잠정 유지 세정 시기(Tr) 설정부(220)를 반복하여 잠정 유지 세정 시기 Tr-1, Tr-2, Tr-3, … Tr-(n-1), Tr-n을 얻고, 상기 잠정 유지 세정 시기(Tr) 안정화 판단(230)을 통해 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr-(n-1))에 비해 잠정 유지 세정 시기(Tr-n)이 소정 오차 범위 이내인 경우 1차 유지 세정 시기 설정부(300)에서 1차 유지 세정 시기를 설정한다.The linear and exponential model derivation unit 210 and the provisional maintenance cleaning period (Tr) setting unit 220 are repeated from the transmembrane differential pressure measurements for a certain period of time to determine the provisional maintenance cleaning periods Tr-1, Tr-2, and Tr-3; … Tr-(n-1) and Tr-n are obtained, and the provisional maintenance cleaning time (Tr) stabilization determination (230) is compared to the previous provisional maintenance cleaning time (Tr-(n-1)). If Tr-n) is within a predetermined error range, the first maintenance cleaning time setting unit 300 sets the first maintenance cleaning time.
최종 유지 세정 기간 결정부(400)는 1차 유지 세정 시기를 중앙값으로 해서 얻은 1차 유지 세정 기간 범위 내에서 각각의 분리막조의 유지 세정 기간 중첩 여부, 일과 시간, 과거 운전 데이터로부터의 고유량 유입시간 정보 등을 고려하여 최종 유지 세정 기간을 도출한다.The final maintenance cleaning period determination unit 400 determines whether the maintenance cleaning period of each separator unit overlaps within the range of the first maintenance cleaning period obtained by taking the first maintenance cleaning period as the median, the day and time, and the high flow inflow time from past operation data. The final maintenance cleaning period is derived by considering information, etc.
운전조건 제어부(600)는 최종 유지 세정 기간 결정부(400)에서 도출된 최종 유지 세정 기간에 차이를 제공하는 것이 필요할 경우, 각각의 분리막조의 운전조건을 변경함으로써 각각의 분리막조의 유지 세정 시기를 변경 또는 조절할 수 있다.If it is necessary to provide a difference in the final maintenance cleaning period derived from the final maintenance cleaning period determination unit 400, the operating condition control unit 600 changes the maintenance cleaning period of each membrane tank by changing the operating conditions of each membrane tank. Or you can adjust it.
운전조건은 분리막을 일정한 압력으로 운전하는 정압 운전과 일정한 여과 유량으로 운전하는 정유량 운전으로 구분될 수 있고, 본 발명의 운전조건은 정유량 운전으로 분리막에서 일정한 양의 여과수를 얻기 위해 막오염이 발생할 경우 운전압력이 지속적으로 증가한다. 도 3a는 시간에 따른 막간차압의 변화를 나타낸 그래프의 일 예로서, 유지 세정이 이루어지지 않을 때 막간차압이 선형적으로 감소하다가 일정 임계치를 넘어설 경우 지수적으로 감소하는 현상을 보여준다(도 3b 참조).The operating conditions can be divided into constant pressure operation in which the separation membrane is operated at a constant pressure and constant flow rate operation in which the membrane is operated at a constant filtration flow rate. The operating conditions of the present invention are constant flow rate operation to prevent membrane contamination in order to obtain a constant amount of filtrate from the separation membrane. If this occurs, the operating pressure continues to increase. Figure 3a is an example of a graph showing the change in transmembrane differential pressure over time. It shows a phenomenon in which the transmembrane differential pressure decreases linearly when maintenance cleaning is not performed, but decreases exponentially when it exceeds a certain threshold (Figure 3b) reference).
본 발명 방법은 각각의 침지형 분리막조의 분리막의 시간에 따른 막간차압을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 단계에서는 침지형 분리막조에 설치된 압력센서로부터 일정 주기 또는 운전일수에 따른 막간차압(TMP)을 측정한다.The method of the present invention includes the step of measuring the transmembrane differential pressure over time of the membrane of each submerged membrane tank, and in this step, the transmembrane differential pressure (TMP) according to a certain period or number of operating days is measured from a pressure sensor installed in the submerged membrane tank.
