KR101998546B1

KR101998546B1 - 용암해수 미네랄 조정 시스템

Info

Publication number: KR101998546B1
Application number: KR1020190021840A
Authority: KR
Inventors: 강성종
Original assignee: 강성종
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-07-09

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템은, 용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 용암해수 미네랄 조정 시스템에 있어서, 제1 원수를 공급하는 제1 공급라인, 제2 원수를 공급하는 제2 공급라인, 유입된 상기 제1 원수를 담수화하는 역삼투부, 유입된 상기 제2 원수와 상기 농축수 내의 황산 이온을 제거하는 제1 나노필터부, 유입된 제1 처리수의 염농도를 높여 미네랄을 농축하는 제2 나노필터부, 유입된 제2 처리수 내의 음이온을 제거하는 전기투석부, 상기 제2 나노필터부에 설치되어, 상기 제2 나노필터부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제1 농도측정부, 상기 전기투석부에 설치되어, 상기 전기투석부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제2 농도측정부, 제1 밸브부, 제2 밸브부 및 제3 밸브부를 구비하는 이동결정부 및 상기 제1 농도측정부 또는 상기 제2 농도측정부에 의해 측정된 결과값을 기초로 상기 이동결정부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

용암해수 미네랄 조정 시스템{Mineral control system of magma seawater}

본 발명은 용암해수 미네랄 조정 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 용암해수 미네랄 조정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 해수 1.0 kg에는 평균적으로 965 g (96.5%)이 물이고, 염소이온은 18.98 g (1.9%), 나트륨이온은 10.556 g (Na+, 1.1%), 황산이온은 2.649g (SO4, 0.3%), 마그네슘이온은 1.272 g (Mg2+, 0.1%), 칼슘이온은 0.400 g (Ca2+, 0.04%), 칼륨이온은 0.38 g (K+, 0.04 %), 중탄산 이온은 0.14 g (HCO3-, 0.01%)으로, 상기와 같은 주성분 이온이 3.4% 용존되어 있고, 나머지 0.1%는 미량금속이 용해되어 존재하며 총 92 종 용존물질이 해수에 존재하는 것으로 알려져 있다.

통상적으로 미네랄의 결핍 및 과잉은 각종 질병을 야기하는 원인이 되어 신체적, 정신적 발달이 저해되므로, 체내의 미네랄 밸런스(Mineral balance)를 유지하는 것이 중요하다. 칼슘, 마그네슘, 칼륨과 같은 미네랄은 신체구성, 신체 기능조절 등의 역할을 수행하는 중요한 원소로서 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나이다. 미네랄 성분 중 칼슘(calcium, Ca2+)은 뼈와 치아형성, 근육, 신경 및 심장의 기능 조절, 혈액응고 촉진 등의 기능을하며, 결핍 시에는 변비, 골다공증, 발육장애, 경련, 충치, 신경 불안증 등의 증상이 발생한다.

또한, 마그네슘(magnesium, Mg2+)은 에너지 생성, 신경기능 조절, 비타민 B, E 대사의 촉진 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 심장병, 고혈압, 신결석, 불면증, 부정맥, 저혈압, 식욕상실, 근육통, 빈혈 등이 발생하며, 칼륨(potassium, K+)은 세포 내 산염기 평형 조절, 수분조절, 신경기능 유지, 세포기능 보존, 혈관확장, 뇌의 산소공급 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 부정맥, 식욕감퇴, 근육경련, 변비, 피로, 무력증, 저혈당증 등이 발생한다.

즉, 해수(용암해수)에 포함된 미네랄 성분은 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다. 그러나 해수의 경우, 상당량의 염분(NaCl)을 포함하므로, 염분을 제거하는 담수화 과정에서 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다.

해수의 담수화 방법으로는 증발법, 역삼투막법, 전기투석법 등이 있다. 증발법은 해수를 증발시켜 용매인 물은 증발시키고, 용질은 잔류시키는 원리를 이용하는 것이며, 역삼투막법(RO)은 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 멤브레인 막으로 이용하여 염은 배제하고, 순수한 물만 통과시키는 방법이다.

전기투석법(ED)은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다.

또한 기존 해수 중 미네랄추출 분리 방법은 해수(심층수)를 증발 농축하여 용해도의 차이를 이용하여 칼슘염과 마그네슘염 등과 같은 미네랄염을 분리하는 방법으로 해수 중 미네랄을 추출하는 방법이다.

