KR101844275B1 - 고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법 - Google Patents

고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 고효율 해수 농축 장치의 구성은 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조(20)와; 외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어져서 상기 저수조(20)에 공급 라인(24)을 통해 연결되며, 상기 저수조(20)에서 상기 공급 라인(24)과 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수가 유입되면 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 유입되면서 해수를 농축시키는 역삼투압 필터 유닛(30)과; 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하는 농축 염수 순환 유닛(40)과; 상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결되어 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 서플라이 유닛(50)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법{Seawater concentration system and seawater concentration method utilizing the same}
본 발명은 고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역삼투 멤브레인 장치를 활용함으로써 해수의 농축을 가속화시켜서 소금 석출을 위한 염전의 시설 용지 면적을 줄이면서 소금 생산성의 증가 등을 기할 수 있는 고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법에 관한 것이다.
본 발명은 2％ ~ 3％ 정도 염도의 해수에서 해수용 역삼투 멤브레인 장치를 이용하여 해수 농축수(소금 농도 5％ ~ 6％)를 연속적으로 염전의 제1증발지에 공급하여 고동도의 해수(염수)를 얻으므로, 천일염의 생산 시간을 2배 이상 단축시켜 소금 생산량이 2배 이상 얻어지는 고효율 해수 농축 장치 및 이를 이용한 해수 농축 방법이다.
일반적으로, 소금 제조방법은 바닷물을 염전으로 끌어드린 후에 건조(증발)시켜서 천연소금을 석출시키는 방법을 많이 채용한다. 다시 말해, 바닥에 타일이나 플라스틱 깔판이나 도자기 재질의 깔판을 부착시켜 만든 대략 사각형 염전에 해수(바닷물)을 퍼올린 다음, 자연 상태에서 태양열에 의해 바닷물이 증발하면 염전의 결정에 소금이 침전되고, 이러한 해수를 증발시켜 석출된 식염, 천연소금을 수집하여 소금을 생산하는 것이며, 이처럼 해수 증발로 석출 제조된 천연소금이나 식염은 칼슘, 마그네슘 및 여러 가지 미량의 미네랄을 함유하고 있어서, 사람의 건강에 유익한 것으로 알려져 있다.
그러나, 염전에 해수를 끌어들여 증발시켜서 소금을 생산하는 방법은 대략 사각 면적의 염전을 연속적으로 이어지도록 설치하고, 염전으로 끌어들인 해수가 한 염전에서 옆의 염전으로 넘어가면서 증발하는 과정을 거쳐서 소금을 석출하는 것으로서, 이러한 해수로부터의 소금 제조 방법의 경우 해수의 증발 속도 등을 감안하여 비교적 대형 면적의 염전 용지를 확보해야 하므로, 염전 용지가 제한된 지역에서는 염전을 설치하기 곤란한 경우가 있고, 해안가의 개발에 의해 염전 용지의 확보가 점점 어렵게 되고 있는 실정이며, 염전의 설치 용지 제한 등으로 인하여 소금의 수요가 많을 때 갑자기 염전을 증가시킬 수 없고 수요가 줄어들 때 갑자기 염전을 감소시킬 수 없기 때문에, 소금 생산량의 관리가 비효율적이고 해수의 증발 속도 지연으로 인해 소금 생산성(단위 시간당 생산량)이 저하된다는 문제를 가지고 있다.
염전에서 소금을 석출하는 과정을 설명하면, 해수에 이온이 녹아 있는 비율은 2％ 정도인데, 해수가 염전으로 단계적으로 올라가면서 해수가 증발하고, 해수가 증발하면 소금 농도가 점차적으로 2％, 3％, 4％, 5％....와 같이 점차적으로 높아지고, 해수의 소금 농도가 17도 염수(즉, 해수에 소금이 섞여 있는 비율이 17％인 염수)가 되면, 소금 결정지로 보내고, 상기 17도 염수는 바람만 불어도 해수가 증발하여 소금이 피기 시작한다. 염도가 25도인 염수가 최적의 소금 석출 조건이 된다.
이때, 소금이 염전으로 올라가면서 석출되는 기간이 있는데, 날씨가 맑은 것과 같이 조건이 좋으면 10일 정도에서도 소금이 석출되지만, 이러한 경우는 드물고 평균적으로 대략 15일에서 16일 정도 지나야 소금이 석출된다. 그러나, 비가 오면 소금 석출 기간은 더 늘어나서 장마철과 같은 우기나 폭우가 내리는 것과 같은 조건이 되면 소금 석출 기간까지 대략 30일 정도가 소요되므로, 비가 올 때에는 생산성이 그만큼 매우 저하되는 문제가 생긴다. 그래서, 비가 올 때에는 해주에 소금 농도가 6％에서 17％ 정도의 염수를 저장해 놓았다가 비가 그치면 해주에서 상기 염수를 다시 꺼내서 결정지에 공급하여 소금을 석출하고 있는 실정이다.
따라서, 종래와 같은 소금 생산 방법에 있어서는 상기와 같이 소금 석출까지 평균적으로 대략 15일에서 16일까지 소요되므로, 소금 생산시까지 많은 기간이 소요된다고 볼 수 있으며, 소금 석출시까지 비교적 많은 기간이 소요되므로 소금 생산성 측면에서도 바람직하지 못한 결과를 낳고 있는 실정이다. 또한, 비가 오기 전에 소금 농도가 6％ ~ 17％ 정도의 해수가 염전에 남아 있다가 해주(농축된 해수를 우기시에 임시 보관하는 창고)에 보관된 염수밖에 없으므로, 맑은 날씨라 하더라도 소금 생산이 바로 되지 않았고 해수 소금 농도를 3％ ~ 6％로 올리는데 7일 정도가 소요되어서 다시 5일에서 6일이 지나야 소금이 생산되는 결정지로 염수를 공급하므로, 상기와 같이 소금 생산시까지의 비교적 많은 기간의 소요가 불가피하고 소금 생산성에 있어서도 만족스럽지 못하다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 해수의 증발 속도를 가속화시켜서 소금 석출을 위한 염전의 시설 용지를 줄이면서도 소금 생산의 효율성과 경제성 등을 극대화할 수 있는 새로운 구조의 고효율 해수 증발 장치 및 이를 이용한 해수 증발에 의해 소금을 석출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 목적은 염전의 구조 변경 없이 해수 농축수를 제1증발지로 공급하여 단위 시간당 천일염의 생산량을 2배 이상 늘려줌으로써 상당한 생산성 향상을 기대할 수 있는 고효율 해수 증발 장치 및 이를 이용한 해수 증발에 의해 소금을 석출하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 바다(2) 혹은 제1저수지(12)와 같은 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조(20)와; 외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어져서 상기 저수조(20)에 공급 라인(24)을 통해 연결되며, 상기 저수조(20)에서 상기 공급 라인(24)과 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수가 유입되면 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 배출되면서 해수를 농축시키는 역삼투압 필터 유닛(30)과; 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하는 농축 염수 순환 유닛(40)과; 상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결되어 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 서플라이 유닛(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 바다(2) 혹은 제1저수지(12)와 같은 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조(20)와; 외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어져서 상기 저수조(20)에 공급 라인(24)을 통해 연결되며, 상기 저수조(20)에서 상기 공급 라인(24)과 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수가 유입되면 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 배출되면서 해수를 농축시키는 역삼투압 필터 유닛(30)과; 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 일측에서 타측으로 이어지도록 복수개의 열로 연결되도록 구성하여 해수가 단계적으로 소금 농도가 높아지도록 하는 필터 유닛 그룹과; 상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결되어 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 서플라이 유닛(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치가 제공된다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)은, 상기 배출관(32)이 내장된 멤브레인 슬리브(36)와; 상기 배출관(32)의 통공(32h)에 기단부가 연결되어 상기 