KR102528075B1 - 액 처리 장치, 순수 제조 시스템 및 액 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

탈염 장치(12)(액 처리 장치)는, 역삼투막을 구비하고, 피처리액이 역삼투막을 투과하는 투과액과 투과액 이외의 농축액으로 분리되는 제 1 수 처리 유닛(26)(액 처리 유닛)과, 역삼투막을 구비하고, 농축액이 역삼투막을 투과하는 회수액과 회수액 이외의 배액으로 분리되는 수 회수 유닛(28)(액 회수 유닛)과, 농축액의 액압을, 액 회수 유닛에서의 회수액과 배액으로의 분리를 가능하게 하는 상태가 계속되도록 승압하여, 액 처리 유닛으로부터 액 회수 유닛으로 농축액을 직접적으로 전달하는 승압 수단을 갖는다.

Description

액 처리 장치, 순수 제조 시스템 및 액 처리 방법
본 발명은 액 처리 장치, 순수 제조 시스템 및 액 처리 방법에 관한 것이다.
최근, 순수를 제조하기 위한 순수 제조 장치(초순수를 제조하기 위한 초순수 제조 장치를 포함함)에서는, 원수(raw water)로서, 수돗물, 우물물, 공업용수 등의 담수가 사용되는 경우가 많다. 이들 담수는, 역삼투막(RO 막)을 구비한 액 처리 장치에 공급되고, 공급수 중의 미립자·미생물, 무기염, 이온, 유기물 등의 불순물을 역삼투막에 의해 제거하는 처리가 행해진다. 그리고, 역삼투막을 구비한 액 처리 장치에서는, 불순물이 제거된 투과수와 투과수 이외의 농축수가 생성된다.
실제의 액 처리 장치에서는, 역삼투막을 구비한 모듈이 공급수의 유동 방향에 직렬로 복수 배치되는 경우가 많다. 이것에 의해, 피처리수를 복수의 모듈에 순차적으로 통과시킴으로써, 모듈을 단체(單體)로 사용하는 경우와 비교하여, 피처리수의 회수율을 증가시킬 수 있다. 또, 이 「회수율」은 생성된 투과수의 양을 공급된 피처리수의 양으로 나눈 비율이다. 구체예로서는, 모듈 단체에서의 회수율이 10~20% 정도인 경우에도, 복수의 모듈을 사용함으로써, 회수율을 75~90% 정도로 증가시킬 수 있다. 단, 회수율을 이것보다 증가시키면, 농축수 내의 스케일 성분의 농도가 실제 스케일이 발생할 정도로 커질 우려가 있다.
여기서, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2010-201313호 공보에는, 제 1 RO 막 분리 장치의 농축수를 제 2 RO 막 분리 장치에서 막 분리 처리를 행하는 역삼투막 분리 방법이 기재되어 있다. 구체적으로는, 제 2 역삼투막 분리 장치에 도입되는 물의 산화 환원 전위가 200 내지 600mV로 되도록 제 2 RO 막 분리 장치의 급수에 환원제를 첨가하는 구성이 기재되어 있다. 일본 특허 공개 제2010-201313호 공보에는, 이것에 의해, 제 2 RO 막 분리 장치의 급수에 적절한 첨가량으로 환원제를 첨가하여, 제 1 RO 막 분리 장치의 농축수 내에 농축된 산화제의 필요량이 잔류하도록 그 일부를 환원 처리함으로써, 산화제에 의한 막 열화를 방지한 후, 막 오염을 방지할 수 있다는 점도 기재되어 있다.
일본 특허 공개 제2010-201313호 공보에 기재된 구성에서는, 제 2 RO 막 분리 장치에 의해 생성된 투과수를, 제 1 RO 막 분리 장치에 피처리수로 공급함으로써, 제 1 RO 막 분리 장치에서 생성된 농축수의 재사용이 가능하다. 즉, 제 1 RO 막 분리 장치가, 피처리수를, 역삼투막을 투과한 투과액과 이 투과액 이외의 농축액으로 분리하는 액 처리 유닛으로서 기능할 수 있다. 그리고, 제 2 RO 막 분리 장치가, 농축액을, 역삼투막을 투과한 재이용액과 이 재이용액 이외의 배액으로 분리하는 액 회수 유닛으로서 기능할 수 있다.
제 1 RO 막 분리 장치에서 생성된 농축수는 스케일 성분이나 다른 불순물의 농도가 높다. 즉, 제 2 RO 막 분리 장치에는 스케일 성분이 고농도인 물이 보내진다. 따라서, 스케일의 발생을 방지하기 위해, 스케일 억제제 등을 주입하는 것과 같은 스케일 대책을 강구할 필요가 있다.
또한, 제 2 RO 막 분리 장치로의 공급수는, 제 1 RO 막 분리 장치로부터의 농축수이기 때문에, 제 2 RO 막 분리 장치로의 공급수의 양은 제 1 RO 막 분리 장치로의 공급수의 양보다 적다.
또한, 제 1 RO 막 분리 장치에서 얻어진 농축수는 스케일 발생의 한계 근처까지 농축되어 있기 때문에, 제 2 RO 막 분리 장치는 제 1 RO 막 분리 장치와 비교하여 현저하게 스케일이 발생되기 쉽다. 이 때문에, 제 1 RO 막 분리 장치와 제 2 RO 막 분리 장치는 세정이나 RO 막(역삼투막) 교환 등의 유지 보수를 위해 독립적으로 운전하는 편이 적절하다. 그 때문에, 제 1 RO 막 분리 장치와 제 2 RO 막 분리 장치 사이에는 탱크 및 피트(pit)를 설치하여 독립적으로 운전 가능하게 하는 것이 일반적이다.
따라서, 제 1 RO 막 분리 장치로부터 배출된 농축수를 일시적으로 농축 수조에 저장하고, 펌프를 이용하여 승압한 후에 저장된 농축수를 제 2 RO 막 분리 장치로 보내는 것이 행해진다.
그러나, 제 1 RO 막 분리 장치로부터 배출된 농축수를 농축 수조에 저장시키면, 농축수는 농축 수조에 체류되기 때문에, 농축수 내의 불순물이 농축 수조에 모여 불순물의 농도가 커질 우려가 있다. 예를 들면, 농축수 중의 불용해 물질이 응집된 상태의 농축수를 제 2 RO 막 분리 장치에 공급하면, 제 2 RO 막 분리 장치에서, 파울링, 즉, 역삼투막에 응집 성분 등이 부착되어, 역삼투막의 가는 구멍이 막혀 버리는 현상이 발생하는 경우가 있다. 그리고, 제 2 RO 막 분리 장치에서 파울링이 진행되면, 제 2 RO 막 분리 장치의 압력 손실이 높아지기 때문에, 상대적으로 농축수의 공급 압력이 부족하게 되어, 제 2 RO 막 분리 장치에서의 수 처리를 충분히 행할 수 없게 된다. 또한, 제 2 RO 막 분리 장치의 역삼투막의 교환 시기가 빨라지게 된다.
이와 같이, 역삼투막을 구비한 액 처리 유닛에서 생긴 농축액을 액 회수 유닛에서 회수액과 배액으로 분리하고, 회수액을 액 처리 유닛에 재차 공급하는 구성에서, 결함의 발생을 억제하여, 효율적인 액 처리를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 역삼투막을 구비한 액 처리 유닛에서 생긴 농축액을 액 회수 유닛에서 회수액과 배액으로 분리하는 구성에서, 결함의 발생을 억제하여, 효율적인 액 처리를 장기간에 걸쳐 유지하는 것이다.
제 1 양태의 액 처리 장치에서는, 역삼투막을 구비하고 피처리액이 상기 역삼투막을 투과하는 투과액과 상기 투과액 이외의 농축액으로 분리되는 액 처리 유닛과, 역삼투막을 구비하고 상기 농축액이 상기 역삼투막을 투과하는 회수액과 상기 회수액 이외의 배액으로 분리되는 액 회수 유닛과, 상기 농축액의 액압을 상기 액 회수 유닛에서의 상기 회수액과 상기 배액으로의 분리 가능 상태가 계속되도록 승압하여, 상기 액 처리 유닛으로부터 상기 액 회수 유닛으로 상기 농축액을 직접 전달하는 승압 수단이 포함된다.
