KR100893565B1

KR100893565B1 - 기수의 농도별 염분제거 시스템 및 이를 이용한 염분제거 방법

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Publication number: KR100893565B1
Application number: KR20090004735A
Authority: KR
Inventors: 이광야; 김해도; 박승우; 장태일; 손종화; 홍민
Original assignee: 한국농어촌공사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2009-04-17

Abstract

본 발명은 기수의 농도별 염분제거 시스템 및 이를 이용한 염분제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, ECRS(Electric Carbon Removal System)를 이용한 전기분해에 의해 수행되는 1차 염분제거공정 및 역삼투압 장치(Reverse Osmosis Unit, RO Unit)를 이용한 역삼투에 의해 수행되는 2차 염분제거공정에 의해 기수에 함유된 염분을 제거하되, 농도에 따라 다른 공정을 적용하는 것을 특징으로 하는 기수의 농도별 염분제거 시스템 및 이를 이용한 기수의 농도별 염분제거 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 하수처리장의 방류수의 농도를 모니터링하여 농도에 따라 적절한 공정을 거쳐 염분제거를 함으로써 저농도 뿐만 아니라 고농도의 기수도 담수화하는 것이 가능하고, 기수의 농도에 따라 선택적으로 염분제거 공정을 적용하므로 시스템의 운용효율을 높일 수가 있다.

기수, 염분제거, 전기분해, 역삼투

Description

기수의 농도별 염분제거 시스템 및 이를 이용한 염분제거 방법{Desalinaton System According to Salty of Brackish Water and Method for Desalinating Using the Same}

현재 우리나라는 지역 및 계절에 따른 강수량 변화가 심하여 농업용수 수자원 확보가 곤란한 특성을 가지고 있다. 또한, 급속하게 진행된 도시화와 산업화에 따른 물 사용량의 증가와 녹지면적의 감소, 콘트리트, 아스팔트화 등의 불투수층의 면적이 증가하면서 지하수 및 저수지가 오염되고 있다.

농림부와 환경부는 기존에 그대로 하천에 방류하던 하수처리장 방류수(하수 처리수)를 공업용수, 농업용수 등의 용도로 안정적으로 공급하여 새로운 수자원으로 이용하는 "하수처리수 재이용 촉진 시범사업"을 추진하고 있다.

특히, 하수처리장 방류수를 농업용수로 재이용하는 방안을 추진해오고 있으며, 재이용을 위한 저류조를 설치한 경우도 있다. 그러나, 바다에 인접한 하수처리수의 염분농도 문제, 재이용에 따른 안정성 문제 등 여러가지 현실적 제약으로 하수재이용사업이 활성화되지 못하고 있는 것이 현실이다. 이에 소요사업비의 일부를 국고에서 지원함으로써, 농업재이용을 활성화하기 위한 사업을 추진하고 있다.

한편, 본 발명자들은 하수처리장 방류수 및 하천유입수 중의 염분을 제거하여 농업재이용수로 이용하기 위한 기수의 담수화시스템 및 이를 이용하여 기수를 농업재이용수로 전환하는 방법에 관한 특허를 출원하여 등록받은 바 있다 (한국등록특허 제839,026호). 상기 담수화시스템은 EC 센서를 이용하여 염분제거 공정을 포함하는 기수의 담수화 공정 전체를 모니터링하여, 기수의 염분농도가 700ppm 이하로 감소될 때까지 시스템을 운용하여 효율적으로 기수를 담수화할 수 있다는 장점이 있으나, 일반적으로 1000ppm 이상의 기수를 담수화하는데 있어 효율이 저하된다는 한계가 있다.

