KR101405305B1 - Method for treating and reusing wastewater having highly concentrated ions - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 또는 혼합 이온류가 고농도로 용해되어 있는 폐수를 역삼투방법을 이용하여 재이용하기 위한 방법 및 공정에 관한 기술로서 역삼투방법 적용시 40bar이상의 고압운전형 역삼투막과 20bar이하의 저압운전형 역삼투막을 처리단계별로 혼합배열하여 적용함으로써 회수율 70%이상 그리고 100 ㎲/㎝이하의 재이용수 수질을 확보함을 특징으로 한다.
본 발명은 전기전도도 15,000 ㎲/㎝이상 고농도 영역에서는 고압운전형 역삼투막을 적용하고 15,000 ㎲/㎝이하 중저농도 영역에서는 저압운전형 역삼투막을 적용하여 처리 단계별로 묶어서 배열함을 특징으로 한다. 또한 각각의 처리단계에서 분리된 농축수를 크게 고농도 영역(15,000 ㎲/㎝이상)과 중저농도 영역(15,000 ㎲/㎝이하)으로 각각 구분하며 고농도 영역의 농축수는 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 처리후 기본 배열에 연계시켜 처리하고 중저농도 영역의 농축수는 원폐수로 반송후 혼합하여 기존 배열에 연계시켜 처리함을 특징으로 한다. 이때 고농도 영역의 농축수가 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 재농축된 농축수는 최종 농축수로 분리되며 원폐수의 약 30%정도 용량으로 발생하게 된다. 최종 농축수에 함유된 이온류는 원폐수에 함유된 이온의 농도보다 약 3배이상 높기 때문에 생산공정으로 재이용이 가능하다. 또한 최종 생산수는 원폐수의 약 70%정도이며 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하의 순수로 발생하기 때문에 생산공정의 용수로 재이용된다.
상기의 혼합배열에서 각각의 처리단계별 역삼투막은 처리효율과 회수율 그리고 운전시간을 동시에 고려하여 고압운전형 또는 저압운전형 역삼투막의 크기 및 수량이 결정되며 각각의 처리단계 수는 최종 생산수의 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하가 될 때까지 연계되어 결정된다. 또한 각각의 처리단계에서 역삼투막의 수는 최종 농축수의 발생량이 원폐수기준 30% 이하가 될 때까지 증가시켜 결정되며 주로 고농도 영역에서 역삼투막의 수량을 증가시키는 것이 역삼투막의 수량을 최소화하는데 유리하다. 이때 각각의 처리단계별 고압운전형과 저압운전형 역삼투막의 폐수 처리량, 이온류 처리효율, 그리고 회수율은 pilot plant를 수행하여 결정되며 이 과정에서 최적의 운전압력에 대한 정보를 확보한다. 역삼투막에서 이온의 제거효율은 운전압력과 반비례하며 회수율은 운전압력과 비례하는 관계에 있으며 최적의 운전압력은 동일한 역삼투압의 막면적 조건에서 처리효율과 회수율의 곱이 최대값인 지점에서의 압력으로 결정한다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a process for reusing wastewater in which a single or mixed ionic species is dissolved at a high concentration by using a reverse osmosis method, The reverse osmosis membrane is characterized by the fact that it has a recovery rate of 70% or more and a reusing water quality of 100 μs / ㎝ or less by mixing and arranging the reverse osmosis membrane in each processing step.
The present invention is characterized in that a high-pressure operation type reverse osmosis membrane is applied in a high concentration region with an electric conductivity of 15,000 μs / cm or more and a low-pressure operation reverse osmosis membrane is applied in a low concentration region of 15,000 μs / cm or less. In addition, the concentrated water separated in each treatment step is divided into a high concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or more) and a low concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or less), and a concentrated high concentration area reverse osmosis membrane And the concentrated water in the intermediate and low concentration regions is transferred to the raw wastewater and then mixed and processed in association with the existing arrangement. At this time, the concentrate water in the high concentration region is separated into the final concentrated water by using the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the re-condensed water is separated into the final concentrated water, resulting in the capacity of about 30% of the original wastewater. The ionic stream contained in the final concentrated water is about three times higher than the concentration of the ions contained in the raw wastewater, and thus can be reused in the production process. In addition, the final production water is about 70% of the raw wastewater and it is reused as the water in the production process because the electric conductivity is generated as pure water less than 100 ㎲ / ㎝.
In the mixed arrangement, the size and quantity of the high-pressure operation type or the low-pressure operation type reverse osmosis membrane are determined considering the treatment efficiency, the recovery rate and the operation time of each treatment step of each reverse osmosis membrane. 100 mu s / cm or less. Also, the number of reverse osmosis membranes in each treatment stage is determined by increasing until the amount of final concentrated water is less than 30% based on the raw wastewater, and increasing the amount of reverse osmosis membrane in the high concentration region is advantageous in minimizing the amount of reverse osmosis membrane. At this time, the wastewater throughput, ion exchange efficiency, and recovery rate of the high pressure operation type and low pressure operation type reverse osmosis membrane for each treatment step are determined by pilot plant, and information about optimal operation pressure is obtained in this process. The removal efficiency of ions in the reverse osmosis membrane is inversely proportional to the operating pressure and the recovery rate is proportional to the operating pressure. The optimal operating pressure is determined by the pressure at the point where the product of the treatment efficiency and the recovery rate is the maximum at the membrane area under the same reverse osmotic pressure do.

Figure R1020110145096
Figure R1020110145096

Description

고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용을 위한 방법{Method for treating and reusing wastewater having highly concentrated ions}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for treating and reusing highly concentrated ion-

본 발명은 단일 또는 혼합 이온류가 용해되어 전기전도도 기준으로 15,000 ㎲/㎝이상의 고농도를 함유하고 있는 폐수를 역삼투방법을 이용하여 이온류와 물을 분리시킴으로서 각각을 재이용하기 위한 방법에 관한 것이다. 상세하게는 역삼투방법 적용시 40bar이상의 고압운전형 역삼투막과 20bar이하의 저압운전형 역삼투막을 처리단계별로 혼합 배열하여 적용함으로서 회수율 70%이상 그리고 100 ㎲/㎝이하의 재이용수 수질을 확보함을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for reusing a wastewater containing a high concentration of 15,000 μs / cm or more on the basis of an electric conductivity by dissolving a single or mixed ionic species by separating an ionic stream and water using a reverse osmosis method. In detail, when applying the reverse osmosis method, high-pressure operation type reverse osmosis membrane of 40 bar or more and low pressure operation type reverse osmosis membrane of less than 20 bar are mixed and arranged in a process step, thereby ensuring a recovery rate of 70% or more and a reusing water quality of less than 100 μs / .