액 처리 유닛에 의해 생성된 농축액의 액압은 승압 수단에 의해 승압된다. 그리고, 승압된 농축액을 액 회수 유닛에 공급한다. 농축액에서는, 예를 들면, 피처리액과 비교하여 불순물의 농도가 높지만, 농축액은 승압되어 있으므로, 액 회수 유닛에서, 효율적으로 농축액을 회수액과 배액으로 분리할 수 있는 상태를 유지할 수 있다.
승압 수단은 농축액을 액 처리 유닛으로부터 액 회수 유닛으로 직접 전달하고, 액 처리 유닛과 액 회수 유닛 사이에 농축액 조(탱크) 등이 없는 구조이다. 즉, 액 처리 유닛으로부터 액 회수 유닛으로 공급되는 농축액이 공급 도중에 체류하지 않아, 불순물의 농도 상승이 억제된다. 이 때문에, 액 회수 유닛에서, 불순물 농도가 높은 것에 기인하는 결함, 예를 들어, 파울링이나 스케일링의 발생을 억제하고, 효율적인 액 처리를 장기간에 걸쳐 유지하는 것이 가능해진다.
제 2 양태의 액 처리 장치에서는, 제 1 양태의 액 처리 장치에 있어서, 상기 승압 수단은, 상기 피처리액을 가압하는 피처리액 펌프와 상기 투과액의 유량을 조정하는 투과액 밸브를 갖는다.
즉, 승압 수단은, 피처리액 펌프와 투과액 밸브를 포함하는 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 액 처리 유닛과 액 회수 유닛 사이에 펌프나 밸브를 설치하지 않기 때문에, 액 처리 유닛과 액 회수 유닛을 배관으로 직접 연결하여 농축액을 액 처리 유닛으로부터 액 회수 유닛으로 공급할 수 있다.
제 3 양태의 액 처리 장치에서는, 제 1 양태의 액 처리 장치에 있어서, 상기 승압 수단은, 상기 피처리액을 가압하는 피처리액 펌프와, 역삼투막을 구비하고, 상기 투과액이 상기 역삼투막을 투과하는 2차 투과액과 상기 투과액 이외의 2차 농축액으로 분리되는 제 2 액 처리 유닛과, 상기 농축액의 유량을 조정하는 농축액 밸브를 갖는다.
즉, 승압 수단은, 피처리액 펌프와 제 2 액 처리 유닛과 농축액 밸브를 포함하는 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 액 처리 유닛에서 생성된 투과액을 제 2 액 처리 유닛으로 재차 액 처리하므로, 투과액보다 불순물이 더 제거된 제 2 투과액을 생성할 수 있다. 또한, 제 2 액 처리 유닛의 승압 효과가 높기 때문에 액 회수 유닛의 공급압이 지나치게 높아지는 것과 같은 경우에도, 농축액 밸브가 마련되어 있으므로, 액 회수 유닛에의 농축액의 공급압을, 농축액 밸브를 사용하여, 적정한 압력으로 조정할 수 있다.
제 4 양태의 액 처리 장치에서는, 제 1 양태의 액 처리 장치에 있어서, 상기 승압 수단은, 상기 농축액을 가압하는 농축액 펌프와, 상기 농축액 펌프로 가압된 상기 농축액의 유량을 조정하는 농축액 밸브를 갖는다.
즉, 승압 수단은 농축액 펌프와 농축액 밸브를 포함하는 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 농축액 펌프는 농축액을 직접 가압하기 때문에, 농축액을 소망의 압력으로 효율적으로 승압할 수 있다.
제 5 양태의 액 처리 장치에서는, 제 1 내지 제 4 양태 중 어느 하나의 양태의 액 처리 장치에 있어서, 상기 액 처리 유닛에서, 상기 투과액의 유량을 상기 피처리액의 유량으로 나눈 액 회수율은 75% 내지 90%이다.
액 회수율을 75% 내지 90%로 함으로써, 피처리액으로부터 투과액을 가능한 한 많이 생성함과 동시에, 투과액의 수질 악화를 억제하고, 또한, 농축액에서 과도하게 불순물이 농축되는 것을 억제할 수 있다.
제 6 양태의 액 처리 장치에서는, 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 양태의 액 처리 장치에 있어서, 상기 승압 수단은, 상기 액 회수 유닛의 압력 손실의 증가에 따라, 상기 농축액의 액압을 높게 한다.
액 회수 유닛의 압력 손실이 증가하면, 농축액의 액압이 높아지기 때문에, 액 회수 유닛에서, 농축액을 회수액과 배액으로 분리하는 효율 저하를 억제할 수 있다. 또한, 본 액 회수 유닛의 안정 운전을 실현할 수 있다.
제 7 양태의 순수 제조 시스템에서는, 제 1 내지 제 6 양태 중 어느 하나의 양태의 액 처리 장치와, 상기 액 처리 장치에서 생성된 상기 투과액으로부터 순수를 생성하는 순수 제조 유닛을 갖는다.
이 순수 제조 시스템에서는, 제 1 내지 제 7 양태 중 어느 하나의 양태의 액 처리 장치를 가지므로, 효율적인 액 처리를 행하여, 투과액을 생성할 수 있다.
순수 제조 유닛에서는, 이 투과액을 이용하여, 효율적으로 순수를 제조할 수 있다.
제 8 양태의 액 처리 방법에서는, 제 1 내지 제 5 양태 중 어느 하나에 기재된 액 처리 장치를 이용하여 피처리액을 처리하는 액 처리 방법으로서, 상기 승압 수단에서, 상기 액 회수 유닛의 압력 손실의 증가에 따라 상기 농축액의 액압을 높게 한다.
즉, 이 액 처리 방법에서는, 제 1 내지 제 5 양태 중 어느 하나에 기재된 액 처리 장치를 이용하고 있으므로, 액 회수 유닛에서, 불순물 농도가 높은 것에 기인하는 결함, 예를 들어, 파울링이나 스케일링의 발생을 억제하고, 효율적인 액 처리를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있게 된다.
또한, 액 회수 유닛의 압력 손실이 증가하면, 농축액의 액압이 높아지기 때문에, 액 회수 유닛에서, 농축액을 회수액과 배액으로 분리하는 효율 저하를 억제할 수 있다. 또한, 액 회수 유닛의 안정 운전을 실현할 수 있다.
본 발명에서는, 역삼투막을 구비한 액 처리 유닛에서 생성된 농축액을, 액 회수 유닛에서 회수액과 배액으로 분리하는 구성에서, 결함의 발생을 억제하여, 효율적인 액 처리를 유지할 수 있다.
[도 1] 도 1은 제 1 실시형태의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치를 구비한 초순수 제조 시스템을 나타내는 구성도이다.
[도 2] 도 2는 제 2 실시형태의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치를 나타내는 구성도이다.
[도 3] 도 3은 제 1 실시형태의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치의 수 처리 유닛을 나타내는 구성도이다.
[도 4] 도 4는 제 1 실시형태의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치의 수 회수 유닛을 나타내는 구성도이다.
[도 5] 도 5는 탈염 장치에서의 수 처리 유닛 및 수 회수 유닛의 압력을 운전 시간의 경과와 함께 나타내는 그래프이다.
[도 6] 도 6은 제 1 비교예의 탈염 장치를 나타내는 구성도이다.
[도 7] 도 7은 제 1 비교예의 탈염 장치에서의 수 처리 유닛 및 수 회수 유닛의 압력을 운전 시간의 경과와 함께 나타내는 그래프이다.
[도 8] 도 8은 제 2 비교예의 탈염 장치를 나타내는 구성도이다.
