KR101690977B1 - 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치 및 담수화 방법 - Google Patents

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Abstract

다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치 및 담수화 방법이 개시된다. 담수화 장치는 제1 정삼투 유닛과 제2 정삼투 유닛을 포함한다. 제1 정삼투 유닛은 제1 정삼투막과, 제1 정삼투막의 일면과 접하며 폐수가 유입되는 제1 피드 채널과, 제1 정삼투막의 반대면과 접하며 제1 유도 용액이 유입되는 제1 드로우 채널을 포함한다. 제2 정삼투 유닛은 제2 정삼투막과, 제2 정삼투막의 일면과 접하며 제1 드로우 채널에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되는 제2 피드 채널과, 제2 정삼투막의 반대면과 접하며 제2 유도 용액이 유입되는 제2 드로우 채널을 포함한다.

Description

다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치 및 담수화 방법 {DESALINATION APPRATUS AND METHOD USING MULTI STAGE FORWARD OSMOSIS PROCESS}
본 발명은 담수화 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치 및 담수화 방법에 관한 것이다.
정삼투 공정은 농도가 다른 두 용액이 삼투막에 의해 나뉘어져 있을 때, 농도가 낮은 쪽(유입수)에서 농도가 높은 쪽(유도 용액)으로 물이 삼투막을 통해 이동하는 현상을 이용한다. 이상적으로는 삼투막을 통해서 물만 이동해야 하지만, 실제 정삼투 공정에서는 유도 용액의 용질이 유입수 쪽으로 확산 이동하는 역확산 현상이 일어난다.
예를 들어, 암모니아-탄산염을 유도 용액으로 사용하는 경우, 탄산염이 유입수 쪽으로 역확산된다. 처리하고자 하는 폐수에 칼슘 등 2가 양이온이 포함되어 있는 경우, 역확산된 탄산염과 2가 양이온이 반응하여 정삼투막의 표면에 침전물로 석출되어 스케일이 발생한다. 표면이 스케일로 오염된 정삼투막의 경우 처리수 플럭스가 크게 감소한다.
이러한 정삼투막의 오염을 방지하기 위해서는 정삼투 공정 이전 단계에서 폐수에 포함된 2가 양이온을 제거하는 연수화 전처리 공정이 필요하다. 그런데 기존의 연수화 공정인 석회-소다회법에서는 연수화를 위해 화학 물질을 주입하고, 부산물로 발생한 침전 슬러지를 추가로 처리해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 석회-소다회법을 대체하는 연수화 전처리 공정을 개발하여 추가적인 화학 물질의 주입을 생략하고, 침전 슬러지 처리 문제를 해결할 수 있는 담수화 장치 및 담수화 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 암모니아-탄산염 유도 용액을 이용한 정삼투 공정에 있어서 삼투막의 오염 없이 안정적으로 공정을 운영할 수 있는 담수화 장치 및 담수화 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치는 제1 정삼투 유닛과 제2 정삼투 유닛을 포함한다. 제1 정삼투 유닛은 제1 정삼투막과, 제1 정삼투막의 일면과 접하며 폐수가 유입되는 제1 피드 채널과, 제1 정삼투막의 반대면과 접하며 제1 유도 용액이 유입되는 제1 드로우 채널을 포함한다. 제2 정삼투 유닛은 제2 정삼투막과, 제2 정삼투막의 일면과 접하며 제1 드로우 채널에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되는 제2 피드 채널과, 제2 정삼투막의 반대면과 접하며 제2 유도 용액이 유입되는 제2 드로우 채널을 포함한다.
제2 피드 채널의 출구는 제1 드로우 채널의 입구와 연결되어 제2 피드 채널에서 배출된 농축된 제1 유도 용액이 제1 드로우 채널로 유입될 수 있다.
담수화 장치는 제2 드로우 채널의 출구와 연결된 증류탑을 포함할 수 있다. 제2 드로우 채널에서 배출된 희석된 제2 유도 용액은 증류탑에서 청정수와 농축된 제2 유도 용액으로 분리될 수 있다. 담수화 장치는 증류탑의 출구 및 제2 드로우 채널의 입구와 연결된 저장조를 포함할 수 있다. 증류탑에서 배출된 농축된 제2 유도 용액은 저장조를 거쳐 제2 드로우 채널로 유입될 수 있다.
