KR101801058B1 - 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법 - Google Patents

스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 막증류 수처리 과정에서 스케일의 발생을 방지하여 막증류의 성능저하를 방지하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 장치는, 원수공급을 위해 원수를 저장하는 원수탱크; 상기 원수탱크에 저장된 원수에 기설정된 분말을 공급하는 분말공급부; 상기 원수탱크에서 원수를 공급받아 일부를 증기로 배출하는 막증류모듈부; 상기 막증류모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 탁도를 검출하는 탁도검출부; 상기 탁도검출부에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 상기 원수에 스케일을 발생시키기 위해 상기 분말공급부의 동작을 제어하여 상기 원수에 상기 분말을 공급하도록 하는 제어부; 및 상기 원수탱크로부터 상기 막증류모듈부로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거하는 스케일필터링부를 포함한다.

Description

스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법{Membrane distillation water treatment apparatus and method having scale prevention function}
본 발명은 막증류 수처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 막증류 수처리 과정에서 스케일의 발생을 방지하여 막증류의 성능저하를 방지하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
막증류 기술은 소수성 표면을 가지는 다공성의 분리막을 이용하여 원수로부터 순수한 증기상태로 물을 분리하는 공정 기술이다.
막증류법에 의해 처리되는 원수는 분리막의 한쪽 면과 접촉하게 되지만 분리막 표면의 높은 소수성 때문에 발생된 표면장력으로 인해 원수가 분리막의 기공안으로 투과되지 않는다. 이로 인해 물은 투과하지 못하고 증기만 분리막을 통과하게 하여 증기로부터 담수를 만들게 된다.
막증류 공정에서 물질전달이 발생하는 이유는 분리막을 경계로 높은 온도의 원수와 낮은 온도의 여과수 사이에 형성되는 온도차이 때문이며, 이러한 온도차이로 인해 형성되는 물의 증기압 차이는 액체상태의 물이 수증기 상태로 전환되면서 원수로부터 여과수쪽으로 이동하게 만드는 구동력이 된다.
막증류법은 이러한 구동력인 증기압 구배를 발생시키기 위해 여과수 측에 적용하는 방법에 따라 직접 접촉식 막증류법(Direct Contact Membrane Distillation: DCMD), 공기 간극형 막증류법(Air Gap Membrane Distillation: AGMD), 스윕가스 흐름형 막증류법(Sweep Gas Membrane Distillation: SGMD), 진공 막증류법(Vacuum Membrane Distillation:VMD)의 4가지 방식으로 구분할 수 있다.
이러한 막증류법은 삼투압의 영향을 크게 받지 않기 때문에 농축수, 즉 높은 염농도의 원수를 높은 회수율로 처리할 수 있으며, 원수에 압력이 가해지지 않기 때문에 역삼투법에 비해 막오염에 강한 장점이 있다.
그러나, 막증류 공정에서 농축수를 높은 회수율로 재처리하는 동안 발생되는 스케일은 여과 플럭스의 저하뿐만 아니라 분리막의 표면장력을 악화시켜 원수가 분리막의 기공으로 유입되는 막젖음 형상을 발생시키는 문제점이 있다. 이 경우 막증류의 성능저하를 초래하고 경우에 따라서는 막증류 공정을 정시시켜 교환 또는 유지보수를 수행해야 하는 문제점이 발생한다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0101589호 대한민국 등록특허공보 제1605535호 대한민국 등록특허공보 제1556915호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 막증류 수처리 과정에서 원수를 회수하여 재사용하는 동안 스케일의 발생을 방지하여 막증류의 성능저하를 예방하는 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 분리막의 표면장력 악화로 인해 원수가 분리막의 기공으로 유입되는 막젖음 형상을 방지할 수 있는 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 장치는, 원수공급을 위해 원수를 저장하고 상기 저장된 원수를 후술하는 막증류(MD)모듈부로 공급하고 상기 MD모듈부로부터 회수되는 원수를 공급받아 저장하는 원수탱크; 상기 원수탱크에 저장된 원수에 기설정된 분말을 공급하되, 상기 원수에 발생하는 스케일과 동일한 성분의 분말을 공급하는 분말공급부; 상기 원수탱크로부터 원수를 공급받아 일부를 증기로 배출하는 막증류(MD)모듈부; 상기 MD모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 탁도를 검출하는 탁도검출부; 상기 탁도검출부에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 상기 원수에 스케일을 발생시키기 위해 상기 분말공급부의 동작을 제어하여 상기 원수에 상기 분말을 공급하도록 하는 제어부; 및 상기 원수탱크와 상기 MD모듈부 사이에 설치되어 상기 원수탱크로부터 상기 MD모듈부로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거하는 스케일필터링부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 스케일필터링부는 상기 원수탱크에서 상기 막증류모듈부로 공급되는 원수에 스케일이 발생하지 않으면 상기 원수를 통과시키고 상기 원수에 스케일이 발생하면 상기 스케일은 분리하여 제거하고 상기 원수만 통과시킨다.
