KR101639848B1 - The manufacturing process of high hardness drinking water using NF/RO/ED membrane connection system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수(해양심층수 원수 또는 농축수) 담수화 과정 중 황산이온과 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 시키는 미네랄 수질 조정 기술로서, 더욱 상세하게는 해수(해양심층수) 담수화 과정에서의 전기투석법(ED), 나노여과법(NF)과 역삼투법(RO) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 선택적인 미네랄을 조정하는 단계, 전기투석막(ED)과 나노여과막(NF)을 사용하여 특정 물질을 제거 하는 단계, 해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 공정연계시스템 개발에 관한 것이다. ERO/NF/ED 또는 NF/ED 연계공정은 탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수 및 함수를 포함하는 해양심층수 처리수를 동시에 제조할 수 있는 공정으로서, 기존 증발법을 포함하는 기술에 비하여 에너지를 절약하고, 대량으로 해양심층수 처리수을 제조할 수 있으며, 황산이온과 염소이온을 제거하며 미네랄농축수를 제조할 수 있고 전기분해조의 전류를 조절하여 생산되는 알칼리수의 pH를 10에서 13까지 조정함으로서 pH 10에서는 탄산칼슘 침전물이 형성되며, pH 13에서는 마그네슘 수화물이 생성되어 침전되어 칼슘과 마그네슘 미네랄 추출물을 분리 추출가능하여 먹는물 수질기준에 적합한 고경도수 제조가 가능하였으며, 이 과정 중 소모되는 에너지를 줄일 수 있다. The present invention relates to a mineral water quality control technology that removes sulfate ions and chlorine ions during the desalination process of seawater (deep sea water or concentrated water) and retains useful minerals such as magnesium and calcium. More particularly, (ED), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) systems using a combination of selective minerals, electrodialysis (ED) and nanofiltration membranes (NF) The removal of materials, and the development of a process linkage system for optimal water quality control during the desalination process. The ERO / NF / ED or NF / ED coupling process is a process that can simultaneously produce deep sea water treatment water containing demineralized water, concentrated water, mineral desalted water, mineral concentrated water and a function, It can save energy, produce deep ocean water treatment in large quantity, remove sulfuric acid ion and chlorine ion, produce mineral concentrated water, adjust the pH of alkaline water produced by adjusting the electric current of electrolytic bath from 10 to 13 Calcium carbonate precipitate is formed at pH 10 and magnesium hydrate is formed at pH 13, so that the calcium and magnesium mineral extract can be separated and extracted, which makes it possible to produce a high hardness water suitable for the quality of the water to be consumed. Energy can be reduced.

Description

NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 먹는 물 수질기준 적합 고경도 먹는 물 제조공정{The manufacturing process of high hardness drinking water using NF/RO/ED membrane connection system}The present invention relates to a process for preparing a high-hardness drinking water using NF / RO / ED membrane coupling system,

본 발명은 해양심층수 원수 또는 농축수 등의 해수 담수화 과정을 통해 고경도수를 제조하기 위한 해양심층수 처리수 제조공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수담수화 과정 중 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 해수에 함유되어 있는 황산이온과 염소이온은 제거하고, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 농축시켜 기존 담수화 방법(증발법, 역삼투법(RO)) 등의 문제점을 극복하기 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 고경도 먹는물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for manufacturing deep sea water for producing a high hardness water through a seawater desalination process such as deep sea water or concentrated water. More particularly, the present invention relates to a process for producing a deep sea water treated with a nano filtration method (NF) ), And electrodialysis (ED) system, the sulfate and chloride ions contained in the seawater are removed, and magnesium, calcium, etc., which are useful minerals, are concentrated to be remained and the existing desalination methods (evaporation method, reverse osmosis method RO / ED separator coupling system to overcome the problems of high-viscosity water (RO)) and the like.

일반적으로 해수 1.0 kg에는 평균적으로 965 g (96.5%)이 물이고, 염소이온은 18.98 g (1.9%), 나트륨이온은 10.556 g (Na+, 1.1%), 황산이온은 2.649g (SO4 2-, 0.3%), 마그네슘이온은 1.272 g (Mg2+, 0.1%), 칼슘이온은 0.400 g (Ca2+, 0.04%), 칼륨이온은 0.38 g (K+, 0.04 %), 중탄산 이온은 0.14 g (HCO3-, 0.01%) 으로, 상기와 같은 주성분 이온이 3.4% 용존되어 있고, 나머지 0.1%는 미량금속이 용해되어 존재하며 총 92 종 용존물질이 해수에 존재하는 것으로 알려져 있다. In general, 1.0 kg of seawater contains 965 g (96.5%) of water, 18.98 g (1.9%) of chlorine ion, 10.556 g of Na + and 1.1% of sulfate ion and 2.649 g of SO 4 2 -, 0.3%), magnesium ion is 1.272 g (Mg 2+, 0.1% ), calcium ion is 0.400 g (Ca 2+, 0.04% ), potassium ions 0.38 g (K +, 0.04% ), bicarbonate ions It is known that 0.14 g (HCO 3 - , 0.01%) of the main component ion is dissolved in 3.4% and the remaining 0.1% is present in the trace metal dissolved and 92 kinds of dissolved substances exist in seawater.

특히, 해양 심층수란 태양광이 도달하지 않는 수심 200m 이상의 깊은 곳에 부존하는 바닷물로, 연안으로 멀리 떨어져 있고 표층수와 수온과 밀도차이에 의해 대기 또는 지표수 (강물)과 혼합되지 않는 해양물리적인 구조에 의해, 해양심층수는 인류기원 화학오염물질 (병원균과 비료 농약과 같은 유기화합물)과 같은 오염 유입원으로부터 구조적으로 차단되어 있어 청정(淸淨) 특성을 오랜 시간 동안 유지한 해양 수자원으로 알려져 있다. 특히, 해양 심층수에는 청정한 4대 미네랄(마그네슘, 칼슘, 칼륨, 나트륨)을 비롯하여, 아연, 셀렌, 망간 등의 각종 미네랄 성분이 포함되어 있으므로, 수질조정 담수화 과정을 통한 천연 미네랄 원료원으로 유용한 것으로 알려져 있다.In particular, deep sea water is a sea water that is deep at a depth of 200m or more, which is not reached by the sunlight. It is located far away from the coast and is not mixed with atmospheric or surface water (river) , And deep seawater is structurally blocked from contaminating influent sources such as organic pollutants (such as pathogens and fertilizer pesticides), which are known as marine water resources for a long time. In particular, deep sea water contains various minerals such as zinc, selenium and manganese, as well as the four major minerals (magnesium, calcium, potassium, sodium) have.

미네랄의 결핍 및 과잉은 각종 질병을 야기하는 원인이 되고 신체적, 정신적 발달을 저해하기 때문에, 체내의 미네랄 밸런스(Mineral balance)를 유지하는 것이 중요하다. 칼슘, 마그네슘과 칼륨과 같은 미네랄은 신체 구성, 신체 기능 조절 등의 역할을 수행하는 중요한 원소로서 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나이다. 미네랄 성분 중에서 칼슘(calcium, Ca2+)은 뼈와 치아형성, 근육, 신경 및 심장의 기능 조절, 혈액응고 촉진 등의 기능을 하며, 결핍 시에는 변비, 골다공증, 발육장애, 경련, 충치, 신경 불안증 등의 증상이 발생한다. It is important to maintain the mineral balance in the body, because deficiency and excess of minerals causes various diseases and hinders physical and mental development. Minerals such as calcium, magnesium, and potassium are important elements that play a role in body composition, body function control, and are one of the five nutrients needed by humans. Among the minerals, calcium (Ca 2+ ) functions as bone and tooth formation, muscle, nerve and heart function control, blood coagulation promotion, and in the case of deficiency constipation, osteoporosis, developmental disorder, convulsions, Anxiety and the like occur.

마그네슘(magnesium, Mg2+)은 에너지 생성, 신경기능 조절, 비타민 B, E 대사의 촉진 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 심장병, 고혈압, 신결석, 불면증, 부정맥, 저혈압, 식욕상실, 근육통, 빈혈 등이 발생한다. 칼륨(potassium, K+)은 세포내 산염기 평형 조절, 수분조절, 신경기능 유지, 세포기능 보존, 혈관확장, 뇌의 산소공급 등의 기능을 수행하며, 결핍시에는 부정맥, 식욕감퇴, 근육경련, 변비, 피로, 무력증, 저혈당증 등이 발생한다. Magnesium (magnesium, Mg 2+ ) functions in energy production, regulation of nervous function, stimulation of vitamin B and E metabolism, and in the case of deficiency heart disease, hypertension, renal stone, insomnia, arrhythmia, hypotension, loss of appetite, Anemia, and the like. Potassium (K +) performs functions such as regulation of intracellular acid base balance, moisture regulation, maintenance of neurological function, preservation of cell function, vasodilation, and oxygen supply to the brain. In the case of deficiency, arrhythmia, loss of appetite, Constipation, fatigue, asthenia, and hypoglycemia.

해수 (해양심층수)에 포함된 미네랄 성분은, 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해, 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 해양심층수 추출물은 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다. 그러나 해수의 경우, 상당량의 염분(NaCl)을 포함하므로, 염분을 제거하는 담수화 과정에서, 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다.Deep sea water extracts can be a very useful mineral source for modern people whose mineral balance has collapsed due to erroneous eating habits, environmental pollution, and other minerals contained in seawater (deep sea water). However, in the case of sea water, since it contains a considerable amount of salt (NaCl), there is a problem that potassium, calcium, magnesium, etc. which are useful minerals are removed together in the desalination process for removing the salt.

해수의 담수화 방법으로는 증발법, 역삼투막법, 전기투석법 등이 있다. 증발법은 해수를 증발시켜 용매인 물은 증발시키고, 용질은 잔류시키는 원리를 이용하는 것이며, 역삼투막법은 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 멤브레인 막으로 이용하여 염은 배제하고, 순수한 물만 통과시키는 방법이며, 전기투석법은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다. The seawater desalination methods include evaporation method, reverse osmosis membrane method, and electrodialysis method. The evaporation method utilizes the principle of evaporating seawater, evaporating water as a solvent, and leaving a solute. The reverse osmosis membrane method uses an ionic substance dissolved in water as a membrane to exclude salts and pass pure water only The electrodialysis method is a method in which an anion membrane and a cation membrane are alternately arranged and then a DC voltage is applied to an electrode positioned at both ends of an anion membrane and a cation membrane to remove pure water and anions.

또한 기존 해수 중 미네랄추출 분리 방법은 해수 (심층수)를 증발 농축하여 용해도의 차이를 이용하여 칼슘염과 마그네슘염등과 같은 미네랄염을 분리하는 방법으로 해수 중 미네랄을 추출하는 방법이었다. In addition, the method of extracting minerals from existing seawater is a method of extracting minerals in seawater by concentrating seawater (deep seawater) by evaporating and separating minerals such as calcium salt and magnesium salt by using difference of solubility.

그러나 이들 담수화 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분 중에서 칼슘과 마그네슘을 효율적으로 분리하기 어려우며, 미네랄 성분의 회수율이 낮고 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 상기와 같은 담수화 방식과 미네랄 추출 방식으로 추출된 미네랄 염은 음이온인 염소이온(Cl-)과 황산이온(SO4 2-)이 제거되지 않고 양이온과 결합하여 염을 형성하기 때문에 이러한 미네랄염을 다시 용해하여 미네랄 수를 제조할 때에는 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온이 재용해되어 경도 400 이상의 고경도수의 제조가 불가능한 단점이 있다. 또한 증발법을 이용한 고경도수 제조공정은 해수를 농축하는 과정 중에 해수를 증발하기 위해서는 에너지가 대량을 소모되는 시스템으로 에너지 효율이 낮았다.However, when these desalination methods are used, it is difficult to efficiently separate calcium and magnesium from various minerals contained in seawater, and it is disadvantageous in that the recovery rate of mineral components is low and energy is high. In addition, the mineral salts extracted by the desalination method and the mineral extraction method do not remove the anion ions such as chloride ion (Cl - ) and sulfate ion (SO 4 2- ) When the mineral water is re-dissolved to prepare the mineral water, the chlorine ion and the sulfate ion, which are the standard items of water quality to eat, are redissolved, making it impossible to manufacture a high-hardness water having a hardness of 400 or more. In addition, the process of producing high hardness water using evaporation method is energy consuming system which consumes a large amount of energy to evaporate seawater during the process of concentrating seawater.

본 발명은 해수(해양심층수 원수 또는 농축수) 담수화 과정 중 황산이온과 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘은 잔존 시키는 미네랄 수질 조정 기술로 기존 담수화방법 (증발법, 역삼투법(RO) 등)의 문제점을 극복하는 방법으로, 해수(해양심층수) 담수화 과정에서의 전기투석(ED), 나노여과 (NF)와 역삼투(RO) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 선택적인 미네랄을 조정하고, 전기투석막(ED)과 나노여과막(NF) 막을 사용하여 특정 물질을 제거하여, 해수 담수화 과정 중 최적 수질조정을 통하여 다양한 해양심층수 처리수 제조를 위한 공정 연계 시스템 특성을 파악하고, 평가함으로서 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용하여 해양심층수 처리수로부터 미네랄 추출 제조방법을 제공하고자 한다.
The present invention relates to an existing desalination method (evaporation method, reverse osmosis (RO), etc.) by adjusting mineral water quality which removes sulfuric acid ion and chlorine ion during the seawater desalination process (deep seawater raw water or concentrated water) and magnesium, (ED), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) systems in sea water (deep sea water) desalination process to control selective minerals, By using the ED and NF membranes to remove specific substances and to identify and evaluate the characteristics of the process linkage system for the production of various deep seawater treatment water through the adjustment of the optimum water quality during the seawater desalination process, ED membrane separation system to provide a method for producing mineral extract from deep seawater treated water.

