KR101529477B1 - NF/RO water purification system using capacitive deionization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 축전식 탈염(CDI, Capacitive deionization)을 이용한 나노 역삼투 막여과 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 나노 역삼투 막여과 공정에서 발생하는 다량의 농축수를 CDI를 이용하여 처리한 다음 이를 원수로 사용하여 회수율을 향상시키고, CDI에서 발생하는 2차 농축수를 재활용하여 나노여과막 또는 역삼투막의 역세정을 가능하게 하는 것으로서, 회수율 향상 및 역세를 통한 장기 운전의 상승효과를 구현할 수 있는 나노 역삼투 막여과 공정을 포함하는 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-reverse osmosis membrane filtration process using capacitive deionization (CDI). More specifically, the present invention relates to a method for recovering concentrated water from a nano-sized reverse osmosis membrane filtration process using CDI and then recovering the concentrated water generated from CDI, The present invention relates to a water treatment apparatus including a nano-reverse osmosis membrane filtration process capable of performing a reverse cleaning of a filtration membrane or a reverse osmosis membrane and realizing a synergistic effect of long-term operation through backwashing and recovery.
상수원의 오염이 심화됨에 따라 고도정수처리에 대한 요구가 증가되고 있다. 이를 위해 기존 정수처리시설에 대한 보완이나 새로운 공정의 도입이 시도되고 있지만, 추가 공정을 위한 시설 부지 확보를 포함한 어려움이 있다. 따라서, 단축된 공정으로 안정된 수처리를 할 수 있도록 운전 및 유지관리가 쉬운 막여과를 이용한 고도정수처리공정이 제안되고 있다. As the pollution of the water source is intensified, the demand for advanced water treatment is increasing. For this purpose, it is tried to supplement existing water treatment facilities or introduce new processes, but it has difficulties including securing facilities for additional processing. Therefore, an advanced water treatment process using membrane filtration that is easy to operate and maintain has been proposed so that stable water treatment can be performed by the shortened process.
이러한 고도정수처리공정은 역삼투막 및 나노여과막 등의 여과막을 이용하는 것으로 원수의 수질 변화에 효과적이나, 막 오염으로 인한 투과 플럭스의 감소, 분리막 수명의 단축 및 회수율 감소 등의 문제가 있다. This advanced water treatment process utilizes a filtration membrane such as a reverse osmosis membrane and a nanofiltration membrane, which is effective in changing the water quality of raw water. However, there are problems such as reduction of permeation flux due to membrane contamination, shortening of membrane life and reduction of recovery rate.
역삼투막 또는 나노여과막을 포함한 정수처리설비는 원수의 수질에 따라 회수율이 결정된다. 일반적으로 담수를 원수로 사용할 경우 나노여과막 또는 역삼투막에서의 회수율은 70 내지 80% 정도이고, 나머지는 염농도가 높은 농축수로 하수관로나 우수관로를 통하여 계외로 방출되고 있다. 이렇게 방출되는 다량의 농축수로 인한 처리비의 상승 및 많은 양의 원수가 낭비되고 있으며, 역삼투막 또는 나노여과막 설비의 유입수로 취수, 도수, 정수 및 기타 처리 등에 엄청난 비용이 수반되어 농축수의 재이용의 필요성은 더욱 부각되고 있다. 특히, 해수담수화 공정과 달리 내륙지역에서 나노여과 및 역삼투공정을 이용한 상수고도처리 시 농축수처리 문제가 나노여과 및 역삼투공정 도입에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다.
The water treatment facilities including the reverse osmosis membrane or the nanofiltration membrane determine the recovery rate depending on the water quality of the raw water. Generally, when fresh water is used as raw water, the recovery rate in the nanofiltration membrane or reverse osmosis membrane is about 70 to 80%, and the remainder is concentrated water having a high salt concentration, and is discharged to the outside of the system through a sewer pipe or a gut pipe. The increase in the processing cost due to the large amount of concentrated water thus discharged and the large amount of raw water are wasted and the necessity of reuse of the concentrated water accompanies enormous costs such as intake of water, water, water and other treatments as influent water of the reverse osmosis membrane or nanofiltration membrane facility Are becoming more prominent. In particular, unlike the seawater desalination process, the concentrated water treatment problem in the inland area during the water elevation treatment using the nanofiltration and reverse osmosis process is the biggest obstacle to the introduction of the nanofiltration and reverse osmosis process.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 나노여과막 또는 역삼투막의 세정이 용이하고, 회수율을 향상시킬 수 있는 나노 역삼투 막여과 공정을 포함하는 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a water treatment apparatus including a nano-filtration membrane or a reverse osmosis membrane filtration process which can be easily cleaned and improve the recovery rate.