본 발명에서, 상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 가열부를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 막증류모듈부에서 배출된 증기로부터 생성되는 담수를 저장하는 담수탱크; 및 상기 담수탱크에 저장된 담수를 상기 막증류모듈부의 증기영역으로 공급하는 담수공급펌프부를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 담수탱크에 저장된 담수를 기설정된 온도로 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고, 상기 담수공급펌프부는 상기 냉각부에 의해 냉각된 담수를 상기 막증류모듈부의 증기영역으로 공급한다.
본 발명에서, 압축공기를 발생하는 압축공기발생부; 및 상기 원수탱크로부터 공급되는 고온의 원수와 상기 압축공기발생부로부터 공급받은 압축공기 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 상기 막증류모듈부의 증기영역으로 공급하는 열교환부; 를 더 포함하고, 상기 증기영역으로 공급된 고온의 압축공기는 상기 막증류모듈부의 분리막을 통해 원수영역으로 이동한다.
본 발명에서, 상기 열교환부에서 회수된 원수는 상기 원수탱크로 회수된다.
본 발명에서, 상기 막증류모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출하는 전기전도도계를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 검출된 탁도 및 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 상기 원수에 스케일을 발생시키기 위해 상기 분말공급부의 동작을 제어한다.
본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 방법은, 원수펌프가 원수탱크에 저장된 고온의 원수를 MD모듈부로 공급하는 단계; 상기 MD모듈부에서 상기 고온의 원수로부터 일부를 증기로 배출하고 나머지 원수를 상기 원수탱크로 회수하도록 하는 단계; 탁도검출부에서 상기 MD모듈부로부터 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 탁도를 검출하는 단계; 제어부에서 상기 탁도검출부에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 상기 원수에 스케일 발생을 위해 기설정된 분말을 저장하고 있는 분말공급부의 동작을 제어하여 상기 원수에 상기 분말을 공급하도록 하되, 상기 원수에 발생하는 스케일과 동일한 성분의 분말을 공급하도록 제어하는 단계; 및 상기 원수탱크와 상기 MD모듈부 사이에 설치된 스케일필터링부에서 상기 원수탱크로부터 상기 MD모듈부로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 고온의 원수를 MD모듈부로 공급하는 단계는, 가열부를 이용하여 상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 MD모듈부에서 증기로 배출하는 단계 이후에, 담수공급펌프부에서 상기 MD모듈부에서 배출된 증기로부터 생성되는 담수를 저장하는 담수탱크로부터 상기 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 MD모듈부의 증기영역으로 담수를 공급하는 단계는, 냉각부를 이용하여 상기 담수탱크에 저장된 담수를 기설정된 온도로 냉각시키는 단계를 포함하고, 상기 담수공급펌프부에서 상기 냉각부에 의해 냉각된 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급한다.
본 발명에서, 상기 MD모듈부에서 증기로 배출하는 단계 이후에, 압축공기발생부에서 압축공기를 발생하는 단계; 및 열교환부에서 상기 원수탱크로부터 공급되는 고온의 원수와 상기 압축공기발생부로부터 공급되는 압축공기 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 단계를 더 포함하고 상기 증기영역으로 공급된 고온의 압축공기는 상기 MD모듈부의 분리막을 통해 원수영역으로 이동한다.
