KR102176274B1

KR102176274B1 - 광촉매를 이용한 해수담수화 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR102176274B1
Application number: KR1020190000601A
Authority: KR
Inventors: 김형수; 김민진; 성자영; 최은혜; 이승재; 전민정
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-11-11
Also published as: KR20200085385A

Abstract

해수담수화 공정에서 업계가 요구하는 수질 기준을 맞추기 위한 종래의 탈염 후처리 공정을 대체할 수 있는 해수담수화 방법이 제공된다.
본 발명의 해수담수화 방법에서는 처리수가 주탈염 공정 이후 광촉매 장치를 통과하며, 이를 통하여 최종 생산수의 염소 이온 농도를 저비용으로 저감할 수 있다.

Description

광촉매를 이용한 해수담수화 방법 및 시스템 {Method of desalinating seawater adopting photocatalyst and system for the same}

본 발명은 광촉매를 이용한 해수담수화 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 해수담수화 공정에서 상대적으로 높게 요구되는 염소 이온의 수질 조건을 맞출 수 있는 방법 및 이를 위한 장치를 채택하는 시스템에 관한 것이다.

현재의 해수담수화 방법에는 취수한 해수의 불순물을 제거하는 전처리 공정을 거친 후 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 다단증발법, 해수에 높은 압력을 가해 삼투 현상을 역으로 이용하여 해수를 반투막을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법 (Reverse Osmosis, RO), 다단증발법과 비슷하지만 중간 규모의 설비에 적합한 다단효용증발법 등이 있다.

이 중, 역삼투법이 가장 널리 쓰이고 있는데, 역삼투법에 따라 역삼투막을 투과한 처리수의 경우에도 수질 기준을 맞추기 위하여 추가의 처리가 필요할 수 있다.

즉, 공업 용수 및 산업용 순수 설비, 해수담수화 플랜트 설비에서는 최종 생산수의 수질 기준을 맞추기 위해 역삼투 공정 이후에 이온교환수지, 전기탈염, 축전식탈염과 같은 공정을 필요로 한다.

이온교환수지 (IX) 공정은 비연속 공정이기 때문에 재생 또는 이온교환수지를 교체하는 기간 동안 초순수 생산공정의 정지가 불가피하며, 이를 해결하기 위한 추가적인 예비설비를 설치해야 하므로 초기 시설투자비용이 증가하게 된다. 또한, 저농도에서 효율이 떨어지는 단점이 있으며 유입수량이 불안정할 경우 재생수지의 수명이 단축되어 유지관리비용이 증가할 수 있다.

EDI (전기탈염)는 이온교환수지를 이용하는 공정에 비하여 엄격한 유입 수질이 요구되며 원수의 수질 (CaCO₃)이 1ppm 이상일 경우 제거효율이 급격하게 떨어지는 문제가 있다. 또한, 유입수량이 불안정하여 생산칸의 압력이 농축칸의 압력보다 5~10psig 이상 높게 유지되지 않을 경우 농축수로 전이된 이온이 다시 생산칸으로 이동할 수 있기 때문에 유량을 일정하게 유지해야 하는 어려움이 있다.

CDI (축전식탈염)는 전기흡착기술의 일종으로, 전극에 전위를 인가하였을 때 전극 계면에 형성되는 전극 이중충에서의 흡착반응을 이용하여 이온성 물질을 제거하는 기술이다. 이 방식에서는 전극 표면에 이온성 물질이 포화 흡착되면 더 이상 이온 흡착이 불가능하다. 이온을 흡착할 수 있는 표면적이 넓고 전기저항이 적은 전극이 연구되고 있으나, 비용적인 문제로 실제 현장 적용에는 어려움이 있다. 또한 이론적으로는 에너지비용이 낮지만, 전극에 이온을 흡착시키는 과정은 에너지 저장단계이고 탈착하는 과정은 에너지 방출단계이므로 에너지를 사용해야 하는데, 현재는 저장한 에너지를 사용하지 못하고 계속적으로 에너지를 소모하는 실정으로 에너지 비용이 필요 이상 발생하고 있다.

