KR100856134B1 - 염수의 담수화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염수의 담수화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화나트륨이 함유된 염수를 결정성장 속도를 조절하여 얼음 결정을 형성시키고, 형성된 얼음 결정을 농축 잔류액 으로부터 분리시킨 후, 형성된 얼음 결정을 일정한 가열속도로 가열, 부분 용융시켜 담수와 농축 염화나트륨으로부터 분리 및 회수하는 단계를 제공하며 상기 용융과정에서 초순수를 결정표면에 분사시켜 결정층 표면에 부착되어 있는 불순물을 세정시켜 담수의 정제 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 염수의 담수화 방법에 관한 것이다.

염수, 담수, 얼음, 결정, 초순수, 부분용융, 염화나트륨, 분리, 세정

Description

염수의 담수화 방법{Method for Desalination of saltwater}

도 1은 염수의 담수화 공정의 개략도를 나타낸 것이다.

도 2는 경막 결정 결정화기로부터 성장된 얼음 결정층의 사진을 나타낸 것이다.

도 3은 현탁 결정 결정화기로부터 성장된 얼음 결정들의 광학현미경 사진을 나타낸 것이다.

본 발명은 염수의 담수화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화나트륨이 함유된 염수를 결정성장 속도를 조절하여 얼음 결정을 형성시키고, 형성된 얼음 결정을 농축 잔류액 으로부터 분리시킨 후, 형성된 얼음 결정을 일정한 가열속도로 가열, 부분 용융시켜 담수와 농축 염화나트륨으로부터 분리 및 회수하는 단계를 제공하며 상기 용융과정에서 초순수를 결정표면에 분사시켜 결정층 표면에 부착되어 있는 불순물을 세정시켜 담수의 정제 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 염수의 담수화 방법에 관한 것이다.

최근 급격한 산업화로 사람들의 생활수준은 향상되고 있으나 자연환경의 오염에 따른 기후 변화 등으로 인하여 지구촌 곳곳에서 가뭄현상에 따른 물 부족 현상이 자주 발생되고 있는데 이러한 현상은 세계적인 추세로서 앞으로도 물 부족 현상은 더욱 심각해질 전망이다. 상기와 같은 물 부족 문제를 해결하기 위한 방안으로 댐 건설, 지하수 개발 등이 있으나 댐 건설의 경우에는 자연환경의 훼손뿐만 아니라 댐 건설에 막대한 비용이 소요되기 때문에 댐 건설이 쉽지 않으며, 지하수 개발의 경우에도 무분별한 개발로 인해 지하수 자원이 고갈되어 있을 뿐만 아니라 지하수의 오염이 심각하기 때문에 수자원의 확보가 쉽지 않아 장기적으로는 근본적인 해결책이 되지 못한다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 선진국인 미국, 일본, 독일 등에서는 이미 오래 전부터 풍부한 수자원인 바닷물로부터 담수를 얻는 방법들을 개발하여 식수나 공업용수로 사용하고 있다. 이와 같이 바닷물로부터 담수를 얻는 방법들은 바닷물을 가열하여 물의 증발과 응축성질을 이용하여 담수를 얻는 증발법과 고압펌프를 이용하여 바닷물에서 담수와 염수를 분리시켜 담수를 얻는 역삼투압법, 바닷물에 기계적인 힘을 가하면 증기가 발생되고 이를 응축시켜 담수를 얻는 증기 압축법, 바닷물의 어는점이 낮은 것을 이용하여 바닷물을 냉동시킬 때 순수한 물의 결정이 먼저 형성되는 원리를 이용하여 담수를 얻는 냉동결정법, 용매 추출법, 이온교환수지법 및 바닷물의 전기 분해법 등 여러 가지 방법이 있으나 증발법과 막 분리법이 현재 가장 보편적으로 이용되고 있다.

일반적으로 바닷물은 주성분인 염화나트륨이 대략 3 중량%가 함유되어 있으며, 일반적으로 바닷물에 포함된 염화나트륨은 짠맛이 강하고 부식의 원인이 되기 때문에 음용수나 공업용수로 직접 이용하기는 부적합하다.

대량의 담수를 얻기 위해서는 첫째, 에너지를 적게 사용하여야한다. 아무리 담수화 성능이 뛰어나도 필요한 양의 담수를 얻기 위한 에너지를 공급할 수 없다면 사용할 수 없다. 둘째, 장치가 간단하고 저렴해야 한다. 담수화설비를 시설하는 비용이 적게 들고 시설의 규모가 작아야 필요한 곳에 필요한 수만큼 건설할 수 있다.