또한, 본 발명은 CDI로부터 발생하는 농축수를 재활용함으로써 에너지 절감 및 장기 운전의 극대화를 구현할 수 있는 수처리장치 및 이를 이용한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a water treatment apparatus capable of reducing energy and maximizing long-term operation by recycling concentrated water generated from CDI, and a method using the water treatment apparatus.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원수를 전처리하는 전처리조, 나노여과막 및 역삼투막 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 막분리조 및 축전식 탈염장치(CDI, Capacitive deionization)가 순차적으로 배치되고, In order to accomplish the above object, the present invention provides a membrane separation apparatus comprising a pretreatment tank for pretreatment of raw water, a membrane separation tank including any one selected from a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane, and a capacitive deionization (CDI)
상기 CDI는 후단에 CDI 농축수조를 구비하며, 상기 CDI 농축수조가 막분리조 전단과 연결되어 CDI 농축수조에서 막분리조 전단에 농축수를 공급하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치를 제공한다. 본 발명에서 상기 CDI는 축전식 탈염 공정을 실시할 수 있는 장치를 의미한다.Wherein the CDI has a CDI concentration water tank at the downstream end thereof, and the CDI concentration water tank is connected to the membrane separation tank front end to supply concentrated water to the membrane separation tank at the CDI concentration water tank. In the present invention, the CDI means a device capable of conducting a storage desalination process.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치에 있어서, 전처리조는 혼화조, 응집조, 침전조, 모래여과조 및 미세여과조 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 전처리 공정 장치를 포함할 수 있다.In the water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the pretreatment tank may include any one or two or more pretreatment apparatuses selected from a mixing tank, a flocculation tank, a sedimentation tank, a sand filtration tank, and a microfiltration tank.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치에 있어서, CDI는 서로 이격되며 교번하여 적층 배치된 적어도 하나의 음전극 및 양전극을 구비하여 이온 물질을 흡착할 수 있는 축전 탈이온화 스택을 포함할 수 있다.In a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, the CDI may include a storage deionization stack capable of adsorbing an ionic material with at least one negative electrode and a positive electrode alternately stacked and arranged one above another.
본 발명은 원수를 전처리하는 단계,The present invention relates to a method for pretreating raw water,
전처리된 원수를 나노여과막 및 역삼투막 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 막분리조에서 여과처리하는 단계,Filtering the pretreated raw water in a membrane separation tank containing any one selected from a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane,
여과처리 후 발생한 농축수를 CDI에서 축전식 탈염 처리하여 이온성 물질을 제거하는 단계,Removing the ionic substance by condensation desalination treatment in the CDI after the filtration treatment,
이온성 물질이 제거되지 못한 농축수를 CDI 농축수조로 이송하는 단계 및Transferring the concentrated water in which the ionic substance has not been removed to the CDI concentration water tank, and
상기 CDI 농축수조의 농축수를 막분리조 전단에 공급하여 역세하는 단계The concentrated water of the CDI concentrated water tank is supplied to the membrane separation tank front end and backwashed
를 포함하는 수처리 방법을 제공할 수 있다.A water treatment method can be provided.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 방법에 있어서, CDI 농축수조의 농축수를 막분리조 전단에 공급 시 상기 농축수의 농도는 원수의 TDS농도의 10배 이상일 수 있다.In the water treatment method according to an embodiment of the present invention, when the concentrated water of the CDI concentrated water tank is supplied to the front end of the membrane separation tank, the concentration of the concentrated water may be 10 times or more the TDS concentration of the raw water.
본 발명에 따른 수처리 장치는 나노역삼투 막여과 공정에서 발생하는 다량의 농축수를 CDI를 이용하여 처리함으로써 이온성 오염물질 제거율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The water treatment apparatus according to the present invention has an advantage that the removal rate of ionic pollutants can be improved by treating a large amount of concentrated water generated in the nano-reverse osmosis membrane filtration process using CDI.