[도 9] 도 9는 제 1 실시형태의 탈염 장치에서의 수 처리 유닛 및 수 회수 유닛의 압력을 운전 시간의 경과와 함께 나타내는 그래프이다.
[도 10] 도 10은 제 1 실시형태의 변형예의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치를 나타내는 구성도이다.
[도 11] 도 11은 제 2 실시형태의 액 처리 장치의 일례인 탈염 장치를 나타내는 구성도이다.
[도 12] 도 12는 제 2 실시형태의 탈염 장치에서의 수 처리 유닛 및 수 회수 유닛의 압력을 운전 시간의 경과와 함께 나타내는 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 제 1 실시형태의 탈염 장치(24) 및 이 탈염 장치(24)를 구비한 초순수 제조 시스템(12)에 대하여 설명한다. 탈염 장치(24)는, 본 발명의 기술에 관한 수 처리 장치의 일례이다.
이하에서, 단지 「유동 방향」이라고 하는 경우에는, 피처리수의 유동 방향을 말한다. 또한, 단지 「상류」 및 「하류」라고 하는 경우에는, 피처리수의 유동 방향의 「상류」 및 「하류」를 각각 의미한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 초순수 제조 시스템(12)은 전처리 장치(14), 1차 순수 장치(16), 순수 탱크(18) 및 2차 순수 장치(20)를 포함하고 있다.
전처리 장치(14)는 초순수의 제조에 사용되는 원수(原水)를 전처리한다. 전처리 장치(14)로는, 예를 들면, 응집 침전 처리 장치, 마이크로 필터나 한외(限外) 여과 장치 등의 탁질(濁質) 제거 장치, 활성탄 흡착 장치가 설치된다. 원수로는, 예를 들면, 수돗물, 우물물, 공업용수 등의 담수가 사용된다. 단, 원수의 불순물의 농도에 따라서는, 도 1에 1점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 전처리 장치(14)에 의한 전처리를 행하지 않고, 1차 순수 장치(16)에 원수를 보내는 것도 가능하다. 또, 본 발명의 기술에서는, 전처리된 원수도 「원수」로 기술한다.
전처리 장치(14)에서 전처리된 처리수에 대하여, 1차 순수 장치(16)에서, 흡착, 여과, 이온 교환 등의 각 처리가 실시되는 것에 의해, 전처리 장치(14)에서는 제거할 수 없었던 불순물이 제거되어 1차 순수가 생성된다. 본 실시형태에서는, 탈염 장치(24)가 1차 순수 장치(16)에 포함되어 있다. 탈염 장치(24)는 피처리수를 역삼투막(56)(상세는 후술함)에 통과시킴으로써 피처리수로부터 불순물을 제거하고, 역삼투막(56)을 투과한 투과수와 투과수 이외의 농축수를 얻는 장치이다. 탈염 장치(24)의 전단에는, 상압식(常壓式) 탈기(脫氣) 장치가 설치되는 경우가 있다. 또한, 일반적으로, 탈염 장치(24)의 후단에는 자외선 조사 장치, 혼상식(混床式) 이온 교환 장치, 전기 재생식 이온 교환 장치, 탈기막 장치 등이 설치된다. 1차 순수 장치(16)에서 생성된 1차 순수가 순수 탱크(18)에 일시적으로 저장된 후에 2차 순수 장치(20)로 보내진다.
1차 순수에 대하여, 2차 순수 장치(20)에서, 흡착, 여과, 이온 교환 등의 각 처리가 실시되어, 1차 순수 장치(16)에서 제거할 수 없었던 불순물이 더 제거되어, 2차 순수가 생성된다. 2차 순수는 사용 지점(30)으로 보내져 사용된다. 또, 일시 순수의 단계에서 사용 지점(22)으로 보내는 구성으로 하여도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 탈염 장치(24)는 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)을 갖고 있다. 제 1 수 처리 유닛(26)에는 상류 측으로부터 원수 배관(30)에 의해 피처리수가 공급된다. 피처리수는 전처리 장치(14)에 공급된 원수이더라도 좋고, 이 원수에 대하여 소정의 처리가 실시된 물이어도 좋다. 이하에서는, 피처리수로서 원수가 사용되는 경우를 예로 들어 설명한다.
원수 배관(30)에는 상류 측으로부터 원수 펌프(32) 및 원수 밸브(34)가 마련되어 있다.
원수 펌프(32)는 제 1 수 처리 유닛(26)에 공급되는 원수의 압력을 높여 제 1 수 처리 유닛(26)에 공급하는 펌프이다. 후술하는 제 1 비교예 및 제 2 비교예의 원수 펌프(120)와 비교하여 높은 압력을 원수에 작용시켜, 수 회수 유닛(28)의 연속적인 운전이 가능해지도록 출력 범위가 설정되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 수 처리 유닛(26)은 하나 이상의 뱅크(50)를 갖고 있다. 도 3에 나타내는 예에서는 제 1 뱅크(50A), 제 2 뱅크(50B) 및 제 3 뱅크(50C)의 3개의 뱅크를 갖고 있다. 복수의 뱅크를 갖는 구성의 경우, 유동 방향을 따라 복수의 뱅크(50)가 직렬로 배치된다.
뱅크(50)의 각각은 하나 이상의 베셀(52)을 갖고 있다. 도 3에 나타내는 예에서, 제 1 뱅크(50A)는 4개, 제 2 뱅크(50B)는 2개, 제 3 뱅크(50C)는 1개의 베셀(52)을 갖고 있다. 뱅크(50)가 복수의 베셀(52)을 갖는 구성의 경우, 복수의 베셀(52)이 유동 방향에 대해 병렬로 배치된다.
베셀(52)은 복수의 모듈(54)을 갖고 있다. 도 3에 나타내는 예에서는, 하나의 베셀(52)에서 유동 방향을 따라 직렬로 4개의 모듈(54A~54D)이 배치되어 있다.
모듈(54) 각각은 내부에 역삼투막(56)을 구비하고 있다. 모듈(54)에 유입된 피처리수는 역삼투막(56)을 투과하는 투과수와 이 투과수 이외의 농축수로 분리된다. 예를 들어, 하나의 베셀(52) 내에서 가장 상류 측의 모듈(54A)에서 생성된 투과수는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 처리수 배관(38)을 거쳐 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 1차 순수 장치(16)로 보내진다. 한편, 모듈(54)에서 생성된 농축수는 상류측으로부터 2번째 모듈(54B)로 유입되고, 재차 역삼투막(56)을 투과하는 투과수와 이 투과수 이외의 농축수로 분리된다. 이와 같이, 1개의 베셀(52) 내에서는 피처리수를 투과수와 농축수로 분리하는 동작이 반복하여 행해진다.
제 1 뱅크(50A)의 복수의 베셀(52)에서 생성된 농축수는 일단 합류된 후, 제 2 뱅크(50B)의 복수의 베셀(52) 중 어느 하나에 피처리수로서 유입된다. 그리고, 제 2 뱅크(50B)의 베셀(52)에서도 마찬가지로, 모듈(54)에 의해 투과수와 농축수로 분리되고, 투과수는 처리수 배관(38)을 거쳐 1차 순수 장치(16)로 보내지고, 농축수가 합류된 후, 제 3 뱅크(50C)의 베셀(52)에서도, 복수의 모듈(54)에 의해, 투과수와 농축수로 분리되고, 투과수는 처리수 배관(38)을 거쳐 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 1차 순수 장치(16)로 보내진다. 한편, 모듈(54)에서 생성된 농축수는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 농축수 배관(36)을 통해 수 회수 유닛(28)으로 보내진다.
이와 같이, 1개의 베셀(52)에서는, 피처리수의 유동 방향을 따라 직렬로 배치된 4개의 모듈(54) 모두에서, 역삼투막(56)을 통과하지 않은 피처리수가 농축수로 된다. 한편, 어느 하나의 모듈(54)에서 역삼투막(56)을 투과한 피처리수는 투과수로 된다.
