이번 모듈에서는 재이용수 산업에서 미립자 제거가 매우 중요한 단계 중 하나이며 거의 모든 재이용수 공정에 적용된다는 사실에 대해 다룰 것입니다. 또한 UF막 여과 방식과 지능형 재이용수 시스템을 현명하게 활용하는 방법을 소개해 드릴 것입니다.

재이용수 공정의 핵심은 입자 제거를 위한 UF막 여과 장치입니다. UF막 멤브레인 기술은 0.01 ~ 0.1마이크로미터 사이의 기공 크기를 갖추고 있습니다. UF막 여과를 사용하면 모든 부유 입자와 박테리아를 제거할 수 있으며, 폐수에 포함된 부하의 특성(유기물, 무기물, 또는 혼합형)을 고려하여 배관 장치나 및 여과 측에서 필요한 수처리 공정을 추가할 수 있습니다. 그리고 이렇게 처리된 재이용수는 다음 단계로 이송됩니다.

이제 UF막 여과 장치에서 피드(Feed) 측과 역류 세척 측을 좀 더 상세하게 살펴보겠습니다.

여과 과정은 사전에 처리된 물을 UF막 멤브레인(ultrafiltration membranes)을 통해 펌핑하는 것부터 시작됩니다. UF막 여과 시스템은 대부분의 시간을 여과하는데 사용합니다. 또한 여과 멤브레인 성능을 최적화하려면 유체가 일정하게 흘러야 하는데, 속도 제어 펌프를 이용하면 이 요건을 충족할 수 있습니다. 아울러 멤브레인을 청소하려면 역류 세척 과정을 반드시 거쳐야 하는데, 그 이유는 불순물과 오염물질로 인해 기공이 막히고 멤브레인 통과 압력(TMP, transmembrane pressure)이 증가하기 때문입니다.

역류 세척 과정은 멤브레인을 청소하기 위해 사용되며, 일반적으로 여과수를 여과의 흐름과 반대 방향으로 펌핑하여 멤브레인의 모든 오염물질을 씻어내는 원리입니다.

이 역류 세척 과정은 생산 도중이나 일괄 설정 방식으로(예: 여과된 액체의 양이 지정된 값에 도달할 경우) 이루어지곤 하는데, 정해진 시점에 무조건 수행해서 이미 여과된 귀중한 물을 불필요하게 사용하는 경우도 발생하여 비효율적일 수 있습니다.

화학물질을 이용한 역류 세척은 오염물질에 따라 염소 또는 염기 용액 등의 화학물질을 추가하는 방식으로, 세척 효과가 더 높습니다. 단, 이 방법은 정밀 도징 공정을 추가해 세척 효과를 높이고 화학물질의 사용량을 줄여야 합니다.
이때 지능형 시스템 제어 방식을 적용하면 역류 세척 공정의 효율을 높일 수 있습니다.

공기 정련 방식(air-scouring)은 멤브레인 표면의 외측에 쌓인 미립자를 분리할 때 사용되는 방식입니다.

중요한 것은 재이용수 시스템의 총 비용을 고려해야 한다는 것입니다. 즉, UF막 여과, 피드 측 및 역류 세척 공정, 에너지 비용 외에도 화학물질, 소모품, 작업 시간, 감가상각 및 가동 중단 시간 등에 대한 비용이 모두 총 비용에 포함되어야 합니다.

스마트한 지능형 솔루션을 적용하면, UF막 재이용수 시스템을 최적화할 수 있습니다.

예를 들어, UF막 여과 시스템의 피드 단계에서는 양정, 유량, 화학물질 등을 모니터링하는 센서를 사용할 수 있습니다.

또한 역류 세척 시에도 양정, 유량, 화학물질 등을 모니터링하는 센서를 설치할 수 있습니다.

그런포스와 같은 지능형 펌프에는 모니터링 및 사전 결함 예측 장치, 유량계, 압력 모니터링 기능이 내장되어 있습니다.
PLC, 클라우드 및 사물 인터넷(IoT) 솔루션을 통해 원격으로 시스템을 연결하여 데이터를 시각화하고 유지 보수 서비스를 사전 예측할 수 있습니다.