각종 산업현장에서 여러 종류의 고농도 이온류를 함유하고 있는 폐수가 배출되는 사례가 많으나 이를 경제적으로 처리함에 많은 어려움을 겪고 있다. 특히 최근 강화되는 환경규제와 원자재의 상승은 재이용에 대한 필요성을 증가시키고 있다. 이온류를 함유한 폐수를 처리하는 기존의 방법은 증발농축, 이온교환, 전기투석, 역삼투 등이 있으나 고농도로 존재할 경우 시설비와 운영비를 고려시 경제성이 낮은 단점이 있다. 증발농축방법은 상술한 방법중에서 설비비용이 가장 높으며 에너지 소비에 의한 운영비용 또한 매우 높기 때문에 (평균 5 - 10만원/톤 수준) 통상적으로 적합한 처리방법이 없을 경우 도입된다. 또한 휘발성이 낮은 이온류 (암모니아 등)는 물과 함께 증발되어 응축되기 때문에 응축수에 대한 2차적인 처리 또는 재이용방법이 고려되어야 한다. 이온교환방법은 이온교환수지를 이용하여 비교적 간단한 방법으로 이온류를 분리할 수 있는 장점이 있으나 이온농도가 높을 경우 재생수와 농축수 발생량이 높아져서 2차 폐수가 대량발생하기 때문에 경제성과 실효성 면에서 문제가 있다. 전기투석방법은 통상적으로 낮은 농도의 이온류를 2차처리하여 순수를 제조하는 설비로 많이 사용되고 있으며 이온농도가 높을 경우 농축비율이 낮기 때문에 실효성이 낮다. 역삼투방법은 해수담수화 또는 정수분야에 많이 사용되고 있으나 고농도 이온류의 경우 회수율이 낮기 때문에 (약 30%수준) 2차폐수가 다량 발생하며 이를 극복하기 위하여 농축수를 재처리할 경우 단계와 구성이 복잡해지고 초기 설비비가 크게 증가하는 문제점이 발생한다. 또한 역삼투막 제조사에서 제공하는 데이터 및 설계인자가 해수담수화 또는 정수처리분야를 제외하고는 매우 한정적이기 때문에 여러 종류의 이온이 고농도로 혼합되어 있을 경우 정량적인 설계 자체가 어렵다. 통상적으로 역삼투막을 고농도 이온류 처리에 적용하는 사례가 해수담수화 공정이며 이 경우 농축수를 다시 바다로 되돌리기 때문에 농축수 처리를 고려하지 않으며 회수율 또한 30%수준으로 폐수에 적용하기에는 경제성이 낮다. 또한 정수를 위한 역삼투기술은 전기투석방법과 유사하게 2차처리의 개념이므로 비교적 낮은 농도의 이온류를 제거할 수 있도록 설계되어 있다. 이 과정에서도 회수율이 50%수준으로 농축수가 발생하며 폐수일 경우 농축수에 대한 2차처리가 필요하기 때문에 고농도 영역에서는 상용적용이 어렵다.There are many cases where wastewater containing various kinds of high concentration ions is discharged from various industrial sites, but it is difficult to economically handle such wastewater. In particular, the recent tightening of environmental regulations and rising raw materials are increasing the need for reuse. Conventional methods for treating wastewater containing ionic species include evaporation, ion exchange, electrodialysis, and reverse osmosis. However, when the wastewater is present at a high concentration, there is a disadvantage in that the economic efficiency is low considering the facility cost and operation cost. The evaporation concentration method is introduced when the equipment cost is the highest among the above-mentioned methods and the operating cost due to energy consumption is also very high (average 5 - 100 thousand won / ton level) and there is no usual suitable treatment method. In addition, low-volatility ionic species (such as ammonia) evaporate and condense with water, so secondary treatment or reuse methods for condensate should be considered. The ion exchange method is advantageous in that it can separate ions by a relatively simple method using an ion exchange resin. However, when the ion concentration is high, the amount of the regenerated water and the concentrated water is increased and a large amount of secondary wastewater is generated. . The electrodialysis method is usually used as a facility for producing pure water by secondary treatment of a low-concentration ionic species. When the ionic concentration is high, the concentration is low and thus its effectiveness is low. The reverse osmosis method is widely used in seawater desalination or water purification. However, since the recovery rate of the high concentration ion is low (about 30% level), a large amount of double shielding water is generated. When the concentrated water is reprocessed, And the initial equipment cost is greatly increased. In addition, since the data and design parameters provided by the manufacturer of the reverse osmosis membrane are very limited except for the fields of seawater desalination or water treatment, quantitative design itself is difficult when various kinds of ions are mixed at a high concentration. In this case, since the concentrated water is returned to the sea, the concentrated water treatment is not considered and the recovery rate is also about 30%, which is not economical to apply to the wastewater. The reverse osmosis technology for the purified water is designed to remove ions of relatively low concentration because it is a concept of secondary treatment similar to the electrodialysis method. In this process, the concentrate is generated at a recovery rate of 50%, and in the case of wastewater, secondary treatment is required for the concentrated water, so it is difficult to apply the concentrate in a high concentration range.

역삼투방법에 대한 세부적인 이론적 배경을 하기에 기술하였다.    The detailed theoretical background of the reverse osmosis method is described below.

역삼투방법에 의한 해수담수화 시설은 물에 용해된 이온성물질 (Na+, Cl- ,Mg2 +,Ca2 +등) 거의 배제되고 순수한 물은 통과되는 반투막(semi permeable membrane)에 의해 해수 중에 용해되어 있는 이온성 물질을 여과하는 것이다. 1748년 abhe Nalet가 처음으로 삼투현상을 발견하였고, 1920년대 Gibbs의 열역학에 대한 이론 확립에 따라 삼투현상에 대한 이론적 연구가 1920년대에 완성되었다. 고농도용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하면 삼투 현상과는 반대로 고농도 용액측의 용매가 저농도 용액 측으로 역류하는데 이를 역삼투현상이라 한다. 삼투압은 용해되어 있는 염분농도에 거의 비례하여 용질 1000mg/L당 0.6 - 0.8 kgf/cm2정도이고, 반대로 삼투압보다 높은 외부 압력을 가하면 물은 용질의 농도가 낮은 담수쪽으로 이동하는데 이 현상을 역삼투 (Reverse Osmosis)라고 한다. 이와 같은 역삼투 원리를 이용하여 압력구배를 구동력으로 하여 반투과성막을 통해 각종 염이나 유기물질을 분리하는 것을 역삼투 공정이라 한다. 역삼투막은 지지층과 활성층으로 이루어져 있으며 지지층은 다시 polyamide박막과 접한 다공성 polysulfone UF층과 기계적 강도를 높여주는 직물 EH 부직포로 만들어진 지지층으로 구분할 수 있다. polysulfone 지지층은 미세 다공성 비대칭막으로 직물 표면에 polar aprotic 용매에 polysulfone을 녹인 용액을 얇게 바른 후 비용매계 용액에 quenching 시켜서 표면층과 다공층으로 이루어진 비대칭 한외여과막(ultrafiltration)의 형태로 만든다. 용액은 약 100 - 150 ㎛로 부직포 위에 캐스팅하며 quenching 후 용매가 빠져나가면 약 40 - 60 ㎛의 두께로 남게 된다. polysulfone 지지층은 분핵분자량(MWCO)이 대략 50,000 수준의 한외 여과막으로 적용이 가능하다. 이렇게 만들어진 다공성 polysulfone 지지층에 다관능성 아민계와 다관능성 아실할라이드계 화합물을 계면중합하여 polyamide 복합막을 만든다. polyamide 복합박막은 polysulfone 표면층에 얇게 입혀진 초박막 상태로 얻어지는데 그 두께는 대략 0.2 ㎛미만으로 물질 분리를 담당하게 된다.The seawater desalination facilities by the reverse osmosis method are designed to remove the ionic substances dissolved in water (Na + , Cl - , Mg 2 + , Ca 2 +, etc.) and to pass pure water through the semi permeable membrane And filtering the dissolved ionic material. In 1748 abhe Nalet first discovered osmotic phenomena, and in the 1920s, theoretical studies on osmotic phenomena were completed in the 1920s as Gibbs' theory of thermodynamics was established. When a pressure higher than the osmotic pressure is applied to the high concentration solution side, the solvent on the high concentration solution side flows backward to the low concentration solution side as opposed to the osmosis phenomenon, which is called reverse osmosis phenomenon. The osmotic pressure is about 0.6 - 0.8 kgf / cm 2 per 1000 mg / L of solute, almost proportional to the dissolved salt concentration. On the other hand, when the external pressure is higher than the osmotic pressure, water moves to the fresh water with low solute concentration. (Reverse Osmosis). Using this reverse osmosis principle, reverse osmosis is the process of separating various salts and organic materials through a semipermeable membrane using a pressure gradient as a driving force. The reverse osmosis membrane consists of a support layer and an active layer. The support layer can be divided into a porous polysulfone UF layer, which is in contact with the polyamide membrane, and a support layer, which is made of a fabric EH nonwoven fabric, which increases the mechanical strength. The polysulfone support layer is a microporous asymmetric membrane, which is obtained by dissolving polysulfone in a polar aprotic solvent on the fabric surface and then quenching it in the non-solvent solution to form an asymmetric ultrafiltration composed of a surface layer and a porous layer. The solution is cast on a nonwoven fabric at about 100 - 150 ㎛, and when the solvent is removed after quenching, it is left to a thickness of about 40 - 60 탆. The polysulfone backing layer can be applied as an ultrafiltration membrane with a molecular weight molecular weight (MWCO) of approximately 50,000. A polyamide composite membrane is prepared by interfacial polymerization of a polyfunctional amine system and a polyfunctional acyl halide compound on the porous polysulfone support layer. The polyamide composite thin film is obtained as an ultra thin film which is thinly coated on the polysulfone surface layer.