또한, 상기 CDI에서 발생하는 CDI 농축수를 상기 나노 역삼투막에 정삼투압이 발생되도록 사용함으로써 나노 역삼투막의 역세정을 가능하게 하는 장점이 있다. 이를 통해 나노 역삼투막의 회수율을 향상시킬 수 있는 동시에 나노여과막/역삼투막의 화학 세정 주기를 늘릴 수 있어 장기 운전의 상승 효과를 구현할 수 있으며, CDI의 전기적 탈착과정에서 발생하는 에너지를 축전하는 것과 이를 자가공급에 사용함으로써 에너지 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. Also, the CDI concentrated water generated from the CDI can be used to generate a positive osmotic pressure in the nanorods osmosis membrane, thereby enabling backwashing of the nanofiltration membrane. As a result, it is possible to increase the recovery rate of the nanofiltration membrane and to increase the chemical cleaning period of the nanofiltration membrane / reverse osmosis membrane, thereby achieving a synergistic effect of long-term operation. It is also possible to accumulate energy generated during the electrical desorption process of CDI, So that the energy efficiency can be maximized.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 1 is a schematic view of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수처리 장치 및 이의 수처리 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, a water treatment apparatus and a water treatment method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, And a description of the known function and configuration will be omitted.
본 발명의 발명자들은 수처리 효율을 높이기 위하여 연구한 결과, CDI를 이용한 농축수 활용을 통하여 원수 처리에 대한 비용을 절감하고, 나노여과막 및 역삼투막의 회수율을 향상시킬 수 있는 동시에 이들 화학 세정 주기를 늘려 비용을 절감할 수 있는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have studied to increase the water treatment efficiency and found that the use of concentrated water using CDI can reduce the cost of raw water treatment and improve the recovery rate of the nanofiltration membrane and the reverse osmosis membrane, And the present invention has been completed.
본 발명에 따른 수처리 장치는 나노여과막 및 역삼투막 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 막분리조에서 발생하는 농축수를 CDI에서 이온성 물질을 제거한 다음, 발생하는 CDI 농축수를 재활용하는 것에 특징이 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 수처리 장치는 막분리조에서 발생한 농축수를 CDI를 통해 이온성 물질을 제거함으로써 종래 이온교환, 역삼투, 전기투석 또는 증발법에 비하여 오염 및 에너지 소요를 줄일 수 있다. 또한, 상기 CDI에서 발생하는 이온성 물질이 고농도로 농축된 농축수를 막분리조의 전단에 공급함으로써 삼투현상으로 인한 막분리조의 나노여과막 또는 역삼투막의 역세정을 가능하게 하여 이들의 화학세정 주기를 길게 할 수 있으며, 회수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The water treatment apparatus according to the present invention is characterized in that concentrated water generated in a membrane separation tank containing at least one selected from a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane is used to remove ionic substances from CDI and then recycle the generated CDI concentrated water . Specifically, the water treatment apparatus according to the present invention can reduce contamination and energy consumption compared to conventional ion exchange, reverse osmosis, electrodialysis or evaporation by removing ionic substances from the concentrated water generated in the membrane separation tank through CDI. Further, by supplying concentrated water concentrated at a high concentration of the ionic substances generated in the CDI to the upstream of the membrane separation tank, it is possible to reverse-wash the nanofiltration membrane or the reverse osmosis membrane of the membrane separation tank due to the osmosis phenomenon, And the recovery rate can be improved.
이때, 삼투현상이란 반투막을 사이에 둔 두 용액의 농도차에 의해 저농도용액 속의 용매인 물이 고농도용액속으로 이동하는 현상으로 양쪽의 농도가 같아질 때까지 용매의 이동이 계속되는데, 이때 고농도 측에 삼투압이 발생한다. 이에 반해, 역삼투 현상이란 자연계의 삼투현상을 거꾸로 응용한 것으로 고농도 용액 측에 생기는 삼투압 이상의 압력을 가하면 삼투현상과는 반대로 고농도 용액 측의 물이 저농도 용액 쪽으로 빠져나가는 현상이다. 역삼투 현상을 이용하여 물질을 분리하는 역삼투 공정은 막의 물리화학적 특성, 분리대상이 되는 물질의 물리화학적 특성 그리고 양측 간의 압력 차이를 추진력으로 하는 세 가지가 조합되어 이루어진다.