본 발명은 수처리 과정에서 요구될 수 있는 상대적으로 높은 염소 이온의 수질 조건을 충족시킬 수 있는 해수담수화 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 목적은 수처리 과정에서 요구될 수 있는 상대적으로 높은 염소 이온의 수질 조건을 충족시킬 수 있는 장치를 채택하는 해수담수화 시스템을 제공한다.

1. 본 발명의 제1 구체예는

i) 해수의 부유물을 제거하는 전처리 공정, ii) 상기 전처리 공정을 거친 처리수의 제1 탈염 공정 및 iii) 상기 제1탈염 공정을 거친 처리수의 제2 탈염 공정을 포함하며, 상기 제2 탈염 공정은 광촉매 반응을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 방법을 제시할 수 있다.

2. 제1 구체예에서, 상기 광촉매 반응은 TiO₂ 에 UV 를 조사하여 이루어질 수 있다.

3. 제1 내지 제2 구체예에서, 상기 전처리 공정은 침전, 미디어 여과, 가압부상법 (DAF) 또는 한외여과를 이용하여 수행될 수 있다.

4. 제1 내지 제3 구체예에서, 상기 제1 탈염 공정은 역삼투법 또는 다단증발법을 이용하여 수행될 수 있다.

5. 제1 내지 제4 구체예에서, 상기 제2 탈염 공정은 기수용 역삼투법 (BWRO), 축전식탈염 (CDI), 전기탈염 (EDI) 또는 이온교환수지 (IX)를 이용하여 수행될 수 있다.

6. 제1 내지 제5 구체예를 구현하기 위하여, 염소 이온의 농도를 저감하기 위한 광촉매 반응 장치를 포함하는 해수담수화 시스템을 제시할 수 있다.

7. 제1 내지 제6 구체예를 구현하기 위하여, 해수의 부유물을 제거하기 위한 전처리 공정 장치, ii) 제1 탈염 공정 장치 및 iii) 제2탈염 공정 장치를 포함하며, 상기 제2탈염 공정 장치는 광촉매 반응 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 시스템을 제시할 수 있다.

8. 제1 내지 제7 구체예를 구현하기 위하여, 상기 광촉매 반응 장치는 TiO₂및UV 조사 장치를 포함하는 것인, 해수담수화 시스템을 제시할 수 있다.

9. 제1 내지 제8 구체예를 구현하기 위하여, 상기 광촉매 반응 장치는 베드 타입 또는 반응조 타입으로 설치되는 것인 해수담수화 시스템을 제시할 수 있다.

본 발명에 따른 해수담수화 방법은, 광촉매와 UV를 사용한 염소 이온 저감 방법 및 이를 위한 장치를, 해수담수화 공정의 주탈염 공정 이후에 적용함으로써, 기존의 이온교환수지 공정이나 CDI 같은 공정에 비해 설비투자비와 운영비용을 획기적으로 절감시킬 수 있어 매우 유용하다. 본 발명의 방법은 반복적인 사용이 가능한 광촉매를 사용하며, 기존의 공정에 수반되었던 화학약품 사용후 발생하는 세정 폐액의 처리를 위한 부가적인 비용이 발생하지 않는다. 또한, 광촉매 반응으로부터 발생하는 산화 물질이 최종 생산수의 오염을 방지하고 소독할 수 있다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따라, 처리수를 UV-TiO₂ 반응 장치에 주입하였을 경우 반응시간에 따른 Cl^- 이온의 농도변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Cl^-이온 농도 저감 장치를 채택한 해수 담수화 시스템의 개략도이다.
도 3a 내지 3 c는 본 발명의 일시예에 따른 처리수의 Cl^- 이온 농도 저감을 수행하기 위한 UV-TiO₂ 광촉매 장치이다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

이하에서의 어구 및 용어는 설명의 이해를 돕기 위해 사용되는 것으로서, 제한적으로 해석되어서는 안될 것이다.