본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해, 기존의 역삼투기술에 대한 한계를 극복하여 산업현장에서 배출되는 고농도 이온류를 함유한 폐수에 적용하기 위하여 회수율을 70%로 높이고 처리수를 순수 수준으로 처리할 수 있도록 고안하였다. 상세하게는 처리단계별 효율과 운전조건을 정량화하고 40bar이상 조건에서 운전되는 고압운전형 역삼투막을 고농도 영역에 적용하며 20bar이하 조건에서 운전되는 저압운전형 역삼투막막을 중저농도 영역에 적용하여 처리단계별 혼합배열을 구성하여 전체공정을 최적함을 목적으로 한다. In order to overcome the above-mentioned conventional problems, the present invention overcomes the limitations of the conventional reverse osmosis technology, and in order to apply it to wastewater containing a high concentration ion stream discharged from an industrial site, the recovery rate is increased to 70% It was devised so that it can be treated at a pure level. In detail, it is possible to quantify the efficiency and operating conditions of each process step and to apply a high-pressure operation type reverse osmosis membrane operating at a temperature of 40 bar or more to a high concentration area and apply a low-pressure operation type reverse osmosis membrane at a low- To optimize the entire process.

따라서 본 발명은 단일 또는 혼합 이온류가 고농도를 함유하고 있는 폐수를 역삼투방법을 이용하여 처리 및 재이용하기 위하여 종래의 주요 문제점인 ① 고농도 이온류의 역삼투막 운전조건변화에 대한 투수율 및 회수율등의 설계데이터 부족과 이로 인한 공정 최적화의 어려움 ② 고농도 이온류의 역삼투막에 대한 낮은 회수율(30% 이하)을 극복함으로서 최적화 된 역삼투막 공정에서 회수율 70%이상 그리고 재이용수 수질을 순수수준으로 확보하기 위하여 공정의 최적설계인자 도출 방법 및 공정을 제공하는 것이다.   Therefore, in order to treat and reuse wastewater containing a high concentration of a single or mixed ionic stream using a reverse osmosis method, (2) It is difficult to optimize the process due to lack of data. (2) Overcome the low recovery rate (less than 30%) for the reverse osmosis membrane of high concentration ion stream and optimize the reverse osmosis membrane process so that the recovery rate is over 70% A method of deriving a design factor and a process.

상술한 목적을 달성하기 위하여 ① 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막에서 폐수의 이온농도 영역 및 운전압력조건별 생산수량, 농축수량, 처리효율에 대한 기본 설계 인자를 확보하고 ② 이 결과를 분석 및 평가하여 각각의 처리단계를 결정하며 ③ 각각의 처리단계를 통합한 배열을 최적화한다. 폐수중 혼합된 이온류를 하나의 농도지표로 기준하기 위하여 통상적으로 전기전도도로 나타내고 있으며 본 발명은 전기전도도 15,000 ㎲/㎝이상 고농도 영역에서는 고압운전형 역삼투막을 적용하고 15,000 ㎲/㎝이하 중저농도 영역에서는 저압운전형 역삼투막을 적용하여 처리 단계별로 묶어서 배열함을 특징으로 한다. 또한 각각의 처리단계에서 분리된 농축수를 크게 고농도 영역(15,000 ㎲/㎝이상)과 중저농도 영역(15,000 ㎲/㎝이하)으로 각각 구분하며 고농도 영역의 농축수는 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 처리후 기본 배열에 연계시켜 처리하고 중저농도 영역의 농축수는 원폐수로 반송후 혼합하여 기존 배열에 연계시켜 처리함을 특징으로 한다. 이때 고농도 영역의 농축수가 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 재농축된 농축수는 최종 농축수로 분리되며 원폐수의 약 30%정도 용량으로 발생하게 된다. 최종 농축수에 함유된 이온류는 원폐수에 함유된 이온의 농도보다 약 3배이상 높기 때문에 생산공정으로 재이용이 가능하다. 또한 최종 생산수는 원폐수의 약 70%정도이며 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하의 순수로 발생하기 때문에 생산공정의 용수로 재이용 된다.In order to achieve the above-mentioned object, the basic design factors for the production quantity, concentration quantity, and treatment efficiency of the wastewater ion concentration area and operating pressure condition are obtained in the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane, Evaluate each processing step, and (3) Optimize the arrangement that integrates each processing step. In the present invention, a high-pressure operation type reverse osmosis membrane is applied in a high concentration region having an electric conductivity of 15,000 占 / / cm or more, and a low-concentration region of less than 15,000 占 / / cm is used as a concentration indicator. A low-pressure operation type reverse osmosis membrane is applied and arranged in the order of processing steps. In addition, the concentrated water separated in each treatment step is divided into a high concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or more) and a low concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or less), and a concentrated high concentration area reverse osmosis membrane And the concentrated water in the intermediate and low concentration regions is transferred to the raw wastewater and then mixed and processed in association with the existing arrangement. At this time, the concentrate water in the high concentration region is separated into the final concentrated water by using the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the re-condensed water is separated into the final concentrated water, resulting in the capacity of about 30% of the original wastewater. The ionic stream contained in the final concentrated water is about three times higher than the concentration of the ions contained in the raw wastewater, and thus can be reused in the production process. In addition, the final production water is about 70% of the raw wastewater and it is reused as the water in the production process because the electric conductivity is generated as pure water less than 100 ㎲ / ㎝.