본 발명에서, 상기 원수의 탁도를 검출하는 단계 이후에, 전기전도도계에서 상기 MD모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 검출된 탁도 및 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 상기 분말공급부의 동작을 제어한다.
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본 발명에 의하면 막증류 수처리 과정에서 원수를 회수하는 과정에서 농축되는 스케일의 발생을 사전에 방지함으로써 분리막의 성능저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 막증류 수처리 장치에서 스케일 방지기능을 가지므로 분리막의 표면장력 저하로 인해 원수가 분리막의 기공을 통과함으로써 발생하는 막젖음 현상을 방지할 수 있으며, 안정적인 막증류 공정을 운영할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 막증류 고정에서 상변화를 통해 원수를 처리하므로 고품질의 담수를 확보할 수 있으며 농축수와 같은 고농도의 염을 포함한 원수를 처리하여 담수를 얻을 수 있어 해수담수화 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지 기능을 갖는 막증류 수처리 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법을 보인 흐름도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결 합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)는 원수탱크(111), 분말공급부(112), 막증류모듈부(113), 탁도검출부(114), 제어부(115) 및 스케일필터링부(116)를 포함하여 구성된다.
원수탱크(111)는 외부에서 공급된 원수를 저장한다. 원수탱크(111)에 저장된 원수는 원수펌프(117)에 의해 막증류모듈부(113)으로 공급된다. 원수탱크(111)는 또한 막증류모듈부(113)를 거쳐 회수되는 원수를 공급받아 저장하도록 한다.
분말공급부(112)는 기설정된 분말을 저장하며 후술하는 제어부(115)의 제어에 의해 원수탱크(111)에 저장된 원수에 기설정된 분말을 공급하도록 한다. 이러한 분말은 원수가 순환되면서 여과되는 동안 원수에 발생하는 스케일과 동일한 성분을 갖는다. 이는 원수에 스케일이 발생할 시점에 분말을 공급함으로써 스케일을 급속도로 발생시켜 후술하는 스케일필터링부(116)에서 필터링하여 제거하기 위한 것이다. 이러한 스케일은 원수의 종류에 따라 달라진다. 따라서, 본 발명에서는 원수의 종류에 따라 발생되는 스케일의 종류에 따라 공급되는 분말이 결정되는 것이 바람직하다. 예컨대 막증류 과정에서 농축수 처리시 원수에 CaSO4 스케일이 발생하는 경우 CaSO4 분말을 공급하여 기계식 교반기(미도시)로 급속 교반을 실시하여 CaSO4 결정을 급속도로 크게 한다. 이는 일례이며 분말의 종류는 발생되는 스케일의 종류에 따라 결정된다. 또한, 본 실시 예에서 분말공급부(112)는 여러 종류의 분말을 저장한 후 필요에 따라 원하는 분말을 각각 공급하도록 구현할 수도 있다. 이러한 분말공급부(112)에서 분말이 원수탱크(111) 내로 투입되면 기계식 교반기를 이용하여 빠른 속도로 교반하도록 하여 원수 내에 분말이 잘 녹도록 한다. 이때, 본 실시 예에서 분말은 원수탱크(111) 내의 포화농도의 5~10%에 해당하는 양을 투입하는 것이 바람직하다. 5% 이하이면 스케일의 결정 크기가 작고 10% 이상이면 너무 큰 크기의 결정이 발생하므로 스케일필터링부(116)에 무리를 준다.
막증류(Membrane Distillation:MD)모듈부(113)는 원수탱크(111)로부터 공급되는 고온의 원수로부터 일부를 증기로 배출한다. 이러한 MD모듈부(113)는 내부의 분리막(113c)을 기준으로 원수영역(113a)과 증기영역(113b)으로 구분되며 원수가 원수영역(113a)의 원수가 분리막(113c)의 한쪽 면과 접촉할 때 분리막 표면의 높은 소수성 때문에 발생된 표면장력으로 인하여 원수는 분리막(113c)의 기공안으로 투과되지 않고 증기만 분리막을 통과하게 하여 증기영역(113b)으로 증기가 모이게 된다. 이러한 증기는 담수탱크(122)로 공급되어 담수로 만들게 된다.
