KR101578470B1 - 통상의 역삼투 시스템들의 향상된 성능을 위한 폐회로 탈염 개량 유닛 - Google Patents
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Abstract
개량 기술은 폐회로 탈염(CCD) 유닛에 공급하는 종래 RO의 가압된 염수를 이용하고; 추가적인 탈염이 바람직한 회수 정도로 일어난다. 도 4에 예시된 적용은 개량 유닛이고, 이는 입구 피드의 압력을 상승시키기 위한 부스터 펌프(BP2); 압력 용기(M) 내 멤브레인(E)을 가로지르는 흐름을 형성하여 효율적인 RO 탈염을 가능하게 하는 순환 펌프(CP); 탈염의 중단 없이 신선한 공급수로 높은 염도 농축액들의 주기적인 대체를 가능하게 하는 복수의 수동 밸브(MV)를 구비한 라인 내 작동 밸브(AV); 시스템 내 흐름의 방향을 제어하는 비 복귀(NR) 밸브 수단; 및 전기 전도(CM) 및 흐름(FM)과 같은 모니터링 수단을 포함한다. 탈염이 계속되면서, 신선한 공급수에 의한 높은 염분 농축액들의 주기적 대체가 소정의 높은 시스템 전기 전도에서 시작하고 소정의 낮은 시스템 전기 전도에서 끝난다.
Description
본 발명은 통상의 역삼투(RO) 시스템들의 향상된 성능을 위한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 장치에 관한 것이다.
폐회로 탈염(CCD)은 2개의 측면 탱크들에 의해 연속적으로 일어나는 미국 특허 제4,814,086의 Bartt 및 미국특허 제4,983,301의 Szuz에 의한 80년대 후반에 처음 보고된 종래 RO 기술이 아니다. 최근에 단일 용기를 구비한 연속적인 CCD 기술이 PCT 공개 WO 2005/016830 A2에 보고되었고, 더 최근에, 용기들의 필요 없는 연속하는 CCD 공정이 PCT 공개 WI 2006/001007 A2에 보고되었다.
의료 투석을 위한 낮은 염분 파라미터들의 생산과 같은, 일부 반염수(기수) 역삼투(Brackish Water Reverse Osmosis; BWRO)의 장치들에서는, 상당한 물과 에너지를 소모하지만 회수율이 낮다. 본 발명은 그것들의 향상된 성능을 위하여, 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들과 수월한 통합을 위해 의도된 독특한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 장치를 기술한다.
본 발명은 이어진 두-단계 연속적 순차적인 탈염 공정을 수행하는 통상의 ㅂ반염수 역삼투(BWRO)로부터 수용되는 가압된 염수 유출액(이하 "가압된 공급수(feed)")에 의해 공급되는 새로운 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛을 기술하며;
제1-단계는 경험되는 대부분의 시간에서, 하나의 멤브레인 모듈 또는 병렬적으로 연결된 개별적인 입구들 및 출구들을 구비한 하나 이상의 멤브레인 모듈들을 통해 신선한 가압된 공급수와 혼합되는 재생된 농축액의 폐회로 탈염(CCD)을 포함하고; 제2-단계는 플러그 흐름 탈염(Plug Flow Deslination; PFD) 공정을 포함하여서, 바람직한 회수율 레벨에서 폐회로 내 염수는 신선한 가압된 공급수와 대체되며;
통합된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의하여 생성된 투과액(permeate)은 상기 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 입구로 순환되거나 그것의 투과액 생성에 추가한다. 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 입구에서의 공급수의 압력이 불충분하면, 상기 유닛의 입구에서의 부스터 펌프가 바람직한 탈염 회수 정도를 위해 적절한 압력에 도달하게 할 수 있다.
