KR102423512B1 - Underwater plasma discharge ultrafilation apparatus and seawater desalination system comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는, 상면이 개방되어 해수가 저수되는 플라즈마 반응조; 상기 반응조로 해수를 공급하는 해수공급펌프; 상기 반응조의 일면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극; 상기 반응조의 타면에 설치되는 접지전극; 상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치; 및 상기 반응조의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과하는 한외여과막유닛을 포함한다.The underwater plasma discharge ultrafiltration device of the present invention includes a plasma reactor in which the upper surface is opened and seawater is stored; a seawater supply pump for supplying seawater to the reaction tank; a plurality of discharge electrodes mounted on one surface of the reaction tank and for discharging plasma to the seawater of the reaction tank; a ground electrode installed on the other surface of the reactor; a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes; and an ultrafiltration membrane unit immersed in the seawater of the reaction tank to filter foreign substances in the seawater.
Description
본 발명은 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater plasma discharge ultrafiltration device and a seawater desalination system comprising the same.
해수담수화 기술은 국내의 물수요를 해결하고 대체수자원 확보기술을 제공함과 동시에 해외시장을 개척하며 고가치 창출이 가능한 대표적인 기술분야이다.Seawater desalination technology is a representative technology field that can solve domestic water demand and provide technology for securing alternative water resources, while also pioneering overseas markets and creating high value.
물(Water) 관련 분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 전문지인 GWI(Global Water Intelligence)의 "Water Reuse Markets 2005-2015: A Global Assessment & Forecast"에 따르면, 해수담수화 시장은 현재 300만 톤/일 규모이며 2015년에는 620만 톤/일 규모로 성장할 것으로 전망되고 있다.According to "Water Reuse Markets 2005-2015: A Global Assessment & Forecast" of Global Water Intelligence (GWI), the world's most authoritative magazine in the field of water, the seawater desalination market is currently at a size of 3 million tons/day. and is expected to grow to 6.2 million tons/day in 2015.
또한, 해수담수화 기술은 국내 물부족 지역에 대한 대체 수자원 제공의 해결책이 되고 있으며, 특히 환경문제의 논란이 야기되고 있는 댐 공사를 통한 수자원 확보 방안을 대체함으로써 비용절감 및 환경적 문제를 개선할 수 있기 때문에 향후에는 국내수요도 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.In addition, seawater desalination technology is becoming a solution to providing alternative water resources to water-stressed areas in Korea. In particular, it is possible to reduce costs and improve environmental problems by replacing the method of securing water resources through dam construction, which is causing controversy over environmental issues. Therefore, domestic demand is expected to increase continuously in the future.
해수담수화 방법으로는 증발법과 역삼투법을 들 수 있는데, 역삼투법이 증발법에 비하여 단위 부피의 물을 생산하기 위한 에너지 필요량이 상대적으로 작기 때문에 최근에는 역삼투법이 널리 사용되고 있다.As the seawater desalination method, there are evaporation and reverse osmosis methods. Since reverse osmosis requires relatively less energy to produce a unit volume of water compared to evaporation, reverse osmosis is widely used in recent years.
역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 고분자 분리막(역삼투막)을 이용하여 생산수와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다.The reverse osmosis method uses a polymer separation membrane (reverse osmosis membrane) to separate the components contained in seawater or brackish water into production water and concentrated water. do.
해수담수화 전처리 공정에는 해수원수의 특성 및 처리 목적에 따라 다양한 공정이 적용되고 있으며, 대표적으로 적용되는 공정이 용존공기부상장치(DAF: Dissolved Air Flotation), DMF(Dual Media Filtration) 및 막여과 공정이 있다.In the seawater desalination pretreatment process, various processes are applied depending on the characteristics and treatment purpose of the seawater, and the most commonly applied processes are Dissolved Air Flotation (DAF), Dual Media Filtration (DMF), and membrane filtration processes. have.
기존 해수담수화 공정에서는 초기 시설비 등의 이유로 DMF 공정을 많이 적용하여 왔으나, 후속공정인 역삼투 공정에 미치는 영향과 수질 측면을 감안할 때 최근 막여과 공정의 도입이 서서히 증가하고 있다.In the existing seawater desalination process, the DMF process has been widely applied for reasons such as initial facility cost, but considering the effect on the reverse osmosis process and the water quality aspect, the introduction of the membrane filtration process is gradually increasing.
