KR100963536B1 - 조수방법 및 조수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 붕소를 포함한 물을 역침투막 모듈에서 분리하여 투과수를 얻는 공정과, 얻어진 투과수의 일부에 흡착제를 사용한 붕소제거 처리를 시행하는 공정을 가지고, 붕소제거 처리가 시행된 물을, 상기 투과수중 붕소제거 처리가 시행되지 않은 물과 혼합하여 혼합수를 얻는 조수방법이다. 본 발명은, 붕소를 포함하는 물로부터 붕소를 제거하는 경제적인 조수방법 및 조수장치를 제공한다.

역침투막, 붕소제거 처리, 염배제율, 농축수, 흡착제, 바이패스 라인, 혼합수.

Description

조수방법 및 조수장치{METHOD OF GENERATING FRESH WATER AND FRESH-WATER GENERATOR}

본 발명은, 역침투막 모듈 및 붕소제거 수단을 구비한 조수(造水)장치 및 그것을 사용한 조수방법에 관한 것이다.

해수 또는 염수로부터의 담수의 생성이나 하천 또는 호소(湖沼)수로부터의 상수의 생성 등에, 역침투막 모듈을 구비한 조수장치가 사용되고 있다. 이 종류의 조수장치는, 기본적으로는 도 1에 도시하는 바와 같이, 살균이나 탁질 성분제거 등의 전처리를 시행한 원수(해수 등)를 고압 펌프(1)에 의해 소정의 압력(예를 들면 6.0MPa 정도)으로 높여서 역침투막 모듈(2)에 공급하고, 역침투작용에 의해 투과수(담수)와 농축수로 분리한다. 얻어지는 투과수는, WHO 수질 가이드라인 값을 거의 만족하는 수질을 갖고 있지만, 유일하게 붕소에 대해서는, 불충분하다.

붕소는 해수중에서는 붕산으로서 존재하고, 약 4∼5mg/L 포함되어 있다. 현재 판매되고 있는 해수 담수화용 역침투막 모듈에서는, 조건에 따라서는 WHO 수질 가이드라인에서 정해져 있는 붕소 농도의 잠정값(0.5mg/L) 이하로 하는 것이 곤란한 경우가 있다.

그래서, 일본 특개평 9-10766호 공보에서는, 해수를 제 1 역침투막 모듈에 공급하고, 그 투과수를 pH 5.7 이상으로 조정한 후, 제 2 역침투막 모듈에 공급하는 수처리방법이 개시되어 있다.

그렇지만, 역침투막법에서는, 분리후의 농축수는, 배출할 수 밖에 없기 때문에, 공급수에 대해 얻어지는 투과수의 양, 소위 생성 효율에는 한계가 있다. 그 때문에, 제 2 역침투막 모듈을 설치하지 않을 경우, 즉 투과수중에 잔류한 붕소를 제거하지 않을 경우에 동등한 조수량을 확보하기 위해서는, 제 1 역침투막 모듈에서 약 10% 이상 여분으로 조수할 필요가 생겨, 설비비 및 전력비용이 증가하여, 경제적이지는 않다.

한편, 붕소의 제거 방법으로서는, 역침투막법 이외에도 강염기성 음이온 교환 수지에 의한 흡착 제거나 스티렌-디비닐벤젠 다중합체에 N-메틸글루카민을 결합시킨 수지에 의해 흡착 제거하는 방법이 알려져 있다. 일본 특개평 10-15356호 공보에는, 역침투막 모듈의 투과수를 이온교환 수지층에 통수하여, 붕소를 제거하는 수처리방법이 개시되어 있다. 이 경우, 이온교환 수지층의 조수효율은, 96% 이상으로 할 수 있어 효율적이다. 그렇지만, 흡착탑 등의 설비비, 수지의 초기투자, 및, 수지의 재생비용이 높아, 경제성의 점에서 문제가 있다.

본 발명은, 붕소를 포함하는 물로부터 붕소를 제거하는 경제적인 조수방법 및 조수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 붕소를 포함한 물을 역침투막 모듈에서 분리하여 투과수를 얻는 공정과, 얻어진 투과수의 일부에 흡착제를 사용한 붕소제거 처리를 시행하는 공정 을 가지고, 붕소제거 처리가 시행된 물을, 상기 투과수중 붕소제거 처리가 시행되지 않은 물과 혼합하여 혼합수를 얻는 조수방법이다.

또 본 발명은, 물의 승압수단과, 승압된 물을 농축수와 투과수로 분리하는 역침투막 모듈과, 역침투막 모듈의 처리수로부터 붕소를 제거하는 붕소제거 수단과, 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 유로와, 붕소제거 수단을 통과한 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물을 혼합시키는 혼합 수단을 구비하고 있는 조수장치이다. 또한, 여기에서 역침투막 모듈의 처리수란, 역침투막 모듈에 의해, 염분 등의 용질이 제거된 물이다.

도 1은, 종래의 조수장치의 주요부 개략 구성도이다.

도 2∼ 도 14 및 도 17∼ 도 20은, 본 발명의 1실시태양을 도시하는 조수장치의 주요부 개략 구성도이다.

도 15는, 도 2에서의 역침투막 모듈(2)의 부분을 2단으로 한 조수장치의 부분 구성도이다.

도 16은, 도 2에서의 역침투막 모듈(2)의 부분을 2단으로 하고, 게다가 무동력 압축기를 설치한 조수장치의 부분 구성도이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명의 조수방법 및 조수장치에 대하여 설명한다.

