KR101869030B1 - Desalination Apparatus and Method Using Forward Osmosis and Reverse Osmosis Having Multi-step Energy Recovery - Google Patents

Desalination Apparatus and Method Using Forward Osmosis and Reverse Osmosis Having Multi-step Energy Recovery Download PDF

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최준석
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Abstract

The present invention relates to a desalination apparatus and a desalination method for producing fresh water from salt water through sequentially performing a forward osmosis process by a forward osmosis module, a pressure forward osmosis process by a pressure forward osmosis module, and a reverse osmosis process by a reverse osmosis module. According to the present invention, first concentrated water from the forward osmosis module is pressed by using a first pressure pump to be supplied to the pressure forward osmosis module, and second diluted salt water from the pressure forward osmosis module is pressed by using a second pressure pump to be supplied to the reverse osmosis module. Further, by using a first pressure exchanger, a pressure is recovered from final concentrated water from the reverse osmosis module to be delivered to second diluted salt water being supplied to the reverse osmosis module; and by using a second pressure exchanger, a pressure is recovered from the final concentrated water having passed through the first pressure exchanger, and a pressure is recovered from second concentrated water from the pressure forward osmosis module, to be delivered to the first concentrated water being supplied to the pressure forward osmosis module.

Description

다단 압력 회수를 통한 저에너지 소비 구성을 가지는 정삼투 - 가압 정삼투 - 역삼투 이용 담수화 장치 및 담수화 방법{Desalination Apparatus and Method Using Forward Osmosis and Reverse Osmosis Having Multi-step Energy Recovery}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a desalination apparatus and a desalination method using reverse osmosis, and more particularly, to a desalination apparatus and a desalination apparatus having a low energy consumption structure through multi-

본 발명은 정삼투(Forward Osmosis/ 이하 "FO"라고 약칭함) 공정, 가압 정삼투(Pressure Forward Osmosis/ 이하 "PFO"라고 약칭함) 및 역삼투(Reverse Osmosis/ 이하 "RO"라고 약칭함) 공정을 이용하여 염수로부터 담수를 생산하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 FO 공정과 PFO 공정, 그리고 RO 공정을 순차적으로 진행하여 염수로부터 담수를 생산함에 있어서, PFO 공정을 거친 농축수 및 RO 공정을 거친 최종 농축수의 각각으로부터 개별적으로 압력을 회수할 뿐만 아니라, RO 공정을 위한 1차 압력 회수 과정을 거친 최종 농축수에 대해 추가적인 2차 압력 회수 과정을 수행하고, 이렇게 2단계로 회수된 압력을 각각 PFO 공정 및 RO 공정에 이용함으로써, 유체의 가압 공급을 위한 에너지 소비를 절감하고, 그에 따라 저에너지 소비를 통해서 높은 경제성과 수율로 담수를 생산할 수 있게 되는 "다단계의 압력 회수 구성을 가지는 정삼투-가압 정삼투-역삼투 이용 담수화 장치 및 담수화 방법"에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a process for the production of a fuel cell by a process comprising a forward osmosis (hereinafter abbreviated as FO) process, a pressure forward osmosis (hereinafter abbreviated as "PFO") and a reverse osmosis (hereinafter abbreviated as "RO" The present invention relates to an apparatus and a method for producing fresh water from brine using a process. Specifically, in the present invention, in order to sequentially produce FO, PFO, and RO processes to produce fresh water from brine, the pressure is separately recovered from each of the concentrated water subjected to the PFO process and the final concentrated water subjected to the RO process In addition, an additional secondary pressure recovery process is performed on the final concentrated water subjected to the primary pressure recovery process for the RO process, and the pressure recovered in the two stages is used for the PFO process and the RO process, respectively, The "osmosis-pressurized osmosis-reverse osmosis desalination and desalination method with multi-stage pressure recovery construction" that can reduce the energy consumption for supply and produce fresh water with high economic efficiency and yield through low energy consumption accordingly. .

염수로부터 담수를 생산하기 위한 종래의 방법으로서, 정삼투 공정(FO 공정)과 역삼투 공정(RO 공정)을 함께 이용하는 기술이 공지되어 있다. 최근에는 정삼투 공정을 수행하는 정삼투 모듈에 염수의 희석을 위한 처리수를 공급할 때, 처리수를 가압하여 공급함으로써 정삼투에 의한 염수의 희석을 촉진하는 "가압 정삼투" 공정(PFO 공정)을 이용하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 가압 정삼투 공정을 이용한 종래 기술의 일예가 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0044839호에 개시되어 있다. As a conventional method for producing fresh water from brine, a technique of using a cleansing process (FO process) and a reverse osmosis process (RO process) together is known. In recent years, the "pressurized osmosis" process (PFO process) for promoting the dilution of the brine by the positive osmosis by pressurizing and supplying the treatment water for supplying the treatment water for dilution of the brine to the positive osmosis module performing the positive osmosis process, Has been proposed. An example of the prior art using this pressurized osmosis process is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0044839.