본 발명의 해수 담수화 방법은i) 해수의 부유물을 제거하는 전처리 공정, ii) 상기 전처리 공정을 거친 처리수의 제1 탈염 공정 및 iii) 상기 제1탈염 공정을 거친 처리수의 제2탈염 공정을 포함하며, 상기 제2탈염 공정은 광촉매를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 처리수의 부유물을 처리하는 전처리 공정은 침전, 미디어 여과, DAF (Dissolved Air Flotation, 가압부상법), 한외여과 등이 있다. 침전의 한 방법인 응집 (Coagulation)은 응집제를 첨가하여 급속으로 혼화하였을 때 콜로이드 상태의 물질과 미세한 부유물질이 불안정화되고 불안정화된 입자가 최초로 서로 부착하게 하는 방법이다. 응결 (Flocculation)은 응집으로 인해 불안정화된 입자들을 서로 엉키게 하기 위하여 천천히 혼화하여 신속히 플럭을 형성하도록 하는 방법이다.

부유물 중 조류나 오일, 그리스 (greese) 등 가벼운 오염물질은 미디어 여과에서는 제거가 어렵기 때문에 가압부상장치를 이용하여 제거할 수 있다. 이 DAF 기술은 용존성 공기의 공급 및 유입수 라인에 응집제를 투여하여 처리하며, 그 결과 농축된 상태의 슬러지가 물에 떠있는 형태로 발현된다. 이러한 물질은 가압부상장치 표면 위에서 회수 처리될 수 있다.　

한외여과 (ultrafiltration)는 처리수 내 모래, 실트, 조류, 미생물 등의 입자성 물질과 유기오염 물질을 한외여과막을 이용하여 제거하는 공정으로, 이들 물질로 인하여 후속 공정의 역삼투막이 막히는 것을 방지함으로써 역삼투막 공정의 안정적인 운영을 위하여 사용되고 있다.

본 발명의 전처리 공정에서는 이들 공정을 필요에 따라 하나 이상 조합하여 사용할 수 있다.

상기 ii) 제1 탈염 공정은 해수담수화 방법의 주 공정으로서, 역삼투법 또는 다단증발법을 이용하여 수행될 수 있다.

역삼투법에서 사용되는 해수용 역삼투막 (Seawater Reverse Osmosis, SWRO)은 약 99% 이상의 염 제거율을 가지는데, 이 SWRO 공정을 거친 처리수는 보통 총용존 고형물 (Total Dissolved solids, TDS) 농도가 250 ∼ 900 mg/L로, 이는 먹는 물이나 공업용수의 수질 기준을 초과하는 수준이다.

따라서, 목적하는 바에 따라 더 엄격히 요구되는 수질 기준을 맞추기 위하여, 추가적으로 제2 탈염 공정이 필요하게 된다.

이를 위하여, 예를 들어, 상기 역삼투막보다 낮은 효율의 기수용 역삼투막 (Brackish Water Reverse Osmosis, BWRO)을 이용하는 방법이 있다.

이 BWRO 공정은 주 공정인 SWRO 공정과의 연계가 쉽고 상대적으로 운영이 편리하여 많이 사용되고 있다.

일반적으로 석유화학회사 및 발전소와 같은 공업용수의 주요 수요처들에서는 자체적인 수처리 공정없이 바로 사용이 가능하도록 안정적인 수질 조건을 공급처에 제시하고 있는데, 다른 항목에 비해 특히 염소 이온의 수질 조건을 더 높게 제시하고 있다. 이와 같은 경우 본 발명의 염소 이온 농도를 저감할 수 있는 방법을 채택하면, 보다 효율적으로 상기 공급 용수의 수질 조건을 충족시킬 수 있다.

아래 표는 최근 해수담수화 공정에서 SWRO 및 BWRO 공정을 채택한 경우의 수질 요구 조건을 나타낸다 (출처: KDI 공공투자관리센터, 2018년도 예비타당성조사 보고서, 대산임해산업지역 공업용수도(해수담수화) 사업).