제 1 수 처리 유닛(26)은, 피처리수의 유동 방향을 따라 직렬로 복수의 모듈(54)이 배치되어 있기 때문에, 직렬로 하나의 모듈(54)이 배치된 구성과 비교하여, 제 1 수 처리 유닛(26)의 회수율을 높일 수 있다. 예를 들면, 모듈(54)의 단체(單體)에서의 회수율이 10~20%인 경우, 제 1 수 처리 유닛(26) 전체에서의 회수율은 75~90%로 된다. 즉, 스케일의 발생이 일어나는 조건에 가까운 곳까지 수 회수율을 높여 행한다. 구체적으로는, 예를 들면, 랭게라 인덱스는 0 이하가 바람직하고, -1 내지 0이 더욱 바람직하며, -0.5 내지 0이 더욱더 바람직하고, 또한 실리카 농도가 80~120ppm 정도까지 농축되는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 수 처리 유닛(26)의 제 1 뱅크(50A)에서는, 피처리수의 유동 방향으로 복수의 베셀(52), 즉, 모듈(54)이 병렬 배치되어 있으므로, 병렬로 1개의 모듈(54)이 배치된 구성에 비해, 보다 많은 피처리수의 처리가 가능하다. 또한, 하류 측으로 향함에 따라, 병렬 방향으로 배치되는 모듈(54)의 수는 적어지게 된다. 즉, 병렬 방향으로 배치되는 모듈(54)의 수는, 제 1 뱅크(50A)에서는 4개(4열), 제 2 뱅크(50B)에서는 2개(2열), 제 3 뱅크(50C)에서는 1개(1열)이다. 하류 측으로 향함에 따라, 모듈(54)에서 처리하는 피처리수의 양은 적어지기 때문에, 이와 같이, 병렬 방향으로 배치되는 모듈(54)의 수를 하류 측을 향함에 따라 적어지게 하여도, 피처리수의 처리에는 영향을 미치지 않는다. 즉, 구성의 간소화를 도모하면서, 피처리수를 확실하게 처리할 수 있다. 또, 제 1 수 처리 유닛(26)은 유동 방향에 대해 병렬로 복수 배치되어 있어도 좋다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 수 회수 유닛(28)은 하나 이상의 뱅크(50)를 갖고 있다. 도 4에 나타내는 예는 제 1 뱅크(50D) 및 제 2 뱅크(50E) 및 2개의 뱅크(50)를 갖고 있다. 복수의 뱅크(50)를 갖는 구성의 경우, 피처리수의 유동 방향을 따라 복수의 뱅크(50)가 직렬로 배치된다.
수 회수 유닛(28)에서의 각각의 뱅크(50)는 하나 이상의 베셀(52)을 갖고 있다. 복수의 베셀(52)을 갖는 뱅크(도 4에 나타내는 예에서는 제 1 뱅크(50D))에서, 베셀(52)은 피처리수의 유동 방향으로 병렬 배치된다. 베셀(52)은 복수의 모듈(54)을 갖고 있고, 하나의 베셀(52)에서 피처리수의 유동 방향을 따라 4개의 모듈(54A~54D)이 직렬로 배치되어 있다.
수 회수 유닛(28)에서도, 제 1 수 처리 유닛(26)과 마찬가지로, 1개의 베셀(52)에서는 피처리수의 유동 방향을 따라 직렬로 배치된 4개의 모듈(54) 모두에서 역삼투막(56)을 통과하지 않은 피처리수가 농축되어 배수로 된다. 한편, 어느 하나의 모듈(54)에서 역삼투막(56)을 투과한 투과수는 회수수(recycled water)로 된다. 수 회수 유닛(28)에 공급되는 피처리수는 제 1 수 처리 유닛(26)에서 생성된 농축수이므로, 제 1 수 처리 유닛(26)의 피처리수인 원수보다 유량이 적다. 따라서, 수 회수 유닛(28)은 제 1 수 처리 유닛(26)보다 소형화될 수 있다. 또, 수 회수 유닛(28)도 유동 방향에 대해 병렬로 복수 배치되어 있어도 좋다.
제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)은 농축수 배관(36)에서 직접 연결되어 있다. 수 회수 유닛(28)에는, 제 1 수 처리 유닛(26)에서 생성된 농축수가 피처리수로서 직접 공급된다. 그리고, 수 회수 유닛(28)에서, 농축수는 역삼투막(56)을 투과한 회수수와 회수수 이외의 배수로 분리된다. 회수수는 탈염 장치(24)로부터 회수되어 다른 장치로 보내져도 좋지만, 본 실시형태에서 회수수는 재이용수로 된다. 즉, 회수수는 회수수 배관(46)을 통하여 원수 펌프(32)보다 상류측의 원수 배관(30)으로 되돌아가 탈염 장치(24)에서 재이용된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 탈염 장치(24)는 처리수 밸브(40)를 갖고 있다. 처리수 밸브(40)는 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 투과수가 처리수로서 흘러나오는 처리수 배관(38)에 마련되어 있다. 이 처리수 밸브(40)를 조정함으로써, 처리수 배관(38)의 압력 손실을 조정하여, 처리수의 유량을 증감시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 원수 펌프(32)의 출력이 제 1 비교예 및 제 2 비교예의 원수 펌프(120)보다 높게 되어 있다. 그리고, 원수 펌프(32)와 농축수 배관(36)과 처리수 밸브(40)로 승압 수단의 일례를 구성하고 있다.
더욱이, 탈염 장치(24)는 배수 밸브(44)를 갖고 있다. 배수 밸브(44)는 수 회수 유닛(28)으로부터 농축수가 배수로서 흘러나오는 배수 배관(42)에 마련되어 있다. 배수 밸브(44)를 조정함으로써, 배수 배관(42)의 압력 손실을 조정할 수 있다.
원수 배관(30)에는 원수 밸브(34)와 제 1 수 처리 유닛(26) 사이에 원수 압력 센서(60)가 마련되어 있다. 원수 압력 센서(60)는 원수 배관(30)을 흐르는 물의 압력을 검출할 수 있다.
처리수 배관(38)에는, 제 1 수 처리 유닛(26)과 처리수 밸브(40) 사이에 처리수 압력 센서(62) 및 처리수 유량 센서(64)가 마련되어 있다. 처리수 압력 센서(62)는 처리수 배관(38)을 흐르는 처리수의 수압을 검출할 수 있다. 처리수 유량 센서(64)는 처리수 배관(38)을 흐르는 처리수의 유량을 검출할 수 있다.
농축수 배관(36)에는 농축수 압력 센서(66) 및 농축수 유량 센서(68)가 마련되어 있다. 농축수 압력 센서(66)는 농축수 배관(36)을 흐르는 농축수의 수압을 검출할 수 있다. 농축수 유량 센서(68)는 농축수 배관(36)을 흐르는 농축수의 유량을 검출할 수 있다.
회수수 배관(46)에는 회수수 압력 센서(70)가 마련되어 있다. 회수수 압력 센서(70)는 회수수 배관(46)을 흐르는 회수수의 수압을 검출할 수 있다.
배수 배관(42)에는 배수 압력 센서(72) 및 배수 유량 센서(74)가 마련되어 있다. 배수 압력 센서(72)는 수 회수 유닛(28)과 배수 밸브(44) 사이에 마련되어 있고, 배수 배관(42)을 흐르는 배수의 수압을 검출할 수 있다. 배수 유량 센서(74)는 배수 밸브(44)보다 하류 측에 마련되어 있고, 배수 배관(42)을 흐르는 배수의 유량을 검출할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제 1 수 처리 유닛(26), 수 회수 유닛(28), 처리수 밸브(40), 배수 밸브(44), 원수 압력 센서(60), 처리수 압력 센서(62), 처리수 유량 센서(64), 농축수 압력 센서(66), 농축수 유량 센서(68), 배수 압력 센서(72), 배수 유량 센서(74)가 단일 스킷(76) 내에 집약되어 설치되어 있다.