염분의 농도가 매우 높은 해수를 담수로 바꾸는 기술은 많이 알려져 있다. 일반적인 공정으로는 증발법, 막 분리법, 전기 투석법, 냉동법 등이 있으나 가장 널리 적용되고 있는 기술은 증발법과 막 분리법이다. 증발법에는 다단 플래쉬법(multiple stage flash, MSF), 다단 효용 증발법(multiple effect evaporization, ME) 등이 주로 사용되며 기술의 완성도가 높아 비교적 일찍부터 널리 사용되고 있는 공정이다. 그러나 에너지 소모량이 많고 고온 운전에 의한 부식이 크며 생산설비 면적 및 초기 투자비가 많이 들어 주로 에너지가 풍부한 중동지역에서 대규모 해수담수화 설비에 사용되고 있다. 그러므로 에너지 사용량과 설비투자비 및 유지비가 많이 드는 문제점이 있다.

대한민국 공고특허 제 82-00707 호는 낮은 동력으로도 가동시킬 수 있는 소규모의 역삼투 작용에 의한 막 분리방법으로 바닷물을 담수화시키는 방법에 관한 것이나 소규모의 담수화 처리장치이기 때문에 담수의 대량 생산에는 부적합할 뿐만 아니라 또한 바닷물을 역삼투압 처리 전에 전처리를 하지 않아 역삼투압 처리 시에 많은 부하가 걸릴 수 있는 문제점이 있다. 또한, 막 분리방법으로 대규모 담수화 처리방법은 초기 투자비가 많이 소요되고, 유기 또는 무기물에 의한 파울링(fouling) 방지를 위해 전처리에 상당한 주의가 필요한 문제가 있으며, 전처리 설비 및 역삼투막 설비의 고압 운전으로 인해 높은 전력비가 소요되는 문제점이 있다.

본 발명에 관한 종래 연구 기술을 살펴보면, 1961년, Shapiro가 실험실적인 방법으로서 유기물질을 농축하기 위해서 결정화를 처음으로 적용한 이후, 얼음 결정화 기술은 유기 또는 무기물질 농축을 위한 분석 화학에서는 널리 알려져 있는 방법이다. Baker 등은 미량 유기 화합물(페놀, 알코올, 산)의 분석 효율을 높이기 위해서 얼음 결정화를 전처리 기술로서 이용하였다. 용해성 물질에 대한 뛰어난 농축 효율에 불구하고 산업적인 응용을 위한 설비는 개발되지 않았다.

Van der Ham 등은 NaNO₃, CuSO₄를 함유한 수용액으로부터 물을 회수하기 위한 공정으로서 공융 동결 농축 공정(Eutectic freeze concentration process)을 개발하였다. 공융 동결 농축 공정(Eutectic Freeze Concentration) 기술은 공융 온도(eutectic point)에서 동결에 의해 무기 수용액으로부터 순수한 얼음과 무기염 결정을 분리·회수하는 기술이다. 수용액에서 NaNO₃ 농도는 35 중량%이며 CuSO₄ 농도는 12 중량%이다(Chemical Engineering and Processing, 37, 207-213(1998).

또한 Van der Ham 등은 전술한 연구 결과로부터 모노-암모늄 포스페이 트(Mono-ammonium phosphate), CuSO₄를 함유한 수용액으로부터 물과 무기염을 회수하기 위해서 냉각 디스크 관형 결정화기(Cooled Disk Column Crystallizer)를 개발하였다.

Vassen 등은 KNO₃-HNO₃가 포함된 수용성 전해질 용액으로부터 고순도 KNO₃ 결정을 회수하기 위해서 공융 동결 농축 공정(Eutectic Freeze Concentration)을 이용한 냉각 디스크 관형 결정화기(Cooled Disk Column Crystallizer)를 개발하였다(Ind.Eng.Chem.Res., 42, 4874-4880, 2003).

Shirai 등은 질산아연, 질산납과 같은 수용성 물질과 점토성 물질(Na-Montmorillonite), 탄산 납, 수산화 아연 등의 불용성 성분이 포함된 모델 수용액을 제조한 후 냉각 결정화에 의한 불순물 제거 연구를 실시하였다(Water Research, 37, 2520-2524, 2003). 상기한 냉각 결정화 방법을 이용하여 여러 분야에서 다양한 물질의 정체 및 분리, 회수 공정의 연구가 지속되어 왔다. 그러나 얼음 결정화 방법을 이용한 염수에서 염분을 제거하는 담수화 방법은 지금까지 알려진 사례가 보고 되지 않았다.