이와 같이 MD모듈부(113)에서는 내부의 분리막(113c)을 경계로 높은 온도의 원수와 낮은 온도의 증기 사이에 형성되는 온도차이로 인해 액체상태의 물이 증기 상태로 전환되면서 원수로부터 담수쪽으로 이동하게 된다. 따라서, MD모듈부(113)로 공급된 고온의 원수 중에서 일부는 증기로 배출되어 담수탱크(122)로 공급되고 나머지 원수는 상대적으로 낮은 온도로 원수탱크(111)로 다시 회수된다. 이와 같이 원수는 공급과 회수가 계속 반복하여 순환하면서 막증류를 통해 일부를 증기로 배출하도록 한다. 이러한 순환과정에서 증기가 계속 배출되므로 순환되는 원수에는 특정 물질의 스케일이 발생하게 된다. 이러한 스케일은 막증류모듈부(113)의 분리막(113c)의 기공을 막게 되므로 본 발명에서는 이를 제거하도록 하는 것이다.
탁도검출부(114)는 MD모듈부(113)로부터 원수탱크(111)로 회수되는 원수의 탁도를 지속적으로 검출한다. 이처럼 검출된 원수의 탁도는 스케일 발생시점을 판단하는데 이용된다. 즉, 원수에 스케일이 발생하는 시점이 되면 원수의 탁도가 기설정된 특정값으로 검출된다. 예컨대, 원수에 CaSO4 결정이 발생하는 시점에 탁도가 흐려져 탁도검출부(114)에 일정한 값이 검출된다. 이러한 결정은 스케일이 발생한다는 것이므로, 향후 원수 내에 스케일 발생시점을 판단할 수 있는 것이다.
제어부(115)는 탁도검출부(114)에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 원수에 스케일이 발생하는 것으로 판단하여 원수에 스케일을 급속도로 발생시키기 위해 저장된 분말을 원수에 공급하도록 분말공급부(112)의 동작을 제어한다. 즉, 상기한 바와 같이 원수의 탁도가 기준치에 도달하면 원수에 스케일이 발생하는 시점으로 판단하여, 그 스케일에 해당하는 분말을 원수에 한꺼번에 많이 공급함으로써 빠른 속도로 결정의 크기를 성장시키도록 한다. 이는 후술하는 바와 같이 스케일필터링부(116)에서 성장된 스케일을 제거하기 용이하도록 하기 위한 것이다.
스케일필터링부(116)는 원수탱크(111)와 MD모듈부(113) 사이에 설치되며 원수탱크(111)로부터 MD모듈부(113)로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거한다. 이러한 스케일필터링부(116)는 원수탱크(111)에서 MD모듈부(113)로 공급되는 원수에 스케일이 발생한 경우에는 그 원수를 그대로 통과시키지만, 원수에 스케일이 발생한 경우에는 스케일은 통과하지 못하여 분리제거되고 원수만 통과시키도록 한다. 이로써, 원수에 발생된 스케일이 제거되며 MD모듈부(113)로 공급되는 원수에는 스케일이 제거된 상태가 된다. 이러한 스케일필터링부(116)는 예컨대 카트리지 필터(cartridge filter)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)는 가열부(121), 냉각부(123), 담수공급펌프부(124)를 더 포함할 수 있다.
가열부(121)는 원수탱크(111)에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 장치이다. 이러한 가열부(121)는 원수탱크(111)에 저장된 원수를 고온으로 가열하여 MD모듈부(113)로 제공하도록 하기 위한 것이다. 이는 고온의 원수를 MD모듈부(113)의 원수영역(113a)으로 공급함으로써 원수영역(113a)과 증기영역(113b) 간의 온도차이를 만들도록 하기 위한 것이다. 또한, MD모듈부(113)로부터 원수탱크(111)로 원수가 회수될 때 원수의 온도는 감소하는데 가열부(121)를 이용하여 다시 일정한 온도까지 상승시켜 고온의 원수로 만들도록 한다.