In this case, the osmotic phenomenon is a phenomenon in which water as a solvent in a low-concentration solution moves into a high-concentration solution due to the difference in concentration of the two solutions sandwiched by the semipermeable membrane, and the movement of the solvent continues until the concentrations of the two are equal to each other. The osmotic pressure is generated. On the other hand, reverse osmosis phenomenon is reverse application of natural osmosis phenomenon. When pressure higher than osmotic pressure is applied on high concentration solution side, water on the side of high concentration solution escapes toward low concentration solution as opposed to osmosis phenomenon. The reverse osmosis process for separating the materials using reverse osmosis is performed by combining the physical and chemical characteristics of the membrane, the physicochemical characteristics of the substance to be separated, and the pressure difference between the two sides as the driving force.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치를 나타낸 것으로서, 처리대상인 유입수(원수)가 전처리조(10)에 들어오면 전처리공정을 거쳐 나노여과막 또는 역삼투막을 포함하는 막분리조(20)에서 원수를 처리한다.FIG. 1 shows a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. When the influent water (raw water) to be treated enters the
상기 전처리조(10)는 혼화조, 응집조, 침전조, 모래여과조 및 미세여과조 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 전처리 공정 장치를 포함할 수 있으며, 후단의 막분리조에 유입되는 원수가 부하되지 않도록 전처리하는 공정이라면 반드시 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 상기 미세여과조는 정밀여과막 및 한외여과막 중에서 선택된 어느 하나의 미세여과막을 포함할 수 있다. The
상기 전처리조(10)는 바람직하게는 원수를 스크린한 다음, 이를 혼화조 및 응집조에서 PACL, Alum 등의 응집제를 혼합하여 원수 내 미세오염물질 또는 콜로이드 물질의 연속적인 급속 혼화를 유도함으로써 플록(floc)을 형성하게 하고, 이를 걸러 제거할 수 있도록 하는 전처리 공정을 실시할 수 있다. The
상기 전처리조(10)에서 전처리된 원수는 막분리조(20)에 이송되어 여과 처리될 수 있다. The raw water pretreated in the
상기 나노여과막은 역삼투와 한외여과의 중간 영역으로 1 내지 수십 nm 크기로서 분자량이 수백 에서 수천 달톤(dalton)에 이르는 작은 무기물이나 저분자 물질의 분리에 사용되는 것으로 농축수에서 스케일을 유발시키는 칼슘, 마그네슘과 같은 2가 양이온 및 이와 침전반응을 일으키는 음이온을 선택적으로 제거할 수 있다. 상기 나노여과막은 0.1 내지 5 nm의 기공크기를 가지는 것을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폴리아미드(polyamide)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 나노여과막의 모듈은 바람직하게는 나권형인 것일 수 있다. The nanofiltration membrane is an intermediate region between reverse osmosis and ultrafiltration. It is used for separating small inorganic matter or small molecule having a size of 1 to several tens of nanometers and having a molecular weight ranging from several hundred to several thousand daltons. The nanofiltration membrane is composed of calcium, Divalent cations such as magnesium and anions which cause the precipitation reaction can be selectively removed. The nanofiltration membrane may have a pore size of 0.1 to 5 nm, and polyamide may be used. In addition, the module of the nanofiltration membrane may preferably be a bell-shaped membrane.
상기 역삼투막은 이온 및 분자크기가 10Å 이내인 용질을 분리할 수 있는 막분리 공정을 실시할 수 있다. 이때, 상기 막분리 공정에서는 고농도 용액 측에 삼투압보다 높은 압력을 가해 물만을 분리막을 통과하도록 하는 역삼투막을 사용할 수 있다. 역삼투막에서의 운전 압력은 염의 농도와 회수율에 따라 5 내지 30 기압 범위이며, 역삼투막을 이용한 처리는 유기 고분자의 유전율(dielectric) 상수가 낮기 때문에 용존 염이 막표면에 잘 흡착되지 않을 뿐 아니라 정밀여과 또는 한외여과에서와 같이 유기물에 의한 막오염 현상이 작으므로 막의 수명을 연장시킬 수 있다. 상기 역삼투막은 고압에서 견딜 수 있는 기계적 물성 및 염소 및 용존 염에 대한 내화학성을 가져야 한다. 이러한 역삼투막으로는 유기고분자로서, 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose Acetate), 폴리술포네이트(Polysulfonate), 폴리아미드(Polyamide) 등을 들 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다. 또한, 상기 역삼투막의 모듈(Module)은 관형, 나권형, 중공사막형, 평막형 등을 사용할 수 있다. The reverse osmosis membrane may be subjected to a membrane separation process capable of separating a solute having an ion and a molecular size within 10 Å. At this time, in the membrane separation step, a reverse osmosis membrane may be used in which only the water is passed through the separation membrane by applying a pressure higher than osmotic pressure to the high concentration solution side. The operating pressure in the reverse osmosis membrane is in the range of 5 to 30 atmospheric pressure depending on the salt concentration and the recovery rate. Since the dielectric constant of the organic polymer is low due to the reverse osmosis membrane treatment, the dissolved salt is not adsorbed well on the membrane surface, As in the case of ultrafiltration, membrane fouling due to organic matter is small and the lifetime of the membrane can be prolonged. The reverse osmosis membrane should have mechanical properties that can withstand high pressures and chemical resistance to chlorine and dissolved salts. Examples of the reverse osmosis membrane include organic polymers such as cellulose acetate, polysulfonate, polyamide and the like, but the present invention is not limited thereto. The modules of the reverse osmosis membrane may be tubular, spiral, hollow fiber membrane, flat membrane, or the like.