본 발명은 생물반응조 및 상기 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비하는 생물막반응조의 분리막 유지 세정 시기 예측 및 자동제어 방법에 있어서, a) 일정 시간 동안 복수 회에 걸쳐 상기 각각의 침지형 분리막조의 분리막의 시간에 따른 막간차압을 측정하는 단계를 포함한다(도 3a 참조). 도 3a에 도시된 것처럼 정유량 운전에서 막오염 현상에 의해 유량 감소가 발생하는 최대 막간차압은 40 내지 50 kPa이고, 음압이므로 마이너스(-)로 표시된다.The present invention relates to a method for predicting and automatically controlling the separation membrane maintenance cleaning period of a biofilm reactor comprising a biological reactor and a plurality of submerged membrane tanks in communication with the biological reactor, a) each submerged membrane tank multiple times over a certain period of time. It includes the step of measuring the intermembrane differential pressure over time of the separation membrane (see Figure 3a). As shown in Figure 3a, the maximum transmembrane differential pressure at which flow rate reduction occurs due to membrane fouling in constant flow rate operation is 40 to 50 kPa, and is negative pressure, so it is indicated as minus (-).
상기 a) 단계에서 일정 시간은 0.5 내지 12 시간, 바람직하게는 1 내지 9 시간, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 시간이고, 상기 일정 시간 동안 5 분 내지 1 시간, 바람직하게는 10 분 내지 30분마다 1회씩 막간차압을 측정하는 것일 수 있다.In step a), the predetermined time is 0.5 to 12 hours, preferably 1 to 9 hours, more preferably 2 to 6 hours, and the predetermined time is every 5 minutes to 1 hour, preferably every 10 minutes to 30 minutes. The transmembrane pressure may be measured once.
본 발명은 b) 상기 막간차압을 측정하는 단계에서 얻은 결과로부터 시간에 따른 막간차압의 변화에 관한 선형함수 및 지수함수 모델을 도출하는 단계를 포함한다(도 3b 참조).The present invention includes the step of deriving a linear function and an exponential function model for the change in transmembrane differential pressure over time from the results obtained in the step b) of measuring the transmembrane differential pressure (see FIG. 3b).
상기 모델을 도출하는 단계는 분리막의 여과 유량, 흡입 시간 및 역세 시간을 포함하는 운전조건에 따른 막간차압-시간 사이의 선형함수 및 지수함수 모델(관계식)을 도출한다(도 . 상기 운전조건은 침지형 분리막조에 유입되는 유입수의 온도 또는 점도를 더 포함할 수 있다.The step of deriving the model derives a linear function and an exponential function model (relational equation) between the transmembrane differential pressure and time according to operating conditions including the filtration flow rate, suction time, and backwash time of the separation membrane (Figure . The operating conditions are immersion type It may further include the temperature or viscosity of the influent water flowing into the separation membrane tank.
본 발명은 c) 상기 측정된 막간차압과 상기 선형함수 모델에서 예측된 막간차압의 차이를 상기 측정된 막간차압과 상기 지수함수 모델에에서 예측된 막간차압의 차이를 나눈 값(r)이 1에 수렴하는 시간을 잠정 유지 세정 시기(Tr)로 설정하는 단계를 포함한다(도 3c 참조).The present invention c) divides the difference between the measured transmembrane differential pressure and the transmembrane differential pressure predicted from the linear function model by the difference between the measured transmembrane differential pressure and the intermembrane differential pressure predicted from the exponential function model, and the value (r) is equal to 1. It includes the step of setting the convergence time as the provisional maintenance cleaning time (Tr) (see FIG. 3C).
상기 선형함수 및 지수함수 모델간 비율(r)이 1에 수렴한다는 것은 막간차압의 변화가 선형함수에서 지수함수 형태로 급격하게 변화하기 시작하는 시점으로 그 시기를 유지 세정을 수행하는 최적의 시기로 해석할 수 있다.When the ratio (r) between the linear function and exponential function models converges to 1, it means that the change in transmembrane differential pressure begins to change rapidly from a linear function to an exponential function, and that period is the optimal time to perform maintenance cleaning. It can be interpreted.