통공(32h)을 통해 농축 염수가 상기 배출관(32)의 내부로 배출되도록 하는 역삼투 멤브레인(34)을 포함하며, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 기단부가 상기 통공(32h)에 연결됨과 동시에 상기 배출관(32)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배치되어, 상기 서로 이웃한 역삼투 멤브레인(34) 사이에 수로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 배출관(32)을 중심으로 동심원 형태로 중복 배치되어 서로 이웃한 상기 역삼투 멤브레인(34) 사이에 수로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 작아져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)로 유입되는 염수의 압력에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)를 개방하는 제1패킹(35)과, 상기 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 진행하는 염수의 압력에 의해 상기 제2포트(36B)를 폐쇄하는 제2패킹(37)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)는 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 저장하는 저수조(20)에 연결되고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)와 상기 저수조(20) 사이를 연결하는 공급 라인(24)에는 바이패스 라인(62)의 일단부가 연결되고, 상기 바이패스 라인(62)의 타단부는 상기 저수조(20)에서 압력 펌프(26)로 끌어당겨지는 해수를 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)로 우회시켜서 상기 제2포트(36B)가 해수 입력단이 되고 상기 제1포트(36A)가 해수 농축 염수 배출단이 되도록 바꿔주기 위하여 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)측에 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 저수조(20)에서 공급되는 해수가 역삼투압 필터 유닛(30)을 거치면서 중량 기준으로 소금 농도 2％~3％의 해수를 소금 농도 4％, 5％, 6％, 7％, 8％의 해수로 농축하여 공급할 수 있다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 저장하는 제2저수지(14)와; 상기 제2저수지(14)에 연결되어 농축 염수에 공기를 공급함으로써 갯벌과 반응하도록 하는 에어 공급 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 해수 취수원에 부유되는 수면 부상 프레임(72)과, 상기 수면 부상 프레임(72)의 둘레부에 배치되어 해수에서 오염 물질을 걸러내는 여과포(74)와, 상기 수면 부상 프레임(72)이 내부에 배치되어 상기 여과포(74)를 통과하여 소금 이외의 오물이 걸러진 해수를 상기 저수조(20)에 공급하는 펌프(76)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 해수 취수원으로부터 해수를 저수조(20)에 끌어들이는 단계와; 외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어진 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부로 상기 저수조(20)에 받아놓은 해수를 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수를 통과시켜서 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 유입되면서 해수를 농축 염수로 만들어주는 단계와; 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하여 상기 농축 염수의 염도를 상승시키는 농축 염수 순환 단계와; 상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결된 서플라이 유닛(50)에 의해 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 해수 취수원으로부터 해수를 저수조(20)에 끌어들이는 단계와; 외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어진 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부로 상기 저수조(20)에 받아놓은 해수를 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수를 통과시켜서 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 유입되면서 해수를 농축 염수로 만들어주는 단계와; 상기 역삼투압 필터 유닛(30)이 일측에서 타측으로 이어지도록 복수개의 열로 연결되도록 구성한 필터 유닛 그룹에 의해 농축 염수의 소금 농도가 단계적으로 상승되도록 하는 단계와; 상기 역삼투압 필터 유닛(30) 그룹을 거쳐서 농축된 염수를 서플라이 유닛(50)에 의해 염전(6)에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 방법이 제공된다.
상기 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 작아져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)로 유입되는 염수의 압력에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)를 개방하는 제1패킹(35)과, 상기 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 진행하는 염수의 압력에 의해 상기 제2포트(36B)를 폐쇄하는 제2패킹(37)을 더 구비하여, 상기 제1포트(36A)에서 상기 제2포트(36B) 방향으로 해수를 전진시켜 해수를 농축 염수로 바꾸어 주고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)와 상기 저수조(20) 사이를 연결하는 공급 라인(24)과 상기 제2포트(36B)측에 양단부가 연결된 바이패스 라인(62)에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)로 우회시켜서 상기 제2포트(36B)가 해수 입력단이 되고 상기 제1포트(36A)가 해수 농축 염수 배출단이 되도록 바꿔주어서 상기 제2포트(36B)에서 상기 제1포트(36A) 방향으로 해수를 전진시켜서 해수를 농축 염수로 바꾸어주는 것을 특징으로 한다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 제2저수지(14)에 일정량 저장하는 단계와; 상기 제2저수지(14)에 연결된 에어 공급 유닛에 의해 농축 염수에 공기를 공급하여 갯벌과 반응하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 해수를 농축하여 소금 농도 6％의 염수로 일정하게 공급하는 고효율 해수 농축 장치가 제공하여, 염전(6)에서 소금 농도 6％의 염수가 17％가 되기까지 5일에서 6일이면 충분하고, 해수 농축 장치에서는 100％ 물리적인 필터를 사용하므로, 소금의 이온 물성에는 아무런 영향이 미치지 않는 구조를 가지고 있다.
본 발명에 의한 고효율 해수 농축 장치는 바다(2) 혹은 제1저수지와 같은 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조와, 이 저수조에 연결되어 해수를 소금 석출을 위한 적정한 소금 농도를 가진 염수(대략 소금 농도 6％ 정도)로 농축시키는 역삼투압 필터 유닛을 기본적인 구성으로 포함하는 것으로, 해수를 공급하는 저수지에 설치되어 소금 농도 6％의 농축 해수(염수)를 지속적으로 공급하고, 단위 시간당 소금 생산량을 극대화시키는 장점이 있다. 즉, 따라서, 역삼투 필터 유닛의 내부로 압력 펌프에 의해 삼투압보다 높은 압력으로 해수가 들어오면, 해수가 역삼투 멤브레인을 거치면서 배출관의 내부로 희석수만 배출될 수 있으며, 이러한 희석수는 외부의 저장조(예를 들어, 담수조 등)에 저장되어 생활 용수로 사용될 수 있는 한편, 상기 역삼투 멤브레인에 의해 해수의 소금 농도가 높아지면서 농축 염수가 만들어질 수 있게 되고, 이처럼 미리 6％에서 8％ 정도의 소금 농도를 갖는 염수를 만들어 놓는 상태에서 염전에 공급하기 때문에, 종래에 소금을 석출하기까지 대략 10일에서 15일(장마철과 같은 우기에는 30일) 정도가 소요되던 것을 대략 6일 정도 기간으로 반 이상 줄여줄 수 있기 때문에, 천일염 생산량의 거의 두 배 이상 높일 수 있으며, 이로 인하여 소금 생산성의 극대화를 기대할 수 있는 유용한 발명이다. 또한, 본 발명의 고효율 해수 농축 장치는 장마와 폭우로 해수의 농도가 낮아져도 제2저수지(또는, 농축 염수를 보관하기 위한 해주)에 소금 농도 6％에서 8％ 정도의 염수(이때, 소금 농도 6％의 염수가 적당하나 경우에 따라 소금 농도 8％ 정도의 염수를 만들 수도 있음)를 보관하므로, 신속하게 염전에 상기 염수를 공급하여 소금을 생산해 낼 수 있도록 한다. 부언하면, 본 발명은 10일에서 15일 정도 소요되는 소금 생산 시간을 대략 반 정도 기간으로 대폭 단축하므로, 소금 생산량을 증대(거의 두 배 이상)할 수 있는 효과가 있는 것이다.