이에 본 발명자들은 저농도의 기수를 담수화할 수 있는 기술을 개발하고자 예의 노력한 결과, 전기분해를 이용하여 염분을 제거하는 장치인 ECRS(2)(Electric Carbon Removal System)와 역삼투를 이용하여 염분을 제거하는 장치인 역삼투압 장 치(6)를 이용하여, 기수의 담수화를 실시함으로써, 저농도의 기수는 상기 전기분해를 이용하여 염분을 제거하는 장치인 ECRS(2)에 의한 1차 염분제거공정만으로도 담수화가 가능하고, 고농도의 기수는 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 의한 2차 염분제거공정으로 담수화를 가능하게 할 수 있어, 기수의 농도별로 다른 공정을 적용할 수 있다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 기수의 농도별 염분제거 시스템 및 이를 이용한 기수의 농노별 염분제거 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (a) 하천의 기수가 유입되며, 상기 기수의 농도를 모니터링하는 EC센서가 장착된 유입조(1); (b) 상기 유입조(1)와 연결되어, 전기분해 원리를 이용하여 상기 유입조(1)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하는 ECRS(2)(Electric Carbon Removal System); (c) 상기 유입조(1)의 EC센서 및 ECRS(2)에 연결되어, 시스템의 작동을 제어하는 제어판넬(3A); (d) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)에 전력을 공급하는 태양광 발전시스템(3); (e) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 울트라 필터(4)(Ultra Filter, UF); (f) 상기 울트라 필터에 연결되어, 상기 울트라 필터에서 여과된 기수가 유입되는 울트라 필터 여과수조(4A); (g) 상기 울트라 필터 여과수조(4A)에 연결되어, 상기 울트라 필터 여과수조(4A)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 마이크로 필터(5)(Micro Filter, MF); (i) 상기 마이크로 필터(5)와 연결되어, 역삼투 원리를 이용하여 상기 마이크로 필터(5)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하는 역삼투압 장치(6)(Reverse Osmosis Unit, RO Unit); (j) 상기 역삼투압 장치(6)와 연결되어, 상기 역삼투압 장치(6)에 CIP(Cleaning-In-Place, 정치세정) 용액을 공급하는 CIP 탱크(7); (k) 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(9) 사이에 위치하며, 역삼투압 장치(6)로 공급되는 CIP 용액에 포함되어 있는 부유물을 여과시키는 CIP 필터(8); 및 (l) 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 의해 각각 염분이 제거된 기수가 유입되는 처리수 저장조를 포함하는, 기수의 농도별 염분제거 시스템을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 담수화시스템을 이용하여, 전기분해를 이용하는 1차 염분제거공정 및 역삼투를 이용하는 2차 염분제거공정에 의해 기수를 농도별로 담수화하는 방법을 제공한다.

본 발명은 일 관점에서, (a) 하천의 기수가 유입되며, 상기 기수의 농도를 모니터링하는 EC센서가 장착된 유입조(1); (b) 상기 유입조(1)와 연결되어, 전기분해 원리를 이용하여 상기 유입조(1)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하 는 ECRS(2)(Electric Carbon Removal System); (c) 상기 유입조(1)의 EC센서 및 ECRS(2)에 연결되어, 시스템의 작동을 제어하는 제어판넬(3A); (d) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)에 전력을 공급하는 태양광 발전시스템(3); (e) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 울트라 필터(4)(Ultra Filter, UF); (f) 상기 울트라 필터에 연결되어, 상기 울트라 필터에서 여과된 기수가 유입되는 울트라 필터 여과수조(4A); (g) 상기 울트라 필터 여과수조(4A)에 연결되어, 상기 울트라 필터 여과수조(4A)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 마이크로 필터(5)(Micro Filter, MF); (i) 상기 마이크로 필터(5)와 연결되어, 역삼투 원리를 이용하여 상기 마이크로 필터(5)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하는 역삼투압 장치(6)(Reverse Osmosis Unit, RO Unit); (j) 상기 역삼투압 장치(6)와 연결되어, 상기 역삼투압 장치(6)에 CIP(Cleaning-In-Place, 정치세정) 용액을 공급하는 CIP 탱크(7); (k) 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(9) 사이에 위치하며, 역삼투압 장치(6)로 공급되는 CIP 용액에 포함되어 있는 부유물을 여과시키는 CIP 필터(8); 및 (l) 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 의해 각각 염분이 제거된 기수가 유입되는 처리수 저장조를 포함하는, 기수의 농도별 염분제거 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서 기수란, 바닷물과 민물이 섞여 염분이 함유되어 있는 물을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 기수의 농도별 염분제거 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 ECRS(2)에 포함된 전기분해모듈을 도시한 것으로, 업/다운 유닛(2C)이 다운 로딩한 경우(a)와 업/다운 유닛(2C)이 업 로딩한 경우(b)를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 카본모듈을 나타낸 것이다.