도 2는, 본 발명의 1실시태양의 조수장치의 주요부 개략 구성도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 조수장치는, 역침투막 모듈(2)을 구비하고 있다. 또, 역침투막 모듈(2)의 상류측에는, 물을 승압하여 역침투막 모듈(2)에 공급하는 고압 펌프(1)(승압 수단)를 구비하고 있다. 역침투막 모듈(2)에서, 승압된 공급수(A)를 농축수(C)와 투과수(B)로 분리한다. 역침투막 모듈(2)의 하류측에는, 물로부터 붕소를 제거하는 붕소제거 수단(3), 및, 그 붕소제거 수단(3)을 통과하지 않는 물의 유로로서, 바이패스 라인(7)이 병렬로 설치되어 있다. 역침투막 모듈(2)의 상류측에는, 유량조절 밸브(4a)를 구비하는 것이 바람직하다. 또, 바이패스 라인(7)에도, 유량조절 밸브(4b)를 구비하는 것이 바람직하다.

붕소제거 수단(3) 및 바이패스 라인(7)의 하류측에는, 붕소제거 수단을 통과한 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물을 혼합시키는 혼합 수단을 구비하고 있다. 여기에서, 혼합 수단은, 단지 붕소제거 수단을 통과한 물의 유로와 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 유로를 합류시키는 것만으로 좋다. 또, 상기 유로의 합류 지점, 또는, 그것보다 하류측에 저수조(도시 생략)를 설치해도 좋다. 저수조를 설치하지 않는 경우는, 설치 스페이스의 점에서 유리하다. 한편, 저수조를 설치한 경우는, 혼합수의 품질을 일정하게 하기 쉬운 점에서 유리하다. 혼합 수단에 의해, 붕소제거 처리가 시행된 물과, 상기 투과수(B)중 붕소제거 처리가 시행되지 않은 물이 혼합되어서, 혼합수(D)가 얻어진다.

붕소제거 수단(3)으로서는, 흡착제로 붕소를 제거하는 수단을 사용할 수 있다. 알루미늄 염과 소석회에 의한 알칼리 응집 침전에 의해 붕소를 제거하는 방법도 존재하지만, 이 방법은, 붕소농도가 짙을 경우에는 적합하지만, 대량의 희박용 액을 대상으로 하는 경우에는 코스트가 높아지게 된다. 이 때문에, 해수 등을 처리할 경우에는, 흡착제로 제거하는 수단이 바람직하다. 흡착제로서는, 무기계 흡착제, 이온교환 수지, 킬레이트 수지 등을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 붕소에 대해 대단히 선택성이 높은 킬레이트 수지가 좋다.

본 발명에서, 역침투막 모듈(2)에 제공되는 역침투막으로는, 공급수의 일부의 성분, 예를 들면 물을 투과시키지만, 다른 성분을 투과시키지 않는, 반투과성의 막이다. 역침투막의 소재로서는, 아세트산 셀룰로스계 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리이미드, 비닐 폴리머 등의 고분자 소재가 자주 사용되고 있다. 또 그 막구조는 막의 적어도 한쪽면에 치밀층을 가지고, 치밀층으로부터 막내부 혹은 또 한쪽의 면을 향해서 점점 커진 구멍 직경의 미세구멍을 갖는 비대칭막이나, 비대칭막의 치밀층상에 다른 소재로 형성된 대단히 얇은 분리기능층을 갖는 복합막 등이 있다. 막형태에는 중공사 및 평막이 있다. 본 발명은, 이들 막소재, 막구조나 막형태에 의하지 않고 실시할 수 있어, 어느것이나 효과가 있지만, 대표적인 막으로서는, 예를 들면 아세트산 셀룰로스계나 폴리아미드계의 비대칭막 및 폴리아미드계, 폴리 요소계의 분리기능층을 갖는 복합막 등이 있다. 조수량, 내구성, 염 배제율의 관점에서, 아세트산 셀룰로스계의 비대칭막, 또는, 폴리아미드계의 복합막을 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 막은, 실제로 사용하기 위해서 나선형, 튜브형, 플레이트 앤드 프레임 등의 엘리먼트에 집어 넣고, 또 중공사 막의 경우는 묶은 뒤에 엘리먼트에 집어 넣어서 사용되는데, 본 발명은 이들 막 엘리먼트의 형태에 좌우되는 것은 아니 다.

역침투막 모듈은, 상기의 막 엘리먼트를 1∼수개 압력용기 속에 수납한 것이다. 또, 이 모듈을 복수개 병렬로 배치한 것을 사용해도 좋다. 모듈의 조합, 개수, 배열은 목적에 따라서 임의로 행할 수 있다.

다음에, 이 조수장치에서의 물의 흐름을, 해수를 원수로서 사용한 경우에 대하여 설명한다. 살균이나 탁질 성분제거 등의 전처리가 시행된 해수(원수)는, 고압 펌프(1)에 의해 승압되어, 역침투막 모듈(2)에 공급된다. 공급된 해수는, 염분 등의 용질이 제거된 투과수와, 염분 등의 용질이 농축된 농축수로 분리되고, 농축수는 배출구로부터 배출된다.