상기 막분리조(20)에서 발생되는 농축수는 막분리조(20) 후단의 CDI(30)로 이송되어 처리될 수 있다. 상기 CDI(30)는 서로 이격되며 교번하여 적층 배치된 적어도 하나의 음전극 및 양전극을 구비하여 이온 물질을 흡착할 수 있는 축전 탈이온화 스택을 포함하는 것으로서, 축전 탈 이온화 방식(Capacitive deionization)을 이용한 것이다. 상기 축전 탈 이온화 방식은 탄소체의 높은 전기 전도도와 흡착 용량을 이용하고 단순 전위 역전에 의한 탈착 및 전극 흡착제의 재생이 용이하다. 또한, 다공성의 탄소전극을 스택(stack) 형태로 구성함으로써 수중에 포함되는 이온 상태의 염을 제거하는 기술로 이온교환, 역삼투, 전기투석 및 증발법에 비해 오염이 적으며 에너지 소요가 훨씬 낮은 장점이 있다. The concentrated water generated in the
상기 축전 탈 이온화 스택은, 원수에 포함된 음이온 및 양이온이 축전 탈 이온화 스택을 구성하고 있는 친수성의 다공성 탄소 전극 층 사이를 통과할 수 있도록 한다. 이때, 다공성 탄소 전극에 약 1.0 ~ 2.0 V의 미량의 전압을 인가함으로써 수중에 포함되는 용존 무기이온과 탄소 전극 간의 전기적 특성을 이용하여 매질 속의 무기성 이온 성분을 흡착 제거한다. 예를 들면, 두 탄소 전극 사이의 정전기력에 의해 양전극(Anode)에는 Cl- 와 같은 음이온이 흡착되고, 음전극(Cathode)에는 Na+ 와 같은 양이온이 이동하여 서로 대전을 이루어 원수 내의 이온성 오염물질을 효과적으로 제거하게 된다.The storage deionization stack allows the anions and cations contained in the raw water to pass between the hydrophilic porous carbon electrode layers constituting the storage deionization stack. At this time, by applying a very small voltage of about 1.0 to 2.0 V to the porous carbon electrode, the inorganic ion component in the medium is adsorbed and removed by using the electrical characteristics between the dissolved inorganic ions contained in the water and the carbon electrode. For example, an anion such as Cl - is adsorbed to an anode by an electrostatic force between two carbon electrodes, and a cation such as Na + moves to a cathode to charge ionic contaminants in the raw water. It is effectively removed.
또한, 상기 양전극과 음전극에 대전되어 흡착된 이온 성분들은 수중의 이온 성분을 제거하는 흡착 후 전류 인가를 하지 않거나 역전류를 인가하여 전극에 흡착되어 있던 이온 성분을 매질과 함께 배출될 수 있다. The ion components charged and adsorbed on the positive electrode and the negative electrode may be discharged together with the medium after the adsorption to remove the ion component in the water is not applied or the ion component adsorbed to the electrode is applied by applying the reverse current.