유입조(1)는 기수가 유입되는 수조로서, 상기 유입조(1)에는 EC 센서가 장착되어 있어, 유입조(1)로 유입되는 기수의 농도를 모니터링한다. 즉, 상기 EC 센서가 유입조(1)로 유입되는 기수의 농도를 감지하여, 농도 데이터를 제어판넬로 전송한다. 이때, 상기 유입조(1)로 유입되는 기수의 농도가 저농도일 경우, 제어판넬에서는 1차 염분제거공정인 ECRS에서의 염분제거공정만 수행한 다음, 염분제거된 기수를 처리수저장조로 이송하도록 시스템을 제어하고, 상기 유입조(1)로 유입되는 기수의 농도가 고농도일 경우, 제어판넬에서는 1차 염분제거공정인 ECRS에서의 염분제거공정 수행 후, 2차 염분제거공정인 역삼투압 장치(6)에서의 염분제거공정까지 수행한 후, 염분제거된 기수를 처리수저장조로 이송하도록 시스템을 제어한다.

ECRS(2)는 상기 유입조(1)와 연결되며, 유입조(1)로부터 유입되는 기수를 전기분해하여 기수 내의 염분을 제거하는 1차 염분제거공정을 수행한다.

상기 ECRS(2)는 유입조(1)로부터 기수가 유입되는 ECRS 수조와 전기분해모듈(2A)을 포함하며, 상기 전기분해모듈은 하나 이상이 포함되는 것도 가능하며, 바람직하게는 5~10개의 전기분해모듈(2A)을 포함한다.

상기 전기분해모듈(2A)은 ECRS(2)가 태양광 발전시스템(3)으로부터 전력을 공급받아 작동하기 시작하며, 상부에서 하부 또는 하부에서 상부로 로딩되면서 작동하기 시작하는 업/다운 유닛(2C), 상기 업/다운 유닛(2C)에 연결된 전극(2D), 상기 전극(2D) 하단에 위치하는 홀더(2E) 및 상기 홀더(2E) 내장된 카본모듈(2F)을 포함한다.

상기 홀더(2E)는 카본모듈(2F)을 보호하는 역할 및 전극(2D)상에서 일정간격으로 삽입되어 부착되어 있어 결국에는 카본모듈(2F)이 일정간격을 가지고 배치되게 해주는 역할을 한다.

상기 카본모듈(2F)은 염소성분을 가스형태로 증발하게 하여 제거하는 기능 및 기수에 함유되어 있는 미생물을 살균하는 기능을 수행하여, ECRS(2)에서 염분이 제거된 기수가 역삼투압 장치(6)로 이송되어 2차 염분제거공정이 진행될 때, 역삼투압 장치(2)에 무리가 가지 않게 하여, 역삼투압 장치(2)의 수명을 연장시켜주는 역할을 한다.

상기 전기분해모듈(2A)의 전압은 5~15V이고, 5~10분 간격으로 전기분해모듈(2A)의 전극(2D), 즉 양극과 음극을 바꾸어서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전기분해모듈(2A)의 전압이 5V 미만이면 전력이 약해져 전기분해가 느리게 수행되고, 15V를 초과하면 전기분해 속도는 빠르나, 전력소모량이 증가한다는 문제가 있다. 5~10분 간격으로 전극(2D)을 바꾸는 것은 스케일 제거를 하기 위한 것으로, 5분 미만이거나, 10분을 초과하면 전극분해의 효율이 떨어지는데, 특히 10분을 초과하면, 전극에 스케일이 생겨 전기분해의 효율이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 상기 ECRS 수조 바닥 부분에는 산기관이 부착되어 있어, 1차 염분제거 공정이 진행될 때, 폭기(aeration) 현상을 촉진시킴으로써, 1차 염분제거공정이 보다 효율적으로 진행되도록 한다.