이에, 본 발명자들은 기존의 해수에서 염분을 제거하는데 있어서의 문제점인 다단 정제 장치에 의한 장치비용 증대 및 공정의 복잡성, 높은 온도까지 온도를 올려야하는 증발 농축과정을 동반하는데서 오는 과다한 에너지 사용, 장치 부식, 복 잡한 전처리 등의 문제점을 해결하기 위해 연구 노력하였다.

그 결과, 일반 해수와 유사한 염의 농도를 가진 염수를 일정하게 조절되는 냉각속도로 냉각시켜 결정 성장 속도를 조절하여 얼음 결정을 형성시키고, 형성된 얼음 결정을 농축 잔류액 으로부터 분리시킨 후, 형성된 얼음 결정을 일정한 가열속도로 가열, 부분 용융시켜 담수와 농축 염화나트륨으로 분리 및 회수하는 방법과, 여기에 상기 용융과정에서 초순수를 결정층 표면에 분사시켜 결정 표면에 부착되어 있는 불순물을 세정시켜 담수의 회수 효율의 향상이 가능하다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 얼음 결정화 방법을 이용하여 고농도 염분이 포함된 염수를 간단하고 효율적으로 염을 분리하여 담수로 변환시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 1) 염화나트륨이 포함된 염수를 -30 ~ 0 ℃ 온도 범위까지 냉각속도 0.01 ~ 10 ℃/분 로 냉각시켜 얼음 결정을 형성시킨 후, 얼음 결정을 농축 염화나트륨으로부터 분리 하는 단계; 2) 상기 분리된 얼음 결정을 -5 ~ 10 ℃ 온도범위까지 가열속도 0.01 ~ 10 ℃/분으로 가열 또는 상기 온도를 유지하여 얼음 결정을 부분 용융에 의해 정제하고, 담수와 농축 염화나트륨을 분리 및 회수하는 단계; 및 3) 상기 용융 정제 단계에서 초순수를 결정 표면에 분사시켜 정제 담수와 농축 염화나트륨을 분리 및 회수하는 단계를 포함하여 이루어지는 염수의 담수화 방법에 특징이 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 염수를 냉각시켜 결정 성장 속도를 조절하여 얼음 결정을 형성시키고, 형성된 얼음 결정을 농축 잔류액으로부터 분리시킨 후, 형성된 얼음 결정을 일정한 가열속도로 가열, 부분 용융시켜 담수와 농축 염화나트륨으로 분리 및 회수하는 방법과, 여기에 상기 용융과정에서 초순수를 결정층 표면에 분사시켜 결정 표면에 부착되어 있는 불순물을 세정시켜 담수의 회수 효율의 향상된 염수의 담수화 방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 과다한 에너지의 사용이나 복잡한 전처리 장치가 전혀 필요하지 않은 얼음 결정화 방법을 이용하여 고농도 염분이 포함된 염수의 담수화 방법을 제공하며 얼음 결정화(Ice crystallization) 방법은 어는점 이하의 온도에서 순수한 물의 결정이 먼저 형성되는 특성으로부터 함유된 염화나트륨이 동결되지 않은 액체로 분리 농축되는 원리를 이용한 것으로서 해수 또는 염수에 함유되어 있는 염화나트륨의 담수화 기술에 유용성이 매우 뛰어난 기술이며, 상기 얼음 결정화의 원리는 열역학적 고-액 상평형에 기초하고 있다.

얼음결정화는 크게 현탁 결정화와 경막 결정화로 구분되는바, 상기 현탁 결정화는 교반기를 포함한 재킷반응기와 동일한 형태의 결정화기에서 냉각에 의해 결정화하는 방법이고, 경막 결정화는 교반기 없이 내부 결정화기의 벽면을 냉각시키면, 결정성 물질이 냉각 벽면에 부착되면서 결정화하는 방법이다. 그러나 현탁형은 경막형에 비하여 순도와 수율 면에서 효과적이지만 결정화 후 여과기 및 원심 분리기 등의 별도의 분리 공정이 요구되는 단점이 있다.