본 발명은 기본적으로 장마의 영향을 최대한 적게 받는 시스템이면서도 해수의 증발 표면적은 극대화시키는 구조(해수 농축 필터 유닛)를 갖춘 것으로, 해수의 증발 시간을 극대화(즉, 소금 농도를 6％ 이상으로 만들어진 염수를 염전에 공급하여 해수의 증발 시간을 극대화)시켜서 염전에 공급함으로써 천일염의 생산량 증대를 촉진할 수 있으므로, 천일염의 품귀 현상이 일어나는 실정에서 급부상하는 발명으로 각광받을 수 있을 것이다.
본 발명은 친환경적인 접근으로 제1저수지에서 해수를 취수하여 제2저수지에 소금 농도 6％의 염수를 공급하고, 제2저수지에서 공기를 주입하여 갯벌흙을 부상시켜 해수와 갯벌흙과 생물학적 화학적 반응을 극대화시켜서, 갯벌 천일염의 품질 극대화를 기대할 수 있다. 본 발명은 소금(특히, 천일염)의 품질을 극대화시키고, 소금 농축 과정에서 생기는 희석수는 500~1000ppm으로 생활용수 및 음용수로 사용할 수 있는 것과 같이 여러 가지 매우 긍정적인 효과를 가져올 수 있다는 점에서 의미가 큰 발명이라 하겠다.
부언하면, 본 발명은 제1저수지에서 해수를 끌어들여 농축시킴으로써 소금 농도 6％의 염수로 일정하게 공급하는 고효율 해수 농축 장치로서, 염전에서 소금 농도 6％의 염수가 17％가 되기까지 5일에서 6일이면 충분하기 때문에, 통상 15일 정도(평균)에서 30일(우기) 정도 걸리던 소금 결정 기간이 대폭 단축되므로 소금(특히, 천일염) 생산량이 2배 이상 증대되는 효과를 거둘 수 있는 한편, 해수 농축 장치에서는 100％ 물리적인 필터를 사용하므로, 소금의 이온 물성에는 아무런 영향이 미치지 않으므로, 고품질의 소금(천일염)을 생산할 수 있는 효과도 거둘 수 있게 된다.
통상 날씨 조건에 좋은 경우 15일 정도의 소금 석출 기간이 소요되고, 우기(장마철 등)에는 30일 정도의 소금 석출 기간이 소요되지만, 본 발명은 해수를 소금 농도 6％의 염수로 신속하게 만들어서 공급하고, 이러한 소금 농도 6％의 염수가 염전에서 소금 농도 17％의 염수(소금이 석출되기 시작하는 농도의 염수)가 되기까지 대략 5일에서 6일이면 충분하기 때문에, 결과적으로 소금이 석출되는 기간을 대략 50％ 정도까지 단축시킬 수 있으며, 이에 따라 소금 생산량을 결과적으로 2배 이상 늘릴 수 있는 것이며, 아울러, 소금 농도 6％의 염수를 만들 때에도 100％ 물리적인 필터만을 사용하므로, 소금이 이온 물성에는 전혀 영향을 미치지 않아서 고품질의 소금(천일염)을 만들어내는 효과가 있는 것이다.
종래에는 소금 생산 소요 기간은 10일에서 15일 정도이지만 장마나 폭우가 오면 생산은 100％ 중단이 되고, 소금 생산을 위해 재가동이 되려면 최소 10일 이상 지속적인 맑은 날씨가 필요하여, 생산이 어려움이 많았다. 비가 오기 전에 소금 농도가 6 ％ ~ 17％ 정도의 해수가 염전에 남아 있다가 해주에 보관된 염수밖에 없어서 맑은 날씨라 하더라도 생산이 바로 되지 않았고 해수 소금 농도를 3％ ~ 6％로 올리는데 7일 정도가 소요되어서 다시 5일에서 6일이 지나야 소금이 생산되는 결정지로 염수를 공급하였는데, 본 발명은 역삼투 멤브레인을 구비한 주요부인 역삼투압 필터 유닛에 의해 삼투압의 물리적 특성만을 이용하여 해수를 농축하므로, 소금 성분의 물성에 아무런 영향을 미치지 않으면서도 천일염의 생산 기간을 단축시켜줄 수 있어서 천일염의 생산성을 현저히 향상시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 고효율 해수 농축 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면
도 2는 본 발명의 주요부인 역삼투압 필터 유닛의 내부 구조를 보여주는 측단면도
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도
도 4는 본 발명의 고효율 해수 농축 장치에 의해 농축 염수를 염전에 공급하는 구조를 개념적으로 보여주는 평면도
도 5는 본 발명의 고효율 해수 농축 장치에 의해 농축 염수를 염전에 공급하는 구조를 개념적으로 보여주는 측면도
도 6은 본 발명의 다른 주요부인 수면 부상 프레임의 구조를 개략적으로 보여주는 사시도
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면
도 8과 도 9는 도 7의 주요부인 역삼투압 필터 유닛의 내부 구조와 작동 상태를 보여주는 측단면도
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예의 구성을 개략적으로 보여주는 도면
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명에 의한 고효율 해수 농축 장치는 바다(2) 혹은 제1저수지(12)와 같은 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조(20)와, 이 저수조(20)에 연결되어 해수를 소금 석출을 위한 적정한 소금 농도를 가진 염수(대략 소금 농도 6％ 정도)로 농축시키는 역삼투압 필터 유닛(30)과, 농축 염수 순환 유닛(40) 및 농축 염수를 염전(6)측에 공급하는 서플라이 유닛(50)을 포함한다. 도 4의 부호 39는 염전(6)의 증발지(6a)에 저장조(68)를 매개로 연결된 바이패스 라인으로서, 본 발명에 의해 생성된 농축 염수를 바이패스 라인(39)을 통해 제2저수지(14)(2차 저수지)에 저장하지 않고 저장조(68)에 저장하였다가 상기 증발지(6a)에 공급되도록 할 수 있다.
상기 농축 염수 순환 유닛(40)은 순환 라인(42)에 펌프(44)가 설치된 구조로 이루어질 수 있다. 부호 46는 밸브로서, 필요시 밸브(46)를 열고 닫아서 순환 염수의 공급 및 차단을 단속할 수 있다.