도 1에는 종래 기술에 따른 담수화 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 염수와 처리수는 각각 FO 모듈(1)로 공급되어 FO 공정을 거치게 된다. FO 모듈(1)에서의 FO 공정에 의해 희석된 상태로 배출되는 1차 희석염수는 PFO 모듈(2)로 공급되며, FO 모듈(1)로부터 배출되는 1차 농축수는 제1가압펌프(10)를 거치면서 압력이 증가된 상태로 PFO 모듈(2)로 공급된다. PFO 모듈(2)에서는 가압 정삼투 공정이 진행되고, PFO 모듈(2)로부터 배출되는 2차 희석염수는 제2가압펌프(11)를 거쳐서 RO 모듈(3)로 공급된다. PFO 모듈(2)에서 만들어진 2차 농축수는 PFO 모듈(2)로부터 배출되어 폐기 처리된다. RO 모듈(3)에서는 RO 공정에 의해 생산수가 만들어지고 최종 농축수가 배출되어 폐기 처리된다. 도 1에서 도면부호 4는 FO 모듈(1)에 구비되는 정삼투막(4)을 나타내며, 도면부호 5는 RO 모듈(3)에 구비되는 역삼투막(5)을 나타낸다. Fig. 1 shows a schematic configuration diagram of a desalination apparatus according to the prior art. As shown in FIG. 1, the brine and the treated water are supplied to the FO module 1, respectively, and subjected to the FO process. The primary dilution brine discharged in the diluted state by the FO process in the FO module 1 is supplied to the PFO module 2 and the primary concentrated water discharged from the FO module 1 is supplied to the first pressurization pump 10 ) To the PFO module (2) with increased pressure. In the PFO module 2, the pressurized osmosis process is performed, and the secondary dilution brine discharged from the PFO module 2 is supplied to the RO module 3 via the second pressurizing pump 11. The second concentrated water produced by the PFO module (2) is discharged from the PFO module (2) and discarded. In the RO module (3), production water is produced by the RO process, and the final concentrated water is discharged and discarded. In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a normal osmosis membrane 4 provided in the FO module 1, and reference numeral 5 denotes a reverse osmosis membrane 5 provided in the RO module 3.

그런데 이와 같은 종래 기술에서는 1차 농축수를 제1가압펌프(10)로 가압하여 공급하고, 2차 희석염수를 제2가압펌프(11)로 가압하여 공급하는 과정에서 가압펌프의 작동을 위해 상당한 에너지가 소비되고 있는 바, 효율적이고 경제성 있는 담수 생산을 위해서는 소비 에너지의 절감이 필요한 상황이다. However, in such a conventional technique, the primary pressurized water is pressurized and supplied by the first pressurizing pump 10, and in the process of pressurizing and supplying the secondary pressurized pump 11 with the secondary dilute salt water, As energy is consumed, it is necessary to reduce energy consumption for efficient and economical production of fresh water.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0044839호(2017. 04. 26. 공개).Korean Patent Publication No. 10-2017-0044839 (published on April 26, 2017).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, FO 공정과 PFO 공정, 그리고 RO 공정을 순차적으로 진행하여 염수로부터 담수를 생산함에 있어서, PFO 공정을 거친 2차 농축수 및 RO 공정을 거친 최종 농축수의 각각으로부터 개별적으로 압력을 회수(1차 압력회수)하여, 회수된 압력을 각각 PFO 공정으로 공급되는 1차 농축수의 가압 및 RO 공정으로 공급되는 2차 희석염수의 가압에 이용하며, 더 나아가 1차 압력회수 과정을 거친 최종 농축수에 대해 추가적인 2차 압력회수 과정을 수행하여, 이렇게 2차적으로 회수된 압력을 1차 농축수의 가압에 이용함으로써, 압력회수 효율을 증가시키고, 그에 따라 제1,2가압펌프의 구동에 소요되는 에너지 소비를 절감하여 더욱 낮은 비용으로 높은 수율로 담수를 생산할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been developed in order to overcome the limitations of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a process for producing fresh water from salt water by sequentially performing the FO process, the PFO process, and the RO process, (Primary pressure recovery) from each of the final concentrated water through the PFO process, and the recovered pressures are respectively applied to the pressurization of the first concentrated water supplied to the PFO process and the pressurization of the second dilution saline supplied to the RO process Further, an additional secondary pressure recovery process is performed on the final concentrated water subjected to the primary pressure recovery process. By using the secondary recovered pressure to pressurize the primary concentrated water, the pressure recovery efficiency is increased To reduce the energy consumption of the first and second pressurizing pumps and to produce fresh water at a lower cost and with a higher yield. The purpose of that ball.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 정삼투 모듈(1), 가압 정삼투 모듈(2), 및 역삼투 모듈(3)을 포함하고 있어서, 정삼투 모듈(1)에 의한 정삼투 공정, 가압 정삼투 모듈(2)에 의한 가압 정삼투 공정, 및 역삼투 모듈(3)에 의한 역삼투 공정이 순차적으로 진행되어 염수로부터 담수를 생산하는 담수화 장치로서, 정삼투 모듈(1)로부터 배출되는 1차 농축수를 가압하여 가압 정삼투 모듈(2)로 공급하는 제1가압펌프(10); 가압 정삼투 모듈(2)로부터 배출되는 2차 희석염수를 가압하여 역삼투 모듈(3)로 공급하는 제2가압펌프(11); 역삼투 모듈(3)로부터 배출된 최종 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 역삼투 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수에 전달함으로써 2차 희석염수에 추가 압력을 가하는 제1압력 교환장치(20); 및 상기 제1압력 교환장치(20)를 거쳐 온 최종 농축수로부터 압력을 회수하고, 가압 정삼투 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 상기 가압 정삼투 모듈(2)로 공급되는 1차 농축수에 전달함으로써 1차 농축수에 추가 압력을 가하는 제2압력 교환장치(21)를 더 포함하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 담수화 장치가 제공된다. In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an osmosis membrane module comprising a forward osmosis module 1, a pressurized osmosis module 2, and a reverse osmosis module 3, A desulfurization module 3 and a reverse osmosis module 3 are sequentially operated to produce fresh water from the brine. The desalination module 1 is provided with an osmosis module A first pressurizing pump 10 for pressurizing the first concentrated water and supplying it to the pressurized osmosis module 2; A second pressurizing pump 11 for pressurizing and supplying the secondary dilution brine discharged from the pressurized osmosis module 2 to the reverse osmosis module 3; The pressure is recovered from the final concentrated water discharged from the reverse osmosis module 3, and the recovered pressure is transferred to the secondary dilution saline supplied to the reverse osmosis module 3, so that the first pressure Exchange device (20); And recovering the pressure from the final concentrated water via the first pressure exchange device (20), recovering the pressure from the second concentrated water discharged from the pressure positive osmosis module (2), and returning the recovered pressure to the pressurized positive osmosis And a second pressure exchange device (21) for applying additional pressure to the first concentrated water by transferring the first concentrated water to the first concentrated water supplied to the module (2).