다음에, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)의 작용 및 액 처리 방법을 비교예의 탈염 장치 및 액 처리 방법과 비교하면서 설명한다. 또, 이하에 나타내는 제 1 비교예 및 제 2 비교예에서, 제 1 실시형태와 마찬가지의 요소 등에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 상세한 설명은 생략한다.
제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는, 피처리수로서의 원수가 제 1 수 처리 유닛(26)에 공급된다. 제 1 수 처리 유닛(26)에서, 원수는 역삼투막(56)(도 3 참조)을 투과한 투과수와 이 투과수 이외의 농축수로 분리된다. 농축수는 피처리수 중의 불순물이 농축된 물이며, 농축수 배관(36)을 통하여, 수 회수 유닛(28)에 공급된다.
수 회수 유닛(28)에서, 공급된 농축수는 역삼투막(56)(도 4 참조)을 투과한 회수수와 이 회수수 이외의 배수로 분리된다. 회수수는 농축수로부터 불순물이 제거된 물이다. 이 회수수를 제 1 수 처리 유닛(26)에 재차 공급하여 피처리수(재이용수)로서 재이용할 수 있어, 효율적인 처리수를 생성할 수 있다. 또, 회수수를 탈염 장치(24)에서의 피처리수 이외의 용도로 이용하여도 좋다.
그런데, 본 발명의 기술의 수 처리 장치에 사용되는 원수에는 스케일 성분이 포함되어 있고, 탈염 후의 농축수에서는 스케일 성분의 농도가 상승하고 있다. 또한, 원수에는, 스케일 성분 외에, 수 회수 유닛(28)에서 파울링이나 스케일링의 원인이 되는 각종 불순물, 즉, 파울링 성분이나 스케일 성분도 포함되어 있다. 원수가 제 1 수 처리 유닛(26)에 의해 투과수와 농축수로 나누어지기 때문에, 농축수에서는 파울링 성분이나 스케일 성분의 농도가 원수보다 높게 되어 있다.
본 실시형태와 같이, 액 처리 장치가 탈염 장치(24)인 경우에는, 예를 들어, 원수의 플럭스가 0.6m/d인 경우, 제 1 수 처리 유닛(26)의 입구 부분에서의 운전 압력(이하, 「입구 운전 압력」이라 함)은 1.0MPa 내지 1.5MPa로 설정된다. 한편, 수 회수 유닛(28)에서는 농축수의 파울링 성분의 농도가 높기 때문에, 제 1 수 처리 유닛(26)과는 다른 회수율, 예를 들어, 30% 내지 65%로 운전된다. 이 경우, 농축수에서는 파울링 성분의 농도가 높기 때문에, 제 1 수 처리 유닛(26)과 비교하여 수 회수 유닛(28)에서는, 입구 운전 압력으로서, 더 높은 압력으로 설정된다. 예를 들어, 농축수의 플럭스가 0.6m/d인 경우, 수 회수 유닛(28)의 입구 부분에서의 운전 압력은 1.0MPa 내지 1.8MPa로 설정된다. 환언하면, 원수 펌프(32)의 능력으로는, 상기의 입구 운전 압력을 달성할 수 있을 정도의 능력이 요구된다.
도 5에는 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28) 각각을 운전시키기 위해 작용시킬 필요 공급 압력의 시간 변화가 표시되어 있다. 제 1 수 처리 유닛(26)의 필요 공급 압력의 수치 범위는, 상기한 바와 같이, 1.0MPa 내지 1.5MPa이다. 제 1 수 처리 유닛(26)에서는, 운전의 시간 경과에 따라 서서히 파울링이 진행되기 때문에, 이에 맞춰 필요 공급 압력도 서서히 높아진다. 마찬가지로, 수 회수 유닛(28)의 필요 공급 압력의 수치 범위는 1.0MPa 내지 1.8MPa이며, 제 1 수 처리 유닛(26)의 필요 공급 압력과 마찬가지로 운전 시간 경과에 따른 파울링의 진행에 의해 서서히 높아진다.
운전 개시 시에는, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)에서 필요 공급 압력의 값은 동일하다(도 5의 예에서는 1MPa). 원수 및 농축수의 양쪽에 파울링 성분이 포함되어 있기 때문에, 운전 시간 경과에 따라 필요 공급 압력은 상승하지만, 특히 농축수 쪽이 원수보다 파울링 성분의 농도가 높기 때문에, 수 회수 유닛(28)의 필요 공급 압력의 상승 비율도 크다.
제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)의 각각을 소정의 시간 간격으로(도 5의 예에서는, 1~3M) 세정함으로써, 파울링 성분을 제거할 수 있다. 이것에 의해, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28) 양쪽에서의 필요 공급 압력은 작아지지만, 클리닝 직후이더라도, 운전 개시 시 또는 그 한 단계 전의 클리닝 직후보다는 약간 높다. 따라서, 이와 같은 정기적인 클리닝을 반복하여 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)의 회복을 도모하여도, 필요 공급 압력은 실질적으로 운전에 따라 서서히 상승해 간다. 그리고, 도 5에 1~3Y로 나타내는 바와 같이, 이 필요 공급 압력이 소정의 값(제 1 수 처리 유닛(26)에서는 1.5MPa, 수 회수 유닛(28)에서는 1.8MPa)에 도달하면, 모듈(54)을 교환한다. 또, 역삼투막(56)의 교환 시기는, 예를 들면, 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)의 운전 비용이 더 감소되도록 설정할 수 있다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)의 입구 운전 압력은 운전 개시 시에는 동일하지만, 이후에는 제 1 수 처리 유닛(26)보다 수 회수 유닛(28) 쪽이 크다.
여기서, 도 6에 나타내는 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에 대하여 설명한다.
제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는 농축수 배관(106)이 중간에서 2개, 즉, 상류 부분(106A)과 하류 부분(106B)으로 분단되어 있다. 상류 부분(106A)과 하류 부분(106B) 사이에는 농축수 탱크(108)가 마련되어 있고, 제 1 수 처리 유닛(26)에서 생성된 농축수는 농축수 탱크(108)에 일시적으로 저장된다. 농축수 탱크(108)에 저장된 농축수의 양은 수위 센서(116)에서 검지된 수위로부터 산출할 수 있다.
농축수 배관(106)의 상류 부분(106A)에는 농축수 밸브(110)가 마련되어 있고, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 농축수 탱크(108)로 흐르는 농축수의 양을 조정할 수 있게 되어 있다.
농축수 배관(106)의 하류 부분(106B), 즉, 농축수 탱크(108)와 수 회수 유닛(28) 사이에는 농축수 펌프(112), 농축수 밸브(114) 및 농축수 압력 센서(78)가 마련되어 있다. 농축수 펌프(112)를 작동시킴으로써, 농축수 탱크(108)에 저장된 농축수를 가압하여, 수 회수 유닛(28)에 공급할 수 있다. 또한, 농축수 밸브(114)의 개도를 조정함으로써, 원하는 압력 및 유량으로 농축수를 수 회수 유닛(28)에 공급할 수 있다. 상술한 바와 같이, 수 회수 유닛(28)의 필요 공급 압력은 제 1 수 처리 유닛(26)의 필요 공급 압력보다 크지만, 농축수를 농축수 펌프(112)에서 승압함으로써, 수 회수 유닛(28)에 대한 농축수의 공급 압력으로서, 필요 공급 압력을 확보할 수 있다. 따라서, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)의 원수 펌프(120)는 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)의 원수 펌프(32)보다도 출력이 낮아진다.
제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 이와 같이 농축수 배관(106)의 도중에 농축수 탱크(108)가 마련되어 있고, 이 농축수 탱크(108)와 수위 센서(116)로 하나의 스킷(118B)에 설치되어 있다. 그리고, 제 1 수 처리 유닛(26), 농축수 밸브(110), 원수 압력 센서(60), 처리수 압력 센서(62), 농축수 압력 센서(66), 처리수 유량 센서(64), 농축수 유량 센서(68)가 하나의 스킷(118A)에 설치되고, 수 회수 유닛(28), 배수 밸브(44) 및 배수 압력 센서(72)는 하나의 스킷(118C)에 설치되어 있다.
