KR102700188B1 - 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사용 후 폐기되는 담수화용 역삼투막 필터를 재사용이 가능하도록 처리해 주는 담수화용 역삼투막 필터 재생장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 세척수와 건조공기를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 세척 건조와 흡착가스를 이용하여 상기 세척 건조유닛을 통과한 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각처리를 수행하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 형성된 세척수 유입부와 건조공기 유입부와 흡착가스 유입부와 세척수 유입부와 해수유입부; 상기 챔버의 타측에 형성된 세척수 배출부와 건조공기 배출부와 흡착가스 배출부와 세척수 배출부와 해수 배출부담수 배출부; 상기 챔버에 설치된 진공펌프; 상기 흡착가스 배출부에 장착되어 배출되는 흡착가스의 농도를 측정하는 농도측정기; 상기 담수 배출부에 장착되어 배출되는 해수의 유량을 측정하는 유량측정기; 및 상기 해수 배출부에 장착되어 배출되는 해수내 염도를 측정하는 염도측정기를 포함한다.
본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 세척수와 건조공기를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 세척 건조와 흡착가스를 이용하여 상기 세척 건조유닛을 통과한 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각처리를 수행하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 형성된 세척수 유입부와 건조공기 유입부와 흡착가스 유입부와 세척수 유입부와 해수유입부; 상기 챔버의 타측에 형성된 세척수 배출부와 건조공기 배출부와 흡착가스 배출부와 세척수 배출부와 해수 배출부담수 배출부; 상기 챔버에 설치된 진공펌프; 상기 흡착가스 배출부에 장착되어 배출되는 흡착가스의 농도를 측정하는 농도측정기; 상기 담수 배출부에 장착되어 배출되는 해수의 유량을 측정하는 유량측정기; 및 상기 해수 배출부에 장착되어 배출되는 해수내 염도를 측정하는 염도측정기를 포함한다.
Description
본 발명은 사용 후 폐기되는 담수화용 역삼투막 필터를 재사용이 가능하도록 처리해 주는 담수화용 역삼투막 필터 재생장치 및 방법에 관한 것이다.
지구상의 물의 약 97%는 해수로서 물의 양에 있어서는 절대 다수를 차지하고 있으나 생활 용수나 산업 용수로 이용하기에는 염도가 너무 높아서 그대로 사용하기에는 어려움이 있다.
따라서, 부족한 지표수를 보충하고 물 부족이 심화되고 있는 상황에서 해수를 담수화시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
담수화란 염분이 있는 해수 등을 음용수나 기타 용도로 사용할 수 있도록 하기 위하여 염분을 적정 수준으로 낮추는 일련의 방법으로서, 전통적으로 해수에 열을 가하여 수증기로 만든 다음 수증기를 다시 물로 응축시켜 해수에서의 염분이나 불순물을 제거하는 증발방식이 널리 알려져 있으나, 최근에는 역삼투막 필터를 사이에 두고 삼투압 이상의 높은 압력을 가하여 담수를 생산하는 역삼투막 방식이 물을 끓이는데 많은 에너지가 소요되는 증발방식에 비하여 운용효율성이나 경제성 측면에서 우수한 것으로 평가되면서 각광을 받고 있다.
그러나, 상기한 역삼투막 방식은 해수에 석회질과 같은 스케일이 많을 경우에는 역삼투막 필터에 스케일이 누적되고 미생물들이 달라붙으면서 시간이 경과함에 따라 효율이 저하되므로 주기적으로 교체해 주어야 하는 문제가 있다.