상기 서플라이 유닛(50)도 농축 염수 배출 라인(52)에 펌프(54)가 설치된 구조로 이루어질 수 있다. 부호 56은 밸브로서, 필요시 밸브(56)를 열고 닫아서 농축 염수의 공급 및 차단을 단속할 수 있다. 도 1과 도 10에 도시된 바와 같이, 서플라이 유닛(50)은 저수조(20)에 연결될 수도 있고, 후술할 역삼투압 필터 유닛(30)에 연결될 수도 있다.
상기 저수조(20)는 내부에 해수를 채워줄 수 있는 공간부를 구비한 배럴 형태로 구성된다. 원형 배럴 형태로 저수조(20)를 구성할 수 있다. 이러한 저수조(20)의 내부에는 해수의 소금 농도 측정을 위한 센서(22)(레벨 센서 또는 농도 센서)가 구비되어 있어서, 해수가 염전(6)에 공급될 수 있는 적절한 소금 농도(대략 6％ 정도)를 가진 염수로 농축된 경우, 이를 감지하여 염전(6)에 농축 염수를 공급될 수 있도록 한다. 상기 저수조(20)의 적절한 위치에 연결된 농축 염수 배출 라인(52)에 밸브(56)가 설치되어, 밸브(56)를 열어서 제2저수지(14)에 공급하여 저장하거나 염전(6)에 직접 공급되도록 할 수 있다.
부호 6a는 농축 염수(본 발명에 의해 만들어진 소금 농도 6％에서 8％ 정도의 농축 염수)가 공급되는 증발지이고, 부호 6b는 증발지(6)에서 넘어온 농축 염수에서 소금이 석출되기 시작하는 결정지이며, 부호 6c는 비가 오거나 장마철과 같은 우기에 농축된 해수를 저장하는 보관 창고인 해주이다.
상기 저수조(20)에는 해수 공급 라인(24)과 압력 펌프(26)를 매개로 역삼투압 필터 유닛(30)에 연결되어 있다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)은 통형상의 멤브레인 슬리브(36) 내부 중심부에 배출관(32)이 구비되고, 배출관(32)에 형성된 복수개의 통공(32h)에는 복수개의 역삼투 멤브레인(34)이 기단부가 결합된 구조를 가지고 있다. 본 발명에서는 배출관(32)에 길이 방향으로 통공(32h)이 연장되고, 이러한 통공(32h)은 배출관(32)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 일정 간격으로 복수개 형성되어, 상기 역삼투 멤브레인(34)의 기단부가 배출관(32)의 통공(32h)에 결합되어 접착제나 용접 등의 고정수단에 의해 고정될 수 있으며, 각각의 역삼투 멤브레인(34)은 대략 단면 원주형의 여과포(74) 형태로 구성되어 배출관(32)을 기준으로 두루마리식으로 감겨져 배치된 구조를 이루고 있다. 도 2에서는 일부의 역삼투 멤브레인(34)의 기단부가 배출관(32)의 통공(32h)에 결합된 구조가 도시되어 있으나, 실제로는 이보다 훨씬 많은 역삼투 멤브레인(34)이 두루마리식으로 빽빽하게 배치되어 있는 것이다.
따라서, 역삼투 필터 유닛의 내부로 압력 펌프(26)에 의해 삼투압보다 높은 압력으로 해수가 들어오면, 해수가 역삼투 멤브레인(34)을 거치면서 배출관(32)의 내부로 희석수만 들어올 수 있으며, 이러한 희석수는 외부의 희석수 저장조(32a)(예를 들어, 도 4에 도시된 담수조 등)에 저장되어 생활 용수 등으로 사용될 수 있는 한편, 상기 역삼투 멤브레인(34)에 의해 해수의 소금 농도가 높아지면서 농축 염수가 만들어질 수 있게 된다.
역삼투법(Reverse Osmosis: RO)은 반투막(Semi-permeable Membrane)과 삼투압을 이용하여 해수에 용해되어 있는 용질을 제거하여 순도가 높은 담수를 얻는 프로세스를 말한다. 동일한 양의 저농도 용액과 고농도 용액을 반투막(Semi-permeable Membrane)을 사이에 두면 시간이 지남에 따라 고농도 용액의 양이 점점 증가하는 현상이 발생하고, 일정 시간이 지나면 더 이상 고농도 용액의 양이 증가하지 않고 평형상태에 이르게 된다. 이를 삼투현상(Osmosis) 이라고 하며, 평형상태에서의 고농도 용액과 저농도 용액의 수두 차를 삼투압(Osmotic Pressure)이라고 한다. 평형상태에서 고농도 용액 측에 삼투압 이상의 압력을 가하게 되면 고농도의 용액의 용매인 물은 막을 통과하여 저농도 용액 쪽으로 이동하고, 용질은 막을 통과하지 못하게 되는데, 이를 역삼투현상(Reverse Osmosis)라고 한다. 이와 같이 반투막(Semi-permeable membrane)을 이용하여 가압된 염수에서 용매인 물을 용질과 분리하는 프로세스를 역삼투법이라고 한다.
본 발명에서는 상기 역삼투 멤브레인(34)이 반투막이라 할 수 있으며, 상기 압력 펌프(26)에 의해 삼투압보다 상대적으로 높은 압력으로 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부, 구체적으로, 멤브레인 슬리브(36)의 내부로 해수를 공급하면, 역삼투 멤브레인(34)에 의해 해수에서 배출관(32)으로 희석수를 빼내므로, 해수의 소금 농도 높아지는 것이며, 이처럼 역삼투압 필터 유닛(30)을 통해 희석수를 빼내서 소금 농도가 6％ 정도까지 높아진 염수를 만들어서 염전(6)에 공급하는 것이 본 발명에서 중요한 기능이다.