그러나, 이들 담수화 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분 중에서 칼슘과 마그네슘을 효율적으로 분리하기 어려우며, 미네랄 성분의 회수율이 낮고 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 상기와 같은 담수화 방식과 미네랄 추출 방식으로 추출된 미네랄 염은 음이온인 염소이온(Cl-)과 황산이온(SO4 2-) 제거되지 않고 양이온과 결합하여 염을 형성하기 때문에 이러한 미네랄염을 다시 용해하여 미네랄 수를 제조할 때에는 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온이 재용해 되기 때문에 경도 400이상의 고경도수의 제조가 불가능한 단점이 있다.

본 발명은 기존의 해수담수화방법인 증발법, 역삼투법(RO) 등의 문제점을 해결하여 고경도수를 제조하기 위한 해수(용암해수) 처리수 제조공정에 관한 것으로써, 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합공정을 사용하여 황산이온과 염소이온은 제거하면서, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 농축시켜 고경도수를 대량생산을 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 용암해수 처리수 제조공정을 제공하고자 한다.

한국등록특허 제10-0945682호

본 발명의 목적은, 나노필터막을 사용하여 용암해수 중에 들어 있는 황산이온을 제거하고, 농축을 반복하는 방법으로 2가 이온의 농도가 1가 이온보다 높은 물을 얻을 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템은, 용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 용암해수 미네랄 조정 시스템에 있어서, 제1 원수를 공급하는 제1 공급라인, 제2 원수를 공급하는 제2 공급라인, 상기 제1 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제1 원수를 담수화하는 역삼투부, 상기 역삼투부와 연결되고, 상기 역삼투부에 의해 농축된 농축수를 상기 제2 공급라인으로 공급하는 제1 연결라인, 상기 제2 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제2 원수와 상기 농축수 내의 황산 이온을 제거하는 제1 나노필터부, 상기 제1 나노필터부와 연결되며, 유입된 제1 처리수의 염농도를 높여 미네랄을 농축하는 제2 나노필터부, 상기 제1 나노필터부로부터 배출된 상기 제1 처리수를 상기 제2 나노필터부에 공급하는 제2 연결라인, 상기 제2 나노필터부와 연결되고, 유입된 제2 처리수 내의 음이온을 제거하는 전기투석부, 상기 제2 나노필터부로부터 배출된 상기 제2 처리수를 상기 전기투석부로 공급하는 제3 연결라인, 상기 전기투석부로부터 배출된 제3 처리수를 외부로 배출하는 배출라인, 상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 전기투석부로 공급하여, 상기 제3 처리수의 미네랄 농도를 조절하도록 하는 제4 연결라인, 상기 제2 연결라인과 상기 제3 연결라인을 연결하여, 상기 제3 연결라인을 이동하는 처리수가 상기 제2 연결라인으로 이동되도록 하여, 상기 제2 처리수 내의 미네랄 양을 조절하는 순환라인, 상기 제4 연결라인과 상기 순환라인을 연결하여, 상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 순환라인에 공급하는 제5 연결라인, 상기 제2 나노필터부에 설치되어, 상기 제2 나노필터부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제1 농도측정부, 상기 전기투석부에 설치되어, 상기 전기투석부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제2 농도측정부, 상기 제4 연결라인을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제1 밸브부, 상기 순환라인을 통한 처리수의 이동 유무를 결정하는 제2 밸브부 및 상기 제5 연결라인을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제3 밸브부를 구비하는 이동결정부 및 상기 제1 농도측정부 또는 상기 제2 농도측정부에 의해 측정된 결과값을 기초로 상기 이동결정부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 제어부는, 상기 제1 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 작은 경우, 미네랄 농축을 위해 상기 순환라인을 통해 처리수가 순환되도록, 상기 제2 밸브부는 개방되고, 상기 제3 밸브부는 폐쇄되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 제어부는, 상기 제1 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 순환라인을 통해 처리수가 순환되는 중에 상기 제5 연결라인을 통해 상기 순환라인으로 유입된 희석수에 의해 미네랄이 희석되도록 상기 제2 밸브부 개방되고, 상기 제3 밸브부 개방되도록 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 제2 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 제4 연결라인을 통해 상기 전기투석부로 희석수가 이동되도록 상기 제1 밸브부를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 용암해수인 원수에 포함된 1가 이온은, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 염소 이온이고, 상기 용암해수인 원수에 포함된 2가 이온은, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 황산 이온이며, 상기 농축수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온의 농도가 상기 원수보다 크며, 상기 희석수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온이 제거된 처리수이고, 상기 제1 처리수는, 황산 이온이 제거된 처리수이며, 상기 제2 처리수는, 상기 제1 처리수와 비교하여 상기 2가 이온의 농도가 상기 1가 이온의 농도보다 높아진 처리수이고, 상기 제3 처리수는, 전기투석에 의해 상기 2가 이온 중 양이온의 농도가 높아진 처리수일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 제3 처리수에 칼륨 이온을 보충하는 칼륨이온보충부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 칼륨이온보충부는, 제3 원수를 공급하는 제3 공급라인, 상기 제3 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제3 원수를 담수화하는 제2 역삼투부, 상기 제2 역삼투부와 연결되고, 유입된 제4 처리수를 전기 투석하는 제2 전기투석부, 상기 제2 역삼투부로부터 배출된 상기 제4 처리수를 상기 제2 전기투석부로 공급하는 제6 연결라인, 상기 제2 전기투석부와 연결되고, 유입된 제5 처리수를 여과하는 여과부, 상기 제2 전기투석부로부터 배출된 상기 제5 처리수를 상기 여과부로 공급하는 제7 연결라인 및 상기 여과부로부터 배출된 염화칼륨이 함유된 침전물을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인과 상기 여과부를 연결하는 제2 배출라인을 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 상기 제3 처리수는, 상기 제2 배출라인을 통해 유입된 침전물이 용해되어, 칼륨 이온, 칼슘 이온 및 칼륨 이온이 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 제4 원수를 공급하는 제4 공급라인, 상기 제4 공급라인으로부터 유입된 상기 제4 원수를 분별 증류하여, 염화칼륨을 획득하는 분별증류부 및 상기 분별증류부로부터 배출된 염화칼륨을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인과 상기 분별증류부를 연결하는 제3 배출라인을 구비할 수 있다.