한편, 상기 ECRS(2)가 작동하도록 전원을 공급하기 위한 태양광 발전 시스템이 제어판넬(3A)을 통하여 상기 ECRS(2)와 연결된다. 이때, 상기 제어판넬(3A)은 시스템의 전체 공정을 제어하는 기능을 수행하며, 구체적으로는, 유입조에 장착된 EC 센서로부터 기수의 농도 데이터를 전송받아, 기수의 염분농도가 저농도일 경우에는 ECRS(2)에 의한 1차 염분제거공정만을 수행하도록 하고, 고농도일 경우에는 ECRS(2)에 의한 1차 염분제거공정 및 역삼투압 장치(6)에 의한 2차 염분제거공정을 수행하도록 한다.

여기서, 상기 ECRS(2)의 작동원리를 살펴보면, 우선, 태양광 발전시스템(14)으로부터 전기분해모듈(2A)의 제어판넬을 통하여 전기분해모듈(2A)로 전원을 공급하면, 전기분해모듈(2A)의 업/다운 유닛(2C)이 하단으로 로딩되기 시작한다. 그 후, 전기분해모듈(2A)의 전극(2D)이 ECRS(2) 수조로 유입된 기수에 담지되고, 상기 전극(2D)의 하단에 위치한 홀더(2E) 내부의 카본모듈(2F)에 의해 상기 기수가 전기분해된다.

울트라 필터(Ultra Filter, UF)는 상기 ECRS(2)와 연결되어, 상기 ECRS(2)에서 전기분해된 기수를 여과시킨다. 상기 울트라 필터는 상기 전기분해된 기수 내의 부유물질을 제거하기 위한 것으로, 상기 기수 내의 부유물질 함량을 40~50ppm 에서 4~6ppm 이하로 감소시키는 역할을 한다. 상기 울트라 필터는 모듈타입으로서 베셀 내에 하나 이상의 멤브레인 필터가 삽입되어 있는 구조이며, 바람직하게는 베셀안 에 2~10개의 필터가 베셀 내에 삽입되어 있다. 이때, 베셀안에 삽입되는 멤브레인 필터의 포어 크기는 20~50㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 울트라 필터에서 여과된 기수는 울트라 필터 수조로 유입된다.

마이크로 필터(5)(Micro Filter, MF)는 이송펌프에 의해 상기 울트라 필터 수조로부터 이송된 기수를 여과시킨다. 상기 마이크로 필터(5)는 상기 이송된 기수 내의 부유물질을 제거하기 위한 것으로, 상기 기수 내의 부유물질 함량을 1ppm 이하로 감소시키는 역할을 한다. 상기 마이크로 필터는 모듈타입으로서 베셀 내에 하나 이상의 멤브레인 필터가 삽입되어 있는 구조이며, 바람직하게는 베셀안에 2~10개의 필터가 베셀 내에 삽입되어 있다. 이때, 베셀안에 삽입되는 멤브레인 필터의 포어 크기는 5~15㎛인 것을 특징으로 할 수 있다.

결국, 상기 울트라 필터와 마이크로 필터는 기수 내의 부유물질을 제거시켜 역삼투압 장치에서 수행되는 2차 염분제거공정의 전처리 역할을 하며, 기수 내의 부유물질을 미리 제거함으로써, 역삼투압 장치에 무리가 가지 않게 하여, 역삼투압 장치의 수명을 연장시켜주는 역할을 한다.

