KR101344784B1 - 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치 - Google Patents

정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 정삼투법으로 유도용질 수용액인 유도용액을 이용하여 유입수를 여과하고, 정삼투법에 의하여 발생한 희석된 유도용액 안에 포함되어 있는 유도용질을 1차적으로 석출법에 의하여 분리한 후, 다시 2차적으로 역삼투법으로 여과수와 유도용액을 분리하도록 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치 {SEAWATER DESALINATION METHOD AND APPARATUS COMBINING FORWARD OSMOSIS, PRECIPITATION AND REVERSE OSMOSIS}
본 발명은 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 정삼투법으로 유도용질 수용액인 유도용액을 이용하여 유입수를 여과하고, 정삼투법에 의하여 발생한 희석된 유도용액 안에 포함되어 있는 유도용질을 1차적으로 석출법에 의하여 분리한 후, 다시 2차적으로 역삼투법으로 여과수와 유도용액을 분리하도록 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치에 관한 것이다.
해수 또는 기수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수나 기수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수 기준에 적합하도록 제거해야 한다. 해수 또는 기수를 담수화하는 방법은 크게 증발법과 역삼투법으로 구분될 수 있으며, 최근에는 역삼투법이 널리 사용되고 있다. 역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 역삼투막을 이용하여 처리수와 농축수로 분리시키는 방법이며, 처리수는 성분 농도를 희박하게 하여 용수 및 음용수로 활용되고 농축수는 다시 바다로 배출된다.
이와 같이 해수나 기수의 분리 및 정제가 이루어지는 역삼투막에서, 물과 염을 분리하기 위해서는 용존되어 있는 성분들에 의해 유발되는 삼투압 이상의 압력을 유입되는 해수나 기수에 가해주어야 분리가 일어나기 시작한다. 따라서 해수나 기수가 갖고 있는 삼투압을 극복하고 담수를 생산하는데 필요한 압력의 구동력으로 고압펌프를 이용하게 되며, 이를 위하여 많은 에너지가 사용된다. 이와 같은 높은 전력비 부담으로 인해 중동지역을 제외한 세계의 다른 지역에서는 해수 담수화 시스템이 제한적으로 보급되고 있다.
최근 들어 역삼투법에 의한 해수담수화의 한계를 극복하기 위한 방법으로 정삼투법이 활발하게 검토되고 있다. 정삼투법은 역삼투법과 달리 삼투압의 차이를 이용하여 물과 이온을 분리하는 방법이다. 따라서 정삼투에서는 역삼투와 같은 높은 압력이 필요하지 않아 에너지 사용량이 상대적으로 낮은 것으로 알려져 있다. 정삼투에서는 이러한 높은 삼투압을 발생시키기 위하여 유도용질이라는 물질을 사용한다. 따라서 정삼투 공정에서는 유도용질과 해수로부터 분리된 물이 혼합된 용액이 생산되기 때문에 추가적으로 유도용질과 물을 분리하는 과정이 필요하게 되며 이 과정을 유도용질 회수공정이라고 한다.
아직 정삼투법에서 유도용질을 효과적이고 경제적으로 분리할 수 있는 방법이 실용화되지 못하고 있다. 지금까지 유도용질 회수공정에는 주로 증발법이 많이 사용되고 있다. 그러나 증발법에는 많은 에너지가 필요하므로 적용에 한계가 있으며 오히려 역삼투법에 의한 해수담수화 단독공정보다 더 많은 에너지를 필요로 하기도 한다. 그 외에도 다양한 방법이 검토되고 있으나 아직까지 정삼투 공정에 직접 적용하기에는 많은 문제를 안고 있는 것으로 알려져 있다.