이러한 역삼투막 필터의 교체는 전체 역삼투막 방식의 운용비의 약 80%를 점유하고 있어 사용자로 하여금 상당한 비용 부담을 갖게 할 뿐만 아니라, 폐기된 필터가 환경문제를 유발시키고 있는바, 이에 대한 대책마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사용후 폐기되는 담수화용 역삼투막 필터를 재사용이 가능하도록 처리해 주는 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 세척수와 건조공기를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 세척 건조와 흡착가스를 이용하여 상기 세척 건조유닛을 통과한 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각처리를 수행하는 챔버; 상기 챔버의 일측에 형성된 세척수 유입부와 건조공기 유입부와 흡착가스 유입부와 세척수 유입부와 해수유입부; 상기 챔버의 타측에 형성된 세척수 배출부와 건조공기 배출부와 흡착가스 배출부와 세척수 배출부와 해수 배출부담수 배출부; 상기 챔버에 설치된 진공펌프; 상기 흡착가스 배출부에 장착되어 배출되는 흡착가스의 농도를 측정하는 농도측정기; 상기 담수 배출부에 장착되어 배출되는 해수의 유량을 측정하는 유량측정기; 및 상기 해수 배출부에 장착되어 배출되는 해수내 염도를 측정하는 염도측정기를 포함한다.
그리고 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생방법은 세척수를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 단계와, 건조공기를 이용하여 세척된 담수화용 역삼투막 필터를 건조시키는 단계와, 불화암모늄(NH4F)과 불화수소(HF)와 질산(HNO3)에 탄산(H2CO3)을 혼합한 흡착가스를 이용하여 건조된 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 미세하게 용해하여 식각처리 하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 식각처리 하는 단계 이후에, 식각처리된 담수화용 역삼투막 필터에 염수를 통과시켜 필터링되는 담수의 유량과 염도를 측정하여 재생 여부 및 필터링 효율을 확인하는 단계를 더 거치도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 단일 챔버 내에서 흡착가스를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각방식으로 폐필터를 재생시켜 주기 때문에 처리과정이 단순 용이할 뿐만 아니라, 필터별로 효율적인 관리가 가능해지고 필터의 사용기한을 최대한 연장시켜역삼투막 필터의 교체에 따른 담수화 운용비용을 최소화시킬 수 있는 것은 물론, 폐필터로 인하여 발생되는 환경문제도 최소화시킬 수 있는 여러가지 유익한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치의 구성도.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 아울러, "포함한다" 또는 "구비한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
아울러, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치의 구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치는 세척수와 건조공기를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 세척 건조와, 흡착가스를 이용하여 상기 세척 건조유닛을 통과한 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각처리를 수행하는 챔버(100)를 포함한다.
상기 담수화용 역삼투막 필터는 담수화 장치에서 일정기간 사용 후 폐기 처리된 담수화용 역삼투막 필터로서, 이하 "폐필터"로 칭한다.
이 경우, 상기 챔버(100)는 적어도 하나 이상의 폐필터를 수용한다.
상기 챔버(100)의 일측에는 챔버(100) 내부로 세척수를 공급하는 세척수 유입부(110)가 형성된다.
그리고, 상기 챔버(100)의 일측에는 챔버(100) 내부로 건조공기를 공급하는 건조공기 유입부(120)가 형성된다.
이 경우, 상기 건조공기 유입부(120)에는 건조공기를 발생시키는 히터와 송풍기를 구비한 열풍기(130)가 설치될 수 있다.
아울러, 상기 챔버(100)의 타측에는 챔버(100) 내부로 유입된 세척수를 챔버(100)의 외부로 배출시키는 세척수 배출부(140)가 형성된다.
그리고, 상기 챔버(100)의 타측에는 챔버(100) 내부로 유입된 건조공기를 챔버(100)의 외부로 배출시키는 건조공기 배출부(150)가 형성된다.
따라서, 상기 세척수 유입부(110)를 통해 챔버(100) 내부로 유입된 세척수는 챔버(100) 내부에 수용된 폐필터를 통과하게 되고, 이 과정에서 폐필터의 표면에 달라붙은 각종 이물질이 폐필터 표면으로부터 제거되며, 이물질이 포함된 세척수는 세척수 배출부(140)를 통해 외부로 배출된다.