상기의 혼합배열에서 각각의 처리단계별 역삼투막은 처리효율과 회수율 그리고 운전시간을 동시에 고려하여 고압운전형 또는 저압운전형 역삼투막의 크기 및 수량이 결정되며 각각의 처리단계 수는 최종 생산수의 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하가 될 때까지 연계되어 결정된다. 또한 각각의 처리단계에서 역삼투막의 수는 최종 농축수의 발생량이 원폐수기준 30% 이하가 될 때까지 증가시켜 결정되며 주로 고농도 영역에서 역삼투막의 수량을 증가시키는 것이 역삼투막의 수량을 최소화하는데 유리하다. 이때 각각의 처리단계별 고압운전형과 저압운전형 역삼투막의 폐수 처리량, 이온류 처리효율, 그리고 회수율은 pilot plant를 수행하여 결정되며 이 과정에서 최적의 운전압력에 대한 정보를 확보한다. 역삼투막에서 이온의 제거효율은 운전압력과 반비례하며 회수율은 운전압력과 비례하는 관계에 있으며 최적의 운전압력은 동일한 역삼투압의 막면적 조건에서 처리효율과 회수율의 곱이 최대값인 지점에서의 압력으로 결정한다.In the mixed arrangement, the size and quantity of the high-pressure operation type or the low-pressure operation type reverse osmosis membrane are determined considering the treatment efficiency, the recovery rate and the operation time of each treatment step of each reverse osmosis membrane. 100 mu s / cm or less. Also, the number of reverse osmosis membranes in each treatment stage is determined by increasing until the amount of final concentrated water is less than 30% based on the raw wastewater, and increasing the amount of reverse osmosis membrane in the high concentration region is advantageous in minimizing the amount of reverse osmosis membrane. At this time, the wastewater throughput, ion exchange efficiency, and recovery rate of the high pressure operation type and low pressure operation type reverse osmosis membrane for each treatment step are determined by pilot plant, and information about optimal operation pressure is obtained in this process. The removal efficiency of ions in the reverse osmosis membrane is inversely proportional to the operating pressure and the recovery rate is proportional to the operating pressure. The optimal operating pressure is determined by the pressure at the point where the product of the treatment efficiency and the recovery rate is the maximum at the membrane area under the same reverse osmotic pressure do.

본 발명에 의하면, 전기전도도 15,000 ㎲/㎝이상의 고농도 혼합이온류를 함유한 폐수로부터 이온류와 재이용수를 분리하기 위하여 종래의 역삼투압방법으로는 회수율이 30%이하로 매우 낮고 제공되는 역삼투막의 설계인자의 부재로 인한 최적화된 공정설계가 어려우나, 본 발명에 의한 최적화 설계방법을 적용하고 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막을 혼합배열하여 공정을 구성하여 역삼투막의 수량을 최소화 하면서 회수율 70%이상 그리고 100 ㎲/㎝이하의 재이용수 수질을 확보하였다.According to the present invention, in order to separate ions and reused water from wastewater containing a high concentration of mixed ion flow having an electric conductivity of 15,000 μs / cm or more, the conventional reverse osmosis method has a drawback that the recovery rate is as low as 30% Although it is difficult to optimize the process design due to the absence of the factor, the optimization design method according to the present invention is applied, and the process is performed by mixing the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane to minimize the amount of reverse osmosis membrane, 100 ㎲ / ㎝ or less.

도 1은 고농도 이온류 함유 폐수의 처리 및 재이용을 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 고압운전형과 저압운전형 역삼투막이 혼합배열된 공정도이다.
도 2는 각각의 고압운전형 역삼투막과 저압운전형용 역삼투압막에 대한 투수량, 농축수량, 처리효율을 평가하여 기초설계 인자를 확보하기 위한 역삼투막 시스템 pilot plant 장치이다.
도 3은 실시예 1에 따른 고압운전형 역삼투막에서의 전기전도도 감소율과 회수율과의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 2에 따른 저압운전형 역삼투막에서의 전기전도도 감소율과 회수율과의 상관관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 3에 따른 최적 운전압력 조건에서 전기전도도 변화에 따른 역삼투막의 가중치 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 의하여 구성된 공정도의 물질수지를 나타내는 도면이다.
FIG. 1 is a process diagram of a high-pressure operation type and a low-pressure operation type reverse osmosis membrane according to a preferred embodiment of the present invention in order to treat and reuse wastewater containing a high-concentration ion stream.
FIG. 2 is a reverse osmosis membrane system pilot plant device for evaluating the amount of water, concentrated water, and treatment efficiency for each of the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane to secure basic design factors.
3 is a graph showing the correlation between the rate of decrease in the electrical conductivity and the recovery rate in the high-pressure operation type reverse osmosis membrane according to the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the rate of decrease in the electrical conductivity and the recovery rate in the low-pressure operation type reverse osmosis membrane according to Example 2. FIG.
5 is a graph showing a weighting result of the reverse osmosis membrane according to the change in electric conductivity at the optimum operating pressure condition according to the third embodiment.
Fig. 6 is a view showing the mass balance of the process step constituted by Fig. 1. Fig.

본 발명에 의하여 전기전도도 15,000 ㎲/㎝이상의 고농도 혼합이온류 함유 폐수로부터 100 ㎲/㎝이하의 재이용수를 회수율 70%이상 생산하기 위하여 ① 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막에서 폐수의 이온농도 영역 및 운전압력조건별 생산수량, 농축수량, 처리효율에 대한 기본 설계 인자를 확보하고 ② 이 결과를 분석 및 평가하여 각각의 처리단계를 결정하며 ③ 각각의 처리단계를 통합하여 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막의 배열을 최적화한다.In order to produce a recovered water having a recovery rate of 70% or more from a wastewater containing a high concentration of electric conductivity of 15,000 / / ㎝ or more with a concentration of 100 / / ㎝ or less according to the present invention, And the basic design factors for the production quantity, concentration quantity and treatment efficiency according to the operating pressure condition are obtained, and ② each process step is determined by analyzing and evaluating the result, and the process steps of each are integrated to form the high pressure driving type reverse osmosis membrane and the low pressure Optimize the arrangement of the operating type reverse osmosis membrane.

상기 ①의 목적을 달성하기 위하여 실시예 1과 2를 기술하였다.Examples 1 and 2 are described in order to achieve the above-mentioned object (1).

역삼투막에서 이온의 제거효율은 운전압력과 반비례하며 회수율은 운전압력과 비례하는 관계에 있으며 이온의 농도에 따라 그 운전압력은 상이하다. 본 발명에서는 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막 적용이 가능한 도 2의 역삼투막 시스템 pilot plant를 이용하여 nitrate ion과 ammonium ion이 혼합된 폐수에 대하여 고농도 영역부터 중저농도 영역까지 운전압력에 변화에 따른 처리효율과 회수율을 평가하였다.
The removal efficiency of ions in the reverse osmosis membrane is inversely proportional to the operating pressure and the recovery rate is proportional to the operating pressure. In the present invention, a pilot plant of the reverse osmosis membrane system shown in FIG. 2 capable of applying a high-pressure operation type reverse osmosis membrane and a low-pressure operation type reverse osmosis membrane is used to treat the wastewater mixed with nitrate ion and ammonium ion from a high- The efficiency and recovery rate were evaluated.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

20,000 mg/L 농도의 nitrate ion과 8,000 mg/L 농도의 ammonium ion이 혼합된 폐수(전기전도도 32,000 ㎲/㎝)를 도 2의 역삼투막 시스템 pilot plant에 고압운전형 역삼투막을 적용하여 운전압력에 따른 처리효율과 회수율의 상관관계, 즉 고압운전형 역삼투막에서의 전기전도도 감소율과 회수율과의 상관관계를 도 3에 나타내었다.(Reverse conductivity: 32,000 ㎲ / ㎝) mixed with 20,000 mg / L nitrate ion and 8,000 mg / L ammonium ion was applied to the reverse osmosis membrane system pilot plant of FIG. 2, The correlation between the efficiency and the recovery rate, that is, the correlation between the reduction rate of the electric conductivity in the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the recovery rate, is shown in FIG.