(선행기술 1) 국내 공개특허공보 10-2011-0067748호 (선행기술 2) 국내 공개특허공보 10-2011-0084615호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 정삼투법으로 유도용질 수용액인 유도용액을 이용하여 유입수를 여과하고, 정삼투법에 의하여 발생한 희석된 유도용액 안에 포함되어 있는 유도용질을 1차적으로 석출법에 의하여 분리한 후, 다시 2차적으로 역삼투법으로 여과수와 유도용액을 분리함으로써 2차적으로 역삼투법을 적용할 때 비교적 낮은 압력으로 유도용액을 농축할 수 있어 유도용액의 회수에 필요한 에너지 비용이 크게 절감할 수 있도록 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
유입수와 유도용질 수용액인 유도용액을 공급받아 삼투압을 이용하여 유입수를 여과하여 농축수와 유도용액이 혼합된 여과수를 각각 배출하는 정삼투막 모듈과; 상기 정삼투막 모듈로부터 유도용액이 혼합된 여과수를 공급받아 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질을 분리시키는 결정화조와; 상기 결정화조의 유도용액이 혼합된 여과수를 공급받아 이를 추가적인 농축하여 농축된 유도용액과 여과수를 각각 배출하는 역삼투막 모듈; 및 상기 역삼투막 모듈에서 배출되는 농축된 유도용액과 상기 결정화조에서 석출되어 침전된 유도용질을 공급받아 교반기를 이용하여 혼합 용해시켜 액체상태로 변환시킨 후 유도용액을 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 저장조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치는 상기 유도용액 저장조와 정삼투막 모듈 사이의 배관 상에 설치되어 상기 유도용액 저장조의 유도용액을 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 공급펌프와; 상기 결정화조와 역삼투막 모듈 사이의 배관 상에 설치되어 상기 결정화조의 유도용액이 혼합된 여과수를 상기 역삼투막 모듈로 공급하는 고압펌프와; 상기 유도용액 저장조 내부에 설치되어 유도용액이 혼합된 여과수를 냉각시키는 냉각용 열교환기; 및 상기 유도용액 저장조와 역삼투막 모듈 사이의 배관 상에서 상기 고압 펌프의 후단에 설치되어 유도용액이 혼합된 여과수를 가열시키는 가열용 열교환기를 더 포함한다.
여기에서 또한, 상기 정삼투막 모듈은 셀룰로즈 트리아세테이트 또는 폴리아미드 계열로 평막 또는 중공사 형태의 구조를 가지는 정삼투막과; 상기 삼투막 일측면에 구비되는 제 1유입수 유로와; 상기 삼투막 상단에 구비되는 농축수 유로와; 상기 삼투막 타측면에 구비되는 제 2여과수 유로; 및 상기 삼투막 하단에 구비되는 제 2유도용액 유로로 이루어진다.
여기에서 또, 유도용질은 온도에 따라 용해도가 변화되는 유도용질로서 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4을 단독 또는 적어도 2개 이상 혼합하여 사용한다.
여기에서 또, 유도용질은 25℃에서의 용해도와 5℃에서의 용해도보다 2배 이상 차이가 난다.
여기에서 또, 상기 역삼투막 모듈은 폴리아미드 계열로 나권형 모듈 구조를 가지고, 유도용질에 대하여 95% 이상의 배제율을 가지며, 회수율이 40% 이상인 역삼투막과; 상기 역삼투막 상단에 구비되는 제 2유입수 유로와; 상기 역삼투막 일측면에 구비되는 제 2여과수 유로와; 상기 역삼투막 타측면에 구비되는 제 2유도용액 유로로 구성된다.
여기에서 또, 상기 결정화조는 상기 냉각용 열교환기에 의하여 유도용액이 혼합된 여과수의 온도를 10℃ 이상 감소시켜 용존 상태의 유도용질을 고체 결정상태로 석출한 후 하부에서 이를 수집한다.
여기에서 또, 상기 가열용 열교환기는 상기 결정화조의 상등액을 공급받아 저온의 유도용액이 혼합된 여과수를 가열하여 유도용질의 용해도를 상승시킴으로써 상기 역삼투막 모듈에서 유도용질에 의한 스케일 형성을 방지한다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치를 이용한 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법에 있어서, 유입수와 유도용질 수용액인 유도용액을 정삼투막 모듈에서 공급받아 삼투압을 이용하여 유입수를 여과하여 농축수와 유도용액이 혼합된 여과수를 각각 배출하는 정삼투막 여과 공정과; 상기 정삼투막 모듈로부터 유도용액이 혼합된 여과수를 결정화조에서 고압펌프를 통해 공급받고, 냉각용 열교환기를 이용하여 유도용액이 혼합된 여과수를 냉각하여 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질을 분리시키는 유도용질 석출 공정과; 상기 결정화조에서 고압펌프를 통해 배출되는 유도용액이 혼합된 여과수를 가열용 열교환기를 통해 가열하여 역삼투막 모듈로 배출하는 가열 공정과; 상기 가열용 열교환기를 통과하는 유도용액이 혼합된 여과수를 상기 역삼투막 모듈에서 공급받아 이를 추가적으로 농축하여 농축된 유도용액과 여과수를 각각 배출하는 역삼투막 여과 공정; 및 상기 역삼투막 모듈에서 배출되는 농축된 유도용액과 상기 결정화조에서 석출되어 침전된 유도용질을 유도용액 저장조에서 공급받아 교반기를 이용하여 혼합 용해시켜 액체상태로 변환시킨 후 유도용액을 유도용액 공급펌프를 통해 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 재생 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 유도용질은 온도에 따라 용해도가 변화되는 유도용질로서 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4을 단독 또는 적어도 2개 이상 혼합하여 사용한다.