항목	염소이온 (mg/L)	전기전도도 (μS/L)	TDS (mg/L)	총경도 (mg/L)	pH
수질	10이하	100이하	100이하	10이하	6.5~7.5

이와 관련된, SWRO 및 BWRO 공정의 기초 설계 시뮬레이션 자료는 다음과 같다.

[표 2]

이를 도출하기 위하여 사용된 RO projection 프로그램은 Nitto Group IMS Design-2015이며, 표준 해수 기준인 35,000 mg/L 의 TDS의 염 농도 범위를 고려하여 해수용 역삼투 분리막 (Seawater Reverse Osmosis, SWRO)을 이용하여 기존 실시 설계 조건을 모사하였다. 현재 모든 역삼투막 플랜트 설계시 실제 적용할 역삼투막의 제막사에서 제공하는 RO projection data를 기초 설계 자료로 활용하여 막의 운전 조건 등을 결정할 수 있으며, 역삼투막 제조사에서 배포된 RO projection 프로그램을 활용하여 기본적인 물질 수지 및 운전 회수율에 따른 역삼투막 배열 조건, 원수 수질에 따른 필요 약품 선정 및 주입량 등을 확인할 수 있다.

표 1에서 나타난 바와 같이, 해수를 담수화하여 공업용수로 적용하기 위한 수질 기준은 염소 이온의 경우 10 mg/L 이하이고, TDS는 100 mg/L 이하이다.

표 2를 살펴보면, SWRO 및 BWRO 공정을 채택한 경우, 위 수질 기준을 적용하여 검토할 때 TDS 조건은 충족하나 (기준은 100 mg/L 이나, 처리수 수질 20.73 mg/L임), Cl^- 이온의 농도 조건은 초과하였음을 알 수 있다 (기준은 10 mg/L 이나 처리수의Cl^- 이온 농도는 12 mg/L로서 약 2 mg/L 초과하였음).

따라서, 공업용수로의 사용을 목적으로 한다면, SWRO 및 BWRO 공정을 거친 처리수의 Cl^- 농도를 다시 저감시킬 필요성이 있다.

이를 위하여, 이론적으로는 추가적으로 CDI, EDI 또는 IX 공정을 더 거칠 수 있으나, 이 공정들은 앞에서 기술한 바와 같이, 수요처가 원하는 수질 요구 조건을 충족시키기 위한 목적 대비 설비비와 운영비가 매우 크다는 점에서 비실용적이다.

이와 같은 상황에서 본 발명의 광촉매를 이용한 염소 이온제거기술은 매우 적합한 솔루션이 될 수 있다. 즉, 상기 제2 탈염 단계에서 염소 이온 농도를 더욱 저감하기 위하여, 제1 탈염 공정을 거친 처리수를 TiO₂및 UV를 이용한 광촉매 반응 공정에 도입함으로써, 소기의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명의 방법에서는 TiO₂에 자외선을 조사하여 촉매 작용을 일으키는 광촉매 장치에 처리수를 통과시켜 광촉매 반응에 의해 염소 이온의 제거를 도모한다.

이 광촉매 반응은 예를 들어, UV-C (200~280nm), UV-B (280~315nm), UV-A (315~400nm)와 같은 자외선 파장을 수분 내지 2 시간 조사하여 수행할 수 있다. 이 광촉매 반응은 광촉매의 농도 및 운전 조건, UV 조사 파장대 등에 따라 효율이 달라질 수 있으며, 목적과 필요에 따라 상기 광촉매 반응의 조건을 당업자가 조절할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 이 TiO₂및 UV를 이용한 광촉매 반응 공정을 거친 처리수의 염소 이온 농도는 상기 공정 처리 전과 비교하여 약 18% 내지 25% 저감되었다 (도 1a 내지 도 1c 참조). 따라서, 이 TiO₂및 UV를 이용한 염소 이온 저감 공정은 제1 탈염 공정 이후에 도입됨으로써, 염소 이온 농도를, 예를 들어, 공업용수로의 사용에 요구되는 수준까지 충분히 저감할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 광촉매를 이용한 제2 탈염 공정에서는 TiO₂및 UV를 이용한 광촉매 반응 공정을 단독으로 수행할 수도 있고, 상기 BWRO, CDI, EDI 또는 IX 공정과 하나 이상 조합하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 염소 이온 (Cl^-)의 농도를 저감하기 위하여 제2탈염공정에 사용되는 TiO₂및 UV 를 이용한 광촉매 반응의 장치 (이하에서, UV-TiO₂ 장치라 칭한다)를 포함하는 해수담수화 시스템을 제공한다.

