KR101253054B1 - 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법 - Google Patents

역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 역삼투 과정에 의해 해수를 담수화시키는 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서, 역삼투 장치로 해수가 공급되기 전에 해수를 전처리하는 것이며, 구체적으로는 순환형 농축침전조와 분리막 여과조를 일체식으로 구성하여 농축수를 순환시켜 여과함으로써 여과수의 회수율을 높이고, 그에 따라 역삼투 장치로 공급하기 위하여 취수해야 하는 해수의 양을 줄여 경제성을 향상시킬 수 있는 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것이다.

Description

역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법{Pre-treatment Device and Method for Desalination}
본 발명은 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 역삼투 과정에 의해 해수를 담수화시키는 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서, 역삼투 장치로 해수가 공급되기 전에 해수를 전처리하는 것이며, 순환형 농축침전조와 분리막 여과조를 일체식으로 구성하여 농축수를 순환시켜 여과함으로써 취수되는 원수로부터의 여과수의 생산 비율을 높이고, 그에 따라 역삼투 장치로 공급하기 위하여 취수해야 하는 해수의 양을 줄여 경제성을 향상시킬 수 있는 전처리 장치 및 전처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 막분리 수처리 공정은, 수질의 안정성이나 자동화 처리효율이 높은 반면, 모래여과에 비해 회수율이 낮고 약품세정에 의한 폐액이 발생하는 단점을 가지고 있다. 특히 해수담수화 공정에서는 역삼투 공정에 의한 회수율(즉, 유입수에 대한 처리수의 비율)이 일반적으로 30~40%이므로 최종 처리수의 2.5~3.3 배의 해수를 취수하여 처리하여야 한다.
한편, 종래의 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 기술에서는 역삼투 공정을 진행하기 전에, 취수된 해수에 대해 전처리 공정을 진행하게 되는데, 전처리 공정에서의 여과수 회수율이 해수의 취수량에 큰 영향을 미치게 된다.
이와 같이 종래의 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 기술에서는, 전처리 공정의 회수율이 낮았기 때문에, 담수화를 위해 많은 양의 해수를 취수해야만 했고, 그에 따라 담수화에 소요되는 비용이 크다는 단점이 있다.
현재까지는 전처리 공정의 회수율을 높이기 위한 방법으로는, 2단 막 여과 처리방식, 섬유 여과사에 의한 처리방식 등이 제안되었으나, 이러한 종래의 전처리 방법의 경우, 운전 및 유지관리 비용이 상대적으로 크게 소모되며, 처리수로서 안정성을 보장받지 못하는 등 보완해야 할 많은 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 삼투 방식의 해수담수화 공정에서 역삼투 장치로 해수를 공급하기 전에 전처리함에 있어서, 여과수의 회수율을 높이고, 농축수 처리에 소요되는 에너지를 최소화할 뿐만 아니라 최종 처리수의 안정성을 확보할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 순환형 농축침전조와 분리막 여과조를 일체형으로 결합하여 분리막 여과조로부터 순환형 농축침전조로 유입된 농축수에서 상등수를 무동력 방식으로 다시 분리막 여과조로 이송하여 순환시킴으로서 전처리하는 기술이 제공된다.
본 발명에 의하면, 역삼투 장치로 원수를 공급하기 전에 전처리 공정으로서 순환형 농축침전조를 이용하여 농축수로부터 오염물질을 침전시켜 제거한 후 다시 막여과 공정을 수행하기 때문에, 분리막 여과조를 거쳐 막여과가 이루어진 처리수의 안정성이 더욱 높아지게 되는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 해수담수화를 위하여 취수해야 하는 해수의 양을 줄일 수 있게 되므로, 취수에 필요한 비용과 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 회수율을 최대화 할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율이 높고, 처리수 내의 오염물이 높은 효율로 제거되어 후속 공정인 역삼투 공정의 효율을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1에는 본 발명에 따른 전처리 장치(1)가 구비된 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 1에서 부재번호 100은 해수담수화를 위한 역삼투 장치(100)이며, 본 발명에 따른 전처리 장치(1)는 역삼투 장치(100)로 공급되는 유입수를 사전에 전처리하는 장치이다.
구체적으로 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 전처리 장치(1)는, 분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20)를 포함하고 있다. 상기 분리막 여과조(10)에는 여과막(11)이 구비되어 있어, 막분리 여과 작용이 이루어지며, 그에 따라 농축수가 발생된다. 여과막에 의해 막분리 여과 작용을 거친 여과수는 역삼투 장치(100)로 공급되어 역삼투 공정에 의해 담수화되는데, 도면에 도시된 실시예에서는 분리막 여과조(10)와 역삼투 장치(100) 사이에 전처리수 저장조(101)가 구비되어 있어, 분리막 여과조(10)로부터 공급된 여과수는 전처리수 저장조(101)에 저장되었다가 유입수로서 역삼투 장치(100)로 공급된다.