상기 폐필터는 세척수와 건조공기와의 균일한 접촉이 이루어지도록 일정간격을 두고 수직으로 세워진 상태로 수용되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 챔버(100)는 세척수 배출부(140)를 통해 외부로 배출된 세척수가 상기 세척수 유입부(110)를 통해 재유입되어 챔버(100)의 내부를 순환할 수 있도록 세척수 유입부(110)와 세척수 배출부(140)를 연결하는 순환유로(160)를 구비할 수도 있다.
이 경우, 세척수의 사용양을 줄일 수 있게 되므로 챔버(100)의 운용비용을 절감할 수 있게 된다.
그리고, 건조공기 유입부(120)를 통해 챔버(100) 내부로 유입된 건조공기는 세척수를 통해 세척을 마치고 젖어 있는 상태의 폐필터를 챔버(100) 내부에서 빠르게 건조시키며, 습기를 포함한 건조공기는 건조공기 배출부(150)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 상기 챔버(100)는 흡착가스를 이용하여 상기 챔버(100)을 통과한 폐필터의 반투막 표면을 용해시킨다.
상기 흡착가스는 불화암모늄(NH4F)과 불화수소(HF)와 질산(HNO3)에 탄산(H2CO3)을 혼합한 가스로서, 폐필터의 반투막 표면에 흡착되어 화학적으로 반응하면서 폐필터의 반투막 표면을 미세하게 용해시킨다. 이 과정에서 상기 폐필터의 표면이 식각되면서 재생이 이루어진다.
이때, 투입되는 흡착가스의 양이 과다하면 작업시간은 단축될 수는 있으나 폐필터의 반투막이 열손될 위험이 높아지고, 투입되는 흡착가스의 양이 부족하면 재생효율이 떨어지게 된다.
한편, 상기 흡착가스는 불화암모늄 2%, 불화수소 1%, 질산 2%. 탄산 95%의 비율로 혼합하여 제조될 수 있다.
이 경우, 상기 탄산은 식각과정에서의 열발생을 줄이는 역할을 하므로 적정비율을 유지할 수 있도록 관리를 철저하게 하는 것이 바람직하다.
상기 챔버(100)에는 챔버(100) 내부의 압력을 조절해 주는 진공펌프(P)가 장착된다.
상기 챔버(100)의 일측에는 챔버(100) 내부로 흡착가스를 공급하는 흡착가스 유입부(170)가 형성된다.
아울러, 상기 챔버(100)의 타측에는 챔버(100) 내부로 유입된 흡착가스를 챔버(100)의 외부로 배출시키는 흡착가스 배출부(180)가 형성된다.
따라서, 상기 흡착가스 유입부(170)를 통해 챔버(100) 내부로 유입된 흡착가스는 챔버(100) 내부에 수용된 폐필터들 사이로 확산되면서 폐필터의 표면에 균일하게 흡착되고, 화학적 반응을 일으켜 폐필터의 반투막 표면을 미세하게 용해시키게 된다. 그리고, 이 과정에서 폐필터의 표면이 정교하게 식각되면서 폐필터는 재생된다.
이때, 챔버(100) 내부의 압력이 낮을수록 흡착가스가 보다 미세하게 확산되면서 정교한 식각이 이루어지게 되고 재생효율도 높아지게 된다.
일정시간이 경과하여 흡착가스의 화학적 반응이 완료되면, 챔버(100) 내부의 압력을 높여준다. 이렇게 하면 챔버(100) 내부의 흡착가스가 흡착가스 배출부(180)를 통해 외부로 안전하게 배출 및 회수된다.
챔버(100)로부터 흡착가스의 배출이 완료되면, 세척수 유입부(110)를 통해 챔버(100) 내부로 세척수를 유입시킨 후 세척수 배출부(140)를 통해 외부로 배출시킨다.