막여과 공정은 처리수질의 안정적인 유지와 막 제조사의 꾸준한 노력으로 초기 시설비 및 유지관리 측면에서도 많은 강점을 나타나서 증가 추세는 꾸준하게 늘어가고 있다. 그러나 막여과 공정도 지속된 운전에 따라 막표면에 형성되는 오염으로 인하여 역세척 주기가 짧아지고 막수명이 단축됨에 따른 문제점을 내포하고 있으며, 특히, 해수에 포함된 조류 등의 영향으로 막여과 공정에 바이오 파울링(Bio Fouling)을 유발하는 문제점을 발생한다. 따라서 최근 이러한 문제점을 해결하고자 용존공기부상장치의 도입이 확대되고 있다.The membrane filtration process has shown many strengths in terms of initial facility cost and maintenance due to the stable maintenance of treated water quality and the steady efforts of membrane manufacturers, so the trend of increase is steadily increasing. However, the membrane filtration process also has problems as the backwash cycle is shortened and the membrane life is shortened due to contamination formed on the membrane surface due to continuous operation. There is a problem that causes bio fouling. Therefore, in order to solve these problems, the introduction of the dissolved air flotation device is expanding.
종래기술에 따른 해수담수화를 위한 용존공기부상형 전처리 장치는 복수의 한외여과막(UF: UltraFiltration membrane)을 막분리조의 해수에 침지하고 에어레이션(Aeration)을 해수 내부로 공급하여 한외여과막에 달라붙은 이물질을 주기적으로 세척하는 역세공정이 필요하다.The dissolved air flotation type pretreatment device for seawater desalination according to the prior art immerses a plurality of ultrafiltration membranes (UF) in seawater of a membrane separation tank and supplies aeration into the seawater to remove foreign substances adhering to the ultrafiltration membrane. Periodic backwashing is required.
그런데, 종래기술의 침지식 UF 전처리 공정의 경우 에어레이션(급기, 산기, 수중폭기)을 위해 필요한 에너지가 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 한외여과막에 바이오파울링(biofouling)이 발생하여 농도 분극 현상이 일어나고 이에 따라 압력 상승을 유발하는 문제점이 있었다.However, in the case of the immersion-type UF pretreatment process of the prior art, there was a problem in that a lot of energy required for aeration (supply air, diffuser air, underwater aeration) is required. In addition, there was a problem in that biofouling occurs in the ultrafiltration membrane, which causes concentration polarization, and thus causes a pressure increase.
본 발명은 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 해수 중의 유기물과 바이오파울링(Biofouling)을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있는 대용량 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치와 이를 포함하는 해수 담수화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a large-capacity underwater plasma discharge ultrafiltration device capable of discharging plasma in water with low energy to reduce organic matter and biofouling in seawater, thereby extending the lifespan of a filtration membrane and reducing chemical costs, and seawater desalination including the same The purpose is to provide a system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는, 상면이 개방되어 해수가 저수되는 플라즈마 반응조; 상기 반응조로 해수를 공급하는 해수공급펌프; 상기 반응조의 일면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극; 상기 반응조의 타면에 설치되는 접지전극; 상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치; 및 상기 반응조의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과하는 한외여과막유닛을 포함한다.Underwater plasma discharge ultrafiltration device of the present invention for achieving the above object, the upper surface is open plasma reactor in which seawater is stored; a seawater supply pump for supplying seawater to the reaction tank; a plurality of discharge electrodes mounted on one surface of the reaction tank and for discharging plasma to the seawater of the reaction tank; a ground electrode installed on the other surface of the reactor; a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes; and an ultrafiltration membrane unit immersed in the seawater of the reaction tank to filter foreign substances in the seawater.
상기 반응조의 개방된 상면을 선택적으로 개폐하도록 결합되는 커버부재를 더 포함하고, 상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 장착되며, 상기 접지전극은 상기 커버부재에 설치될 수 있다.The reactor may further include a cover member coupled to selectively open and close the open upper surface of the reactor, the plurality of discharge electrodes may be mounted on a bottom surface of the reactor, and the ground electrode may be installed on the cover member.
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.The plurality of discharge electrodes may be arranged to form a plurality of rows and columns on the bottom surface of the reaction tank.