국내 등록특허공보 제10-732066호에는 이온 성분을 포함하는 농축수와 상기 이온 성분이 제거된 담수를 얻는 단계; 상기 농축수를 가열 농축하고 여과하여 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 분리하는 단계; 상기 농축수를 농축하여, 칼륨염 및 마그네슘염의 혼합염 슬러리를 얻는 단계; 상기 슬러리를 물로 세척하여 마그네슘염이 용해된 용액과 칼륨염 결정을 얻는 단계; 및 상기 마그네슘염이 용해된 용액을 농축하여 칼륨염 및 마그네슘염이 혼합된 결정을 얻고, 이를 여과하여 순도가 향상된 마그네슘염 용액을 분리하는 단계를 포함하는 해양심층수로부터 저온진공결정법을 이용한 고순도 미네랄의 효율적 추출방법에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent Publication No. 10-732066 discloses a method for producing a water-soluble polymer, which comprises: obtaining concentrated water containing an ion component and fresh water from which the ion component is removed; Separating the crystals of calcium salt, sodium salt and sulfate by heating and concentrating the concentrated water; Concentrating the concentrated water to obtain a mixed salt slurry of a potassium salt and a magnesium salt; Washing the slurry with water to obtain a solution in which the magnesium salt is dissolved and potassium salt crystals; And a step of concentrating the solution in which the magnesium salt is dissolved to obtain a crystal in which a potassium salt and a magnesium salt are mixed and separating the magnesium salt solution having improved purity by filtration to obtain a high purity minerals An efficient extraction method is disclosed. 국내 등록특허공보 제10-0885175호에는 해양심층수를 전처리 후 1차 RO(역삼투막)에 통과시켜 1차 농축수와 1차 투과수를 제조하는 단계, 상기 1차 농축수를 ED(이온교환막)에 통과시켜 고농도의 2차 농축수와 배출수를 제조하는 단계, 상기 2차 농축수를 MVR(감압조절형 증기재압축증발법) 시스템을 이용하여 증발 결정화시키는 단계, 상기 증발 결정화된 미네랄염을 입경분리기를 통해 종류별로 분리시키는 단계, 상기 1차 투과수를 2차 RO(삼투막)에 통과시켜 2차 투과수와 3차 농축수를 제조하는 단계, 및 상기 분리된 미네랄염을 상기 2차 투과수와 혼합하는 단계를 포함하는 해양심층수로부터 분리된 미네랄을 포함하는 미네랄 워터 및 미네랄염의 제조 방법에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent Registration No. 10-0885175 discloses a method for producing a concentrated water and a primary permeated water by passing deep seawater through a pretreatment and then passing it through a RO (reverse osmosis membrane) to prepare a primary concentrated water and a primary permeated water, And the second concentrated water is evaporated and crystallized by using a MVR (Decompression Controlled Vapor Deposition Compression Evaporation) system, the evaporated and crystallized mineral salt is separated into a particle size separator Separating the first permeated water through a second RO (osmotic membrane) to produce a second permeated water and a third concentrated water, and separating the separated mineral salt from the second permeated water And a method for producing mineral salts and mineral salts comprising minerals separated from deep ocean water. 국내 공개특허공보 제10-2011-0068589호에는 해양심층수를 제1자기처리반응기에 피처리수(원수)를 끌어들여 자기력을 작용시키는 것과 동시에 제1오존발생기에서 오존을 주입하여 피산화물을 산화ㆍ응집시킨 후, 이 응집물질을 제1여과기에서 제거한다. 또한 이 피처리수를 제2자기처리반응기에 끌어들여 자기력을 작용시킴과 동시에 제2오존발생기에서 오존을 주입한 후, 활성탄이 가득 채워진 반응조를 통과시키고, 제2여과기에서 응집물질을 제거하는 처리방법의 해양심층수 담수화 처리시스템에 관하여 개시되어 있다.In Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0068589, deep-sea water is drawn into the first magnetic treatment reactor for the water to be treated (raw water), and at the same time ozone is injected from the first ozone generator to oxidize and oxidize the oxides After coagulation, the coagulated material is removed from the first filter. Treating the water to be treated in a second magnetic treatment reactor to apply a magnetic force to the ozone generator, injecting ozone into the second ozone generator, passing the ozone through a reaction tank filled with activated carbon, and removing the coagulated material from the second filter ≪ / RTI > is disclosed for an ocean deep seawater desalination system. 국내 공개특허공보 제10-2012-0108402호에는 MF여과단계; MF투과수를 역삼투압 방식으로 처리하는 SWRO단계; SWRO투과수를 역삼투압 방식으로 처리하는 BWRO단계; BWRO투과수를 담수로 취수하는 담수취수 단계; 상기 BWRO단계에 의한 BWRO 농축수는 SWRO단계로 유입시키고, SWRO단계에 의한 농축수를 나노 필터로 여과하는 NF여과단계; NF투과수를 저농도 미네랄 워터로 취수하는 저농도 미네랄워터 취수단계; NF농축수를 고농도 미네랄 워터로 취수하는 고농도 미네랄워터 취수단계; 취수된 담수에 저농도 미네랄워터 취수단계 및 고농도 미네랄 취수 단계에 의하여 취수된 저농도 미네랄 워터 및 고농도 미네랄워터를 각각 혼합하거나 함께 혼합하여 미네랄 워터를 제조하는 것을 특징으로 하는 해수로부터 미네랄워터를 제조하는 시스템에 관하여 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0108402 discloses an MF filtration step; An SWRO step of treating the MF permeated water by reverse osmosis; A BWRO step of treating the SWRO permeate with reverse osmosis; A fresh water intake step of taking BWRO permeated water as fresh water; An NF filtration step of introducing the BWRO concentrated water by the BWRO step into the SWRO step and filtering the concentrated water by the SWRO step with a nanofilter; A low-concentration mineral water intake step of taking NF permeated water with low-concentration mineral water; High-concentration mineral water intake step of taking NF-concentrated water with high-concentration mineral water; Wherein the low-concentration mineral water and the high-concentration mineral water taken in the low-concentration mineral water taking-in step and the high-concentration mineral take-in step are respectively mixed or mixed together to obtain the mineral water from the seawater. . 그러나, 이와 같은 선행기술은 해양심층수로부터 미네랄워터를 효과적으로 제조하기 위한 목적으로, 본 발명에서와 같이 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합적인 공정을 사용함으로써, 황산이온과 염소이온은 제거하며, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 농축시켜 생산 에너지 비용을 줄이고, 순도가 높은 먹는물 수질기준을 충족하기 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수로부터 미네랄 추출물을 제조하는 구성은 개시되지 않아 차이를 보인다.However, such a prior art technique can be used to effectively produce mineral water from deep seawater by using a complex process of nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO) and electrodialysis (ED) systems as in the present invention , To remove sulfuric acid ion and chlorine ion, to concentrate the useful minerals such as magnesium and calcium, to reduce the energy cost of production and to meet the drinking water quality standard of high purity, deep sea water treatment using NF / RO / ED membrane connection system The composition for producing a mineral extract from water is not disclosed and shows a difference.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 해수(해양심층수)의 염소이온과 황산이온을 배제하고, 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등과 같은 유용 미네랄을 나트륨과 분리 추출하여 유용 미네랄 성분의 회수율을 높이고 에너지를 저감시키면서 순도를 높이는 방식이다. 즉, RO막, NF막과 ED막만을 이용하여 해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 공정 연계 시스템을 개발하여 청정한 해양심층수로부터 유용미네랄을 분리 추출하여 고경도 먹는 물을 연속공정으로 동시에 대량 생산하면서, NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수로부터 먹는 물 수질기준을 충족하는 고경도 먹는 물 제조방법을 제공하고자 한다.
Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method for removing minerals such as calcium, magnesium, potassium, etc., It is a way to increase purity while reducing energy. In other words, by using only RO membrane, NF membrane and ED membrane, we developed a process linkage system for optimal water quality control during seawater desalination process, extracting beneficial minerals from clean deep ocean water and massively producing high- This study aims to provide a method of manufacturing high hardness food that meets water quality standards from deep seawater treated by using NF / RO / ED membrane coupling system.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 해수 또는 해양심층수를 이용하여 미네랄농축수를 제조하고 먹는물 수질기준에 적합한 제조 공정은 다음과 같다.
1) 해양심층수를 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과 중에 선택되는 하나 이상의 방법으로 전처리하여 역삼투막 (RO)과 나노여과막 (NF)과 전기투석 이온교환막(ED)으로 공급하는 단계;
2) 역삼투막 (RO)에 공급된 1)단계의 전처리된 해양심층수는 역삼투막을 통과시켜 농축수(Concentrated deep seawater)와 탈염수(desalted deep seawater)를 제조하는 단계;
2-1) 상기 농축수(Concentrated deep seawater)는 나노여과막 (NF)으로 공급하고, 탈염수(desalted deep seawater)는 고경도수 희석수로 공급하는 단계;
3) 나노여과막 (NF)에 공급된 1)단계의 전처리된 해양심층수와 2-1)단계의 농축수는
3-1) 나노여과막 (NF)을 사용하여, 칼슘과 마그네슘 이온은 농축하고, 염소 이온과 나트륨은 30-60% 제거된 미네랄 농축수 (Mineral concentrated deep seawater)를 제조하고 제조된 미네랄 농축수는 전기투석 이온교환막(ED)과 나노여과막 (NF)으로 공급하는 단계;
3-2) 한외여과막 (UF) 또는 음이온교환수지를 통과시켜 칼슘이온과 마그네슘 이온은 잔존시키면서 황산이온(Sulfate)이 제거된 미네랄농축수(Mineral concentrated desalted(Sulfate removed) water)를 제조하여 고경도수 원료수로 공급하는 단계;
3-3) 3-1)에서 나노여과막(NF)으로 다시 공급된 미네랄 농축수는 3-1)단계와 3-2)단계를 2차 또는 3차 순환하여 미네랄 농축수 (Mineral concentrated deep seawater)와 황산이온(Sulfate)이 제거된 미네랄농축수(Mineral concentrated desalted(Sulfate removed) water)를 제조하는 단계
4) 2)단계에서 제조된 탈염수(desalted deep seawater)와 3-1)단계에서 제조된 미네랄 농축수(Mineral concentrated deep seawater)를 혼합하여 전기투석 이온교환막(ED)으로 공급하는 단계;
5) 전기투석 이온교환막(ED)을 가동하여, 1)단계와 4)단계에서 공급된 혼합수를;
5-1) 염분 농축조에는 염화나트륨이 농축된 함수(Deep sea water brine)와;
5-2) 경도 농축조에는 염소이온과 나트륨이온을 제거하면서, 칼슘이온과 마그네슘이온이 농축되어 미네랄 함량 비((마그네슘+칼슘)/나트륨)가 1.0 이상인 탈염된 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)를 제조하고;
5-3) 5-2)단계에서 제조된 탈염된 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)는 3) 단계의 나노여과막 (NF)으로 공급하여 3-1) 단계와 4)단계, 5-2) 단계를 거치도록 순환시키는 단계;
6) 상기 3-2)단계의 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 상기 2-1)단계의 역삼투 (RO) 탈염수로 희석하여 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온을 만족하면서 경도 1,000 mg/L 이상의 고경도수를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 고경도 먹는 물 제조방법
In order to solve the above-mentioned problems, a manufacturing process suitable for producing mineral-concentrated water using the seawater or deep sea water of the present invention and meeting the quality standards of the drinking water is as follows.
1) Deep sea water is pretreated by at least one method selected from among sand filtration, rapid filtration, microfiltration (MF), immersion membrane filter (SMF) and ultrafiltration (UF) filtration to produce reverse osmosis membrane (RO), nanofiltration membrane Supplying an electrodialysis ion-exchange membrane (ED);
2) Preparing the pretreated deep seawater of step 1) supplied to the reverse osmosis membrane (RO) through a reverse osmosis membrane to produce a concentrated deep seawater and a desalted deep seawater;
2-1) supplying the concentrate deep seawater as a nanofiltration membrane (NF), and supplying a desalted deep seawater as a high hardness water dilution water;
3) The deep-seated deep seawater of step 1) and the concentrated water of step 2-1) supplied to the nanofiltration membrane (NF)
3-1) Using the NF membrane, calcium and magnesium ions were concentrated, and 30-60% of the chloride ion and sodium were removed. Mineral concentrated deep seawater was produced. Supplying an electrodialysis ion exchange membrane (ED) and a nanofiltration membrane (NF);
3-2) Through the ultrafiltration membrane (UF) or the anion exchange resin, calcium sulfate and magnesium ion are remained, and sulfuric acid ion (sulfate concentrated water) Supplying water as raw material water;
3-3) The mineral-enriched water supplied back to the NF membrane in 3-1) is circulated by the secondary or tertiary stages of 3-1) and 3-2) to form a mineral concentrated deep seawater. And sulfuric acid (sulfate-removed) water (mineral concentrated desalted (Sulfate removed) water)
4) mixing the desalted deep seawater prepared in the step 2) with the mineral concentrated deep seawater prepared in the step 3-1) and supplying the mixture to the electrodialysis ion exchange membrane ED;
5) activating the electrodialysis ion exchange membrane (ED) and mixing the mixed water supplied in steps 1) and 4);
5-1) The salt concentration tank contains a function of sodium chloride concentration (Deep sea water brine);
5-2) The hardness concentration tank removes the chlorine ion and the sodium ion, while the calcium ion and the magnesium ion are concentrated, and the mineral enriched desalted water having the mineral content ratio ((magnesium + calcium) / sodium) ≪ / RTI >
5-3) The mineral enriched desalted water prepared in step 5-2) is supplied to the nanofiltration membrane (NF) in step 3), and the step 3) and the step 4-2) Circulating through the step;
6) The mineral concentrated water from which sulfate ions have been removed in step 3-2) is diluted with reverse osmosis (RO) desalted water in step 2-1) to obtain a water quality satisfying chloride ion and sulfate ion and a step of preparing a high-hardness water having a concentration of not less than 10 mg / L or less.

본원발명의 또 다른 실시예는 다음과 같다.
1) 해수(해양심층수)를 MF (Micro filteration)막을 이용하여 전처리 한 후 1차 또는 2차로 역삼투막 (RO)에 통과시켜 농축수 (Concentrated deep seawater)와 탈염수(desalted deep seawater)를 제조하는 단계,
Another embodiment of the present invention is as follows.
1) Pre-treatment of seawater (deep sea water) using MF (micro filteration) membrane and then passing it through RO membrane (primary or secondary) to produce concentrated deep seawater and desalted deep seawater,

2) 해수(해양심층수)를 전처리 한 후 나노여과막 (NF) 3기를 2차 또는 3차 순환 사용하여 칼슘과 마그네슘 이온은 농축되는 반면, 염소 이온과 나트륨은 30-60% 제거된 미네랄 농축수 (Mineral enriched deep seawater)를 제조하는 단계 2) After pretreatment of seawater (deep sea water), calcium and magnesium ions are concentrated by using 2nd or 3rd circulation of NF membrane (3F), while chloride ion and sodium are concentrated 30-60% Mineral enriched deep seawater

3) 상기 2)의 미네랄농축수를 나노필터 (NF) 또는 한외여과막 (UF) 또는 음이온교환수지를 통과시켜 칼슘이온과 마그네슘 이온은 잔존시키면서 Sulfate가 제거된 미네랄농축수를 제조하는 단계, 3) passing the concentrated mineral water of 2) through a nanofilter (NF) or an ultrafiltration membrane (UF) or an anion exchange resin to produce a mineral concentrated water in which sulfate and magnesium ions are remained,

4) 상기 3)의 미네랄농축수를 전기투석장비의 전기투석 이온교환막(ED)을 가동하여, 염분 농축조로 염소이온과 나트륨이온을 제거하는 동시에, 경도 농축조에는 칼슘이온과 마그네슘 이온이 농축되어 미네랄 함량 비(마그네슘+칼슘)/나트륨)가 1.0 이상인 탈염된 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)를 제조하는 단계, 4) The mineral-concentrated water of the above 3) is activated by the electrodialysis ion exchange membrane (ED) of the electrodialysis equipment to remove chlorine ion and sodium ion by a salt concentration tank, and calcium ion and magnesium ion are concentrated in the hardness concentration tank, Producing a mineral enriched desalted water having a content ratio (magnesium + calcium) / sodium of not less than 1.0,

5) 상기 4)의 염소이온과 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 상기 1)의 역삼투 (RO) 탈염수로 희석하면 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온을 만족하면서 경도 1,000 mg/L 이상의 고경도수를 제조하는 단계로 이루어지고,5) When the concentrated mineral water from which the chlorine ion and the sulfate ion are removed in the above 4) is diluted with the reverse osmosis (RO) demineralized water of the above 1), it is possible to satisfy the water quality standards of chlorine and sulfate, Or more of the high-hardness water,

상기 1) 단계의 해양심층수의 전처리는 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과를 통해 수행되며, 1) 단계의 역삼투막 (RO)을 이용하여 농축수와 탈염수를 생산하는 공정 이외에 1차 RO 탈염수을 2차 RO 막을 통과시켜 경도 1 mg/L이하의 초순수를 생산할 수 있으며, 2)단계에서 생산된 미네랄농축수를 1단 또는 3단의 NF막을 통과시켜 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 생산할 수 있으며, 4) 단계의 염분 농축조에 해양심층수 원수 또는 역삼투 탈염수를 사용하는 것을 특징으로 한다.The pretreatment of the deep seawater in step 1) is carried out through sand filtration, rapid filtration membrane, microfiltration (MF), immersion membrane filter (SMF) and ultra filtration (UF) filtration. In addition to the process of producing concentrated water and desalted water, it is possible to produce ultrapure water having a hardness of less than 1 mg / L by passing the primary RO desalted water through a secondary RO membrane. In addition, the mineral concentrated water produced in the step 2) The membrane is able to produce mineral concentrated water from which sulfuric acid ions have been removed by passing through the membrane, and the deep sea water or reverse osmosis desalted water is used in the salt concentration tank of step 4).

또한 상기 2) 단계에서 나노여과막(NF) 3기를 사용하는 대신 나노여과막(NF)을 2기 또는 1기를 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, in step 2), two or one group of the nanofiltration membrane (NF) may be used instead of the group of the nanofiltration membrane (NF) group.