제1-단계는 경험되는 대부분의 시간에서, 하나의 멤브레인 모듈 또는 병렬적으로 연결된 개별적인 입구들 및 출구들을 구비한 하나 이상의 멤브레인 모듈들을 통해 신선한 가압된 공급수와 혼합되는 재생된 농축액의 폐회로 탈염(CCD)을 포함하고; 제2-단계는 플러그 흐름 탈염(Plug Flow Deslination; PFD) 공정을 포함하여서, 바람직한 회수율 레벨에서 폐회로 내 염수는 신선한 가압된 공급수와 대체되며;
통합된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의하여 생성된 투과액(permeate)은 상기 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 입구로 순환되거나 그것의 투과액 생성에 추가한다. 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 입구에서의 공급수의 압력이 불충분하면, 상기 유닛의 입구에서의 부스터 펌프가 바람직한 탈염 회수 정도를 위해 적절한 압력에 도달하게 할 수 있다.
통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛과 본 발명의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 통합은 전자의 출구로부터 후자의 입구로 가압된 염수 유출액를 위한 전도 라인 및 후자로부터 전자의 입구 공급 라인으로 투과액을 전달하기 위한 전도 라인 또는, 후자와 전자의 생성된 투과액(permeate)을 혼합하는 전도 라인에 의해 수행된다.
본 발명의 통합된 반염수 역삼투(BWRO) - 폐회로 탈염 개량(CCDR) 시스템은 향상된 투과액(permeate) 퀄리티(quality) 및 감소된 에너지 요구를 갖춘 향상된 공급원(공급수) 회수율의 공존을 가능하게 한다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 높은 질의 투과액(permeate)을 위한 시스템 내 반염수 역삼투(BWRO) 및 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 통합을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 2는 높은 탈염 회수를 위한 시스템 내 반염수 역삼투(BWRO) 및 폐회로 ㅌ탈염 개량(CCDR) 유닛의 통합을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
도 3은 폐회로 탈염 모드 작동 동안 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 4는 폐회로 탈염 모드의 작동 동안 투과액(permeate) 가압 부스터 펌프를 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 폐회로 탈염 작동 모드 동안 공급수 가압 부스터 펌프를 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 6은 폐회로 탈염 작동 모드 동안 투과액 가압 부스터 펌푸와 공급수 가압 부스터 펌프를 모두 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 2는 높은 탈염 회수를 위한 시스템 내 반염수 역삼투(BWRO) 및 폐회로 ㅌ탈염 개량(CCDR) 유닛의 통합을 보여주는 개략적인 흐름도이다.
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도 4는 폐회로 탈염 모드의 작동 동안 투과액(permeate) 가압 부스터 펌프를 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 5는 폐회로 탈염 작동 모드 동안 공급수 가압 부스터 펌프를 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 6은 폐회로 탈염 작동 모드 동안 투과액 가압 부스터 펌푸와 공급수 가압 부스터 펌프를 모두 구비한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 개략적인 다이어그램이다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 시스템들은 향상된 회수 및 향상된 품질의 투과액(permeate)을 얻기 위하여 시스템 내에 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛을 추가하는 것을 제안한다. 도 1에 도시된 시스템 내 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛과 반염수 역삼투(BWRO) 유닛은 전도 라인들에 의해 함께 연결되어, 후자의 가압된 염수(brine)는 전자에 공급되고 전자의 투과액(permeate)은 후자로의 공급수의 일부가 된다. 도 2에 도시된 본 발명의 시스템은 그것의 투과액(permeate) 전도 라인들의 일부에서 도 1에 도시된 것과는 다르고, 이는 전자의 시스템(도 2)에서 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛과 반염수 역삼투(BWRO) 유닛들의 투과액들이 혼합되는 반면; 후자의 시스템(도 1)에서 폐회로 ㅌ탈염 개량(CCDR) 유닛의 투과액(permeate)은 반염수 역삼투(BWRO) 시스템에 대한 공급수의 일부가 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 두 가지의 본 발명의 시스템들은 높은 탈염 회수율을 달성을 할 수 있게 하며, 전자의 시스템(도 1)은 높은 품질의 투과액(permeate)의 생성을 위해 특히 효과적이고, 후자의 시스템(도 2)은 낮은 탈염 회수율의 현재의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들을 위한 다단계 회수 부스터로서 기여할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 두 가지의 본 발명의 시스템들은 높은 탈염 회수율을 달성을 할 수 있게 하며, 전자의 시스템(도 1)은 높은 품질의 투과액(permeate)의 생성을 위해 특히 효과적이고, 후자의 시스템(도 2)은 낮은 탈염 회수율의 현재의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들을 위한 다단계 회수 부스터로서 기여할 수 있다.