상기 한외여과막유닛은 복수의 한외여과막이 세로로 적층되어 직육면체 형태로 이루어질 수 있다.The ultrafiltration membrane unit may be formed in a rectangular parallelepiped shape by vertically stacking a plurality of ultrafiltration membranes.
상기 한외여과막유닛은 세로로 적층된 복수의 한외여과막과, 상기 복수의 한외여과막의 상단 및 하단에 각각 결합되는 한 쌍의 지지판을 포함할 수 있다.The ultrafiltration membrane unit may include a plurality of vertically stacked ultrafiltration membranes, and a pair of support plates respectively coupled to upper ends and lower ends of the plurality of ultrafiltration membranes.
상기 반응조의 하면에 연결되어 반응조 내에 발생하는 슬러지를 배출하는 슬러지펌프를 더 포함할 수 있다.It may further include a sludge pump connected to the lower surface of the reaction tank for discharging the sludge generated in the reaction tank.
본 발명의 해수 담수화 시스템은, 해수를 취수하는 취수장치; 해수에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치; 전처리된 해수를 고압으로 공급하는 고압펌프; 및 고압의 해수로부터 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고, 상기 전처리장치는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치를 포함하며, 상기 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는, 상면이 개방되어 해수가 저수되는 플라즈마 반응조; 상기 반응조로 해수를 공급하는 해수공급펌프; 상기 반응조의 일면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극; 상기 반응조의 타면에 설치되는 접지전극; 상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치; 및 상기 반응조의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과하는 한외여과막유닛을 포함한다.The seawater desalination system of the present invention includes: a water intake device for water intake; a pre-treatment device for filtering impurities contained in seawater; a high-pressure pump for supplying pretreated seawater at high pressure; and a reverse osmosis device for producing fresh water by reverse osmosis from high-pressure seawater, wherein the pretreatment device includes an underwater plasma discharge ultrafiltration device, wherein the underwater plasma discharge ultrafiltration device has an open top surface to store seawater being a plasma reactor; a seawater supply pump for supplying seawater to the reaction tank; a plurality of discharge electrodes mounted on one surface of the reaction tank and for discharging plasma to the seawater of the reaction tank; a ground electrode installed on the other surface of the reactor; a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes; and an ultrafiltration membrane unit immersed in the seawater of the reaction tank to filter foreign substances in the seawater.
상기 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는 상기 반응조의 개방된 상면을 선택적으로 개폐하도록 결합되는 커버부재를 더 포함하고, 상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 장착되며, 상기 접지전극은 상기 커버부재에 설치될 수 있다.The underwater plasma discharge ultrafiltration device further includes a cover member coupled to selectively open and close the open upper surface of the reaction tank, the plurality of discharge electrodes are mounted on the bottom surface of the reaction tank, and the ground electrode is the cover member can be installed on
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.The plurality of discharge electrodes may be arranged to form a plurality of rows and columns on the bottom surface of the reaction tank.
상기 한외여과막유닛은 복수의 한외여과막이 세로로 적층되어 직육면체 형태로 이루어질 수 있다.The ultrafiltration membrane unit may be formed in a rectangular parallelepiped shape by vertically stacking a plurality of ultrafiltration membranes.
상기 한외여과막유닛은 세로로 적층된 복수의 한외여과막과, 상기 복수의 한외여과막의 상단 및 하단에 각각 결합되는 한 쌍의 지지판을 포함할 수 있다.The ultrafiltration membrane unit may include a plurality of vertically stacked ultrafiltration membranes, and a pair of support plates respectively coupled to upper ends and lower ends of the plurality of ultrafiltration membranes.
상기 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는 상기 반응조의 하면에 연결되어 반응조 내에 발생하는 슬러지를 배출하는 슬러지펌프를 더 포함할 수 있다.The underwater plasma discharge ultrafiltration device may further include a sludge pump connected to the lower surface of the reaction tank to discharge sludge generated in the reaction tank.