한편, 분리막 여과조(10)의 막분리 여과 작용을 통해서 발생하는 농축수는, 분리막 여과조(10)에 하단에 설치된 배관을 통해서 연속적 또는 회분식으로 배출되며, 배출된 농축수는 순환 펌프(60)에 의하여 농축침전조(20)로 이송된다. 이 때, 분리막 여과조(10)로부터 배출되는 농축수 내의 입자성 물질은, 분리막 여과조(10)에서의 여과과정에서 플럭이 해체되는 현상 등의 발생으로 인하여 침강성이 낮을 수 있다. 따라서 필요한 경우, 이에 대한 대책으로서 분리막 여과조(10)와 농축침전조(20) 사이에 급속약품혼화장치(30)를 설치하여, 분리막 여과조(10)로부터 배출되는 농축수에 응집제를 투입한다. 이러한 응집제의 투입은 연속적으로 이루어질 수 있으며, 응집제로는 고분자 알루미늄 계열의 공지된 응집제를 사용할 수 있다. 응집제의 투입 농도는 약 30 mg/L 정도 또는 그 이하가 적당하다. 이와 같이 본 발명에서는 분리막 여과조(10)로부터 배출되는 농축수에 응집제를 투입함으로써 농축침전조(20)에서의 오염물질의 침강성을 향상시킨다. 또한 응집제의 투입에 의하여 유기 오염물질의 농도를 지속적으로 감소시킬 수 있으므로, 농축침전조(20)에서의 침강 작용을 마친 물을 다시 분리막 여과조(10)로 보내어 막여과 재처리할 때의 처리 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
분리막 여과조(10)로부터의 농축수는 농축침전조(20)로 유입되어, 농축침전조(20)에서 오염물질의 침강이 일어나게 된다. 도면에 도시된 실시예에서는, 순환형 농축침전조(20)가 격벽(21)을 사이에 두고 분리막 여과조(10)에 이웃하여 일체로 형성되어 있다. 즉, 물리적으로는 하나의 수조로 이루어져 있되 격벽(21)에 의해 수조가 구획되어 일측 구획부분의 수조에는 여과막(11)이 설치되어 분리막 여과조(10)를 형성하게 되고, 타측 구획부분에서는 침강 작용이 일어나게 되는 농축침전조(20)를 형성하게 되는 형태로 되어, 분리막 여과조(10)와 농축침전조(20)가 일체를 이루는 것이다.
농축침전조(20)로 공급된 농축수는, 농축침전조(20)에서 침강 현상이 일어나는데, 본 발명에서는 상기 농축침전조(20)의 상등수가 농축침전조(20)와 분리막 여과조(10) 사이의 높이 구배에 의하여, 상기 분리막 여과조(10)와의 사이에 설치된 격벽(21)을 넘어서 무동력 방식으로 다시 분리막 여과조(10)로 이송된다. 즉, 농축침전조(20)의 수위가 분리막 여과조(10)의 수위보다 높으며, 격벽(21)의 높이 이상으로 농축침전조(20)의 수위가 높아지게 되면 농축침전조(20)의 상등수이 자동적으로 격벽(21)을 월류하여 다시 분리막 여과조(10)로 유입되는 것이다. 상기 농축침전조(20)는 위와 같이 상등수가 다시 분리막 여과조(10)로 순환하게 되는 순환형으로 구성되는 것이며, 본 발명은 이와 같은 순환형 농축침전조(20)를 구비하고 있는 것이다. 농축침전조(20)로부터 다시 분리막 여과조(10)로 무동력 이송된 상등수은 분리막 여과조(10)에서 여과막에 의하여 다시 여과처리된다.
이와 같은 과정 즉, 분리막 여과조(10)로부터 농축침전조(20)로의 농축수 유입, 농축침전조(20)에서의 침전 및 상등수의 분리막 여과조(10)로의 무동력 이송의 과정이 반복되고, 최종적인 농축수는 농축침전조(20)의 하단에 설치된 배관에 의하여 배출되어 별도로 처리된다.
위와 같이 순환형 농축침전조(20)를 구성함에 있어서, 농축침전조(20)의 바닥은 도면에 도시된 것처럼 경사판으로 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 경사판으로 바닥을 구성하게 되면 침전된 슬러지가 중력에 의해 경사면을 따라 침전조의 바닥 일측으로 흘러 모이게 되어, 용이하게 배출할 수 있기 때문이다.