한편, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)은 제1포트(36A)측과 제2포트(36B)측에 해수(염수)가 드나들 수 있는 소통홀(36h1 및 36h2)이 구비되고, 이러한 제1포트(36A)측의 소통홀(36h1)에는 해수(염수) 공급 라인(24)이 연결되어 있다. 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측 소통홀(36h1)에는 농축 염수를 염전(6)(또는 제2저수지(14))에 공급할 수 있는 농축 염수 배출 라인(52)이 연결될 수 있다. 제2포트(36B)측 소통홀(36h1)에 배출 라인(52)이 연통된 경우에는 역삼투압 필터 유닛(30)에서 농축 염수를 직접 염전(6)이나 제2저수지(14)에 공급할 수 있게 되는 것이다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 구조를 좀 더 자세히 설명하면, 멤브레인 슬리브(36)은 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 안쪽 벽부(36w)와 제2포트(36B)측 안쪽 벽부(36w2)에 소통홀(36h1)이 형성되고, 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 안쪽 벽부(36w)와 제2포트(36B)측 안쪽 벽부(36w2)를 커버하면서 그 내부와 상기 소통홀(36h1)과의 사이에 물이 드나들 수 있는 챔버를 형성하는 한 쌍의 캡(36c)이 장착(나사 결합식으로 장착)된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 캡(36c)은 내주면에 멤브레인 슬리브(36)의 소통홀(36h1)과 연통되는 다른 소통홀(36h2)이 형성된 이너 플랜지부(36af)가 구비될 수 있고, 이너 플랜지부(36af)와 캡(36c)의 끝단 사이의 내주면에는 나사부가 형성되어, 캡(36c)의 내주면 나사부를 멤브레인 슬리브(36) 외주면의 나사부에 나사 결합식으로 결합하여 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 및 제2포트(36B)측에 두 개의 캡(36c)이 결합된 구조의 멤브레인 슬리브(36)을 형성할 수 있다. 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 캡(36c)에는 해수 공급 라인(24)이 연결되고, 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측 캡(36c)에는 농축 염수 배출 라인(52)이 연결될 수 있으며, 상기 제1포트(36A)측 캡(36c)의 소통홀(36h2)과 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 안쪽 벽부(36w)에 형성된 소통홀(36h1)을 거쳐서 해수가 역삼투 멤브레인(34) 방향으로 투입되도록 구성되고, 상기 제2포트(36B)측 캡(36c)의 소통홀(36h2)과 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 안쪽 벽부(36w)에 형성된 소통홀(36h1)을 거쳐서 농축 염수가 염전(6)측에 연결된 배출 라인(52)으로 배출되는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 캡(36c)의 이너 플랜지부(36af)와 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 및 제2포트(36B)측 안쪽 벽부(36w) 사이에는 제1패킹(35)과 제2패킹(37)이 각각 고정된 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 제1패킹(35)은 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)에 근접되도록 내장되며 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 작아져서 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)로 유입되는 염수의 압력에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)를 개방하는 구조인데, 이러한 제1패킹(35)의 외곽 둘레부가 캡(36c)의 이너 플랜지부(36af)와 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 및 제2포트(36B)측 안쪽 벽부(36w) 중에서 한쪽의 제1포트(36A)측의 안쪽 벽부(36w) 사이에 개재된 상태에서 캡(36c)을 나사식으로 멤브레인 슬리브(36)에 조여줌에 따라 제1패킹(35)이 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1 및 36h2)을 개폐하는 구조를 가질 수 있게 된다. 물론, 상기 제1패킹(35)의 외곽부를 용접 등의 방식으로 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 내주면에 고정하는 구성도 가능하다.
또한, 상기 제2패킹(37)은 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커져서 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 진행하는 염수의 압력에 의해 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측을 폐쇄하는 구조인데, 이러한 제2패킹(37)의 외곽 둘레부가 캡(36c)의 이너 플랜지부(36af)와 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 및 제2포트(36B)측 벽부(36w) 중에서 다른 쪽의 제2포트(36B)측의 벽부(36w) 사이에 개재된 상태에서 캡(36c)을 나사식으로 멤브레인 슬리브(36)에 조여줌에 따라 제2패킹(37)이 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측 소통홀(36h1 및 36h2)을 개폐하는 구조를 가질 수 있게 된다. 물론, 상기 제2패킹(37)의 외곽부를 용접 등의 방식으로 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)측 내주면에 고정하는 구성도 가능함은 당연하다.
정리하면, 상기 제1패킹(35)은 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부로 해수(염수)가 유입되면 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1 및 36h2)(즉, 상기 제1포트(36A)측 캡(36c) 내부의 소통홀(36h2)과 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1) 부분)을 개방하여 해수(염수)가 역삼투 멤브레인(34) 방향으로 들어갈 수 있도록 하는 한편, 상기 해수에서 희석수가 역삼투 멤브레인(34)에 의해 배출관(32)으로 빠져서 농축된 염수의 압력에 의해 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측 소통홀(36h1 및 36h2)(즉, 상기 제2포트(36B)측 캡(36c) 내부의 소통홀(36h1)과 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)측 소통홀(36h2) 부분)을 폐쇄하므로, 농축 염수가 역삼투압 필터 유닛(30) 내부에 가두어질 수 있도록 한다. 한편, 도 2의 부호 32V는 배출관(32)에 연결된 밸브로서, 이 밸브(32V)를 열어서 희석수를 담수조와 같은 다른 저장조(32a)(도 2에 도시됨)에 공급되도록 할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 역삼투압 필터 유닛(30)에 의해 유입된 해수를 농축하여 소금 농도를 높인 농축 염수를 다시 저수조(20)로 순환시켜서 역삼투압 필터 유닛(30)에 재차 통과시켜 농축 염수의 소금 농도를 높이거나 역삼투압 필터 유닛(30)을 단계적으로 복수열로 설치하여 앞쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐 농축된 염수가 뒷쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)을 통과하면서 농축 염수의 소금 농도를 높이는 구조를 가질 수 있다.
역삼투압 필터 유닛(30)과 저수조(20) 사이의 염수 순환 구조의 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 역삼투압 필터 유닛(30)과 저수조(20) 사이에 순환 라인(42)이 연결되어 있고, 순환 라인(42)에는 밸브(46)가 설치되어, 밸브(46)가 개방된 상태에서 역삼투압 필터 유닛(30)을 거친 농축 염수가 개방된 밸브(46)를 거쳐서 저수조(20)로 재순환되고, 저수조(20)에서 다시 되돌려진 염수를 역삼투압 필터 유닛(30)으로 통과시켜 재차 소금 농도가 높아진 농축 염수를 만들어주는 방식을 필요한 횟수만큼 반복(즉, 염수 순환 과정 반복)하여 적정한 소금 농도를 가진 염수(즉, 소금 농도 6％ 정도의 염수)를 염전(6)측에 공급할 수 있다. 이때, 저수조(20)에 따로 연결된 농축 염수 공급 라인(52)과 펌프(54)에 의해 염전(6)측에 염수를 공급하거나 역삼투압 필터 유닛(30)에서 염전(6)측에 연결된 농축 염수 공급 라인(52)과 펌프(54)를 통해 염전(6)측으로 염수를 공급할 수도 있다. 이때, 상기 저수조(20)에는 센서(즉, 레벨 센서나 농도 센서)가 구비되어, 염수의 소금 농도가 필요한 농도(즉, 소금 농도 6％)에 도달하면 이를 감지하여 염전(6)측에 보내도록 할 수 있다. 레벨 센서(22)의 경우 역삼투압 필터 유닛(30)에서 희석수를 빼고 순환 라인(42)을 통해 저수조(20)에 다시 채워진 해수가 100톤에서 50톤으로 줄어든 경우에는 아직 소금 농도가 원하는 6％에 도달하지 않은 것으로 감지하여 다시 염수를 역삼투압 필터 유닛(30)으로 공급되도록 하고, 상기 저수조(20)에서 50톤의 염수가 역삼투압 필터 유닛(30)에 다시 공급되도록 하여 희석수를 빼낸 다음 50톤에서 25톤으로 줄어든 염수가 저수조(20)에 재공급되는 경우에도 아직 소금 농도가 원하는 6％에 도달하지 않은 것으로 감지하여 다시 염수를 역삼투압 필터 유닛(30)으로 재차 공급되도록 하며, 이러한 염수 순환 과정을 통해 소금 농도가 원하는 6％에 맞추진 량의 염수가 저수조(20)에 재차 공급된 경우에 비로서 소금 농도 6％의 염수를 염전(6)측에 공급되도록 하는 것이다. 즉, 해수에서 희석수만 빼주면 소금의 농도가 더 높아진 염수가 만들어지는데, 처음 저수조(20)에 채워진 해수의 양이 반복적으로 저수조(20)와 역삼투압 필터 유닛(30) 사이의 염수 순환 과정을 거치면서 줄어들면서 소금 농도가 6％에 도달한 염수의 양이 나오는데, 상기 저수조(20)에 설치된 레벨 센서(22)가 저수조(20)에 재투입되는 염수의 양을 측정하여 염수가 소금 농도 6％ ~ 8％ 정도의 염수인지의 여부를 판별하여 염전(6)측에 공급되도록 하는 것이다. 좀더 구체적으로, 저수조(20)에 처음 채워진 해수의 양이 100톤이고 소금 농도 1％인 경우, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 희석수를 빼내에 염수의 양이 50톤으로 줄이면 소금 농도는 2％가 되고, 이러한 50톤의 염수를 저수조(20)에 다시 공급하였다가 역삼투압 필터 유닛(30)으로 재공급하여 희석수를 빼내어 염수의 양을 25톤으로 줄이면 소금 농도는 4％가 되고, 이러한 소금 농도 4％의 염수 25톤을 다시 저수조(20)로 공급하였다가 역삼투압 필터 유닛(30)에서 대략 12.5톤의 희석수를 빼면 소금 농도 8％의 염수 12.5톤이 저수조(20)에 순환 라인(42)을 통해 다시 공급되면, 비로소 레벨 센서(22)가 염수의 양이 12.5톤이어서 소금 농도는 8％인 염수가 되었다는 것을 감지하여 상기 소금 농도 8％의 염수를 공급되도록 염수 공급 라인(24)의 펌프(44)를 가동시켜 염전(6)측에 공급할 수 있는 것이다. 물론, 소금 농도 6％의 염수를 공급하고자 할 경우에는 상기한 것보다 적은 량의 희석수를 역삼투압 필터 유닛(30)에서 배출하여 소금 농도 6％로 농도를 맞추어서 농축 염수를 염전(6)측에 공급되도록 하면 될 것이다.