도 1 및 도 2에 개시된 통합된 반염수 역삼투(BWRO) - 폐회로 탈염 개량(CCDR) 시스템들은, 도시된 전도 라인들에 의해 본 발명의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛과 결합된 통상의 폐회로 탈염 개량(BWRO) 유닛을 포함한다. 본 발명의 청구항들은 특히 새로운 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛과 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛을, 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛과 비교하여 크게 향상된 성능의 시스템으로서 통합하는 것에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 핵심은, 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛이 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 공급수를 받아들여, 도 1에 도시된 시스템에 따라 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 대한 공급수의 일부로서 재순환하거나, 도 2에 도시된 시스템에 따라 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 의해 생성된 투과액(permeate)과 혼합하는, 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의해 생성된 투과액을 갖는 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 시스템들에서의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들은 대부분의 시간에서 (100% 회수율의) 가압된 공급수 및 투과액이 동일한 흐름을 가진 폐회로 탈염(CCD) 원리들에 기초하여 수행되고; 일부 시간에서 페회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 폐회로로부터 염수 유출액의 제거 및 신선한 가압된 공급수의 대체를 가능하게 하는 플러그 흐름 탈염(PFD) 원리들에 기초하여 수행되며, 탈염은 감소된 탈염 회수에서 계속된다. 고립된 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 성능과 비교하여, 도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템들은 더 높은 공급원 회수, 향상된 질의 투과액 및 상당한 에너지 절약을 가능하게 하며, 이는 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 염수 흐름이 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들의 주요 에너지 소스가 되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 핵심은, 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛이 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 공급수를 받아들여, 도 1에 도시된 시스템에 따라 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 대한 공급수의 일부로서 재순환하거나, 도 2에 도시된 시스템에 따라 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 의해 생성된 투과액(permeate)과 혼합하는, 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의해 생성된 투과액을 갖는 시스템에 관한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 시스템들에서의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들은 대부분의 시간에서 (100% 회수율의) 가압된 공급수 및 투과액이 동일한 흐름을 가진 폐회로 탈염(CCD) 원리들에 기초하여 수행되고; 일부 시간에서 페회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 폐회로로부터 염수 유출액의 제거 및 신선한 가압된 공급수의 대체를 가능하게 하는 플러그 흐름 탈염(PFD) 원리들에 기초하여 수행되며, 탈염은 감소된 탈염 회수에서 계속된다. 고립된 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 성능과 비교하여, 도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템들은 더 높은 공급원 회수, 향상된 질의 투과액 및 상당한 에너지 절약을 가능하게 하며, 이는 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 염수 흐름이 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들의 주요 에너지 소스가 되기 때문이다.
