KR100674579B1 - 해수의 담수화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 또는 염분을 함유한 물의 담수화 및 연소장치로부터 배기되는 유해한 이산화탄소 가스를 제거에 관한 것이다. 농후한 이산화탄소는 처리실에서 변환되고, 해수는 염화나트륨 분자의 결합력을 약화시키는 촉매로서의 암모니아를 혼합한 다음, 처리실로 양수하여 분사시키고 거기서 이산화탄소 가스에 노출시킨다. 염화나트륨 분자의 내부 결합력이 물에서 염소원자와의 결합력이 큰 암모니아에 의해 약화된다. 처리실에서 이산화탄소가 염화나트륨 원자를 끌어당겨 결합을 약화시켜 분해시킨다. 세정기에서 두가지의 고체상태를 형성하여 제거된다. 담수화된 물은 세정기에서 넘처 배출되어 생활용수나 농업용수로 이용된다. 배기가스에서 유해한 이산화탄소가 대기중으로 배출되기전에 제거된다. 고체상태의 염화암모늄은 암모니아의 이용을 위해 재순환되고 탄산나트륨은 판매가능한 제품으로 배출된다.

담수화방법

Description

해수의 담수화 방법{PROCESS FOR DESALINATION OF SEAWATER}

본 발명은 해수 또는 소금기가 있는 물의 담수화 방법에 관한 것이다.

사회생활용수, 농업용수 및 산업용수가 더욱 더 필요하지만, 세계 도처에서 물을 구하지 못하는 곳이 많다. 해수는 염분을 함유하고 있기 때문에 이용할 수 없는데, 현존하는 염분 제거 방법들은 처리 속도가 느리고 어려우며 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 많은 에너지를 필요로 한다. 전세계적으로 에너지 소비가 증가추세에 있고, 에너지 소비의 대부분은 석유, 석탄가스, 목재 및 기타 유기재료의 연소에 의해 생산되지만 환경오염을 유발하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 환경을 오염시키게 될 연소 배출가스로부터 발생되는 CO2를 이용하여, 많은 량의 해수를 저비용으로 담수화할 수 있는 실제적인 담수화 방법을 제공하는 것이다. 다른 유사 화학 처리방법을 이용하고 있지만, 현존하는 해수의 담수화 방법은 많은 량의 해수를 경제적으로 처리하지 못하고 있다. 상기한 화학적 처리방법의 예느 특히, 1865년에 어네스트 솔베이사가 개발한, 염화나트륨 농축 용액에 암모니아를 포화시킨 다음 이산화탄소를 통과시켜 얻은 소다 재(soda ash)를 이용한 암모니아 소다 재 처리방법이 있다.

상기한 본 발명의 목적과 잇점들은 배기가스로부터 CO2를 제거하고 해수를 담수화하는 화학적 처리과정을 포함한 본 발명에 의해 달성된다. 염화나트륨 분자들은 나트륨과 염소 원자들 사이에 강한 내부 결합력을 가지며, 그 원자들간의 결합은 아래 두단계의 과정에서 파괴된다.

본 발명의 첫째 단계에서, 암모니아인 촉매를 계량하여 제거할 염분을 3중량% 함유하는 해수와 혼합한다. 그 암모니아 혼합물은 물과 쉽게 혼합되어 매우 능동적인 반응 분자를 포함하는 수산화암모늄을 형성한다. 그 반응분자들은 강한 인력을 갖고 해수의 염화나트륨 분자의 염소 원자와 결합한다. 이로써 나트륨과 염소의 내부 결합력을 감소시켜 염화나트륨을 보다 쉽게 분해될 수 있게 함다.

본 발명의 둘째 단계는 정화기 위에 배치된 밀봉된 처리실에서 수행된다. CO2가 농후하고 통상 대기로 배출되어 환경을 오염시키는 연소 배출가스가 본 발명의 둘째 단계의 처리에 이용된다. 연소 배출가스는 처리실 일측의 인입구를 통해 유입되어 처리실에 잔류한 다음 타측에 있는 배출구를 통해 배출된다. 해수 혼합물은 상기 처리실로 양수되어 상부 부근에 있는 복수개의 배출구를 통해 응축되지 않은 안개와 같은 상태로 분무된다.

CO2 가스 분자들은 염화나트륨의 나트륨 원자에 의해 분무된 해수의 염화나트륨 분자로부터 떨어져 분해된다. 이로써 두가지의 비교적 무거운 고체가 형성되어 정화기에서 침적되고 배출구를 통해 제거된다.