결정화에 의한 분리에서 중요한 점은 결정내의 불순물의 거동으로, 이러한 불순물은 열역학적 불순물, 동역학적(kinetic) 불순물, 표면에 부착된 불순물로 나누어지는 바, 결정화 조작변수에 의하여 이들 불순물을 최소화하는 것이 핵심기술이다. 특히, 경막 결정화 공정은 결정을 온도구배 조작에 의하여 결정화기 표면에 부착시켜 생성하여 분리하는 공정이며, 일반적으로 경막 결정화기는 형태에 따라 관형, 봉형 및 판형으로 분류될 수 있다.

이러한 본 발명의 염수의 담수화 방법의 각 구성 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 먼저 염화나트륨이 포함된 염수를 -30 ~ 0 ℃ 온도 범위까지 냉각속도 0.01 ~ 10 ℃/분으로 냉각시켜 얼음 결정을 형성시킨 후 얼음 결정을 농축 염화나트륨으로부터 분리 하는 단계가 있다.

일반적인 염수는 염화나트륨 2.5 ~ 2.9 중량%, 염화마그네슘 0.037 ~ 0.039 중량%, 황산마그네슘 0.0163 ~ 0.0169 중량%, 황산칼슘 0.0122 ~ 0.0132 중량% 및 황산칼륨 0.0083 ~ 0.0089 중량% 함유 하였다. 상기 냉각 시 온도가 -30 ℃ 미만 시 염과 얼음결정이 동시에 생성되고, -2 ℃ 초과 시 결정이 생성되지 않는 문제점이 발생하고, 상기 냉각속도가 0.01 ℃/분 미만 시 생산속도가 매우 낮고 10 ℃/분 초과 시 빠른 결정 성장 속도로 인하여 다량의 염분이 결정에 포함되는 문제점이 발생한다. 상기 얼음결정은 얼음 결정화 장치에 의하여 현탁 결정 또는 경막 결정으로 제조 된다. 상기 현탁 결정의 크기는 0.001 ~ 10 mm 인데 상기 크기가 0.001 mm 미만 시 결정표면적이 증가하여 불순물의 제거가 어렵고, 10 mm 초과 시 수율이 낮은 문제점이 발생하며, 상기 경막결정의 크기는 1 ~ 3 mm 이며 1 mm 미만 시 불순물이 증가하고 3 mm 초과 시 결정화 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생한다.

이러한 고농도 염분이 함유된 염수의 담수화 시 사용하는 얼음 결정화 장치는 냉매가 순환되는 2 중 자켓 결정화기에 일정량의 염수가 회분식 또는 연속식으로 공급된다. 이때 결정화기 내에 투입된 염수의 온도는 결정화기 내부를 흐르는 냉매에 의해 조절된다. 상기 냉매로는 에틸렌글리콜과 물의 혼합액을 사용하는 것이 좋으며, 3 : 1 ~ 1 : 1 부피비로 에틸렌글리콜과 물을 혼합하여 순환기내에 채우고 결정화기로 순환시켜 온도를 -25 ~ -5 ℃로 유지하며, 결정화기의 온도의 냉각과 하기에 기술할 분리된 얼음 결정을 가열할 때의 가열속도를 정밀하게 제어하기 위하여 미적분 온도 조절기를 항온조에 설치하여 온도 프로그램 방식으로 결정화기의 온도를 정밀하게 조절한다. 상기 얼음 결정화기에서 형성된 결정은 관에서 잔여액을 진공으로 배출하여 물의 얼음 결정과 농축 염화나트륨으로 분리하였다. 상기 온도조절기는 프로그램방식으로 염수의 과포화도를 일정하게 조절하여 얼음 결정을 생성시킨다. 결정화 시 냉각속도는 핵 생성 및 결정 성장 속도를 용이하게 조절하는데 매우 중요하다.

다음으로, 상기 분리된 얼음결정을 -5 ~ 10 ℃ 온도범위까지 가열속도 0.01 ~ 10 ℃/분으로 가열 또는 상기 온도를 유지하여 얼음 결정을 부분 용융에 의해 정제하고, 담수와 농축 염화나트륨을 분리 및 회수하는 단계가 있다.

상기 얼음 결정화기에서 형성된 결정은 분리장치를 통해 물의 얼음 결정과 농축 염화나트륨으로 분리하였으며, 상기 분리된 결정은 가열하여 부분 용융(sweating)시키는 조작으로 결정에 내포된 잔류 염분을 제거하는 방법을 사용하였다.