이와 같이, 챔버(100) 내부로 세척수를 통과시키면, 챔버(100)에 잔존하는 흡착가스와 식각과정에서 폐필터 표면으로부터 떨어져 나온 이물들이 세척수와 함께 외부로 배출되면서 챔버(100)가 깨끗하게 청소된다.
한편, 상기 챔버(100)의 흡착가스 배출부(180)에는 흡착가스 배출부(180)를 통해 외부로 배출되는 흡착가스의 농도를 측정하는 농도측정기(190)가 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 농도측정기(190)를 통해 흡착가스가 챔버(100) 내부에 얼마나 잔류하는지의 여부를 쉽게 파악할 수 있게 된다. 만일 흡착가스의 농도가 설정 수치 이상이면 세척수 유입 및 배출을 재실행하여 잔류하는 흡착가스의 농도를 설정 수치 이하로 낮추어 준다.
본 발명에 따르면, 상기 챔버(100)는 재생이 완료된 폐필터의 필터링 성능을 테스트할 수 있다.
이 경우, 상기 챔버(100)의 일측에는 챔버(100) 내부로 해수를 공급하는 해수 유입부(220)가 형성된다.
그리고, 상기 챔버(100)의 타측에는 재생이 완료된 폐필터를 통과하여 농축된 해수를 챔버(100)의 외부로 배출시키는 해수 배출부(230)가 형성된다.
아울러, 상기 챔버(100)의 타측에는 해수가 재생이 완료된 폐필터를 통과하는 과정에서 추출되는 담수를 챔버(100)의 외부로 배출시키는 담수 배출부(240)가 형성된다.
이 경우, 상기 담수 배출부(240)에는 배출되는 담수의 유량을 측정하는 유량측정기(250)가 장착될 수 있다.
작업자는 유량측정기(250)를 통해 추출되는 담수의 양을 쉽게 파악할 수 있으며, 이를 통해 폐필터의 재생이 성공적으로 이루어졌는지 재생된 폐필터의 필터링 성능 수준을 판단할 수 있게 된다.
아울러, 상기 해수 배출부(230)에는 배출되는 해수내 염도를 측정하는 염도측정기(260)가 장착될 수 있다.
작업자는 상기 염도측정기(260)를 통해 추출되는 담수에 포함된 염분의 양이 생활 용수나 산업 용수 등에서 요구하는 허용수치 이하인지를 쉽게 파악할 수 있으며, 이를 통해 폐필터의 재생이 성공적으로 이루어졌는지와 필터링 효율은 어느 정도 인지를 판단할 수 있게 된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치를 이용하면 다음과 같은 방법으로 폐필터를 재생시킬 수 있게 된다.
먼저, 챔버(100) 내부에 폐필터를 투입한 후에 챔버(100) 내부로 세척수를 통과 또는 순환시켜 폐필터의 표면에 달라붙은 각종 이물질을 제거한다.
그리고, 세척수를 모두 배출시킨 다음 열풍기(130)를 이용하여 챔버(100) 내부로 건조공기를 통과시켜 세척된 폐필터를 건조시킨다.
폐필터의 건조가 완료되면 진공펌프(P)를 이용하여 챔버(100)의 압력을 저하시킨 상태에서 흡착가스를 투입시킨다.
이렇게 하면 흡착가스가 폐필터의 표면으로 균일하게 확산 및 흡착되면서 폐필터의 반투막 표면이 미세하게 용해되면서 식각처리되며 이 과정에서 폐필터의 재생이 이루어진다.
일정시간이 경과하여, 흡착가스와 폐필터의 반투막 표면과의 반응이 충분히 이루어지면, 폐필터의 재생이 완료된다.
폐필터의 재생이 완료되면 챔버(100) 내에 세척수를 통과시켜 챔버(100) 내부에 잔존하는 흡착가스와 식각처리 과정에서 발생된 이물들을 모두 제거한다.