제1 유도 용액은 브롬화칼륨(KBr), 염화나트륨(NaCl), 질산암모늄(NH4NO3), 염화암모늄(NH4Cl), 질산나트륨(NaNO3), 염화칼륨(KCl), 질산칼륨(KNO3), 프룩토오스(fructose), 글루코스(glucose), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 에탄올(ethanol), 알부민(albumin), 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA) 소듐 설트(sodium salt), 2-메틸이미다졸(methylimidazole)계 물질, 친수성 나노입자, 폴리머 하이드로겔 파티클, 및 덴드리머(dendrimer)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
제2 유도 용액은 암모니아-탄산염(NH3-CO2), 트리메틸아민(trimethylamine, TMA), 질산칼륨(KNO3), 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
제1 유도 용액은 염화나트륨 용액일 수 있고, 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염 용액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법은 1단계 정삼투 공정과 2단계 정삼투 공정 및 증류 회수 공정을 포함한다. 1단계 정삼투 공정에서, 제1 정삼투 유닛의 제1 피드 채널에 폐수가 유입되고, 제1 드로우 채널에 제1 유도 용액이 유입되며, 폐수에 포함된 물이 제1 정삼투막을 통해 제1 유도 용액으로 이동한다. 2단계 정삼투 공정에서, 제2 정삼투 유닛의 제2 피드 채널에 제1 드로우 채널에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되고, 제2 드로우 채널에 제2 유도 용액이 유입되며, 희석된 제1 유도 용액에 포함된 물이 제2 정삼투막을 통해 제2 유도 용액으로 이동한다. 증류 회수 공정에서, 제2 드로우 채널에서 배출된 희석된 제2 유도 용액이 증류탑으로 이송되어 청정수와 농축된 제2 유도 용액으로 분리된다.
제2 피드 채널의 출구는 제1 드로우 채널의 입구와 연결되어 제2 피드 채널에서 배출된 농축된 제1 유도 용액이 제1 드로우 채널로 유입될 수 있다. 증류탑의 출구와 제2 드로우 채널의 입구 사이에 저장조가 설치될 수 있다. 증류탑에서 배출된 농축된 제2 유도 용액은 저장조를 거쳐 제2 드로우 채널로 유입될 수 있다.
제1 유도 용액은 브롬화칼륨(KBr), 염화나트륨(NaCl), 질산암모늄(NH4NO3), 염화암모늄(NH4Cl), 질산나트륨(NaNO3), 염화칼륨(KCl), 질산칼륨(KNO3), 프룩토오스(fructose), 글루코스(glucose), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 에탄올(ethanol), 알부민(albumin), 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA) 소듐 설트(sodium salt), 2-메틸이미다졸(methylimidazole)계 물질, 친수성 나노입자, 폴리머 하이드로겔 파티클, 및 덴드리머(dendrimer)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
제2 유도 용액은 암모니아-탄산염(NH3-CO2), 트리메틸아민(trimethylamine, TMA), 질산칼륨(KNO3), 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
제1 유도 용액은 염화나트륨 용액일 수 있고, 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염 용액일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 폐수와 제1 유도 용액에 무기 침전물이 발생하지 않으므로 정삼투막의 오염을 방지하여 처리수 플럭스를 크게 늘릴 수 있고, 안정적인 공정 운영이 가능해진다. 또한, 스케일을 유발하는 이온 물질과 기타 오염 물질이 농축 폐수에 남기 때문에 처리수의 수질을 향상시킬 수 있으며, 농축 폐수의 부피가 크게 줄어 폐수 처리 비용을 줄일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 기존의 연수화 공정인 석회-소다회법 대비 화학 물질의 사용량을 줄일 수 있고, 슬러지 처리 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 도면에 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타낸 것이므로, 본 발명은 도시한 바로 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치의 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 실시예의 담수화 장치(100)는 직렬 연결된 제1 정삼투 유닛(10)과 제2 정삼투 유닛(20)을 포함하며, 멀티 유도 용액에 기반한 다단 정삼투 공정을 이용하여 폐수로부터 청정수를 생산한다.
폐수는 염 농도가 높은 셰일 가스전의 발생 폐수일 수 있다. 셰일 가스전의 폐수를 담수화 처리하는 기존 방법으로 증발법이 있으나, 증발법은 소비 에너지가 높다. 본 실시예의 담수화 장치(100)는 물리적인 압력을 가하지 않는 정삼투 공정을 이용함으로써 물투과 플럭스를 위한 소비 에너지를 낮출 수 있다.