상기 축전 탈 이온화 스택의 또 다른 구현예로 복수의 전극들이 서로 이격되어 배치되며, (+) 전원이 인가되는 친수성으로 개질되는 복수의 양전극과 이 복수의 양전극들 사이에 배치되며 (-) 전원이 인가되는 친수성으로 개질되는 음전극들로 구성되어, 양전압과 음전압이 교대로 전극에 인가되도록 한다. 이러한 전극이 복수로 적층 구성되면서 상기 복합 전처리 장치를 이용하여 여과되는 여과수 중의 인체에 유해한 양이온과 음이온을 보다 효율적으로 전극 표면에 흡착 및 탈착될 수 있도록 한다. In another embodiment of the above-described capacitor deionization stack, a plurality of electrodes are disposed apart from each other, a plurality of positive electrodes which are hydrophilically modified to which a positive power is applied, and a negative (-) power source arranged between the plurality of positive electrodes And negative electrodes that are modified with hydrophilic properties so that positive and negative voltages are alternately applied to the electrodes. As such a plurality of electrodes are stacked, a cation and an anion harmful to the human body in the filtered water filtered using the complex pretreatment device can be more efficiently adsorbed and desorbed on the electrode surface.
상기 CDI(30)에서 발생하는 농축수는 CDI 농축수조(40)로 이송된다. 상기 농축수조(40)는 막분리조(20) 전단에 농축수를 유입수로 공급하여 막분리조(20) 내의 나노여과막 또는 역삼투막의 역세정을 가능하게 한다. 즉, 수처리 시스템의 가동을 정지할 경우 막분리조와 전단에 공급되는 농축수 사이의 농도 차이에 의하여 정삼투압으로 인한 역류가 발생하고, 이를 통하여 자연적인 역세정이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 막분리조의 전단에 공급되는 농축수의 농도는 원수 TDS(Total dissolved solids) 농도의 10배 이상 일 수 있다. 상기 범위와 같은 이온 농도 구배를 조절함으로써 정수압을 높일 수 있으며, 이는 빠른 시간 내 역세정을 가능하게 할뿐만 아니라 효율도 높일 수 있다. The concentrated water generated in the
일 구현예로, 상기 막분리조에서 여과 처리된 원수는 CDI로 유입되고 유입된 물은 (+)와 (-) 전극로 인가된 전극사이를 흐르게 되어 (+) 전하를 띠는 이온은 (-) 전극으로, (+) 전하를 띠는 이온은 (-) 전극이 이동하게 되어 전극에 도포된 활물질 위에 흡착되어 제거된다. 활물질이 더 이상 흡착할 수 없는 상태가 되면, 탈착과정을 통해 흡착된 이온을 제거하게 되는데 이온제거 과정에서 (+)를 띠고 있던 전극은 (-)로, (-) 전극은 (+)로 전기인가장치를 통해 전류의 흐름을 바꾸어 주면 (+) 전하를 띠는 이온은 바뀐 전극의 전하로 말미암아 반발력을 갖게 되고 이로 인해 활물질로 부터 탈리되게 된다. 같은 방법으로 (-) 전하를 띤 이온들도 전극으로 탈리된다. 탈리되는 과정에서 일정량의 전류가 발생되어 충전지에 충전이 될 수 있다. In one embodiment, the raw water filtered in the membrane separator is introduced into the CDI, and the introduced water flows between the electrodes applied to the (+) and (-) electrodes, and the (+ ) Electrode, and the (+) charged electrode moves to the (-) electrode and is adsorbed and removed on the active material applied to the electrode. When the active material is no longer able to adsorb, the adsorbed ions are removed through the desorption process. The positive electrode (-) and the negative electrode (+ If the flow of current is changed through the application device, the ions having a positive charge will have a repulsive force due to the charge of the changed electrode, and the ions will be removed from the active material. In the same way, (-) charged ions are also released to the electrode. A certain amount of current is generated in the process of being removed, and the rechargeable battery can be charged.
본 발명은 상술한 수처리 장치를 이용하여 처리되는 수처리 방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a water treatment method that is treated using the water treatment apparatus described above.