여기에서 또, 유도용질은 25℃에서의 용해도와 5℃에서의 용해도보다 2배 이상 차이가 난다.
여기에서 또, 유도용질 분리 공정은 상기 냉각용 열교환기에 의하여 유도용액이 혼합된 여과수의 온도를 10℃ 이상 감소시켜 용존 상태의 유도용질을 고체 결정상태로 석출한 후 하부에서 이를 수집한다.
여기에서 또, 상기 가열 공정은 상기 결정화조의 상등액을 공급받아 저온의 유도용액이 혼합된 여과수를 가열하여 유도용질의 용해도를 상승시킴으로써 상기 역삼투막 모듈에서 유도용질에 의한 스케일 형성을 방지한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법 및 장치에 따르면, 정삼투법으로 유도용질 수용액인 유도용액을 이용하여 유입수를 여과하고, 정삼투법에 의하여 발생한 희석된 유도용액 안에 포함되어 있는 유도용질을 1차적으로 석출법에 의하여 분리한 후, 다시 2차적으로 역삼투법으로 여과수와 유도용액을 분리함으로써 2차적으로 역삼투법을 적용할 때 비교적 낮은 압력으로 유도용액을 농축할 수 있어 유도용액의 회수에 필요한 에너지 비용이 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서 유도용질로 Na2HPO4을 사용하였을 경우 정삼투 공정에서의 막 투과유속을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서 정삼투 공정 후 발생한 희석된 유도용액을 냉각석출법으로 유도용질을 일부 회수하고 남은 용액을 역삼투법으로 재농축한 실험의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 냉각석출 과정의 온도에 따른 유도용질의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 계통도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치(1)는, 정삼투막 모듈(10)과, 결정화조(20)와, 역삼투막 모듈(30)과, 유도용액 저장조(40)와, 유도용액 공급펌프(50)와, 고압펌프(60)와, 냉각용 열교환기(70)와, 가열용 열교환기(80)로 구성된다.
먼저, 정삼투막 모듈(10)은 해수, 기수, 하수, 하수처리수 등과 같은 유입수와 유도용질 수용액인 유도용액을 공급받아 삼투압을 이용하여 유입수를 여과하여 농축수와 유도용액이 혼합된 여과수를 각각 배출한다. 여기에서, 정삼투막 모듈(10)은 셀룰로즈 트리아세테이트 또는 폴리아미드 계열로 평막 또는 중공사 형태의 구조를 가지는 정삼투막(11)과, 삼투막(11) 일측면에 구비되는 제 1유입수 유로(13)와, 삼투막(11) 상단에 구비되는 농축수 유로(15)와, 삼투막(11) 타측면에 구비되는 제 1여과수 유로(17)와, 삼투막(11) 하단에 구비되는 제 1유도용액 유로(19)로 구성된다.
그리고, 결정화조(20)는 정삼투막 모듈(10)의 여과수 유로(17)로부터 배출되는 유도용액이 혼합된 여과수(희석된 유도용액)을 공급받아 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질을 분리시킨다. 여기에서, 유도용질은 온도에 따라 용해도가 변화되는 유도용질로서 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4을 단독 또는 적어도 2개 이상 혼합하여 사용되는 것이 바람직하고, 유도용질은 25℃에서의 용해도와 5℃에서의 용해도보다 2배 이상 차이가 나는 것이 바람직하다. 여기에서 또한, 결정화조(20)는 하기에서 설명할 냉각용 열교환기(70)에 의하여 유도용액이 혼합된 여과수의 온도를 10℃ 이상 감소시켜 용존 상태의 유도용질을 고체 결정상태로 석출한 후 하부에서 이를 수집한다.