고압운전형 역삼투막에 운전압력을 10 - 80 bar 범위에서 변화시켜 처리효율과 회수율을 확인한 결과 운전압력이 증가할수록 처리효율은 감소하였으나 회수율은 상승하였다. 처리효율과 회수율의 곱을 가중치로 할 경우 약 50bar에서 최대값을 확인할 수 있었다.As the operating pressure and recovery rate were checked by varying the operating pressure in the range of 10 - 80 bar for the high - pressure operating type reverse osmosis membrane, the treatment efficiency was decreased with increasing operating pressure, but the recovery rate was increased. When the product of the treatment efficiency and the recovery rate is taken as the weight, the maximum value can be confirmed at about 50 bar.

또한 상기의 폐수를 고농도 영역부터 중저농도 영역까지 고압운전형 역삼투막을 이용하여 단계별로 처리하면서 운전압력에 변화에 따른 처리효율과 회수율을 평가하였으며 처리효율과 회수율의 곱을 최대가중치로 기준한 운전압력에서의 결과값, 즉 고압운전형 역삼투막의 이온농도 영역별 처리효율과 회수율 평가 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
The treatment efficiency and recovery rate of the wastewater were evaluated according to the operating pressure while the high-pressure operation type reverse osmosis membrane was used to process the wastewater from the high-concentration region to the low-concentration region in stages. The operation efficiency and the recovery rate were evaluated based on the maximum weighted operation pressure Table 1 shows the results of the evaluation of the treatment efficiency and the recovery rate of the high-pressure operation type reverse osmosis membrane by ion concentration region.

[표 1][Table 1]

Figure 112011104645714-pat00001
Figure 112011104645714-pat00001

유입수의 이온농도가 낮은 영역일수록 최적 운전압력이 감소하였으며 처리효율과 회수율은 증가하였다.
The optimum operating pressure decreased as the ion concentration of the influent was lower, and the treatment efficiency and recovery rate increased.

<실시예2>&Lt; Example 2 >

3,500 mg/L 농도의 nitrate ion과 1,200 mg/L 농도의 ammonium ion이 혼합된 폐수(전기전도도 7,000 ㎲/㎝)를 도 2의 역삼투막 시스템 pilot plant에 저압운전형 역삼투막을 적용하여 운전압력에 따른 처리효율과 회수율의 상관관계, 즉 저압운전형 역삼투막에서의 전기전도도 감소율과 회수율과의 상관관계를 도 4에 나타내었다. A low-pressure operation type reverse osmosis membrane was applied to the reverse osmosis membrane system pilot plant shown in FIG. 2 by using a wastewater (electric conductivity of 7,000 μs / cm) mixed with nitrate ions at a concentration of 3,500 mg / L and ammonium ions at a concentration of 1,200 mg / The correlation between the efficiency and the recovery rate, that is, the correlation between the reduction rate and the recovery rate of the electric conductivity in the low-pressure operation type reverse osmosis membrane, is shown in FIG.

저압운전형 역삼투막에 운전압력을 13 - 20 bar 범위에서 변화시켜 처리효율과 회수율을 확인한 결과 고압운전형 역삼투막과 유사하게 운전압력이 증가할수록 처리효율은 감소하였으며 회수율은 상승하였나 고압운전형 역삼투막에 비하여 높은 처리효율과 회수율을 확인하였다. 처리효율과 회수율의 곱을 가중치로 할 경우 약 17bar에서 최대값을 확인할 수 있었다.The treatment efficiency and recovery rate of the reverse osmosis membrane with low pressure operation were varied in the range of 13 - 20 bar. As a result, the treatment efficiency decreased and the recovery rate increased as the operating pressure increased. Similar to the high - pressure operation type reverse osmosis membrane, High treatment efficiency and recovery rate were confirmed. When the product of the treatment efficiency and the recovery rate is taken as the weight, the maximum value can be confirmed at about 17 bar.

또한 상기의 폐수를 중농도 영역부터 저농도 영역까지 저압운전형 역삼투막을 이용하여 단계별로 처리하면서 운전압력에 변화에 따른 처리효율과 회수율을 평가하였으며 처리효율과 회수율의 곱을 최대가중치로 기준한 운전압력에서의 결과값, 즉 저압운전형 역삼투막의 이온농도 영역별 처리효율과 회수율 평가 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
In addition, treatment efficiency and recovery rate of the wastewater were evaluated by varying the operating pressure step by step using the low-pressure operation type reverse osmosis membrane from the medium concentration area to the low concentration area, and the product of the treatment efficiency and the recovery rate was calculated based on the maximum weighted operation pressure Table 2 shows the results of the evaluation of the treatment efficiency and the recovery rate of the low-pressure operation type reverse osmosis membrane by ion concentration region.

[표 2] [Table 2]

Figure 112011104645714-pat00002
Figure 112011104645714-pat00002

최적 운전압력은 유입수의 이온농도 범위와 영향이 없이 비교적 일정하였으며 이온농도가 낮을수록 처리효율과 회수율은 고압운전형 역삼투막보다 높게 증가하였다. 따라서 실시예 1과 비교시 낮은 농도영역에서는 고가의 고압운전형 역삼투막을 적용하기 보다는 상대적으로 저가의 저압운전형 역삼투막을 적용하는것이 효율적임을 확인하였다.
The optimum operating pressure was relatively constant without influencing the ion concentration range of the influent. The lower the ion concentration, the higher the treatment efficiency and recovery rate than the high - pressure operation type reverse osmosis membrane. Therefore, it was confirmed that it is effective to apply a relatively low-cost, low-pressure operation type reverse osmosis membrane at a low concentration range as compared with Example 1, rather than an expensive high-pressure operation type reverse osmosis membrane.

상기 ②의 목적을 달성하기 위하여 실시예 3을 기술하였다.In order to attain the object of the above (2), the embodiment 3 is described.

상기의 실시예 1과 2에서 확보한 결과를 기초로 하여 혼합 이온류의 농도 영역에 따른 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막의 처리단계와 각각의 혼합적용에 대한 농도 영역을 결정하기 위하여 평가 방법을 고안하였으며 실제 데이터를 대입하여 이를 정리하였다.
Based on the results obtained in the above Examples 1 and 2, the processing steps of the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane according to the concentration range of the mixed ion flow and the evaluation method And the actual data are put in order.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

폐수중 혼합이온류를 하나의 농도지표로서 통상적으로 사용되는 전기전도도를 기준하여 혼합이온류 농도 영역별로 동일 막면적의 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막에 대하여 실시예 1과 2에서 확보된 최적 운전압력 조건에서 가중치 평가 방법을 고안하여 그 결과, 즉 최적 운전압력 조건에서 전기전도도 변화에 따른 역삼투막의 가중치 결과를 도 5에 나타내었다. 가중치는 각각의 역삼투막 조건별 운전결과에서 처리효율 × 회수율 × 처리량을 값을 곱한 결과로 정의하였으며 전기전도도 영역에서 최적의 역삼투막과 그때의 운전조건을 확보시 가중치가 높은 것을 선택하는 방법으로 농도 영역 단계별 최적화를 하였다. The high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane having the same membrane area per mixed ion flow concentration region based on the commonly used electric conductivity as a concentration index of mixed ion species in the wastewater were optimized Figure 5 shows the results of the weighted evaluation method under operating pressure conditions, that is, the result of weighting the reverse osmosis membrane according to the change in the electric conductivity at the optimum operating pressure condition. The weights are defined as the result of multiplying the treatment efficiency × recovery rate × throughput by the values of the operation results for each reverse osmosis membrane condition. When securing the optimal reverse osmosis membrane and the operation conditions at the electric conductivity region, Optimization.