예를 들어, 본 발명의 해수 담수화 시스템은 i) 해수의 부유물을 제거하는 전처리 공정 장치, ii) 상기 처리수의 제1 탈염 공정 장치 및 iii) 상기 처리수의 제2 탈염 공정 장치를 포함하며, 상기 제2 탈염 공정 장치는 광촉매와 UV조사 장치를 포함한다.

상기 전처리 공정 장치는 특별히 한정되는 것은 아니고, 기존에 알려진 침전, 미디어 여과, DAF (Dissolved Air Flotation), 또는 한외여과 장치를 사용할 수 있다. 같은 장치를 복수로 연결하여 사용할 수도 있고, 여러 종의 장치를 하나 이상 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 처리수의 제1 탈염 공정 장치 역시 특별히 한정되지 않으며, 기존에 알려진 역삼투 공정을 위한 장치나 다단증발법을 위한 장치를 포함한다.

제2 탈염의 공정 장치는 광촉매 반응을 위한 UV-TiO₂ 장치를 필수적으로 포함해야 하며, 이 UV-TiO₂ 장치를 단독으로 포함할 수도 있으나, 상술한 BWRO, CDI, EDI 또는 IX 공정을 수행하기 위하여 업계에 알려진 장치들과 조합하여 구성될 수도 있다.

이 UV-TiO₂ 장치는 특별히 한정되지는 않고 기존에 알려진 광촉매 장치 혹은 이를 개질하여 사용할 수 있다. 예를 들어, UV 광원부, 반응조 및 여과장치를 포함하여 다양한 형태로 구성될 수 있는데, 특히, 상기 여과장치는 막이나 필터를 포함하며, 처리수 내의 촉매와 같은 입자성 물질의 유출방지를 위하여 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 UV-TiO₂ 장치는 유입 원수 및 처리수의 수질 조건에 맞추어 반응 시간 (접촉 시간) 및 광촉매의 농도, UV 파장에 따른 효율 등에 따라 반응조 형식 또는 여과기 타입의 베드(bed) 형식으로 제작이 가능하다.

도 2는 본 발명의 따른 UV-TiO₂ 장치를 포함하는 해수담수화 시스템의 일례이다.

구체적으로, 도 2는 전처리 공정 장치 (1), 제1 탈염 장치 (2), 제2 탈염 장치로서 베드 형식의 UV-TiO₂ 장치 (3), 또는 반응조 형식의 UV-TiO₂ 장치 (4)를 포함하는 해수담수화 시스템을 보여준다. 상기 전처리 공정 장치는 미디어 여과 장치를 포함하고 있으며, Filter 공정에서는 MF/UF (미세여과/한외여과) 막의 수명과 성능에 크게 영향을 주는 모래, 뻘과 같은 입자성 물질 및 고형 물질 등을 사전에 제거하고, MF/UF 공정 장치에서는 모래, 실트 (silt), 조류, 미생물 등의 입자성 물질과 유기 오염물질을 제거하게 된다.

제1 탈염장치 (2)는 역삼투막 장치를 포함한다. 역삼투막 장치는 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 알려진 어떤 것을 이용하여도 된다. 역삼투막 장치를 통과한 처리수는 염소 이온 농도를 더욱 저감하기 위하여 제2탈염장치 (3 또는 4)로 유입된다.

상기 제2 탈염 장치는 베드 형식의 UV-TiO₂ 장치 (3) 또는 반응조 형식의 UV-TiO₂ 장치 (4)를 포함하며, 필요와 목적에 따라, 이들 중 하나를 선택하거나, 양자 모두를 선택하여 해수담수화 시스템을 구성할 수도 있다.