본 발명에 의하면, 황산 이온을 제거한 용암해수를 미네랄 조정용 막으로 처리하여, 농축을 하더라도 황산칼슘(석고)의 석출을 억제할 수 있다.

또한, 해수 중에 포함되는 1가, 2가 이온을 분리하여, 나트륨이나 염소가 적고, 칼슘, 마그네슘 등을 막처리를 통해 농축할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 도시한 구성도.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 제어부를 설명하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템의 제어부를 설명하기 위한 블록도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 설명하기 위한 구성도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 설명하기 위한 구성도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 이용한 미네랄 조정 방법을 설명하기 위한 순서도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

용암해수 미네랄 조정 시스템

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템(1, 이하 미네랄 조정 시스템)은, 용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 시스템일 수 있다.

상기 미네랄 조정 시스템(1)은, 제1 공급라인(P1), 제2 공급라인(P2), 역삼투부, 제1 연결라인(L1), 제1 나노필터부, 제2 나노필터부, 제2 연결라인(L2), 전기투석부, 제3 연결라인(L3), 배출라인(M1), 제4 연결라인(L4), 순환라인(R), 제5 연결라인(L5), 제1 농도측정부(50), 제2 농도측정부(60), 이동결정부(70) 및 제어부(80)를 포함할 수 있다.

상기 제1 공급라인(P1)은, 제1 원수를 공급하는 배관 라인이다. 상기 제1 원수는 용암해수다.

상기 제2 공급라인(P2)은, 제2 원수를 공급하는 배관 라인이다. 상기 제2 원수는 용암해수다.

상기 제3 공급라인(P3)은, 제3 원수를 공급하는 배관 라인이다. 상기 제3 원수는 용암해수다.

상기 역삼투부는, 상기 제1 공급라인(P1)과 연결되며, 유입된 상기 제1 원수를 담수화할 수 있다.

보통 표층해수의 담수화의 경우, 해수에 포함된 불순물을 제거하기 위해 모래여과 등의 전처리가 필요하다. 용암해수는 청정성이라는 특징이 있기 때문에 전처리를 하지 않아도 역삼투부에 의해 담수화될 수 있다.

이에 따라, 전처리에 따른 운전비용을 절감할 수 있다.

상기 역삼투부는, 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 걸러내고, 순수한 물만 통과시키는 반투막을 이용하여, 해수 중의 이온성 물질을 여과하는 장치이다. 상기 역삼투부에 의해 걸러진 희석수는 이하 미네랄 농도를 낮추기 위해 사용되고, 상기 농축수는, 상기 제1 연결라인(L1)으로 보내, 상기 제2 공급라인(P2)으로 공급되는 제2 원수의 미네랄 농도를 높이는 역할을 한다.

상기 제1 연결라인(L1)은, 상기 역삼투부와 연결되고, 상기 역삼투부에 의해 농축된 농축수를 상기 제2 공급라인(P2)으로 공급하는 배관라인이다.

상기 제1 나노필터부는, 상기 제2 공급라인(P2)과 연결되며, 유입된 상기 제2 원수와 상기 농축수 내의 황산 이온을 제거할 수 있다.

여기서, 상기 제1 나노필터부는, 황산이온을 제거할 수 있는 EDNA1(Hydranautics사)막으로 형성될 수 있다.