역삼투압 장치(6)(Reverse Osmosis Unit, RO Unit)는 상기 마이크로 필터(5)에 연결되어, 상기 마이크로 필터(5)에서 여과된 다음 이송펌프에 의해 이송된 기수의 염분을 제거하는 2차 염분제거공정을 수행한다.

상기 역삼투압 장치(6)는 총 3개의 단계로 나누어진 역삼투압 모듈을 포함하며, 각 단계의 역삼투압 모듈을 각각 1단 역삼투압 모듈, 2단 역삼투압 모듈 및 3단 역삼투압 모듈이라고 지칭한다. 상기 1단 역삼투압 모듈, 2단 역삼투압 모듈 및 3단 역삼투압 모듈은 각각 복수 개의 역삼투압 필터를 포함하되, 1단 역삼투압 모듈에 포함된 역삼투압 필터의 개수가 가장 많고, 2단 역삼투압 모듈에 포함된 역삼투압 필터의 개수는 1단 역삼투압 모듈에 포함된 역삼투압 필터의 개수보다 작으며, 3단 역삼투압 모듈에 포함된 역삼투압 필터의 개수는 2단 역삼투압 모듈에 포함된 역삼투압 필터의 개수보다 작다. 예를 들어, 1단 역삼투압 모듈은 7개의 역삼투압 필터를 포함하고, 2단 역삼투압 모듈은 4개의 역삼투압 필터를 포함하며, 3단 역삼투압 모듈은 3개의 역삼투압 필터를 포함하여, 역삼투압 장치가 구성될 수 있다.

상기 역삼투압 장치(6)로 유입된 1차 염분제거공정을 거친 기수는 1단 역삼투압 모듈, 2단 역삼투압 모듈 및 3단 역삼투압 모듈을 순차적으로 통과하면서, 2차 염분제거공정을 거치게 된다. 상기 1단 역삼투압 모듈을 통과하면서, 상기 유입된 기수에 함유된 염분의 40~50%가 제거되고, 상기 2단 역삼투압 모듈을 통과하면서, 1단 역삼투압 모듈을 통과한 기수에 함유된 염분의 40~50%가 제거되며, 상기 3단 역삼투압 모듈을 통과하면서, 2단 역삼투압 모듈을 통과한 기수에 함유된 염분의 40~50%가 제거되어, 역삼투압 장치(6)에 의한 2차 염분제거공정이 마무리된다.

상기와 같이 염분제거 장치(6) 염분이 제거된 기수인 처리수는 처리수저장조로 이송되어, 농업 재이용수로 사용된다.

한편, 상기 기수의 농도별 염분제거 시스템을 사용하지 않는 경우, 상기 시스템은 역삼투압 장치(6)는 CIP(Cleaning in Place, 정치세정) 용액에 의해서 세척된다.

구체적으로, 상기 역삼투압 장치(6)에는 상기 역삼투압 장치(6)로 CIP 용액을 공급하기 위한, CIP 탱크(7)가 연결되어 있고, 상기 CIP 탱크(7)로부터 CIP 필터(8)를 통하여 역삼투압 장치(6)로 CIP 용액을 공급하게 된다. 이때, 상기 CIP 필터(8)는 CIP 탱크(7)로부터 역삼투압 장치(6)로 CIP 용액이 공급될 때, CIP 용액 내의 부유물이 역삼투압 장치(6)로 유입되지 못하도록 차단하는 역할을 한다. 한편, 역삼투압 장치(6)로 유입된 CIP 용액은 상기 역삼투압 장치(6)를 세척하고 난 후, 다시 CIP 회수 탱크로 유입된다. 즉, CIP 용액은 회수하여 재사용이 가능하다. 이때, 상기 CIP 용액은 수산화 나트륨(sodium hydroxide) 수용액인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 다른 관점에서, 상기 담수화시스템을 이용하여, 전기분해를 이용하는 1차 염분제거공정 및 역삼투를 이용하는 2차 염분제거공정에 의한 기수의 농도별 담수화 방법에 관한 것이다.