또한, 역삼투막 모듈(30)은 결정화조(20)의 유도용액이 혼합된 여과수를 공급받아 이를 추가적으로 농축하여 농축된 유도용액과 여과수를 각각 배출한다. 여기에서, 역삼투막 모듈(30)은 폴리아미드 계열로 나권형 모듈 구조를 가지고, 유도용질에 대하여 95% 이상의 배제율을 가지며, 회수율이 40% 이상인 역삼투막(31)과, 역삼투막(31) 상단에 구비되는 제 2유입수 유로(33)와, 역삼투막(31) 일측면에 구비되는 제 2여과수 유로(35)와, 역삼투막(31) 타측면에 구비되는 제 2유도용액 유로(37)로 구성된다.
또, 유도용액 저장조(40)는 역삼투막 모듈(30)에서 배출되는 농축된 유도용액과 결정화조(20)에서 석출되어 침전된 유도용질을 공급받아 교반기(41)를 이용하여 혼합 용해시켜 액체상태로 변환시킨 후 유도용액을 정삼투막 모듈(10)로 공급한다.
한편, 유도용액 공급펌프(50)는 유도용액 저장조(40)와 정삼투막 모듈(10) 사이의 배관 상에 설치되어 유도용액 저장조(40)의 유도용액을 정삼투막 모듈(10)로 공급한다.
그리고, 고압펌프(60)는 결정화조(20)와 역삼투막 모듈(30) 사이의 배관 상에 설치되어 결정화조(20)의 유도용액이 혼합된 여과수를 역삼투막 모듈(30)로 공급한다. 이때, 고압펌프(60)는 역삼투막 모듈(30)의 작동을 위한 압력과 유량을 발생시킨다.
또한, 냉각용 열교환기(70)는 유도용액 저장조(40) 내부에 설치되어 외부로부터 열매체를 공급받아 유도용액이 혼합된 여과수를 냉각시킨다.
또, 가열용 열교환기(80)는 유도용액 저장조(40)와 역삼투막 모듈(10) 사이의 배관 상에서 고압 펌프(60)의 후단에 설치되어 외부로부터 열매체를 공급받아 유도용액이 혼합된 여과수를 가열시킨다. 여기에서, 가열용 열교환기(80)는 결정화조(20)의 상등액을 공급받아 저온의 유도용액이 혼합된 여과수를 가열하여 유도용질의 용해도를 상승시킴으로써 역삼투막 모듈(30)에서 유도용질에 의한 스케일 형성을 방지한다.
이하, 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 유입수가 정삼투막 모듈(10)의 제 1유입수 유로(13)를 통해 공급되면, 정삼투막 모듈(10)에서 농축되어 농축수는 농축수 유로(15)로 배출되고, 정삼투압에 의해 정삼투막(11)을 통과한 여과수는 유도용액과 혼합되어 희석된 후 제 1여과수 유로(17)를 통해 결정화조(20)에 공급된다(S10).
그러면, 결정화조(20)에 공급된 유도용액이 혼합된 여과수는 냉각용 열교환기(70)에 의해 냉각되고, 이로 인해 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질이 분리된다(S20). 이때, 냉각용 열교환기(70)의 차가운 열매체에 의해 유도용액이 혼합된 여과수의 온도가 낮아지고, 온도가 낮아지면 유도용질의 용해도가 감소하는 특성을 가지고 있으므로, 결정화조(20)에서 유도용질의 석출이 일어난다. 한편, 유도용질의 예로서는 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4 등과 이들의 혼합물 등이 있으나, 꼭 이에 국한되지 않고 0℃에서 70℃ 사이에서 용해도가 변화하는 물질은 어떤 것이든 사용될 수 있으며, 석출된 유도용질은 고체의 입자 형태가 되어 결정화조(20)의 하단에 축적되며, 연속적으로 유도용액 저장조(30)로 이송된다. 또한, 결정화조(20)의 유도용액 온도는 0℃에서 15℃ 사이로 냉각되며, 온도의 결정은 사용하는 유도용질의 용해도와 관계가 있다. 예를 들어 Na2HPO4를 사용하는 경우 결정화조(20)의 유도용액 온도는 5~10℃를 유지한다. 유도용액의 농도는 유입해수의 농도와 필요한 플럭스에 의하여 다르게 설정할 수 있으며 일반적으로 0.5M ~ 4M 조건으로 하는 것이 바람직하다.