도 3에 도시된 실시예의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛은 하나의 멤브레인 요소(E) 및 하나의 요소 스페이서(spacer)(S)를 구비한 단일 모듈(M), 폐회로 전도 라인(CC)을 통해 모듈 출구(MO)로부터 모듈 입구(MI)로 가압된 농축액의 재순환을 위한 순환 펌프(CP), 모듈 입구(MI)의 상류에 위치된 피드 입구(PFI)를 통해 폐회로로 신선한 가압된 공급수를 공급하기 위한 가압된 공급수(PF) 관, 유닛의 다양한 부분들 내 바람직한 유동 방향을 유지하는 비-복귀(non-return) 밸브 수단(NR1, NR2 및 NR3), 상기 폐회로 내 신선한 공급수로 염수 유출액의 간헐적인 대체를 가능하게 하도록 작동하는 두-방향 밸브 수단(AV), 밸브 수단(AV)이 염수 방출을 위해 개방되는 동안 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 상기 폐회로 내 바람직한 압력강하의 달성을 가능하게 하는 수동 밸브 수단(MV), 순환된 농축액의 유량계(FM) 및 전기 도전율계(CM)와 같은 모니터링 수단, 및 바람직한 탈염 회수 정도에서 효과적이고 효율적으로 상기 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 자동 작동을 가능하게 하는 제어 수단을 포함한다. 바람직한 실시예(도 3)에서 순환 펌프(CP)의 주요 기능은 입구 및 출구 모듈 사이의 압력 강하를 상쇄시킬 뿐만 아니라 농도차 편극(concentration polarization)의 불리한 효과를 최소화하기 위하여, 멤브레인을 통하여 흐르는 유동의 제어를 가능하게 하는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛이 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 받아들인 가압된 염수의 공급 흐름이 바람직한 회수 정도의 달성을 가능하게 하는 충분한 압력인 경우에 적용하기 위한 바람직한 실예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3의 바람직한 실시예는 압력 부스터 수단에 대한 필요 없이 대기압 근처에서 투과액(permeate)의 생산 및 전달을 가능하게 한다.
도 1에 도시된 통합된 시스템의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛은 상기 시스템의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 공급되는 공급수가 중간 압력(예를 들어 2-5바) 아래에 있는 경우에 적용하기 위하여, 도 4에 도시된 바람직한 실시예를 가진다. 상기 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛(도 4)의 투과액(permeate) 출구 관(PO) 상에 설치된 부스터 펌프(BP1)의 목적은, 도 1에 도시된 시스템의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 투과액(permeate)의 압력을 바람직한 입구 압력으로 상승시키는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템들의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛은 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 받아들인 가압된 염수의 공급 흐름이 바람직한 회수 정도의 달성을 가능하기에 불충분한 압력인 경우에 적용하기 위하여, 도 5에 도시된 바람직한 실시예를 가지며, 따라서 가압 부스터 수단이 필요하다(BP2). 도 5의 바람직한 실시예는 투과액(permeate) 가압 부스터 수단에 대한 필요 없이 대기압력 근처에서 삼투(permeate) 생산 및 전달을 가능하게 한다.
도 1에 도시된 통합된 시스템의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛은 상기 유닛으로부터의 투과액(permeate) 압력 및 상기 유닛으로부터의 공급수 압력이 가압 부스터 수단들(BP2 및 BP1, 각각)에 의해 상승될 필요가 있을 때 적용하기 위하여, 도 6에 도시된 바람직한 실시예를 가진다.
도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템들의 작동 방법은 다음과 같다: 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 염수 흐름은 밸브 수단(V)에 의해 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 입구로 우회되어서, 상기 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 염분 처리 과정이 작동되고, 밸브 수단(V)에 의한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛 내로의 가압된 염수의 흐름의 멈춤은 이러한 유닛의 작동을 자동적으로 끝낸다.
도 1 및 도 2에서 도시된 통합된 시스템들의 CCDR 유닛들(도 3- 도 6)은 서로 동일하게 되는(Q공급수=Q투과액) 투과액의 흐름(Q투과액) 및 공급수 흐름(Q공급수)을 구비하여 100% 회수 작동의 폐회로 탈염 모드를 대부분의 시간에서 겪게 되고, 이러한 모드는 플러그 흐름 탈염(Q공급수=Q투과액+Q염수)에 의해 처리되어 폐회로 내 염수는 감소된 탈염 회수에서 신선한 가압된 공급수에 의해 대체되고, 바람직한 회수의 달성을 나타내는 고정된 기설정된 높은 값에 순환된 농축액 전달이 도달할 때 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 폐회로로부터의 염수 제거는 밸브(AV)의 임시 개방에 의해 일어나며, 이 밸브의 폐쇄는 신선하고 가압된 공급수를 가진 제거된 염수(brine)의 완전한 대체가 나타나는, 고정되고 기설정된 낮은 전달 값에서 진행될 것이다. 밸브(AV)의 작동은 재순환된 농축액의 모니터된 전도성(CM)에 의해 완전히 제어된다.
