KR20120068066A - 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법 - Google Patents

삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 염수가 유입되는 염수 유입구와, 농축된 염수가 배출되는 농축수 배출구와, 농축된 유도 용액이 공급되는 용액 유입구와, 삼투막에 의해 염수에서 유도된 담수가 혼합되어 희석된 유도 용액이 배출되는 용액 배출구를 구비하는 삼투막 모듈과; 상기 삼투막 모듈의 용액 배출구와 연결되는 용액 배출 배관과; 상기 용액 배출 배관과 이의 유입구가 연결 설치되고, 희석된 유도용액에서 담수를 회수하고, 담수 배출구를 통해 배출하고, 농축된 유도용액을 배출구를 통해 배출하는 나노필터와; 상기 나노필터의 유입구 전단에 설치되어 희석된 유도용액을 가압하여 상기 나노필터로 공급하는 가압펌프와; 상기 나노필터의 배출구와 상기 삼투막 모듈의 용액 유입구를 연결하는 농축 용액 회수 배관과; 상기 삼투막 모듈의 염수 유입구와 연결되어 염수를 공급하는 염수 유입 배관; 및 상기 삼투막 모듈의 농축수 배출구와 연결되어 농축수를 배출하는 농축수 배출 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 삼투현상 유도용액으로서 휴믹산 수용액을 사용함에 따라 휴믹산의 물에 대한 용해도가 큼과 점성이 작음으로 인하여 높은 삼투압을 유발함과 동시에 농도분극에 의한 담수 생산유량 감소를 최소화하여 지속적인 담수 생산량을 확보할 수 있고, 휴믹산의 분자량보다 투과분자량이 상당히 작은 나노필터를 적용함에 따라 생산수의 수질을 보증할 수 있고, 나노필터에 적용되는 압력이 역삼투 대비 40% 이하 수준으로서 고압 펌프가 불필요하고, 이에 따라 고압 펌프의 구동을 위한 에너지 소비가 60% 이상 절감됨에 따라 생산단가를 크게 절감할 수 있으며, 복수의 관형 또는 중공사형 삼투막 모듈을 나노필터와 최소 배관연결로 유니트(UNIT)화함에 따라 담수장치의 설계와 운전이 간편해질 수 있다.

Description

삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법{FORWARD OSMOTIC DESALINATION DEVICE FOR USING OSMOTIC MEMBRANE AND NANOFILTER AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 정삼투 담수화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 해수, 기수(brackish water), 하수처리방류수 등의 염수로부터 담수를 회수하기 위한 것으로서, 유입 염수는 삼투막을 경계로 반대편의 유입 염수보다 삼투압이 높은 유도 용액과의 삼투압차에 의해 염수중의 담수는 삼투막을 통과하게 되고, 삼투압에 의하여 막을 통과한 물과 희석된 유도용액은 나노필터로 압송된 후 다시 회수되어 연속 순환되고, 나노필터를 통과한 생산수를 생산하도록 하는 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법에 관한 것이다.
담수화 방법으로는 크게 증발법과 막여과법으로 대별된다.
현재 담수화 기술은 증발법에서 요구되는 고에너지, 고비용 문제를 극복하기 위하여 막의 성능개선과 생산단가의 절감을 기반으로 급속하게 막분리식으로 전환되고 있다. 향후 담수화 기술은 역삼투법의 담수 생산단가의 절감에 집중될 것이나 염수의 삼투압을 극복하고 그 이상의 압력을 적용해야만 담수를 생산할 수 있다는 전제는 유지된다. 예를 들어 해수의 경우는 25기압 이상의 삼투압을 가지고 있는데, 역삼투막에서의 압력손실 등을 고려할 때 최소 40기압 이상으로 운전해야하는데, 이에 따른 고가의 고압펌프 설치 및 전력사용에 따라 생산단가의 절감은 저단가의 막생산과 관계없이 한계에 이른다.
이와 같은 역삼투 기술과 대별되어 최근 관심을 받고 있는 담수화 기술이 삼투 기술이다.
삼투 기술은 삼투막 사이에 염수와 해당 염수보다 삼투압이 최소한 같거나 큰 용액, 즉 삼투 유도용액(draw solution)의 삼투압 차이만큼 농도의 평형을 유지하기 위하여 염수중의 담수가 반투과막을 통과하여 담수를 회수한다.