상기 제2 나노필터부는, 상기 제1 나노필터부와 연결되며, 유입된 제1 처리수의 염농도를 높여 미네랄을 농축할 수 있다.

여기서, 상기 제2 나노필터부는, 2가 이온의 제거율이 높은 막인 NF90(Dow filmtec사)막 일 수 있다. 참고로, 상기 제2 나노필터부가 상기 NF90막으로 적용된 경우, 순환라인(R)을 통한 처리수의 순환이 4회 정도 요구되었다.

상기 제2 연결라인(L2)은, 상기 제1 나노필터부로부터 배출된 상기 제1 처리수를 상기 제2 나노필터부에 공급하는 배관라인이다.

상기 전기투석부는, 상기 제2 나노필터부와 연결되고, 유입된 제2 처리수 내의 음이온을 제거할 수 있다.

상기 제3 연결라인(L3)은, 상기 제2 나노필터부로부터 배출된 상기 제2 처리수를 상기 전기투석부로 공급하는 배관라인이다.

상기 배출라인(M1)은, 상기 전기투석부로부터 배출된 제3 처리수를 외부로 배출하는 배관라인이다.

상기 제4 연결라인(L4)은, 상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 전기투석부로 공급하여, 상기 제3 처리수의 미네랄 농도를 조절하는 배관라인이다.

상기 순환라인(R)은, 상기 제2 연결라인(L2)과 상기 제3 연결라인(L3)을 연결하여, 상기 제3 연결라인(L3)을 이동하는 처리수가 상기 제2 연결라인(L2)으로 이동되도록 하여, 상기 제2 처리수 내의 미네랄 양을 조절하는 배관라인이다.

상기 제5 연결라인(L5)은, 상기 제4 연결라인(L4)과 상기 순환라인(R)을 연결하여, 상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 순환라인(R)에 공급하는 배관라인이다.

상기 제1 농도측정부(50)는, 상기 제2 나노필터부에 설치되어, 상기 제2 나노필터부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정할 수 있다.

상기 제2 농도측정부(60)는, 상기 전기투석부에 설치되어, 상기 전기투석부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정할 수 있다.

상기 이동결정부(70)는, 상기 제4 연결라인(L4)을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제1 밸브부(71), 상기 순환라인(R)을 통한 처리수의 이동 유무를 결정하는 제2 밸브부(72) 및 상기 제5 연결라인(L5)을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제3 밸브부(73)를 구비할 수 있다.

상기 제어부(80)는, 상기 제1 농도측정부(50) 또는 상기 제2 농도측정부(60)에 의해 측정된 결과값을 기초로 상기 이동결정부(70)를 제어할 수 있다.

이하, 도 2 내지 4를 참조로 제어부(80)에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템의 제어부를 설명하기 위한 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템의 제어부를 설명하기 위한 블록도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템(1)의 제어부(80)는, 상기 제1 농도측정부(50)에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 작은 경우, 미네랄 농축을 위해 상기 순환라인(R)을 통해 처리수가 순환되도록, 상기 제2 밸브부(72)는 개방되고, 상기 제3 밸브부(73)는 폐쇄되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 농도측정부(50)는, 상기 제2 나노필터부 내의 미네랄 농도를 측정하는 일종의 농도 측정 센서일 수 있으며, 상기 제2 나노필터부 내의 미네랄 농도(염농도)가 너무 낮으면, 본 시스템을 통해 원하는 농도의 미네랄이 농축된 처리수를 얻을 수 없기 때문에, 원하는 농도의 미네랄이 농축된 처리수를 얻기 위해 상기 제2 나노필터부를 반복적으로 거치도록 하기 위해 순환시킨다.

상기 제어부(80)는, 상기 제1 농도측정부(50)에 의해 측정된 농도 값이 기 설정된 값보다 낮을 경우, 상기 제2 밸브부(72)가 개방되도록 하고, 이에 따라 상기 제3 연결라인(L3)을 통해 이동되는 처리수는, 상기 순환라인(R)을 통해 상기 제2 연결라인(L2)으로 순환되어 재차 상기 제2 나노필터부를 통과하게 된다.

이 때, 상기 제3 밸브부(73)는 폐쇄되어 상기 희석수가 상기 순환라인(R)으로 유입되지 않도록 한다.

만약, 상기 제2 나노필터부를 재차 통과한 처리수의 농도 값 또한 기 설정된 값보다 낮을 경우, 상기 제어부(80)는, 상기 제2 밸브부(72)가 개방되도록 하여 상기 순환라인(R)을 통해 처리수가 순환되도록 한다.