계속해서, 결정화조(20)를 거친 후에도 유도용액 중에 남아있는 유도용질을 추가적으로 농축하여야만 다시 정삼투 공정에 사용할 수 있으므로, 추가적인 농축을 위하여 용액을 역삼투막 모듈(30)로 고압펌프(60)를 통해 이송하는 데, 이송중 가열용 열교환기(80)를 통과하면서 뜨거운 열매체에 의해 가열되어 역삼투막 모듈(30)로 이송된다(S30). 이때, 가열 온도는 10℃~60℃ 사이로 가열되며, 온도의 결정은 사용하는 유도용질의 용해도와 관계가 있으며, 유도용질로 Na2HPO4를 사용하는 경우 15~20℃로 가열된다.
한편, 가열된 유도용액이 혼합된 여과수는 제 2유입수 유로(33)를 통해 공급되어 역삼투막(31)에서 유도용질이 모두 제거되어 깨끗한 여과수가 제 2여과수 유로(35)를 통해 배출되고, 제 2유도용액 유로(37)을 통해 농축된 유도용액이 유도용액 저장조(40)로 공급된다(S40).
그리고, 유도용액 저장조(40)에는 역삼투막 모듈(30)에서 배출되는 농축된 유도용액과 결정화조(20)에서 석출되어 침전된 유도용질이 공급되고, 교반기(41)에 의해 이들이 혼합 용해되어 액체상태로 변환되고, 유도용액 공급펌프를 통해 정삼투막 모듈(10)로 공급한다(S50).
도 3은 본 발명의 실시예로서 유도용질로 Na2HPO4을 사용하였을 경우 정삼투 공정에서의 막 투과유속을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 유입수의 종류와 유도용액의 농도에 따라 다르지만 막 투과유속은 4~12 L/m2-hr으로 실제 공정에서 사용가능한 값을 나타내었다.
도 4는 본 발명의 실시예로서 정삼투 공정 후 발생한 희석된 유도용액을 냉각석출법으로 유도용질을 일부 회수하고 남은 용액을 역삼투법으로 재농축한 실험의 결과를 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 유도용액의 농도와 냉각석출의 조건에 따라 다르지만 역삼투법의 막 투과유속은 4~30 L/m2-hr으로 실제 공정에서 사용가능한 값을 나타내었다.
도 5는 본 발명의 실시예로서 냉각석출 과정의 온도에 따른 유도용질의 농도변화를 나타낸 그래프이다. 도 5를 참조하면, 수온이 15℃ 이상에서 유도용질의 농도는 높게 유지되지만 10℃로 감소하면서 용해된 유도용질의 30% 이상이 석출되었다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투법, 석출법, 역삼투법의 조합에 의한 해수담수화 장치의 구성 및 그 동작을 설명하였다. 본 발명에 따른 해수담수화 장치는 정삼투 공정을 위하여 사용된 유도용액을 회수하여 재사용하기 위한 효율적인 방법을 제공한다. 특히 종래의 증발법을 이용하는 것에 비하여 훨씬 낮은 온도만을 필요로 하고, 정삼투법 이후에 직접 역삼투법을 적용하는 것에 비하여 훨씬 낮은 압력을 필요로 하므로, 이에 따라 에너지 소모량이 낮아지게 된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 정삼투막 모듈 20 : 결정화조
30 : 역삼투막 모듈 40 : 유도용액 저장조
50 : 유도용액 공급펌프 60 : 고압펌프
70 : 냉각용 열교환기 80 : 가열용 열교환기

Claims (13)

  1. 유입수와 유도용질 수용액인 유도용액을 공급받아 삼투압을 이용하여 유입수를 여과하여 농축수와 유도용액이 혼합된 여과수를 각각 배출하는 정삼투막 모듈과;
    상기 정삼투막 모듈로부터 유도용액이 혼합된 여과수를 공급받아 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질을 분리시키는 결정화조와;
    상기 결정화조의 유도용액이 혼합된 여과수를 공급받아 이를 추가적으로 농축하여 농축된 유도용액과 여과수를 각각 배출하는 역삼투막 모듈; 및
    상기 역삼투막 모듈에서 배출되는 농축된 유도용액과 상기 결정화조에서 석출되어 침전된 유도용질을 공급받아 교반기를 이용하여 혼합 용해시켜 액체상태로 변환시킨 후 유도용액을 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 저장조를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치는,
    상기 유도용액 저장조와 정삼투막 모듈 사이의 배관 상에 설치되어 상기 유도용액 저장조의 유도용액을 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 공급펌프와;
    상기 결정화조와 역삼투막 모듈 사이의 배관 상에 설치되어 상기 결정화조의 유도용액이 혼합된 여과수를 상기 역삼투막 모듈로 공급하는 고압펌프와;
    상기 유도용액 저장조 내부에 설치되어 유도용액이 혼합된 여과수를 냉각시키는 냉각용 열교환기; 및
    상기 유도용액 저장조와 역삼투막 모듈 사이의 배관 상에서 상기 고압 펌프의 후단에 설치되어 유도용액이 혼합된 여과수를 가열시키는 가열용 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 정삼투막 모듈은,