또한 그런포스는 IoT 플랫폼을 활용해 중요한 공정을 자동으로 운영할 수 있는 솔루션 ‘디지털 트윈(Digital twin)’을 개발 중입니다. 이 말은 응집, 물때 방지, 오염, 여과, 역류 세척 및 세척 기능이 자동으로 수행된다는 것을 뜻합니다.

이제 그런포스의 지능형 솔루션인 그런포스 iSOLUTIONS(아이솔루션)을 적용하면 얻을 수 있는 이점에 대해 다시 한번 정리해 보겠습니다.

화학물질 사용량 감소:
-디지털 도징 펌프는 도징을 정밀하게 수행하여 화학물질 사용량을 최적화 및 최소화합니다.
-지능형 솔루션을 통해 응집제(flocculant)를 사용하면, 슬러지의 양을 줄이고 여과 시스템 성능을 최적화할 수 있습니다.
-물때 및 오염 발생의 위험이 있을 때마다 알아서 역류 세척 기능을 수행할 수 있습니다.
이를 통해 세척 과정에서 사용되는 화학물질과 물의 양을 최적화할 수 있습니다.

지원 및 비용 절감:
- 물, 에너지 및 화학물질 사용량을 줄일 수 있습니다.
- 시스템 조건에 맞춰 최적의 화학적 역류 세척을 사용할 수 있습니다.
- 시스템을 최적화하여, 화학물질의 보관 상태를 보다 효과적으로 관리할 수 있으며, 소진량에 따라 ERP 시스템으로 주문할 수 있습니다.

공정 최적화:
-여과와 역류 세척 사이의 간격을 최적화하여 물과 에너지를 절약하고 UF막 멤브레인의 수명을 연장할 수 있으며, 시스템의 전체적인 효율성을 향상시킵니다.
-원수(raw water) 수질의 변화에 상관없이 시스템에 내장된 지능형 기능이 알아서 시스템의 조건과 성능을 최적 상태로 유지합니다.

이 모듈의 내용을 전체적으로 요약해보도록 하겠습니다.
- UF막 여과 장치는 물 재이용 시스템의 핵심입니다.
- UF막 여과 장치의 피드 측과 여과 측 시스템을 최적화함으로써 총 비용을 절감할 수 있습니다.
- 지능형 시스템을 활용하면, 응집, 물때 방지, 오염, 여과, 역류 세척 및 세척의 효율성을 향상시키고 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있습니다.

그런포스 Ecademy

산업용수의 재이용
산업용 폐수의 미립자 제거를 위한 지능형 UF막 여과 솔루션의 이점

미립자 제거
UF막 여과
지능형

0.01-0.1 μm
변수:

• 수준
• 유기 및 무기 함유물의 혼합비

피드
역류 세척

여과 주기
생물학적 처리
여과수

역류 세척 주기
농축
생물학적 처리
여과수

생산 중
일괄 설정

화학적 방식의 역류 세척

농축
생물학적 처리
여과수

총 비용

더욱 스마트하고 지능적인 솔루션

센서:

• 양정
• 유량
• 화학물질

센서:

• 양정
• 유량
• 화학물질

지능형 펌프

• 사전 결함 예측
• 유량계
• 압력 모니터링

• 응집
 • 물때 방지
• 오염
• 여과
• 역류 세척
• 세척

잠재적 이점
그런포스 iSOLUTIONS

화학물질 사용량 감소

• 정밀 도징
• 화학물질 사용량 절감
• 화학물질의 최적화

자원 투입 감소

물
에너지
화학물질

프로세스 최적화

• 물과 에너지 절약
• UF막 멤브레인의 수명 연장
• 전반적인 효율 향상

요약

• 재이용수 시스템의 핵심임 - UF막 여과 장치

• UF막 여과 장치의 피드 측과 역류 세척 측 시스템을 최적화함으로써 총 비용 절감

• 응집, 물때 방지, 오염, 여과, 역류 세척 및 세척의 효율을 향상시키고 비용을 절감하는 지능형 솔루션