한편, 역삼투압 필터 유닛(30)을 복수열로 여러 개 설치하여 농축 염수를 만드는 구조의 경우, 앞쪽의 염수에서 일정량만큼의 희석수를 빼서 뒷쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)으로 공급하여 다시 희석수를 빼주는 방식으로 소금 농도를 6％에서 8％ 정도의 농축 염수를 만들고, 최종단의 역삼투압 필터 유닛(30)에 연결된 염수 배출 라인(52)과 펌프(54)에 의해 염전(6)측에 농축 염수를 공급하면 될 것이다.
구체적으로, 저수조(20)에서 가장 첫번째 역삼투압 필터 유닛(30)에 소금 농도 1％인 해수 100톤을 공급하여 희석수를 빼내서 50톤의 염수로 만들면, 소금 농도는 2％가 되고, 가장 첫번째 역삼투압 필터 유닛(30)에서 다음단의 역삼투압 필터 유닛(30)에 연결 라인을 통해 50톤의 염수를 넘겨서 상기 다음단의 역삼투압 필터 유닛(30)에서 25톤의 희석수를 빼내면 소금 농도 4％의 농축 염수가 만들어지고, 25톤의 소금 농도 4％의 농축 염수 25톤을 다시 그 다음단(최종단) 역삼투압 필터 유닛(30)에 넘겨서 희석수를 12.5톤 배출하면, 소금 농도 8％의 농축 염수 12.5톤이 만들어지고, 이러한 소금 농도 8％의 염수 12.5톤은 농축 염수 배출 라인(52)과 펌프(54)를 통해 염전(6)측에 공급하면 될 것이다. 물론, 소금 농도 6％의 염수를 공급하고자 할 경우에는 상기한 것보다 적은 량의 희석수를 최종단 역삼투압 필터 유닛(30)에서 배출하여 소금 농도 6％로 농도를 맞춘 다음, 농축 염수를 염전(6)측에 공급되도록 할 수 있다. 부호 84는 각각의 역삼투압 필터 유닛(30) 사이를 연결하는 연결 배관(82)에 구비된 밸브(84)로서, 앞쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)에서 희석수를 빼서 농축 염수를 만드는 동안에는 상기 밸브(84)를 닫아서 뒤쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)으로 염수가 넘어가지 않도록 하고, 앞쪽의 역삼투압 필터 유닛(30)에서 원하는 양의 희석수를 배출한 다음에야 비로소 상기 밸브(84)가 열려서 다음 단의 역삼투압 필터 유닛(30)으로 농축 염수가 배출되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 의하면, 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)는 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 저장하는 저수조(20)에 연결되고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)와 저수조(20) 사이를 연결하는 공급 라인(24)에는 바이패스 라인(62)의 일단부가 연결되고, 상기 바이패스 라인(62)의 타단부는 저수조(20)에서 압력 펌프(26)로 끌어당겨지는 해수를 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 우회시켜서 제2포트(36B)가 해수 입력단이 되고 제1포트(36A)가 해수 농축 염수 배출단이 되도록 바꿔주기 위하여 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측에 연결된 구성을 가질 수 있다.
이때, 상기 제2포트(36B)측의 제2패킹(37)은 유입되는 해수(염수)의 압력에 의해 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1 및 36h2)(정확하게는 제2포트(36B)측 캡(36c) 내부의 소통홀(36h2)과 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)측 소통홀(36h1) 부분)을 개방하고, 반대로 제1포트(36A)측의 제1패킹(35)은 해수(염수)의 미는 압력에 의해 밀리면서 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1 및 36h2)(정확하게는 제1포트(36A)측 캡(36c) 내부의 소통홀(36h2)과 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)측 소통홀(36h1) 부분)을 폐쇄하므로, 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부에서 농축 염수가 생성될 수 있게 된다. 이때, 상기 저수조(20)와 역삼투압 필터 유닛(30) 사이의 해수 공급 라인(24)에 설치된 밸브(28)는 폐쇄되고 상기 바이패스 라인(62)과 연결되는 제2포트(36B)측 배관 라인의 밸브(29)를 개방된다. 그래야, 저수조(20)의 해수가 바이패스 라인(62)을 지나 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)측으로 유입될 수 있게 된다.
상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B)로만 해수(염수)를 진행시켜 농축 염수를 만드는 경우에는 제2포트(36B)측의 역삼투 멤브레인(34)이 상대적으로 더 열화되는데, 본 발명에서는 상기와 같이 바이패스 라인(62)을 통해 저수조(20)에서 해수(염수)를 제2포트(36B)측으로 우회시켜서 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부에서 제1포트(36A)측으로 해수를 진행시킴으로써 상대적으로 더 열화된 제2포트(36B)측에서 이물질을 제1포트(36A)측으로 흘러가도록 함으로써 제1포트(36A)측에 비하여 제2포트(36B)측이 상대적으로 더 열화되는 현상을 방지할 수 있으므로, 농축 염수를 만드는 효율을 보다 높일 수 있고 역삼투압 필터 유닛(30)(정확하게는 역삼투 멤브레인(34) 부분)의 수명도 보다 연장할 수 있는 효과가 있다. 즉, 역삼투압 필터 유닛(30)의 해수(염수) 유입단과 배출단을 제1포트(36A)측과 제2포트(36B)측으로 바꾸어가면서 사용함으로써, 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 기능을 하는 부분의 열화 현상을 보다 줄일 수 있다. 다시 말해, 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측과 제2포트(36B)측 부분으로 유입단과 배출단을 교체함으로써 역삼투압 필터 유닛(30)의 어느 한쪽 포트(36A 또는 36B)측만이 상대적으로 많이 열화되는 것을 방지하는 효과를 달성할 수 있는 것이다.
