KR101280355B1

KR101280355B1 - 휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법

Info

Publication number: KR101280355B1
Application number: KR1020130013505A
Authority: KR
Inventors: 조진우; 이재원; 김희준; 이승우; 최윤경
Original assignee: 지우이앤이(주)
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-07-01
Anticipated expiration: 2033-02-06

Abstract

본 발명은 수처리조 내부에 장착된 분리막의 파손 정도를 검측하기 위한 검측장치 및 검측방법에 관한 것으로서, 특히 휴대하기에 간편하며 신속한 검측 및 신뢰성이 높도록 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치는 수처리조의 분리막을 통과한 하·폐수가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 유입된 하·폐수가 배출되는 배출구가 타측에 형성된 케이스와, 유입구와 배출구에 연결되어 하·폐수가 흘러 지나가는 자외선 투과관과, 자외선 투과관의 둘레에 장착된 자외선 램프와, 자외선 투과관을 흘러 지나가는 하·폐수에 포함된 트레이서의 발광 상태를 촬영하는 카메라와, 카메라에서 촬영된 이미지 정보를 분석하는 컴퓨터를 포함하며, 본 발명에 따른 분리막 검측방법에 따르면, 하·폐수에 포함된 트레이서에 자외선을 조사하여 발광시킨 상태에서 카메라로 촬영하는 단계와, 촬영된 이미지를 픽셀로 나눈 후 각 픽셀의 R,G,B 값을 구하고 R,G,B의 평균값을 구하는 단계와, 평균값을 통해 촬영된 이미지에 포함된 트레이서의 질량을 추정하는 단계와, 추정된 트레이서의 질량을 통해 수처리조의 분리막 손상 면적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법{Portable Detecter For Membrane Module Flaw And Detecting Method}

본 발명은 수처리 공정 내부에 장착된 분리막의 파손 정도를 검측하기 위한 검측장치 및 검측방법에 관한 것으로서, 특히 휴대하기에 간편하며 신속한 검측 및 신뢰성이 높도록 구성한 것이다.

분리막(membrane)을 이용한 하·폐수 처리 공정은 침전지가 필요 없으므로 작은 공간에서도 충분한 양의 수처리가 가능하고, 자동화가 용이하여 운전이 간편하면서도 높은 처리효율을 보이기 때문에, 최근 차세대 수처리 기술로써 매우 각광받고 있는 공정이다.

또한, 정밀여과막(MF; Micro filtration) 또는 한외여과막(UF; Ultra Filtration)과 같은 분리막으로의 여과 작용을 통해 고액분리를 함으로써, 미생물은 물론 마이크로미터 이하 단위의 모든 고형물을 분리해낼 수 있으므로, 고도로 정화된 처리수를 생산할 수 있는 바, 기존 수처리 공정의 여러 단점을 극복할 수 있는 대안으로 인정되고 있다.

특히, 사용되는 분리막의 종류에 따라 마이크로는 물론 나노 크기의 입자까지 제거할 수 있기 때문에, 재이용수를 생산할 수 있다는 측면에서도 매우 유용한 공정이라 할 수 있다. 이러한 장점으로 인해 향후 분리막의 적용 가능성은 매우 높아지고 있는 추세이다.

그러나, 실제로 분리막을 이용한 수처리 공정의 운전에 있어서 대두되는 문제점은 분리막 자체의 결함을 어떤 방식으로 검측할 수 있는가 하는 점이다.

분리막의 운전에 따라 막 표면의 물리적 손상(스크래치, 찢어짐, 구멍 등), 막 재료의 내구성 저하, 분리막과 프레임간 접합부분의 손상으로 인한 누수(leakage), 잦은 약품 세정으로 막 표면 및 프레임의 화학적 손상 등을 어떻게 감지하고 대처할 수 있느냐 하는 점은 현장 적용에 있어서 중요한 문제이다. 분리막 표면 상태를 수시로 감지하여 문제가 발생하는 경우, 빠르게 대처하는 것은 단순히 분리막 공정의 효율적 운전 뿐 아니라, 처리수의 수질을 관리하는 측면에서도 매우 중요하기 때문이다.

분리막 표면 상태가 좋지 못하여, 막 표면에 미세한 찢어짐이나 구멍이 생겼을 경우, 미세입자가 분리막에 의해 걸러지지 못하고 유출수로 방류됨으로써, 결과적으로 처리수질의 악화를 초래할 것이다. 또한, 인라인 화학적 세정을 수행하는 경우에는, 세정액이 막 표면 전체로 균일하게 도달하지 못하고 손상부위를 통해 누출되어 버림으로써 기대하는 세정효과를 얻을 수 없게 된다.

