KR101689200B1 - Fdfo 장치의 폐용액으로부터 인회석을 합성하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해수농축 또는 해수 담수화 시스템의 FDFO 폐수로부터 인회석을 합성하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, FDFO를 통해 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 인산 또는 칼슘을 투입하거나 전처리 과정에서 배출되는 다가이온 화합물을 투입하여 인회석을 합성할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 해수농축 또는 해수 담수화 장치의 FDFO 폐수로부터 인회석을 합성하는 시스템은 유입되는 해수로부터 불순물인 부유물이나 유기물을 제거하는 전처리장치; 전처리장치를 거친 염수를 농축시켜 고농축 염수와 담수를 분리하는 담수화장치; 전처리장치를 통해 불순물이 제거된 해수와 비료용액을 유입시켜 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 해수의 농도는 증가시키고 비료용액의 농도는 희석시키는 FDFO장치; 및 FDFO장치를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 첨가용액을 투입하여 인회석을 합성하는 인회석 합성수단을 포함한 구성으로 이루어진다. 즉, 본 발명은 FDFO를 활용한 해수농축 또는 해수담수화 시스템의 담수화 공정 중에 FDFO를 통해 폐용액으로 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액(phosphate solution) 중 어느 하나를 투입하여 인회석을 합성하는 방법으로 이루어진다.
Description
본 발명은 FDFO(fertilizer-derived forward osmosis) 장치의 폐용액으로부터 인회석을 합성하는 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 농축 또는 해수 담수화 장치에 활용가능한 FDFO 장치의 폐용액에 포함되어 있는 인이나 칼슘 성분을 활용하여 인회석을 합성하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, FDFO 기술은 FO 기술에 비료용액(fertilizer solution)의 공급을 추가한 개념으로, FO 시스템에서 사용되는 유도용액(draw solution) 대신 비료용액을 공급하여 삼투압을 크게 증대시켜 해수담수화 및 농축현상을 촉진시키는 방식이다.
전술한 구성의 비료는 고체비료에서 액비 및 적하시비(fertigation: 적하식 관수장치의 물에 비료를 섞어 공급)로 점차 발전되어 가고 있다. 비료로는 질산칼슘, 인산, 염화칼륨이 단독 또는 이들의 혼합물이 일반적으로 사용된다.
본 기술은 현재 사용되고 있는 해수담수화 기술 중 가장 에너지 소비가 적은 기술이다. 본 기술을 통해 농축수와 희석된 비료 담수 용액(dilute fertilzer solution)이 생산되는데, 고농도로의 농축도 가능하기 때문에 농축률을 극대화할 수 있다. 또한, 희석된 비료용액의 80% 이상은 현재 농업 용수로만 사용되고 있다.
그러나, 전술한 바와 같은 비료용액에는 인회석을 구성하는 필수 성분인 칼슘과 인이 포함되어 있어 농업용수뿐 아니라 고부가가치의 인회석 물질의 합성에 용이하게 사용될 수 있다.
실제로, 인회석은 sol-gel, hydrothermal synthesis, biomimetic formation 등 다양한 방식으로 합성될 수 있는데, 이 합성 공정에서 기본적으로 사용되는 물질이 칼슘 화합물(칼슘 화합물: 탄산칼슘, carlcium nitrite, calcium hydroxide etc.)과 인산수용액이다.
그러므로, FDFO 공정에서 배출되는 희석된 비료 담수용액이 인산을 포함하고 있을 경우 칼슘 화합물를 첨가하여 인회석을 합성할 수 있다. 또한, 희석된 비료 담수용액이 질산칼슘을 포함하고 있을 경우에는 인산수용액을 첨가하여 인회석을 합성할 수 있다.
본 발명은 FDFO 공정에서 배출되는 희석된 비료 담수용액을 이용하여 인회석을 합성하기 위해 안출된 것으로, FDFO를 통해 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 인산 또는 칼슘을 투입하거나 전처리 과정에서 배출되는 다가이온 화합물을 투입하여 인회석을 합성할 수 있도록 한 해수농축 또는 해수 담수화 시스템의 FDFO 폐수로부터 인회석을 합성하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 해수농축 또는 해수 담수화 장치의 FDFO 폐수로부터 인회석을 합성하는 시스템은 유입되는 해수로부터 불순물인 부유물이나 유기물을 제거하는 전처리장치; 전처리장치를 거친 염수를 농축시켜 고농축 염수와 담수를 분리하는 담수화장치; 전처리장치를 통해 불순물이 제거된 해수와 비료용액을 유입시켜 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 해수의 농도는 증가시키고 비료용액의 농도는 희석시키는 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치; 및 FDFO장치를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 첨가용액을 투입하여 인회석을 합성하는 인회석 합성수단을 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 인회석 합성수단에서 FDFO장치를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 투입되는 첨가용액은 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액(phosphate solution) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 특징은 유입되는 해수로부터 불순물인 부유물이나 유기물을 제거하는 전처리장치; 전처리장치를 거친 염수를 농축시켜 고농축 염수와 담수를 분리하는 담수화장치; 전처리장치를 통해 불순물이 제거된 해수와 비료용액을 유입시켜 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 해수의 농도는 증가시키고 비료용액의 농도는 희석시키는 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치; 및 FDFO장치를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 전처리장치에서 처리되고 배출되는 다가이온 화합물을 투입하여 인회석을 합성하는 다가이온 합성수단을 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 구성에서 다가이온 합성수단에서 다가이온 화합물은 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 기술의 방법적인 특징은 FDFO를 활용한 해수농축 또는 해수담수화 시스템의 담수화 공정 중에 FDFO를 통해 폐용액으로 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액(phosphate solution) 중 어느 하나를 투입하여 인회석을 합성하는 방법으로 이루어진다.