본 발명은 d) 상기 a) 단계에서 최초 막간차압을 측정한 시점부터 소정 시간 경과 후 상기 a) 내지 c) 단계를 수행하는 과정을 반복하는 단계를 포함한다(도 4a 내지 c 참조).The present invention includes d) repeating the process of performing steps a) to c) after a predetermined time has elapsed from the time of measuring the initial transmembrane pressure in step a) (see FIGS. 4A to C).
상기 d) 단계에서 소정 시간은 0.5 내지 12 시간, 바람직하게는 1 내지 9시간, 더욱 바람직하게는 2 내지 6 시간일 수 있다.The predetermined time in step d) may be 0.5 to 12 hours, preferably 1 to 9 hours, and more preferably 2 to 6 hours.
도 4a 내지 4c는 150 L 랩스케일 분리막조를 구비한 생물반응조에서, 공극이 0.03 ㎛, 내경과 외경은 각각 0.8, 2.1 ㎜이고, 표면적이 표면적은 0.8 m2인 폴리비닐리덴 플로라이드 재질의 중공사막을 사용하여, 22.1 LMH의 유량으로 정유량 운전하고, 원수는 생활하수를 이용하되 생물반응조의 평균 MLSS 농도는 호기조 기준 약 4,000 ± 1,000 mg/L, 분리막조의 MLSS 농도는 약 5,000 ± 1,000 mg/L이며, 분리막은 10분 및 1분 주기로 흡입과 역세를 반복하며 운전한 것이다.Figures 4a to 4c show a hollow body made of polyvinylidene fluoride with a pore size of 0.03 ㎛, an inner diameter and an outer diameter of 0.8 and 2.1 mm, respectively, and a surface area of 0.8 m2 in a bioreactor equipped with a 150 L lab-scale separation membrane tank. Using the desert, constant flow is operated at a flow rate of 22.1 LMH, and domestic sewage is used as raw water, but the average MLSS concentration of the bioreactor is about 4,000 ± 1,000 mg/L based on the aerobic tank, and the MLSS concentration of the separation membrane tank is about 5,000 ± 1,000 mg/L. L, and the separator was operated by repeating suction and backwashing at 10-minute and 1-minute cycles.
상기 운전 조건에서 각 흡입과 역세 주기마다 1회, 총 11회 막간차압을 측정하여 그 결과로부터 상기 선형함수 및 지수함수 모델을 도출한 후, 모델간 비율(r) 및 잠정 유지 세정 시기(Tr-1, Tr-2 및 Tr-3)를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Under the above operating conditions, the transmembrane differential pressure was measured 11 times in total, once for each suction and backwash cycle, and the linear function and exponential function models were derived from the results, and then the ratio between models (r) and the provisional maintenance cleaning period (Tr- 1, Tr-2 and Tr-3) This is a graph showing the measurement results.
본 발명은 e) 상기 c) 단계 및 d) 단계에서 설정된 잠정 유지 세정 시기(Tr)의 시간에 따른 변화를 확인하고, 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)에 비해 소정 오차 범위내로 변화하는 시기의 잠정 유지 세정 시기(Tr)를 1차 유지 세정 시기로 설정하는 단계를 포함한다(도 3d 참조).The present invention e) confirms the change over time in the provisional maintenance cleaning time (Tr) set in steps c) and d) above, and determines the provisional maintenance cleaning time (Tr) of the time that changes within a predetermined error range compared to the previous provisional maintenance cleaning time (Tr). It includes the step of setting the maintenance cleaning period (Tr) as the first maintenance cleaning period (see FIG. 3D).
상기 e) 단계에서 소정 오차 범위는 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)을 100이라 할 때 10 이하, 바람직하게는 5 이하, 더욱 바람직하게는 3 이하일 수 있다.In step e), the predetermined error range may be 10 or less, preferably 5 or less, and more preferably 3 or less, assuming that the immediately preceding interim maintenance cleaning period (Tr) is 100.
상기 도 3d는 직전 잠정 유지 세정 시기(Tr)과의 오차가 3% 이내인 경우를 1차 유지 세정 시기로 설정하는 것을 나타낸 그래프이다.FIG. 3D is a graph showing that the first maintenance cleaning time is set when the error from the previous provisional maintenance cleaning time (Tr) is within 3%.
상기 1차 유지 세정 기간은 24 내지 48 시간이고, 상기 최종 유지 세정 기간은 12 내지 24 시간일 수 있다.The first maintenance cleaning period may be 24 to 48 hours, and the final maintenance cleaning period may be 12 to 24 hours.