또한, 상기 제어부(80)는, 상기 제1 농도측정부(50)에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 순환라인(R)을 통해 처리수가 순환되는 중에 상기 제5 연결라인(L5)을 통해 상기 순환라인(R)으로 유입된 희석수에 의해 미네랄이 희석되도록 상기 제2 밸브부(72)가 개방되고, 상기 제3 밸브부(73)는 개방되도록 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 농도측정부(50)는, 상기 제2 나노필터부 내의 미네랄 농도를 측정하는 일종의 농도 측정 센서일 수 있으며, 상기 제2 나노필터부 내의 미네랄 농도(염농도)가 너무 높으면, 시간당 처리수 처리량이 저하될 우려가 있으며, 이 경우, 삼투압이 상승하여 막 처리가 안될 가능성이 있다. 여기서, 막 처리란, 제2 나노필터부에 의한 필터링의 효율을 의미한다.

상기 제어부(80)는, 상기 제1 농도측정부(50)에 의해 측정된 농도 값이 기 설정된 값보다 높을 경우, 상기 제2 밸브부(72)가 개방되도록 하고, 이에 따라 상기 제3 연결라인(L3)을 통해 이동되는 처리수는, 상기 순환라인(R)을 통해 상기 제2 연결라인(L2)으로 이동 중에 상기 제5 연결라인(L5)을 통해 유입된 희석수에 희석된 채, 상기 제2 연결라인(L2)으로 이동된다.

상기 제5 연결라인(L5)으로 유입된 희석수에 희석된 처리수는 제2 나노필터부에 재차 유입된 채, 기 설정된 값과 부합하도록 농도가 조절된다.

또한, 상기 제어부(80)는, 상기 제2 농도측정부(60)에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 제4 연결라인(L4)을 통해 상기 전기투석부로 희석수가 이동되도록 상기 제1 밸브부(71)를 제어할 수 있다.

구체적으로, 상기 전기투석부는, 본 시스템의 최종 단계로서, 기 설정된 미네랄 농도의 처리수가 형성되는데, 이 때 상기 전기투석부의 예기치 못한 상황 또는 상기 전기투석부로 유입된 제2 처리수 내의 화학적/물리적 작용에 의한 미네랄 농도 값이 사용자가 원한 처리수의 미네랄 농도 값보다 높은 경우, 상기 희석수를 유입하여 상기 제3 처리수의 미네랄 농도 값을 낮춰 최종 처리수를 획득할 수 있다.

상술한 역삼투부를 통해 배출된 희석수는, 제5 연결라인(L5)을 통해 순환라인(R)으로 유입되어 상기 제2 처리수의 미네랄 농도를 희석시키기 위하여 사용되고, 또한 상기 제4 연결라인(L4)을 통해 상기 전기투석부로 유입되어 상기 제3 처리수의 미네랄 농도를 희석시키기 위하여 사용된다.

또한, 상기 역삼투부를 통해 배출된 농축수는, 상기 제2 공급라인(P2)으로 유입된 제2 원수와 혼합되어 미네랄을 농축하는데 이용된다.

한편, 상기 용암해수인 원수에 포함된 1가 이온은, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 염소 이온을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 용암해수인 원수에 포함된 2가 이온은, 칼슘 인온, 마그네슘 이온, 황산 이온을 포함할 수 있다.

상기 농축수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온의 농도가 상기 원수보다 클 수 있다.

상기 희석수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온이 제거된 처리수 일 수 있다.

상기 제1 처리수는, 황산 이온이 제거된 처리수일 수 있다.

상기 제2 처리수는, 상기 제1 처리수와 비교하여 상기 2가 이온의 농도가 상기 1가 이온의 농도보다 높아진 처리수일 수 있다.

상기 제3 처리수는, 전기투석에 의해 상기 2가 이온 중 양이온의 농도가 높아진 처리수일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템(2)은, 칼륨이온보충부(90a)를 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 미네랄 조정 시스템(1)과 동일하므로 이하 칼륨이온보충부(90a)에 관하여만 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템(2)은, 상기 제3 처리수에 칼륨 이온을 보충하는 칼륨이온보충부(90a)를 더 포함할 수 있다.

상기 칼륨이온보충부(90a)는, 제3 공급라인(P3), 제2 역삼투부, 제2 전기투석부, 제6 연결라인(L6), 여과부, 제7 연결라인(L7) 및 제2 배출라인(M2)을 구비할 수 있다.

상기 제3 공급라인(P3)은, 제3 원수를 공급하는 배관라인이다.

상기 제2 역삼투부는, 상기 제3 공급라인(P3)과 연결되며, 유입된 상기 제3 원수를 담수화할 수 있다.

상기 제2 전기투석부는, 상기 제2 역삼투부와 연결되고, 유입된 제4 처리수를 전기 투석할 수 있다.