그리고, 역침투막 모듈(2)에서 얻어진 투과수(담수)는, 붕소제거 수단(3)과 바이패스 라인(7)의 분기점에서, 붕소제거 수단(3)에 유입하는 물과 바이패스 라인(7)을 통과하는 물로 분배된다. 붕소제거 수단(3)에 유입한 물은 흡착제에 의해 붕소가 제거된 후, 유로의 합류점에서, 바이패스 라인(7)을 통과한 물과 혼합된다. 이와 같이 하여, 원하는 붕소농도로 조정된 혼합수가 얻어진다.

이 장치에는, 붕소제거 수단(3)을 통과하는 물과 바이패스 라인(7)을 통과하는 물의 유량비율을 제어하는 제어 수단(도시 생략)을 구비하고 있는 것도 바람직하다. 그리고, 붕소제거 처리를 시행하는 물과 붕소제거 처리를 시행하지 않는 물의 유량비율을 제어하여, 원하는 수질의 혼합수를 얻는 것이 바람직하다. 제어 수단은, 투과수량 센서(도시 생략) 및 붕소농도 센서(도시 생략)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 예를들면, 역침투막 모듈(2)과, 붕소제거 수단(3) 및 바이패스 라인(7)의 분기점 사이에, 투과수량 센서 및 붕소농도 센서를 설치하고, 게다가, 붕소제거 수단(3)을 통과한 물의 라인과 바이패스 라인의 합류점의 하류에도 붕소농도 센서를 설치한다. 그리고, 역침투막 모듈(2)의 투과수의 붕소농도, 혼합수의 붕소농도, 및, 역침투막 모듈(2)에서 얻어진 투과수량에 기초하여, 붕소제거 수단(3)에 유입시키는 물과 바이패스 라인을 통과시키는 물의 유량비율을 결정하여, 조정한다.

구체적으로는, 역침투막 모듈(2)의 투과수측에 설치한 투과수량 센서에 의해 측정되는 투과수 유량, 붕소농도 센서에 의해 측정되는 투과수중의 붕소농도, 그리고, 바이패스 라인과 붕소제거 수단(3)을 통과한 투과수의 합류점보다도 하류에 설치한 붕소농도 센서에 의해 측정되는 혼합수의 붕소농도가, 조수장치의 운전 상태를 나타내는 정보로서 조정 수단에 입력된다. 조정 수단은, 이들 측정 정보에 따라서, 유량제어 밸브(4a)와 유량제어 밸브(4b)를 조정하도록 구성되어 있다. 조정 수단은, 투과수질 관리부, 투과수량 관리부, 바이패스량 제어부 등으로 구성되어 있다.

즉, 역침투막 모듈(2)에서 얻어지는 투과수의 수질이 나쁠 경우, 즉 투과수의 붕소농도가 WHO 수질 가이드라인 값에서 정해져 있는 0.5mg/L 이상일 경우에는, 투과수의 일부를 붕소제거 수단(3)측에 유입시키고, 나머지를 바이패스 라인(7)측에 유입시키도록, 유량제어 밸브(4a 및 4b)를 제어한다. 바이패스 라인(7)측으로 흐르는 물의 비율은, 혼합수의 붕소농도가 0.5mg/L 이하로 되도록 제어하면 좋다. 역침투막 모듈(2)에서 얻어지는 투과수의 수질이 좋을 경우, 즉 투과수의 붕소농도 가 0.5mg/L 이하일 경우에는, 투과수의 전량을 붕소제거 수단(3)측이 아니라 바이패스 라인(7)측에 유입시키도록 유량제어 밸브(4a)를 닫아, 유량제어 밸브(4b)를 완전 개방으로 하도록 제어한다.

이와 같이, 수질에 따라서, 붕소제거 수단을 통과하는 투과수와 바이패스 수단을 통과하는 투과수의 유량비율을 제어함으로써, 해수 등 온도변화에 따라서 수질이 변화되는 원수의 경우에도, 항상 안정한 붕소농도의 처리수를 얻을 수 있다. 또, 붕소제거 수단을 더욱 유효하게 이용할 수 있어, 경제성을 더욱 향상할 수 있다. 또한, 유량비율의 조정은, 유량제어 밸브(4a, 4b)를 개폐하는 시간을 제어하는, 시분할 제어에 의해 행해도 좋다.

이와 같이, 본 발명에서는, 해수나 염수 등, 붕소 농도가 3mg/L 이상인 원수로부터, 붕소가 제거된 음료수를 얻을 수 있다. 또, 붕소제거 수단을 효율적으로 이용할 수 있어, 장치 코스트나 운전 코스트를 저감할 수 있고, 나아가서는 경제성을 향상할 수 있다.

또, 붕소만을 선택적으로 흡착하는 흡착제를 사용함으로써, 물로부터는, 붕소만이 제거되고, 미네랄분은 제거되지 않는다. 따라서, 미네랄분을 적당히 포함하는, 맛있는 물을 얻을 수 있다.

또, 도 3에 본 발명의 다른 1실시태양의 조수장치의 주요부 개략구성도를 도시한다. 이 실시태양에서는, 역침투막 모듈(2)은, 복수의 역침투막 모듈(2(a), 2(b))로 구성된다. 역침투막 모듈(2(b))의 투과수측은, 붕소제거 수단(3)에 접속되어 있다. 한편, 역침투막 모듈(2(a))의 투과수측은, 붕소제거 수단(3)을 통과하 지 않는 유로를 경유하고, 붕소제거 수단(3)을 통과한 유로와 합류해 있다.