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 정삼투 모듈(1)에 의한 정삼투 공정, 가압 정삼투 모듈(2)에 의한 가압 정삼투 공정, 및 역삼투 모듈(3)에 의한 역삼투 공정이 순차적으로 진행되어 염수로부터 담수를 생산하는 담수화 방법으로서, 정삼투 모듈(1)로부터 배출되는 1차 농축수를 제1가압펌프(10)에 의해 가압하여 가압 정삼투 모듈(2)로 공급하고, 가압 정삼투 모듈(2)로부터 배출되는 2차 희석염수를 제2가압펌프(11)에 의해 가압하여 역삼투 모듈(3)로 공급하는데; 역삼투 모듈(3)로부터 배출된 최종 농축수를 제1압력 교환장치(20)로 공급하여, 상기 제1압력 교환장치(20)에 의해 최종 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 역삼투 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수에 전달함으로써 2차 희석염수에 추가 압력을 가하며; 상기 제1압력 교환장치(20)를 거쳐 온 최종 농축수 및 가압 정삼투 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수를 제2압력 교환장치(21)로 공급하여, 상기 제1압력 교환장치(20)를 거쳐 온 최종 농축수와 상기 가압 정삼투 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수로부터 상기 제2압력 교환장치(21)에 의해 압력을 회수하여, 회수된 압력을 상기 가압 정삼투 모듈(2)로 공급되는 1차 농축수에 전달함으로써 1차 농축수에 추가 압력을 가하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담수화 방법이 제공된다. In order to attain the above object, the present invention also provides a method of treating a water-permeable membrane, including a forward osmosis process by a forward osmosis module (1), a pressurized osmosis process by a pressurized osmosis module (2) The first concentrated water discharged from the forward osmosis module 1 is pressurized by the first pressurizing pump 10 and supplied to the pressurized osmosis module 2 , The secondary dilution brine discharged from the pressurized osmosis module (2) is pressurized by the second pressurizing pump (11) and supplied to the reverse osmosis module (3); The final concentrated water discharged from the reverse osmosis module 3 is supplied to the first pressure exchange device 20 to recover the pressure from the final concentrated water by the first pressure exchange device 20, Further pressure is applied to the second dilution brine by transferring it to the second dilution brine supplied to the second module (3); The final concentrated water and the second concentrated water discharged from the pressure and osmosis permeation module 2 are supplied to the second pressure exchange device 21 through the first pressure exchange device 20, 20) and the second concentrated water discharged from the pressurized osmosis module (2), the pressure is recovered by the second pressure exchange device (21), and the recovered pressure is supplied to the pressure positive osmosis module To the first concentrated water supplied to the first concentrated water supply unit (2), thereby applying additional pressure to the first concentrated water.

본 발명에서는 다단계의 압력 회수 공정 즉, RO 공정을 거친 최종 농축수와, PFO 공정을 거친 2차 농축수의 각각에 대해 제1압력 교환장치(20) 및 제2압력 교환장치(21)를 이용하여 개별적으로 압력을 회수하여 이를 RO 공정을 위한 2차 희석염수의 가압 및 PFO 공정을 위한 1차 농축수의 가압에 이용할 뿐만 아니라, 제1압력 교환장치(20)에 의해 1차 압력 회수 과정을 거친 최종 농축수에 대해서는 제2압력 교환장치(21)에 의한 추가적인 2차 압력 회수 과정을 수행하여 이를 PFO 공정을 위한 1차 농축수의 가압에 이용함으로써, 압력 회수 효율을 증가시키고, 그에 따라 제1,2가압펌프(10, 11)에서 소비하는 에너지를 절감할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 저에너지 소비를 통해서 높은 수율로 담수를 생산할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. In the present invention, the first pressure exchanger 20 and the second pressure exchanger 21 are used for each of the multi-stage pressure recovery process, that is, the final concentrated water subjected to the RO process and the secondary condensed water subjected to the PFO process The pressure is separately recovered and used for the pressurization of the second dilution brine for the RO process and the pressurization of the first concentrated water for the PFO process and the first pressure recovery process by the first pressure exchange device 20 The crude final concentrated water is subjected to an additional secondary pressure recovery process by the second pressure exchange device 21 and used for pressurizing the primary concentrated water for the PFO process to increase the pressure recovery efficiency, The energy consumed by the 1,2 pressure pump 10, 11 can be reduced. Therefore, according to the present invention, fresh water can be produced at a high yield through consumption of low energy.