이와 같은 본 발명의 연계공정에 따라, 나노여과막을 이용하여 마그네슘과 칼슘과 같은 경도 성분을 농축하고 황산이온을 제거할 수 있으며, 전기투석막을 이용하여 경도농축수에서 나트륨이온과 염소이온 성분을 분리제거하여 경도농도 12,600 mg/L, 염소이온 농도 2,446 mg/L이하, 황산이온 2,500 mg/L 이하의 염소이온과 황산이온 성분이 제거된 먹는물 수질기준에 적합한 고경도 먹는 물을 제조할 수 있다. According to the coupling process of the present invention, nanofiltration membranes can be used to concentrate hardness components such as magnesium and calcium, to remove sulfate ions, and to separate sodium ions and chlorine ions from hardness concentrated water using an electrodialysis membrane It is possible to produce high-hardness food which meets the water quality standard of elimination of chlorine ion and sulfate ion component with hardness concentration of 12,600 mg / L, chlorine ion concentration of 2,446 mg / L or less and sulfuric acid ion of 2,500 mg / L or less .

이러한 고경도수를 역삼투막을 이용하여 용존물질이 모두 제거된 2차 RO 생산수로 10배 희석하면 염소이온 농도 244 mg/L, 황산이온 250 mg/L 이하로 먹는물 수질기준에 적합하면서 경도농도 1,200 mg/L 인 고경도 수를 제조하는 기술이다.
When diluted 10 times with high RO water produced by removing all the dissolved materials by using reverse osmosis membrane, it is suitable to meet the water quality standard of water to be used with 244 mg / L of chloride ion and 250 mg / L of sulfate ion. It is a technology to produce high hardness water with 1,200 mg / L.

기존의 기술로는 경도 농도가 높아짐에 따라 염소이온과 황산이온의 농도가 같이 높아지기 때문에 경도 400이상에서는 염소이온과 황산이온의 농도가 먹는 물 수질기준인 250 mg/L을 초과하게 된다. 본 발명의 연계공정에 따라, 나노여과막을 이용하여 마그네슘과 칼슘과 같은 경도 성분을 농축하고 황산이온을 제거할 수 있으며, 전기투석막을 이용하여 경도농축수에서 나트륨이온과 염소이온 성분을 분리제거한 미네랄 농축수를 역삼투막을 이용하여 용존물질이 모두 제거된 2차 RO 생산수로 10배 희석하면 염소이온 농도 244 mg/L이하, 황산이온 250 mg/L 이하 로 먹는물 수질기준에 적합하면서 경도농도 1,200 mg/L 인 고경도 수 제조하는 기술을 개발함으로서 미네랄보충이 필요한 국민에게 미네랄보충용 고경도 먹는 물을 제공할 수 있다. With the existing technology, as the hardness concentration increases, the concentration of chlorine ion and sulfate ion increases so that the concentration of chlorine ion and sulfate ion exceeds 250 mg / L, which is the water quality of water, at hardness higher than 400. According to the coupling process of the present invention, it is possible to concentrate hardness components such as magnesium and calcium by using a nanofiltration membrane, to remove sulfate ions, and to separate minerals such as sodium ions and chlorine ions from hardness- When the concentrated water is diluted 10 times with the second RO produced water which has been completely dissolved by the reverse osmosis membrane, the chlorine ion concentration is less than 244 mg / L and the sulfate ion is less than 250 mg / L. mg / L, it is possible to provide hard water for mineral supplement to the people who need mineral supplement.

본 발명은 나노필터(NF), 역삼투막(RO), 전기투석법(ED)을 동시 연속적으로 사용하여 해수(해양심층수)을 이용하여 고경도 먹는물을 제조하는 과정에서 해수(해양심층수)로 부터 유용 미네랄인 칼륨, 마그네슘 등과 염소이온 및 황산이온을 저비용의 에너지로 효과적으로 분리하여 먹는 물 수질기준에 적합한 고경도수의 제조가 가능하고, 이 과정 중 소모되는 에너지를 줄일 수 있다. The present invention relates to a method for producing high-purity water using seawater (deep sea water) by simultaneously using a nanofilter (NF), reverse osmosis membrane (RO) and electrodialysis (ED) It is possible to manufacture high-hardness water suitable for the water quality standard for eating and drinking effective minerals such as potassium and magnesium and low-cost energy of chlorine ion and sulfate ion, and energy consumed in the process can be reduced.

고경도 먹는물 제조에 있어서 순도가 높은 유용 미네랄을 포함하는 다양한 제품의 미네랄원료를 해수에서 효율적으로 생산하고, 해양심층수 처리수(탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수, 함수)를 동시에 대량 생산하면서 칼슘과 마그네슘 미네랄 추출물을 생산할 수 있는 효과가 있다. 해수(해양심층수)의 담수화 과정에서 널리 쓰이는 역삼투법(RO)의 문제점을 극복할 수 있는 공정연계 시스템으로, 추가적으로 처리 공정을 도입하지 않고, 해양심층수 처리수를 효율적으로 생산하는 것이 가능하다.
It is possible to efficiently produce mineral raw materials of various products including useful minerals with high purity in manufacturing high hardness water in seawater and to produce deep sea water (desalted water, concentrated water, mineral desalted water, mineral concentrated water, It has the effect of producing calcium and magnesium mineral extracts while producing. It is a process linkage system that can overcome the problems of reverse osmosis (RO), which is widely used in the desalination process of seawater (deep sea water), and it is possible to efficiently produce the deep seawater treated water without introducing additional treatment process.

도 1은 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해수(해양심층수)로부터 고경도 먹는물 제조방법의 전체 공정도를 나타낸다.(역삼투막 (RO)은 경도 1 mg/L이하의 순수 (탈염수)와 염 농축수를 제조하고, NF막은 해수(해양심층수) 또는 RO 염농축수를 이용하여 미네랄농축수를 제조하여 황산이온을 제거하고, 이를 ED 막을 이용하여 나트륨이온과 염소이온이 제거하여 탈염된 미네랄농축수를 제조한다. 이 탈염 미네랄농축수를 RO 탈염수와 희석하여 수질기준에 적합한 경도 1000 mg/L 이상의 고경도 먹는 물을 제조한다.)
도 2는 NF 막과 RO막 해수담수화 시스템의 사진을 나타낸다.
도 3은 전기투석 (ED) 시스템의 사진을 나타낸다.
도 4는 NF 막 분리 성능 결과를 나타낸다.
도 5는 전기전도도에 따른 경도농축조와 염분농축조에서의 1가 이온인 나트륨과 2가 이온인 마그네슘의 농도 변화 결과를 나타낸다.
도 6은 막 분리 공정에 따른 경도/염소 비율 결과를 나타낸다 (RO prod. W (RO production water), RO Conc. W (RO concentration water), 1st NF Conc. W (1st NF concentration water), NF 2nd Conc. W (2nd NF concentration water), NF 3rd Conc. W (3rd NF concentration water), ED Hardness (ED Hardness concentration water), NF/ED Hardness W. (NF/ED Hardness water), RO/NF/ED Hardness W (RO/NF/ED process Hardness pot Water)).
Figure 1 shows an overall process diagram of a method for producing high-hardness water from seawater (deep sea water) using an NF / RO / ED membrane coupling system. (Reverse osmosis membrane RO is a water- The NF membrane was prepared by using concentrated water of sea water (deep ocean water) or RO salt to remove sulfate ions, and the ED membrane was used to remove sodium ions and chlorine ions, This diluted mineral water is diluted with RO demineralized water to produce a hard water having a hardness of at least 1000 mg / L which is suitable for water quality standards.)
Figure 2 shows a photograph of a NF membrane and RO membrane seawater desalination system.
Figure 3 shows a photograph of an electrodialysis (ED) system.
Figure 4 shows the NF membrane separation performance results.
FIG. 5 shows the results of concentration changes of monovalent ions of sodium and bivalent ions of magnesium in the hardness concentration tank and the salt concentration tank according to the electric conductivity.
6 shows a hardness / chlorine ratio results according to the membrane separation process (RO prod. W (RO production water), RO Conc. W (RO concentration water), 1 st NF Conc. W (1 st NF concentration water), NF 2nd Conc. W (2 nd NF concentration water), NF 3rd Conc. W (3 rd NF concentration water), ED Hardness (ED Hardness concentration water), NF / ED Hardness W. (NF / ED Hardness water), RO / NF / ED Hardness W (RO / NF / ED process Hardness Pot Water)).

이하, 본 발명에 따른 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수로부터 미네랄 추출 제조공정과 먹는 물 수질기준에 적합한 고경도 먹는 물 제조에 관련한 실시 예 및 결과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view illustrating a process for producing a mineral extract from a deep sea water treated with an NF / RO / ED membrane according to an embodiment of the present invention; The following is an explanation.

I. 해양심층수 처리수 제조 공정 및 시스템 구성I. Deep sea water treatment process and system composition

1. 나노여과막-역삼투막-전기투석막 연계 고경도 먹는 물 제조 공정1. Nanofiltration membrane - Reverse osmosis membrane - Electrodialysis membrane connection

본 발명은 해수(해양심층수 원수 또는 농축수) 담수화 과정 중 황산이온과 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘은 잔존 시키는 미네랄 수질 조정 기술로 기존 담수화방법 (증발법, 역삼투법(RO) 등)의 문제점을 극복하는 방법으로, 도 1에 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해수처리수로부터 미네랄 추출물 제조하여 먹는물 수질 기준을 만족하는 고경도 먹는물 제조 방법의 전체공정도를 나타내었다. The present invention relates to an existing desalination method (evaporation method, reverse osmosis (RO), etc.) by adjusting mineral water quality which removes sulfuric acid ion and chlorine ion during the seawater desalination process (deep seawater raw water or concentrated water) and magnesium, FIG. 1 is a flow chart of a method of manufacturing a high-hardness food according to the present invention, which comprises preparing a mineral extract from seawater-treated water using an NF / RO / ED membrane coupling system.

해수 또는 해양심층수를 이용하여 미네랄농축수를 제조하고, 먹는물 수질기준에 적합한 고경도 먹는물의 제조 공정은 다음과 같이 이루어진다. Mineral water is produced by using seawater or deep seawater and the production process of high hardness water suitable for water quality standards is as follows.

1) 해수(해양심층수)를 MF (Micro filteration)막을 이용하여 전처리 한 후 1차 또는 2차로 역삼투막 (RO)에 통과시켜 농축수 (Concentrated deep seawater)와 탈염수(desalted deep seawater)를 제조하는 단계, 1) Pre-treatment of seawater (deep sea water) using MF (micro filteration) membrane and then passing it through RO membrane (primary or secondary) to produce concentrated deep seawater and desalted deep seawater,

2) 해수(해양심층수)를 전처리 한 후 나노여과막 (NF) 3기를 2차 또는 3차 순환 사용하여 칼슘과 마그네슘 이온은 농축되는 반면, 염소 이온과 나트륨은 30-60% 제거된 미네랄 농축수 (Mineral enriched deep seawater)를 제조하는 단계 2) After pretreatment of seawater (deep sea water), calcium and magnesium ions are concentrated by using 2nd or 3rd circulation of NF membrane (3F), while chloride ion and sodium are concentrated 30-60% Mineral enriched deep seawater

3) 상기 2)의 미네랄농축수를 나노필터 (NF) 또는 한외여과막 (UF) 또는 음이온교환수지를 통과시켜 칼슘이온과 마그네슘 이온은 잔존시키면서 Sulfate가 제거된 미네랄농축수를 제조하는 단계, 3) passing the concentrated mineral water of 2) through a nanofilter (NF) or an ultrafiltration membrane (UF) or an anion exchange resin to produce a mineral concentrated water in which sulfate and magnesium ions are remained,

4) 상기 3)의 미네랄농축수를 전기투석장비의 전기투석 이온교환막(ED)을 가동하여, 염분 농축조로 염소이온과 나트륨이온을 제거하는 동시에, 경도농축조에는 칼슘이온과 마그네슘이온이 농축되어 미네랄 함량 비((마그네슘+칼슘)/나트륨)가 1.0 이상인 탈염된 미네랄농축수 (Mineral enriched desalted water)를 제조하는 단계, 4) The mineral-concentrated water of the above 3) is activated by the electrodialysis ion exchange membrane (ED) of the electrodialysis equipment to remove chlorine ion and sodium ion by a salt concentration tank, and calcium ion and magnesium ion are concentrated in the hardness concentration tank, Preparing a mineral enriched desalted water having a content ratio ((magnesium + calcium) / sodium) of 1.0 or more,

5) 상기 4)의 염소이온과 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 상기 1)의 역삼투 (RO) 탈염수로 희석하면 먹는물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온을 만족하면서 경도 1,000 mg/L 이상의 고경도수를 제조하는 단계로 이루어지며,5) When the concentrated mineral water from which the chlorine ion and the sulfate ion are removed in the above 4) is diluted with the reverse osmosis (RO) demineralized water of the above 1), it is possible to satisfy the water quality standards of chlorine and sulfate, Or more of the high-hardness water,

상기 1) 단계의 해양심층수의 전처리는 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과를 통해 수행되며, 1) 단계의 역삼투막 (RO)을 이용하여 농축수와 탈염수를 생산하는 공정 이외에 1차 RO 탈염수을 2차 RO 막을 통과시켜 경도 1 mg/L이하의 초순수를 생산할 수 있으며, 2)단계에서 생산된 미네랄농축수를 1단 또는 3단의 NF막을 통과시켜 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 생산할 수 있으며, 4) 단계의 염분 농축조에 해양심층수 원수 또는 역삼투 탈염수를 사용하는 것을 특징으로 한다.The pretreatment of the deep seawater in step 1) is carried out through sand filtration, rapid filtration membrane, microfiltration (MF), immersion membrane filter (SMF) and ultra filtration (UF) filtration. In addition to the process of producing concentrated water and desalted water, it is possible to produce ultrapure water having a hardness of less than 1 mg / L by passing the primary RO desalted water through a secondary RO membrane. In addition, the mineral concentrated water produced in the step 2) The membrane is able to produce mineral concentrated water from which sulfuric acid ions have been removed by passing through the membrane, and the deep sea water or reverse osmosis desalted water is used in the salt concentration tank of step 4).

또한 상기 2) 단계에서 나노여과막(NF) 3기를 사용하는 대신 나노여과막(NF)을 2기 또는 1기를 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
In addition, in step 2), two or one group of the nanofiltration membrane (NF) may be used instead of the group of the nanofiltration membrane (NF) group.

본 발명에서 해양심층수 처리수 제조 과정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. In the present invention, the process for producing deep-sea water treated in the ocean will be described in more detail as follows.

전체 공정은 해수(해양심층수)를 전처리(모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 등으로 여과 한 해양심층수 (원수) 또는 RO(역삼투막) 생산수를 전기투석막(Electro-dialysis)장치의 염분 농축조에 넣고, 3단 NF막 (Nano filteration)를 통한 NF 3차 미네랄농축수를 한외여과막 (UF) 또는 음이온교환수지 또는 NF 막을 통과시켜 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 ED (전기투석막) 장치의 경도 농축조에 넣은 후, ED (전기투석막) 장치에 20~25 mS/cm 의 전기전도도를 투입하여 가동시키면, 염분 농축조로 염소이온과 나트륨 이온이 제거되고 경도 농축조에는 탈염된 미네랄농축수가 생성되어 미네랄 함량이 해수보다 높으며 (마그네슘+칼슘)/나트륨 의 비가 1.0 이상인 탈염 미네랄농축수를 제조하는 방법이다. The entire process is the production of deep sea water (raw water) or RO (reverse osmosis membrane) filtered by pretreatment (sand filtration, rapid filtration membrane, MF filter, SMF membrane filter and UF filter) The water was placed in a salt concentration tank of an electrodialysis apparatus and the concentrated water of NF tertiary mineral through Nano filtration was passed through an ultrafiltration membrane (UF) or an anion exchange resin or an NF membrane, When the removed mineral concentrated water is put into a hardness concentration tank of an ED (electrodialysis membrane) apparatus and then an electric conductivity of 20 to 25 mS / cm is applied to the ED (electrodialysis membrane) apparatus, the chloride concentration and the sodium ion (Magnesium + calcium) / sodium ratio of not less than 1.0 is produced in the hardness concentrating tank, in which concentrated mineral water is produced, and mineral content is higher than seawater.

전처리 과정 중 나노필터(NF) 또는 음이온교환수지 또는 한외여과막 (UF)을 통과한 생산 수에서는 황산이온 (SO4 2-)이 98% 이상 제거된다. 나노필터(NF)막은 나트륨칼륨, 염소이온 등 1가 이온들은 80%이상 투과하지만, 원수 중 마그네슘과 칼슘 이온과 황산이온들은 NF막을 통과하는 과정 중 60%가 NF막을 통과하지 못하고 농축수에 농축된다. During the pretreatment process, more than 98% of sulfate ions (SO 4 2- ) are removed from the water produced through the NF, NF or UF. The NF membrane permeates more than 80% of monovalent ions such as sodium potassium and chloride ions. However, magnesium, calcium ions and sulfate ions in raw water do not pass through the NF membrane during the passage through the NF membrane, do.