역삼투막 공정을 거친 처리수는 UV 광원 (32 또는 42)과 TiO₂ (31 또는 41) 를 구비한 광촉매 반응 장치를 통과하여, 염소 이온 농도가 저감된 수질을 만들어낸다. 도면에서 33은 촉매를 가두는 역할을 하는 망 (mesh)이며, 43은 처리수 내의 촉매를 분리하기 위한 침지식 분리막을 나타낸다.

또한, 상기 제2 탈염 장치는 상기 UV-TiO₂ 장치의 선후에 수조 (44 또는 5)를 배치하여, 원수의 유량을 균등하게 하여 UV-TiO₂ 장치로 유입시키거나, UV-TiO₂ 장치로부터 염소 이온이 저감되어 나온 물을 회수하게 할 수 있다.

한편, 역삼투막 장치의 한쪽으로 농축되어 나온 농축수는 에너지 회수장치로 유입될 수 있다. 상기 에너지 회수장치는 고압으로 배출되는 농축수의 압력을 에너지원으로 사용하여 저압으로 유입되는 해수 원수 측에 전달하는 방식이다.

본 발명의 방법에 사용되는 TiO₂는 촉매로서 반응 전후의 물성 변화가 없어 재사용이 가능하기 때문에 반응조 형식으로 적용할 경우, 재사용을 위한 이송조, 분리막, 필터 및 고액분리 등과 같은 다른 공정이나 장치와 연계하여 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 TiO₂및 UV를 이용한 광촉매 반응 장치는 장비를 간소화할 수 있어 다른 공정과의 결합이나 연계 또한 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여, 용이하게 실시될 수 있는 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

실시예 1

염소 이온 저감 실험은 회분식 형태의 실험으로 TiO₂ 와 UV 를 이용한 광촉매 반응을 수행하기 위하여, 4개의 UV 램프 및 10L 용량의 반응조를 사용하였다 (도 3a 및 3b 참조). 외부 빛을 차단하기 위해 반응조의 표면을 코팅하여 사용하였고 (도 3c 참조), 도면에 나타나지는 않았지만, 온도조절 장치와 교반기를 설치하여 원수의 조건이 항상 일정하게 유지되도록 하였다.

실시예에서 사용된 광촉매 반응 장치의 규격을 아래 표에 나타낸다.

반응조 크기	10L (0.3m(H)0.2m(w)0.3m(L))
UV 램프 길이	0.13m
UV 램프 직경	0.025m
UV 램프 수	4
전력 소비	4W
파장	253.7nm

원수는 HIQ 초순수 제조장치를 이용하여 생산된 초순수에 NaCl (SAMCHUN PURE CHEMICAL CO., LTD. NaCl Extra pure, Assay ≥99.0%) 을 녹여 TDS 기준 200 mg/L로 제작하여 사용하였다.

표 2를 살펴보면, 수중에 존재하는 총 이온량은 TDS 기준으로 20.73 mg/L 이며, 개별 Cl이온과 개별 Na 이온의 농도는 각각 12.009 mg/L 및 7.647 mg/L으로, 이 둘을 합하면 19.656 mg/L 이 되어 TDS 값에 거의 근접하는 것을 알 수 있다. 따라서, SWRO 및 BWRO 공정을 거친 처리수의 이온은 거의 대부분 Na 또는 Cl이온으로만 남아 있음이 확인되기 때문에 순수에 NaCl을 녹인 실험수(원수)를 이에 갈음하여 사용할 수 있다. 실제 해수 관련 대부분의 RO연구에서는 인공 원수를 NaCl로 제조하여 쓰는 경우가 일반적이다.