    셀룰로즈 트리아세테이트 또는 폴리아미드 계열로 평막 또는 중공사 형태의 구조를 가지는 정삼투막과;
    상기 삼투막 일측면에 구비되는 제 1유입수 유로와;
    상기 삼투막 상단에 구비되는 농축수 유로와;
    상기 삼투막 타측면에 구비되는 제 1여과수 유로; 및
    상기 삼투막 하단에 구비되는 제 1유도용액 유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유도용질은,
    온도에 따라 용해도가 변화되는 유도용질로서 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4을 단독 또는 적어도 2개 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    유도용질은,
    25℃에서의 용해도와 5℃에서의 용해도보다 2배 이상 차이가 나는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 역삼투막 모듈은,
    폴리아미드 계열로 나권형 모듈 구조를 가지고, 유도용질에 대하여 95% 이상의 배제율을 가지며, 회수율이 40% 이상인 역삼투막과;
    상기 역삼투막 상단에 구비되는 제 2유입수 유로와;
    상기 역삼투막 일측면에 구비되는 제 2여과수 유로와;
    상기 역삼투막 타측면에 구비되는 제 2유도용액 유로로 이루어지는 것을 특징으로 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 결정화조는,
    상기 냉각용 열교환기에 의하여 유도용액이 혼합된 여과수의 온도를 10℃ 이상 감소시켜 용존 상태의 유도용질을 고체 결정상태로 석출한 후 하부에서 이를 수집하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열용 열교환기는,
    상기 결정화조의 상등액을 공급받아 저온의 유도용액이 혼합된 여과수를 가열하여 유도용질의 용해도를 상승시킴으로써 상기 역삼투막 모듈에서 유도용질에 의한 스케일 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치.
  9. 제 1 항의 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 장치를 이용한 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법에 있어서,
    유입수와 유도용질 수용액인 유도용액을 정삼투막 모듈에서 공급받아 삼투압을 이용하여 유입수를 여과하여 농축수와 유도용액이 혼합된 여과수를 각각 배출하는 정삼투막 여과 공정과;
    상기 정삼투막 모듈로부터 유도용액이 혼합된 여과수를 결정화조에서 공급받고, 냉각용 열교환기를 이용하여 유도용액이 혼합된 여과수를 냉각하여 유도용액의 석출 및 침전에 의해 유도용질을 분리시키는 유도용질 석출 공정과;
    상기 결정화조에서 고압펌프를 통해 배출되는 유도용액이 혼합된 여과수를 가열용 열교환기를 통해 가열하여 역삼투막 모듈로 배출하는 가열 공정과;
    상기 가열용 열교환기를 통과하는 유도용액이 혼합된 여과수를 상기 역삼투막 모듈에서 공급받아 이를 추가적인 농축하여 농축된 유도용액과 여과수를 각각 배출하는 역삼투막 여과 공정; 및
    상기 역삼투막 모듈에서 배출되는 농축된 유도용액과 상기 결정화조에서 석출되어 침전된 유도용질을 유도용액 저장조에서 공급받아 교반기를 이용하여 혼합 용해시켜 액체상태로 변환시킨 후 유도용액을 유도용액 공급펌프를 통해 상기 정삼투막 모듈로 공급하는 유도용액 재생 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    유도용질은,
    온도에 따라 용해도가 변화되는 유도용질로서 Na2HPO4, Ca(C4H5O5)2, FeSO4을 단독 또는 적어도 2개 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    유도용질은,
    25℃에서의 용해도와 5℃에서의 용해도보다 2배 이상 차이가 나는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    유도용질 분리 공정은,
    상기 냉각용 열교환기에 의하여 유도용액이 혼합된 여과수의 온도를 10℃ 이상 감소시켜 용존 상태의 유도용질을 고체 결정상태로 석출한 후 하부에서 이를 수집하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열 공정은,
    상기 결정화조의 상등액을 공급받아 저온의 유도용액이 혼합된 여과수를 가열하여 유도용질의 용해도를 상승시킴으로써 상기 역삼투막 모듈에서 유도용질에 의한 스케일 형성을 방지하는 것을 특징으로 하는 정삼투법과 석출법 및 역삼투법을 조합한 해수담수화 방법.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732811B1 (ko) 2015-10-22 2017-05-24 성균관대학교산학협력단 고분자 유도물질을 사용한 에너지 저감형 정삼투막-여과막 결합 수처리와 해수담수화 시스템 및 방법