도 1은 종래 기술에 따른 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 담수화 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 담수화 방법에 대한 개략적인 흐름도이다. 1 is a schematic block diagram of a desalination apparatus according to the prior art.
2 is a schematic block diagram of a desalination apparatus according to the present invention.
3 is a schematic flow chart of a desalination method according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and operation are not limited thereby.

도 2에는 본 발명에 따른 담수화 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 담수화 방법에 대한 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼 본 발명에 따른 담수화 장치는, 정삼투막(4)을 구비하고 있어서 FO 공정(정삼투 공정)이 진행되는 FO 모듈(정삼투 모듈)(1), 정삼투막(4)을 구비하고 있어서 FPO 공정(가압 정삼투 공정)이 진행되는 PFO 모듈(가압 정삼투 모듈)(2), 역삼투막(5)을 구비하고 있어서 RO 공정(역삼투 공정)이 진행되는 RO 모듈(역삼투 모듈)(3), 제1가압펌프(10) 및 제2가압펌프(11)를 포함하고 있다. FIG. 2 is a schematic block diagram of a desalination apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic flow chart of a desalination method according to the present invention. As shown in the drawings, the desalination apparatus according to the present invention includes an FO module (a forward osmosis module) 1, a forward osmosis membrane 4, (Reverse osmosis) process, which is equipped with a PFO module (pressurized osmosis module) 2 and a reverse osmosis membrane 5 in which an FPO process (pressurized osmosis process) is carried out, Module) 3, a first pressurizing pump 10, and a second pressurizing pump 11.

또한 본 발명에 따른 담수화 장치는, 상기한 구성에 더하여 RO 모듈(3)에서 배출되는 최종 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 2차 희석염수에 전달하는 제1압력 교환장치(Pressure Exchanger)(20)를 포함하고 있으며, 이에 더하여, PFO 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수와 제1압력 교환장치(20)를 거쳐 온 최종 농축수로부터 추가적으로 압력을 회수하여 1차 농축수에 전달하는 제2압력 교환장치(21)를 포함하는 구성을 가진다. In addition, the desalination apparatus according to the present invention may further include a first pressure exchange device (pressure exchanger) for recovering the pressure from the final concentrated water discharged from the RO module 3 and delivering the recovered pressure to the second dilution brine In addition, the pressure is further recovered from the second concentrated water discharged from the PFO module 2 and the final concentrated water passed through the first pressure exchange device 20, and is supplied to the first concentrated water And a second pressure exchange device (21) for transferring the pressure.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명의 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에서, 염수와 처리수는 각각 FO 모듈(1)로 공급되어 정삼투막(4)에 의한 FO 과정을 거치게 된다(단계 S1 및 S2). FO 모듈(1)에서의 FO 공정에 의해 염수의 희석이 이루어지고, 이렇게 희석된 상태의 1차 희석염수는 FO 모듈(1)로부터 배출되어 PFO 모듈(2)로 공급된다(단계 S3-1). 한편, 처리수가 FO 모듈(1)로 공급되어 FO 공정을 거친 후에는 1차 농축수로서 배출되는데, FO 모듈(1)로부터 배출되는 1차 농축수는 제1가압펌프(10)에 의해 가압되어 PFO 모듈(2)로 공급된다(단계 S3-2). In the desalination method using the desalination apparatus according to the present invention, the brine and the treated water are supplied to the FO module 1 and subjected to the FO process by the osmosis membrane 4 (steps S1 and S2). Dilution of the salt water is performed by the FO process in the FO module 1, and the primary diluted salt water in the diluted state is discharged from the FO module 1 and supplied to the PFO module 2 (step S3-1) . On the other hand, after the treated water is supplied to the FO module 1 and subjected to the FO process, the treated water is discharged as primary concentrated water. The primary concentrated water discharged from the FO module 1 is pressurized by the first pressurization pump 10 And is supplied to the PFO module 2 (step S3-2).