도 1 및 도 2에서 도시된 통합된 시스템들의 CCDR 유닛들(도 3- 도 6)은 서로 동일하게 되는(Q공급수=Q투과액) 투과액의 흐름(Q투과액) 및 공급수 흐름(Q공급수)을 구비하여 100% 회수 작동의 폐회로 탈염 모드를 대부분의 시간에서 겪게 되고, 이러한 모드는 플러그 흐름 탈염(Q공급수=Q투과액+Q염수)에 의해 처리되어 폐회로 내 염수는 감소된 탈염 회수에서 신선한 가압된 공급수에 의해 대체되고, 바람직한 회수의 달성을 나타내는 고정된 기설정된 높은 값에 순환된 농축액 전달이 도달할 때 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛의 폐회로로부터의 염수 제거는 밸브(AV)의 임시 개방에 의해 일어나며, 이 밸브의 폐쇄는 신선하고 가압된 공급수를 가진 제거된 염수(brine)의 완전한 대체가 나타나는, 고정되고 기설정된 낮은 전달 값에서 진행될 것이다. 밸브(AV)의 작동은 재순환된 농축액의 모니터된 전도성(CM)에 의해 완전히 제어된다.
도 1 및 도 2에 도시된 통합된 시스템들의 도 3 내지 도 6의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들은 비자율적이며, 이는 시스템들의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛들로부터 공급되는 가압된 공급수에 완전히 의존하기 때문이다. 따라서, 새로운 본 발명의 방법은 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들로의 가압된 공급수 소스로서 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛들과 관련되고, 이는 두-단계 연속하는 순차적인 과정을 수행하고, 100% 회수의 작동의 폐회로 탈염 모드는 대부분의 시간에서 수행되고, 간단한 간격들에서 제거된 회수의 플러그 흐름 탈염은 반염수 역삼투(BWRO) 유닛들의 염수 유출액인 신선한 가압된 공급수와의 대체 및 폐회로로부터의 염수의 방출을 위해 임시로 발생한다.
간단히 말해서, 본 발명의 방법은 에너지 효율적으로 높은 회수의 달성을 할 수 있는 복수 단계 탈염의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛 및 단일 단계 반염수 역삼투(BWRO) 유닛 사이 통합으로서 보일 수 있다. 본 발명의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들 및 통합된 시스템들은 현재 비효율적인 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들의 개량을 위한 효과적인 접근이다.
간단히 말해서, 본 발명의 방법은 에너지 효율적으로 높은 회수의 달성을 할 수 있는 복수 단계 탈염의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛 및 단일 단계 반염수 역삼투(BWRO) 유닛 사이 통합으로서 보일 수 있다. 본 발명의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들 및 통합된 시스템들은 현재 비효율적인 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들의 개량을 위한 효과적인 접근이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 유닛들, 장치 및 방법의 바람직한 실시예들의 설계는 개략적이고 간략화되고 본 발명을 제한하도록 간주되지 않아야 함을 이해하여야 한다. 실제로, 본 발명에 따른 탈염 유닛들 및 장치는 본 발명과 청구항의 범위 내에 여전히 유지되면서 많은 추가적인 라인들, 가지들, 밸브들, 및 특정한 요구들에 따라 필요한 다른 설비들과 장치들을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바람직한 실시예들은 단일 멤브레인 요소 및 스페이서를 구비한 단일 모듈 유닛 장치를 도시하고 있으나, 이는 간결화, 명화화, 균일화 및 표현의 편리함을 목적으로 한 것이다.
본 발명에 따른 통상의 설계는 단일 모듈 장치에 한정되지 않고 및/또는 모듈 마다의 하나의 멤브레인 요소를 가진 장치에 한정되지 않음이 이해될 것이다.
특히, 본 발명의 장치 및 방법의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들은 폐회로 전도 라인들에 병렬적으로 연결된 모듈들의 입구들 및 출구들을 구비한 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있고, 각각의 모듈들은 스페이서들을 구비하거나 구비하지 않고서 하나 이상의 멤브레인 요소를 포함할 수 있음이 이해될 것이다.