나노필터(NF) 막을 이용하여 생산된 미네랄농축수에서 마그네슘, 칼슘과 황산이온 등 2가 이온들은 NF막을 통과하는 과정 중 60%가 NF막을 통과하지 못하고 농축수에 농축되므로 NF 농축수를 3회에 걸쳐 나노필터(NF)로 여과하면 칼슘, 마그네슘과 황산이온이 원수에 비하여 농축된 미네랄농축수를 생산 할 수 있다. In the mineral condensed water produced by the NF membrane, 60% of the divalent ions such as magnesium, calcium, and sulfate ions pass through the NF membrane, but they can not pass through the NF membrane and are concentrated in the concentrated water. (NF), calcium, magnesium and sulfate ions can produce concentrated mineral water, compared to the raw water.

기존의 공정인 역삼투막 공정은 간단하기는 하지만 농축수 중 경도(미네랄)성분의 비율 ((Ca+Mg)/Na)이 낮고 농축수 중의 염소이온(Cl-)과 황산이온 (SO4 2-)이 분리되지 않는 문제가 있었다. 전기투석막 공정 (ED)은 농축수의 염분 농도를 역삼투막 공정에 비하여 높일 수 있으나, 경도 농축조에 황산이온 (SO4 2-)이 제거되지 않으며, 경도성분 미네랄 중 칼슘과 마그네슘 이온의 분리가 되지 않는 문제가 있었다. The conventional reverse osmosis membrane process, the process is simple, but to the ratio of hardness (mineral) components of the concentrated ((Ca + Mg) / Na) is low chloride ion concentration in water (Cl -) and sulfate ions (SO 4 2-) There was a problem in which it could not be separated. The electrodialysis process (ED) can increase the salinity concentration of the concentrated water compared to the reverse osmosis membrane process, but the sulfate ion (SO 4 2- ) is not removed in the hardness concentration tank and the calcium and magnesium ions in the hardness component minerals There was a problem.

이 둘의 문제점을 해결하고 생산수율을 높이기 위하여 나노필터막 (NF) - 역삼투막 (RO) - 전기투석막 (ED) 공정을 복합적으로 결합하여, 1차로 역삼투막(RO) 공정을 통해 고순도의 생산수와 7% 이상 염분농도를 가진 농축수를 제조하고, 2차로 나노필터막 (NF)을 통하여 칼슘과 마그네슘이 나트륨에 비하여 상대적으로 많이 농축된 1차 미네랄농축수를 얻고, 3차로 나노필터막 (NF) 또는 한외여과막 (UF) 또는 음이온교환수지를 이용하여 황산이온(SO4 2-)이 제거된 생산수를 제조하며, 3차로 전기투석막(ED) 공정을 통해 나트륨과 염소이온(Cl-)가 제거되고 칼슘과 마그네슘 등이 농축된 탈염 미네랄농축수를 제조하였다.In order to solve both problems and increase the production yield, it is possible to combine the nanofilter membrane (NF) - reverse osmosis membrane (RO) - electrodialysis membrane (ED) A concentrated water having a salinity of 7% or more was prepared and a primary mineral-enriched water with a relatively higher concentration of calcium and magnesium than sodium was obtained through a secondary nanofilter membrane (NF), and a tertiary nanofiltration membrane (NF ) Or ultrafiltration membrane (UF) or anion exchange resin to produce sulfate water (SO 4 2- ). Thirdly, sodium and chlorine ions (Cl -) are removed through electrodialysis And concentrated and enriched with calcium and magnesium.

황산이온(SO4 2-)이 얼마나 적은가 여부와 나트륨이온과 염소이온 제거, 그리고 칼륨, 칼슘, 마그네슘의 함량 균형 여부에 따라 제조된 물의 품질이 달려있다. 기존의 RO공정에 NF, UF, 이온교환수지 공정과 ED공정을 연계함으로써 황 성분이 획기적으로 감소된 미네랄 고농축수를 제조할 수 있었으며, 추가적으로 ED공정을 통하여 나트륨이온과 염소이온 성분을 제거하여 유해인자를 제거하고 고농도의 미네랄 농축수를 제조 할 수 있었다.
The quality of the water produced depends on how small the amount of sulfate (SO 4 2- ) is, how to remove sodium and chloride ions, and how much potassium, calcium and magnesium are balanced. By combining NF, UF, and ion exchange resin process with ED process in existing RO process, it was possible to produce mineral water with drastically reduced sulfur content. In addition, sodium ion and chlorine ion component are removed through ED process, The factor could be removed and a high concentration of mineral concentrated water could be produced.

2. NF 막과 RO막 해수담수화 시스템의 구성2. Composition of NF membrane and RO membrane seawater desalination system

본 발명에서 사용한 NF 막과 RO막 해수담수화 시스템의 구성은 도 2와 같다. NF-RO 수질조정 해수담수화 시스템은 3 m3/일 생산 규모의 나노 및 역삼투압방식 해수담수화 시스템을 설치하여 미네랄농축수를 제조하였다. NF-RO 해수담수화 시스템은 공급펌프 2기, 전처리필터 4기, 고압펌프 1기, 나노여과모듈 3기, 역삼투막모듈 3기와 미네랄 수질 조정 수 탱크 4기 등으로 구성 되어 있다. NF 막에서 Ca2+과 Mg2+ 이온은 약 30-60% 제거율을 보인 반면, SO4 2- 이온은 98% 제거 특성을 보였으며, Na, K, Cl 이온은 97%의 투과율을 보였다. NF-RO 연속 공정으로 생산된 미네랄농축수의 총 용존물질 (TDS)는 원수에 비하여 5배까지 농축할 수 있었다. The structure of the NF membrane and RO membrane seawater desalination system used in the present invention is shown in FIG. NF-RO water quality control The seawater desalination system has installed a 3 m 3 / day nano- and reverse osmotic seawater desalination system to produce mineral-enriched water. The NF-RO seawater desalination system consists of two supply pumps, four pretreatment filters, one high-pressure pump, three nano filtration modules, three reverse osmosis membrane modules, and four mineral water conditioning water tanks. In the NF membrane, Ca 2+ and Mg 2+ ions showed about 30-60% removal, while SO 4 2- ion showed 98% removal, and Na, K, and Cl ions showed 97% transmission. The total dissolved solids (TDS) of the mineral-concentrated water produced by the NF-RO continuous process could be concentrated up to 5 times that of the raw water.

전기투석막 (ED)을 이용한 미네랄분리 특성은 Ca2+과 Mg2+ 는 경도 농축조에 농축되고 나트륨이온과 염소이온은 염분농축조에 농축되는 분리 특성을 보였다. 따라서 NF-RO-ED 연계 미네랄 수질조정 해수담수화 공정은 고압 3단 NF농축수와 ED을 사용하여 황산이온과 염소이온이 먹는물 수질기준을 충족하는 고경도 (경도 약 1,200) 수의 생산이 가능하며, 다양한 수질을 특성을 가지는 해양심층수 처리수 (탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수, 함수, 미네랄추출물)의 제조도 가능한 시스템이다.
Mineral separation characteristics using electrodialysis membrane (ED) showed that Ca 2+ and Mg 2+ were concentrated in the hardness concentration tank, and sodium ions and chloride ions were concentrated in the salt concentration tank. Therefore, it is possible to produce high hardness (hardness of about 1,200) that meets water quality standard of sulfate ion and chlorine ion by using high-pressure three-stage NF concentrated water and ED in the NF-RO-ED linked mineral water adjustment desalination desalination process It is also possible to manufacture deep sea water (deionized water, concentrated water, mineral deionized water, mineral concentrated water, water, mineral extract) having various water quality characteristics.

3. 해양심층수 처리수 수질 분석 방법3. Analysis method of water quality of deep sea water

고경도 먹는 물의 수질분석 방법은 표 1에 나타냈다. 총 용존물질 (TDS), 전도도 (Conductivity), 염분도 (Salinity)와 수소이온농도 (pH)는 METTLER TOLEDO사의 휴대용 분석기기 Seven Multi meter로 측정하였다. 경도 (Hardness)는 Standard method에 의거하여 EDTA 적정법으로 측정하였다. Table 1 shows the method of analyzing the water quality of hard water. Total dissolved matter (TDS), conductivity, salinity and pH were measured with a portable analyzer Seven Multi meter from METTLER TOLEDO. The hardness was measured by the EDTA titration method according to the standard method.

해양심층수 처리수의 수질분석 방법Method of analysis of water quality of deep sea water ItemsItems Analytical instruments and mothedAnalytical instruments and mothed TDS, Conductivity, Salinity, pHTDS, Conductivity, Salinity, pH METTLER TOLEDO Seven Multi meterMETTLER TOLEDO Seven Multi meter HardnessHardness EDTA titrationEDTA titration Cation:
(Na, Mg, Ca, K)
Cation:
(Na, Mg, Ca, K)
IC (Ion Chromatography)
- model : Cation - ICS-1000, Thermoscientific,
- Cation Column : IonPac CS12A,
IC (Ion Chromatography)
- model: Cation - ICS-1000, Thermoscientific,
- Cation Column: IonPac CS12A,
Anion
(Cl, SO4 2-)
Anion
(Cl, SO 4 2-)
IC (Ion Chromatography)
- model : ICS-1100, Thermoscientific
- Anion Column : IonPac AS14
IC (Ion Chromatography)
- model: ICS-1100, Thermoscientific
- Anion Column: IonPac AS14

나트륨, 마그네슘, 칼슘과 칼륨과 같은 양이온은 Thermoscientific사의 양이온 칼럼 IonPac CS12A을 이용한 이온크로마토그래프로 분석하였으며, 염소이온과 황산이온과 같은 음이온은 Thermoscientific사의 음이온 칼럼 IonPac AS14을 이용한 이온크로마토그래프 분석법으로 분석하였다.
Cations such as sodium, magnesium, calcium and potassium were analyzed by ion chromatography using a cation column IonPac CS12A from Thermoscientific, and anions such as chloride ion and sulfate ion were analyzed by ion chromatographic analysis using anion column IonPac AS14 from Thermoscientific .

II. 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 전기투석막(ED) 단위공정의 시스템 특성II. System characteristics of reverse osmosis membrane (RO), nanofiltration membrane (NF), electrodialysis membrane (ED) unit process

1. 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 전기투석막(ED) 시스템 특성1. Characteristics of reverse osmosis membrane (RO), nanofiltration membrane (NF), electrodialysis membrane (ED) system

역삼투막을 이용하여 초순수를 만들 수 있는 대표적인 방법을 표 2에 나타냈다. 1차 역삼투 (RO)시스템 공정은 Toray사의 역삼투막 SU810을 3단으로 사용하여 압력 50 kgf/cm2 로 해양심층수 원수를 농축수와 생산수 (탈염수)로 분리했다. Toray사 역삼투막은 와권형으로 압력 50 kgf/cm2과 3.5% 해수 조건에서 평균 염제거율은 99.75 %이며, 평균 투과 수량은 4.0 m3/d 이다. 2차 역삼투 (RO)시스템 공정은 압력 20 kgf/cm2 로 1차 역삼투막의 생산수를 공급수로 공급하여 재차 Toray사의 역삼투막 SU810 3단을 통과시켜 초순수에 가까운 2차 생산수 (탈염수)을 생산하였다. 이때의 누적 회수율은 60% 이었다(표 2).Table 2 shows typical methods of preparing ultrapure water using a reverse osmosis membrane. The primary reverse osmosis (RO) system process uses Toray's reverse osmosis membrane SU810 in three stages and separates the deep seawater from the deep seawater at a pressure of 50 kgf / cm 2 into concentrated water and deionized water. The average salt removal rate is 99.75% at the pressure of 50 kgf / cm 2 and 3.5% sea water, and the average permeate yield is 4.0 m 3 / d. The second reverse osmosis (RO) system process feeds the production water of the first reverse osmosis membrane to the feed water at a pressure of 20 kgf / cm 2 , passes through the third stage of the reverse osmosis membrane SU810 of the Toray Company to produce secondary production water (desalted water) Respectively. The cumulative recovery rate at this time was 60% (Table 2).

나노여과 (NF)시스템 공정에서는 Toray사의 NF 막인 SU610 멤브레인 막을 3단으로 사용하였다. 실험에 사용한 NF막은 압력 3.57 kg/cm2과 NaCl 500 mg/l 농도의 공급수 조건에서 평균 염 제거율이 55%, 투과 수량은 4.5 m3/d인 사양을 가진 막이다. 본 연구에서는 압력 20 kgf/cm2 의 조건으로 해양심층수를 3단 NF막을 사용하여 1차 처리하여 1차 미네랄 농축수와 생산수 (미네랄탈염수)를 분리하였으며, 생산된 미네랄농축수를 재차 3단 NF막을 통과시켜 2차 미네랄농축수와 미네랄탈염수를 얻었다. 2회에 걸쳐 NF 3막을 해양심층수를 처리하였을 때 회수율이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. In the nano filtration (NF) system process, the membrane of NF membrane SU610 (Toray) was used in three stages. The NF membranes used in this experiment are membranes with specifications of average salt removal rate of 55% and permeate flow rate of 4.5 m 3 / d under feed water conditions of 3.57 kg / cm 2 and NaCl 500 mg / l. In this study, deep seawater was treated at a pressure of 20 kgf / cm 2 using a three - stage NF membrane to separate primary mineral - enriched water and mineral water (mineral mineral water) NF membrane to obtain secondary mineral-enriched water and mineral demineralized water. The recovery rate of NF 3 membrane was increased when deep sea water was treated twice.

전기투석(ED) 시스템은 도 3에 나타냈다. 전기투석장치 (ED)는 batch식 장치로서 전기투석조, 염분농축조, 경도성분농축조 및 전극액조로 구성되어 있다. 이 장치는 일본 아스톰사의 Micro Acilyzer O2를 사용하였다. 전기투석 시스템은 전기투석조에 해양심층수 원수, 농축수 또는 미네랄농축수을 넣고, 염분농축조에는 RO 생산수 (탈염수) 또는 해양심층수 원수를 넣어 ED 시스템 공정의 시험대상으로 하였다. An electrodialysis (ED) system is shown in FIG. The electrodialysis unit (ED) is a batch type unit comprising an electrodialysis unit, a salt concentration unit, a hardness component concentration unit and an electrode solution unit. This device uses Micro Acilyzer O2 from Astrom Corporation of Japan. In the electrodialysis system, deep seawater, concentrated water, or mineral concentrated water was added to the electrodialysis bath and RO production water (desalted water) or deep sea water was added to the saline concentration tank.

ED시스템 공정은 Electrolyte (0.1N NaNO3), Conductivity (20~25 mS/cm) 조건을 사용하여 염분 농축조와 경도농축조에 각각 서로 다른 해양심층수 처리수를 넣고 테스트를 진행하였다. 그리고 전기투석(ED) 원수를 성분 분석하여 비교 데이터로 활용하였다.
ED system process was conducted by using different electrolytic treatment (0.1N NaNO 3 ) and Conductivity (20 ~ 25 mS / cm). Then, the electrodialysis (ED) raw water was used as the comparative data.

2. 나노여과막(NF), 역삼투막(RO) 단위공정의 미네랄 분리 특성2. Mineral separation characteristics of NF membrane and RO membrane

해양심층수 원수를 사용하여 3단 모듈 역삼투막 (RO막: Toray SU-810)으로 1회 처리한 생산수와 농축수의 수질과, 3단 모듈 나노필터막 (NF막: Toray SU-610)으로 2회 처리한 생산수와 미네랄농축수의 수질 그리고 전기투석막 (일본 아스톰사의 Micro Acilyzer O2)으로 해양심층수 원수를 처리한 탈염미네랄농축수 (경도성분 농축)와 염분농축수의 각각의 수질 (총용존물질 (TDS), 경도 (Hardness), 염소농도)은 각각 표 2, 표 3 및 표 4에 나타냈다. (NF membrane: Toray SU-610) was used for the production of water and concentrated water using a three-stage module reverse osmosis membrane (RO membrane: Toray SU-810) (Water content of mineral water) and mineral water (water content of minerals concentrated water) and mineral water (mineral acid concentrated water) treated with deep seawater raw water by electrodialysis membrane (Micro Acilyzer O2 of Japan Astrom Inc.) (TDS), hardness, and chlorine concentration) are shown in Tables 2, 3 and 4, respectively.