더욱이, 도 4에 본 발명의 다른 1실시태양의 조수장치의 주요부 개략구성도를 도시한다. 이 실시태양에 있어서는, 역침투막 모듈(2)을 제 1 역침투막 모듈로 하고, 그 투과수측의 하류에 제 2 역침투막 모듈(6)을 구비한다. 이 때, 제 1 역침투막 모듈(2)과 제 2 역침투막 모듈(6) 사이에는 저압 펌프(5)(승압수단)가 설치되어 있다. 저압 펌프(5)로 승압된 물은, 제 2 역침투막 모듈(6)에서, 농축수와 투과수로 더욱 분리된다.

그리고, 제 2 역침투막 모듈(6)의 농축수측의 하류에 붕소제거 수단(3)을 구비하고, 농축수의 적어도 일부를 붕소제거 수단(3)에 통수하여, 붕소를 제거한다. 농축수의 전량을 붕소제거 수단(3)에 통수해도 좋다. 붕소가 제거된 제 2 역침투막 모듈(6)의 농축수를, 제 2 역침투막 모듈(6)의 투과수에 합류시키는 라인 등을 설치함으로써, 붕소제거 수단(3)을 통과하지 않은 물과, 붕소제거 수단(3)을 통과한 물을 혼합시킨다.

또, 도면에는 도시하지 않지만, 제 1 역침투막 모듈(2)과 제 2 역침투막 모듈(6) 사이에, 물의 pH값을 조정하는 알칼리 주입 수단을 설치하는 것도 바람직하다. 알칼리 주입 수단 및 저압 펌프(승압수단)은, 어느쪽이 상류측에 설치되어 있어도 좋다. 제 1 역침투막 모듈(2)보다도 상류에 알칼리 주입 수단을 설치한 경우는, 이온 농도가 높은 물에 알칼리가 주입됨으로써, 스케일을 발생하기 쉬워지므로, 바람직하지 못하다.

고압 펌프(1)에 의해 승압되고, 제 1 역침투막 모듈(2)에 공급된 해수는, 염 분 등의 용질이 제거된 투과수와, 염분 등의 용질이 농축된 농축수로 분리되고, 농축수는 배출구로부터 배출된다. 그 후, 역침투막 모듈(2)에서 얻어진 투과수(담수)는, 알칼리 주입 수단에 의해, 수중에 포함되는 붕산이 해리되어 음이온이 되는 pH로 조정된다. 붕산은 해리정수(pKa)가 9이며, 해수중에서는 거의 비해리 상태이다. 그렇지만, 대표적인 침투막인 가교된 전체 방향족 폴리아미드 분리기능층을 갖는 복합 역침투막은, 중성물질보다도 이온성 물질을 잘 배제한다는 특성을 가지고 있다. 그 때문에, pH는 9 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. pH는, 더욱 바람직하게는 9.5 이상, 11 이하로 하는 것이 바람직하다. 알칼리로서는, 수산화 나트륨이나 탄산 나트륨 등의 알칼리 염의 농후 수용액을 사용하고, 약액 주입 펌프로 주입하는 것이 바람직하다.

붕소제거에 적합한 pH로 조정된 제 1 역침투막 모듈(2)의 투과수는, 저압 펌프(5)에 의해 승압되어, 제 2 역침투막 모듈(6)에 공급되고, 붕소 등이 제거된 투과수와 붕소 등이 농축된 농축수로 더욱 분리된다.

그리고, 역침투막 모듈(6)의 농축수는, 적어도 일부가 붕소제거 수단(3)에 송수되고, 붕소가 제거되어서, 제 2 역침투막 모듈(6)의 투과수와 혼합된다.

이 실시태양에서는, 붕소제거에 적합한 pH로 조정한 물을 제 2 역침투막 모듈(6)로 처리함으로써, 예를들면, 투과수측에서는, 붕소가 제거된 물을 공급수의 약 90%의 비율로 얻는 동시에, 농축수측에서는, 공급수의 약 10%라는 소량의 붕소가 농축된 농축수를 얻는다. 그리고, 이 소량의 농축수만을 흡착제를 사용한 붕소제거 수단으로 처리하므로, 효율적으로 붕소를 제거할 수 있어, 경제적인 이점이 있다. 그리고, 붕소가 제거된 물을, 역침투막 모듈(6)의 투과수와 혼합시킴으로써, 조수효율을 높일 수 있다. 예를들면, 붕소제거 공정의 조수효율을, 99% 이상이라는 고효율로 하는 것이 가능하게 된다. 종래 알려져 있던 역침투막법에 의한 붕소제거에서는, 농축수를 배출하고 있었으므로, 조수효율을 90% 이상으로 하는 것은 곤란했다.

또, 종래 알려져 있던 역침투막법에 의한 붕소제거에서는, 수중에 포함되어 있던 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄분까지, 농축수와 함께 배출되어버리기 때문에, 음료수로서는 맛있지 않은 물이 되고 말았다. 본 실시태양의 조수 장치에서는, 붕소만을 선택적으로 흡착하는 흡착제를 사용함으로써, 역침투막 모듈(6)의 농축수로부터는, 붕소만이 제거되고, 미네랄분은 제거되지 않는다. 그 물을 투과수에 혼합시킨다는 것은, 역침투막 모듈(6)에서 일단 제거한 칼슘, 마그네슘을 투과수에 환원하게 되므로, 미네랄분을 적당히 포함하는, 맛있은 물로 할 수 있다.