본 발명에 따른 통상의 설계는 단일 모듈 장치에 한정되지 않고 및/또는 모듈 마다의 하나의 멤브레인 요소를 가진 장치에 한정되지 않음이 이해될 것이다.
특히, 본 발명의 장치 및 방법의 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛들은 폐회로 전도 라인들에 병렬적으로 연결된 모듈들의 입구들 및 출구들을 구비한 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있고, 각각의 모듈들은 스페이서들을 구비하거나 구비하지 않고서 하나 이상의 멤브레인 요소를 포함할 수 있음이 이해될 것이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 본 발명의 유닛의 폐회로를 통한 농축액의 순환은 순환 시스템들에 의해 이루어진다. 본 발명에 따른 순환 시스템은 단일 순환 펌프, 또는 대신에, 동시에 병렬 및/또는 직렬로 적용된, 여러 순환 펌프들을 포함할 수 있다.
본 발명의 탈염 방법이, 본 발명의 장치 및/또는 유닛들에 대해 위에서 이미 설명한 바와 같이, 다른 설계들의 모듈 유닛들 및/또는 비-모듈 탈염 장치로 작동될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이고, 그러한 장치 및/또는 유닛들은 폐회로에 병렬로 연결된 입구들 및 출구들을 가진 하나 이상의 모듈을 구비한 전도 라인의 폐회로를 포함하고, 각각의 모듈은 하나의 멤브레인 요소 및 하나 이상의 멤브레인 요소들; 순환 시스템들; 가압 부스터 펌프들을 구비하거나 구비하지 않은 가압된 공급수 전도 라인들; 투과액 수집 라인들; 염수 방출을 위한 폐회로 전도 라인 내에 위치된 밸브 수단; 염수 제거 라인들; 압력, 흐름 및 전달의 모니터링 장치들; 및 제어 수단을 포함해서 전체 시스템이 연속적으로 작동한다.
본 발명은 특정 실시예들에 대해 위에서 기술하였지만, 더 넓은 측면에서 본 발명으로부터 벗어나지 않고서 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 자명하고, 그러므로 청구범위들은 본 발명의 실제 사상 내에 있는 것으로서 모든 그러한 변경 및 수정들 범위를 포함한다.
본 발명의 시스템들, 유닛들 및 방법은 일반적으로 공급원 회수 및 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템에서의 투과액의 질을 향상시키고, 특히 의료 투석에 사용 및/또는 요구되는 낮은 에너지를 가지고 더 높은 질의 투과액을 얻기 위한 다른 다양한 역삼투 응용들을 포함하는 현재 반염수 역삼투(BWRO) 시스템들의 향상을 위한 것임은 역삼투 분야 당업자에게는 자명할 것이다.
예시
본 발명의 장치 및 방법의 바람직한 실시예는 도 1에 도시된 형태에 따른 시스템으로 설명되었고, 이는 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템을 포함하고, 이러한 형태의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템은 염수(예를 들어 테스트 조건 아래에서 15바의 순추진압력(Net Drivign Pressure; NDP)을 위한 규칙적 멤브레인 요소를 구비한 의료 투석(MD)에 사용되고, 이는 대기압력 근처의 아래에서 2.5m3/h의 흐름율을 가지고 공급된 400ppm의 염분의 공분원을 가진 50% 탈염 회수로 작동한다. 예시된 시스템 내 통합된 폐회로 탈염 개량(CCDR)은 도 3에 도시된 형태이고, 염수(예를 들어 ESPA2+)을 위한 단일의 낮은 에너지 멤브레인 요소 및 단일 요소의 길이 내 스페이서를 구비한 모듈(8"); 7.1 m3/h의 재순환 흐름율을 구비한 순환 펌프(CP); 재순환된 농축액의 유량계(FM) 모니터; SS316으로 만들어진 압력 라인들(1.5"); 특히 전달 모니터(CM)로부터 받아들인 신호들에 의해 작동되는 작동 밸브(AV), 및 도 3에 도시된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛 내 바람직한 방향 내에서 흐름 제어를 위한 비-복귀 밸브들(NR1, NR2 및 NR3)을 포함한다.