제1 정삼투 유닛(10)은 제1 정삼투막(11)과, 제1 정삼투막(11)의 일면과 접하는 제1 피드 채널(12)과, 제1 정삼투막(11)의 반대면과 접하는 제1 드로우 채널(13)을 포함한다. 제1 정삼투 유닛(10)에서 1단계 정삼투 공정이 진행된다.
제2 정삼투 유닛(20)은 제2 정삼투막(21)과, 제2 정삼투막(21)의 일면과 접하는 제2 피드 채널(22)과, 제2 정삼투막(21)의 반대면과 접하는 제2 드로우 채널(23)을 포함한다. 제2 정삼투 유닛(20)에서 2단계 정삼투 공정이 진행된다.
제1 피드 채널(12)의 입구는 폐수 유입관(31)에 연결되며, 제1 피드 채널(12)로 폐수가 유입되어 흐른다. 제1 드로우 채널(13)에는 제1 유도 용액이 유입되어 흐른다. 제1 피드 채널(12)의 입구는 제1 드로우 채널(13)의 입구와 반대측에 위치하여 제1 정삼투막(11)을 사이에 두고 폐수와 제1 유도 용액이 서로 반대 방향으로 흐를 수 있다.
제2 피드 채널(22)의 입구는 제1 배관(L1)을 통해 제1 드로우 채널(13)의 출구와 연결되고, 제2 피드 채널(22)의 출구는 제2 배관(L2)을 통해 제1 드로우 채널(13)의 입구와 연결된다. 따라서 제1 유도 용액은 제1 정삼투 유닛(10)의 제1 드로우 채널(13)과 제2 정삼투 유닛(20)의 제2 피드 채널(22)을 순환한다.
제1 정삼투 유닛(10)과 제2 정삼투 유닛(20)을 연결하는 제1 및 제2 배관(L1, L2)이 제1 유도 용액 순환부를 구성한다.
제2 드로우 채널(23)의 입구는 제3 배관(L3)을 통해 제2 유도 용액을 저장하는 저장조(40)와 연결되며, 제2 드로우 채널(23)로 제2 유도 용액이 유입되어 흐른다. 제2 피드 채널(22)의 입구는 제2 드로우 채널(23)의 입구와 반대측에 위치하여 제2 정삼투막(21)을 사이에 두고 제1 유도 용액과 제2 유도 용액이 서로 반대 방향으로 흐를 수 있다.
폐수는 용존고형물의 농도가 높고, 칼슘 이온과 마그네슘 이온 등 스케일을 유발할 수 있는 이온의 농도가 높은 셰일 가스전의 폐수일 수 있다. 예를 들어, 셰일 가스전에서 발생하는 폐수의 용존고형물 농도는 대략 70,000 내지 250,000mg/L 수준으로 높고, 칼슘 이온의 농도는 대략 6,200mg/L 수준으로 매우 높다.
제1 드로우 채널(13)로 유입되는 제1 유도 용액의 농도 및 삼투압은 각각 제1 피드 채널(12)로 유입되는 폐수의 농도 및 삼투압보다 높다. 따라서 제1 정삼투 유닛(10) 내부에서 폐수 중의 물은 삼투압 차이에 의해 제1 정삼투막(11)을 투과해 제1 유도 용액으로 이동한다.
제1 피드 채널(12)의 출구는 폐수 배출관(32)에 연결되며, 농축된 폐수는 폐수 배출관(32)을 통해 외부로 배출된다. 배출된 농축 폐수는 트럭 등의 이송 수단에 실려 후처리 설비로 이동한다. 제1 정삼투 유닛(10)에서 제1 유도 용액은 폐수로부터 물을 공급받아 희석되고, 희석된 제1 유도 용액은 제1 배관(L1)을 통해 제2 정삼투 유닛(20)의 제2 피드 채널(22)로 이동한다.
제2 드로우 채널(23)로 유입되는 제2 유도 용액의 농도 및 삼투압은 각각 제2 피드 채널로 유입되는 제1 유도 용액(희석된 제1 유도 용액)의 농도 및 삼투압보다 높다. 따라서 제2 정삼투 유닛(20) 내부에서 제1 유도 용액 중의 물은 삼투압 차이에 의해 제2 정삼투막(21)을 통해 제2 유도 용액으로 이동한다.