농축수가 고농도의 스케일 성분을 갖고 있는 경우, 수 회수 유닛(28)에서, 스케일 성분의 석출을 억제하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 농축수에 스케일 억제제를 주입하여 스케일 성분의 농축율을 향상시킴으로써, 회수수의 양을 많게 하고, 그 결과로 회수율을 높일 수 있다. 또한, 농축수에 pH 조정제를 주입하여 pH를 조정하는 경우도 있다. 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 농축수 탱크(108)를 갖고 있으므로, 이들 약제의 주입이 용이하다.
그런데, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 농축수를 일시적으로 농축수 탱크(108)에 저장한다. 이 때문에, 수 회수 유닛(28)에서의 파울링 억제를 도모하기 위한 농축수 펌프(112)에 의한 농축수의 가압 관리나, 농축수 밸브(114)의 제어에 의한 농축수의 유량 관리를 각각 개별적으로 행한다. 더욱이, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)은 운전의 필요 공급 압력의 상승 정도(시간당 상승량)도 상이하기 때문에, 수 회수 유닛(28)을 제 1 수 처리 유닛(26)과는 다른 운전 조건(피처리수의 공급압, 공급량 등)으로 운전 관리한다.
그러나, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 수 회수 유닛(28)으로의 농축수의 흐름이 농축수 탱크(108)에 의해 분단되어 있다. 이 때문에, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)에서는 다른 운전 관리 하에 둘 필요가 있다.
게다가, 제 1 비교예와 같이 농축액을 농축수 탱크(108)에 저장하면, 농축수에 포함되는 불순물은 스케일이 일어나는 한계 부근까지 농축되어 있으므로, 불순물이 농축수 탱크(108) 내에 체류하는 경우가 있다. 예를 들면, 수분의 증발이나 탄산의 용해 등의 영향에 의해, 농축액의 불순물 농도가 일시적으로 또한 국소적으로 포화 농도를 초과하는 경우가 있다. 게다가, 농축된 탁질분이 핵으로 되어 스케일의 석출을 촉진시킬 우려가 있다. 따라서, 탱크 내의 농축수 중에는 스케일한 미립자가 운전이 계속됨과 따라 서서히 증가하게 된다. 또한, 예를 들어, 원수에 첨가된 응집제가 농축수 탱크(108) 내에 농축되는 경우가 있다. 또한, 농축수 탱크(108)에서는, 원수에 함유되어 있던 미네랄 성분이 농축수 탱크(108) 내에서 농축되어, 생균 등의 미생물에게는 영양이 풍부한 상태가 될 수도 있어, 이 경우에는 미생물의 번식을 초래하기 쉽다. 그리고, 이 상태의 농축수를 수 회수 유닛(28)에 공급하면, 스케일이나 농축된 응집제나 미생물 등의 불용해 성분에 의해, 수 회수 유닛(28)의 모듈(54) 내에서의 스케일링이나 파울링이 조장될 우려가 있다.
도 7에는, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서, 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28) 각각을 운전시키기 위해 필요한 필요 공급 압력의 시간 변화가 도시되어 있다. 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 수 회수 유닛(28)의 운전이 가능한 압력이 얻어지도록 농축수 펌프(112)에서 농축수를 승압한다.
제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서도, 운전 개시 시의 필요 공급 압력은 도 5에 나타내는 예와 동일하다(1MPa). 그러나, 수 회수 유닛(28)에서의 필요 공급 압력의 상승 정도(시간당 상승율)는 도 5에 나타내는 예보다도 크다. 이 때문에, 막 교환(실제로는 모듈(54)(도 3 및 도 4 참조)의 교환)을 행하는 기준으로 설정한 압력(1.8MPa)의 상한에 도달하는 시간이 짧다. 또한, 예를 들면, 1~3Y의 시간 간격으로 보면, 이 상태에서 수 회수 유닛(28)의 운전을 계속하기 위해서는, 자주 세정을 해야 한다.
이와 같이, 농축수 탱크(108)를 구비함으로써 생기는 불편함을 해소하기 위해서는, 예를 들면, 도 8에 나타내는 제 2 비교예의 탈염 장치(124)를 이용하는 것이 생각된다. 이 탈염 장치(124)에서는, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)와 마찬가지로 원수 펌프(120)를 갖고 있지만, 이 원수 펌프(120)의 출력은, 제 1 실시형태의 원수 펌프(32)의 출력보다 낮다. 단, 제 1 수 처리 유닛(26)에서 원수(피처리수)를 처리수와 농축수로 분리하기 위해 필요한 수압을 원수에 작용시킬 정도의 출력은 가지고 있다.
제 2 비교예의 탈염 장치(124)에서는, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)이 농축수 배관(36)을 통해 직접 연결되어 있고, 농축수가 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28) 사이에 체류하지 않는다. 따라서, 농축수 탱크(108)(도 6 참조)에 체류한 불용해 성분에 의해, 수 회수 유닛(28)에 파울링이 발생하기 쉬워진다는 사태도 억제할 수 있다.
그러나, 제 2 비교예의 탈염 장치(124)에서는, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에 설치된 농축수 펌프(112)(도 6 참조)는 설치되어 있지 않다. 따라서, 수 회수 유닛(28)으로의 농축수의 공급 압력은, 결과적으로 원수 펌프(32)가 담당하는 것으로 된다. 그런데, 제 2 비교예의 탈염 장치(124)에서, 원수 펌프(32)의 공급 능력은 제 1 수 처리 유닛(26)을 운전할 수 있을(원수를 투과수와 농축수로 분리할 수 있을) 정도, 구체적으로는 1.0MPa 이상 1.5MPa 이하로 설정되어 있다. 제 1 수 처리 유닛(26)에서 압력 손실이 있기 때문에, 수 회수 유닛(28)으로부터 유출된 농축수의 실제 압력은 더욱 낮아진다. 수 회수 유닛(28)의 필요 공급 압력은 1.0MPa 이상 1.8MPa 이하이기 때문에, 수 회수 유닛(28)에서 농축수를 회수수와 배수로 분리하기 위해서는 압력이 부족한 경우가 생긴다.
한편, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)이 농축수 배관(36)을 통해 직접 연결되어 있고, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 수 회수 유닛(28)으로 농축수가 흐르는 경로에 농축수가 체류하는 부분은 없다. 농축수가 체류하지 않기 때문에, 농축수 중의 응집 성분의 응집을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 수 회수 유닛(28)에서의 파울링을 억제할 수 있다. 그 결과, 수 회수 유닛(28)의 운전에 필요한 압력의 상승도 억제할 수 있고, 수 회수 유닛(28)을 흐르는 피처리수(농축수)의 유량을 많이 확보할 수 있다. 그리고, 제 1 수 처리 유닛(26)에 대하여 회수수를 확실하게 되돌리는 동시에, 수 회수 유닛(28)의 클리닝이나 막 교환의 빈도를 적게 하여, 효율적인 액 처리를 장기간에 걸쳐 행하는 것이 가능하다.
도 9에는, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서, 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)에서의 필요 공급 압력의 시간 경과에 따른 변화가 표시되어 있다.
또한, 표 1에는, 제 1 비교예, 제 2 비교예, 제 1 실시형태 및 후술하는 제 2 실시형태에서, 운전 개시 시와 운전 개시로부터 3년 경과 시의 각종 상태를 나타내고 있다.
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제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)와 비교하여, 원수 펌프(32)의 출력이 높게 설정되어 있다. 그리고, 처리수 밸브(40)의 개도를 조정함으로써, 제 1 수 처리 유닛(26)에서의 입구 운전 압력을 소정의 압력으로 설정할 수 있게 되어 있다. 구체적으로는, 제 1 수 처리 유닛(26)에 대한 공급 압력은 1.2MPa 내지 2.0Mpa로 되도록 설정된다. 제 1 수 처리 유닛(26)에서는, 피처리수가 유입되어 농축수로서 유출되는 경우에 소정의 압력 손실(예컨대, 0.2MPa 정도)이 있으므로, 수 회수 유닛(28)에 공급되는 농축수의 공급 압력도 그만큼 낮아지고 있다. 그러나, 수 회수 유닛(28)에서 농축수의 분리에 필요한 압력 범위인 1.0MPa 내지 1.8MPa의 압력 범위는 유지되어 있다.