한편, 분리막 여과조(10)에 설치되어 있는 여과막(11)은 역세척이 필요하며, 물리 적으로 여과막(11)을 역세척하는 과정에서, 여과수(예를 들면, 전처리수 저장조(101)에 저장되어 있는 여과수)의 일부가 사용되어 손실되는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 역삼투막 공정에서 발생하는 역삼투 농축수의 일부를 분리막 여과조(10)의 여과막(11)에 대한 역세척에 사용한다. 즉, 분리막 여과조(10)와 역삼투 장치(100) 사이에 구비되어 있는 전처리수 저장조(101)에 저장된 여과수와, 역삼투 장치(100)에서 발생하여 역삼투 농축수 저장조(102)에 저장되어 있던 역삼투 농축수를 분리막 여과조(10)의 여과막(11)에 대한 역세척용 물로 이용하는 것이다. 이 때 전처리수 저장조(101)에 저장된 여과수와, 역삼투 농축수 저장조(102)에 저장되어 있던 역삼투 농축수는 중량비로 1:1이 되도록 혼합하여 역세척용 물로 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 종래의 기술에서는, 전처리 공정의 역세척용 물은 전처리수 저장조(101)에 있는 물만을 이용할 뿐이고, 역삼투 공정에서 발생하는 역삼투 농축수는 폐기하는 것이 일반적이었다. 그러나 본 발명에서는 위와 같이 역삼투 공정에서 발생한 역삼투 농축수를 폐기하지 않고 역세척용 물로 사용함으로써, 해수담수화 공정에서의 전처리 공정의 회수율을 높이게 되며, 전체 공정에 대한 회수율을 극대화하게 된다. 다만, 역삼투 공정에서 발생하는 역삼투 농축수를 전처리 공정의 역세척 수로 100% 이용할 경우 오히려 전처리 공정의 여과막에 대한 오염을 유발할 수 있으므로, 전처리 공정 중 역세척시 여과막에 미치는 영향이 없도록, 전처리 공정을 거친 여과수와 역삼투 농축수를 중량비로 1:1로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 역삼투 농축수를 전처리 공정을 거친 여과수와 혼합하여 역세척용 물로 사용하게 되므로, 역세 척용 물로 사용되던 여과수의 소모량을 줄일 수 있게 되고, 그만큼 해수 취수량도 줄일 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 분리막 여과조(10)에서의 여과 효율 향상을 위하여, 유입수가 분리막 여과조(10)로 공급되기 전의 단계에서 응집공정이 수행되도록 할 수 있다. 즉, 도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 전처리 장치(1)에는 분리막 여과조(10)로의 해수 이송라인에 급속혼화장치(인라인 믹서)(40)와 완속혼화조(응집조)(41)가 순차적으로 더 구비될 수 있다.
상기 급속혼화장치(40)는 원수에 포함된 입자성 물질과 응집제가 효과적으로 혼화될 수 있는 역할을 담당하며, 체류시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 급속혼화장치(40) 단독으로는 응집제와 입자성 물질이 반응하여 플럭을 형성하는 시간이 부족할 경우에는, 응집효과의 상승을 위한 완속혼화조(41)를 상기 급속혼화장치(40)에 후속 공정으로서 더 설치할 수도 있다.
도 1에서 설명되지 아니한 각 구성요소는 특별한 설명이 없어도 필요에 따라 선택하여 부가할 수 있는 구성요소로서, 부재번호 50은 각 이송라인을 흐르는 유량을 측정하는 유량계(50)이고, 부재번호 60은 각 이송라인을 흐르는 유체를 가압 이송하기 위한 펌프(60)이며, 부재번호 70은 각 이송라인에 구비된 개폐 밸브(70)이다. 도면에 도시된 실시예에서는 급속혼화장치(30)와 완속혼화조(40) 사이, 분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20) 사이, 여과막(11)과 전처리수 저장조(102) 사이에 각각 유량을 모니터링할 수 있는 유량계(50)가 구비되어 있다. 또한 순환형 농축침전조(20)로부터 최종 농축수를 배출하는 배출관에도 유량계(50)가 구비되 어 있다. 펌프(60)의 경우, 도면에 도시된 실시예에서는 분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20) 사이, 여과막(11)과 전처리수 저장조(102) 사이에 각각 구비되어 있다. 그러나 유량계(50), 펌프(60) 및 밸브(70)의 구성요소는 그 설치 위치 및 개수가 도면에 도시된 것에 한정되지 아니하며 필요에 따라 변형될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전처리 장치가 구비된 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 장치의 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전처리 장치
10 : 분리막 여과조
20 : 순환형 농축침전조

Claims (5)