한편, 도 7 내지 도 9는 상기 역삼투압 필터 유닛(30)이 복수열로 설치된 다른 실시예를 보여준다. 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 역삼투압 필터 유닛(30)이 복수열로 설치된 연속식 농축 염수 생성 구조의 경우에는 가장 첫번째 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)측 해수 공급 라인(24)과 최종단 역삼투압 필터 유닛(30)의 공급 라인(24)에 바이패스 라인(62)의 양단부를 각각 연결하여, 해수(염수)를 최초단 역삼투압 필터 유닛(30)에서 최종단 역삼투압 필터 유닛(30)으로 우회시켜 역방향으로 해수를 진행시키면서 농축 염수를 만들 수 있도록 한다. 물론, 이러한 경우에는 상기 저수조(20)와 최초단 역삼투압 필터 유닛(30) 사이의 해수 공급 라인(24)에 설치된 밸브(28)는 폐쇄되고 상기 바이패스 라인(62)과 연결되는 최종단 역삼투압 필터 유닛(30)의 배관 라인의 밸브(29)를 개방된다. 그래야, 저수조(20)의 해수가 바이패스 라인(62)을 지나 최종단 역삼투압 필터 유닛(30)으로 유입되어 최초단 역삼투압 필터 유닛(30)으로 진행하면서 농축 염수가 생성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 상기 저수조(20)에서 공급되는 해수가 역삼투압 필터 유닛(30)을 거치면서 소금 농도 2％~3％의 해수를 소금 농도 4％, 5％, 6％, 7％, 8％의 해수로 농축하여 공급할 수 있는 것이다. 상기 저수조(20)와 역삼투압 필터 유닛(30)의 해수 순환식 구조의 경우에는 역삼투입 필터 유닛을 여러번 거치도록 해수(염수)를 통과시키면 될 것이고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 복수개로 설치하여 농축 염수를 생성하는 경우에는 역삼투압 필터 유닛(30)을 소금 농도 4％, 5％, 6％, 7％, 8％의 해수로 농축하여 공급할 수 있도록 필요한 갯수 만큼 연속 배열하면 될 것이다.
한편, 본 발명은 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 저장하는 제2저수지(14)와, 이러한 제2저수지(14)에 연결되어 농축 염수에 공기를 공급함으로써 갯벌과 반응하도록 하는 에어 공급 유닛을 더 포함할 수 있다. 제2저수지(14)에 저장된 농축 염수에 공기를 공급하여 제2저수지(14) 바닥의 갯벌(보통 2차 저수지로서 바닥이 갯벌로 되어 있음)과 생화학적 반응을 촉진함으로써 염전(6)에 공급된 염수의 영양 성분 등이 보다 풍부하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 해수 취수원에 부유되는 수면 부상 프레임(72)과, 이러한 수면 부상 프레임(72)의 둘레부에 배치되어 해수에서 오염 물질을 걸러내는 여과포(74)와, 수면 부상 프레임(72)이 내부에 배치되어 여과포(74)를 통과하여 소금 이외의 오물이 걸러진 해수를 저수조(20)에 공급하는 펌프(76)를 더 포함할 수 있다. 도 6의 부호 48은 스티로폼이나 튜브와 같이 수면 부상 프레임(72)을 수면에 떠있도록 지지하는 부구이다.
상기와 같은 경우에는 염전(6)에 공급될 해수에서 불필요한 이물질을 일차적으로 걸러내서 공급함으로써 염전(6) 공급용 염수의 품질을 보다 높이고 본 발명의 주요부인 역삼투압 필터 유닛(30)에 묻어나는 이물질의 양도 줄여서 수명을 연장시키는 등의 효과를 기대할 수 있을 것이다. 상기 수면 부상 프레임(72)은 내부에 공간부가 있는 대략 육면체 틀형상으로 구성된 것이며, 상기와 같이 상부에 스티로폼이나 튜브와 같은 부상용 부구(78)가 설치되어 수면에 떠있을 수 있게 된다. 그리고, 수면 부상 프레임(72) 내부의 펌프(76)는 와이어 등으로 수면 부상 프레임(72)에 견고하게 장착되면서 해수를 펌핑할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 고효율 해수 농축 장치는 제1저수지(12) 또는 바다(2)에서 해수를 취수하는데, 해수에 갯벌흙의 부유물이 다량 포함되어, 1차 전처리로 해수면 위에 부표를 띄우듯이 해수를 취수하는 펌프(76)(수중펌프)를 육면체 구조물, 다시 말해, 상기 수면 부상 프레임(72)의 중앙부에 설치하고, 육면체 구조물의 상부를 제외한 5면에 50 ~ 100 미크론 메시의 여과포(74)(즉, 부직포)를 부착하고, 육면체 구조물의 상부면(또는 하부면)에 공기가 주입된 튜브를 설치하여 육면체 구조물을 바다(2)나 제1저수지(12)에 보트처럼 띄우면 해수가 여과포(74)를 통과하면서 1차로 50미크론 이상의 부유물이 제거된 해수를 2차 3차 4차 탁도만 제거하는 모래 여과 필터와 정밀 여과 필터의 여과포(74)를 거쳐 최종 역삼투 멤브레인(34)에 공급한다. 전처리를 두는 이유는 역삼투 멤브레인(34)의 해수의 미세한 부유 물질로 막히는 현상을 최대한 줄이는 보조 역할의 여과를 수행하는 것이며, 해수의 이온 농도는 무관하다. 해수 표면의 공기 튜브를 이용한 부상형 취수 장치는 해수를 취수하고 가라 앉히는 넓은 면적을 요하는 침전식 여과조의 단점을 극복한 것이다.