PFO 모듈(2)에도 정삼투막(4)이 구비되어 있으므로, 가압된 상태로 공급된 1차 농축수와, FO 모듈(1)을 거쳐 온 1차 희석염수 간에 가압 정삼투 공정이 진행된다(단계 S4). 1차 농축수는 PFO 모듈(2)에서의 PFO 공정을 거치면서 2차 농축수로서 배출되고, 1차 희석염수는 PFO 모듈(2)에서의 PFO 공정을 거치면서 2차 희석염수로서 배출되며, 이러한 2차 희석염수는 제2가압펌프(11)에 의해 가압되어 RO 모듈(3)로 공급된다(단계 S5-1). 역삼투막(5)이 구비된 RO 모듈(3)에서는 RO 공정에 의해 생산수가 만들어지고 최종 농축수가 배출된다. 즉, RO 모듈(3)로 2차 희석염수가 공급되면 RO 공정에 의해 생산수가 만들어지고, RO 모듈(3)로부터 생산수와 최종 농축수가 각각 배출되는 것이다(단계 S6 및 S7-1). Since the PFO module 2 is also provided with the osmosis membrane 4, the pressurized osmosis process is performed between the first concentrated water supplied in a pressurized state and the first diluted saline solution passed through the FO module 1 ( Step S4). The first concentrated water is discharged as second concentrated water through the PFO process in the PFO module (2), and the first diluted saline is discharged as the second diluted salt water through the PFO process in the PFO module (2) The second dilution brine is pressurized by the second pressurizing pump 11 and supplied to the RO module 3 (step S5-1). In the RO module 3 equipped with the reverse osmosis membrane 5, produced water is produced by the RO process and the final concentrated water is discharged. That is, when the RO module 3 is supplied with the second dilution brine, the RO water is produced by the RO process and the RO water is discharged from the RO module 3 (steps S6 and S7-1).

그런데 종래 기술과 달리, 본 발명에서는 RO 모듈(3)로부터 배출되는 최종 농축수는 그냥 폐기되지 않고, 압력 교환장치를 다단으로 거치게 되고, 그에 따라 최종 농축수가 가지고 있던 압력이 회수되어 1차 농축수와 2차 희석염수의 공급압력을 증가시키는데 이용된다(단계 S7-2). However, unlike the prior art, in the present invention, the final concentrated water discharged from the RO module 3 is not just discarded but is passed through the pressure exchanger in multiple stages, whereby the pressure of the final concentrated water is recovered, And the supply pressure of the secondary dilution brine (step S7-2).

위에서 살펴본 공정에서, RO 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수는 소정의 압력을 가져야 하고, 이를 위해서 제2가압펌프(11)에 의해 2차 희석염수를 가압한 상태로 RO 모듈(3)로 공급하게 된다. RO 모듈(3)에서 RO 과정이 진행되면서 2차 희석염수의 압력이 저하되지만 RO 과정을 거쳐서 RO 모듈(3)로부터 배출되는 최종 농축수는 여전히 상당한 압력을 가지고 있는 상태이다. 본 발명에서는 이와 같이 상당한 압력 상태에 있는 최종 농축수로 하여금 제1압력 교환장치(20)를 거치게 하여 제1압력 교환장치(20)를 통해서 최종 농축수가 가지고 있던 압력을 회수하고, 이를 2차 희석염수의 가압에 활용하게 된다. 즉, RO 모듈(3)로부터 배출된 최종 농축수가 제1압력 교환장치(20)를 지나는 과정에서, 제1압력 교환장치(20)는 최종 농축수가 가지고 있던 압력을, RO 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수로 전달하게 된다(단계 S7-2). 도 2에서 도면부호 22로 표시된 화살표는 이와 같이 회수된 압력이 전달되는 압력전달 라인(22)을 나타낸다. 한다. 제1압력 교환장치(20)는 유입 유체가 가지는 압력을 다른 유체에게 전해지게 만드는 공지(公知)의 장치로서, 최종 농축수가 가지고 있던 압력은 제1압력 교환장치(20)에 의해 상당량이 회수되어, RO 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수를 가압하는데 이용되는 것이다. 이와 같이 RO 모듈(3)로 공급되는 2차 희석염수에는 최종 농축수로부터 회수한 압력이 가해지게 되므로, 2차 희석염수를 가압하여 RO 모듈(3)로 공급하기 위한 제2가압펌프(11)의 가동을 종래 기술보다 줄일 수 있고, 그에 따라 제2가압펌프(11)의 가동을 위해 소모되는 에너지를 절감할 수 있게 된다. In the above process, the second dilution brine supplied to the RO module 3 must have a predetermined pressure. To this end, the RO module 3 is pressurized with the second dilution brine by the second pressurizing pump 11, . As the RO process proceeds in the RO module 3, the pressure of the second dilution brine is lowered, but the final concentrated water discharged from the RO module 3 through the RO process still has considerable pressure. In the present invention, the final concentrated water having such a considerable pressure state is passed through the first pressure exchanger 20 to recover the pressure of the final concentrated water through the first pressure exchanger 20, It is used for the pressurization of brine. That is, in the process of passing the final concentrated water discharged from the RO module 3 through the first pressure exchange device 20, the first pressure exchange device 20 supplies the final concentrated water to the RO module 3 (Step S7-2). The arrow marked 22 in Figure 2 represents the pressure delivery line 22 to which the recovered pressure is delivered. do. The first pressure exchanging device 20 is a known device for making the pressure of the inflowing fluid transferred to other fluids. A considerable amount of the pressure of the final concentrated water is recovered by the first pressure exchanging device 20 , And is used to pressurize the secondary dilution brine supplied to the RO module (3). The second dilution brine supplied to the RO module 3 is subjected to the pressure recovered from the final concentrated water so that the second dilution brine is pressurized and supplied to the RO module 3 by the second pressurizing pump 11, The amount of energy consumed for operating the second pressurizing pump 11 can be reduced.