냉각부(123)는 담수탱크(122)로 공급된 증기를 일정한 온도로 냉각시키기 위한 장치이다. 이러한 냉각부(123)는 기설정된 온도까지 증기를 냉각시켜 담수가 만들어지도록 한다. 또한, 이러한 냉각부(123)에 의해 냉각된 담수는 MD모듈부(113)로 공급된다.
담수공급펌프부(124)는 담수탱크(122)에 저장되어 있는 담수를 가압하여 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급되도록 한다. 이는 상기한 바와 같이 MD모듈부(113)의 원수영역(113a)에 고온의 원수를 공급하는 것에 대응하여 증기영역(113b)에 저온의 담수를 공급함으로써 두 영역(113a,113b) 간의 온도차를 유지하도록 하기 위한 것이다. 특히, 본 발명에서 담수공급펌프부(124)는 냉각부(123)에 의해 냉각된 담수를 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하도록 한다. 이로써 MD모듈부(113)의 분리막(113c)을 기준으로 고온의 원수영역(113a)와 저온의 증기영역(113b) 간의 온도차에 의해 증기압 구배가 발생하게 되고 이 증기압 구배에 의해 원수가 분리막(113c)의 표면에서 증기상태로 변하여 분리막(113c)의 기공을 통해 증기영역(113b) 측으로 이동하게 되는 것이다. 이때, 원수에 포함되어 있는 오염물질은 배제되고 순수한 증기만이 분리막 기공을 통과하게 되어 기공을 통과한 증기는 난은 온도의 담수에 의해 응축된다. 이러한 여과과정을 통해 고품질의 담수를 생산한다.
또한, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)는 압축공기발생부(125) 및 열교환부(126)를 더 포함할 수도 있다.
압축공기발생부(125)는 공기를 압축하여 그 압축공기를 열교환부(126)로 공급한다. 열교환부(126)에서는 압축공기발생부(125)로부터 공급받은 압축공기와 원수탱크(111)로부터 공급되는 고온의 원수 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하도록 한다. 압축공기발생부(125) 및 열교환부(126)는 MD모듈부(113)의 분리막(113c)을 청소하고 막젖음을 방지하기 위해 마련된다. 즉, 원수가 MD모듈부(113)을 통해 순환하면서 원수 내에 스케일이 발생하고 분말공급부(112)에서 분말이 공급되어 원수 내에 스케일을 급속도로 형성하여 스케일필터링부(116)에서 필터링되지만, 스케일필터링부(116)에서도 걸러내지지 않는 미세입자는 MD모듈부(113)로 그대로 유입되어 분리막(113b)의 표면장력을 악화시켜 원수가 분리막(113c)의 기공으로 유입되는 결과를 초래하게 된다. 이로써 분리막(113c)이 원수에 의해 젖게 되는 막젖음 현상이 발생하게 되는데, 압축공기발생부(125)에 의해 만들어진 압축공기는 열교환부(126)에 의해 고온으로 만들어져 MD모듈부(113)의 분리막(113b)으로 공급되어 고온의 압축공기에 의해 분리막(113c)이 건조되도록 함으로써 막젖음 현상을 제거하도록 한다. 또한, 이러한 고온의 압축공기가 분리막(113c)으로 제공됨으로써 분리막(113c)의 표면에 붙어있는 미세입자의 스케일을 제거할 수도 있다. 이때, 상기 고온의 압축공기는 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하여 증기영역(113b)에서 원수영역(113a)으로 이동하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 스케일은 원수 내에 포함되어 있으므로 스케일은 분리막(113c)의 원수영역(113a)의 표면에 부착되기 때문에 증기영역(113b)에서 원수영역(113a)으로 압축공기를 불어넣어 스케일을 제거하는 것이 바람직하기 때문이다. 열교환부(116)를 통해 회수되는 원수는 원수탱크(111)로 다시 회수된다.