삼투 담수기술의 경우에는 담수의 회수가 삼투압차에 의하여 자연적으로 발생하여 무동력으로 담수가 생산가능하지만 담수를 포함한 유도용액으로부터 담수만을 회수하기 위한 에너지가 필요한데 유도용질만을 회수하여 순환하는 방법과 유도용질의 특성에 따라 소요되는 에너지는 다양할 수 있으며, 심지어 역삼투에 소요되는 에너지 소비량보다 클 수도 있다. 따라서 삼투 기술의 핵심은 삼투현상을 유발하는 유도용액에서 그 용질의 회수 및 순환에 소요되는 에너지의 최소화에 달려 있다.
따라서 향후 담수화 기술의 생산단가 절감을 지속적으로 실현하기 위하여 삼투 담수기술에서 적정 유도용액의 선정, 적용 농도 및 효율적인 유도용질의 회수기술과 삼투용 전용막과 적용가능한 모듈 개발이 필수적이다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위한 것으로, 유입 염수로부터 담수를 회수하기 위한 관형 또는 중공사형 삼투막 모듈을 복수로 병렬 연결하고, 유입 염수로부터 담수회수를 유도하는 유입염수보다 삼투압이 높고, 자연적속에서 안정적으로 존재하고, 물에 대한 용해도가 높고, 낮은 점성을 가지고 있어 높은 삼투압을 유발할 수 있는 휴믹산(humic acid)을 유도용액으로 사용하여 유입염수로부터 회수된 담수와 유도용액의 희석용액으로부터 생산수(최종 담수)를 생산하고 잔류한 유도용액은 다시 삼투막으로부터 담수를 회수하기 위하여 나노필터로 순환시킴으로써 삼투막을 통한 담수 회수율이 크고 막의 오염 및 막의 내외부 농도분극을 최소화할 수 있고, 역삼투 대비 최소 60% 이상 에너지를 절감함과 동시에 운전 및 유지관리가 용이하도록 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
염수가 유입되는 염수 유입구와, 농축된 염수가 배출되는 농축수 배출구와, 농축된 유도 용액이 공급되는 용액 유입구와, 삼투막에 의해 염수에서 유도된 담수가 혼합되어 희석된 유도 용액이 배출되는 용액 배출구를 구비하는 삼투막 모듈과; 상기 삼투막 모듈의 용액 배출구와 연결되는 용액 배출 배관과; 상기 용액 배출 배관과 이의 유입구가 연결 설치되고, 희석된 유도용액에서 담수를 회수하고, 담수 배출구를 통해 배출하고, 농축된 유도용액을 배출구를 통해 배출하는 나노필터와; 상기 나노필터의 유입구 전단에 설치되어 희석된 유도용액을 가압하여 상기 나노필터로 공급하는 가압펌프와; 상기 나노필터의 배출구와 상기 삼투막 모듈의 용액 유입구를 연결하는 농축 용액 회수 배관과; 상기 삼투막 모듈의 염수 유입구와 연결되어 염수를 공급하는 염수 유입 배관; 및 상기 삼투막 모듈의 농축수 배출구와 연결되어 농축수를 배출하는 농축수 배출 배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 삼투막 모듈은 측면 상하단에 상기 염수 유입구와 농축수 배출구가 형성되는 압력 케이스와; 내부가 빈 반구 형태로 형성되고, 각각의 끝단에 상기 용액 유입구와 용액 배출구가 형성되어 상기 압력 케이스의 상하단에 결합되는 압력 커버; 및 다발의 관형 또는 중공사형으로 형성되고, 각각의 상하단이 원판 형태의 고정 부재에 평행하게 고정되어 상기 압력 케이스 내에서 이의 길이 방향으로 설치되는 삼투막으로 이루어진다.