상기 제6 연결라인(L6)은, 상기 제2 역삼투부로부터 배출된 상기 제4 처리수를 상기 제2 전기투석부로 공급하는 배관라인이다.

상기 여과부는, 상기 제2 전기투석부와 연결되고, 유입된 제5 처리수를 여과할 수 있다.

상기 제7 연결라인(L7)은, 상기 제2 전기투석부로부터 배출된 상기 제5 처리수를 상기 여과부로 공급하는 배관라인이다.

상기 제2 배출라인(M2)은, 상기 여과부로부터 배출된 염화칼륨이 함유된 침전물을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인(M1)과 상기 여과부를 연결하는 배관라인이다.

상기 제3 처리수는, 상기 제2 배출라인(M2)을 통해 유입된 침전물이 용해되어, 염화 이온 및 칼륨 이온이 포함될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미네랄 조정 시스템(3)은, 칼륨이온보충부(90b)를 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 미네랄 조정 시스템(1)과 동일하므로, 이하 칼륨이온보충부(90b)에 관한 설명만 하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼륨이온보충부(90b)는, 제4 원수를 공급하는 제4 공급라인(P4), 상기 제4 공급라인(P4)으로부터 유입된 상기 제4 원수를 분별 증류하여, 염화칼륨을 획득하는 분별증류부 및 상기 분별증류부로부터 배출된 염화칼륨을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인(M1)과 상기 분별증류부를 연결하는 제3 배출라인(M3)을 구비할 수 있다.

용암해수 미네랄 조정 방법

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 시스템을 이용한 미네랄 조정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용암해수 미네랄 조정 방법(이하, 미네랄 조정 방법)은, 용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 방법이다.

이하, 미네랄 조정 방법은, 상술한 용암해수 미네랄 조정 시스템에 의해 구현되는 방법이므로, 상기 용암해수 미네랄 조정 시스템의 구성요소를 차용하여 후술한다.

또한, 이하 처리수는, 미네랄 조정 방법의 각 공정에 의해 처리된 처리수를 의미하며, 그 구분을 위하여 제1 처리수, 제2 처리수, 제3 처리수, 제4 처리수 및 제5 처리수 등으로 나누어 기재하였다.

상기 용암해수인 원수에 포함된 1가 이온은, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 염소 이온을 포함하고, 상기 2가 이온은, 칼슘 이온, 마그네슘 이온, 황산 이온을 포함할 수 있다.

상기 미네랄 조정 방법은, 제1 단계(S1) 내지 제12 단계(S12)를 포함할 수 있다.

제1 단계(S1)는, 제1 공급라인(P1)으로부터 제1 원수를 공급받는 단계이다.

제2 단계(S2)는, 제2 공급라인(P2)으로부터 제2 원수를 공급받는 단계이다.

제3 단계(S3)는, 제3 공급라인(P3)으로부터 제3 원수를 공급받는 단계이다.

제4 단계(S4)는, 역삼투부를 통해 제1 원수를 담수화하여 농축수 및 희석수를 획득하는 단계이다.

여기서, 상기 역삼투부는, 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 걸러내고, 순수한 물만 통과시키는 반투막을 이용하여, 해수 중의 이온성 물질을 여과하는 장치로서, 상기 역삼투부를 통해 걸러진 처리수는 희석수가 되고, 역삼투부를 통과하지 못한 처리수는 농축수가 된다.

상기 농축수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온의 농도가 상기 원수보다 크다.

또한, 상기 희석수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온이 제거된 처리수이다.

제5 단계(S5)는, 상기 농축수 및 상기 제2 원수를 혼합하는 단계이다.

제6 단계(S6)는, 제1 나노필터부를 통해 혼합된 상기 농축수 및 상기 제2 원수 내의 황산 이온을 제거하여 제1 처리수를 획득하는 단계이다.

여기서, 상기 제1 처리수는, 황산 이온이 제거된 처리수이다.

제7 단계(S7)는, 제2 나노필터부를 통해 상기 제1 처리수의 염농도를 높여 미네랄을 농축하여, 제2 처리수를 획득하는 단계이다.

구체적으로, 상기 제7 단계(S7)는, 상기 제2 처리수의 미네랄 농도가, 기 설정된 값보다 작은 경우, 2회 이상 반복하여 상기 제2 처리수의 미네랄 농도와 기 설정된 값이 동일하도록 할 수 있다.

여기서, 제2 처리수는, 상기 제1 처리수와 비교하여 상기 2가 이온의 농도가 상기 1가 이온의 농도 보다 높아진 처리수이다.

또한, 상기 제7 단계(S7)는, 상기 제2 처리수의 미네랄 농도가 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 희석수와 혼합하여, 상기 제2 처리수의 미네랄 농도와 기 설정된 값이 동일하도록 할 수 있다.