이 실시태양에서, 제 1 역침투막 모듈(2)에 제공되는 막으로서는, 25℃, pH 6.5, 농도 35, 700mg/L의 식염수를 5.5MPa로 공급했을 때의 염배제율이 90% 이상인 성능을 갖는 막이 바람직하다. 염배제율이 높을 수록 투과수중의 염소 이온의 농도가 낮아지기 때문에 바람직하므로, 보다 바람직하게는 동 염배제율이 95% 이상, 더욱 바람직하게는 동 염배제율이 99% 이상인 분리 성능을 갖는 것이다. 염배제율이 90% 보다도 작으면 투과액중의 염소 이온의 양이 많아져 투과액을 그대로 음료수나 공업용수로서 사용하는 것이 어렵다.

또, 본 발명에서, 제 2 역침투막 모듈(6)에 제공되는 막은, 25℃, pH 6.5, 농도 1500mg/L의 식염수를 1.5MPa로 공급했을 때의 투과유속이 0.8m³/m²·일 이상인 성능을 갖는 막이 바람직하다. 또, 단위 엘리먼트당의 유량을 보다 많이 확보하기 위해서, 투과유속이 1.0m³/m²·일 이상이 보다 바람직하다. 더욱이, 25℃, pH 6.5, 농도 1,500mg/L의 식염수를 1.5MPa 공급했을 때의 염배제율이 90% 이상, 나아가서는 98% 이상으로, 또한, 25℃, pH 6.5, 농도 1500mg/L의 황산 마그네슘 수용액을 1.5MPa로 공급했을 때의 염배제율이 90% 이상, 나아가서는 98% 이상인 분리 성능을 갖는 막인 것이 바람직하다.

본 발명에서, 복수의 역침투막 모듈을 설치할 경우, 붕소제거 수단을 통과한 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물을 혼합시키도록 구성되어 있으면, 어떻게 배열해도 좋고, 그 단수는, 3단, 4단 또는 그 이상이라도 좋다. 여러 실시태양을 도 5∼도 14에 도시한다.

도 5는, 도 2에서의 바이패스 라인에 제 2 역침투막 모듈을 설치한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 6은, 도 5에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 7은, 도 2에서의 붕소제거 수단의 전방단에 제 2 역침투막 모듈을 설치한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 8은, 도 7에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 9는, 도 2에서의 바이패스 분기점의 전방단에 제 2 역침투막 모듈을 설치한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 10은, 도 4에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 11은, 도 4에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 12는, 도 4에서의 역침투막 모듈의 전방단에 역침투막 모듈을 설치하고, 더욱이, 도 4에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략구성도이다. 도 13은, 도 4에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 하고, 농축수의 일부를 후방단으로 처리한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다. 도 14는, 도 4에서의 역침투막 모듈의 부분을 복수단으로 한 조수장치의 주요부 개략 구성도이다.

또, 모든 도면에서, 제 1 역침투막 모듈(2)과 제 2 역침투막 모듈(6) 사이에, 물의 pH값을 조정하는 알칼리 주입 수단을 설치하는 것도 바람직하다.

또, 도 2∼도 14에 도시하는 역침투막 모듈(2, 6)의 각각을, 도 15에 도시하는 바와 같이 2단 구성으로 하고, 제 1단째의 역침투막 모듈(2x)에서 얻어지는 농축수를, 펌프(1y)로 더욱 승압한 후, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)에 공급하는 구성으로 해도 좋다. 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)에 의해 얻어진 투과수를 제 1단째의 역침투막 모듈(2x)에서 얻어진 투과수에 합류시킴으로써, 조수효율을 높일 수 있다. 그 경우에는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)에 제 1단째의 농축수를 공급하는 펌프로서, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)로부터 배출되는 농축수의 에너지를 회수하여 작동하는 터보 차저 등의 압축기(1z)를 사용함으로써, 그 조수 코스트의 저감을 도모할 수도 있다.

또, 공급되는 해수(원수)의 전처리로서 MF막, UF막 등의 막을 사용하여 여과하는 전처리를 행할 경우는, 공급수의 탁질 성분이 적어짐에 따라, 역침투막 모듈(2)에 보다 높은 유속으로 물을 공급시키는 것이 가능하게 되고, 제 1단째와 제 2단째의 역침투막 모듈의 사이에 펌프도, 에너지 회수 기기도 불필요하게 할 수 있다.

또, 도 4∼도 14 모두에서, 제 2 역침투막 모듈에서 얻어진 농축수를 제 1 역침투막 모듈의 공급측에 되돌리는 것도 바람직하다. 제 2 역침투막 모듈에서 얻어진 농축수는, 붕소농도가 높은 이외는, 양호한 수질을 가지고 있으므로, 재차 공급측으로 되돌려서 이용함으로써, 조수 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

도 17에 본 발명의 다른 1실시태양의 조수장치의 주요부 개략 구성도를 도시한다. 이 실시태양에서는, 제 1 역침투막 모듈(2)을 2단 구성으로 하고, 제 1단째의 역침투막 모듈(2x)의 농축수측을 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)에 접속한다. 그리고, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)의 투과수측의 하류에, 붕소제거 수단(3), 및, 그 붕소제거 수단(3)을 통과하지 않는 물의 유로로서, 바이패스 라인(7)이 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 붕소제거 수단(3)을 통과한 물을, 붕소제거 수단(3)을 통과하지 않은 물과 혼합시킨다.