전기전도도가 5,000 ㎲/㎝ 이하의 구간에서는 저압운전형 역삼투막의 가중치가 높으며 5,000 ㎲/㎝ 이상의 구간에서는 고압운전형 역삼투막의 가중치가 높음을 확인하였으며 더불어 5,000 - 15,000 ㎲/㎝ 영역에서는 고압운전형과 저압운전형 역삼투막의 가중치가 크지 않음을 확인하였다. 따라서 고압운전형 역삼투막의 가격이 저압운전형 역삼투막 가격보다 3배 이상임을 고려한다면 다소 가중치가 낮더라도 전기전도도가 15,000 ㎲/㎝이하의 영역에서는 저압운전형 역삼투막을 사용하고 15,000 ㎲/㎝이상의 영역에서는 고압운전형 역삼투막을 사용하도록는 것을 기본 설계 인자로 결정하였으며 이러한 결과를 도출하는 방법을 고안하여 정량화하였다.The weight of the reverse osmosis membrane with high - pressure operation was high in the section of 5,000 ㎲ / ㎝ or less and the weight of the high - pressure operation reverse osmosis membrane was high in the section of 5,000 ㎲ / ㎝ or more. Also, in the range of 5,000 - 15,000 ㎲ / It was confirmed that the weight of the low-pressure operation type reverse osmosis membrane was not large. Therefore, considering that the price of high-pressure operating type RO membrane is more than three times higher than that of low-pressure operating RO membranes, low-pressure operation type reverse osmosis membrane is used in the region where electric conductivity is 15,000 ㎲ / ㎝ or less even in the region of 15,000 ㎲ / It was decided that the high - pressure operation type reverse osmosis membrane should be used as a basic design factor and a method of deriving these results was devised and quantified.

상기의 가중치와 비용을 근거로 결정한 전기전도도 영역별 선택된 역삼투막에 대하여 처리 단계별 처리효율과 회수율을 정리한 전기전도도 영역별 선택된 역삼투막에 대한 처리 단계별 평가 결과를 표 3에 나타내었다.
Table 3 shows the evaluation results of the process steps of the RO membranes selected for the electrical conductivity regions in which the treatment efficiency and the recovery rate of the selected RO membranes were determined based on the weights and the costs.

[표 3] [Table 3]

Figure 112011104645714-pat00003
Figure 112011104645714-pat00003

상기 ③의 목적을 달성하기 위하여 실시예 4을 기술하였다.In order to attain the above-mentioned object (3), the fourth embodiment is described.

상기의 실시예 3에서 확보한 혼합 이온류의 농도 영역에 따른 역삼투막의 선택과 운전조건 그리고 처리단계 결과로부터 처리단계별 배열을 구성하여 통합공정을 설계하였다.
The integrated process was designed by arranging the reverse osmosis membranes according to the concentration range of the mixed ions obtained in Example 3, the operating conditions, and the process step results.

<실시예 4><Example 4>

고압운전형과 저압운전형 역삼투막이 혼합배열된 공정에 대한 공정도를 도 1에 나타내었다.FIG. 1 shows a process chart for a process in which a high-pressure operation type and a low-pressure operation type reverse osmosis membrane are mixedly arranged.

전기전도도 15,000 ㎲/㎝이상 고농도 영역에서는 고압운전형 역삼투막을 적용하고 15,000 ㎲/㎝이하 중저농도 영역에서는 저압운전형 역삼투막을 적용하여 처리 단계별로 묶어서 배열하였다. 또한 각각의 처리단계에서 분리된 농축수를 크게 고농도 영역(15,000 ㎲/㎝이상)과 중저농도 영역(15,000 ㎲/㎝이하)으로 각각 구분하며 고농도 영역의 농축수는 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 처리후 기본 배열에 연계시켜 처리하고 중저농도 영역의 농축수는 원폐수로 반송후 혼합하여 기존 배열에 연계시켜 처리하였다. 이때 고농도 영역의 농축수가 별도의 고압운전형 역삼투막을 적용하여 재농축된 농축수는 최종 농축수로 분리되며 원폐수의 약 30%정도 용량으로 발생하게 된다. 최종 농축수에 함유된 이온류는 원폐수에 함유된 이온의 농도보다 약 3배이상 높기 때문에 생산공정으로 재이용이 가능하다. 또한 최종 생산수는 원폐수의 약 70%정도이며 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하의 순수로 발생하기 때문에 생산공정의 용수로 재이용된다.High - voltage operation type reverse osmosis membrane was applied in the region of high electric conductivity of 15,000 ㎲ / ㎝ or more and reverse osmosis membrane of low pressure operating type in the low concentration region of 15,000 ㎲ / ㎝ or less. In addition, the concentrated water separated in each treatment step is divided into a high concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or more) and a low concentration area (15,000 ㎲ / ㎝ or less), and a concentrated high concentration area reverse osmosis membrane And the concentrated water in the middle and low concentration regions was transported to the raw wastewater and mixed and then processed in association with the existing array. At this time, the concentrate water in the high concentration region is separated into the final concentrated water by using the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the re-condensed water is separated into the final concentrated water, resulting in the capacity of about 30% of the original wastewater. The ionic stream contained in the final concentrated water is about three times higher than the concentration of the ions contained in the raw wastewater, and thus can be reused in the production process. In addition, the final production water is about 70% of the raw wastewater and it is reused as the water in the production process because the electric conductivity is generated as pure water less than 100 ㎲ / ㎝.

상기의 혼합배열에서 각각의 처리단계별 역삼투막은 처리효율과 회수율 그리고 운전시간을 동시에 고려하여 고압운전형 또는 저압운전형 역삼투막의 크기 및 수량이 결정되며 각각의 처리단계 수는 최종 생산수의 전기전도도가 100 ㎲/㎝ 이하가 될 때까지 연계되어 결정된다. 또한 각각의 처리단계에서 역삼투막의 수는 최종 농축수의 발생량이 원폐수기준 30% 이하가 될 때까지 증가시켜 결정되며 주로 고농도 영역에서 역삼투막의 수량을 증가시키는 것이 역삼투막의 수량을 최소화하는데 유리하다.In the mixed arrangement, the size and quantity of the high-pressure operation type or the low-pressure operation type reverse osmosis membrane are determined considering the treatment efficiency, the recovery rate and the operation time of each treatment step of each reverse osmosis membrane. 100 mu s / cm or less. Also, the number of reverse osmosis membranes in each treatment stage is determined by increasing until the amount of final concentrated water is less than 30% based on the raw wastewater, and increasing the amount of reverse osmosis membrane in the high concentration region is advantageous in minimizing the amount of reverse osmosis membrane.

실시예 4를 설명하기 위하여 도 1의 공정 흐름에 대한 세부적인 설명은 하기와 같다.
A detailed description of the process flow of FIG. 1 will be given below to explain the fourth embodiment.

1단계: 원수저장조(T0)의 원수를 1단계 고압운전용 펌프( PH )를 이용하여 1단계 고압운전형 역삼투막 (M1-1)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 1단계 생산수 저장조(T1-1)으로 모이게 된다. 동시에 농축수는 1단계 농축수 저장조(T1-2)로 반송된다.Step 1: The raw water of the raw water storage tank (T0) is transferred to the first stage high-pressure operation type reverse osmosis membrane (M1-1) by using the high-pressure operation pump ( PH ) of the first stage and the processed water is treated in the first stage production water storage tank T1-1). At the same time, the concentrated water is returned to the first-stage concentrated water storage tank T1-2.