제8 단계(S8)는, 전기투석부를 통해 제2 처리수를 전기투석하여 제3 처리수를 획득하는 단계이다.

구체적으로, 상기 제8 단계(S8)는, 상기 제3 처리수의 미네랄 농도가, 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 희석수와 혼합하여, 상기 제3 처리수의 미네랄 농도와 기 설정된 값이 동일하도록 할 수 있다.

상기 제3 처리수는, 전기투석에 의해 상기 2가 이온 중 양이온의 농도가 높아진 처리수이다.

제9 단계(S9)는, 제2 역삼투부를 통해 상기 제3 원수를 담수화하여 제4 처리수를 획득하는 단계이다.

제10 단계(S10)는, 제2 전기투석부를 통해 상기 제4 처리수를 전기투석하여 제5 처리수를 획득하는 단계이다.

제11 단계(S11)는, 여과부를 통해 상기 제5 처리수를 여과하여 염화칼륨이 함유된 침전물을 획득하는 단계이다.

구체적으로, 상기 제11 단계(S11)는, 제11-1 단계 내지 제11-11 단계를 포함한다.

제11-1 단계는, 상기 제5 처리수를 비중이 1.25 Be 이 되도록 농축하여 제5-1 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-2 단계는, 상기 제5-1 처리수를 여과하여 제1 침전물을 제거하는 단계이다.

제11-3 단계는, 상기 제1 침전물이 제거된 상기 제5-1 처리수를 비중이 1.30 Be 이 되도록 농축하여 제5-2 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-4 단계는, 상기 제5-2 처리수를 여과하여 제2 침전물을 제거하는 단계이다.

제11-5 단계는, 상기 제2 침전물이 제거된 상기 제5-2 처리수를 124℃ 가 되도록 가열하여 제5-3 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-6 단계는 상기 제5-3 처리수를 여과하여 제3 침전물을 획득하는 단계이다.

제11-7 단계는, 상기 제3 침전물을 20 ~ 30℃의 물에 용해시켜 제5-4 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-8 단계는, 상기 제5-4 처리수를 가열하여 비중이 1.35 Be 인 제5-5 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-9 단계는, 상기 제5-5 처리수를 30℃ 이하로 냉각시켜 침전된 제4 침전물을 획득하는 단계이다.

제11-10 단계는, 상기 제4 침전물을 0℃의 물에 용해하여, 제5-6 처리수를 획득하는 단계이다.

제11-11 단계는, 상기 제5-6 처리수를 탈수하여, 염화칼륨이 함유된 침전물을 획득하는 단계이다.

제12 단계(S12)는, 제3 처리수에 상기 침전물을 용해시키는 단계이다.

상기 제3 처리수는, 상기 침전물이 용해되어, 칼륨 이온 및 염화 이온을 포함할 수 있다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

1: 용암해수 미네랄 조정 시스템
P1: 제1 공급라인
P2: 제2 공급라인
50: 제1 농도측정부
60: 제2 농도측정부
70: 이동결정부
80: 제어부
P3: 제3 공급라인
P4: 제4 공급라인
L1: 제1 연결라인
L2: 제2 연결라인
L3: 제3 연결라인
L4: 제4 연결라인
L5: 제5 연결라인
L6: 제6 연결라인
L7: 제7 연결라인
M1: 배출라인
M2: 제2 배출라인
M3: 제3 배출라인
R: 순환라인
S1: 제1 단계
S2: 제2 단계
S3: 제3 단계
S4: 제4 단계
S5: 제5 단계
S6: 제6 단계
S7: 제7 단계
S8: 제8 단계
S9: 제9 단계
S10: 제10 단계
S11: 제11 단계
S12: 제12 단계