도 18에 본 발명의 다른 1실시태양의 조수장치의 주요부 개략구성도를 도시한다. 이 실시태양에서는, 제 1 역침투막 모듈(2)을 2단 구성으로 하고, 제 1단째의 역침투막 모듈(2x)의 농축수측을 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)에 접속한다. 그리고, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)의 투과수측의 하류에 저압 펌프(5)(승압수단)와 제 2 역침투막 모듈(6)을 구비하고, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)의 투과수를, 제 2 역침투막 모듈(6)에서, 농축수와 투과수로 더욱 분리한다. 그리고, 역침 투막 모듈(6)의 농축수측의 하류에 붕소제거 수단(3)을 설치하고, 역침투막 모듈(6)에서 얻어진 농축수의 적어도 일부로부터 붕소를 제거한다. 그리고, 붕소가 제거된 역침투막 모듈(6)의 농축수를, 역침투막 모듈(2x)의 투과수 및 역침투막 모듈(6)의 투과수와 혼합시킨다.

또, 도 19, 도 20에 도시하는 바와 같이, 도 17, 도 18에서, 펌프로서, 제 2단째의 역침투막 모듈(2y)로부터 배출되는 농축수의 에너지를 회수하여 작동하는 터보 차저 등의 압축기(1z)를 사용함으로써, 그 조수 코스트의 저감을 도모할 수도 있다.

먼저, 전처리 부분에서 염농도 35,700mg/L, 붕소농도 5mg/L의 해수를 25℃, pH 6.5로 조정한 후, 중공실 한외(限外) 여과막 모듈에서 여과 처리한다. 다음에, 전처리된 물을 도 2에 도시하는 장치에 도입하고, 고압 펌프(1)로 압력 5.5MPa로 승압하여, 역침투막 모듈(2)에 공급한다. 역침투막 모듈(2)에서는, 조수효율을 40%, 즉, 공급 수량을 100으로 한 경우에 역침투막 모듈(2)의 투과수의 수량이 40이 되도록 한다.

또한, 이하, 수량에 대하여, 전처리후의 공급 수량을 100으로 한 경우에 대한 비율을 괄호쓰기로 나타낸다.

역침투막 모듈(2)의 투과수(40)의 TDS(용해성 물질) 농도는, 150mg/L, 붕소농도는 1.2mg/L이다. 한편, 역침투막 모듈(2)의 농축수(60)의 TDS농도는, 60,600mg/L, 붕소농도는 8mg/L이다.

역침투막 모듈(2)의 투과수(40)중, 40%의 물(16)을 바이패스 라인(7)에 통수한다. 또, 나머지 60%의 물(24)을 킬레이트 수지를 충전한 흡착탑(3)에 통수하고, 붕소를 제거한다. 수지재생용의 물을 제외하면, 흡착탑을 통과한 수량은 (23)이 된다. 흡착탑을 통과후의 물의 붕소농도는 0.05mg/L가 된다. 또, 동일하게 TDS농도는, 킬레이트 수지로는 제거되지 않기 때문에, 흡착탑 통과전과 동일한 150mg/L가 된다. 그 후, 흡착탑(3)에서 처리된 물(23)과, 바이패스 라인(7)을 통과한 물(16)과 혼합함으로써, 혼합수(39)가 얻어진다. 혼합수의 TDS농도는 150mg/L, 붕소농도는 0.5mg/L이 된다. 역침투막 모듈(2)로부터 후의 조수효율은, 98%가 된다.

<비교예 1>

한편, 상술의 실시예 1과 대조적으로, 바이패스 라인(7)을 설치하지 않고, 역침투막 모듈(2)의 투과수(40)의 전량으로 흡착탑(3)을 통과시킨 경우, 역침투막 모듈(2)로부터 후의 조수효율은 96%로 저하된다. 붕소농도도 0.05mg/L가 되어, 붕소를 과잉으로 지나치게 제거하고 있다. 그 때문에, 실시예 1과 비교하면, 흡착탑에 충전하는 수지량을 많게 할 필요가 있다.

실시예 1과 비교예 1의 수지량을 비교해 보면, 비교예 1의 흡착탑의 수지량을 100으로 하면, 실시예 1의 수지탑의 수지량은 60이면 된다. 즉, 본 발명의 조수방법 및 조수장치에 의해, 흡착탑의 수지량을 40% 삭감할 수 있다. 이것에 의해, 장치의 초기 코스트, 나아가서는 조수 코스트를 낮게 억제할 수 있다.

<실시예 2>

실시예 1과 동일하게 하여 전처리된 물을, 도 4에 도시하는 장치에 도입한 다. 전처리된 물을, 고압 펌프(1)로 압력 5.5MPa로 승압하여, 제 1 역침투막 모듈(2)에 공급한다. 제 1 역침투막 모듈(2)에서는, 조수효율을 40%, 즉, 공급 수량을 100으로 한 경우에 역침투막 모듈(2)의 투과수의 수량이 40이 되도록 한다.

제 1 역침투막 모듈(2)에 제공된 막은, 25℃, pH 6.5, 농도 35, 700mg/L의 식염수를 5.5MPa로 공급했을 때의 염배제율이 99.6%인 성능을 갖는 막이다.