한편, 본 발명에서는 원수펌프(117)를 이용하여 원수탱크(111)에 저장된 원수를 MD모듈부(113)로 공급하되, 스케일필터링부(116)에 의해 제거되지 않은 매우 작은 크기의 결정들이 MD모듈부(113)의 분리막(113c)의 표면에 부착되지 않도록 매우 빠른 속도로 원수를 순환시키는 것이 필요하다. 이를 위해 원수펌프(117)는 원수탱크(111)로부터 공급되는 원수를 강하게 가압하여 빠른 속도로 원수가 MD모듈부(113)로 공급되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)는 전기전도도계(127)를 더 포함할 수 있다. 전기전도도계(127)는 MD모듈부(113)에서 원수탱크(111)로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출한다. 이때, 제어부(115)는 탁도검출부(114)에서 검출된 원수의 탁도 및 전기전도도계(127)에서 검출된 원수의 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 원수에 스케일의 결정이 발생하기 시작한 것으로 판단하여 스케일을 급속도로 발생시키기 위해 분말공급부(112)의 동작을 제어하여 분말이 원수탱크(111)에 저장된 원수에 공급되도록 한다. 이와 같이 원수의 전기전도도를 더 이용하여 분말을 투입하는 시점을 판단함으로써 정확한 투입시점을 판단할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)에서는 원수가 순환하면서 막증류 과정이 수행되는 동안 원수에 스케일이 발생되는 시작하는 시점을 판단하여 스케일을 급속도로 발생시키기 위해 그 스케일에 대응하는 분말을 원수에 투입함으로써 스케일의 결정을 급속도로 크게하여 스케일필터링부(116)에 의해 제거하도록 한다. 또한, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치(100)에서는 MD모듈부(113)의 분리막(113c)의 표면에 부착된 스케일 제거와 분리막(113c)의 막젖음 현상을 방지하도록 함으로써 보다 효율적이고 신뢰성 있는 막증류가 수행되도록 하며, 더불어 가열부(121)와 냉각부(123)를 구비하여 분리막(113c)의 원수영역(113a)과 증기영역(113b) 간의 온도차를 유지하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법을 보인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법에서는 원수펌프(117)에서 원수탱크(111)에 저장된 고온의 원수를 MD모듈부(113)로 공급한다(S101). 이때, MD모듈부(113)로 공급되는 원수의 속도는 MD모듈부(113)의 분리막(113c)의 표면에 스케일이 부착되지 않은 정도로 빠른 속도를 유지하는 것이 바람직하다. 이후, MD모듈부(113)에서는 공급된 고온의 원수로부터 일부를 증기로 배출하고 나머지 원수는 원수탱크(111)로 회수한다(S103).
이와 같이 MD모듈부(113)로부터 원수탱크(111)로 회수되는 원수에 대하여 탁도검출부(114)에서 탁도를 검출한다(S105). 이러한 탁도검출은 MD모듈부(113)로부터 원수탱크(111)로 회수되는 원수에 대하여 직접 검출할 수도 있으며, 또는 MD모듈부(113)로부터 원수탱크(111)로 회수된 상태에서 원수탱크(111)에 저장된 원수에 대하여 검출할 수도 있다.
계속해서, 제어부(115)에서 탁도검출부(114)에서 검출된 원수의 탁도와 기설정된 기준치를 비교하여 검출된 탁도가 기준치인지를 판단하여(S107), 기준치가 되면 원수에 스케일 결정화가 이루어지는 것으로 판단하여 원수에 스케일 발생을 위해 기설정된 분말을 저장하고 있는 분말공급부(112)의 동작을 제어하여 원수에 분말을 공급하도록 한다(S109). 이는 원수가 순환하는 과정에서 특정 물질이 농축되어 결정화를 이루는 시점을 원수의 탁도를 이용하여 판단하고, 결정화시점이라고 판단하면 스케일 결정의 크기를 더욱 크게 하기 위해 해당 분말을 주입하도록 하는 것이다. 이는 이후 스케일필터링부(116)에서 필터링이 보다 용이하고 신뢰성 있는 스케일의 필터링이 이루어지도록 하기 위한 것이다.