담수 처리된 해수는 염분에 비교하여 매우 많은 량으로 정화기를 넘쳐 흐르게 되는데, 그 이유는 염분은 해수에서 약 3%정도 함유되어 있기 때문이다. 그런 다음 담수화된 해수는 생활용수, 산업 용수 및 농업용수로 사용될 수 있게 된다. 그러나, 상기 처리된 해수에는 용해된 암모니아와 플랑크톤 및 해양 생물에 필요한 자양분과 같은 기타 유기물들이 함유되어 있다. 자양분은 경작 토양을 비옥하게 하는데 사용될 수 있다. 필요에 따라, 그러한 성분들은 강한 폭기 과정에 의해서 그리고 생물학적 처리과정에 의해 또는 막히지 않은 필터에 의해서 제거될 수 있다. 콜로이드 상태의 물질들은 응집시켜 슬러지나 필터 케이크 상태로 회수될 수 있다.

염화나트륨을 분해하고 이산화탄소를 제거하기 위한 두가지 재료들은 2.53의 비중을 갖는 탄산나트륨과 1.53의 비중을 갖는 염화암모늄이다.

상기 두가지 재료들은 하이드로 싸이클론 분리기, 공기 콘베이어 및 스프레이 또는 기타 다른 공지의 수단들에 의해 분리될 수 있다. 탄산나트륨이 가격면에서 그리고 시장성에서 바람직하고 전체 담수처리공정 비용의 부담없이 해수를 담수화할 수 있다. 염화암모늄의 암모늄은 산화칼슘으로 열처리함으로써 회수될 수 있고, 또한 염산과 질산으로 변환될 수 있다.

3중량%의 염화나트륨을 함유하는 해수에서 염화나트륨을 분해하기 위한 화학식은 아래와 같다.

32.3T 1.0T 0.45T 0.38T 0.91T 0.91T 32.3T

194 H2O + 2 NaCl + 2 NH3 + CO2 = Na2CO3 + 2 NH4CLl + 194 H2O

18 116 52 44 106 106 18

위에서 T는 ton을 의미한다. 또한 마지막 라인의 수치는 화학식에서의 분자량을 의미한다.

본 발명에 따른 담수화 방법은 상부판과 원통형의 벽으로 이루어지고 상측에, 집수구를 갖는 원추형의 바닥에 연결된 원통형의 벽으로 이루어진 세정기를 포함한 처리실에서 수행된다. 다수의 분산용 분사구멍들을 갖는 인입 파이프로 암모니아가 혼합된 해수가 공급된다. 인입관을 통해 이산화탄소가스를 함유한 연소 배기가스가 처리실로 공그된다. 남은 연소 배기가스는 배출관을 통해서 배출된다.

배수용 보와 파이프가 염분이 제거된 해수를 배출한다. 스플래시판과 환상의 배출용 커버가 부가적인 염분 제거를 위해 일차적으로 처리된 물을 받아서 튀겨준다. 파이프 콘베이어가 폭기에 의해 집수구로부터 범람수를 제거하고, 집수구로부터 찌꺼지를 혼합하고 경량화시키며 분리기로 분사하여 배출한다. 이때 공기는 분리기의 상부에서 제거된다.

본 발명에 따른 해수의 담수화 방법 또는 장치는 상측에 직렬 또는 병렬로 배치된 세정기들을 구비한 적어도 하나의 처리실에서 수행되는 연속적인 화학적 처리과정을 통해 달성되며, 해수 또는 염분을 함유한 물에서 효율적으로 염화나트륨 분자를 분해하여 제거한다.

가스나 오일 또는 석탄이 발전소나 로, 또는 다른 연소장치들에서 연소될 때 통상적으로 배출되는 이산화탄소가 농후한 배기가스는 대기의 상층권에 도달하면 환경에 유해하게 된다.

배기가스가 처리실로 공급되어 이산화탄소가 대기로 배출되기전에 해수의 담수화 처리 공정에 이용된다. 해수가 처리실로 공급되어 처리실의 상부에서 다수의 분사공을 통해 분무되기 전에, 해수에 함유된 염화나트륨의 내부결합을 약화시키기 위하여 염화나트륨과 평형을 이룰수 있는 량으로 촉매로서 암모니아가 부가되어 혼합된다. 분무된 해수 입자가 스플래시판에 부딪히고 이산화탄소 가스와 반응을 하여 염화나트륨 분자들에 결합되어 염화나트륨을 분해시킨다.

탄산나트륨과 염화암모늄과 같은 고체 상태의 재료를 이용하여 염화나트륨, 암모니아, 이산화탄소 및 물과 반응시킨 다음 제거된다.

세정기에서 염분이 제거되어 처리된 해수의 상층부는 세정기로부터 넘쳐 배출되며, 고체 상태의 침전물은 하측으로 배출되어 제거된다.