TDS 기준으로 200mg/L의 NaCl 용액에 광촉매인 TiO₂ (제조사: ㈜ 대정화금)를 1g/L의 농도가 되도록 분말 입자를 혼합하여 실험을 진행하였다. 또한, 광촉매인 TiO₂ 는 입자 표면에 전위를 띰에 따라 이온성 물질들과 흡착이 될 수 있기에 광촉매 자체적으로의 흡착에 의한 염소 이온 제거 효율 평가를 위해 UV 조사 없이 30분동안 반응을 실시하여 염소 이온 제거 효율을 확인하였으며 이 후에 253.7nm의 파장대를 가지는 UV 램프를 작동시켜 2시간 동안 반응을 진행하여 UV 조사에 따른 원수 내 염소 이온 제거 효율을 살펴보았다.

그 결과, 도 1a에 나타난 바와 같이, UV 조사없이 30분간 반응시켰을 경우에는 염소 이온 제거 효율이 거의 없으나 UV 조사 이후에는 약 2시간 동안 약 25%의 염소 이온이 제거된 것을 알 수 있다.

그러므로, 이 장치를 이용하는 염소 이온 저감방법을 해수담수화 공정의 주 탈염 공정 이후에 적용하면 처리수의 Cl 이온 농도를 추가적으로 저감시킬 수 있음이 확인된다.

실시예 2

실험수로서, TDS 기준으로 200mg/L의 NaCl 용액에 광촉매인 TiO₂ (제조사: ㈜ 대정화금)를 2g/L의 농도가 되도록 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.

그 결과, 도 1b에 나타난 바와 같이, UV 조사없이 30분간 반응시켰을 경우에는 염소 이온 제거 효율이 거의 없으나 UV 조사 이후에는 약 2시간 동안 약 18 %의 염소 이온이 제거된 것을 알 수 있다.

실시예 3

실험수로서, TDS 기준으로 100mg/L의 NaCl 용액에 광촉매인 TiO₂ (제조사: ㈜ 대정화금)를 1g/L의 농도가 되도록 한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.

그 결과, 도 1c에 나타난 바와 같이, UV 조사없이 30분간 반응시켰을 경우에는 염소 이온 제거 효율이 거의 없으나 UV 조사 이후에는 약 2시간 동안 약 22%의 염소 이온이 제거된 것을 알 수 있다.

1: 전처리 공정 장치
2: 제1 탈염 장치
3: 베드 형식의 광촉매 반응장치
4: 반응조 형식의 광촉매 반응 장치
5: 생산수 저장 수조
31, 41 : 광촉매 (TiO₂)
32, 42: UV 광원
33: 망
43: 막 또는 필터
44: 원수조
45: 원수 펌프
46: 흡입 펌프

Claims

i) 해수의 부유물을 제거하는 전처리 공정, ii) 상기 전처리 공정을 거친 처리수의 제1 탈염 공정 및 iii) 상기 제1 탈염 공정을 거친 처리수의 제2 탈염 공정을 포함하며, 상기 제2 탈염 공정은 광촉매 반응을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 방법으로서, 상기 제1 탈염 공정은 역삼투법 또는 다단증발법을 이용하여 수행되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 광촉매 반응은 TiO₂ 에 UV 를 조사하여 이루어지는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 전처리 공정은 침전, 미디어 여과, DAF (가압부상법) 또는 한외여과를 이용하여 수행되는 것인 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제2 탈염 공정은 기수용 역삼투법 (BWRO), 축전식탈염 (CDI), 전기탈염 (EDI) 또는 이온교환수지 (IX)를 더 이용하여 수행되는 것인 방법.
삭제
i) 해수의 부유물을 제거하기 위한 전처리 공정 장치, ii) 제1 탈염 공정 장치 및 iii) 제1 탈염 공정 장치 후단에 배치된 제2 탈염 공정 장치를 포함하며, 상기 제1 탈염 공정 장치는 역삼투법 또는 다단증발법을 수행하기 위한 장치이고, 상기 제2 탈염 공정 장치는 광촉매 반응 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 시스템.
제7항에 있어서, 상기 광촉매 반응 장치는 TiO₂및UV 조사 장치를 포함하는 것인, 해수담수화 시스템.
제7항에 있어서, 상기 광촉매 반응 장치는 베드 타입 또는 반응조 타입으로 설치되는 것인 해수담수화 시스템.