실시예 1과 동일하게, 제 1 역침투막 모듈(2)의 투과수(40)의 TDS(용해성 물질)농도는, 150mg/L, 붕소농도는, 1.2mg/L이다. 제 1 역침투막 모듈(2)의 농축수(60)의 TDS농도는, 60,600mg/L, 붕소농도는, 8mg/L이다.

제 1 역침투막 모듈(2)에서 얻어진 투과수(40)를, 알칼리 주입 수단에 의해 pH값이 10이 되도록 조정하고, 저압 펌프(5)에 의해, 제 2 역침투막 모듈(6)에 공급한다. 제 2 역침투막 모듈(6)에서는, 조수효율을 90%로 한다. 저압 펌프의 압력은 1MPa로 한다.

제 2 역침투막 모듈(6)에 제공된 막은, 25℃, pH 6.5, 농도 1500mg/L의 식염수를 1.5MPa로 공급했을 때의 투과유속이 0.8m³/m²·일 이상인 성능을 갖는 막이다.

제 2 역침투막 모듈(6)의 투과수(36)의 TDS농도는, 3mg/L, 붕소농도는, 0.24mg/L이다. 농축수(4)의 TDS농도는, 1,100mg/L, 붕소농도는, 8mg/L이다. 이 농축수(4)를, 킬레이트 수지를 충전한 흡착탑(3)에 통수시켜, 붕소를 제거한다. 수지재생용의 물을 제외하면, 흡착탑을 통과한 수량은 (3.8)이 된다. 붕소제거후의 물의 TDS농도는, 1,100mg/L, 붕소농도는, 0.05mg/L로 된다. 그 후, 흡착탑(3) 에서 처리된 물 (3.8)과 제 2 역침투막 모듈(6)의 투과수 (36)과 혼합함으로써, 혼합수 (39.8)이 얻어진다. 혼합수의 TDS농도는, 150mg/L, 붕소농도는, 0.23mg/L이 된다. 제 2 역침투막 모듈(6) 이후의 조수효율은, 99.5%에 달한다.

음료용의 “맛있는 물”로서는, 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄을 적당량(30∼200mg/L)으로 함유하고 있는 것이 좋다고 알려져 있다. 실시예 2에서 얻어진 혼합수의 TDS농도는 150mg/L이며, 칼슘, 마그네슘을 적당량 함유하여, 음료용으로서 알맞은 것을 알 수 있다.

또, 흡착탑(3)의 수지량에 대해서는, 제 2 역침투막 모듈(6)의 농축수(4)를 통수하는 것만으로 좋으므로, 대단히 적어도 된다.

<비교예 2>

한편, 실시예 2와 대조적으로, 제 2 역침투막 모듈(6)의 농축수측에 붕소제거 수단(3)을 설치하지 않고, 농축수는 배출한 경우, 제 2 역침투막 모듈(6) 이후의 조수효율이 90%로 된다. 전처리후의 공급 수량(100)에 대한 조수량은 (36)이 된다. 실시예 2와 동등량의 붕소제거수를 얻기 위해서는, 전처리후의 공급 수량으로서 (111) 필요하게 되어, 전처리 설비비, 제 1 역침투막 모듈 관련의 설비비가 더 들게 된다. 더욱이, 전력비용도 들어, 조수 코스트가 상승한다.

또, 수질은, TDS농도는 3mg/L, 붕소농도는 0.24mg/L이다. 미네랄을 적당량(30∼200mg/L) 함유하고 있지 않아, 맛있는 물이라고는 말하기 어렵다.

이와 같이, 붕소를 포함한 물을 역침투막 모듈에서 분리하여 얻어진 투과수 의 일부에 붕소제거 처리를 시행하고, 그 붕소제거 처리한 투과수를, 붕소제거 처리를 시행하지 않은 투과수와 혼합함으로써, 원수로부터 붕소를 필요 이상으로 제거하는 일이 없게 되기 때문에, 붕소제거 수단을 효율적으로 이용할 수 있어, 장치 코스트나 운전 코스트를 저감할 수 있다. 그것에 의해, 조수의 경제성을 향상할 수 있다.

또, 적어도 2개의 역침투막 모듈을 사용하여, 붕소를 포함한 물을 제 1 역침투막 모듈에서 처리하여 농축수와 투과수로 분리하고, 얻어진 투과수의 적어도 일부를 붕소제거에 적합한 pH값으로 조정한 후, 제 2 역침투막 모듈에서 처리하여 농축수와 투과수로 분리하고, 게다가, 제 2 역침투막 모듈에서 얻어진 농축수의 적어도 일부에 붕소제거 처리를 시행함으로써 더욱 효율을 높일 수 있어, 경제성을 향상할 수 있다.

그리고, 역침투막 모듈의 투과수의 수질에 따라, 붕소제거 수단을 통과하는 투과수와 바이패스 수단을 통과하는 투과수의 유량비율을 제어하는 경우, 혼합수의 붕소농도를 소정의 수질기준 이하로 유지하는 것은 물론이지만, 해수 등 온도변화에 따라 수질이 변화되는 원수의 경우에도 항상 안정된 붕소농도의 처리수를 얻을 수 있고, 또, 붕소제거 수단을 더욱 유효하게 이용할 수 있어, 운전 코스트, 조수 코스트, 경제성을 더욱 저감할 수 있다.