WO2018136077A1 (en) 2017-01-20 2018-07-26 Trevi Systems Inc. Osmotic pressure assisted reverse osmosis membrane and module
KR20180091517A (ko) * 2017-02-07 2018-08-16 한국광해관리공단 분리막에 의한 무방류장치 및 분리막에 의한 무방류방법
WO2018156756A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 Qatar Foundation For Education, Science And Community Development Hybrid forward osmosis and freezing desalination system and method
KR101903771B1 (ko) * 2017-05-16 2018-11-13 롯데케미칼 주식회사 에너지 효율이 높은 담수화 방법 및 담수화 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101011403B1 (ko) 2010-07-08 2011-01-28 (주)대우건설 정삼투 막모듈과, 이를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법
KR101020316B1 (ko) 2010-04-28 2011-03-08 에스티엑스중공업 주식회사 막증류 방식을 이용한 정삼투 담수화 장치
KR101144316B1 (ko) 2009-10-28 2012-05-11 한국건설기술연구원 정삼투와 역삼투 조합형 막분리 하폐수 고도처리장치와, 상기 하폐수 고도처리를 위한 막분리공정 제어장치 및 제어방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101144316B1 (ko) 2009-10-28 2012-05-11 한국건설기술연구원 정삼투와 역삼투 조합형 막분리 하폐수 고도처리장치와, 상기 하폐수 고도처리를 위한 막분리공정 제어장치 및 제어방법
KR101020316B1 (ko) 2010-04-28 2011-03-08 에스티엑스중공업 주식회사 막증류 방식을 이용한 정삼투 담수화 장치
KR101011403B1 (ko) 2010-07-08 2011-01-28 (주)대우건설 정삼투 막모듈과, 이를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101732811B1 (ko) 2015-10-22 2017-05-24 성균관대학교산학협력단 고분자 유도물질을 사용한 에너지 저감형 정삼투막-여과막 결합 수처리와 해수담수화 시스템 및 방법
WO2018136077A1 (en) 2017-01-20 2018-07-26 Trevi Systems Inc. Osmotic pressure assisted reverse osmosis membrane and module
CN110636894A (zh) * 2017-01-20 2019-12-31 特雷维系统公司 渗透压辅助的反渗透膜和模块
EP3570965A4 (en) * 2017-01-20 2021-02-17 Trevi Systems Inc. REVERSE OSMOSIS MEMBRANE AND MODULE SUPPORTED BY OSMOTIC PRESSURE
CN110636894B (zh) * 2017-01-20 2022-06-03 特雷维系统公司 渗透压辅助的反渗透膜和模块
US11839853B2 (en) 2017-01-20 2023-12-12 Trevi Systems, Inc. Osmotic pressure assisted reverse osmosis membrane and module
KR20180091517A (ko) * 2017-02-07 2018-08-16 한국광해관리공단 분리막에 의한 무방류장치 및 분리막에 의한 무방류방법
KR101894064B1 (ko) 2017-02-07 2018-08-31 한국광해관리공단 분리막에 의한 무방류장치 및 분리막에 의한 무방류방법
WO2018156756A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 Qatar Foundation For Education, Science And Community Development Hybrid forward osmosis and freezing desalination system and method
KR101903771B1 (ko) * 2017-05-16 2018-11-13 롯데케미칼 주식회사 에너지 효율이 높은 담수화 방법 및 담수화 장치

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