상기 1차 유지 세정 시기를 중앙값으로 그 전후로 각각 12 내지 24 시간 범위의 완충기간을 두어 1차 유지 세정 기간을 설정한다. 예를 들어 1차 유지 세정 시기 전후에 완충기간을 24 시간을 설정하는 경우 1차 유지 세정 기간은 48 시간이 될 수 있고, 완충기간을 18 시간 설정하는 경우 1차 유지 세정 기간은 36 시간이 될 수 있다.The first maintenance cleaning period is set by setting the first maintenance cleaning period as the median and leaving a buffer period in the range of 12 to 24 hours before and after it. For example, if the buffer period is set to 24 hours before and after the first maintenance cleaning period, the first maintenance cleaning period can be 48 hours, and if the buffer period is set to 18 hours, the first maintenance cleaning period can be 36 hours. You can.
본 발명은 f) 상기 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 시기 사이의 중첩 여부를 판단하여 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계를 포함한다.The present invention includes the step of f) determining the final maintenance cleaning period by determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank.
상기 f) 단계에서 중첩 여부를 판단은, 각각의 침지형 분리막조의 유지 세정 기간이 중첩되지 않을 경우 각각의 1차 유지 세정 기간 범위 내에서 최종 유지 세정 기간을 결정하고, 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 기간이 중첩될 경우 각각의 지수함수 모델의 기울기를 비교하여 기울기가 작은 분리막조의 유지 세정이 나중에 수행되도록 각각의 침지형 분리막조의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 것일 수 있다.In step f), determining whether or not there is overlap is determined by determining the final maintenance cleaning period within the range of each primary maintenance cleaning period if the maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank do not overlap, and determining the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank within the range of the primary maintenance cleaning period. If the cleaning periods overlap, the slope of each exponential function model may be compared to determine the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank so that maintenance cleaning of the membrane tank with a small slope is performed later.
도 5는 본 발명의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계에서, 각각의 침지형 분리막조의 1차 유지 세정 기간 사이의 중첩 여부를 판단하는 단계, 각각의 침지형 분리막조의 과거 운전 정보로부터 하·폐수 유입량이 많은 시간을 회피하는 단계, 및 1차 유지 세정 기간에서 하수처리장의 일과 시간 내에 작업이 이루어지도록 일과 시간 외의 시간을 회피하는 단계를 포함하는 일 실시예의 블록도이고, 도 6은 도 5의 최종 유지 세정 기간을 결정하는 단계에서 지수함수 모델의 시간에 따른 막간차압의 변화 곡선으로부터 최종 유지 세정 기간을 결정하는 방법을 설명하는 설명도이다.Figure 5 shows the step of determining the final maintenance cleaning period of the present invention, the step of determining whether there is an overlap between the first maintenance cleaning periods of each submerged membrane tank, and determining the amount of sewage and wastewater inflow from the past operation information of each submerged membrane tank. It is a block diagram of an embodiment including the step of avoiding time, and the step of avoiding time outside of working hours so that work is performed within the working hours of the sewage treatment plant in the first maintenance cleaning period, and FIG. 6 is the final maintenance cleaning of FIG. 5. This is an explanatory diagram explaining how to determine the final maintenance cleaning period from the change curve of transmembrane differential pressure over time of the exponential function model in the stage of determining the period.
도 6의 ①에서는 1 계열 및 2 계열의 분리막의 1차 유지 세정 기간이 중첩되는 영역을 음영으로 표시하였다. 1차 유지 세정 기간은 전부 중첩될 수도 있고, 일부만 중첩될 수 있다.In ① of FIG. 6, the area where the first maintenance cleaning period of the 1st series and 2nd series separators overlap is indicated with shade. The first maintenance cleaning period may overlap entirely or only partially.