본 발명은 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하는 농축 염수 순환 유닛(40)과, 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결되어 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 서플라이 유닛(50)을 포함하는데, 농축 염수 순환 유닛(40)은 순환 라인(42)과, 이에 구비된 펌프(44)가 되고, 서플라이 유닛(50)은 역삼투압 필터 유닛(30)에서 염전(6) 쪽으로 연결된 농축 염수 배출 라인(52)과 이에 구비된 펌프(54)가 되거나, 농축 염수를 공급하기 위해 저수조(20)에 연결된 농축 염수 배출 라인(52)과 펌프(54)가 될 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예의 구조를 보여주는데, 저수조(20)를 두 개 구비하고, 역삼투압 필터 유닛(30)에 각각의 저수조(20)를 순환식으로 연결하여, 한쪽 저수조(20)에서 해수를 받는 동안 다른 저수조(20)에서 역삼투압 필터 유닛(30)에 해수를 공급하고 순환하는 과정을 통해 농축 염수를 만들어 줄 수 있는데, 이러한 경우에는 해수를 받는 동안의 휴지 시간을 줄여서 농축 해수를 만드는 시간을 보다 단축시키는 효과를 기대할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
2. 바다 6. 염전
6a. 증발지 6b. 결정지
6c. 해주 12. 제1저수지
14. 제2저수지 20. 저수조
22. 레벨 센서 24. 공급 라인
26. 압력 펌프 28. 밸브
29. 밸브 30. 역삼투압 필터 유닛
32. 배출관 32a. 저장조
32h. 통공 32V. 밸브
34. 역삼투 멤브레인 35. 제1패킹
36. 멤브레인 슬리브 36A. 제1포트
36B. 제2포트 36C. 캡
36h1. 소통홀 36h2. 소통홀
36w. 벽부 37. 제2패킹
40. 농축 염수 순환 유닛 42. 순환 라인
44. 펌프 46. 밸브
50. 서플라이 유닛 50. 농축 염수 배출 라인
54. 펌프 56. 밸브
62. 바이패스 라인 66. 제2저수지
68. 저장조 72. 수면 부상 프레임
74. 여과포 76. 펌프
82. 연결 배관 84. 펌프

Claims (12)

  1. 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 받는 저수조(20)와;
    외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어져서 상기 저수조(20)에 공급 라인(24)을 통해 연결되며, 상기 저수조(20)에서 상기 공급 라인(24)과 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수가 유입되면 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 유입되면서 해수를 농축시키는 역삼투압 필터 유닛(30)과;
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하는 농축 염수 순환 유닛(40)과;
    상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결되어 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 서플라이 유닛(50);을 포함하고,
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)은,
    상기 배출관(32)이 내장된 멤브레인 슬리브(36)와;
    상기 배출관(32)의 통공(32h)에 기단부가 연결되어 상기 통공(32h)을 통해 농축 염수가 상기 배출관(32)의 내부로 배출되도록 하는 역삼투 멤브레인(34)을 포함하며,
    상기 역삼투 멤브레인(34)은 기단부가 상기 통공(32h)에 연결됨과 동시에 상기 배출관(32)의 중심부를 기준으로 방사 방향으로 배치되어, 상기 서로 이웃한 역삼투 멤브레인(34) 사이에 수로가 형성되고,
    상기 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 작아져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)로 유입되는 염수의 압력에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)를 개방하는 제1패킹(35)과, 상기 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 진행하는 염수의 압력에 의해 상기 제2포트(36B)를 폐쇄하는 제2패킹(37)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)는 해수 취수원에서 끌어들인 해수를 저장하는 저수조(20)에 연결되고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)와 상기 저수조(20) 사이를 연결하는 공급 라인(24)에는 바이패스 라인(62)의 일단부가 연결되고, 상기 바이패스 라인(62)의 타단부는 상기 저수조(20)에서 압력 펌프(26)로 끌어당겨지는 해수를 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)로 우회시켜서 상기 제2포트(36B)가 해수 입력단이 되고 상기 제1포트(36A)가 해수 농축 염수 배출단이 되도록 바꿔주기 위하여 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)측에 연결된 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저수조(20)에서 공급되는 해수가 상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거치면서 중량 기준으로 소금 농도 2％~3％의 해수를 소금 농도 4％, 5％, 6％, 7％, 8％의 해수로 농축하여 공급할 수 있는 고효율 해수 농축 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 저장하는 제2저수지(14)와;
    상기 제2저수지(14)에 연결되어 농축 염수에 공기를 공급함으로써 갯벌과 반응하도록 하는 에어 공급 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 해수 취수원에 부유되는 수면 부상 프레임(72)과, 상기 수면 부상 프레임(72)의 둘레부에 배치되어 해수에서 오염 물질을 걸러내는 여과포(74)와, 상기 수면 부상 프레임(72)이 내부에 배치되어 상기 여과포(74)를 통과하여 소금 이외의 오물이 걸러진 해수를 상기 저수조(20)에 공급하는 펌프(44)(54)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 장치.
  9. 해수 취수원으로부터 해수를 저수조(20)에 끌어들이는 단계와;
    외주면에서 내주면으로 연통된 복수개의 통공(32h)이 형성된 배출관(32)의 외주면에 역삼투 멤브레인(34)이 배치되고, 상기 역삼투 멤브레인(34)은 상기 통공(32h)에 결합된 구조로 이루어진 역삼투압 필터 유닛(30)의 내부로 상기 저수조(20)에 받아놓은 해수를 압력 펌프(26)를 통해 삼투압 이상의 압력으로 해수를 통과시켜서 상기 역삼투 멤브레인(34)을 거쳐 상기 통공(32h)을 통해 상기 배출관(32) 내부로 희석수가 유입되면서 해수를 농축 염수로 만들어주는 단계와;
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 상기 저수조(20)의 내부로 재공급하여 상기 농축 염수의 염도를 상승시키는 농축 염수 순환 단계와;
    상기 저수조(20)의 농축 염수 배출단에 연결되거나 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 농축 염수 배출단에 연결된 서플라이 유닛(50)에 의해 농축 염수를 염전(6)에 공급하는 단계;를 포함하며,
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)은,
    상기 배출관(32)이 내장된 멤브레인 슬리브(36)와;
    상기 배출관(32)의 통공(32h)에 기단부가 연결되어 상기 통공(32h)을 통해 농축 염수가 상기 배출관(32)의 내부로 배출되도록 하는 역삼투 멤브레인(34)을 포함하며,
    상기 멤브레인 슬리브(36)의 제1포트(36A)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 작아져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)로 유입되는 염수의 압력에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제1포트(36A)를 개방하는 제1패킹(35)과, 상기 멤브레인 슬리브(36)의 제2포트(36B)에 근접되도록 내장되며 상기 역삼투 멤브레인(34)의 제1포트(36A)에서 제2포트(36B) 방향으로 갈수록 직경이 점차적으로 커져서 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 제2포트(36B)로 진행하는 염수의 압력에 의해 상기 제2포트(36B)를 폐쇄하는 제2패킹(37)을 더 구비하여, 상기 제1포트(36A)에서 상기 제2포트(36B) 방향으로 해수를 전진시켜 해수를 농축 염수로 바꾸어 주고, 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제1포트(36A)와 상기 저수조(20) 사이를 연결하는 공급 라인(24)과 상기 제2포트(36B)측에 양단부가 연결된 바이패스 라인(62)에 의해 상기 역삼투압 필터 유닛(30)의 상기 제2포트(36B)로 우회시켜서 상기 제2포트(36B)가 해수 입력단이 되고 상기 제1포트(36A)가 해수 농축 염수 배출단이 되도록 바꿔주어서 상기 제2포트(36B)에서 상기 제1포트(36A) 방향으로 해수를 전진시켜서 해수를 농축 염수로 바꾸어주는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 역삼투압 필터 유닛(30)을 거쳐서 농축된 염수를 제2저수지(14)에 일정량 저장하는 단계와;
    상기 제2저수지(14)에 연결된 에어 공급 유닛에 의해 농축 염수에 공기를 공급하여 갯벌과 반응하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 해수 농축 방법.
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