여기에서 또한, 상기 삼투막 모듈은 상기 염수 유입 배관과 염수 유입구를 통하여 상기 압력 케이스로 유입된 염수가 상기 삼투막의 외부와 접촉되어 염수에 포함된 담수가 상기 삼투막의 내부를 통하여 흐르는 농축된 유도용액과의 삼투압 차이에 의하여 상기 삼투막을 통과하여 희석된 유도용액과 혼합되어 흐르도록 하고, 담수가 회수되어 농축된 염수가 상기 농축수 배출구 및 농축수 배출 배관을 통하여 연속적으로 배출시킴과 동시에 상기 삼투막을 통하여 흐르는 희석된 유도용액이 상기 용액 배출구를 통하여 배출시켜 상기 용액 배출 배관을 통해 상기 나노필터로 압송된 후 상기 나노필터에 의하여 담수와 혼합된 유도용액중의 담수가 생산수로서 상기 담수 배출구를 통해 배출되도록 하고, 상기 나노필터의 배출구를 통해 농축된 유도용액이 배출되면 상기 농축 용액 회수 배관을 통해 상기 용액 유입구로 순환시킨다.
여기에서 또, 상기 유도용액은 물에 대한 높은 용해도 및 낮은 점성과 자연에서 안정된 상태로 존재하는 휴믹산(humic acid) 수용액을 사용하고, 휴믹산 수용액의 농도는 유입되는 염수의 삼투압과 동일한 삼투압을 나타내는 농도부터 해당 농도의 포화용해도까지의 범위에서 결정한다.
여기에서 또, 상기 나노필터는 유도용액으로 사용된 휴믹산의 분자량보다 투과분자량이 작은 규격을 사용한다.
여기에서 또, 상기 삼투막 모듈은 병렬 다수개가 설치되어 1개의 유니트(UNIT)로 구성되되, 상기 삼투막 모듈의 설치 개수를 동일 압력에서의 상기 나노필터의 투과유량을 상기 삼투막 모듈의 담수 회수유량으로 나누어 결정하고, 상기 유니트의 삼투막 모듈의 개수가 담수회수유량이 나노필터의 투과량을 넘지 않는 범위에서 결정한다.
여기에서 또, 상기 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치는 상기 농축 용액 회수 배관 상에 전기 전도도계를 설치하고, 상기 나노필터의 담수 배출구의 후단에 유량계를 설치하여 상기 전기 전도도계의 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 상기 유량계의 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 자동으로 통보하는 컨트롤러를 더 구비한다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 정삼투 담수화 장치를 이용한 정삼투 담수화 방법에 있어서, 염수를 취수한 후 자연 유하 또는 가압하여 삼투막 모듈의 삼투막 외부로 일정 흐름을 갖도록 공급하여 배출하는 염수 공급 공정과; 농축된 유도 용액을 상기 삼투막 모듈의 삼투막 내부로 염수와 반대 방향의 흐름을 갖도록 공급하여 삼투압에 의해 염수에서 담수를 분리하여 배출하는 삼투 공정과; 상기 삼투막 모듈에서 담수와 혼합되어 희석된 유도 용액을 나노필터로 배출하는 희석 용액 배출 공정; 및 상기 나노필터에서 희석된 유도 용액을 상호 분리시켜 담수인 생산수를 외부로 배출시키고, 농축된 유도 용액을 상기 삼투막 모듈로 순환 공급하는 생산수 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법은 농축 용액 회수 배관 상에 설치된 전기전도도계로부터 측정된 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 상기 나노필터의 담수 배출구의 후단에 설치된 유량계로부터 측정된 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 자동으로 통보하는 모니터링 공정을 더 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치 및 방법에 따르면, 삼투현상 유도용액으로서 휴믹산 수용액을 사용함에 따라 휴믹산의 물에 대한 용해도가 큼과 점성이 작음으로 인하여 높은 삼투압을 유발함과 동시에 농도분극에 의한 담수 생산유량 감소를 최소화하여 지속적인 담수 생산량을 확보할 수 있고, 휴믹산의 분자량보다 투과분자량이 상당히 작은 나노필터를 적용함에 따라 생산수의 수질을 보증할 수 있고, 나노필터에 적용되는 압력이 역삼투 대비 40% 이하 수준으로서 고압 펌프가 불필요하고, 이에 따라 고압 펌프의 구동을 위한 에너지 소비가 60% 이상 절감됨에 따라 생산단가를 크게 절감할 수 있으며, 복수의 관형 또는 중공사형 삼투막 모듈을 나노필터와 최소 배관연결로 유니트(UNIT)화함에 따라 담수장치의 설계와 운전이 간편해질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치중 삼투막 모듈의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치의 구성을 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치중 삼투막 모듈의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 측단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치(100)는, 삼투막 모듈(110)과, 용액 배출 배관(120)과, 나노필터(130)와, 가압펌프(140)와, 농축 용액 회수 배관(150)과, 염수 유입 배관(160)과, 농축수 배출 배관(170)으로 구성된다.