현재, 수많은 분리막 중 어떤 것이 손상된 막인지 확인할 수 있는 표준적인 기술은 보고된 바 없다. 다만, 분리막의 손상은 운전자의 경험이나 노하우를 통해 막간 차압의 변화나 유출수의 탁도 변화를 감지함으로써, 대략적인 막의 손상 여부를 유추할 수 있을 뿐이다. 이러한 상황에서, 어떤 분리막 모듈의 어떤 막이 어느 정도로 손상이 되었는지를 찾아내는 것은 거의 불가능하다.

현재 이러한 분리막 표면의 무결성을 세밀히 검사할 수 있는 현실적인 방법으로, 분리막을 모듈로부터 탈착시키고, 개별 막에 대한 손상여부를 육안으로 관측하는 수밖에는 없다.

그러나, 이 경우 엄청난 인력 및 시간이 소요되며, 분리막 손상의 육안 관측에 대한 주관성 및 불확실성은 정확한 검측을 보장하지 못한다. 또한, 손상된 분리막을 정확히 선별해 내지 못할 경우, 분리막 전체를 교체할 수밖에 없으므로 엄청난 비용을 지불하게 되는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2010-0030564호(공개일; 2010.03.18)

본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 수처리 반응조의 분리막을 탈착하지 않은 상태에서 분리막의 손상 여부를 검측하며, 특히 휴대가 간편하여 이동이 용이하고 또한 검측 신뢰성을 높일 수 있도록 구성한 휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치는 수처리조의 분리막을 통과한 하·폐수가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 유입된 하·폐수가 배출되는 배출구가 타측에 형성된 케이스와, 유입구와 배출구에 연결되어 하·폐수가 흘러 지나가는 자외선 투과관과, 자외선 투과관의 둘레에 장착된 자외선 램프와, 자외선 투과관을 흘러 지나가는 하·폐수에 포함된 트레이서의 발광 상태를 촬영하는 카메라와, 카메라에서 촬영된 이미지 정보를 분석하는 컴퓨터를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 케이스는 본체와 덮개로 구분되며, 덮개에는 카메라 조작구가 형성되고, 카메라 조작구는 커버에 의해 개폐된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 케이스에는 팬들이 장착되며, 팬의 작동을 제어하는 스위치, 자외선램프를 점등 또는 소등하는 스위치, 전원단자가 장착된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 배출구에는 배출관이 연결되고, 배출관은 펌프에 연결된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 케이스에는 카메라 접속단자가 장착되며, 카메라 접속단자를 통해 카메라에서 촬영된 이미지 정보를 컴퓨터에 전송한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 트레이서는 분리막의 공극보다 큰 입자에 형광물질을 도핑한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 입자의 크기는 분리막 공극의 1.5 내지 2배이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 자외선 투과관은 석영관이다.

또한, 본 발명에 따른 분리막 검측방법에 따르면, 하·폐수에 포함된 트레이서에 자외선을 조사하여 발광시킨 상태에서 카메라로 촬영하는 단계와, 촬영된 이미지를 픽셀로 나눈 후 각 픽셀의 R,G,B 값을 구하고 R,G,B의 평균값을 구하는 단계와, 평균값을 통해 촬영된 이미지에 포함된 트레이서의 질량을 추정하는 단계와, 추정된 트레이서의 질량을 통해 수처리조의 분리막 손상 면적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법은 휴대가 간편하여 수처리조 어디에서라도 검측이 가능하며, 또한 현장에서 분리막의 파손 정도를 검측할 수 있어 신속한 조치가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치를 나타낸 좌측 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 휴대용 분리막 검측장치의 우측 사시도이며,
도 3은 도 1에 도시된 휴대용 분리막 검측장치의 내부를 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 3에 도시된 검측장치의 내부 평면도이고,
도 5는 도 1에 도시된 덮개를 분리한 상태를 나타낸 좌측 사시도이며,
도 6은 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치를 설치도이다.
도 7은 검측된 이미지를 통한 분석과정을 나타낸 개념도이고,
도 8은 촬영된 RGB이미지를 통한 트레이서의 중량을 추정하는 그래프이다.