이와 같이, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는, 원수 펌프(32)의 출력을 제 1 비교예 및 제 2 비교예의 원수 펌프(120)보다도 높게 설정함으로써, 수 회수 유닛(28)에 대한 피처리수(농축수)의 공급 압력을 확보하고 있다. 또한, 펌프를 추가하지 않고 간단한 구성으로 승압 수단을 구성하여, 수 회수 유닛(28)의 운전에 요구되는 피처리수의 압력을 확보함과 동시에, 수 회수 유닛(28)에서의 확실한 운전을 실현할 수 있다.
게다가, 수 회수 유닛(28)은 시간 경과에 따라 파울링이 진행되어 압력 손실이 높아지지만, 원수 펌프(32)의 출력도 서서히 높임으로써, 농축수의 압력, 즉, 수 회수 유닛(28)에의 공급 압력을 높인다. 이 때문에, 운전 시간이 경과하여도, 수 회수 유닛(28)에서의 파울링을 억제할 수 있고, 농축액을 회수액과 배액으로 분리하는 효율의 저하를 억제할 수 있다. 액 회수 유닛(28)에서, 시간 경과에 따라 압력 손실이 높아지는 영향을 적게 하여, 액 회수 유닛(28)의 안정 운전을 실현할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는, 처리수 밸브(40)를 갖고 있고, 처리수 배관(38)을 흐르는 투과수(처리수)의 압력을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 농축수 배관(36)을 흐르는 농축수의 수압을 조정하고, 적절한 수압으로 농축수를 수 회수 유닛(28)에 공급하는 것이 가능하다. 예를 들면, 수 회수 유닛(28)의 파울링의 진행에 수반하여, 제 1 수 처리 유닛(26)에 대한 원수의 공급 압력을 상승시킨 경우에, 처리수 밸브(40)의 개도를 작게 함으로써, 농축수의 수압을 확보함과 동시에, 처리수의 과도한 압력 상승을 억제할 수 있다.
또한, 원수 펌프(32)의 출력과, 처리수 밸브(40)의 개도를 적절히 설정함으로써, 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)에서의 회수율을 소망의 값으로 조정하는 것이 용이하다.
또한, 농축수 배관(36)에 농축수 탱크(108)를 마련하지 않으므로, 구조의 간소화를 도모함과 동시에, 탈염 장치(24)를 저비용으로 운전할 수 있다. 농축수 탱크(108)를 마련하지 않는 것에 의해, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 수 회수 유닛(28)으로 연속적으로 농축수가 흐르기 때문에, 수 회수 유닛(28)을 제 1 수 처리 유닛(26)과 다른 운전 관리하에 둘 필요도 없다.
또한, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 3개의 스킷(118A, 118B, 118C)을 갖고 있으므로, 설치 장소의 제약을 받기 쉬워, 설치 비용의 상승을 초래할 우려가 있다. 한편, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는 농축수 탱크(108)가 없고 하나의 스킷(76)으로 구성될 수 있기 때문에, 설치 장소의 자유도가 높아짐과 동시에 설치 비용을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 펌프의 대수로서도, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서는 원수 펌프(32)의 1대로 충분하므로, 제 1 비교예의 탈염 장치(104)와 같이, 원수 펌프(120)와 농축수 펌프(112)의 2대의 펌프를 사용하는 구성과 비교하여 설치 공간이 적다.
또, 원수로는, 상기한 바와 같이 스케일 성분이 포함되어 있다. 이 스케일 성분의 농도와, 제 1 수 처리 유닛(26) 내에서의 최적의 피처리액의 유량을 조정함으로써, 제 1 수 처리 유닛(26)에서의 회수율로 75% 내지 90%의 범위를 달성할 수 있다. 또, 수 회수의 효율만을 고려하면, 이 회수율은 보다 높은 것이 바람직하다. 그러나, 회수율을 너무 높게 설정하면 스케일이 생길 우려가 높아지기 때문에, 스케일을 억제하는 관점에서는 회수율의 상한으로서 90% 정도, 바람직하게는 80% 정도로 설정한다.
이하에 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 제 1 실시형태의 변형예에서, 제 1 실시형태와 마찬가지의 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 상세한 설명은 생략한다.
도 10에는, 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)가 도시되어 있다. 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)에서는, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서의 처리수 밸브(40)(도 2 참조) 대신 제 2 수 처리 유닛(86)이 배치되어 있다.
제 2 수 처리 유닛(86)은 제 1 수 처리 유닛(26)과 마찬가지로, 내부에 하나 이상의 뱅크(50)(도 3 참조)를 구비함과 동시에, 뱅크(50)는 하나 이상의 베셀(52)을 구비하고 있다. 제 2 수 처리 유닛(86)에는, 제 1 수 처리 유닛(26)의 투과수가 피처리수로서 공급된다. 그리고, 이 투과수는 베셀(52)의 복수 모듈(54)에 구비된 역삼투막(56)을 투과한 제 2 투과수와 제 2 투과수 이외의 농축수로 분리된다.
또한, 농축수 배관(36)에는 농축수 밸브(88)가 마련되어 있다. 농축수 밸브(88)의 개도를 조정함으로써, 농축수 배관(36)을 흐르는 농축수의 수압 및 유량을 조정할 수 있다. 제 1 실시형태의 변형예에서, 승압 수단은 원수 펌프(32), 제 2 수 처리 유닛(86) 및 농축수 밸브(88)를 포함하는 구성이다.
또, 도 10에서는, 각 배관에 마련되는 압력계 및 유량계의 도시를 생략하고 있지만, 예를 들어, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)와 마찬가지로, 각 배관의 적소에 압력계 및 유량계가 마련된다.
이와 같이 구성된 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)에 있어서도, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)은 농축수 배관(36)을 통해 직접 연결되어 있어, 농축수가 체류하는 부분이 없다. 농축수가 체류하지 않기 때문에, 농축수 중의 응집 성분의 응집을 억제할 수 있다. 그리고, 수 회수 유닛(28)에서의 파울링을 억제할 수 있고, 수 회수 유닛(28)의 압력 손실의 상승도 억제할 수 있다. 이 때문에, 수 회수 유닛(28)의 운전에 필요한 압력의 상승도 억제할 수 있고, 수 회수 유닛(28)을 흐르는 피처리수(농축수) 유량을 많이 확보할 수 있다.
게다가, 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)는 제 2 수 처리 유닛(86)을 갖고 있다. 제 2 수 처리 유닛(86)은 제 1 수 처리 유닛(26)의 하류 측에 위치하고, 제 1 수 처리 유닛(26)의 처리수는 제 2 수 처리 유닛(86)에 의해 제 2 처리수와 농축수로 더 분리된다. 따라서, 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)에서 얻어지는 제 2 처리수로는, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)에서 얻어지는 처리수보다도 불순물이 더 적은 물을 얻을 수 있다.
제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)에는 농축수 배관(36)에 농축수 밸브(88)가 마련되어 있다. 탈염 장치(84)의 원수 펌프(32)는, 제 1 비교예 및 제 2 비교예의 원수 펌프(120)보다 높은 압력을 피처리수에 작용시키지만, 농축수 밸브(88)의 개도를 조정함으로써, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 수 회수 유닛(28)에 공급되는 농축수의 압력 및 유량을 적절한 범위로 조정할 수 있다.
그리고, 제 1 실시형태의 변형예의 탈염 장치(84)에서는, 원수 펌프(32), 제 2 수 처리 유닛(86) 및 농축수 밸브(88)를 마련하는 간단한 구성으로, 수 회수 유닛(28)의 운전에 요구되는 피처리수의 압력을 확보함과 동시에, 수 회수 유닛(28)에서의 확실한 운전을 실현할 수 있다.