한편, 이와 같이 RO 모듈(3)로부터 배출되는 최종 농축수가 제1압력 교환장치(20)를 거치면서 압력이 저하되지만 여전히 상당한 압력을 가지고 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 최종 농축수로부터 추가적으로 압력을 더 회수하여 이를 1차 농축수로 전달하게 된다. 즉, 도면에 도시된 것처럼 제1압력 교환장치(20)를 거쳐 온 최종 농축수는 제2압력 교환장치(21)로 공급되어 제2압력 교환장치(21)를 통과하게 됨으로써, 제2압력 교환장치(21)에 의해 최종 농축수로부터 추가적인 압력 회수가 진행되는 것이다. 이와 같이 최종 농축수가 제2압력 교환장치(21)를 통과하는 과정에서, 제2압력 교환장치(21)는 최종 농축수가 가지고 있던 압력을, FO 모듈(1)로부터 배출되는 1차 농축수로 전달하게 된다(단계 S8). 제2압력 교환장치(21)를 거치면서 보유하고 있던 압력이 회수되어 압력이 저하된 상태의 최종 농축수는 수집, 폐기된다. On the other hand, the final concentrated water discharged from the RO module 3 in this way passes through the first pressure exchanger 20 to lower the pressure, but still has considerable pressure. Therefore, in the present invention, additional pressure is further recovered from the final concentrated water and is delivered to the first concentrated water. That is, as shown in the drawing, the final concentrated water that has been supplied through the first pressure exchanger 20 is supplied to the second pressure exchanger 21 and passes through the second pressure exchanger 21, The additional pressure recovery from the final concentrated water proceeds by the device 21. [ In the process of passing the final concentrated water through the second pressure exchanger 21, the second pressure exchanger 21 transfers the pressure of the final concentrated water to the first concentrated water discharged from the FO module 1 (Step S8). The final concentrated water in the state where the pressure retained while passing through the second pressure exchanger (21) is recovered and the pressure is lowered is collected and discarded.

또한 본 발명에서는 PFO 모듈(2)에서의 PFO 공정에 의해 만들어져서 PFO 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수를 곧 바로 폐기 처리하지 않고, 제2압력 교환장치(21)로 공급하여 제2압력 교환장치(21)에 의하여 2차 농축수가 가지고 있는 압력을 회수하게 된다. FO 모듈(1)로부터 배출된 1차 농축수는 제1가압펌프(10)에 의해 상당한 압력을 가진 채 PFO 모듈(2)로 공급된다. PFO 모듈(2)에서의 PFO 공정을 거치면서 1차 농축수가 가지고 있던 압력이 다소 저하되고, 이렇게 압력이 다소 저하된 상태로 2차 농축수가 PFO 모듈(2)로부터 배출되지만, 여전히 2차 농축수는 상당한 압력을 가지고 있다. 본 발명에서는 이와 같이 상당한 압력을 가지면서 PFO 모듈(2)로부터 배출되는 2차 농축수를 제2압력 교환장치(21)로 공급하여, 제2압력 교환장치(21)에 의하여 2차 농축수가 가지고 있는 압력을 PFO 모듈(2)로 공급되는 1차 농축수에 전달하게 된다. 즉, 제2압력 교환장치(21) 역시 제1압력 교환장치(20)와 마찬가지로 유입 유체가 가지는 압력을 다른 방향으로 전환시켜 가해지게 만드는 바, 제2압력 교환장치(21)는 2차 농축수가 가지고 있는 압력을, PFO 모듈(2)로 공급되는 1차 농축수에 전달하여 1차 농축수의 압력 상승을 위해 사용하게 되는 것이다(단계 S5-2). 제2압력 교환장치(21)를 거치면서 보유하고 있던 압력이 회수되어 압력이 저하된 상태의 2차 농축수는 수집, 폐기된다. In the present invention, the second concentrated water produced by the PFO process in the PFO module 2 and discharged from the PFO module 2 is not immediately discarded but is supplied to the second pressure exchange device 21, And the pressure of the secondary concentrated water is recovered by the pressure exchanging device (21). The primary pressurized water discharged from the FO module 1 is supplied to the PFO module 2 with a considerable pressure by the first pressurizing pump 10. While the PFO module 2 has undergone the PFO process, the pressure of the primary concentrated water is somewhat lowered, and the secondary concentrated water is discharged from the PFO module 2 in such a state that the pressure is somewhat lowered. However, Have considerable pressure. In the present invention, the second concentrated water discharged from the PFO module 2 with such a considerable pressure is supplied to the second pressure exchanger 21, and the second concentrated water is supplied by the second pressure exchanger 21 And delivers the pressure to the first concentrated water supplied to the PFO module (2). In other words, the second pressure exchanger 21 is also adapted to switch the pressure of the inflow fluid in a different direction in the same manner as the first pressure exchanger 20. In the second pressure exchanger 21, The pressure is transferred to the first concentrated water supplied to the PFO module 2 to be used for increasing the pressure of the first concentrated water (step S5-2). The pressure retained while passing through the second pressure exchanger (21) is recovered and the secondary concentrated water in a state where the pressure is lowered is collected and discarded.