아래에서는 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치를 나타낸 좌측 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 휴대용 분리막 검측장치의 우측 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 휴대용 분리막 검측장치의 내부를 나타낸 개념도이다. 그리고 도 4는 도 3에 도시된 검측장치의 내부 평면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 덮개를 분리한 상태를 나타낸 좌측 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 휴대용 분리막 검측장치를 설치도이다. 또한 도 7은 검측된 이미지를 통한 분석과정을 나타낸 개념도이고, 도 8은 촬영된 RGB이미지를 통한 트레이서의 중량을 추정하는 그래프이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 휴대용 분리막 검측장치(100)는 케이스(110)의 일측에 유입구(120)가 형성되고 타측에는 배출구(130)가 형성되며, 케이스(110)의 내부에는 자외선 램프(이하 'UV램프'라 함)(140)와, 유입구(120)와 배출구(130)를 연결하는 석영관(150) 및, 석영관(150)을 촬영하는 카메라(170)가 장착되고, 도 6에 도시된 바와 같이, 배출구(130)에 연결된 배출관(131)은 펌프(133)에 연결되고 유입구(120)에는 유입관(121)이 연결되며 유입관(121)을 통해 분리막(1)을 통과한 하·폐수가 유입된다.

아래에서는 이와 같이 구성된 휴대용 분리막 검측장치 및 검측방법에 대해 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(110)는 본체(111)와 덮개(112)로 구분되며, 본체(111)의 저면에는 받침대(113)들이 고정된다.

한편, 케이스(110)의 외측에는 UV램프 스위치(115), 팬 스위치(116), 전원단자(114) 및 팬(160)들이 장착되며, 케이스(110)의 덮개(112)에는 카메라접속단자(171)가 형성되고, 덮개(112)의 측부에는 카메라 조작구(117)가 형성된다. 카메라 조작구(117)에는 커버(118)가 장착되어 카메라(170)를 조작할 때에 커버(118)를 개방하고 케이스(110)의 내부에 장착된 카메라(170)를 조작할 수 있게 구성된다.

한편, 케이스(110)의 일측에는 유입구(120)가 형성되고 타측에는 배출구(130)가 형성된다. 따라서 유입구(120)에 연결된 유입관(121)을 통해 유입된 하·폐수는 케이스(110) 내부에 위치한 석영관(150)을 따라 유동한 후 배출구(130)를 통해 배출된다. 여기에서 석영관(150)은 자외선 투과관으로서, UV램프(140)에서 발한 자외선이 석영관(150)을 투과한다.

그리고 케이스(110)에는 팬(160)들이 장착되어 외부 공기를 케이스(110)의 내부로 공급하여 방열시킨다.

한편, 케이스(110)의 내부에는 석영관(150)의 좌측과 우측에 각각 UV램프(140)가 장착되며, 석영관(150)의 상부에는 카메라(170)가 장착된다. 카메라(170)는 석영관(150)의 일부를 촬영하며, 촬영된 이미지에 따른 전기적신호를 카메라접속단자(171)에 접속된 컴퓨터(180)로 전송한다. 카메라접속단자(171)에는 커버(173)가 장착되어 컴퓨터(180)를 접속하지 않을 경우에는 커버(173)로 카메라접속단자(171)를 덮어 보호한다.

그리고 덮개(112)의 측부에 형성된 카메라 조작구(117)에는 커버(118)가 장착되는데, 커버(118)를 제거하고 케이스(110) 내부에 장착된 카메라(170)를 조작한다. 구체적으로 카메라(170)의 조리개 및 카메라(170)의 셔터 속도 등을 조작할 수 있다. 촬영 시에는 커버(118)로 카메라 조작구(117)를 덮어 외부 빛이 케이스(110)의 내부로 유입되지 않게 한다.

아래에서는 이와 같이 구성된 휴대용 분리막 검측장치를 이용하여 분리막의 손상 정도를 검측하는 관계에 대해 설명한다.

높은 발색도 및 강도를 갖는 무해한 트레이서(tracer)(10)를 수처리조에 투입한다. 여기에서 트레이서(10)는 5㎛의 나노입자에 형광물질을 도핑한 것으로서, 분리막 공극의 1.5 내지 2배 정도의 크기에 해당한다. 여기에서, 트레이서의 크기가 분리막 공극 대비 1.5배 미만일 경우 분리막이 손상되지 않았더라도 수압에 의해 분리막을 통과할 수 있고, 2배를 초과할 경우에는 분리막의 손상 부위 크기 추정의 정밀도가 떨어질 수 있다.