상기한 본 발명의 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치 및 이를 포함하는 해수 담수화 시스템에 의하면, 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 생성되는 미세 기포로 여과막을 세척함으로써 별도의 역세 시스템이 필요없고, 생성되는 OH라디칼과 오존 산화물 등에 의해 해수 중의 유기물과 바이오파울링을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있다.According to the underwater plasma discharge ultrafiltration device of the present invention and the seawater desalination system including the same, there is no need for a separate backwashing system by washing the filtration membrane with microbubbles generated by discharging plasma in water with low energy, and OH radicals are generated By reducing organic matter and biofouling in seawater by ozone and the like, it is possible to extend the life of the filtration membrane and reduce the cost of chemicals.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a seawater desalination system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge ultrafiltration device according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, it should be noted that in the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 시스템을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a seawater desalination system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 해수 담수화 시스템은, 취수장치(10), 전처리장치(20), 고압펌프(30), 역삼투장치(40), 후처리장치(50)를 포함할 수 있다.The seawater desalination system of the present invention may include a
취수장치(10)는 해수를 취수하는 인테이크(intake)장치로서, 바다에서 해수를 소정 유량과 압력으로 끌어올린다.The
전처리장치(20)는 해수를 취수하여 유입된 용수 내에 함유된 불순물을 여과 처리한다.The
전처리장치(20)의 전처리에는 침전처리, 여과처리, 약품처리가 있다. 침전처리와 여과처리는 원수에 포함된 부유물질 등을 제거하여 막의 오염을 방지하기 위해서 실시한다. 약품처리는 공급수의 수질을 조절하여 역삼투막의 성능을 최대한으로 유지하기 위하여 실시한다. 또한, 이와 같은 전처리는 역삼투막의 오염을 방지하고 높은 성능을 발휘하기 위해서 반드시 필요하다.The pretreatment of the
특히, 전처리로서 한외여과막유닛을 반응조의 해수에 침지한 상태에서 수중 플라즈마를 방전하는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)가 사용될 수 있다. 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)에 의하면, 기존의 DAF, DMF 전처리 설비에 비해 유리관리 비용을 절감할 수 있으며, 플라즈마 방전에 의해 생성되는 미세 기포와 오존 등의 산화물질이 바이오파울링을 억제하여 약품 비용을 절감하고 여과막의 수명을 연장할 수 있다. 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)의 구체적인 구성은 후술하기로 한다.In particular, an underwater plasma
고압펌프(30)는 전처리된 해수를 역삼투장치(40)로 고압으로 유입시킨다.The high-
역삼투장치(40)는 카트리지필터(30)에서 여과된 용수를 고압펌프(30)에 의해 공급하여 역삼투에 의해 담수를 생산한다. 역삼투(RO: Reverse Osmosis)는 삼투압보다 높은 압력을 가할 때, 용액으로부터 순수한 용매가 반투막을 통해 빠져 나오는 현상이다. 역삼투 현상을 이용하여 해수를 담수화할 수 있다. 역삼투가 일어나도록 하기 위해 역삼투장치(40)의 전에 해수의 삼투압보다 높은 압력으로 여과된 용수를 공급하는 고압펌프(30)가 배치되는 것이다.The
역삼투장치(40)를 통과하면 공급된 해수는 고염수(농축수)가 되고, 역삼투막을 통과한 물이 처리수로 된다.When passing through the
역삼투장치(40)의 뒤에는 여과된 처리수를 다시 처리하는 후처리장치(50)가 배치될 수 있다. 후처리장치(50)는 pH 조정, 미네랄 주입, 염소 소독 등을 실시할 수 있다.A
아울러, 역삼투장치(40)에서 발생하는 고염수를 처리하여 폐수하는 장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.In addition, a device (not shown) for treating the high salt water generated in the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치를 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing an underwater plasma discharge ultrafiltration device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)는, 플라즈마 반응조(120), 해수공급펌프(110), 복수의 방전전극(130), 접지전극(140), 고전압 전원장치(160), 한외여과막유닛(180)을 포함한다.The underwater plasma