따라서, 원수탱크(111)에 저장된 원수에 큰 결정의 스케일이 발생한 상태에서 원수펌프(117)를 이용하여 원수탱크(111)에서 MD모듈부(113)로 원수를 공급할 때 스케일필터링부(116)에서 원수탱크(111)로부터 MD모듈부(113)로 공급되는 원수 내 발생한 스케일을 필터링하여 제거한다(S111). 이로써, 스케일이 제거된 원수가 MD모듈부(113)로 공급되며, 상기 S101 단계부터 다시 반복하게 된다. 이러한 원수의 순환과정에서 일부가 증기로 배출되므로 원수의 양이 감소하는 경우 일정한 시점에 원수를 외부로부터 원수탱크(111)로 보충하도록 한다.
이때, 도면에는 도시하지 않았으나 S101 단계는 가열부(121)를 이용하여 원수탱크(111)에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열한다. 또한, MD모듈부(113)에서 원수의 일부를 증기로 배출하는 단계 이후에, 담수공급펌프부(124)를 이용하여 MD모듈부(113)에서 배출된 증기로부터 생성되는 담수를 저장하는 담수탱크(122)로부터 담수를 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하는 단계를 더 포함한다. 이때, 냉각부(123)를 이용하여 담수탱크(122)에 저장된 담수를 기설정된 온도로 냉각시켜 담수공급펌프부(124)는 냉각부(123)에 의해 냉각된 담수를 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하도록 한다.
또한, MD모듈부(113)에서 증기로 배출하는 단계 이후, 압축공기발생부(125)에서 압축공기를 발생시키고 열교환부(126)에서는 원수탱크(111)로부터 공급되는 고온의 원수와 압축공기발생부(125)로부터 공급되는 압축공기 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 MD모듈부(113)의 증기영역(113b)으로 공급하도록 한다. 이때, 증기영역(113b)으로 공급된 고온의 압축공기는 분리막(113c)을 통해 원수영역(113a)으로 이동하게 된다.
또한, 도면에 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시 예에서 원수의 탁도를 검출하는 단계 이후, 전기전도도계(127)에서 MD모듈부(111)에서 원수탱크(111)로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출할 수 있고, 이 경우 제어부(115)는 검출된 탁도 및 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 분말공급부(112)의 동작을 제어하여 분말을 원수에 공급하도록 할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
111 : 원수탱크 112 : 분말공급부
113 : 막증류(MD)모듈부 114 : 탁도검출부
115 : 제어부 116 : 스케일필터링부
117 : 원수펌프 121 : 가열부
122 : 담수탱크 123 : 냉각부
124 : 담수공급펌프부 125 : 압축공기발생부
126 : 열교환부 127 : 전기전도도계

Claims (15)

  1. 원수공급을 위해 원수를 저장하고 상기 저장된 원수를 후술하는 막증류(MD)모듈부로 공급하고 상기 MD모듈부로부터 회수되는 원수를 공급받아 저장하는 원수탱크;
    상기 원수탱크에 저장된 원수에 기설정된 분말을 공급하되, 상기 원수에 발생하는 스케일과 동일한 성분의 분말을 공급하는 분말공급부;
    상기 원수탱크로부터 원수를 공급받아 일부를 증기로 배출하는 막증류(MD)모듈부;
    상기 MD모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 탁도를 검출하는 탁도검출부;
    상기 탁도검출부에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 상기 원수에 스케일을 발생시키기 위해 상기 분말공급부의 동작을 제어하여 상기 원수에 상기 분말을 공급하도록 하는 제어부; 및
    상기 원수탱크와 상기 MD모듈부 사이에 설치되어 상기 원수탱크로부터 상기 MD모듈부로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거하는 스케일필터링부를 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스케일필터링부는 상기 원수탱크에서 상기 MD모듈부로 공급되는 원수에 스케일이 발생하지 않으면 상기 원수를 통과시키고 상기 원수에 스케일이 발생하면 상기 스케일은 분리하여 제거하고 상기 원수만 통과시키는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 가열부를 더 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 MD모듈부에서 배출된 증기로부터 생성되는 담수를 저장하는 담수탱크; 및