이와 같이 PFO 모듈(2)로 공급되는 1차 농축수에는, 제2압력 교환장치(21)에 의해 2차 농축수로부터 회수한 압력과, 최종 농축수로부터 추가적으로 회수한 압력이 가해지게 되므로, 1차 농축수를 가압하여 PFO 모듈(2)로 공급하기 위한 제1가압펌프(10)의 가동을 종래 기술보다 줄일 수 있고, 그에 따라 제1가압펌프(10)의 가동을 위해 소모되는 에너지 역시 크게 절감할 수 있게 된다. Since the pressure recovered from the second concentrated water by the second pressure exchanger 21 and the pressure further recovered from the final concentrated water are applied to the primary concentrated water supplied to the PFO module 2 in this manner, It is possible to reduce the operation of the first pressurizing pump 10 for supplying the pressurized water to the PFO module 2 as compared with the prior art and the energy consumed for operating the first pressurizing pump 10 is also increased .

위에서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 다단계의 압력 회수 공정 즉, RO 공정을 거친 최종 농축수와, PFO 공정을 거친 2차 농축수의 각각에 대해 제1압력 교환장치(20) 및 제2압력 교환장치(21)를 이용하여 개별적으로 압력을 회수하여 이를 RO 공정을 위한 2차 희석염수의 가압 및 PFO 공정을 위한 1차 농축수의 가압에 이용할 뿐만 아니라, 제1압력 교환장치(20)에 의해 1차 압력 회수 과정을 거친 최종 농축수에 대해서는 제2압력 교환장치(21)에 의한 추가적인 2차 압력 회수 과정을 수행하여 이를 PFO 공정을 위한 1차 농축수의 가압에 이용함으로써, 압력 회수 효율을 증가시키고, 그에 따라 제1,2가압펌프(10, 11)에서 소비하는 에너지를 절감할 수 있게 된다. 따라서 본 발명에 의하면 저에너지 소비를 통해서 높은 수율로 담수를 생산할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. As described above, in the present invention, the first pressure exchanging device 20 and the second pressure exchanging device 21 (hereinafter, referred to as " second pressure exchanging device " ) Is used to separately extract the pressure and use it to pressurize the secondary dilution brine for the RO process and the primary pressurized water for the PFO process as well as to apply the primary pressure The final concentrated water after the recovery process is subjected to an additional secondary pressure recovery process by the second pressure exchange device 21 and used for pressurizing the primary concentrated water for the PFO process to increase the pressure recovery efficiency, Accordingly, energy consumed by the first and second pressurizing pumps 10 and 11 can be reduced. Therefore, according to the present invention, fresh water can be produced at a high yield through consumption of low energy.

1: FO 모듈
2: PFO 모듈
3: RO 모듈
4: 정삼투막
5: 역삼투막
10: 제1가압펌프
11: 제2가압펌프
20: 제1압력 교환장치
21: 제2압력 교환장치
22: 압력공급 라인1: FO module
2: PFO module
3: RO module
4: The osmosis membrane
5: reverse osmosis membrane
10: first pressurizing pump
11: Second pressurizing pump
20: first pressure exchange device
21: Second pressure exchange device
22: Pressure supply line

Claims (2)