이와 같이 트레이서(10)를 수처리조에 투입한 상태에서, 분리막에 손상이 발생하지 않았을 경우 트레이서(10)는 분리막을 통과하지 못하기 때문에 유입관(121)을 통해 분리막 검측장치(100)로 유입되는 하·폐수에는 트레이서(10)가 존재하지 않게 된다.

따라서 UV램프(140)를 밝히고 카메라(170)를 통해 석영관(150)을 통과하는 하·폐수를 촬영하더라도 트레이서(10)의 이미지가 나타나지 않게 된다.

하지만, 분리막이 손상된 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 트레이서는 분리막을 통과하게 되고, 유입관(121)을 통해 유입되는 하·폐수에도 트레이서(10)가 포함됨에 따라 카메라(170)를 통해 하·폐수를 촬영할 경우 이미지 상에 발광하는 트레이서의 이미지가 나타난다. 특히 분리막의 손상된 정도가 클수록 촬영된 트레이서의 이미지는 증가하게 된다.

여기에서, 카메라로 촬영한 이미지는 컴퓨터로 전송되고, 컴퓨터에서는 전송된 이미지를 1000*1000 픽셀로 나눈 후 각 픽셀의 R,G,B 값을 구하는 후에 평균값(Average Intensity)을 아래의 수학식1을 통해 계산한다.

다음으로, 이와 같이 계산된 평균값을 도 8에 표시된 f함수를 이용하여 유출 트레이서의 질량(m)을 추정한다. 도 8에 도시된 그래프는 평균값에 따른 트레이서의 질량을 추정하는 그래프이다.

매트랩 프로그램을 통해 추정된 유출 트레이서의 질량(m)을 수학식 2에 대입하여 분리막(1)의 손상면적을 추정한다.

질량측정에 따른 검측 변수로는, 펌프유량/막면적(J; mm/s), 입자농도(C; mg/L), 막간차압(P; kPa)이며, 추정된 유출 트레이서의 질량(m) 값으로부터 손상면적(a; mm²)을 추정할 수 있다.

1 : 분리막
10 : 트레이서
100 : 분리막 검측장치
110 : 케이스
120 : 유입구
130 : 배출구
140 : UV램프
150 : 석영관
160 : 팬
170 : 카메라
180 : 컴퓨터

Claims

수처리조의 분리막을 통과한 하·폐수가 유입되는 유입구가 일측에 형성되고 유입된 하·폐수가 배출되는 배출구가 타측에 형성된 케이스와,
유입구와 배출구에 연결되어 하·폐수가 흘러 지나가는 자외선 투과관과,
자외선 투과관의 둘레에 장착된 자외선 램프와,
자외선 투과관을 흘러 지나가는 하·폐수에 포함된 트레이서의 발광 상태를 촬영하는 카메라와,
카메라에서 촬영된 이미지 정보를 분석하는 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항에 있어서,
케이스는 본체와 덮개로 구분되며, 덮개에는 카메라 조작구가 형성되고, 카메라 조작구는 커버에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
케이스에는 팬들이 장착되며, 팬의 작동을 제어하는 스위치, 자외선램프를 점등 또는 소등하는 스위치, 전원단자가 장착된 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
배출구에는 배출관이 연결되고, 배출관은 펌프에 연결된 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
케이스에는 카메라 접속단자가 장착되며, 카메라 접속단자를 통해 카메라에서 촬영된 이미지 정보를 컴퓨터에 전송하는 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항에 있어서,
트레이서는 분리막의 공극보다 큰 입자에 형광물질을 도핑한 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제6항에 있어서,
입자의 크기는 분리막 공극의 1.5 내지 2배인 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
제1항에 있어서,
자외선 투과관은 석영관인 것을 특징으로 하는 분리막 검측장치.
하·폐수에 포함된 트레이서에 자외선을 조사하여 발광시킨 상태에서 카메라로 촬영하는 단계와,
촬영된 이미지를 픽셀로 나눈 후 각 픽셀의 R,G,B 값을 구하고 R,G,B의 평균값을 구하는 단계와,
평균값을 통해 촬영된 이미지에 포함된 트레이서의 질량을 추정하는 단계와,
추정된 트레이서의 질량을 통해 수처리조의 분리막 손상 면적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 검측방법.