제2 정삼투 유닛(20)에서 농축된 제1 유도 용액은 제2 배관(L2)을 통해 제1 정삼투 유닛(10)의 제1 드로우 채널(13)로 공급되어 1단계 정삼투 공정에 재사용된다. 그리고 제1 유도 용액으로부터 물을 제공받아 희석된 제2 유도 용액은 제4 배관(L4)을 통해 증류탑(50)으로 이송된다. 증류탑에서 증류된 물은 응축되어 청정수로 배출되며, 제2 유도 용액은 증류 회수 공정을 거쳐 농축된다.
농축된 제2 유도 용액은 제5 배관(L5)을 통해 저장조(40)로 이송된다. 저장조(40)는 제3 배관(L3)을 통해 제2 정삼투 유닛(20)과 연결되어 있으므로, 농축된 제2 유도 용액은 2단계 정삼투 공정에 재사용된다.
정삼투 과정에서 이상적으로는 정삼투막을 통해 물만 이동해야 하지만, 실제로는 유도 용액의 용질이 유입수 측으로 확산 이동하는 역확산 현상이 일어난다. 그리고 폐수에는 유도 용액의 용질과 반응 시 무기물 스케일을 발생시키는 이온들이 다수 존재한다.
구체적으로, 물(폐수) 속에는 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag), 카드뮴(Cd), 알루미늄(Al), 탈륨(Tl), 납(Pb), 비스무트(Bi), 및 란타넘(La) 등의 이온 물질이 존재한다.
그리고 유도 용액으로부터 유입수(폐수) 측으로 탄산염 이온이 역확산되는 경우, 전술한 이온 물질들은 용해도가 낮은 무기물인 BeCO3, MgCO3, Mg(HCO3)2, CaCO3, Ca(HCO3)2, SrCO3, BaCO3, MnCO3, CoCO3, FeCO3, NiCO3, CuCO3, ZnCO3, Ag2CO3, CdCO3, Al2(CO3)3, Tl2(CO3), PbCO3, (BiO)2CO3, La2(CO3)3 등을 형성하여 정삼투막 표면에 무기물 스케일을 발생시킨다.
특히 2가 이온을 갖는 칼슘과 마그네슘을 포함한 2족의 알칼리 토금속 이온 물질은 탄산염 이온과 반응하여 무기 침전물을 쉽게 발생시킨다.
본 실시예에서 제1 유도 용액은 폐수에 포함된 이온 물질 및 제2 유도 용액의 용질과 반응 시 무기 침전물을 발생시키지 않으면서 폐수보다 높은 삼투압을 가질 수 있는 무기물, 유기물, 또는 무기-유기 혼합물을 용질로 포함한다. 제2 유도 용액은 증류 회수 공정이 가능하며 제1 유도 용액의 용질과 반응 시 침전물을 발생시키지 않는 물질을 용질로 포함한다.
제1 유도 용액은 브롬화칼륨(KBr), 염화나트륨(NaCl), 질산암모늄(NH4NO3), 염화암모늄(NH4Cl), 질산나트륨(NaNO3), 염화칼륨(KCl), 질산칼륨(KNO3), 프룩토오스(fructose), 글루코스(glucose), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 에탄올(ethanol), 알부민(albumin), 에틸렌다이아민테트라아세트산(EDTA) 소듐 설트(sodium salt), 2-메틸이미다졸(methylimidazole)계 물질, 친수성 나노입자(예를 들어, 폴리아크릴릭애씨드(polyacrylic acid) 자성 나노입자 또는 트리에칠렌글라이콜(triethyleneglycol) 자성 나노입자), 폴리머 하이드로겔 파티클, 및 덴드리머(dendrimer)(예를 들어, ethylenediamine core dendrimer with sodium succinamate terminal group 또는 pentaerythrityl core dendrimer with sodium carboxylate terminal group)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
제2 유도 용액은 암모니아-탄산염(NH3-CO2), 트리메틸아민(trimethylamine, TMA), 질산칼륨(KNO3), 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 용질을 포함할 수 있다.
대표적으로 제1 유도 용액은 염화나트륨 용액일 수 있고, 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염 용액일 수 있다.
1단계 정삼투 공정에서 폐수에 포함된 물은 제1 정삼투막(11)을 통해 제1 유도 용액으로 이동한다. 이 과정에서 제1 유도 용액의 용질이 폐수 측으로 역확산되어도 폐수에 무기 침전물이 발생하지 않으므로, 제1 정삼투막(11)의 오염을 방지하여 처리수 플럭스를 크게 늘릴 수 있다.