2단계: 1단계 생산수 저장조(T1-1)에 저장된 1단계 생산수는 2단계 고압운전용 펌프(P2)를 이용하여 2단계 고압운전형 역삼투막(M2)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 2단계 생산수 저장조(T2)로 모이게 된다. 동시에 농축수는 1단계 농축수 저장조(T1-2)로 반송된다.Step 2: The first stage production water stored in the first stage production water storage tank (T1-1) is transferred to the second stage high-pressure operation type reverse osmosis membrane (M2) by using the second stage high pressure operation pump (P2) Is collected in the second stage production water storage tank (T2). At the same time, the concentrated water is returned to the first-stage concentrated water storage tank T1-2.

3단계: 2단계 생산수 저장조(T2)에 저장된 2단계 생산수는 3단계 고압운전용 펌프(P3)를 이용하여 3단계 고압운전형 역삼투막(M3)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 3단계 생산수 저장조(T3)로 모이게 된다. 동시에 농축수는 1단계 농축수 저장조(T1-2)로 반송된다.Step 3: The second stage product water stored in the second stage product water storage tank (T2) is transferred to the third stage high-pressure operation type reverse osmosis membrane (M3) by using the third stage high pressure operation pump (P3) Stage production water storage tank T3. At the same time, the concentrated water is returned to the first-stage concentrated water storage tank T1-2.

4단계: 3단계 생산수 저장조(T3)에 저장된 3단계 생산수는 4단계 저압운전용 펌프(P4)를 이용하여 4단계 저압운전형 역삼투막(M4)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 4단계 생산수 저장조(T4)로 모이게 된다. 동시에 농축수는 원수저장조(T0)로 반송된다.Step 4: The third stage of production water stored in the third stage water storage tank (T3) is transferred to the fourth stage low-pressure operation type reverse osmosis membrane (M4) using the fourth stage low pressure operation pump (P4) Stage production water storage tank T4. At the same time, the concentrated water is returned to the raw water storage tank T0.

5단계: 4단계 생산수 저장조(T4)에 저장된 4단계 생산수는 5단계 저압운전용 펌프(P5)를 이용하여 5단계 저압운전형 역삼투막(M5)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 5단계 생산수 저장조(T5)로 모이게 된다. 동시에 농축수는 원수저장조(T0)로 반송된다.Stage 5: Stage 4 Stage 4 is stored and transported to a 5-stage low-pressure operation reverse osmosis membrane (M5) using a 5-stage low-pressure operation pump (P5) Stage production water storage tank T5. At the same time, the concentrated water is returned to the raw water storage tank T0.

6단계: 5단계 생산수 저장조(T5)에 저장된 5단계 생산수는 6단계 저압운전용 펌프(P6)를 이용하여 6단계 저압운전형 역삼투막 (M6)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 최종 재이용수 저장조(T6)로 모여 저장되며 재이용수로 활용된다. 동시에 농축수는 원수저장조(T0)로 반송된다.
Step 6: The 5th stage water stored in the 5th stage water storage tank (T5) is transferred to the 6 stage low-pressure operation type reverse osmosis membrane (M6) by using the 6 stage low pressure operation pump (P6) Collected in the reused water storage tank (T6), and used as reused water. At the same time, the concentrated water is returned to the raw water storage tank T0.

상기 1, 2, 3 단계에서 발생되는 농축수는 1단계 농축수 저장조(T1-2)로 반송되어 혼합되며 전체 역삼투막 배열흐름과 별도로 구성된 1단계 농축수처리용 고압운전형 펌프(P1-2)를 이용하여 1단계 농축수처리용 고압운전형 역삼투막(M1-2)으로 이송되어 처리되며 처리된 생산수는 1단계 생산수 저장조(T1-1)으로 이송되어 혼합되며 이후 상기 2단계 처리과정을 거치게 된다. 이때 발생된 농축수는 최종 농축수로서 더 이상 공정으로 재유입되지 않고 분리 배출된다. 최종 농축수는 총 폐수 발생량의 30%이하 이며 이온의 농도가 전기전도도 기준으로 100,000 ㎲/㎝ 수준으로 매우 높기 때문에 이온의 재이용성이 유리해질 수 있어 재이용이 가능하다.The concentrated water generated in the first, second and third stages is conveyed to and mixed with the first-stage concentrated water storage tank (T1-2), and a high-pressure operation type pump (P1-2) for the first-stage concentrated water treatment separately configured from the entire reverse osmosis membrane array flow The produced water is transferred to the high-pressure operation type reverse osmosis membrane (M1-2) for the first-stage concentrated water treatment, and the processed product water is transferred to the first-stage production water storage tank (T1-1) and mixed therewith, . The concentrated water generated at this time is separated and discharged as the final concentrated water, which is no longer re-introduced into the process. The final concentration is less than 30% of the total wastewater generation and the ionic concentration is very high as 100,000 ㎲ / ㎝ in terms of electrical conductivity, so ion reusability can be favored and reusable.

상기 4, 5, 6 단계에서 발생되는 농축수는 원수저장조(T0)로 반송되어 원수와 혼합되며 이후 상기 1단계 처리과정을 거치게 된다.The concentrated water generated in the steps 4, 5, and 6 is returned to the raw water storage tank T0 and mixed with the raw water, and then subjected to the one-step process.

상기의 실시예 4에 의하여 설계된 공정에 대한 물질수지를 정리하여 도 6에 나타내었다.
The mass balance for the process designed according to Example 4 is summarized in FIG.

전체 공정을 요약하면 혼합이온류 농도 영역별로 70%의 회수율을 확보하기 위하여 총 6단계의 역삼투막을 배열하였으며 이중 1, 2, 3 단계는 고농도 영역으로 고압운전형 역삼투막을 적용하고 4, 5, 6단계는 중저농도 영역으로 저압운전형 역삼투막을 적용한다. 1, 2, 3단계에서 발생하는 농축수는 원수보다 고농도이기 때문에 별도의 1단계 농축수 처리용 고압운전형 역삼투막(M1-2)을 이용하여 처리하며 농축수는 최종 분리되고 생산수는 공정내로(2단계) 재유입되어 순차적으로 처리된다. 4, 5, 6단계에서 발생하는 농축수는 15,000 ㎲/㎝ 이하로서 원수와 혼합 처리된다. 이때 본 실시예에서는 총 6단계로 구성되나 농축수의 이온농도가 40,000 ㎲/㎝ 이상일 경우 요구되는 재이용수의 수질에 따라 고농도 영역 농축수 처리용 고압운전형 역삼투막 처리단계의 역삼투막을 늘리거나 배열의 흐름에서 처리단계를 6단계에서 7단계이상으로 더 늘려서 회수효율과 재이용수질의 규격을 만족시킬 수 있다.A total of 6 stages of reverse osmosis membranes were arranged in order to obtain a recovery rate of 70% for each mixed ion concentration region. In the first, second and third stages, a high-pressure operation type reverse osmosis membrane was applied, The low-pressure operation type reverse osmosis membrane is applied to the low-concentration region. Since the concentrated water generated in stages 1, 2 and 3 is higher in concentration than the raw water, it is processed using a separate high-pressure operation type reverse osmosis membrane (M1-2) for treatment of one-stage concentrated water, the concentrated water is finally separated, (Step 2), and then processed in a sequential manner. The concentrated water generated in steps 4, 5, and 6 is less than 15,000 ㎲ / ㎝ and mixed with raw water. In this embodiment, the reverse osmosis membrane of the high-pressure operation type reverse osmosis membrane treatment step for treating the high concentration area concentrated water may be increased or decreased depending on the water quality of the reclaimed water when the ion concentration of the concentrated water is 40,000 / / The process step in the flow can be further increased from step 6 to 7 or more stages to meet the recovery efficiency and reclaimed water quality standards.