예시된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛(도 3)은, 시스템(도 1) 내 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 800 ppm의 염분의 고정된 가압된 공급수(~14바)의 안정된 흐름(1.25 m3/h)를 받아들이고 14 ppm의 평균 투과액(permeate) 염분 출력 및 100% 회수의 연장된 폐회로 탈염 간격들(각각 ~23 분)을 가지고; 염수가 방출되고 폐회로가 신선한 공급수로 재충전 되는 동안 5 ppm의 평균 투과액(permeate) 염분 출력 및 ~20%의 간단한 플러그 흐름 탈염 간격들(각각 ~3분)을 가지고 두-단계 연속하는 순차적인 탈염 과정을 수행한다.
이러한 두-단계 연속하는 순차적인 과정은 약 1,000 ppm의 재순환된 농축액 염분을 나타내는 전기 전도에서 끝나고 7,272 ppm의 재순환된 농축액 염분을 나타내는 전기 전도에서 시작되는 염수 방출을 위한 유닛(도 3) 내 작동 밸브 수단(AV) 및 시스템 내 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 대해 89%의 회수를 나타낸다.
이러한 두-단계 연속하는 순차적인 과정은 약 1,000 ppm의 재순환된 농축액 염분을 나타내는 전기 전도에서 끝나고 7,272 ppm의 재순환된 농축액 염분을 나타내는 전기 전도에서 시작되는 염수 방출을 위한 유닛(도 3) 내 작동 밸브 수단(AV) 및 시스템 내 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 대해 89%의 회수를 나타낸다.
도 3에 도시된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의한 26분의 두-단계 연속하고 순차적인 과정 동안, 도 1에 의해 기술된 시스템 내 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 공급수 부피 요소는 1,083 리터이고, 그 중 479.2리터는 시스템 내 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛으로부터 생기는 ~14 ppm의 평균 염분을 가지고, 604.1 리터는 외부 공급원으로부터 공급된 400 ppm 염분을 가진다. 간단히 말해서, 도 1의 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 공급수로서 공급되는 혼합물은 400 ppm 대신에 229.3 ppm의 평균 염분이고; 그러므로, 의료 투석을 위한 예시적인 시스템에 의해 공급된 투ㄱ과액의 염분은 통상의 반염수 역삼투(BWRO) 시스템에 의해 5.0 ppm 대신에 2.8 ppm 근처이다.
도 3에 도시된 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛에 의한 26분의 두-단계 연속적이고 순차적인 과정 동안 방출 염수의 부피는 약 50리터, 또는 폐회로 내 농축액의 부피이고, 이는 외부 공급원의 91.7%의 전체 회수를 의미한다.