시험에 사용한 해양심층수 원수의 수질은 총 용존물질농도 34,250 mg/L, 경도 6,400 mg/L, 염소이온 농도 (Cl-) 18,789 mg/L 이었으며, 경도/TDS 비는 0.187, 경도/Cl- 비는 0.341 그리고 TDS/Cl-비는 1.823으로 측정 되었다 (표 2). 위와 같은 결과는 해양심층수 중 염분농도가 34 ‰으로 총 용존물질 (TDS)농도와 유사하였으며, 해양심층수 원수 중 측정된 마그네슘 이온의 농도 (1,248 mg/L)와 칼슘이온 농도 (402 mg/L)로부터 탄산칼슘으로 환산한 경도값을 다음 식에 의하여 계산하였다 (Lenore S. C et. al., 1998)
Water quality of raw water deep seawater used for the test was a total dissolved solid concentrations 34,250 mg / L, hardness of 6,400 mg / L, chlorine ion concentration (Cl -) was 18,789 mg / L, hardness / TDS ratio is 0.187, the hardness / Cl- ratio 0.341 and the TDS / Cl - ratio was measured as 1.823 (Table 2). The concentration of magnesium ion (1,248 mg / L) and the concentration of calcium ion (402 mg / L) in seawater deep seawater were similar to those of total dissolved solute (TDS) (Lenore S. C et al., 1998) were used to calculate the hardness value in terms of calcium carbonate,

Hardness as calcium carbonate (mg/L) = 2.497 x [Ca] + 4.119 x [Mg]
Hardness as calcium carbonate (mg / L) = 2.497 x [Ca] + 4.119 x [Mg]

위의 식에 의하여 계산된 탄산칼슘 환산 경도 값은 6,143 mg/L로 EDTA 적정에 의하여 측정한 경도값과 유사하였다. 총 용존물질 중 염소이온의 비율은 54.8 %로 총 용존물질 중 염소이온 비율이 과반을 차지하고 있다. 한편, 칼슘과 마그네슘에 의한 경도 농도는 총 용존물질 중 18.7%만을 차지하고 있으며, 염소이온 농도와 비교하여도 34 % 만을 차지하고 있어 해양심층수 원수에서 경도농도는 염소이온이나 나트륨 이온이 비하여 적었다. Calcium carbonate equivalent hardness value calculated by the above equation is 6,143 mg / L, which is similar to the hardness value measured by EDTA titration. The ratio of chlorine ion in the total dissolved matter is 54.8%, and the proportion of chlorine ion in the total dissolved matter is over half. On the other hand, hardness concentration due to calcium and magnesium accounted for only 18.7% of the total dissolved matter, and only 34% of the concentration of chlorine ion was contained. Therefore, the hardness concentration in deep seawater was lower than that of chloride ion or sodium ion.

3단 모듈의 역삼투막을 통과한 생산수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 162 mg/L, 경도가 20 mg/L, 염소이온 농도가 88 mg/L 이었다. 또한 경도/TDS 비는 0.122, 경도/Cl 비는 0.226, TDS/Cl 비는 1.846으로 측정되었다 (표 2). 해양심층수 원수가 역삼투막 (RO막)통과하는 과정 중에 총 용존물질 중 99.5%, 경도 성분도 99.7 %, 염소이온도 99.5 %가 제거되었다. 또한 경도/TDS 비, 경도/Cl 비와 TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비 그리고 TDS/Cl 비와 유사하였다. 따라서, 역삼투막 (RO 막)은 해수 용존물질 중 99.5 %를 제거할 수 있으며, 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분이 총 용존물질 또는 염소이온과 분리되어 제거되지 않았다. 또한 역삼투막을 통과한 생산수 (탈염수)는 먹는 해양심층수 수질기준을 충족하였다. The TDS concentration was 162 mg / L, the hardness was 20 mg / L and the chlorine ion concentration was 88 mg / L. The hardness / TDS ratio was 0.122, the hardness / Cl ratio was 0.226, and the TDS / Cl ratio was 1.846 (Table 2). 99.5% of total dissolved matter, 99.7% of hardness component and 99.5% of chlorine ion were removed during the process of passing the deep sea water through the reverse osmosis membrane (RO membrane). The hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio were similar to the hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio in deep seawater. Therefore, the reverse osmosis membrane (RO membrane) can remove 99.5% of seawater dissolved substances, and the hardness component composed of divalent dissolved ions can not be separated from total dissolved matter or chlorine ion. The production water (desalted water) passing through the reverse osmosis membrane also met the water quality standard of deep ocean water to eat.

3단 모듈의 역삼투막을 통과하지 않은 농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 45,380 mg/L, 경도가 8,420 mg/L, 염소이온 농도가 28,858 mg/L 이었다. 또한 경도/TDS 비는 0.186, 경도/Cl 비는 0.353, TDS/Cl 비는 1.902로 측정되었다. 해양심층수 원수가 역삼투막 (RO막)통과하지 못하고 농축되는 과정 중에 총 용존물질은 원수에 비해 32%, 경도 성분도 32 %, 염소이온은 54 %가 농축되었다.The TDS concentration of the concentrated water not passing through the reverse osmosis membrane of the third stage module was 45,380 mg / L, the hardness was 8,420 mg / L, and the chloride ion concentration was 28,858 mg / L. The hardness / TDS ratio was 0.186, the hardness / Cl ratio was 0.353, and the TDS / Cl ratio was 1.902. During the process of concentrating the deep sea water, the total dissolved substance was concentrated 32%, 32%, and 54%, respectively, compared to the raw water.

그러나 경도/TDS 비, 경도/Cl 비와 TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비 그리고 TDS/Cl 비와 유사하였다. 따라서, 역삼투막 (RO 막)은 해수 용존물질 중 99.5 %를 제거할 수 있으며, 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분이 총 용존물질 또는 염소이온과 분리되어 제거되지 않았다. 2차 역삼투막을 통과한 생산수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 3 mg/L, 경도가 1 mg/L, 염소이온 농도가 2 mg/L 으로 초순수에 가까운 수질을 보였다 (표 2).However, the hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio were similar to the hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio in deep seawater. Therefore, the reverse osmosis membrane (RO membrane) can remove 99.5% of seawater dissolved substances, and the hardness component composed of divalent dissolved ions can not be separated from total dissolved matter or chlorine ion. The water quality of the production water passing through the secondary reverse osmosis membrane showed a water quality close to ultrapure water with total dissolved substance (TDS) concentration of 3 mg / L, hardness of 1 mg / L and chlorine ion concentration of 2 mg / L (Table 2) .

역삼투막을 이용한 해양심층수의 처리공정 결과 및 조건Result and Condition of Deep Sea Water Treatment Process Using Reverse Osmosis Membrane ItemsItems seawaterseawater RO water (3 module)-1stRO water (3 modules) -1st RO water (3 module)-2stRO water (3 modules) -2st Production water-1st (desalination)Production water-1st (desalination) Concentration waterConcentration water Feed water (production water-1st)Feed water (production water-1st) Production water-2nd (desalination)Production water-2nd (desalination) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) TDSTDS 34,25034,250 162 162 45,380 45,380 162 162 3 3 Hardness (CaCO3)Hardness (CaCO3) 6,4006,400 20 20 8,420 8,420 20 20 <1<1 Cl-Cl- 18,78918,789 88 88 23,858 23,858 88 88 2 2 Hardness
/TDS
Hardness
/ TDS
0.1870.187 0.122 0.122 0.186 0.186 0.122 0.122 --
Hardness
/Cl-
Hardness
/ Cl-
0.3410.341 0.226 0.226 0.353 0.353 0.226 0.226 --
TDS/Cl-TDS / Cl- 1.8231.823 1.846 1.846 1.902 1.902 1.846 1.846 1.304 1.304 Operation conditionOperation condition RO: Toray SU810, pressure: 50 kgf/cm2RO: Toray SU810, pressure: 50 kgf / cm2 RO: Toray SU810, pressure: 20 kgf/cm2RO: Toray SU810, pressure: 20 kgf / cm2 ProcessProcess seawaterROconcentration water/production waterseawaterROconcentration water / production water seawaterROconcentration water/production water-1stproduction water-1st(Feedwater)ROproduction water-2ndseawaterROconcentration water / production water-1stproduction water-1st (Feedwater) ROproduction water-2nd

그러나 경도/TDS 비, 경도/Cl 비와 TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비 그리고 TDS/Cl 비와 유사하였다. 따라서, 역삼투막 (RO 막)은 해수 용존물질 중 99.5 %를 제거할 수 있으며, 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분이 총 용존물질 또는 염소이온과 분리되어 제거되지 않았다. 2차 역삼투막을 통과한 생산수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 3 mg/L, 경도가 1 mg/L, 염소이온 농도가 2 mg/L 으로 초순수에 가까운 수질을 보였다 (표 2).However, the hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio were similar to the hardness / TDS ratio, hardness / Cl ratio and TDS / Cl ratio in deep seawater. Therefore, the reverse osmosis membrane (RO membrane) can remove 99.5% of seawater dissolved substances, and the hardness component composed of divalent dissolved ions can not be separated from total dissolved matter or chlorine ion. The water quality of the production water passing through the secondary reverse osmosis membrane showed a water quality close to ultrapure water with total dissolved substance (TDS) concentration of 3 mg / L, hardness of 1 mg / L and chlorine ion concentration of 2 mg / L (Table 2) .

3단 모듈의 나노필터막 (NF membrane)을 1회 통과한 생산수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 26,857 mg/L, 경도가 1,040 mg/L, 염소이온 농도가 14,623 mg/L 이었다 (표 3).The TDS concentration was 26,857 mg / L, the hardness was 1,040 mg / L, and the chlorine ion concentration was 14,623 mg / L in the production water after one pass through the NF membrane of the three-stage module (Table 3).

또한 경도/TDS 비는 0.039 경도/Cl 비는 0.071, TDS/Cl 비는 1.837으로 측정되었다. 해양심층수 원수가 막 pore size 가 1 nano meter (10-9m)인 NF막을 통과하는 과정 중에 총 용존물질 중 78%, 염소이온도 77.8 %가 통과되었으나 마그네슘과 칼슘을 포함하는 경도 성분은 원수의 16 %만이 NF 막을 통과하였다. The hardness / TDS ratio was 0.039, the hardness / Cl ratio was 0.071, and the TDS / Cl ratio was 1.837. During the process of passing through the NF membrane with membrane pore size of 1 nano meter (10 -9 m), 78% of total dissolved matter and 77.8% of chlorine ion were passed, but the hardness component including magnesium and calcium passed through the raw water Only 16% passed through the NF membrane.

NF 시스템을 이용한 해양심층수의 처리공정 결과 및 조건 Results and conditions of deep sea water treatment process using NF system ItemsItems seawaterseawater NF water-1stNF water-1st NF water-2ndNF water-2nd NF water-3rdNF water-3rd production water생산 물 Concentration water-1st Concentration water-1st Feed water (concentration water-1st)Feed water (concentration water-1st) Concentration water-2ndConcentration water-2nd Feed water (concentration water-2nd)Feed water (concentration water-2nd) Concentration water-3rdConcentration water-3rd (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) TDSTDS 34,25034,250 26,857 26,857 47,742 47,742 47,742 47,742 55,400 55,400 55,400 55,400 67,400 67,400 Hardness (CaCO3)Hardness (CaCO3) 6,4006,400 1,040 1,040 16,033 16,033 16,033 16,033 34,100 34,100 34,100 34,100 47,900 47,900 Cl-Cl- 18,78918,789 14,623 14,623 25,422 25,422 25,422 25,422 31,551 31,551 31,551 31,551 38,641 38,641 Hardness/TDSHardness / TDS 0.1870.187 0.039 0.039 0.336 0.336 0.336 0.336 0.616 0.616 0.616 0.616 0.711 0.711 Hardness/Cl-Hardness / Cl- 0.3410.341 0.071 0.071 0.631 0.631 0.631 0.631 1.081 1.081 1.081 1.081 1.240 1.240 TDS/Cl-TDS / Cl- 1.8231.823 1.837 1.837 1.878 1.878 1.878 1.878 1.756 1.756 1.756 1.756 1.744 1.744 Operation conditionOperation condition NF:ToraySU610,pressure:20kgf/cm2 (recovery : 62.7 %)NF: ToraySU610, pressure: 20kgf / cm2 (recovery: 62.7%) NF: Toray SU610, pressure: 20 kgf/cm2 x 2 (recovery : 31.2 %)NF: Toray SU610, pressure: 20 kgf / cm2 x 2 (recovery: 31.2%) NF: Toray SU610, pressure: 20 kgf/cm2 x 2 (recovery : 18.8 %)NF: Toray SU610, pressure: 20 kgf / cm2 x 2 (recovery: 18.8%) ProcessProcess seawaterNFconcentrationwater/productionwaterseawaterNFconcentrationwater / productionwater seawaterNFconcentration water-1st/production waterfeedwater(concentration water-1st)NFconcentration water-2ndseawaterNFconcentration water-1st / production waterfeedwater (concentration water-1st) NFconcentration water-2nd seawaterNFconcentration water-1st(feed water)NFconcentration water-2nd(Feed water)NFconcentration water-3rd seawaterNFconcentration water-1st (feed water) NFconcentration water-2nd (feed water) NFconcentration water-3rd

경도/TDS 비와 경도/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비에 비하여 각각 80%, 79%로 감소되었으나, TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 TDS/Cl 비와 유사하였다.   The hardness / TDS and hardness / Cl ratios were reduced to 80% and 79%, respectively, compared to the hardness / TDS ratio and hardness / Cl ratio in the deep seawater. However, the TDS / Respectively.

따라서, 나노필터막 (NF 막)은 해수 원수의 용존물질에서 대부분을 차지하는 나트륨이나 염소이온 중 22 %만을 제거할 수 있으나, 마그네슘과 칼슘과 같은 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분은 84%을 제거할 수 있기 때문에 이 총 용존물질 또는 염소이온과 경도성분을 분리할 수 있었다. Therefore, the nanofilter membrane (NF membrane) can remove only 22% of the sodium or chlorine ions that occupy most of the dissolved water in the seawater raw water, but 84% of the hardness component composed of the divalent dissolved ions such as magnesium and calcium It is possible to separate the total dissolved substance or the chloride ion and the hardness component.

3단 모듈의 나노필터막 (NF membrane)을 통과하지 않은 미네랄농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 47,742 mg/L, 경도가 16,033 mg/L, 염소이온 농도가 25,422 mg/L 이었다. 또한 경도/TDS 비는 0.336, 경도/Cl 비는 0.631, TDS/Cl 비는 1.878로 측정되었다. 해양심층수 원수 중 총 용존물질 중 22%, 염소이온도 22.2 %가 NF막을 통과되지 못하고 농축수에 잔류하는 반면, 마그네슘과 칼슘을 포함하는 경도 성분은 원수의 84 %가 NF 막을 통과하지 못하고 농축수에 잔존하게 된다. The TDS concentration of 47,742 mg / L, the hardness of 16,033 mg / L, and the chloride ion concentration of 25,422 mg / L were not significantly different from those of the mineral concentrated water that did not pass through the NF membrane of the 3-stage module . The hardness / TDS ratio was 0.336, the hardness / Cl ratio was 0.631, and the TDS / Cl ratio was 1.878. 22% and 22.2% of the total dissolved solids in the deep seawater remained in the concentrated water without passing through the NF membrane. On the other hand, 84% of the raw water containing magnesium and calcium did not pass through the NF membrane, .

따라서, 3단 모듈의 나노필터 1차 농축수에서는 해양심층수 원수에 비하여 총 용존물질 농도와 염소이온 농도가 각각 39%, 35% 높았으나, 경도 농도는 원수에 비하여 250% 농축되었다. 나노필터 1차 농축수에서 경도/TDS 비와 경도/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비에 비하여 각각 80%, 85%로 농축되었으나, TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 TDS/Cl 비와 유사하였다. Therefore, the concentration of total dissolved substance and chloride ion were 39% and 35% higher than those of deep sea water, respectively, but the hardness concentration was 250% higher than that of raw water. The hardness / TDS ratio and the hardness / Cl ratio of the first concentrated water of the nanofilter were 80% and 85%, respectively, compared with the hardness / TDS ratio and hardness / Cl ratio in the deep seawater. However, Similar to the TDS / Cl ratio in raw water.