아울러, 본 발명의 방법적인 다른 특징은 FDFO를 활용한 해수농축 또는 해수담수화 시스템의 담수화 공정 중에 폐용액으로 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 동일한 해수담수화 공정 중 전처리 공정에서 처리되고 배출되는 다가이온 화합물을 비료용액에 투입하여 인회석을 합성하는 방법으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 구성에서 다가이온 화합물은 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 고부가가치의 자원인 인회석 물질을 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액으로부터 얻을 수 있는 기술로서, 기존에 농업 용수로만 사용되어 온 폐 비료용액의 활용도를 극대화함과 동시에, 다양한 용도에서 매우 중요한 바이오세라믹 물질인 인회석을 대량 생산할 수 있는 의미를 갖는다. 또한 이러한 발명을 통해 해양자원 활용의 새로운 가능성을 열 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액에 첨가용액을 인위적으로 공급한 후 반응시켜 인회석을 합성하는 공정도.
도 2 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액에 해수담수화를 위한 전처리 과정에서 처리된 폐 부산물인 다가이온 화합물을 공급한 후 반응시켜 인회석을 합성하는 공정도.
도 2 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액에 해수담수화를 위한 전처리 과정에서 처리된 폐 부산물인 다가이온 화합물을 공급한 후 반응시켜 인회석을 합성하는 공정도.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면들을 함께 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액에 첨가용액을 인위적으로 공급한 후 반응시켜 인회석을 합성하는 공정도, 도 2 는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 해수담수화 기술 중 하나인 FDFO 공정의 폐 비료용액에 해수담수화를 위한 전처리 과정에서 처리된 폐 부산물인 다가이온 화합물을 공급한 후 반응시켜 인회석을 합성하는 공정도이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인회석 합성 시스템(100)은 유입되는 해수로부터 불순물인 부유물이나 유기물을 제거하는 전처리장치(110), 전처리장치(110)를 거친 염수를 농축시켜 고농축 염수와 담수를 분리하는 담수화장치(120), 전처리장치(120)를 통해 불순물이 제거된 해수와 비료용액을 유입시켜 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 해수의 농도는 증가시키고 비료용액의 농도는 희석시키는 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치(130) 및 FDFO장치(130)를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 첨가용액을 투입하여 인회석을 합성하는 인회석 합성수단(140)을 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 기술은 3.5w.%의 해수는 전처리 공정을 거친 후 해수 담수화 시스템에서 담수와 염수로 분리된다. 이러한 해수담수화 시스템은 기존의 RO(Reverse Osmosis), ED(electrodialysis), MD(membrane desalination), HP/Cr(Heat pump Crystalization), 그리고 CDi(capacitive deioniztion) 기술을 통해 완성될 수 있다.
한편, 전술한 FDFO(130) 기술도 전술한 바와 같은 해수 담수화 기술 중 하나이다. 전처리 된 해수와 비료용액이 FDFO(130)의 시스템으로 각각 유입되면 중간에 설치된 막에 두 용액의 농도 차이에 의해 삼투압이 형성되어 해수의 농도는 증가하고, 비료용액의 농도는 희석된다. 이러한 과정에서 희석된 비료용액 속에는 앞서 설명한 것과 같이 다량의 칼슘 또는 인 성분이 존재한다.