각각의 분리막조의 유지 세정 기간이 중첩될 경우 각각의 분리막조의 지수함수 모델의 기울기를 비교하여 기울기가 큰 분리막조, 즉 막 오염 속도가 큰 분리막조부터 유지 세정이 이루어질 수 있도록 기울기가 큰 분리막조의 유지 세정 기간은 1차 유지 세정 기간 중 초반 80%, 70%, 60% 또는 50% 범위로, 또한 기울기가 작은 분리막조의 유지 세정 기간은 1차 유지 세정 기간 중 후반 80%, 70%, 60% 또는 50% 범위로 2차 유지 세정 기간을 설정할 수 있다. 도 6의 ②에는 1 계열의 분리막조의 지수함수 모델의 기울기가 크므로 이를 초반 50%로, 제2 계열의 분리막조는 후반 50%로 유지 세정 기간을 설정하였으나 이때 설정된 유지 세정 기간 사이는 일부 중첩이 있을 수 있다.When the maintenance cleaning periods of each membrane tank overlap, the slope of the exponential function model of each membrane tank is compared to maintain the membrane tank with the largest slope, that is, the membrane tank with the highest membrane contamination rate. Maintenance of the membrane tank with the large slope so that cleaning can be performed. The cleaning period is in the range of 80%, 70%, 60%, or 50% in the first half of the first maintenance cleaning period, and the maintenance cleaning period for membranes with a small slope is 80%, 70%, 60%, or 50% in the second half of the first maintenance cleaning period. The second maintenance cleaning period can be set in the 50% range. In ② of FIG. 6, since the slope of the exponential function model of the first series separation membrane is large, the maintenance cleaning period was set to 50% in the first half and the second half to 50% for the second series separation membrane, but there is some overlap between the maintenance cleaning periods set at this time. There may be.
또한 필요에 따라 하수처리장의 일과 시간, 다수의 작업자가 근무하는 낮 시간이 포함된 기간, 예를 들어 오전 9시부터 오후 6시 사이에 유지 세정이 이루어 질 수 있도록, 일과 시간 이외의 시간은 제외시킨 범위로 2차 유지 세정 기간을 설정할 수 있다. 도 6의 ②에는 하수처리장의 일과 시간을 음영으로 표시하였고, 각각의 제1 계열 및 제2 계열의 분리막조의 유지 세정 기간을 다른 일자에 수행되는 것으로 분리된 경우를 예시하였다.In addition, as necessary, maintenance cleaning can be performed during working hours at the sewage treatment plant and during the daytime when many workers are working, for example, between 9 a.m. and 6 p.m., excluding hours other than working hours. You can set the second maintenance cleaning period within the specified range. In ② of FIG. 6, the work hours of the sewage treatment plant are indicated by shading, and the maintenance cleaning period of each first series and second series separation membrane tank is illustrated as being performed on different days.
또한 필요에 따라 과거 하수처리장 운영 데이터를 기반으로 일평균 유입량을 초과하는 고유량 유입 시간대를 제외시킨 범위로 2차 유지 세정 기간을 설정할 수 있다. 도 6의 ③에는 과거 하수처리장 운영 데이터에서 일평균 유입량을 초과하는 고유량 유입시간을 음영으로 표시하였고, 2차 유지 세정 기간은 상기 고유량 유입 시간을 제외하여 설정할 수 있다.In addition, if necessary, the secondary maintenance cleaning period can be set in a range that excludes the high flow inflow time that exceeds the daily average inflow based on past sewage treatment plant operation data. In ③ of FIG. 6, the high flow inflow time exceeding the daily average inflow in the past sewage treatment plant operation data is indicated in shade, and the secondary maintenance cleaning period can be set by excluding the above high flow inflow time.
상기 최종 유지 세정 기간은 12 내지 24 시간, 바람직하게는 12 내지 20 시간, 더욱 바람직하게는 12 내지 16 시간 이내 기간으로 설정할 수 있다.The final maintenance cleaning period can be set to within 12 to 24 hours, preferably within 12 to 20 hours, and more preferably within 12 to 16 hours.
따라서 본 발명은 생물반응조에 연통되는 복수개의 침지형 분리막조를 구비한 생물막반응조에서 각각의 분리막조의 시간에 따른 막간차압 예측모델에서 예측된 세정 시기에 기간의 범위를 부여하여 1차 유지 세정 시기 및 기간을 설정한 후, 적정성 검토를 통해 최종 유지 세정 기간을 설정함으로써, 각각의 분리막조의 유지 세정 시기 중첩으로 인한 타 분리막의 부하 발생을 예방할 수 있도록 한다.Therefore, the present invention provides a period range for the cleaning time predicted in the time-dependent intermembrane pressure prediction model of each membrane tank in a biofilm reaction tank equipped with a plurality of submerged membrane tanks connected to the bioreactor to determine the first maintenance cleaning time and period. After setting, the final maintenance cleaning period is set through an adequacy review, thereby preventing the load on other separators due to overlapping maintenance cleaning periods for each separator group.