이와 같이, 폐필터의 재생이 완료된 이후에는 폐필터의 재생이 성공적으로 이루어졌는지, 재생된 폐필터의 필터링 성능이 기준치를 만족하는지 등을 판단하도록 테스트를 수행한다.
이러한 테스트 과정은 챔버(100)에 투입한 후 염수를 유입시키고 유량측정기(250)와 염도측정기(260)를 이용하여 추출되는 담수의 유량과 담수의 염도를 측정하여 재생 여부 및 필터링 효율을 확인하는 방식으로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명은 흡착가스를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각방식으로 폐필터를 재생시켜 주기 때문에 역삼투막 필터의 교체에 따른 담수화 운용비용을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 폐필터로 인하여 발생되는 환경문제도 최소화시킬 수 있게 된다.
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.
100...챔버 110...세척수 유입부
120...건조공기 유입부 140...세척수 배출부
150...건조공기 배출부 170...흡착가스 유입부
180...흡착가스 배출부 190...농도측정기
220...해수 유입부 230... 해수 배출부
240...담수 배출부 250...유량측정기
260...염도측정기
120...건조공기 유입부 140...세척수 배출부
150...건조공기 배출부 170...흡착가스 유입부
180...흡착가스 배출부 190...농도측정기
220...해수 유입부 230... 해수 배출부
240...담수 배출부 250...유량측정기
260...염도측정기
Claims (3)
- 세척수와 건조공기를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 세척 건조와 흡착가스를 이용하여 상기 세척 건조유닛을 통과한 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 용해시키는 식각처리를 수행하는 챔버;
상기 챔버의 일측에 형성된 세척수 유입부와 건조공기 유입부와 흡착가스 유입부와 세척수 유입부와 해수유입부;
상기 챔버의 타측에 형성된 세척수 배출부와 건조공기 배출부와 흡착가스 배출부와 세척수 배출부와 해수 배출부담수 배출부;
상기 챔버에 설치된 진공펌프;
상기 흡착가스 배출부에 장착되어 배출되는 흡착가스의 농도를 측정하는 농도측정기;
상기 담수 배출부에 장착되어 배출되는 해수의 유량을 측정하는 유량측정기; 및
상기 해수 배출부에 장착되어 배출되는 해수내 염도를 측정하는 염도측정기;를 포함하고,
상기 흡착가스는 불화암모늄(NH4F)과 불화수소(HF)와 질산(HNO3)에 탄산(H2CO3)을 혼합한 가스이며,
상기 건조공기 유입부에는 건조공기를 발생시키는 히터와 송풍기를 구비한 열풍기가 설치되고,
상기 챔버는 세척수 배출부를 통해 외부로 배출된 세척수가 상기 세척수 유입부를 통해 재유입되어 챔버의 내부를 순환할 수 있도록 세척수 유입부와 세척수 배출부를 연결하는 순환유로를 구비한 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치.
- 제1항의 담수화용 역삼투막 필터의 재생장치를 이용한 담수화용 역삼투막 필터의 재생방법으로서,
세척수를 이용하여 담수화용 역삼투막 필터의 표면에 달라붙은 이물질을 제거하는 단계;
건조공기를 이용하여 세척된 담수화용 역삼투막 필터를 건조시키는 단계; 및
불화암모늄(NH4F)과 불화수소(HF)와 질산(HNO3)에 탄산(H2CO3)을 혼합한 흡착가스를 이용하여 건조된 담수화용 역삼투막 필터의 반투막 표면을 미세하게 용해하여 식각처리 하는 단계;를 포함하고,
상기 식각처리 하는 단계 이후에, 식각처리된 담수화용 역삼투막 필터에 염수를 통과시켜 필터링되는 담수의 유량과 염도를 측정하여 재생 여부 및 필터링 효율을 확인하는 단계를 더 거치도록 하는 담수화용 역삼투막 필터의 재생방법. - 삭제
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2023
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