정삼투 모듈, 가압 정삼투 모듈 및 역삼투 모듈을 포함하고 있어서, 정삼투 모듈에 의한 정삼투 공정, 가압 정삼투 모듈에 의한 가압 정삼투 공정, 및 역삼투 모듈에 의한 역삼투 공정을 순차적으로 진행하여 염수로부터 담수를 생산하는 담수화 장치로서,
정삼투 모듈로부터 배출되는 1차 농축수를 가압하여 가압 정삼투 모듈로 공급하는 제1가압펌프;
가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 희석염수를 가압하여 역삼투 모듈로 공급하는 제2가압펌프;
역삼투 모듈로부터 배출된 최종 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 역삼투 모듈로 공급되는 2차 희석염수에 전달함으로써 2차 희석염수에 추가 압력을 가하는 제1압력 교환장치; 및
상기 제1압력 교환장치를 거쳐 온 최종 농축수로부터 압력을 회수하고, 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 농축수로부터 압력을 회수하여, 각각 회수된 압력을 상기 가압 정삼투 모듈로 공급되는 1차 농축수에 전달함으로써 1차 농축수에 추가 압력을 가하는 제2압력 교환장치를 포함하는 구성을 가지고 있어서;
역삼투 모듈로부터 배출되는 최종 농축수가 압력 교환장치를 다단으로 거치게 만들어서 최종 농축수가 가지고 있던 압력을 회수하여 1차 농축수와 2차 희석염수의 공급압력을 증가시키는데 이용함과 동시에, 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 농축수도 압력 교환장치를 거치게 만들어서 2차 농축수가 가지고 있던 압력을 회수하여 1차 농축수의 공급압력을 증가시키는데 이용하여, 제1, 2가압펌프의 가동을 위해 소모되는 에너지를 절감하게 되는것을 특징으로 하는 담수화 장치.
A forward osmosis module, a pressurized osmosis module, and a reverse osmosis module, wherein the forward osmosis process by the forward osmosis module, the pressurized osmosis process by the pressurized osmosis module, and the reverse osmosis process by the reverse osmosis module are sequentially performed A desalination apparatus for producing fresh water from brine,
A first pressurizing pump for pressurizing the first concentrated water discharged from the forward osmosis module and supplying the pressurized osmosis module to the pressurized osmosis module;
A second pressurizing pump for pressurizing and supplying the second dilution brine discharged from the pressurized osmosis module to the reverse osmosis module;
A first pressure exchange device for withdrawing pressure from the final concentrated water discharged from the reverse osmosis module and delivering the recovered pressure to the second dilution brine supplied to the reverse osmosis module to apply additional pressure to the second dilution brine; And
The pressure is recovered from the final concentrated water via the first pressure exchange device, the pressure is recovered from the second concentrated water discharged from the pressure positive osmosis module, and the recovered pressure is supplied to the first pressure And a second pressure exchange device for applying additional pressure to the primary concentrated water by transferring the concentrated water to the concentrated water;
The final concentrated water discharged from the reverse osmosis module is passed through the pressure exchanger in multiple stages to recover the pressure of the final concentrated water to increase the supply pressure of the first concentrated water and the second diluted salt water, By using the discharged secondary pressure water pressure exchanger, it is possible to recover the pressure of the secondary pressure water and to increase the supply pressure of the primary pressure water, thereby reducing the energy consumed for operating the first and second pressure pumps Wherein the desalination unit is configured to perform a desalination process.
정삼투 모듈에 의한 정삼투 공정, 가압 정삼투 모듈에 의한 가압 정삼투 공정, 및 역삼투 모듈에 의한 역삼투 공정이 순차적으로 진행되어 염수로부터 담수를 생산하는 담수화 방법으로서,
정삼투 모듈로부터 배출되는 1차 농축수를 제1가압펌프에 의해 가압하여 가압 정삼투 모듈로 공급하고, 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 희석염수를 제2가압펌프에 의해 가압하여 역삼투 모듈로 공급하는데;
역삼투 모듈로부터 배출된 최종 농축수를 제1압력 교환장치로 공급하여, 상기 제1압력 교환장치에 의해 최종 농축수로부터 압력을 회수하여, 회수된 압력을 역삼투 모듈로 공급되는 2차 희석염수에 전달함으로써 2차 희석염수에 추가 압력을 가하며;
상기 제1압력 교환장치를 거쳐 온 최종 농축수 및 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 농축수를 제2압력 교환장치로 공급하여, 상기 제1압력 교환장치를 거쳐 온 최종 농축수와 상기 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 농축수로부터 상기 제2압력 교환장치에 의해 압력을 회수하여, 회수된 압력을 상기 가압 정삼투 모듈로 공급되는 1차 농축수에 전달함으로써 1차 농축수에 추가 압력을 가하는 과정을 포함함으로써;
역삼투 모듈로부터 배출되는 최종 농축수가 압력 교환장치를 다단으로 거치게 만들어서 최종 농축수가 가지고 있던 압력을 회수하여 1차 농축수와 2차 희석염수의 공급압력을 증가시키는데 이용함과 동시에, 가압 정삼투 모듈로부터 배출되는 2차 농축수도 압력 교환장치를 거치게 만들어서 2차 농축수가 가지고 있던 압력을 회수하여 1차 농축수의 공급압력을 증가시키는데 이용하여, 제1, 2가압펌프의 가동을 위해 소모되는 에너지를 절감하게 되는것을 특징으로 하는 담수화 방법. There is provided a desalination method for producing desalinated water from a brine by proceeding sequentially through a forward osmosis process by a forward osmosis module, a pressurized osmosis process by a pressurized osmosis module, and a reverse osmosis process by a reverse osmosis module,
The first concentrated water discharged from the forward osmosis module is pressurized by the first pressurizing pump and supplied to the pressurized osmosis module and the secondary dilution brine discharged from the pressurized osmosis module is pressurized by the second pressurizing pump, ;
The final concentrated water discharged from the reverse osmosis module is supplied to the first pressure exchanger, pressure is recovered from the final concentrated water by the first pressure exchanger, and the recovered pressure is supplied to the secondary dilution brine Lt; RTI ID = 0.0 > second < / RTI >
Wherein the final concentrated water and the second concentrated water discharged from the pressurized osmosis module are supplied to the second pressure exchange device through the first pressure exchange device and the final concentrated water, The pressure is recovered from the second concentrated water discharged from the osmotic module by the second pressure exchange device, and the recovered pressure is transferred to the first concentrated water supplied to the pressurized osmosis module, whereby an additional pressure is applied to the first concentrated water By including the process of applying;
The final concentrated water discharged from the reverse osmosis module is passed through the pressure exchanger in multiple stages to recover the pressure of the final concentrated water to increase the supply pressure of the first concentrated water and the second diluted salt water, By using the discharged secondary pressure water pressure exchanger, it is possible to recover the pressure of the secondary pressure water and to increase the supply pressure of the primary pressure water, thereby reducing the energy consumed for operating the first and second pressure pumps Wherein the desalting method comprises the steps of:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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