또한, 스케일을 유발하는 이온 물질과 기타 오염 물질은 제1 정삼투막(11)을 통과하지 못하고 농축 폐수에 남기 때문에 처리수(청정수)의 수질을 향상시킬 수 있다. 또한, 농축 폐수의 부피가 크게 줄어 폐수를 처리하는데 필요한 운송 비용을 절감할 수 있으며, 기존의 연수화 공정인 석회-소다회법 대비 화학 물질의 사용량을 줄이고 슬러지 처리 비용을 크게 감소시킬 수 있다.
2단계 정삼투 공정에서 제1 유도 용액에 포함된 물은 제2 정삼투막(21)을 통해 제2 유도 용액으로 이동한다. 이 과정에서 제2 유도 용액의 용질이 제1 유도 용액 측으로 역확산되어도 제1 유도 용액에 무기 침전물이 발생하지 않으므로, 제2 정삼투막(21)의 오염을 방지하여 처리수 플럭스를 크게 늘릴 수 있고, 안정적인 공정 운영이 가능해진다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 담수화 방법은 제1 정삼투 유닛(10)을 이용하는 1단계 정삼투 공정(S10)과, 제2 정삼투 유닛(20)을 이용하는 2단계 정삼투 공정(S20)과, 증류탑(50)을 이용하는 증류 회수 공정(S30)을 포함한다.
1단계 정삼투 공정(S10)에서, 제1 정삼투 유닛(10)의 제1 피드 채널(12)에 폐수가 유입되고, 제1 드로우 채널(13)에 제1 유도 용액이 유입된다. 폐수에 포함된 물은 삼투압 차이에 의해 제1 정삼투막(11)을 투과해 제1 유도 용액으로 이동한다.
제1 유도 용액은 폐수에 포함된 이온 물질과 반응 시 무기 침전물을 발생시키지 않으면서 폐수보다 높은 삼투압을 가질 수 있는 무기물, 유기물, 또는 무기-유기 혼합물의 용질을 포함한다. 예를 들어, 제1 유도 용액은 염화나트륨(NaCl) 용액일 수 있다.
2단계 정삼투 공정(S20)에서, 제2 정삼투 유닛(20)의 제2 피드 채널(22)에 제1 드로우 채널(13)에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되고, 제2 드로우 채널(23)에 제2 유도 용액이 유입된다. 희석된 제1 유도 용액에 포함된 물은 삼투압 차이에 의해 제2 정삼투막(21)을 투과해 제2 유도 용액으로 이동한다.
이때 제2 피드 채널(22)에서 배출된 농축된 제1 유도 용액은 제1 정삼투 유닛(10)의 제1 드로우 채널(13)로 투입되어 1단계 정삼투 공정(S10)에 재사용된다. 제2 유도 용액은 제1 유도 용액의 용질과 반응 시 무기 침전물을 발생시키지 않으면서 증류 회수 공정이 가능한 물질을 용질로 포함한다. 예를 들어, 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염(NH3-CO2) 용액일 수 있다.
증류 회수 공정(S30)에서, 제2 드로우 채널(23)에서 배출된 희석된 제2 유도 용액은 증류탑(50)으로 이송되고, 증류탑(50)에서 청정수와 농축된 제2 유도 용액으로 분리된다. 농축된 제2 유도 용액은 저장조(40)로 이송되며, 제2 정삼투 유닛(20)의 제2 드로우 채널(23)로 공급되어 2단계 정삼투 공정(S20)에 재사용된다.
본 실시예의 담수화 방법에서는 폐수에 포함된 물을 제2 유도 용액으로 바로 이동시키지 않고 제1 유도 용액을 거쳐 제2 유도 용액으로 이동시킨다. 즉, 멀티 유도 용액에 기반한 다단 정삼투 공정을 이용하여 폐수로부터 청정수를 생산한다.