전술한 바와 같은 성분들은 인회석을 구성하는 필수요소들이다. 그러므로, 도 1 에서와 같이 인회석 형성을 위해 인회석 합성수단(140)을 통해 필요한 성분을 비료용액에 추가적으로 공급하고, 기존의 다양한 합성 방식들(sol-gel, hydrothermal synthesis, biomimetic formation)을 활용하면 고부가의 인회석을 합성할 수 있다. 이때, 인회석 합성수단(140)에서 FDFO장치(130)를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 투입되는 첨가용액은 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액(phosphate solution) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 FDFO(130) 공정에서 배출되는 희석된 비료용액에 인산 성분만이 포함되어 있을 경우에는 칼슘 화합물을 첨가하고, 질산칼슘 성분이 포함되어 있을 경우에는 인산수용액을 첨가하여 인회석을 합성한다. 인회석의 합성 방식을 기존의 공정을 활용할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 기술은 FDFO를 활용한 해수농축 또는 해수담수화 시스템의 담수화 공정 중에 FDFO(130)를 통해 폐용액으로 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액(phosphate solution) 중 어느 하나를 투입하여 인회석을 합성하는 방식이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인회석 합성 시스템(200)은 유입되는 해수로부터 불순물인 부유물이나 유기물을 제거하는 전처리장치(210), 전처리장치(210)를 거친 염수를 농축시켜 고농축 염수와 담수를 분리하는 담수화장치(220), 전처리장치(210)를 통해 불순물이 제거된 해수와 비료용액을 유입시켜 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 해수의 농도는 증가시키고 비료용액의 농도는 희석시키는 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치(230) 및 FDFO장치(230)를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 전처리장치(210)에서 처리되고 배출되는 다가이온 화합물을 투입하여 인회석을 합성하는 다가이온 합성수단(240)을 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다가이온 합성수단에서 다가이온 화합물은 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘으로 이루어질 수 있다.
한편, 도 1 의 실시 예가 FDFO장치(130)를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 첨가용액을 투입하여 인회석을 합성하는 방식인 반면, 도 2 의 다른 실시 예에 따른 기술은 FDFO장치(230)를 통해 희석되어 폐용액으로 배출되는 비료용액에 전처리장치(210)에서 처리되고 배출되는 다가이온 화합물을 투입하여 인회석을 합성하는 방식이다.
다시 말해서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기술은 FDFO를 활용한 해수농축 또는 해수담수화 시스템의 담수화 공정 중에 폐용액으로 배출되는 비료용액(dilute fetilzer solution)에 동일한 해수담수화 공정 중 전처리 공정에서 처리되고 배출되는 다가이온 화합물을 비료용액에 투입하여 인회석을 합성하는 방식이다.
만약, 전술한 비료용액에 다량의 인산 성분이 존재하지만 칼슘 또는 마그네슘 성분이 결핍되어 있을 경우에는 도 1 에서와 같이 별도로 필요한 성분들을 공급할 수도 있지만, 도 2 에서와 같이 전체 해수담수화 시스템 중 전처리 공정에서 처리된 다가이온 화합물(탄산칼슘 또는 탄산마그네슘)을 공급하여 인회석을 합성할 수 있다.
100, 200. 인회석 합성 시스템
110, 210. 전처리장치
120, 220. 담수화장치
130, 230. FDFO
140. 인회석 합성수단
240. 다가이온 합성수단
110, 210. 전처리장치
120, 220. 담수화장치
130, 230. FDFO
140. 인회석 합성수단
240. 다가이온 합성수단
Claims (7)
- FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치의 폐용액으로부터 인회석을 합성하는 시스템에 있어서,
해수와 비료용액이 유입되고, 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 상기 해수는 농도를 증가시켜 배출하고, 상기 비료용액은 희석시켜 폐용액으로 배출하는 FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치; 및
상기 FDFO 장치에서 배출되는 폐용액의 성분에 따라 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액 중 적어도 어느 하나를 첨가용액으로 상기 폐용액에 투입하여 인회석을 합성하는 수단을
포함하는 것을 특징으로 하는 인회석 합성 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 FDFO 장치로 유입되는 해수로부터 다가이온을 제거하여 배출하는 전처리장치; 및
상기 전처리장치에서 배출된 다가이온으로 다가이온 화합물을 생성하여 상기 첨가용액으로 상기 인회석 합성 수단에 제공하는 다가이온 합성부를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 인회석 합성 시스템.
- 삭제
- FDFO(Fertiliser Drawn Forward Osmosis) 장치의 폐용액으로부터 인회석을 합성하는 방법에 있어서,
FDFO 장치에 해수와 비료용액을 유입하고, 두 용액의 농도 차이에 의한 삼투압을 통해 상기 해수는 농도를 증가시켜 배출하고, 상기 비료용액은 희석시켜 폐용액으로 배출하는 단계; 및
상기 FDFO 장치에서 배출되는 폐용액의 성분에 따라 칼슘 화합물, 마그네슘 화합물 및 인산염 용액 중 적어도 어느 하나를 첨가용액으로 상기 폐용액에 투입하여 인회석을 합성하는 단계를
포함하는 것을 특징으로 하는 인회석 합성 방법.
- 제6항에 있어서,
상기 FDFO 장치로 유입되는 해수로부터 다가이온을 제거하여 배출하는 전처리 단계; 및
상기 전처리 단계에서 배출된 다가이온으로 다가이온 화합물을 생성하여 상기 첨가용액으로 상기 인회석 합성 단계에 제공하는 다가이온 합성 단계를
더 포함하는 것을 특징으로 하는 인회석 합성 방법.
Applications Claiming Priority (2)
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