본 발명의 방법에서 각각의 침지형 분리막조의 최종 유지 세정 기간이 중첩될 경우 지수함수 모델의 시간에 따른 막간차압 하강 속도를 비교하여 하강 속도가 느린 분리막조의 막오염 속도를 낮추도록 운전조건을 변경시키거나, 상기 하강 속도가 빠른 분리막조의 막오염 속도를 높이도록 운전조건을 변경시키거나, 또는 하강 속도가 느린 분리막조의 막오염 속도를 낮추면서 동시에 하강 속도가 빠른 분리막조의 막오염 속도는 높이도록 운전조건을 변경시켜 각각의 침지형 분리막조의 최적 유지 세정 기간이 차이가 생기도록 각각의 침지형 분리막조의 여과 유량을 조절하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.In the method of the present invention, when the final maintenance cleaning period of each submerged membrane tank overlaps, the operating conditions are changed to lower the membrane fouling rate of the membrane tank with a slow falling rate by comparing the rate of decrease in transmembrane differential pressure over time in the exponential function model. , change the operating conditions to increase the membrane fouling rate of the membrane tank with a fast falling rate, or change the operating conditions to lower the membrane fouling rate of the membrane tank with a slow falling rate while simultaneously increasing the membrane fouling rate of the membrane tank with a fast falling rate. It may additionally include a step of adjusting the filtration flow rate of each submerged membrane tank so that the optimal maintenance cleaning period of each submerged membrane tank varies.
상기 막오염 속도를 낮추는 운전조건은 분리막의 여과 유량 감축, 흡입 시간 감축, 역세 시간 증대 및 역세 주기 단축 중에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 막오염 속도를 높이는 운전조건은 분리막의 여과 유량 증대, 흡입 시간 증대, 역세 시간 감축 및 역세 주기 증대 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.The operating conditions for lowering the membrane fouling rate are one or more selected from the group consisting of reducing the filtration flow rate of the separation membrane, reducing the suction time, increasing the backwash time, and shortening the backwash cycle, and the operating conditions for increasing the membrane fouling rate are increasing the filtration flow rate of the membrane and suction. It may be one or more selected from increasing time, reducing backwash time, and increasing backwash cycle.
상기 운전조건 제어부를 통한 운전조절 제어를 통해 각각의 분리막조의 유지 세정 기간 또는 나아가 유지 세정 준비 기간 또는 유지 세정 후 안정화 기간이 중첩되어 타 분리막의 부하 발생이 예상되는 경우 각각의 분리막조의 여과 유량을 증감시키거나 흡입 또는 역세 시간의 주기를 변경함으모써 각각의 분리막조의 최적 유지 세정 기간에 시간적 차이가 발생하도록 운전조건을 조절함으로써 분리막 유지 세정 시기를 자동제어할 수 있다.Through operation control through the operating condition control unit, when the maintenance cleaning period of each membrane tank or the maintenance cleaning preparation period or stabilization period after maintenance cleaning is expected to overlap, the filtration flow rate of each membrane tank is increased or decreased when the load on other membranes is expected to occur. The separation membrane maintenance cleaning period can be automatically controlled by adjusting the operating conditions so that there is a temporal difference in the optimal maintenance cleaning period of each membrane tank by changing the cycle of the suction or backwash time.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100889915B1 (en) | 2007-06-05 | 2009-03-24 | 지에스건설 주식회사 | Chemical cleaning automatic control device using membrane fouling speed and its method |
| KR20120098251A (en)* | 2011-02-28 | 2012-09-05 | 경희대학교 산학협력단 | Membrane cleaning interval prediction method and system in membrane bioreactor |
| KR20140054670A (en)* | 2012-10-29 | 2014-05-09 | 도레이케미칼 주식회사 | Membrane filtration process system using of relative fouling index ratio and the method |
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| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101542617B1 (en) | Cleaning system of separation membrane and method using the same | |
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