나노필터막 (NF 막)은 해수 원수의 용존물질에서 대부분을 차지하는 나트륨이나 염소이온 중 40 %만을 농축할 수 있으나, 마그네슘과 칼슘과 같은 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분은 250% 농축할 수 있으며, 특히 염소와 나트륨과 같은 일가이온에 비하여 85%이상 농축할 수 있기 때문에, 해수 중 나트륨과 염소이온을 포함하는 일가 이온성분과 칼슘과 마그네슘을 포함하는 이가 이온인 경도성분을 분리할 수 있었다. The nanofiltration membrane (NF membrane) can concentrate only about 40% of the sodium or chloride ions that make up the bulk of dissolved water in the seawater source water, but the hardness component composed of divalent dissolved ions such as magnesium and calcium can be concentrated at 250% , More than 85% of the univalent ions such as chlorine and sodium can be concentrated. Therefore, it is possible to separate univalent ion components including sodium and chlorine ions and hard components including bivalent ions including calcium and magnesium in seawater.

3단 모듈의 나노필터막 (NF membrane)에서 나온 농축수를 재차 3단 모듈 나노필터막 (NF membrane)의 공급수로 처리하여 2차 NF 농축수를 제조하였다. 2차 NF 농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 55,400 mg/L, 경도가 34,100 mg/L, 염소이온 농도가 31,551 mg/L 이었다. 또한 경도/TDS 비는 0.616, 경도/Cl 비는 1.081, TDS/Cl 비는 1.756으로 측정되었다. 1차 NF 농축수에 비해 2차 NF 농축수에서 총 용존물질 농도 (TDS)와 염소이온 농도가 각각 62%와 67 % 증가한 반면, 경도농도는 2차 NF 농축수에서 212 % 증가하였다.Concentrated water from the NF membrane of the three-stage module was treated again with the feed water of the three-stage module NF membrane to prepare a second NF concentrated water. The water quality of the secondary NF enriched water was 55,400 mg / L, 34,100 mg / L, and 31,551 mg / L, respectively. The hardness / TDS ratio was 0.616, the hardness / Cl ratio was 1.081, and the TDS / Cl ratio was 1.756. The total dissolved matter concentration (TDS) and chloride ion concentration increased by 62% and 67%, respectively, in the second NF enriched water compared to the first NF enriched water, while the hardness concentration increased by 212% in the second NF enriched water.

2차 NF 농축수의 경도/TDS 비와 경도/Cl 비는 1차 NF 농축수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비에 비하여 각각 200%와 171%로 증가한 반면, TDS/Cl 비는 해양심층수 원수와 1차 NF 농축수에서의 TDS/Cl 비와 유사하였다. 따라서, 나노필터막 (NF 막)을 이용하여 반복적으로 해수를 농축하면 경도성분 농도를 농축 차수별로 200% 이상 농축할 수 있었다. 또한 2차 NF 농축수에서 경도/TDS 비와 경도/Cl 비도 1차 농축수에 비하여 크게 증가시키는 것이 가능해서 총 용존물질과 염소이온으로부터 경도성분을 정교하게 분리할 수 있었다 (도 4).The hardness / TDS and hardness / Cl ratios of the secondary NF enriched water increased to 200% and 171%, respectively, compared to the hardness / TDS and hardness / Cl ratios in the primary NF enriched water, while the TDS / It is similar to the TDS / Cl ratio in deep seawater and primary NF enriched water. Therefore, when the seawater is repeatedly concentrated by using the nanofilter membrane (NF membrane), the hardness component concentration can be concentrated by 200% or more for each concentration degree. In addition, the hardness / TDS ratio and the hardness / Cl ratio can be greatly increased in the secondary NF concentrated water as compared with the first concentrated water, so that the hardness component can be finely separated from the total dissolved substance and the chloride ion (FIG. 4).

2차 NF 농축수 (미네랄농축수)에는 황산이온이 10,000 mg/L 이상 농축되어 있으므로 이를 제거하여 주어야 한다. 이를 위하여 기공 크기 (pore size)가 5 ~ 10 nm가 되는 나노여과 (NF) 막을 이용하거나, 10 ~ 30 nm 기공크기를 가지는 한외여과막을 이용할 수 있으며, 강염기성 음이온 교환수지나 약염기성 음이온교환수지를 사용할 수 있다.
Secondary NF concentrated water (mineral concentrated water) should be removed because it contains more than 10,000 mg / L of sulfate ion. For this purpose, a nano-filtration (NF) membrane having a pore size of 5 to 10 nm or an ultrafiltration membrane having a pore size of 10 to 30 nm can be used, and a strong basic anion exchange resin or a weakly basic anion exchange resin Can be used.

3. 전기투석막(ED)의 미네랄 분리 특성 3. Mineral separation characteristics of electrodialytic membrane (ED)

전기투석막 (ED : Electrodialysis membrane) 시스템은 batch식 장치로서 전기투석조, 염분농축조, 경도성분농축조 및 전극액조로 구성되어 있다. ED시스템 공정은 0.1N NaNO3 의 전해액을 사용하여, Conductivity 20 mS/cm 조건을 사용하여 염분 농축조와 경도농축조에 해양심층수 원수를 넣고 시험을 진행하였다. Electrodialysis membrane (ED) system is composed of electrodialysis unit, salt concentration unit, hardness component concentration unit and electrode solution unit as a batch type device. ED system process was carried out by using 0.1N NaNO 3 electrolyte and using the condition of 20 mS / cm of conductivity and putting deep sea water into the salt concentrator and the hardness concentrator.

20분 동안 ED 시스템을 가동하여 전도도 20 mS/cm로 도달하였을 때 경도농축조에 생산된 미네랄농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 5,810 mg/L, 경도가 5,100 mg/L, 염소이온 농도가 3,687 mg/L 이었다 (표 4). 또한 경도/TDS 비는 0.878, 경도/Cl 비는 1.383, TDS/Cl 비는 1.576으로 측정되었다. When the ED system was operated for 20 minutes and the conductivity reached 20 mS / cm, the water content of the mineral concentrated water produced in the hardness concentrating tank was 5,810 mg / L for total dissolved substance (TDS), 5,100 mg / L for hardness, The concentration was 3,687 mg / L (Table 4). The hardness / TDS ratio was 0.878, the hardness / Cl ratio was 1.383, and the TDS / Cl ratio was 1.576.

해양심층수 원수가 전기투석막을 통과하는 과정 중에 총 용존물질 중 83%, 염소이온도 73 %가 제거되었으나 마그네슘과 칼슘을 포함하는 경도 성분은 원수의 20 %만이 ED 시스템의 경도농축조에서 제거되었다. 경도농축조 미네랄농축수의 TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 TDS/Cl 비와 유사하였으나, 경도/TDS 비와 경도/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비에 비하여 각각 7.7배, 7.1배로 증가하였다. 따라서, 전기투석막 (ED 막) 시트템의 경도농축조에서 마그네슘과 칼슘과 같은 2가 용존 이온으로 구성된 경도성분을 총 용존물질 또는 염소이온에 비하여 700%까지 농축할 수 있었다. During the process of passing the deep seawater through the electrodialysis membrane, 83% of the total dissolved matter and 73% of the chloride ion were removed, but only 20% of the hardness components including magnesium and calcium were removed from the hardness concentration tank of the ED system. The TDS / Cl ratio of the concentrated water of the hardness concentrator was similar to the TDS / Cl ratio of the deep seawater. However, the hardness / TDS ratio and the hardness / Cl ratio were lower than the hardness / TDS ratio and hardness / 7.7 times and 7.1 times, respectively. Therefore, in the hardness concentration tank of the electrodialysis membrane (ED membrane) sheet, the hardness component composed of divalent dissolved ions such as magnesium and calcium could be concentrated to 700% as compared with the total dissolved substance or chloride ion.

반면 전도도 20 mS/cm로 도달하였을 때 염분농축조에 생산된 농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS) 농도가 68,000 mg/L, 경도가 8,250 mg/L, 염소이온 농도가 41,565 mg/L 이었다. 또한 경도/TDS 비는 0.121, 경도/Cl 비는 0.193, TDS/Cl 비는 1.636으로 측정되었다. 해양심층수 원수가 전기투석막을 통과하는 과정 중에 염분농축조에는 원수에 비하여 총 용존물질이 2배, 염소이온도 2.2배가 농축되었으나 마그네슘과 칼슘을 포함하는 경도 성분은 원수에 비해 30 %만이 ED 시스템의 염분농축조에 농축되었다. 염분농축조 미네랄농축수의 TDS/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 TDS/Cl 비와 유사하였으나, 경도/TDS 비와 경도/Cl 비는 해양심층수 원수에서의 경도/TDS 비, 경도/Cl 비에 비하여 각각 65%, 58%로 감소하였다. On the other hand, when the conductivity reached 20 mS / cm, the water concentration of the concentrated water produced in the salt concentration tank was 68,000 mg / L, 8,250 mg / L, and 41,565 mg / L, respectively. The hardness / TDS ratio was 0.121, the hardness / Cl ratio was 0.193, and the TDS / Cl ratio was 1.636. In the course of the deep sea water passing through the electrodialysis membrane, the total dissolved substance was doubled and the chloride ion was 2.2 times more concentrated than the raw water. However, the hardness component including magnesium and calcium was only 30% Concentrated in an enrichment tank. The TDS / Cl ratio of the mineral concentrated water of the saline concentrator was similar to the TDS / Cl ratio of the deep seawater of the ocean, but the hardness / TDS ratio and the hardness / Cl ratio were lower than the hardness / TDS ratio and hardness / Respectively, to 65% and 58%, respectively.

ED시스템을 이용한 해양심층수의 처리공정 결과 및 조건 Results and Condition of Treatment of Deep Ocean Water Using ED System ItemsItems seawaterseawater ED waterED water hardness conc.hardness conc. salt concpure conc (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) (mg/L)(mg / L) TDSTDS 34,25034,250 5,810 5,810 68,000 68,000 Hardness (CaCO3)Hardness (CaCO3) 6,4006,400 5,100 5,100 8,250 8,250 Cl-Cl- 18,78918,789 3,687 3,687 41,565 41,565 Hardness/TDSHardness / TDS 0.1870.187 0.878 0.878 0.121 0.121 Hardness/Cl-Hardness / Cl- 0.3410.341 1.383 1.383 0.198 0.198 TDS/Cl-TDS / Cl- 1.8231.823 1.576 1.576 1.636 1.636 Operation conditionOperation condition ED: Electrolyte (0.1N NaNO3), Conductivity (10 mS/cm)ED: Electrolyte (0.1N NaNO3), Conductivity (10 mS / cm) ProcessProcess salt conc pot (seawater), hardnes conc pot (seawater) ED 20 mS/ cm salt conc pot (brine water), hardnes conc pot (mineral concentrated water)hardness conc pot (seawater) ED 20 mS / cm salt conc pot (brine water), hardnes conc pot (mineral concentrated water)

따라서, 전기투석막 (ED 막) 시스템의 염분농축조에서 총 용존물질과 염소이온과 같은 1가 용존 이온을 농축할 수 있었다. Therefore, in the salt concentration tank of the electrodialysis membrane (ED membrane) system, it was possible to concentrate dissolved substances such as total dissolved substances and univalent dissolved ions such as chloride ions.

해양심층수 중에 존재하는 1가 및 2가 이온을 분리하는 전기투석 공정의 경도/Cl- 비와 경도/TDS비는 염분농축조에 주입하는 시료의 종류(RO 생산수, 해양심층수 원수), 경도농축조에 주입하는 시료의 종류 (3차 NF농축수) 및 전기전도도의 설정 값에 따라 변화한다. The hardness / Cl-ratio and the hardness / TDS ratio of the electrodialysis process for separating monovalent and divalent ions present in deep seawater are determined by the type of sample (RO production water, deep ocean water source) and the hardness concentration tank The type of the sample to be injected (tertiary NF concentrated water) and the set value of the electric conductivity.

전기투석장치에서 전기전도도 값의 설정은 일가이온 (나트륨, 칼륨)과 이가이온 (마그네슘, 칼슘)의 분리가 일어나는 전기전도도를 설정 값으로 정하였다 (도 . 5) 전기전도도 40 mS/cm인 해양심층수 원수를 경도농축조와 염분농축조에 넣고 전해액을 사용하는 전기투석막을 이용하여 탈염과정을 거치면 도 5와 같이 전기전도도에 따른 경도농축조 (처리수)와 염분농축조 (농축수)에서의 1가 이온인 나트륨과 2가 이온인 마그네슘의 농도 변화가 발생한다. 염분농축조 (도 5, 농축수 (녹색세모))에서 일가이온인 나트륨 농도는 전기투석이 진행되면서 전기전도도가 35 mS/cm에서 20 mS/cm까지 감소함에 따라 급격하게 증가하다가 20 mS/cm 이하에서는 일정하였다. 전기투석장치의 탈염이 진행되면서 전기전도도가 감소함에 따라 경도농축조 (도 5, 처리수(빨간 네모))에서 나트륨의 농도는 지속적으로 감소하였다. In the electrodialysis system, the electric conductivity value was set to the set value (Fig. 5). The electric conductivity at which the separation of monovalent ions (sodium and potassium) and bivalent ions (magnesium and calcium) As shown in FIG. 5, when the deep-water raw water is put into a hardness concentration tank and a salt concentration tank and the desalination process is performed using an electrodialysis membrane using an electrolytic solution, a monovalent ion in the hardness concentration tank (treated water) and the salt concentration tank (concentrated water) Changes in the concentration of sodium and divalent ions of magnesium occur. In the saline concentration tank (FIG. 5, concentrated water (green triangle)), the sodium ion concentration as a monovalent ion increases rapidly as the electric conductivity decreases from 35 mS / cm to 20 mS / cm and then to 20 mS / cm or less Respectively. As the electrical conductivity decreased as the desalination of the electrodialysis device progressed, the concentration of sodium in the hardness concentrator (Fig. 5, treated water (red square)) was steadily decreased.

해양심층수 (전기전도도 40mS/cm)에서 나트륨의 농도는 약 11,000 mg/L 이지만, 탈염과정이 진행되어 전기전도도가 감소하면서, 염분농축조의 농축수 (도 5, 녹색세모)에서 나트륨의 농도는 급격하게 증가하여 전기전도도 20 mS/cm에서는 약 30,000 mg/L이 되며, 경도농축조 (처리수, 빨간네모)에서는 지속적으로 나트륨이 탈염되어 전기전도도 20 mS/cm에서 약 5,000 mg/L로 감소하였다. The sodium concentration in the deep sea water (electric conductivity of 40 mS / cm) is about 11,000 mg / L, but the concentration of sodium in the concentrated water of the saline concentration tank (FIG. 5, green triangle) (30,000 mg / L) at the electric conductivity of 20 mS / cm, and the sodium concentration was decreased continuously from 20 mS / cm to 5,000 mg / L at the hardness concentration tank (treated water, red square).