Claims

용암해수인 원수(原水)에 포함된 1가 이온을 제거하고, 2가 이온은 농축하는 용암해수 미네랄 조정 시스템에 있어서,
제1 원수를 공급하는 제1 공급라인;
제2 원수를 공급하는 제2 공급라인;
상기 제1 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제1 원수를 담수화하는 역삼투부;
상기 역삼투부와 연결되고, 상기 역삼투부에 의해 농축된 농축수를 상기 제2 공급라인으로 공급하는 제1 연결라인;
상기 제2 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제2 원수와 상기 농축수 내의 황산 이온을 제거하는 제1 나노필터부;
상기 제1 나노필터부와 연결되며, 유입된 제1 처리수의 염농도를 높여 미네랄을 농축하는 제2 나노필터부;
상기 제1 나노필터부로부터 배출된 상기 제1 처리수를 상기 제2 나노필터부에 공급하는 제2 연결라인;
상기 제2 나노필터부와 연결되고, 유입된 제2 처리수 내의 음이온을 제거하는 전기투석부;
상기 제2 나노필터부로부터 배출된 상기 제2 처리수를 상기 전기투석부로 공급하는 제3 연결라인;
상기 전기투석부로부터 배출된 제3 처리수를 외부로 배출하는 배출라인;
상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 전기투석부로 공급하여, 상기 제3 처리수의 미네랄 농도를 조절하도록 하는 제4 연결라인;
상기 제2 연결라인과 상기 제3 연결라인을 연결하여, 상기 제3 연결라인을 이동하는 처리수가 상기 제2 연결라인으로 이동되도록 하여, 상기 제2 처리수 내의 미네랄 양을 조절하는 순환라인;
상기 제4 연결라인과 상기 순환라인을 연결하여, 상기 역삼투부에 의해 희석된 희석수를 상기 순환라인에 공급하는 제5 연결라인;
상기 제2 나노필터부에 설치되어, 상기 제2 나노필터부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제1 농도측정부;
상기 전기투석부에 설치되어, 상기 전기투석부에 수용된 처리수의 미네랄 농도를 측정하는 제2 농도측정부;
상기 제4 연결라인을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제1 밸브부, 상기 순환라인을 통한 처리수의 이동 유무를 결정하는 제2 밸브부 및 상기 제5 연결라인을 통한 희석수의 이동 유무를 결정하는 제3 밸브부를 구비하는 이동결정부; 및
상기 제1 농도측정부 또는 상기 제2 농도측정부에 의해 측정된 결과값을 기초로 상기 이동결정부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 작은 경우, 미네랄 농축을 위해 상기 순환라인을 통해 처리수가 순환되도록, 상기 제2 밸브부는 개방되고, 상기 제3 밸브부는 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 순환라인을 통해 처리수가 순환되는 중에 상기 제5 연결라인을 통해 상기 순환라인으로 유입된 희석수에 의해 미네랄이 희석되도록 상기 제2 밸브부 개방되고, 상기 제3 밸브부 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제2 농도측정부에 의해 측정된 결과값이 기 설정된 값보다 큰 경우, 상기 제4 연결라인을 통해 상기 전기투석부로 희석수가 이동되도록 상기 제1 밸브부를 제어하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제4항에 있어서,
상기 용암해수인 원수에 포함된 1가 이온은,
나트륨 이온, 칼륨 이온, 염소 이온이고,
상기 용암해수인 원수에 포함된 2가 이온은,
칼슘 이온, 마그네슘 이온, 황산 이온이며,
상기 농축수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온의 농도가 상기 원수보다 크며,
상기 희석수는, 상기 1가 이온 및 상기 2가 이온이 제거된 처리수이고,
상기 제1 처리수는,
황산 이온이 제거된 처리수이며,
상기 제2 처리수는,
상기 제1 처리수와 비교하여 상기 2가 이온의 농도가 상기 1가 이온의 농도보다 높아진 처리수이고,
상기 제3 처리수는,
전기투석에 의해 상기 2가 이온 중 양이온의 농도가 높아진 처리수인 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제3 처리수에 칼륨 이온을 보충하는 칼륨이온보충부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 칼륨이온보충부는,
제3 원수를 공급하는 제3 공급라인,
상기 제3 공급라인과 연결되며, 유입된 상기 제3 원수를 담수화하는 제2 역삼투부,
상기 제2 역삼투부와 연결되고, 유입된 제4 처리수를 전기 투석하는 제2 전기투석부,
상기 제2 역삼투부로부터 배출된 상기 제4 처리수를 상기 제2 전기투석부로 공급하는 제6 연결라인,
상기 제2 전기투석부와 연결되고, 유입된 제5 처리수를 여과하는 여과부,
상기 제2 전기투석부로부터 배출된 상기 제5 처리수를 상기 여과부로 공급하는 제7 연결라인 및
상기 여과부로부터 배출된 염화칼륨이 함유된 침전물을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인과 상기 여과부를 연결하는 제2 배출라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제3 처리수는,
상기 제2 배출라인을 통해 유입된 침전물이 용해되어, 염화 이온 및 칼륨 이온이 포함되는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.
제6항에 있어서,
상기 칼륨이온보충부는,
제4 원수를 공급하는 제4 공급라인,
상기 제4 공급라인으로부터 유입된 상기 제4 원수를 분별 증류하여, 염화칼륨을 획득하는 분별증류부 및
상기 분별증류부로부터 배출된 염화칼륨을 상기 제3 처리수에 용해되도록 상기 배출라인과 상기 분별증류부를 연결하는 제3 배출라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 용암해수 미네랄 조정 시스템.