또한, 대부분의 잔류 염분은 결정이 형성될 때 결정의 표면에 부착되는 것에 착안하여, 본 발명에서는 부분 용융 효과를 증가시키기 위해 후 세정방법으로 이러한 결정 표면에 순수를 적용량의 1/10 ~ 1/1000을 첨가하여 분사시키는 방법에 의해 잔류 염분을 제거한다. 후 세정은 결정 표면에 부착된 잔류 염분을 제거하는데 조작이 간단하고 운전이 용이하며 수행하기가 쉽다. 따라서, 이러한 세정을 극대화시키기 위해서는 부분 용융과정과 세척과정을 조합하여 수행하면 잔류 염분의 제거가 더욱 효과적이다. 상기 부분 용융과정은 상기 결정층을 -5 ~ 10 ℃ 까지 0.01 ~ 10 ℃/분로 승온시키거나 또는 -5 ~ 10 ℃로 유지시키는 것이 바람직하다. 만일 부분 용융장치의 온도가 -5 ℃ 미만이면 부분 용융이 일어나지 않는 문제가 있고, 10 ℃를 초과하면 과도한 용융으로 수율이 낮은 문제가 있다. 또한 상기 가열속도가 0.01 ℃/분 미만 시 순도에 영향이 없었으며, 10 ℃/분 초과 시 용융속도의 제어에 문제점이 발생한다. 또한, 결정층의 부분 용융은 분당 결정의 용융된 양이 10 ~ 60 % 까지 할 수 있으며, 부분 용융속도가 상기 범위를 벗어나면 낮은 수율 문제가 있다. 상기 부분 용융장치는 형성된 결정의 부분 용융에 의해 결정의 표면에 부착된 잔류 염분과 결정 내부에 내포된 염분을 결정 내외부의 열구배를 이용하여 이동시킬 수 있다. 따라서 상기 본 발명에 따 른 염분이 함유된 염수로부터 형성된 결정의 부분 용융을 거쳐 유효분배계수가 0.01 미만으로, 염분의 99 % 이상이 제거되어 분리된 담수의 염화나트륨 함유량이 0.001 ~ 1 중량%인 고순도의 담수와 농축 염화나트륨 잔류액을 분리 및 회수할 수 있다.

이때, 유효분배계수는 다음 수학식 1과 같이 정의된다.

상기 수학식 1에서, 유효분배계수가 1이면 불순물의 분리가 전혀 이루어지지 않는 상태이며, 유효분배계수가 0이면 불순물의 완전한 분리를 의미한다.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

얼음 결정화 방법인 경막결정화기를 사용하여 염수의 담수화 실험을 실시하였다. 3 중량%의 염화나트륨 수용액 4000 ㎖를 결정화기에 넣고 -7 ℃까지 0.5 ℃/분의 냉각속도로 냉각시켜 얼음 결정층을 형성시켰다. 이때, 경막 결정화기로부터 형성된 결정층은 도 2의 사진으로부터 확인할 수 있으며. 그 크기는 10 mm이다. 염수로부터 형성된 결정층과 결정화과정이 일어나지 않은 잔류 액은 밀도차에 의해 분리되었다. 상기 잔류액은 공급물로서 재순환되어 사용되었다. 성장된 결정층을 1 ℃/분의 가열속도로 -1.0 ℃ 까지 승온시킨 후, 상기 온도를 유지시키면서 용융시키고(50 % 부분용융), 순수를 용액의 1/500을 적용하여 결정표면에 분사하여 불순물을 제거하였다. 결정화 조작이 종료된 후 최종적으로 얻어진 담수의 염화나트륨의 농도는 전도도를 이용하여 측정되었다. 50 %가 용융된 결정층의 염화나트륨 함유량은 약 0.034 중량%이었으며, 분리효율의 척도인 유효분배계수(K_eff) 값은 0.01이었다.