또, 붕소만을 선택적으로 흡착하는 흡착제를 사용함으로써, 물로부터는, 붕소만이 제거되고, 미네랄분은 제거되지 않는다. 따라서, 미네랄분을 적당하게 포함하는, 맛있는 물을 얻을 수 있다.

Claims (21)

1. 붕소를 포함한 물을 역침투막 모듈에서 분리하여 투과수를 얻는 공정과, 얻어진 투과수의 일부에 흡착제를 사용한 붕소제거 처리를 시행하는 공정을 가지고, 붕소제거 처리가 시행된 물을, 상기 투과수중 붕소제거 처리가 시행되지 않은 물과 혼합하여 혼합수를 얻는 조수방법으로서,

   2개 이상의 역침투막 모듈을 사용하여, 제 1 역침투막 모듈에서 얻어진 투과수의 일부 또는 전부를 제 2 역침투막 모듈에서 처리하는 공정을 가지고,

   제 2 역침투막 모듈에서 얻어진 농축수의 일부 또는 전부에 붕소제거 처리를 시행하는 것을 특징으로 하는 조수방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 역침투막 모듈에는, 25℃, pH 6.5, 농도 35,700mg/L의 식염수를 5.5MPa로 공급했을 때의 염배제율이 90% 이상인 성능을 갖는 역침투막을 사용하고, 제 2 역침투막 모듈에는, 25℃, pH 6.5, 농도 1500mg/L의 식염수를 1.5MPa로 공급했을 때의 투과유속이 0.8m³/m²·일 이상인 성능을 갖는 역침투막을 사용하는 것을 특징으로 하는 조수방법.
3. 제 1 항에 있어서, 제 2 역침투막 모듈의 공급측 pH값을 9 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 조수방법.
4. 붕소를 포함한 물을 역침투막 모듈에서 분리하여 투과수를 얻는 공정과, 얻어진 투과수의 일부에 흡착제를 사용한 붕소제거 처리를 시행하는 공정을 가지고, 붕소제거 처리가 시행된 물을, 상기 투과수중 붕소제거 처리가 시행되지 않은 물과 혼합하여 혼합수를 얻는 조수방법으로서,

   2개 이상의 역침투막 모듈을 사용하여, 제 1 역침투막 모듈에서 얻어진 농축수의 일부 또는 전부를 제 2 역침투막 모듈에서 처리하는 공정을 가지고,

   제 2 역침투막 모듈에서 얻어진 투과수의 일부 또는 전부에 붕소제거 처리를 시행하는 것을 특징으로 하는 조수방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 붕소제거 처리를 시행하는 물과 붕소제거 처리를 시행하지 않는 물의 유량비율을 제어하여, 원하는 수질의 혼합수를 얻는 것을 특징으로 하는 조수방법.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 붕소농도가 3mg/L 이상인 원수를 처리하는 것을 특징으로 하는 조수방법.
7. 물의 승압수단과, 승압된 물을 농축수와 투과수로 분리하는 역침투막 모듈과, 역침투막 모듈의 처리수로부터 붕소를 제거하는 흡착제를 사용한 붕소제거 수단과, 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 바이패스 라인과, 붕소제거 수단을 통과한 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물을 혼합시키는 혼합 수단을 구비하고 있는 조수장치로서,

   2개 이상의 역침투막 모듈을 가지고, 제 2 역침투막 모듈은, 제 1 역침투막 모듈의 투과수측에 접속되어 있고,

   또한, 제 2 역침투막 모듈의 농축수측에, 붕소제거 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
8. 제 7 항에 있어서, 제 1 역침투막 모듈은, 25℃, pH 6.5, 농도 35,700mg/L의 식염수를 5.5MPa로 공급했을 때의 염배제율이 90% 이상인 성능을 갖는 역침투막을 구비하고, 제 2 역침투막 모듈은, 25℃, pH 6.5, 농도 1500mg/L의 식염수를 1.5MPa로 공급했을 때의 투과유속이 0.8m³/m²·일 이상인 성능을 갖는 역침투막을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
9. 제 7 항에 있어서, 제 1 역침투막 모듈과 제 2 역침투막 모듈 사이에, 물의 pH값을 조정하는 pH 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 조수장치.
10. 제 7 항에 있어서, 제 2 역침투막 모듈의 농축수를 더욱 역침투 처리하고, 농축수를 붕소제거 수단에 공급하는 제 3 역침투막 모듈을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
11. 물의 승압수단과, 승압된 물을 농축수와 투과수로 분리하는 역침투막 모듈과, 역침투막 모듈의 처리수로부터 붕소를 제거하는 흡착제를 사용한 붕소제거 수단과, 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 바이패스 라인과, 붕소제거 수단을 통과한 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물을 혼합시키는 혼합 수단을 구비하고 있는 조수장치로서,

    2개 이상의 역침투막 모듈을 가지고, 제 2 역침투막 모듈은, 제 1 역침투막 모듈의 농축수측에 접속되어 있고,

    제 2 역침투막 모듈의 투과수측에, 붕소제거 수단이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
12. 제 7 항 또는 제 11 항에 있어서, 붕소제거 수단을 통과하는 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 유량비율을 제어하는 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
13. 제 12 항에 있어서, 제어 수단은, 물의 붕소농도를 측정하는 측정 수단과, 측정된 붕소농도에 따라, 붕소제거 수단을 통과하는 물과 붕소제거 수단을 통과하지 않는 물의 유량비율을 조정하는 조정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조수장치.
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