T0 : 원수 저장조
T1-1 : 1단계 생산수 저장조
T1-2 : 1단계 농축수 저장조
T2 : 2단계 생산수 저장조
T3 : 3단계 생산수 저장조
T4 : 4단계 생산수 저장조
T5 : 5단계 생산수 저장조
T6 : 6단계 생산수 저장조 (최종 재이용수 저장조)
P1-1 : 1단계 고압운전용 펌프
P1-2 : 1단계 농축수처리용 고압운전용 펌프
P2 : 2단계 고압운전용 펌프
P3 : 3단계 고압운전용 펌프
P4 : 4단계 저압운전용 펌프
P5 : 5단계 저압운전용 펌프
P6 : 6단계 저압운전용 펌프
M1-1 : 1단계 고압운전형 역삼투막
M1-2 : 1단계 농축수처리용 고압운전형 역삼투막
M2 : 2단계 고압운전형 역삼투막
M3 : 3단계 고압운전형 역삼투막
M4 : 4단계 저압운전형 역삼투막
M5 : 5단계 저압운전형 역삼투막
M6 : 6단계 저압운전형 역삼투막
10 : 원수 저장조
20 : 고압/중저압 펌프
30 : 고압형/저압형 역삼투 여과기
40 : 유량계
50 : 미세여과기
T0: raw water reservoir
T1-1: 1st stage production water storage tank
T1-2: First-stage concentrated water storage tank
T2: 2nd stage production water storage tank
T3: Stage 3 production water reservoir
T4: Stage 4 production water tank
T5: 5-stage production water storage tank
T6: Stage 6 production water storage tank (final reused water storage tank)
P1-1: High-pressure pump
P1-2: High-pressure operation pump for the first stage concentrated water treatment
P2: Two-stage high-pressure operation pump
P3: Three-stage high pressure pump
P4: Four-stage low pressure pump
P5: 5-stage low-pressure operation pump
P6: Six-stage low-pressure operation pump
M1-1: High-pressure operation type reverse osmosis membrane
M1-2: High-pressure operation type reverse osmosis membrane for first stage concentrated water treatment
M2: Two-stage high-pressure operating reverse osmosis membrane
M3: 3 stage high pressure operating type reverse osmosis membrane
M4: Low-pressure operation type reverse osmosis membrane
M5: 5 stage low-pressure operating type reverse osmosis membrane
M6: Low-pressure operation type reverse osmosis membrane
10: raw water reservoir
20: High / medium pressure pump
30: High pressure type / low pressure type reverse osmosis filter
40: Flowmeter
50: microfilter

Claims (7)

단일 또는 혼합 이온류가 고농도로 용해되어 있는 폐수를 역삼투방법을 이용하여 이온류와 물을 분리시켜 재이용하기 위한 고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용 방법에 있어서,
고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막에서 폐수의 이온농도 영역 및 운전압력조건별 생산수량, 농축수량, 처리효율에 대한 기본 설계 인자를 확보하는 단계와,
폐수의 전기전도도 기준으로 15,000 ㎲/㎝이상일 경우 40 - 80bar로 운전하는 고압운전형 역삼투막을 사용하고 15,000 ㎲/㎝미만일 경우 13 - 20bar로 운전하는 저압운전형 역삼투막을 공정상에 혼합배열하는 단계와,
역삼투막의 운전압력을 결정함에 있어 pilot test를 통하여 고압운전형 역삼투막의 경우 40 - 80bar, 저압운전형 역삼투막의 경우 13 - 20bar 압력범위에서 처리효율, 회수율 및 처리량을 확보하고 이 값들을 곱하여 가중치로 정의하여 최대값을 각각의 운전압력 조건으로 결정하고 비교하여 저압운전형 역삼투막과 고압운전형 역삼투막을 선택하는 단계와,
고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막의 배열을 최적화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용 방법.
The present invention relates to a method for treating and reusing highly concentrated ion-containing wastewater for separating and reusing ionized water and water by using a reverse osmosis method in a wastewater in which a single or mixed ionic species is dissolved at a high concentration,
The steps of securing the basic design factors for the production quantity, concentration quantity and treatment efficiency of the ion concentration area and the operating pressure condition of the wastewater in the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane,
A low - pressure operation type reverse osmosis membrane which is operated at a high pressure operating type of the reverse osmosis membrane which is operated at 40 - 80 bar when the electric conductivity of the wastewater is 15,000 ㎲ / ㎝ or more and 13 - 20 bar when it is less than 15,000 ㎲ / ,
In order to determine the operating pressure of the reverse osmosis membrane, the processing efficiency, recovery rate and throughput are secured in the pressure range of 40 - 80 bar for the high pressure operation type reverse osmosis membrane and 13 - 20 bar for the low pressure operation type reverse osmosis membrane through the pilot test. Selecting a low-pressure operation type reverse osmosis membrane and a high-pressure operation type reverse osmosis membrane, determining a maximum value as respective operating pressure conditions,
And a step of optimizing the arrangement of the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 배열을 최적화하는 단계는, 고압운전형 역삼투막과 저압운전형 역삼투막을 처리단계별로 혼합배열하여 적용함으로서 회수율을 70%이상, 처리수 수질을 전기전도도 100 ㎲/㎝이하로 확보함을 특징으로 하는 고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용 방법.
The method according to claim 1,
In the step of optimizing the arrangement, the high-pressure operation type reverse osmosis membrane and the low-pressure operation type reverse osmosis membrane are mixed and arranged in a process step so that the recovery rate is 70% or more and the quality of the treated water is 100 μs / Treatment and recycling of high concentration ion containing wastewater.
제 1항에 있어서,
상기 배열을 최적화하는 단계는, 역삼투막 투과후 발생되는 각각의 농축수를 전기전도도 기준으로 15,000 ㎲/㎝ 이상인 것을 선별하여 별도의 고압운전형 역삼투막을 통과시켜서 처리하여 생산수는 기존 단계별 배열에 연계처리하고, 재농축된 농축수는 최종 농축수로 분리하며 이때 발생되는 최종 농축수는 원폐수의 30%이하로 발생함을 특징으로 하는 고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용 방법.
The method according to claim 1,
In the optimization of the arrangement, each concentrated water generated after the reverse osmosis membrane permeation is selected to be 15,000 / / ㎝ or more on the basis of electric conductivity, passed through a separate high-pressure operation type reverse osmosis membrane and processed, And the re-condensed concentrated water is separated into the final concentrated water, wherein the final concentrated water generated is less than 30% of the original wastewater.
제 1항에 있어서,
상기 배열을 최적화하는 단계는, 역삼투막 투과후 발생되는 각각의 농축수를 전기전도도 기준으로 15,000 ㎲/㎝ 미만인 것을 선별하여 원폐수와 혼합하여 기존 단계별 배열에 연계처리하는 것을 특징으로 하는 고농도 이온함유 폐수의 처리 및 재이용 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of optimizing the arrangement comprises selecting one of the concentrated water generated after the permeation of the reverse osmosis membrane and having a conductivity of less than 15,000 占 / / cm, mixing the wastewater with the conventional stepwise arrangement, &Lt; / RTI &gt;
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