먼저, 삼투 막모듈(110)은 압력 케이스(111)와, 압력 커버(113)와, 삼투막(115)으로 구성된다.
압력 케이스(111)는 스테인레스 또는 강화 아크릴 재질로 중공상으로 형성되고, 측면 상단에 해수, 기수(brackish water), 하수처리방류수 등의 염수가 유입되는 염수 유입구(111a)와 염수에서 담수가 분리되어 측면 하단에 농축된 농축수를 배출하는 농축수 배출구(111b)가 형성된다. 여기에서, 압력 케이스(111)는 상하단 내주면에 하기에서 설명할 삼투막(115)의 고정 부재(115a)가 고정되는 제 1고정턱(111c)이 돌출 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서 또한, 압력 케이스(111)는 상하단 내주면에 하기에서 설명할 압력 커버(113)와 결합을 위해 나사탭(111d)이 형성되는 것이 바람직하며, 나사탭 이외에 클램프 방식, 후크 결합, 용접 결합 등으로 결합될 수도 있다.
압력 커버(113)는 삼투막(115)에 압력과 유량을 균등하게 공급하도록 압력 케이스(111)와 동일 재질로 내부가 빈 반구 형태로 형성되고, 압력 케이스(111) 내에서 흐르는 염수와 흐름 방향을 반대로 하여 농축된 유도 용액(draw solution)을 유입시켜 담수가 혼합되어 희석된 유도 용액을 배출시키도록 각각의 끝단에 용액 유입구(113a)와 용액 배출구(113b)가 형성되어 압력 케이스(111)의 상하단에 결합된다. 여기에서, 압력 커버(113)는 내주면에 삼투막(115)의 고정 부재(115a)가 고정되는 제 2고정턱(113c)이 돌출 형성되는 것이 바람직하다. 여기에서 또한, 압력 커버(113)는 하단 외주면에 압력 커버(113)와 결합을 위해 나사탭(113d)이 형성되는 것이 바람직하며, 나사탭 이외에 클램프 방식, 후크 결합, 용접 결합 등으로 결합될 수도 있다. 이때, 유도 용액과 염수의 흐름을 반대로 하는 이유는 압력 케이스(111) 내부 전체에서 유도 용액과 염수의 삼투압차를 일정하게 유지하여 염수중의 담수가 지속적으로 삼투압에 의하여 삼투막(115) 내부로 유입하게 하기 위함이고, 유도 용액은 물에 대한 높은 용해도 및 낮은 점성과 자연에서 안정된 상태로 존재하는 휴믹산(humic acid) 수용액을 사용하고, 휴믹산 수용액의 농도는 유입되는 염수의 삼투압과 동일한 삼투압을 나타내는 농도부터 해당 농도의 포화용해도까지의 범위에서 결정한다.
삼투막(115)은 다발의 관형 또는 중공사형으로 형성되고, 각각의 상하단이 원판 형태의 고정 부재(115a)에 평행하게 고정되어 압력 케이스(111) 내에서 이의 길이 방향으로 설치된다. 여기에서, 고정 부재(115a)는 삼투막(115)의 외측면 밀봉을 위해 레진과 같은 수지 재질로 삼투막(115)의 상하단과 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 삼투막(115)의 고정 부재(115a)를 압력 케이스(111)의 제 1고정턱(111c)과 압력 커버(113)의 제 2고정턱(113c) 사이에 설치시 수밀을 위하여 그 단면 형상이 "디귿자"인 패킹(117)이 설치되는 것이 바람직하고, 압력 케이스(111)의 나사탭(111d)과 압력 커버(113)의 나사탭(113d) 사이에는 오링(119)이 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 삼투막 모듈(110)은 병렬 다수개가 설치되어 1개의 유니트(UNIT)로 구성되되, 삼투막 모듈(110)의 설치 개수를 동일 압력에서의 하기에서 설명할 나노필터(130)의 투과유량을 삼투막 모듈(110)의 담수 회수유량으로 나누어 결정하고, 유니트의 삼투막 모듈(110)의 개수가 담수회수유량이 나노필터(130)의 투과량을 넘지 않는 범위에서 결정한다.