구체적으로는, 상기 시스템으로 유입되는 기수가 저농도일 경우에는 1차 염분제거공정인 상기 담수화시스템의 ECRS에서의 전기분해에 의해 염분제거, 미생물 살균 및 염소제거가 수행되고, 시스템으로 유입되는 기수가 고농도일 경우에는 상기 1차 염분제거공정을 거친 후, 2차 염분제거공정인 역삼투압 장치에서의 역삼투 현상에 의해 염분제거가 수행되어 농업재이용수로 사용가능하다.

실험적으로는, 농도가 300~700ppm인 기수는 전기분해에 의해 염분제거가 수행되어 농업재이용수로 사용가능하고, 농도가 701~5000ppm인 기수는 전기분해 및 역삼투에 의해 염분제거가 수행되어 농업재이용수로 사용가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 농도에 따라 기수를 담수화는 공정을 다르게 함으로써 시스템 운용의 효율을 높일 수 있고, 전기분해에 의한 1차 염분제거공정 및 역삼투에 의한 2차 염분제거공정이라는 2단계에 걸친 염분제거공정으로 인하여, 종래 염분제거장치에서 구현할 수 없었던, 고농도의 기수의 담수화도 가능하다. 따라서, 하수처리장 방류수 및 하천으로 유입되는 수질에 소금기 있는 물의 농도에 상관 없이 담수화함으로써, 갈수기때 농업용수로 재활용할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1: 기수의 농도별 염분제거시스템을 이용한 기수의 염분제거효율 측정

하천 방류수를 기수로 하여, 도 4에 나타난 바와 같은 기수의 농도별 염분제거 시스템을 작동시켰다.

1-1. 저농도의 기수의 염분을 제거하는 1차 염분제거공정

이송펌프를 이용하여, 상기 방류수 저장조로부터 기수를 유량 3000 ton/day로 하여 유입조(1)로 유입시켰다. 유입조(1) 내에 EC 센서가 유입된 기수의 농도를 모니터링 한 후, 상기 기수를 ECRS(2) 수조로 유입시켰다.

ECRS(2) 수조로 기수가 유입되면, 태양광 발전시스템에서 생성된 태양에너지를 제어판넬을 통하여 전기에너지로 변환시킨 다음, ECRS(2)에 설치된 전압이 7V인 5개의 전기분해모듈(2A)에 공급하여, 상기 전기분해모듈(2A)를 작동시켰다.

전기분해모듈(2A)의 업/다운 유닛(2C)이 다운 로딩되어, 전극(2D)도 ECRS 수조로 유입된 기수에 담지되었고, 상기 전극(2D)의 하단에 장착된 홀더(2E) 내부의 카본모듈(2F)에 의해서 상기 ECRS(2) 수조의 기수가 전기분해되었다. 이때, 상기 전극은 양극과 음극을 10분 간격으로 바꾸어가면서 전기분해를 수행하였다.

이러한 방식으로, 상기 기수를 전기분해시킴으로써, 기수의 염분제거를 위한 1차 염분제거공정을 완료하였다.

1-2. 고농도의 기수의 염분을 제거하는 2차 염분제거공정

상기 1-1에서 1차 염분제거공정을 거친 기수를, 이송펌프를 이용하여 울트라 필터(4)로 이송시켜 여과시킨 다음, 울트라필터 여과수조(4A)에 유입시켰다. 그후, 이송펌프를 이용하여, 상기 울트라 필터 여과수조(4A) 내의 기수를 마이크로 필터(5)로 이송하였다.

상기 마이크로 필터(5)를 통과하면서 여과된 기수를, 이송펌프를 이용하여 역삼투압 장치(6)로 유입시켰다. 역삼투압 장치(6)로 여과된 기수를 역삼투압 장치(6)내에 있는 7개의 역삼투압 필터를 포함하는 제1단 역삼투압 모듈, 4개의 역삼투압 필터를 포함하는 2단 역삼투압 모듈 및 3개의 역삼투압 필터를 포함하는 3단 역삼투압 필터를 순차적으로 통과하도록 함으로써, 기수의 염분제거를 위한 2차 염분제거공정을 완료하였다.