    상기 담수탱크에 저장된 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 담수공급펌프부; 를 더 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 담수탱크에 저장된 담수를 기설정된 온도로 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고, 상기 담수공급펌프부는 상기 냉각부에 의해 냉각된 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    공기를 압축하여 압축공기를 발생하는 압축공기발생부; 및
    상기 원수탱크로부터 공급되는 고온의 원수와 상기 압축공기발생부로부터 공급받은 압축공기 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 열교환부; 를 더 포함하고,
    상기 증기영역으로 공급된 고온의 압축공기는 상기 MD모듈부의 분리막을 통해 원수영역으로 이동하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열교환부에서 회수되는 원수는 상기 원수탱크로 회수되는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 MD모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출하는 전기전도도계를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 검출된 탁도 및 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 상기 원수에 스케일을 발생시키기 위해 상기 분말공급부의 동작을 제어하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 원수탱크로부터 공급된 원수는 원수펌프에 의해 가압되어 상기 스케일필터링부를 통해 상기 MD모듈부로 공급되며, 상기 공급되는 원수는 상기 스케일필터링부에 의해 제거되지 않은 결정들이 상기 MD모듈부의 분리막 표면에 부착되지 않도록 그 속도가 결정되는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 장치.
  10. 원수펌프가 원수탱크에 저장된 고온의 원수를 MD모듈부로 공급하는 단계;
    상기 MD모듈부에서 상기 고온의 원수로부터 일부를 증기로 배출하고 나머지 원수를 상기 원수탱크로 회수하도록 하는 단계;
    탁도검출부에서 상기 MD모듈부로부터 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 탁도를 검출하는 단계;
    제어부에서 상기 탁도검출부에서 검출된 원수의 탁도가 기설정된 기준치가 되면 상기 원수에 스케일 발생을 위해 기설정된 분말을 저장하고 있는 분말공급부의 동작을 제어하여 상기 원수에 상기 분말을 공급하도록 하되, 상기 원수에 발생하는 스케일과 동일한 성분의 분말을 공급하도록 제어하는 단계; 및
    상기 원수탱크와 상기 MD모듈부 사이에 설치된 스케일필터링부에서 상기 원수탱크로부터 상기 MD모듈부로 공급되는 원수 내 발생된 스케일을 필터링하여 제거하는 단계; 를 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고온의 원수를 MD모듈부로 공급하는 단계는,
    가열부를 이용하여 상기 원수탱크에 저장된 원수를 기설정된 온도로 가열하는 단계를 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 MD모듈부에서 증기로 배출하는 단계 이후에,
    담수공급펌프부에서 상기 MD모듈부에서 배출된 증기로부터 생성되는 담수를 저장하는 담수탱크로부터 상기 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 단계를 더 포함하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 MD모듈부의 증기영역으로 담수를 공급하는 단계는,
    냉각부를 이용하여 상기 담수탱크에 저장된 담수를 기설정된 온도로 냉각시키는 단계를 포함하고, 상기 담수공급펌프부에서 상기 냉각부에 의해 냉각된 담수를 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 MD모듈부에서 증기로 배출하는 단계 이후에,
    압축공기발생부에서 압축공기를 발생하는 단계; 및
    열교환부에서 상기 원수탱크로부터 공급되는 고온의 원수와 상기 압축공기발생부로부터 공급되는 압축공기 간의 열교환을 통해 고온의 압축공기를 생성하여 상기 MD모듈부의 증기영역으로 공급하는 단계; 를 더 포함하고 상기 증기영역으로 공급된 고온의 압축공기는 상기 MD모듈부의 분리막을 통해 원수영역으로 이동하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 원수의 탁도를 검출하는 단계 이후에,
    전기전도도계에서 상기 MD모듈부에서 상기 원수탱크로 회수되는 원수의 전기전도도를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 검출된 탁도 및 전기전도도가 기설정된 각각의 기준치에 도달하면 상기 분말공급부의 동작을 제어하는 스케일 방지기능을 갖는 막증류 수처리 방법.
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