이때 제1 유도 용액은 폐수에 포함된 이온 물질 및 제2 유도 용액의 용질과 반응 시 무기 침전물을 발생시키지 않는 용질을 포함한다. 따라서 제1 및 제2 정삼투막(11, 21)의 오염을 방지하여 안정적인 정삼투 공정 운영을 가능하게 하며, 처리수의 수질을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 담수화 장치 10: 제1 정삼투 유닛
11: 제1 정삼투막 12: 제1 피드 채널
13: 제1 드로우 채널 20: 제2 정삼투 유닛
21: 제2 정삼투막 22: 제2 피드 채널
23: 제2 드로우 채널 31: 폐수 유입관
32: 폐수 배출관 40: 저장조
50: 증류탑

Claims (13)

  1. 스케일을 유발하는 2가 양이온을 포함하는 폐수 처리용 담수화 장치로서,
    제1 정삼투막과, 제1 정삼투막의 일면과 접하며 폐수가 유입되는 제1 피드 채널과, 제1 정삼투막의 반대면과 접하며 제1 유도 용액이 유입되는 제1 드로우 채널을 포함하는 제1 정삼투 유닛; 및
    제2 정삼투막과, 제2 정삼투막의 일면과 접하며 상기 제1 드로우 채널에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되는 제2 피드 채널과, 제2 정삼투막의 반대면과 접하며 제2 유도 용액이 유입되는 제2 드로우 채널을 포함하는 제2 정삼투 유닛
    을 포함하며,
    상기 제1 유도 용액은 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 에탄올(ethanol), 알부민(albumin), 에틸렌다이아민테트라아세트산 소듐 설트(ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt), 2-메틸이미다졸(methylimidazole)계 물질, 친수성 유기 나노입자, 폴리머 하이드로겔 파티클, 및 덴드리머(dendrimer)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함하고,
    상기 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염, 트리메틸아민(trimethylamine), 질산칼륨(KNO3), 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함하는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 피드 채널의 출구는 상기 제1 드로우 채널의 입구와 연결되어 상기 제2 피드 채널에서 배출된 농축된 제1 유도 용액이 상기 제1 드로우 채널로 유입되는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 드로우 채널의 출구와 연결된 증류탑을 포함하며,
    상기 제2 드로우 채널에서 배출된 희석된 제2 유도 용액은 상기 증류탑에서 청정수와 농축된 제2 유도 용액으로 분리되는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 증류탑의 출구 및 상기 제2 드로우 채널의 입구와 연결된 저장조를 포함하며,
    상기 증류탑에서 배출된 농축된 제2 유도 용액은 상기 저장조를 거쳐 상기 제2 드로우 채널로 유입되는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 스케일을 유발하는 2가 양이온을 포함하는 폐수 처리용 담수화 방법으로서,
    제1 정삼투 유닛의 제1 피드 채널에 폐수가 유입되고, 제1 드로우 채널에 제1 유도 용액이 유입되며, 폐수에 포함된 물이 제1 정삼투막을 통해 제1 유도 용액으로 이동하는 1단계 정삼투 공정;
    제2 정삼투 유닛의 제2 피드 채널에 상기 제1 드로우 채널에서 배출된 희석된 제1 유도 용액이 유입되고, 제2 드로우 채널에 제2 유도 용액이 유입되며, 희석된 제1 유도 용액에 포함된 물이 제2 정삼투막을 통해 제2 유도 용액으로 이동하는 2단계 정삼투 공정; 및
    상기 제2 드로우 채널에서 배출된 희석된 제2 유도 용액이 증류탑으로 이송되어 청정수와 농축된 제2 유도 용액으로 분리되는 증류 회수 공정
    을 포함하며,
    상기 제1 유도 용액은 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 에탄올(ethanol), 알부민(albumin), 에틸렌다이아민테트라아세트산 소듐 설트(ethylenediaminetetraacetic acid sodium salt), 2-메틸이미다졸(methylimidazole)계 물질, 친수성 유기 나노입자, 폴리머 하이드로겔 파티클, 및 덴드리머(dendrimer)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함하고,
    상기 제2 유도 용액은 암모니아-탄산염, 트리메틸아민(trimethylamine), 질산칼륨(KNO3), 및 이산화황(SO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 용질을 포함하는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 피드 채널의 출구는 상기 제1 드로우 채널의 입구와 연결되어 상기 제2 피드 채널에서 배출된 농축된 제1 유도 용액이 상기 제1 드로우 채널로 유입되는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 증류탑의 출구와 상기 제2 드로우 채널의 입구 사이에 저장조가 설치되며,
    상기 증류탑에서 배출된 농축된 제2 유도 용액은 상기 저장조를 거쳐 상기 제2 드로우 채널로 유입되는 다단 정삼투 공정을 이용한 담수화 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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