  1. 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 장치의 역삼투 장치(100)로 공급되는 유입수를 전처리하기 위한 전처리 장치(1)로서,
    분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20)를 포함하며;
    상기 분리막 여과조(10)에는 여과막(11)이 구비되어 있어, 상기 여과막(11)에 의해 막분리 여과 작용이 이루어져 농축수가 발생되고, 상기 여과막(11)에 의해 여과된 여과수는 역삼투 장치(100)로 공급되고;
    상기 순환형 농축침전조(20)에는 상기 분리막 여과조(10)에서 발생된 농축수가 유입되고, 응집제가 투입되어, 응집제에 의하여 오염물질의 침강이 일어나며;
    상기 순환형 농축침전조(20)와 상기 분리막 여과조(10)는, 하나의 수조로 이루어져 있되, 상기 하나의 수조 내에 격벽(21)이 설치되어, 상기 격벽(21)에 의해 구획된 수조의 일측 구획부분은 상기 분리막 여과조(10)가 되고 상기 격벽(21)에 의해 구획된 수조의 타측 구획부분은 농축침전조(20)가 되는 구조를 가지고 있으며;
    상기 순환형 농축침전조(20)와 상기 분리막 여과조(10) 사이에는 높이 구배가 존재하여, 상기 순환형 농축침전조(20)의 상등수가 높이 구배에 의하여 상기 격벽(21)을 월류하여 무동력 방식으로 다시 분리막 여과조(10)로 이송되는 것이 반복되어여과되는 방식으로 순환하게 되고;
    상기 분리막 여과조(10)와 상기 순환형 농축침전조(20) 사이에는 분리막 여과조(10)로부터 배출되어 상기 순환형 농축침전조(20)로 공급되는 농축수에 응집제를 투입하는 급속약품혼화장치(30)가 구비되어 있으며;
    상기 분리막 여과조(10)와 상기 역삼투 장치(100) 사이에는 상기 분리막 여과조(10)를 통해 여과된 여과수를 저장하는 전처리수 저장조(101)가 구비되어 있고;
    상기 전처리수 저장조(101)에 저장된 여과수와, 상기 역삼투 장치(100)에서 발생한 역삼투 농축수가, 분리막 여과조(10)의 여과막(11)에 대한 역세척을 위해 여과막(11)으로 공급되며;
    상기 농축침전조(20)의 바닥은 침전물이 흘러서 모이도록 경사판으로 이루어져 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 전처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 장치의 역삼투 장치(100)로 공급되는 유입수를 전처리하는 방법으로서,
    역삼투 장치(100)로 원수를 공급하기 전에, 여과막(11)이 구비되어 있는 분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20)를 포함하여 구성되어 있되, 순환형 농축침전조(20)와 분리막 여과조(10)는, 하나의 수조에 격벽(21)이 설치되어 격벽(21)에 의해 구획된 수조의 일측 구획부분은 분리막 여과조(10)가 되고 상기 격벽(21)에 의해 구획된 수조의 타측 구획부분은 농축침전조(20)가 되는 구조를 가지고 있는 전처리 장치로 공급하여, 여과막(10)에 의해 원수를 여과한 후 여과된 여과수는 역삼투 장치(100)로 공급하고;
    분리막 여과조(10)의 막분리 여과 작용에 의해 발생한 농축수는, 분리막 여과조(10)와 이웃하여 결합되어 있는 농축침전조(20)로 이송하고;
    상기 농축침전조(20)에서, 상기 분리막 여과조(10)로부터의 농축수에 대해 오염물질의 침강이 일어나게 하며;
    순환형 농축침전조(20)와 분리막 여과조(10) 사이에는 높이 구배를 형성하여, 순환형 농축침전조(20)의 상등수가 높이 구배에 의하여 상기 격벽(21)을 월류하여 무동력 방식으로 다시 분리막 여과조(10)로 이송되게 만들어서, 여과가 반복하여 이루어지는 방식으로 순환하게 만들며;
    분리막 여과조(10)와 순환형 농축침전조(20) 사이에는 급속약품혼화장치(30)를 설치하여, 분리막 여과조(10)로부터 배출되어 순환형 농축침전조(20)로 공급되는 농축수에 응집제를 투입하고;
    분리막 여과조(10)와 역삼투 장치(100) 사이에는 전처리수 저장조(101)를 구비하여 분리막 여과조(10)를 통해 여과된 여과수를 저장하며;
    분리막 여과조(10)의 여과막(11)에 대한 역세척을 위해서는, 상기 전처리수 저장조(101)에 저장된 여과수와, 역삼투 장치(100)에서 발생한 역삼투 농축수를 여과막(11)으로 공급하게 되며;
    상기 농축침전조(20)의 바닥은 침전물이 흘러서 모이도록 경사판으로 이루어져 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 전처리 방법.
KR1020090131419A 2009-12-15 2009-12-28 역삼투 방식의 해수담수화 공정에서의 순환형 농축침전조와 분리막 여과조 일체식 전처리 장치 및 전처리 방법 KR101253054B1 (ko)

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