다음에 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태에서, 제 1 실시형태와 마찬가지의 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하여, 상세한 설명은 생략한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 탈염 장치(204)에서는, 처리수 배관(38)에 처리수 밸브(40)(도 2 참조)나 제 2 수 처리 유닛(86)(도 10 참조)은 마련되어 있지 않다.
또한, 농축수 배관(36)에는, 제 1 수 처리 유닛(26) 측으로부터 순서대로 농축수 펌프(206) 및 농축수 밸브(208)가 마련되어 있다. 농축수 펌프(206)는 농축수 배관(36)을 흐르는 농축수를 승압하여 수 처리 유닛에 공급할 수 있다. 농축수 밸브(208)는 농축수 펌프(206)로 승압된 농축수의 압력 및 유량을 조정할 수 있다. 제 2 실시형태에서, 승압 수단은 농축수 펌프(206) 및 농축수 밸브(208)를 포함하는 구성이다.
또, 도 11에서는, 각 배관에 마련되는 압력계 및 유량계의 도시를 생략하고 있지만, 예를 들어, 제 1 실시형태의 탈염 장치(24)와 마찬가지로, 각 배관의 적소에 압력계 및 유량계가 마련된다.
이와 같이 구성된 제 2 실시형태의 탈염 장치(204)에 있어서도, 제 1 수 처리 유닛(26)과 수 회수 유닛(28)은 농축수 배관(36)을 통해 직접 연결되어 있어, 농축수가 체류하는 부분이 없다. 농축수가 체류하지 않기 때문에, 농축수 중의 응집 성분의 응집을 억제할 수 있다. 그리고, 수 회수 유닛(28)에서의 파울링을 억제할 수 있고, 수 회수 유닛(28)의 압력 손실의 상승도 억제할 수 있으므로, 수 회수 유닛(28)의 운전에 필요한 압력 상승도 억제할 수 있어, 수 회수 유닛(28)을 흐르는 피처리수(농축수) 유량을 많이 확보할 수 있다.
제 2 실시형태의 탈염 장치(204)에서는, 농축수 배관(36)에 농축수 펌프(206)가 마련되어 있다. 원수 펌프(32)의 압력의 일부는 농축수에 작용하고 있지만, 이 압력을 이용하면서 농축수 펌프(206)에 의해 농축수를 승압하여, 수 회수 유닛(28)에 공급할 수 있다. 즉, 원수 펌프(32)의 압력이 부족한 만큼을 농축수 펌프(206)를 이용하여 적절히 보충하여, 농축수가 소정의 압력을 갖는 상태를 실현할 수 있다. 그리고, 이것에 의해, 원수 펌프(32)에서, 수 회수 유닛(28)에서의 수 처리를 고려하여 농축수를 승압할 필요는 없다. 즉, 제 1 수 처리 유닛(26)에서의 수 처리가 가능한 정도의 가압으로 충분하므로, 원수 펌프(32)의 소형화를 도모할 수 있다. 농축수를 직접 가압하므로, 효율적으로 소망의 압력으로 승압할 수 있다.
도 12에는, 제 2 실시형태의 탈염 장치(84)에서 제 1 수 처리 유닛(26) 및 수 회수 유닛(28)에서의 필요 공급 압력과, 제 1 수 처리 유닛(26)으로부터 배출되는 농축수 압력이 도시되어 있다.
제 2 실시형태의 탈염 장치(204)에서, 제 1 수 처리 유닛(26)의 입구 공급 압력은 1.0MPa 내지 1.8MPa로 되도록 원수 펌프(32)의 출력이 설정되어 있다. 이 때문에, 제 1 수 처리 유닛(26)의 출구에서의 농축수의 압력은 제 1 수 처리 유닛(26)의 압력 손실만큼 감소된다. 도 12에 나타내는 예에서, 제 1 수 처리 유닛(26) 출구의 농축수 압력은 제 1 수 처리 유닛(26)에의 필요 공급 압력으로부터 저하되고 있다. 그러나, 농축수 배관(36)에 마련된 농축수 펌프(206)에 의해 농축수를 가압하므로, 수 회수 유닛(28)의 필요 공급 압력까지 농축수를 승압시킬 수 있다.
그리고, 제 2 실시형태의 탈염 장치(204)에서는, 농축수 펌프(206) 및 농축수 밸브(208)를 마련하는 간단한 구성으로, 수 회수 유닛(28)의 운전에 요구되는 피처리수의 압력을 확보함과 동시에, 수 회수 유닛(28)에서의 확실한 운전을 실현할 수 있다.
상기 설명에서는, 본 발명의 기술의 액 처리 장치가 탈염 장치인 예를 들고 있지만, 역삼투막을 이용하여 원수로부터 불순물을 제거하는 장치에 널리 적용할 수 있다.
또한, 액 처리 장치에서의 처리 대상으로서의 피처리액은, 상기한 수돗물, 우물물, 공업용수 등의 담수로 한정되지 않고, 예를 들어, 해수이더라도 좋다. 더욱이, 피처리액의 용매도 물로 한정되지 않는다.
상술한 초순수 제조 시스템(12)은 본 발명의 기술에서의 순수 제조 시스템의 일례이다. 생성되는 물의 불순물 농도에 따라, 예를 들면, 2차 순수 장치(20)를 생략함으로써, 순수 제조 시스템을 구성하여도 좋다.
2020년 10월 14일에 출원된 일본 특허 출원 제2020-173516호의 개시는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 도입되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 같은 정도로 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (8)

  1. 역삼투막을 구비하고, 피처리액인 담수가 상기 역삼투막을 투과하는 투과액과 상기 투과액 이외의 농축액으로 분리되는 액 처리 유닛과,
    역삼투막을 구비하고, 상기 농축액이 상기 역삼투막을 투과하는 회수액과 상기 회수액 이외의 배액으로 분리되는 액 회수 유닛과,
    상기 농축액의 액압을 상기 액 회수 유닛에서의 상기 회수액과 상기 배액으로의 분리 가능 상태가 계속되도록 상기 액 회수 유닛의 입구 부분에서의 액압을 1.0MPa 이상 1.8MPa 이하로 승압하여, 상기 액 처리 유닛으로부터 상기 액 회수 유닛으로 상기 농축액을 직접 전달하는 승압 수단
    을 갖는 액 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승압 수단은,
    상기 피처리액을 가압하는 피처리액 펌프와,
    상기 투과액의 유량을 조정하는 투과액 밸브를 갖는,
    액 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 승압 수단은,
    상기 피처리액을 가압하는 피처리액 펌프와,
    역삼투막을 구비하고, 상기 피처리액이 상기 역삼투막을 투과하는 2차 투과액과 상기 투과액 이외의 2차 농축액으로 분리되는 제 2 액 처리 유닛과,
    상기 농축액의 유량을 조정하는 농축액 밸브를 갖는,
    액 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 승압 수단은,
    상기 농축액을 가압하는 농축액 펌프와,
    상기 농축액 펌프로 가압된 상기 농축액의 유량을 조정하는 농축액 밸브를 갖는,
    액 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액 처리 유닛에서, 상기 투과액의 유량을 상기 피처리액의 유량으로 나눈 액 회수율이 75％ 내지 90％인, 액 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 승압 수단은, 상기 액 회수 유닛의 압력 손실이 증가함에 따라, 상기 농축액의 액압을 높게 하는, 액 처리 장치.
  7. 제 1 항에 기재된 액 처리 장치와,
    상기 액 처리 장치에서 생성된 상기 투과액으로부터 순수를 생성하는 순수 제조 유닛
    을 갖는 순수 제조 시스템.
  8. 제 1 항에 기재된 액 처리 장치를 이용하여 피처리액을 처리하는 액 처리 방법으로서,
    상기 승압 수단에서, 상기 액 회수 유닛의 압력 손실이 증가함에 따라, 상기 농축액의 액압을 높게 하는, 액 처리 방법.
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