플라즈마 반응조(120)는 상면이 개방된 직육면체의 수조 형태로 이루어질 수 있다. 플라즈마 반응조(120)의 일측에는 유입구가 형성되고 유입구에 유입관이 연결되어 해수가 유입될 수 있다. 플라즈마 반응조(120)의 타측에는 유출구가 형성되고 유출구에 유출관이 연결되어 처리수가 유출될 수 있다. 유입구와 유출구는 플라즈마 반응조(120)의 측면 상부에 형성될 수도 있으나, 플라즈마 반응조(120)의 개구된 상면 쪽에 유입관과 유출관이 연결될 수도 있다.The
해수공급펌프(110)는 유입관에 연결되어 플라즈마 반응조(120)로 해수를 공급한다. 해수공급펌프(110)는 플라즈마 반응조(120)에서 해수가 한외여과막을 충분히 통과하도록 적정 속도로 해수를 공급할 수 있다.The
복수의 방전전극(130)은 플라즈마 반응조(120)의 일면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전한다.The plurality of
접지전극(140)은 플라즈마 반응조(120)의 타면에 설치되어, 복수의 방전전극(130)으로부터 접지전극(140)을 향해 수중에 플라즈마가 방전되도록 한다.The
고전압 전원장치(160)는 복수의 방전전극(130)에 각각 연결되어 고전압 펄스 전원을 공급할 수 있다. 고전압 전원장치(160)는 파워 미터(Power Meter)를 구비하여 전원장치에서 공급하는 전력을 감지하면서 전원 공급이 제어될 수 있다.The high
한외여과막유닛(180)은 플라즈마 반응조(120)의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과한다. 한외여과막(UF막: UltraFiltration Membrane)은 유체로부터 극도로 미세한 입자들이나 용해된 분자들을 분리할 수 있는 여과막이다. 일반적으로 비대칭성 구조로 선택분리기능을 가진 표면활성층과 다공성의 지지층으로 구성되어 있다. 현미경으로 관찰해도 관찰하기 어려운 0.01~0.001㎛의 공경의 여과 작용을 통하여 분자량 5,000~30만 정도의 세균, 콜로이드, 단백질, 고분자, 유기물 등을 제거할 수 있다. 한외여과막은 세척을 함으로써 여러 번 사용할 수 있다. 해수 전처리 과정에서는 한외여과막을 복수개 적층하여 사용하는 것이 일반적이다. 즉, 적층된 복수의 한외여과막이 한외여과막유닛(180)을 구성한다.The
본 발명에서 한외여과막유닛(180)은 플라즈마 반응조(120)의 해수에 침지되어 해수에서 유기물을 포함하는 이물질을 여과할 수 있다. 해수는 플라즈마 반응조(120)의 유입구에서 유출구로 유동하면서 대부분의 해수가 한외여과막유닛(180)을 통과하도록 할 수 있다. 한외여과막유닛(180)은 세로로 적층된 복수의 한외여과막의 상단과 하단이 지지판에 결합되어 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2 이상의 한외여과막유닛(180)이 직렬로 배치될 수 있다. 도시하지 않았지만, 한외여과막유닛(180)의 지지판은 와이어 또는 바 내지 프레임에 의해 플라즈마 반응조(120)의 내부에 해수에 잠기는 위치에 고정될 수 있다.In the present invention, the
수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)는 플라즈마 반응조(120)의 개방된 상면을 선택적으로 개폐하도록 결합되는 커버부재(150)를 더 포함할 수 있다. 즉, 플라즈마 반응조(120)는 상면이 개방된 직육면체 박스 형태로 이루어지고, 플라즈마 반응조(120)의 상단 테두리에 직사각형 판재 형태의 커버부재(150)가 회동되거나 선택적으로 결합될 수 있다.The underwater plasma
복수의 방전전극(130)은 플라즈마 반응조(120)의 바닥면에 장착되고, 접지전극(140)은 커버부재(150)에 설치될 수 있다. 플라즈마 반응조(120)의 바닥면에는 복수의 방전전극(130)이 설치되는 전극홀들이 형성되고 각 방전전극(130)에 고전압 전원장치(160)로부터 전선이 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 방전전극(130)은 플라즈마 반응조(120)의 바닥면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열될 수 있다.The plurality of
접지전극(140)은 커버부재(150)의 하면에 부착되거나 결합되어 설치될 수 있다. 복수의 방전전극(130)에 고전압 펄스 전원이 공급되면 복수의 방전전극(130)에서 접지전극(140)을 향해 수중에 플라즈마가 방전되고, 이에 따라 수중에 미세 기포(Micro Bubble)와 OH라디칼과 오존 산화물 등이 발생한다. 발생된 미세 기포는 한외여과막을 세정하는 효과가 있고, 생성된 OH라디칼과 오존 산화물은 바이오 파울링이 형성되는 것을 억제하는 효과가 있다. 그래서, 한외여과막유닛(180)은 별도의 역세 시스템에 의해 주기적으로 역세척할 필요가 없다.The
한외여과막유닛(180)은 직사각형 시트(Sheet) 형태의 복수의 한외여과막이 세로로 적층되어 직육면체 형태로 이루어질 수 있다. 도 2에서 한외여과막유닛(180)은 그 크기가 플라즈마 반응조(120)보다 훨씬 작게 도시되어 있으나, 실제로는 한외여과막유닛(180)의 면적 내지 부피는 플라즈마 반응조(120)의 면적 내지 부피에 육박하도록 형성되어 해수의 대부분이 한외여과막유닛(180)을 통과하도록 배치되는 것이 바람직하다.The
한편, 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치(100)는 플라즈마 반응조(120)의 하면에 연결되어 반응조 내에 발생하는 슬러지를 배출하는 슬러지펌프(170)를 더 포함할 수 있다. 플라즈마 반응조(120) 내 해수에 수중 플라즈마 방전을 하면 미세 기포는 한외여과막을 세정하여 이물질이 탈리되어 해수 중에 부유하거나 그 중 무거운 것은 가라앉을 수 있다. 또한, OH라디칼과 오존 산화물은 바이오 파울링을 억제하는 과정에서 유기물이 생성됨에 따라 해수에 가라앉아서 이물질과 함께 슬러지(Sludge)가 될 수 있다. 슬러지펌프(170)는 플라즈마 반응조(120)의 바닥면에 연결되어 대략 2%의 수분을 포함하는 슬러지를 펌핑하여 배출할 수 있다.Meanwhile, the underwater plasma