상기 2차 염분제거공정을 거치면서 염분제거된 기수인 처리수를 처리수저장소로 이송하였다.

실험예 1: 기수의 농도별 염분제거시스템의 효율 측정

기수의 농도별 염분제거시스템을 이용하여, 실시예 1의 1-1(1차 염분제거공정) 및 1-2(2차 염분제거공정)을 거친 처리 대상수의 처리효율을 측정하였다.

그 결과, 염분의 농도가 500ppm인 기수가 유입된 경우에는 ECRS에서 1차 염분제거공정을 거친 후, 염분의 농도가 250ppm으로 되어 1차 염분제거공정 후에 처리수 저장조로 이송되었다. 이때, 기수내에 함유된 SS(suspended solid) 및 미생물 함량은 각각 10(mg/L) 및 10,000(ea/L)이었던 것이 ESRS에서의 1차 염분제거공정을 거치면서 각각 5(mg/L) 및 30(ea/L)으로 나타나서, ESRS에 의한 SS 제거 및 미생물 살균의 효과도 확인할 수 있었다.

반면, 염분의 농도가 800ppm인 기수가 유입된 경우에는 ECRS에서 1차 염분제거공정을 거친 다음, 역삼투압 장치로 이송되어 2차 염분제거공정을 거쳐 최종적으로, 염분의 농도가 300ppm으로 되어 2차 염분제거공정 후에 처리수 저장조로 이송되었다. 이때, 기수내에 함유된 SS(suspended solid) 및 미생물 함량은 각각 20(mg/L) 및 50,000(ea/L)이었던 것이 ECRS에서의 1차 염분제거공정을 거치면서 각각 5(mg/L) 및 30(ea/L)으로 나타나서, SS 제거 및 미생물 살균의 효과도 확인할 수 있었다.

결국, 상기 결과로부터, 상기 시스템으로 유입되는 처리 대상수의 염분 농도가 500ppm일 때에는 1차 염분제거공정인 유입조(1) - ECRS(2)만을 거치고도 배출수가 농업재이용수로 가능하고, 상기 시스템으로 유입되는 처리 대상수의 농도가 800ppm일 때에는 1차 염분제거공정 후에, 2차 염분제거공정인 울트라 필터 - 울트라 필터 여과수조 - 마이크로 필터(5) - 역삼투압 장치(6)를 거친 처리수가 농업재이용수로 가능하다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 기수의 농도별 염분제거시스템은 유입조(1)에 장착된 EC 센서에 의해 유입되는 기수의 농도를 모니터링 하여, 농도에 따라 기수의 처리공정을 제어함으로써, 저농도의 기수를 처리할 때에는 염분제거 공정이 단축되어, 공정의 단순화를 실현할 수 있고, 시스템 운용 비용을 절약할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 기수의 농도별 염분제거시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 ECRS(2)에 포함된 전기분해모듈을 도시한 것으로, 업/다운 유닛(2C)이 다운 로딩한 경우(a)와 업/다운 유닛(2C)이 업 로딩한 경우(b)를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 카본모듈(2F)을 나타낸 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 유입조

2: ECRS

2A: 전기분해모듈 2B: ECRS 수조

2C: 업/다운 유닛 2D: 전극

2E: 홀더 2F: 카본모듈

2G: 산기관

3: 태양광발전시스템 3A: 제어판넬

4: 울트라 필터 4A: 울트라 필터 여과수조

5: 마이크로 필터

6: 역삼투압 장치 6A: 1단 역삼투압 모듈

6B: 2단 역삼투압 모듈 6C: 3단 역삼투압 모듈

7: CIP 탱크 ` 7A: CIP 필터

7B: CIP 회수탱크

8: 처리수조

9: 공급펌프

Claims

다음을 포함하는, 기수의 농도별 염분제거 시스템:

(a) 하천의 기수가 유입되며, 상기 기수의 농도를 모니터링하는 EC센서가 장착된 유입조(1);

(b) 상기 유입조(1)와 연결되어, 전기분해 원리를 이용하여 상기 유입조(1)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하는 ECRS(2)(Electric Carbon Removal System);

(c) 상기 유입조(1)의 EC센서 및 ECRS(2)에 연결되어, 시스템의 작동을 제어하는 제어판넬(3A);

(d) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)에 전력을 공급하는 태양광 발전시스템(3);

(e) 상기 ECRS(2)에 연결되어, 상기 ECRS(2)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 울트라 필터(4)(Ultra Filter, UF);

(f) 상기 울트라 필터에 연결되어, 상기 울트라 필터에서 여과된 기수가 유입되는 울트라 필터 여과수조(4A);

(g) 상기 울트라 필터 여과수조(4A)에 연결되어, 상기 울트라 필터 여과수조(4A)로부터 이송되는 기수를 여과시키는 마이크로 필터(5)(Micro Filter, MF);

(i) 상기 마이크로 필터(5)와 연결되어, 역삼투 원리를 이용하여 상기 마이크로 필터(5)로부터 유입되는 기수에 함유된 염분을 제거하는 역삼투압 장 치(6)(Reverse Osmosis Unit, RO Unit);

(j) 상기 역삼투압 장치(6)와 연결되어, 상기 역삼투압 장치(6)에 CIP(Cleaning-In-Place, 정치세정) 용액을 공급하는 CIP 탱크(7);

(k) 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 CIP 탱크(7) 및 역삼투압 장치(9) 사이에 위치하며, 역삼투압 장치(6)로 공급되는 CIP 용액에 포함되어 있는 부유물을 여과시키는 CIP 필터(8); 및

(l) 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 연결되어, 상기 ECRS(2) 및 역삼투압 장치(6)에 의해 각각 염분이 제거된 기수가 유입되는 처리수 저장조.
제1항에 있어서, 상기 ECRS(2)는 전극(2D); 상기 전극(2D)에 연결되어, 전극(2D)을 업 로딩(up loading) 또는 다운 로딩(down loading)시키는 업/다운 유닛(2C)(Up/Down Unit); 상기 전극(2D)의 하단에 삽입되어 부착된 홀더(2E)(Holer);및 상기 홀더(2E)에 내장된 카본모듈(2F)을 포함하는 전기분해모듈과 ECRS 수조를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 울트라 필터(4)는 베셀 내에 2~10의 멤브레인 필터가 삽입되어 있는 모듈 타입이며, 상기 멤브레인 필터의 포어(pore)의 크기는 20~50㎛ 인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 필터(5)는 베셀 내에 2~10개의 멤브레인 필터가 삽입되어 있는 모듈 타입이며, 상기 멤브레인 필터의 포어(pore)의 크기는 5~15㎛ 인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 역삼투압 장치(6)는 1단 역삼투압 모듈; 상기 1단 역삼투압 모듈에 연결된 2단 역삼투압 필터; 및 상기 2단 역삼투압 모듈에 연결된 3단 역삼투압 모듈를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제5항에 있어서, 상기 1단 역삼투압 모듈, 2단 역삼투압 모듈 및 3단 역삼투압 모듈은 각각 하나 이상의 역삼투압 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항에 있어서, 상기 CIP 용액은 수산화나트륨(sodium hydroxide) 수용액인 것을 특징으로 하는 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 기수의 농도별 염분제거 시스템을 이용하며, 전기분해에 의한 1차 염분제거공정 및 역삼투에 의한 2차 염분제거공정을 포함하는 기수의 농도별 염분제거 방법.
제8항에 있어서, 농도가 300~700ppm인 기수는 전기분해를 이용하여 1차 염분제거공정에 의해 염분이 제거되고, 농도가 701~5000ppm인 기수는 전기분해를 이용하는 1차 염분제거공정 및 역삼투를 이용하는 2차 염분제거공정에 의해 염분이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.