복수개의 처리실이 여러가지 방법으로 이용될 수 있다. 2개, 3개 또는 그 이상의 처리실들이 병렬로 배치되는 경우에 처리실로 유입되는 해수, 염화나트륨, 암모니아 및 이산화탄소가 처리 영역에 비례하여 감소되며 해수의 담수화가 증가된다.

다른 예로서, 3개의 처리실들이 직렬로 배치되는 경우에, 연소 배기가스가 제 1 처리실로부터 제 2 및 제 3 처리실로 배출되고 최종적으로 남은 배기가스는 제 3 처리실에서 배출되며, 암모니아가 혼합된 해수는 제 2 처리실로 공급되어 거기서 담수화 처리된다.

처리된 해수에 아직도 너무 많은 염화나트륨이 함유되어 있는 경우에, 암모니아가 충분한지를 검사하여 제 1 처리실로 보충하여 담수화 처리 요건을 충족시키도록 한다.

필요에 따라서, 공급되는 해수 혼합물의 일부분을 전환하여 제 3 처리실에서 분사하여 남은 이산화탄소 가스를 제거하도록 한다.

본 발명에 따른 해수의 담수화 방법은 주로 일정한 함량의 염화나트륨을 함유한 해수의 담수화를 위한 것이다. 해수는 약 3중량%의 염화나트륨을 함유하고 있지만, 지역에 따라 그 함유량은 변한다. 피요르드 해안이나 좁은 만에서는 담수가 흘러들어와서 염분의 함량이 상대적으로 낮다. 열대지역과 낮은 수역에서는 해수의 염분 함량이 보다 높지만, 일반적으로 4중량%를 넘지 않는다.

해수에는 마그네슘, 칼슘, 칼륨등이 염분과 비교하여 소량으로 함유되어 있다. 이러한 금속들은 대부분의 살아있는 세포에 필요하며, 그 성분들중 일부는 상술한 담수화 처리과정에서 제거될 수도 있다.

해수는 또한 플랑크통과 그밖의 미생물들을 포함하고 있으며, 해양에서 다른 바다 생명체들에 중요한 자양분이 된다.

이러한 미생물들 또한 담수화 처리된 물이 불모지에서의 경작에 사용될 때 자양분으로서 작용할 수 있으며, 이로써 담수화된 해수는 특히, 캘리포니아, 홍콩 및 중동지역에서 극히 가치있는 자원으로서 인기가 증가하고 주목을 끌고 있다. 아라비아 지역에서 유정으로부터의 가스가 연소되고 있으며 발전소에서도 연료로서 가스가 이용되고 잇는데, 이러한 연소과정에서 발생되는 이산화탄소 가스를 포획하여 담수화 처리 과정에 있용하여 소비함으로써 대기 오염을 저감시킬 수 있다.

상기와 같이 배출되는 유해한 이산화탄소 가스를 제거하여 본 발명에서 많은 량의 해수를 담수화 처리하는데 사용될 수 있으며, 그 담수화된 물은 경작지에 이용될 수 있다. 암모니아는 재회수를 할 필요없이 저렴한 비용으로 다량으로 생산될 수 있다. 본 발명의 담수화 방법의 변형예는 고장없이 그리고 신뢰성 있게 22%의 염분 농축을 위해 이용될 수 있다.

본 발명은 바람직한 예에 대해 설명되었지만, 달리 변형 및 변경이 가해질수 있으며 그러한 변경 및 변형은 본 기술분야의 숙련자들에게 자명하며, 첨부된 청구범위에 속하는 것임을 밝혀둔다.

Claims (4)

1. 해수에 존재하는 염화나트륨 분자들과 반응하여 분자 결합을 약화시키기 위하여 수산화암모늄을 형성하도록 해수에 암모니아(NH3)를 혼합하고, 그 해수 혼합물을 밀봉된 처리실의 상측에서 미세한 입자 상태로 분무하고, 세정기에서는 분무된 해수 혼합물을 연소 배기가스(CO2)에 노출시켜 결합역이 약화된 염화나트륨 분자와 반응하여 탄산나트륨(Na2CO3)과 염화암모늄(NH4Cl)을 형성하게 하고, 그 탄산나트륨과 염화암모늄을 배출 파이프를 통해 제거하고, 세정기를 넘치는 담수화된 물을 배출하는 단계들을 포함하여 구성된 염분을 함유한 물이나 해수의 담수화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 처리실에는 부가적인 염분 제거를 위하여 해수 혼합물을 포집하고 스플래시하도록 스플래시판(splash board)이 제공된 것을 특징으로 하는 담수화 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 해수 혼합물은 처리과정에서 장애를 일으키지 않도록 최대 22%의 염분 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 담수화 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 담수화 처리는 최대한의 염분 제거를 위해 직렬 또는 병렬로 배치된 적어도 두개의 처리실에서 수행되는 것을 특징으로 하는 담수화 방 법.