한편, 이가이온인 마그네슘 농도는 염분농축조 (도 5, 농축수 (녹색세모))에서 전기투석이 진행되면서 전기전도도가 35 mS/cm에서 20 mS/cm까지 감소함에 따라 일정한 농도를 유지하다가, 20 mS/cm 이하에서 약간 증가하였다. 전기투석장치의 탈염이 진행되면서 전기전도도가 감소되고 경도농축조 (도 5, 처리수(빨간 네모))에서 마그네슘의 농도는 20 mS/cm 이하에서 급격히 감소하였다. 해양심층수 (전기전도도 40mS/cm)에서 마그네슘의 농도는 약 1,500 mg/L 이지만, 탈염과정이 진행되어 전기전도도가 20 mS/cm로 감소하면서, 염분농축조의 농축수 (도 5, 녹색세모)에서 마그네슘의 농도는 일정하게 유지되다가 전기전도도 20 mS/cm 이하에서는 약 18,000 mg/L까지 증가하였다. 경도농축조 (도 5, 처리수, 빨간네모)에서 마그네슘의 농도는 전기전도도 20 mS/cm 까지 일정한 농도를 유지하다가, 전기전도도 20 mS/cm 이하에서 급격하게 감소하여 전기전도도 5 mS/cm에서 약 600 mg/L 까지 감소하였다. On the other hand, the magnesium ion concentration as the bivalent ion was maintained at a constant level as the electric conductivity decreased from 35 mS / cm to 20 mS / cm as the electrodialysis progressed in the salt concentration tank (FIG. 5, concentrated water (green triangle) mS / cm. As the desalination of the electrodialysis device progressed, the electrical conductivity decreased and the concentration of magnesium in the hardness concentration tank (FIG. 5, treated water (red square)) decreased sharply at 20 mS / cm or less. The concentration of magnesium in the deep sea water (electric conductivity of 40 mS / cm) is about 1,500 mg / L, but the desalination process proceeds and the electric conductivity decreases to 20 mS / cm. The magnesium concentration remained constant and increased to 18,000 mg / L at 20 mS / cm or less. The concentration of magnesium in the hardness concentration tank (Fig. 5, treated water, red squares) maintained a constant concentration until the electric conductivity of 20 mS / cm, and decreased rapidly at the electric conductivity of 20 mS / cm or less, And decreased to 600 mg / L.

전기투석이 진행되면서 경도농축조 (도 5, 처리수, 빨간네모)에서 일가이온 (나트륨, 칼륨)은 전기전도도가 떨어짐에 따라 지속적으로 감소하는 반면에, 이가이온 (마그네슘, 칼슘)은 전기전도도 20 mS/cm로 떨어질 때까지 일정한 농도를 유지하였다. 그러나 전기전도도가 20 mS/cm 이하가 되면 경도농축조의 처리수에서 이가이온 (마그네슘)의 농도가 급격하게 감소하게 된다. 따라서 일가이온과 이가이온을 분리하기 위해서는 전기전도도를 20 mS/cm로 설정하는 것이 경제적으로 유리한 것으로 판정되었다.
As the electrodialysis progresses, monovalent ions (sodium and potassium) in the hardness concentration tank (FIG. 5, treated water, red square) decrease continuously as the electrical conductivity decreases, while the bivalent ions (magnesium, calcium) lt; RTI ID = 0.0 &gt; mS / cm. &lt; / RTI &gt; However, when the electric conductivity is lower than 20 mS / cm, the concentration of divalent ions (magnesium) in the treated water of the hardness concentration tank sharply decreases. Therefore, it has been found economically advantageous to set the electric conductivity to 20 mS / cm to separate monovalent ions and bivalent ions.

III. 나노여과막(NF),역삼투막(RO),전기투석막(ED) 연계공정 시스템 구성 및 특성III. Structure and Characteristics of Nano Filtration Membrane (NF), Reverse Osmosis Membrane (RO), Electrodialysis Membrane (ED)

1. 나노여과막(NF), 역삼투막(RO), 전기투석막(ED) 연계공정 시스템 구성1. Construction of NF, RO, ED (Electrodialysis) process system

담수화 막 종류별로 일가이온과 이가이온의 분리 정도를 판단할 수 있는 인자로 경도/Cl- 비를 결정하였다. 이가이온 (마그네슘, 칼슘)을 대표하는 경도 (Hardness) 성분과 해수 (해양심층수) 성분 중 일가원소의 대표인 염소의 비율인 경도/Cl- 비는 그 값이 클수록 일가이온과 이가이온의 분리가 많이 된 것을 나타낸다. 담수화 막 종류별 농축수에서 경도/Cl- 비율 결과를 살펴보면, 원수 < RO < NF 1차 < NF 2차 < ED 순으로 경도/Cl- 비가 높아지는 것을 알 수 있었다 (도 6). The hardness / Cl - ratio was determined as a factor for determining the degree of separation of monovalent ions and bivalent ions for each type of desalination membrane. The hardness component representing the divalent ion (magnesium, calcium) and the hardness / Cl - ratio, which is the ratio of chlorine as a representative element of the elemental element in seawater (deep ocean water) It indicates a lot. The results of the hardness / Cl - ratio in the concentrated water according to the type of desalination membrane show that the hardness / Cl - ratio increases in the order of raw water <RO <NF first order <NF second order <ED (FIG.

원수에서의 경도/Cl- 비는 0.341, RO 농축수에서 경도/Cl- 비는 0.353으로 비슷하였지만, 1차 NF 농축수는 경도/Cl- 비가 0.631, 2차 NF 농축수의 경도/Cl- 비는 1.240으로 2배 이상 증가하였다. 또한 전기투석막을 이용한 경도농축조의 농축수에서 경도/Cl- 비는 1.383으로 나타났다. Hardness / Cl in the raw water-in ratio is 0.341, RO water and concentrated hardness / Cl - ratio but similar to 0.353, a primary NF concentrated water hardness / Cl - ratio of 0.631, the second NF concentrated water hardness of / Cl - ratio Was 1.240, more than doubled. The hardness / Cl - ratio was 1.383 in the concentrated water of the hardness concentrator using the electrodialysis membrane.

즉 마그네슘과 칼슘 같은 용존 경도성분들과 염소이온, 나트륨 이온 같은 일가 용존이온의 분리가 역삼투막을 이용한 농축수에서 가장 낮고, NF 1차 농축수, NF 2차 농축수 그리고 ED 경도농축수로 갈수록 많이 일어난다는 것을 알 수 있다 (도 6). In other words, the dissociation of dissolved solids such as magnesium and calcium and the dissolved ions such as chlorine ion and sodium ion is the lowest in the reverse osmosis membrane-concentrated water, and the concentration of NF 1, NF 2, and ED hardness (Fig. 6).

담수화 막 종류별로 일가이온과 이가이온의 분리 정도를 판단할 수 있는 인자로 경도/TDS 비도 실험하여 분석하였다. 담수화 막 종류별 농축수에서 경도/TDS 비 결과를 살펴보면, 원수 < RO < NF 1차 < NF 2차 < ED 순으로 경도/TDS 비가 높아지는 것을 알 수 있었다. 원수에서의 경도/TDS비는 0.187, RO 농축수에서 경도/TDS 비는 0.186으로 비슷하였지만, 1차 NF 농축수는 경도/TDS 비가 0.336, 2차 NF 농축수의 경도/TDS 비는 0.711으로 2배 이상 증가하였다. The hardness / TDS ratio was also analyzed as a factor for determining the degree of separation of monovalent ions and bivalent ions for each type of desalination membrane. Hardness / TDS in concentrated water by type of desalination membrane As a result, the hardness / TDS ratio was found to be higher in the order of the raw water <RO <NF first order <NF second order <ED. The hardness / TDS ratio in the raw water is 0.187, the hardness in the RO concentrated water / TDS The ratio was similar to 0.186, but the primary NF enriched water was hardness / TDS Ratio of 0.336, hardness of secondary NF concentrated water / TDS The ratio increased more than 2 times to 0.711.

또한 전기투석막을 이용한 경도농축조의 농축수에서 경도/TDS 비는 0.878으로 나타났다. 즉 마그네슘과 칼슘 같은 용존 경도성분들이 총 용존성분과의 분리가 역삼투막을 이용한 농축수에서 거의 일어나지 않는 반면에, NF 1차 농축수, NF 2차 농축수 그리고 ED 경도농축수로 갈수록 경도성분과 총 용존성분과의 분리가 많이 일어난다는 것을 알 수 있다 (표 1). 이러한 결과를 바탕으로 경도성분을 많이 포함한 미네랄 함량을 높인 고경도수 제조를 위한 추가적인 RO-NF-ED 연계 제조공정을 개발 할 수 있었다.In addition, in the concentrated water of the hardness concentration tank using the electrodialysis membrane, the hardness / TDS The ratio was 0.878. In other words, dissolution hardness components such as magnesium and calcium are hardly separated in the concentrated water using reverse osmosis membrane, while the hardness component and total hardness component of NF 1 concentration, NF 2 concentration and ED hardness concentration, (Fig. 1). Fig. 2 shows the results of the separation of the dissolved components. Based on these results, it was possible to develop an additional RO-NF-ED coupled manufacturing process for high hardness water with high mineral content.

해수 또는 해양심층수를 원수로 사용하여 경도/Cl- 비를 높이는 공정은 다음과 같다. 나트륨과 같은 일가이온은 통과시키지만, 마그네슘과 칼슘과 같은 경도성분을 여과해내는 나노여과막을 이용하여 NF 농축수에 마그네슘과 칼슘을 농축시키는 시키는 과정을 반복적으로 수행하였다. 구체적인 공정은 Toray사의 NF 필터 SU-610을 사용하고, 압력 20 kgf/cm2으로 해양심층수 원수를 필터하여 1차로 NF 생산수와 NF 농축수를 분리하고, 2차로 NF 농축수를 공급수로 사용하여 다시 NF 막을 통과시켜 2차 NF 농축수를 생산하였다. 이와 같은 공정을 3차에 걸쳐 수행하여 3차 NF농축수를 제조하였으며, 이때의 원수로부터 3차 NF 농축수의 회수율은 18.3 % 이었다. NF 농축수 제조 과정과 운전 조건은 다음과 같다 (표 5). The process of increasing hardness / Cl - ratio by using seawater or deep seawater as raw water is as follows. The process of concentrating magnesium and calcium in NF-enriched water was repeatedly carried out using a nanofiltration membrane that passed univalent ions such as sodium but filtered hardness components such as magnesium and calcium. For the specific process, NF filter SU-610 manufactured by Toray Co., Ltd. was used and the raw water of deep seawater was filtered at a pressure of 20 kgf / cm 2 to separate the NF production water and the NF concentrated water from the primary one. And then passed through a NF membrane to produce a second NF enriched water. This process was carried out in three steps to prepare a third NF enriched water. The recovery rate of the third NF enriched water from the raw water was 18.3%. NF concentrated water production process and operating conditions are as follows (Table 5).

NF시스템의 농축수 제조 과정과 운전 조건Process and operating conditions of concentrated water in NF system itemitem processprocess operation conditionoperation condition conc water quality (mg/L)conc water quality (mg / L) TDSTDS hardnesshardness hardness/Clhardness / Cl NF processNF process seawaterNFconcentrationwater-1st(feedwater)NFconcentrationwater-2nd(Feedwater)NFconcentrationwater-3rd seawaterNFconcentrationwater-1st (feedwater) NFconcentrationwater-2nd (feedwater) NFconcentrationwater-3rd NF 20kgf/cm2, recovery 18.3%, SU-610 (Toray)NF 20 kgf / cm 2 , recovery 18.3%, SU-610 (Toray) 67,40067,400 47,90047,900 1.241.24

마그네슘과 칼슘 등 경도성분이 농축된 3차 NF 농축수를 전기투석막을 이용하여 경도성분은 잔존시키면서 나트륨과 염소 등과 같은 일가이온을 제거하였다. 즉, 전기투석막을 이용할 경우 전기전도도 원수 전기전도도 40 mS/cm에서 20 mS/cm으로 감소할 때까지는 경도농축조 (처리수)에서 나트륨과 염소이온과 같은 일가이온은 지속적으로 제거되지만, 마그네슘과 칼슘과 같은 경도성분은 잔존하게 된다 (도 5). 그러나, 전기전도도 20 mS/cm 이하에서는 경도농축조의 마그네슘이온, 칼슘이온과 같은 경도성분이 나트륨과 염소이온과 같은 일가이온과 같이 제거되기 때문에 전기전도도를 20 mS/cm로 설정하였다. The tertiary NF enriched water such as magnesium and calcium was concentrated by using an electrodialysis membrane to remove univalent ions such as sodium and chlorine while leaving the hardness component. In other words, when the electrodialysis membrane is used, univalent ions such as sodium and chloride ions are continuously removed in the hardness concentration tank (treated water) until the electric conductivity of the raw water decreases from 40 mS / cm to 20 mS / cm. However, (Fig. 5). However, when the electric conductivity is 20 mS / cm or lower, the hardness components such as magnesium ions and calcium ions in the hardness concentration tank are removed as univalent ions such as sodium and chloride ions, so the electric conductivity is set to 20 mS / cm.

구체적인 역삼투 막 (RO), 나노필터 막 (NF)과 전기투석 막 (ED 막)을 이용하여 경도/Cl- 비를 높이기 위한 RO/NF/ED 공정은 다음과 같다 (표 6). 전기투석 장치의 염분농축조에는 RO 생산수을 충전하고, 경도농축조에는 3차 NF농축수를 충진하여 전기투석막을 20분 동안 가동하여 전기전도도 20 mS/cm로 진행되면, 염분농축조에는 함수가 생산되며 경도농축조에는 미네랄농축수가 생산되었다. The RO / NF / ED process for increasing the hardness / Cl - ratio using a specific reverse osmosis membrane (RO), nanofiltration membrane (NF) and electrodialysis membrane (ED membrane) is as follows (Table 6). When the RO water is charged to the saline concentration tank of the electrodialysis unit and the NF concentrated water is charged to the hardness concentration tank and the electrodialysis membrane is operated for 20 minutes and the electric conductivity reaches 20 mS / cm, the salinity concentration tank produces a function, Mineral water was produced in the concentration tank.

또한 나노필터 막 (NF)과 전기투석 막(ED 막)만을 이용하여 경도/Cl- 비를 높이기 위한 NF/ED 공정은 염분농축조에 해양심층수 원수를 넣고, 경도농축조에는 3차 NF농축조을 넣고 전기전도도 20 mS/cm 설정하여 10분 동안 전기투석 막을 가동하면 염분농축조에는 나트륨 이온과 염소이온 등 일가이온이 농축된 함수가 생산되며, 경도농축조에는 마그네슘과 칼슘 등 경도성분이 농축되어 미네랄농축수가 생산되었다. The NF / ED process for increasing the hardness / Cl - ratio using only the nanofiltration membrane (NF) and the electrodialysis membrane (ED membrane) is performed by adding deep sea water to the salt concentrator, adding a tertiary NF concentrator to the hardness concentrator, When the electrodialysis membrane is operated for 10 minutes at 20 mS / cm, sodium ion and chloride ions are concentrated in the salt concentration tank, and hardness components such as magnesium and calcium are concentrated in the hardness concentration tank to produce mineral concentrated water .

RO/NF/ED, NF/ED 연계공정의 농축수 제조 과정과 운전 조건 Concentrated water production process and operating conditions of RO / NF / ED, NF / ED coupling process ItemItem Production processProduction process Operation conditionOperation condition RO/NF/ED processRO / NF / ED process Salt concnetration tank (RO production water), Hardness conc (3차 NF농축수) 20 mS/cm ED 염분농축조 (함수), 경도농축조 (미네랄농축수)Salt concatration tank (RO production water), Hardness conc 20 mS / cm ED salinity concentrator, Hardness concentrator (Mineral concentrate) - 전기투석장비: 아스톰사의 Micro Acilyzer O2 사용
- 전기전도도 : 20 mS/cm
- 운전시간 : 10분
- Electrodialysis equipment: use Micro Acilyzer O2 from Astrom Inc.
- Electrical conductivity: 20 mS / cm
- Driving time: 10 minutes
NF/ED processNF / ED process 염분농축조 (해양심층수원수), 경도농축조 (3차 NF농축수) 20 mS/cm ED 염분농축조 (함수), 경도농축조 (미네랄농축수)Salinity concentration tank (deep sea water source), hardness concentration tank (third NF concentrated water) 20 mS / cm ED salinity concentration tank, hardness concentration tank (mineral concentrated water) - 전기투석장비: 아스톰사의 Micro Acilyzer O2 사용
- 전기전도도 : 20 mS/cm
- 운전시간 : 10분
- Electrodialysis equipment: use Micro Acilyzer O2 from Astrom Inc.
- Electrical conductivity: 20 mS / cm
- Driving time: 10 minutes

2. 나노여과막(NF),역삼투막(RO),전기투석막(ED)의 연계공정의 미네랄 분리 특성2. Mineral separation characteristics of the nanofiltration membranes (NF), reverse osmosis membranes (RO), and electrodialysis membranes (ED)

표 7에는 RO/NF/ED 연계공정과 NF/ED 연계 공정을 통하여 전기투석 과정을 거친 경도농축조와 염분농축조의 수질자료를 보여주고 있다. RO/NF/ED 연계공정에서 전기투석전에 경도농축조에는 3차 NF농축수를 충진하고 염분농축조에는 RO 생산수를 충진하고 전기투석을 진행하면 후에 염분농축조에는 함수가 생산되며 경도농축조에는 경도성분이 농축된 미네랄농축수가 생산되었다. Table 7 shows the water quality data of the hardness concentrator and the saline concentrator after the electrodialysis process through the RO / NF / ED coupling process and the NF / ED coupling process. In the RO / NF / ED coupling process, before the electrodialysis, the hardness concentration tank is filled with the third NF concentrated water, the salinity concentration tank is filled with the RO production water, and the electrodialysis is performed. Concentrated mineral water was produced.