실시예 2

얼음 결정화 방법인 현탁결정화기를 사용하여 염수의 담수화 실험을 실시하였다. 3 중량%의 염화나트륨 수용액 1000 ㎖를 교반형 자켓으로 된 결정화조에 넣고 열매체를 결정화조 자켓으로 순환시켜 온도를 -7 ℃까지 10 ℃/분의 냉각속도로 냉각시켜 -7 ℃에서 30 분 동안 유지하였다. 교반속도는 500 rpm으로 유지하였다. 이렇게 현탁된 얼음 결정을 진공 여과기를 사용하여 얼음 결정과 잔여액을 분리하였다. 이때 형성된 얼음 결정에 대한 광학현미경 사진은 도 3에 나타 내었으며. 형성된 결정의 평균크기는 약 0.5 mm의 크기였으며, 얼음 결정은 600 g 정도 얻어졌다. 상기 형성된 600 g의 얼음 결정을 부분용융 장치로 이송시켜 -1 ℃에서 20 분 동안 얼음 결정을 20 % 부분 용융시키고, 순수를 적용량의 1/500을 적용하여 얼음 결정을 정제하였다. 결정화 조작이 종료된 후 최종 적으로 얻어진 담수의 염화나트륨의 농도는 전도도를 이용하여 측정되었다. 20 %가 용융된 얼음 결정의 염화나트륨 함유량은 약 0.062 중량%이었으며, 분리효율의 척도인 유효분배계수(K_eff) 값은 0.02이었다.

비교예 1

냉각 속도를 20 ℃/분로 냉각 하여 얼음 결정을 형성시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 이때, 경막 결정화기로부터 형성된 결정층의 크기는 10 mm이다. 결정화 조작이 종료된 후 최종적으로 얻어진 담수의 염화나트륨의 농도는 전도도를 이용하여 측정되었다. 50 %가 용융된 결정층의 염화나트륨 함유량은 약 0.6 중량%이었으며, 분리효율의 척도인 유효분배계수(K_eff) 값은 0.2이었다.

비교예 2

냉각 속도를 0.001 ℃/분로 냉각 하여 얼음 결정을 형성시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 이때, 경막 결정화기로부터 형성된 결정층의 크기는 10 mm이다. 결정화 조작이 종료된 후 최종적으로 얻어진 담수의 염화나트륨의 농도는 전도도를 이용하여 측정되었다. 50 %가 용융된 결정층의 염화나트륨 함유량은 약 0.035 중량%이었으며, 분리효율의 척도인 유효분배계수(K_eff) 값은 0.01 이었다.

종합하면, 실시예 1 ~ 2의 염수의 담수화 방법이 비교예 1의 염수의 담수화 방법에 비하여 분배계수가 감소하였으며 비교예 2와 비교에서 높은 냉각속도에도 불구하고 순도가 유사하였으므로 생산속도에서 매우 우수한 것으로 나타났다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 염수의 담수화 방법은 고농도 염분이 함유된 염수를 직접 사용하여 조작함으로써 별도의 번거로운 전처리 조작이 필요하지 않고, 높은 온도까지 온도를 올려야하는 증발농축과정을 동반하는데서 오는 과다한 에너지 사용을 억제하면서, 염수 담수화 장치로 염분이 포함된 염수를 얼음 결정화기에 주입하여 결정을 형성시키고, 일정한 속도로 온도를 올려주는 부분 용융을 실시하여 정제 효율이 우수하다.

Claims (9)

1) 염화나트륨이 포함된 염수를 -30 ∼ 0 ℃ 온도 범위까지 냉각속도 0.01 ∼ 10 ℃/분 로 냉각시켜 얼음 결정을 형성시킨 후, 얼음 결정을 농축 염화나트륨으로부터 분리하는 단계; 및

2) 상기 분리된 얼음 결정을 -5 ∼ 10 ℃ 온도범위까지 가열속도 0.01 ∼ 10 ℃/분으로 가열 또는 상기 온도를 유지하여 얼음 결정을 부분 용융에 의해 정제하고, 담수와 농축 염화나트륨을 분리 및 회수하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 염화나트륨은 0.01 ~ 10 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 얼음결정은 현탁 결정화기 또는 경막 결정화기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 3 항에 있어서,

상기 현탁 결정의 크기는 0.001 ~ 10 mm 인 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 3 항에 있어서,

상기 경막 결정의 크기는 1 ~ 30 mm 인 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 2) 단계에서의 얼음 결정의 부분 용융은 10 ~ 60 % 부분 용융 시키는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 2) 단계에서 분리된 농축 염화나트륨은 원료 염수로서 재순환되는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항에 있어서,

상기 2) 단계에서의 얼음 결정의 부분 용융 시에 초순수를 결정 표면에 분사시켜 정제 담수와 농축 염화나트륨을 분리 및 회수하는 단계가 추가되는 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

제 1 항 내지 제 8 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,

분리된 담수의 염화나트륨 함유량이 0.001 ∼ 1 중량%이고, 분리 효율이(K_eff) 0.001 ∼ 0.1인 것을 특징으로 하는 염수의 담수화 방법.

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