CCDR 유닛: 폐회로 탈염 개량 유닛
BWRO 유닛: 반염수 역삼투 유닛
CC : 폐회로 관
MO : 모듈 출구
MI : 모듈 입구
CP : 순환 펌프
PF : 공급입구
NR1, NR2, NR3: 비-복귀 밸브 수단
AV : 두-방향 밸브 수단
MV : 수동 밸브 수단
FM : 유량계
CM : 전도율계
BP1, BP2 : 부스터 펌프
BWRO 유닛: 반염수 역삼투 유닛
CC : 폐회로 관
MO : 모듈 출구
MI : 모듈 입구
CP : 순환 펌프
PF : 공급입구
NR1, NR2, NR3: 비-복귀 밸브 수단
AV : 두-방향 밸브 수단
MV : 수동 밸브 수단
FM : 유량계
CM : 전도율계
BP1, BP2 : 부스터 펌프
Claims (12)
- 입구, 가압된 염수의 출구 및 투과액의 출구를 포함하는 반염수 역삼투(BWRO) 유닛;
상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛로부터 공급되는 가압된 염수의 추가적인 탈염을 위한 폐회로 탈염 개량(CCDR) 유닛을 포함하고,
상기 탈염 개량(CCDR) 유닛은,
전도 라인들에 의해 병렬로 연결된 각각의 입구(MI) 및 출구(MO)들을 가지며, 하나 이상의 멤브레인 요소(E)를 포함하는, 하나 이상의 탈염 모듈(M)들과, 상기 하나 이상의 탈염 모듈(M)들의 출구(MO)로부터 입구(MI)로 농축액(concentrate)을 재순환시키기 위한 순환 펌프(CP)를 구비한 폐회로 전도 라인(CC)을 포함하는 폐회로;
상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 상기 탈염 개량(CCDR) 유닛의 상기 폐회로로 상기 가압된 염수를 공급하기 위한 전도 라인;
상기 탈염 개량(CCDR) 유닛으로부터의 투과액을, 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 외부 공급원으로부터의 공급수에 혼합하도록 상기 탈염 개량(CCDR) 유닛으로부터 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 입구에 연결되거나, 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터의 투과액에 혼합하도록 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 투과액의 출구에 연결되는 전도 라인;
탈염의 중단 없이 상기 개량(CCDR) 유닛에서 상기 탈염 모듈(M)의 출구(MO)로부터 염수를 방출하기 위하여, 상기 개량(CCDR) 유닛의 상기 폐회로 전도 라인(CC)에 설치되는 밸브 수단들;
상기 개량(CCDR) 유닛의 상기 폐회로로부터 염수를 방출하게 하는 상기 밸브 수단의 출구에 연결된 전도 라인;
상기 폐회로 내에서 추가적인 탈염 회수를 가능하게 하도록, 상기 개량(CCDR) 유닛의 상기 폐회로에 재순환된 농축물의 전기 전도성을 측정하기 위한 센서;
폐회로 탈염 수행 단계와, 소정의 탈염 회수 레벨에서 발생하는 염수 방출 및 새로운 공급수의 재충전 단계를 포함하는, 2단계의 연속적인 순차 공정에 의해 진행되는, 상기 개량(CCDR) 유닛에서의 소정의 회수의 연속적인 폐회로 탈염을 가능하게 하는 모니터링 수단 및 제어 수단들을 포함하고,
상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 가압된 염수의 흐름은 밸브 수단(V)에 의해 개량(CCDR) 유닛의 입구로 우회되고,
상기 밸브 수단(V)에 의해 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 상기 개량(CCDR)으로 상기 가압된 염수를 공급 또는 중단함으로써, 상기 개량(CCDR) 유닛을 구동 또는 정지시켜, 상기 개량(CCDR) 유닛이 비자율적으로 작동하게 하는 것을 특징으로 하는 역삼투 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛은, 의료 투석, 양질의 투과액, 또는 물 공급 증가에 적용될 수 있는 것을 특징으로 하는 역삼투 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 개량(CCDR) 유닛은, 소정의 탈염 회수율에 도달하기에 불충분한 경우, 상기 공급수의 압력을 증가시키기 위하여, 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛으로부터 상기 개량(CCDR) 유닛의 폐회로로 가압된 염수를 공급하기 위한 전도 라인에 설치되는 부스터 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 시스템.
- 제1항에 있어서,
압력을 받는 경우, 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 대한 외부 공급원과의 혼합을 위하여, 상기 개량(CCDR) 유닛으로부터 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 입구로 투과액을 전달하는 전도 라인에 설치되는 부스터 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투 시스템.
- 제1항에 따른 반염수 역삼투(BWRO) 유닛과 개량(CCDR) 유닛을 사용한 탈염 방법에 있어서,
전도 라인으로 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 상기 개량(CCDR) 유닛을 연결하여, 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 가압된 염수 유출액 전체를 상기 개량(CCDR) 유닛에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 개량(CCDR) 유닛으로부터의 투과액은 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛에 대한 공급수의 일부가 되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 개량(CCDR) 유닛의 투과액과 상기 반염수 역삼투(BWRO) 유닛의 투과액이 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
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