본 발명에 따른 수처리 방법은 원수를 전처리하는 단계,The water treatment method according to the present invention comprises the steps of pretreatment of raw water,
전처리된 원수를 나노여과막 및 역삼투막 중에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 막분리조에서 여과처리하는 단계,Filtering the pretreated raw water in a membrane separation tank containing at least one selected from a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane,
여과처리 후 발생한 농축수를 CDI에서 축전식 탈염 처리하여 이온성 물질을 제거하는 단계,Removing the ionic substance by condensation desalination treatment in the CDI after the filtration treatment,
이온성 물질이 제거된 처리수는 전처리조 또는 막분리조로 이송하고, 이온성 물질이 고농도로 농축된 농축수를 CDI 농축수조로 이송하는 단계 및Transferring the treated water from which the ionic substance has been removed to the pretreatment tank or the membrane separation tank and transferring the concentrated water having a high concentration of the ionic substance to the CDI concentration water tank;
상기 CDI 농축수조의 농축수를 막분리조 전단에 공급하여 역세하는 단계The concentrated water of the CDI concentrated water tank is supplied to the membrane separation tank front end and backwashed
를 포함할 수 있다. 이때, 상기 CDI 농축수조의 농축수는 막분리조의 전단에 공급되어 막분리조의 나노여과막 또는 역삼투막의 역세정을 가능하게 하며, 이온 농도 구배를 조절함으로써 세정 시간 단축 및 효율을 높일 수 있다. 상기 역세정 공정은 제한되지는 않지만 바람직하게는 원수 TDS(Total dissolved solids) 농도의 10배 이상인 것이 정수압을 높여 효율적이다.
. ≪ / RTI > At this time, the concentrated water of the CDI-concentrated water tank is supplied to the front end of the membrane separation tank to enable backwashing of the nanofiltration membrane or the reverse osmosis membrane of the membrane separation tank, and the ion concentration gradient can be controlled to shorten the cleaning time and increase the efficiency. The backwash process is preferably, but not exclusively, 10 times or more as high as the total dissolved solids (TDS) concentration.
이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
10 : 전처리조 20 : 막분리조
30 : CDI 40 : CDI 농축수조10: Pretreatment tank 20: Membrane separation tank
30: CDI 40: CDI concentrated water tank
Claims (5)
상기 CDI 농축수조에 저장된 농축수를 막분리조 전단에 공급함으로써 막분리조 내의 나노여과막 또는 역삼투막을 역세정하는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
A membrane separation tank, a CDI (Capacitive Deionization), and a CDI concentrating water tank are sequentially disposed at the downstream of the pretreatment tank for pretreatment of raw water, a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane,
And the concentrated water stored in the CDI concentrated water tank is supplied to the membrane separation tank front end to back up the nanofiltration membrane or the reverse osmosis membrane in the membrane separation tank.
상기 전처리조는 혼화조, 응집조, 침전조, 모래여과조 및 미세여과조 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 전처리 공정 장치를 포함하는 수처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the pretreatment tank comprises any one or two or more pretreatment processing apparatuses selected from a mixing tank, an aggregation tank, a sedimentation tank, a sand filtration tank and a microfiltration tank.
상기 CDI는 서로 이격되며 교번하여 적층 배치된 적어도 하나의 음전극 및 양전극을 구비하여 이온 물질을 흡착할 수 있는 축전 탈이온화 스택을 포함하는 수처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the CDI comprises a storage deionization stack capable of adsorbing ionic material with at least one negative electrode and a positive electrode alternately stacked and spaced from each other.
전처리된 원수를 나노여과막 및 역삼투막 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 막분리조에서 여과처리하는 단계,
여과처리 후 발생한 농축수를 CDI에서 축전식 탈염 처리하여 이온성 물질을 제거하는 단계,
이온성 물질이 고농도로 농축된 농축수를 CDI 농축수조로 이송하는 단계 및
상기 CDI 농축수조의 농축수를 막분리조 전단에 공급함으로써 정삼투 현상에 의하여 막분리조 내의 나노여과막 또는 역삼투막을 역세하는 단계,
를 포함하는 수처리 방법.
Pretreatment of the raw water,
Filtering the pretreated raw water in a membrane separation tank containing any one selected from a nanofiltration membrane and a reverse osmosis membrane,
Removing the ionic substance by condensation desalination treatment in the CDI after the filtration treatment,
Transferring the concentrated water having a high concentration of the ionic substance to the CDI concentrated water tank and
Backing the nanofiltration membrane or the reverse osmosis membrane in the membrane separation tank by the positive osmosis phenomenon by supplying the concentrated water of the CDI concentration water tank to the membrane separation tank front end,
≪ / RTI >
상기 CDI 농축수조의 농축수는 원수 TDS(Total dissolved solids) 농도의 10배 이상의 농도인인 것을 특징으로 하는 수처리 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the concentrated water of the CDI concentrated water tank has a concentration of 10 times or more the total dissolved solids (TDS) concentration.
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