구체적인 전기투석 후의 경도농축조에서 생성된 미네랄농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS)의 농도가 8,130mg/L, 경도가 12,600 mg/L 이고 염소이온 농도가 2,446 mg/L으로 원수에 비하여 경도성분은 2배 이상 농축된 반면에 염소이온은 원수에 비하여 7.7배 감소하였다. 따라서 경도농축조에서 전기투석 후 경도성분이 농축되어 증가한 반면 염소이온은 감소하여 경도/Cl 비는 원수의 0.341 비하여 경도농축수에서 경도/Cl 비는 5.151으로 원수에 비하여 15.1 배로 증가하였다. The water quality of the mineral-concentrated water produced in the hardness concentration tank after the electrodialysis was 8,130 mg / L, 12,600 mg / L in total dissolved substance (TDS) and 2,446 mg / L in chlorine ion concentration, Was concentrated more than two times, whereas chlorine ion was 7.7 times smaller than that of raw water. As a result, the hardness / Cl ratio in the hardness concentration tank increased to 15.1 times as much as that of the raw water.

RO/NF/ED 연계공정을 통하여 생산된 미네랄농축수는 경도가 12,600 mg/L 이고 염소이온의 농도가 2,446 mg/L 이며, 이러한 미네랄농축수를 역삼투막을 이용한 2차 RO 생산수로 (TDS 3 mg/L, 경도 1 mg/L 이하, Cl 2.3 mg/L) 10배 희석할 경우 경도가 1,260 mg/L 이면서 염소이온의 농도를 먹는 해양심층수 수질기준 250 mg/L 이하로 맞추는 고경도수 제조가 가능하였다. Mineral water produced through the RO / NF / ED coupling process has a hardness of 12,600 mg / L and a chlorine ion concentration of 2,446 mg / L. These mineral-enriched water is used as a secondary RO product using reverse osmosis membrane (TDS 3 L of hardness of less than 1 mg / L, Cl of 2.3 mg / L) and a hardness of less than 250 mg / L of deep sea water quality standard of hardness of 1,260 mg / L and 10 times dilution of chlorine ion Respectively.

NF/ED 연계공정에서 전기투석 전에 경도농축조에 3차 NF농축수를 넣고 염분농축조에는 해양심층수 원수를 넣고 전기투석을 진행하였다. 경도농축조에서 생성된 미네랄농축수의 수질은 총 용존물질 (TDS)의 농도가 8,230 mg/L, 경도가 12,417 mg/L 이고 염소이온 농도가 3,191 mg/L으로 원수에 비하여 경도성분은 2배 농축된 반면에 염소이온은 원수에 비하여 5.8배 감소하였다. 따라서 경도농축조에서 전기투석 후 경도성분이 농축되어 증가한 반면 염소이온은 감소하여 경도/Cl 비는 원수의 0.341 비하여 경도농축조에서 경도/Cl 비는 3.891으로 원수에 비하여 11.4 배로 증가하였다. In the NF / ED coupling process, NF enriched water was added to the hardness concentrator before electrodialysis, and deep seawater was added to the saline concentrator to conduct electrodialysis. The water quality of the mineral-concentrated water produced in the hardness concentrator was 8,230 mg / L of total dissolved substance (TDS), 12,417 mg / L of hardness, and 3,191 mg / L of chlorine ion concentration, While the chloride ion was 5.8 times lower than that of the raw water. The hardness / Cl ratio in the hardness concentrator was increased to 11.4 times as much as that of the raw water, while the hardness component / concentration ratio was increased to 3.891.

원수에서 경도/Cl- 비율은 0.341 이며 역삼투 (RO) 농축수에서도 0.35로 원수와 비슷한 비율을 보여, RO막에서는 경도성분 (이가이온)과 일가이온 (염소, 나트륨)의 분리는 일어나지 않았다. 그러나, 나노여과 공정 (NF)에서는 1차 NF 농축수에서는 0.631, 2차 NF농축수에서는 0.871, 3차 NF농축수에서는 1.250으로 NF 여과막을 이용하여 해양심층수 원수를 농축할수록 경도 성분은 농축되었다. 또한 전기투석막 (ED)을 이용하여 해양심층수 원수에서 경도성분을 농축하고 염소이온을 제거하여 경도/Cl 비가 1.383 로 증가시킬 수 있었다 (도 6). The hardness / Cl-ratio in the raw water was 0.341 and the reverse osmosis (RO) concentration was 0.35, similar to that of the raw water. In the RO membrane, the separation of hard component (bivalent ion) and univalent ion (chlorine, sodium) did not occur. However, in the NF (NF) process, the hardness component was concentrated as the deep seawater was concentrated using NF filtration membrane at 0.631 for primary NF, 0.871 for secondary NF, and 1.250 for tertiary NF. In addition, the hardness component was concentrated and the chlorine ion was removed from the deep seawater using an electrodialytic membrane (ED), whereby the hardness / Cl ratio could be increased to 1.383 (FIG. 6).

NF/RO/ED, NF/ED 연계 공정 및 성분 분석 결과 Results of NF / RO / ED, NF / ED coupling process and component analysis ItemsItems seawaterseawater RO/NF/ED processRO / NF / ED process NF/ED processNF / ED process before operation EDbefore operation ED after operation EDafter operation ED before operation EDbefore operation ED after operation EDafter operation ED (mg/L)(mg / L) hardness conc. pot (mg/L)hardness conc. pot (mg / L) salt conc. pot (mg/L)salt conc. pot (mg / L) hardness conc. pot (mg/L)hardness conc. pot (mg / L) salt conc. pot (mg/L)salt conc. pot (mg / L) hardness conc. pot (mg/L)hardness conc. pot (mg / L) salt conc. pot (mg/L)salt conc. pot (mg / L) hardness conc. pot (mg/L)hardness conc. pot (mg / L) salt conc. pot (mg/L)salt conc. pot (mg / L) TDSTDS 34,25034,250 67,400 67,400 304 304 8,130 8,130 57,800 57,800 67,400 67,400 30,200 30,200 8,230 8,230 69,200 69,200 Hardness (CaCO3)Hardness (CaCO3) 6,4006,400 47,900 47,900 32 32 12,600 12,600 34,000 34,000 47,900 47,900 6,400 6,400 12,417 12,417 33,467 33,467 Cl-Cl- 18,78918,789 38,641 38,641 211 211 2,446 2,446 41,228 41,228 38,641 38,641 17,725 17,725 3,191 3,191 32,543 32,543 Hardness/TDSHardness / TDS 0.1870.187 0.711 0.711 0.105 0.105 1.550 1.550 0.588 0.588 0.711 0.711 0.212 0.212 1.509 1.509 0.484 0.484 경도/Cl-Hardness / Cl- 0.3410.341 1.240 1.240 0.152 0.152 5.151 5.151 0.825 0.825 1.240 1.240 0.361 0.361 3.891 3.891 1.028 1.028 TDS/Cl-TDS / Cl- 1.8231.823 1.744 1.744 1.441 1.441 3.324 3.324 1.402 1.402 1.744 1.744 1.704 1.704 2.579 2.579 2.126 2.126 Operation conditionOperation condition ED: Electrolyte (0.5N NaNO3), Conductivity (20 mS/cm)ED: Electrolyte (0.5N NaNO3), Conductivity (20 mS / cm) ED: Electrolyte (0.5N NaNO3), Conductivity (20 mS/cm)ED: Electrolyte (0.5N NaNO3), Conductivity (20 mS / cm) ProcessProcess salt conc. pot (RO production water), Hardness conc. pot (NF conc. Water-3rd) ED 20 mS/ cm salt conc. pot (brine), Hardness conc. pot (mineral conc. water)salt conc. pot (RO production water), Hardness conc. pot (NF conc. Water-3rd) ED 20 mS / cm salt conc. pot (brine), Hardness conc. pot (mineral conc. salt conc. pot (seawater), Hardness conc. pot (NF conc. Water-3rd) ED 20 mS/ cm salt conc. pot (brine), Hardness conc. pot (mineral conc. water)salt conc. pot (seawater), Hardness conc. pot (NF conc. Water-3rd) ED 20 mS / cm salt conc. pot (brine), Hardness conc. pot (mineral conc.

한편, RO막, 나노여과막, 전기투석막을 연동하는 공정으로 마그네슘과 칼슘과 같은 경도성분을 증가시키고 나트륨과 염소이온과 같은 일가이온 (염분성분)을 제거 분리하여 경도/Cl 비를 높였다. NF/ED와 RO/NF/ED 연계공정에서 생산한 경도농축수의 경도/Cl 비는 각각 3.891와 5.151으로 NF막 또는 ED 막 등을 단독으로 사용하여 생산한 해양심층수 농축수에서의 경도/Cl 비에 비하여 3배에서 5배 높게 나타났다.
On the other hand, the process of linking RO membrane, nanofiltration membrane, and electrodialysis membrane increases hardness components such as magnesium and calcium and removes monovalent ions such as sodium and chlorine ions to increase hardness / Cl ratio. The hardness / Cl ratios of the hardness concentrates produced in the NF / ED and RO / NF / ED coupling processes were 3.891 and 5.151, respectively, and the hardness / Cl in the deep seawater concentrated water produced using the NF or ED membrane alone Which is 3 to 5 times higher than the ratio.

해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정을 이용함으로써, 기존 증발법을 포함하는 기술에 비하여 에너지가 절약되고, 대량으로 해양심층수 처리수를 제조할 수 있으며, 황산이온과 염소이온을 제거하면서, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘가 농축되어 있는 미네랄농축수를 제조할 수 있어 먹는물 수질기준을 충족하는 고경도 해양심층수(경도 1,200mg/L)와 미네랄 추출물을 생산 할 수 있는 산업상 이용가능성이 있다. By using the deep ocean water treatment process using the NF / RO / ED membrane connection system for the optimal water quality adjustment during seawater desalination, energy is saved compared with the technology including the existing evaporation method, and a large amount of deep sea water treatment (Hardness of 1,200 mg / L) which can meet the drinking water quality standard because it is possible to produce concentrated mineral water which is rich in magnesium and calcium which are useful minerals while removing sulfate ion and chlorine ion. And mineral extracts.

Claims (8)

1) 해양심층수를 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과 중에 선택되는 하나 이상의 방법으로 전처리하여 역삼투막 (RO)과 나노여과막 (NF)과 전기투석 이온교환막(ED)으로 공급하는 단계;
2) 역삼투막 (RO)에 공급된 1)단계의 전처리된 해양심층수는 역삼투막을 통과시켜 농축수(Concentrated deep seawater)와 탈염수(desalted deep seawater)를 제조하는 단계;
2-1) 상기 농축수(Concentrated deep seawater)는 나노여과막 (NF)으로 공급하고, 탈염수(desalted deep seawater)는 고경도수 희석수로 공급하는 단계;
3) 나노여과막 (NF)에 공급된 1)단계의 전처리된 해양심층수와 2-1)단계의 농축수는
3-1) 나노여과막 (NF)을 사용하여, 칼슘과 마그네슘 이온은 농축하고, 염소 이온과 나트륨은 30-60% 제거된 미네랄 농축수 (Mineral concentrated deep seawater)를 제조하고 제조된 미네랄 농축수는 전기투석 이온교환막(ED)과 나노여과막 (NF)으로 공급하는 단계;
3-2) 나노여과막 (NF)을 사용하여 칼슘이온과 마그네슘 이온은 잔존시키면서 황산이온(Sulfate)이 제거된 미네랄농축수(Mineral concentrated desalted(Sulfate removed) water)를 제조하여 고경도수 원료수로 공급하는 단계;
3-3) 3-1)에서 3)단계의 나노여과막(NF)으로 다시 공급된 미네랄 농축수는 3-1)단계와 3-2)단계로 나누어지는 공정을 2차 또는 3차 순환하여 미네랄 농축수 (Mineral concentrated deep seawater)와 황산이온(Sulfate)이 제거된 미네랄농축수(Mineral concentrated desalted(Sulfate removed) water)를 제조하는 과정을 거치는 단계
4) 2)단계에서 제조된 탈염수(desalted deep seawater)와 3-1)단계에서 제조된 미네랄 농축수(Mineral concentrated deep seawater)를 전기투석 이온교환막(ED)으로 공급하는 단계;
5) 전기투석 이온교환막(ED)을 가동하여, 1)단계와 4)단계로부터의 공급수를;
5-1) 염분 농축조에는 염화나트륨이 농축된 함수(Deep sea water brine)와;
5-2) 경도 농축조에는 염소이온과 나트륨이온을 제거하면서, 칼슘이온과 마그네슘이온이 농축되어 미네랄 함량 비((마그네슘+칼슘)/나트륨)가 1.0 이상인 탈염된 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)를 제조하고;
5-3) 5-2)단계에서 제조된 탈염된 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)는 3) 단계의 나노여과막 (NF)으로 공급하여 3-1) 단계와 4)단계, 5-2) 단계를 거치도록 순환시키는 단계;
6) 상기 3-2)단계의 황산이온이 제거된 미네랄농축수를 상기 2-1)단계의 역삼투 (RO) 탈염수로 희석하여 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온을 만족하면서 경도 1,000 mg/L 이상의 고경도수를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 고경도 먹는 물 제조방법
1) Deep sea water is pretreated by at least one method selected from among sand filtration, rapid filtration, microfiltration (MF), immersion membrane filter (SMF) and ultrafiltration (UF) filtration to produce reverse osmosis membrane (RO), nanofiltration membrane Supplying an electrodialysis ion-exchange membrane (ED);
2) Preparing the pretreated deep seawater of step 1) supplied to the reverse osmosis membrane (RO) through a reverse osmosis membrane to produce a concentrated deep seawater and a desalted deep seawater;
2-1) supplying the concentrate deep seawater as a nanofiltration membrane (NF), and supplying a desalted deep seawater as a high hardness water dilution water;
3) The deep-seated deep seawater of step 1) and the concentrated water of step 2-1) supplied to the nanofiltration membrane (NF)
3-1) Using the NF membrane, calcium and magnesium ions were concentrated, and 30-60% of the chloride ion and sodium were removed. Mineral concentrated deep seawater was produced. Supplying an electrodialysis ion exchange membrane (ED) and a nanofiltration membrane (NF);
3-2) Using a nanofiltration membrane (NF), the calcium sulfate and magnesium ions are remained, and sulfate-eliminated mineral water (sulfate concentrated water) ;
3-3) The mineral enriched water supplied back to the NF membrane 3-1) to 3) is subjected to a second or tertiary cycle of the steps of 3-1) and 3-2) A step of preparing a mineral concentrated deep seawater and a sulfate concentrated water with sulfuric acid removed (Sulfate removed water)
4) supplying a desalted deep seawater prepared in step 2) and a mineral concentrated deep seawater prepared in step 3-1) to an electrodialysis ion exchange membrane (ED);
5) activating the electrodialysis ion exchange membrane (ED), supplying the feed water from steps 1) and 4);
5-1) The salt concentration tank contains a function of sodium chloride concentration (Deep sea water brine);
5-2) The hardness concentration tank removes the chlorine ion and the sodium ion, while the calcium ion and the magnesium ion are concentrated, and the mineral enriched desalted water having the mineral content ratio ((magnesium + calcium) / sodium) &Lt; / RTI &gt;
5-3) The mineral enriched desalted water prepared in step 5-2) is supplied to the nanofiltration membrane (NF) in step 3), and the step 3) and the step 4-2) Circulating through the step;
6) The mineral concentrated water from which sulfate ions have been removed in step 3-2) is diluted with reverse osmosis (RO) desalted water in step 2-1) to obtain a water quality satisfying chloride ion and sulfate ion and a step of preparing a high-hardness water having a concentration of not less than 10 mg / L or less.
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