본 발명에 의하면, 저에너지로 수중에 플라즈마를 방전하여 생성되는 미세 기포로 여과막을 세척함으로써 별도의 역세 시스템이 필요없고, 생성되는 OH라디칼과 오존 산화물 등에 의해 해수 중의 유기물과 바이오파울링을 저감함으로써 여과막의 수명을 연장하고 약품 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, there is no need for a separate backwashing system by washing the filtration membrane with microbubbles generated by discharging plasma in water with low energy. It can extend the life of the drug and reduce drug costs.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.In the above, an embodiment of the present invention has been described, but those of ordinary skill in the art can add, change, delete or add components within the scope that does not depart from the spirit of the present invention described in the claims. Various modifications and changes of the present invention will be possible by this, and this will also be included within the scope of the present invention.
10: 취수장치 20: 전처리장치
25: 여과장치 30: 고압펌프
40: 역삼투장치 50: 후처리장치
100: 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치
110: 해수공급펌프 120: 플라즈마 반응조
130: 방전전극 140: 접지전극
150: 커버부재 160: 고전압 전원장치
170: 슬러지펌프 180: 한외여과막유닛10: water intake device 20: pretreatment device
25: filtration device 30: high pressure pump
40: reverse osmosis device 50: post-processing device
100: underwater plasma discharge ultrafiltration device
110: seawater supply pump 120: plasma reactor
130: discharge electrode 140: ground electrode
150: cover member 160: high voltage power supply device
170: sludge pump 180: ultrafiltration membrane unit
Claims (12)
상기 반응조의 개방된 상면을 선택적으로 개폐하도록 결합되는 커버부재;
상기 반응조로 해수를 공급하는 해수공급펌프;
상기 반응조의 바닥면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극;
상기 커버부재에 설치되는 접지전극;
상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치; 및
상기 반응조의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과하는 한외여과막유닛을 포함하고,
상기 한외여과막유닛은 세로로 적층되어 직육면체 형태로 이루어진 복수의 한외여과막과, 상기 복수의 한외여과막의 상단 및 하단에 각각 결합되는 한 쌍의 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치.Plasma reactor in which the upper surface is opened to store seawater;
a cover member coupled to selectively open and close the open upper surface of the reactor;
a seawater supply pump for supplying seawater to the reaction tank;
a plurality of discharge electrodes mounted on the bottom surface of the reaction tank and discharging plasma to the seawater of the reaction tank;
a ground electrode installed on the cover member;
a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes; and
An ultrafiltration membrane unit immersed in the seawater of the reaction tank to filter foreign substances in the seawater,
The ultrafiltration membrane unit is an underwater plasma discharge ultrafiltration device, characterized in that it comprises a plurality of ultrafiltration membranes vertically stacked and formed in a rectangular parallelepiped shape, and a pair of support plates respectively coupled to upper and lower ends of the plurality of ultrafiltration membranes.
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치.The method of claim 1,
The plurality of discharge electrodes is an underwater plasma discharge ultrafiltration device, characterized in that arranged to form a plurality of rows and columns on the bottom surface of the reaction tank.
상기 반응조의 하면에 연결되어 반응조 내에 발생하는 슬러지를 배출하는 슬러지펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치.4. The method of claim 1 or 3,
Underwater plasma discharge ultrafiltration device, characterized in that it further comprises a sludge pump connected to the lower surface of the reaction tank for discharging the sludge generated in the reaction tank.
해수에 함유된 불순물을 여과 처리하는 전처리장치;
전처리된 해수를 고압으로 공급하는 고압펌프; 및
고압의 해수로부터 역삼투에 의해 담수를 생산하는 역삼투장치를 포함하고,
상기 전처리장치는 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치를 포함하며,
상기 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는,
상면이 개방되어 해수가 저수되는 플라즈마 반응조;
상기 반응조의 개방된 상면을 선택적으로 개폐하도록 결합되는 커버부재;
상기 반응조로 해수를 공급하는 해수공급펌프;
상기 반응조의 바닥면에 장착되고 반응조의 해수로 플라즈마를 방전하는 복수의 방전전극;
상기 커버부재에 설치되는 접지전극;
상기 복수의 방전전극에 고전압 전원을 공급하는 고전압 전원장치; 및
상기 반응조의 해수에 침지되어 해수의 이물질을 여과하는 한외여과막유닛을 포함하고,
상기 한외여과막유닛은 세로로 적층되어 직육면체 형태로 이루어진 복수의 한외여과막과, 상기 복수의 한외여과막의 상단 및 하단에 각각 결합되는 한 쌍의 지지판을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.water intake device for water intake;
a pretreatment device for filtering impurities contained in seawater;
a high-pressure pump for supplying pretreated seawater at high pressure; and
A reverse osmosis device for producing fresh water by reverse osmosis from high-pressure seawater,
The pretreatment device includes an underwater plasma discharge ultrafiltration device,
The underwater plasma discharge ultrafiltration device,
Plasma reactor in which the upper surface is opened to store seawater;
a cover member coupled to selectively open and close the open upper surface of the reactor;
a seawater supply pump for supplying seawater to the reaction tank;
a plurality of discharge electrodes mounted on the bottom surface of the reaction tank and for discharging plasma to the seawater of the reaction tank;
a ground electrode installed on the cover member;
a high voltage power supply supplying high voltage power to the plurality of discharge electrodes; and
An ultrafiltration membrane unit immersed in the seawater of the reaction tank to filter foreign substances in the seawater,
The ultrafiltration membrane unit is a seawater desalination system, characterized in that it comprises a plurality of ultrafiltration membranes in the form of a rectangular parallelepiped stacked vertically, and a pair of support plates respectively coupled to the top and bottom of the plurality of ultrafiltration membranes.
상기 복수의 방전전극은 상기 반응조의 바닥면에 복수의 행과 열을 이루도록 배열되는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.8. The method of claim 7,
The plurality of discharge electrodes are seawater desalination system, characterized in that arranged to form a plurality of rows and columns on the bottom surface of the reaction tank.
상기 수중 플라즈마 방전 한외여과 장치는 상기 반응조의 하면에 연결되어 반응조 내에 발생하는 슬러지를 배출하는 슬러지펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해수 담수화 시스템.10. The method of claim 7 or 9,
The underwater plasma discharge ultrafiltration device is a seawater desalination system, characterized in that it further comprises a sludge pump connected to the lower surface of the reaction tank for discharging the sludge generated in the reaction tank.
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2020
- 2020-05-13 KR KR1020200057006A patent/KR102423512B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101977787B1 (en) * | 2018-01-03 | 2019-08-28 | 두산중공업 주식회사 | Filtering Apparatus Containing Floating Media and Filtering Method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20210141804A (en) | 2021-11-23 |
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