그리고, 용액 배출 배관(120)은 삼투막 모듈(110)의 압력 커버(113)에 형성된 용액 배출구(113b)와 연결된다. 여기에서, 용액 배출 배관(120)은 각각의 삼투막 모듈(110)의 용액 배출구(113b)와 분기식으로 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 나노필터(130)는 용액 배출 배관(120)과 이의 유입구(131)가 연결 설치되고, 희석된 유도용액에서 담수를 회수하고, 담수 배출구(133)를 통해 배출하고, 농축된 유도용액을 배출구(135)를 통해 배출한다. 여기에서, 나노필터(130)는 유도용액으로 사용된 휴믹산의 분자량보다 투과분자량이 작은 규격을 사용한다.
또, 가압펌프(140)는 용액 배출 배관(120) 상인 나노필터(130)의 유입구(131) 전단에 설치되어 희석된 유도용액을 가압하여 나노필터(130)로 공급한다.
한편, 농축 용액 회수 배관(150)은 나노필터(130)의 배출구(135)와 삼투막 모듈(110)의 압력 커버(113)에 형성된 용액 유입구(113a)를 연결한다. 여기에서, 농축 용액 회수 배관(150)은 각각의 삼투막 모듈(110)의 용액 유입구(113a)와 분기식으로 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
그리고, 염수 유입 배관(160)은 삼투막 모듈(110)의 염수 유입구(111a)와 연결되어 염수를 공급한다. 여기에서, 염수 유입 배관(160)은 각각의 삼투막 모듈(110)의 염수 유입구(111a)와 분기식으로 병렬 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 염수는 자연 유하 방식으로 염수 유입 배관(160)을 통해 삼투막 모듈(110)의 염수 유입구(111a)로 유입될 수 있고, 별도의 가압펌프(미도시)를 설치하여 가압시킬 수도 있다.
또한, 농축수 배출 배관(170)은 삼투막 모듈(110)의 농축수 배출구(111b)와 연결되어 농축수를 배출한다. 여기에서, 농축수 배출 배관(170)은 각각의 삼투막 모듈(110)의 농축수 배출구(111b)와 분기식으로 병렬 연결되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치(100)는 농축 용액 회수 배관(150) 상에 전기 전도도계(180)를 설치하고, 나노필터(130)의 담수 배출구(133)의 후단에 유량계(190)를 설치하여 전기 전도도계(180)의 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 유량계(190)의 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 컨트롤러(200)에서 자동으로 통보한다. 이때, 통보 방법은 알람, 경고등, SMS 등 다양한 방법이 적용된다.
이하, 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 염수가 염수 유입 배관(160)을 취수되어 삼투막 모듈(110)의 염수 유입구(111a)로 유입된다.
그리고, 유입된 염수는 삼투막 모듈(110)의 압력 케이스(111) 내에 흐름이 형성되어 삼투막 모듈(110)의 농축수 배출구(111b)와 농축수 배출 배관(170)을 통해 외부로 배출된다.
이와 동시에 농축된 유도용액은 농축 용액 회수 배관(150)을 통해 삼투막 모듈(110)의 용액 유입구(113a)로 유입되어 삼투막(115) 내부에서 염수와 반대 방향으로 흐르면서 삼투압이 발생하게 되고, 삼투압에 의해 염수 내의 담수가 분리된다.
그리고, 담수와 혼합되어 희석된 유도용액은 삼투막 모듈(110)의 용액 배출구(113b)와 용액 배출 배관(120)을 통해 나노필터(130)의 유입구(131)로 유입된다. 이때, 가압펌프(140)에 의해 희석된 유도용액이 가압되어 나노필터(120)로 공급된다.
그러면, 나노필터(130)에서 희석된 유도용액에서 담수를 회수하고, 담수 배출구(133)를 통해 배출하고, 농축된 유도용액을 배출구(135)를 통해 배출하면, 농축된 유도용액의 농축 용액 회수 배관(150)을 통해 삼투막 모듈(110)의 용액 유입구(113a)로 유입된다.
그리하여, 유도용액이 연속 순환되고, 염수가 지속적으로 공급됨으로써 연속해서 나노필터(130)에서 담수가 생산된다.
한편, 컨트롤러(200)는 전기 전도도계(180)와 유량계(190)를 모니터링하는 데, 전기 전도도계(180)의 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 유량계(190)의 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 자동으로 통보한다. 이때, 유량계(190)의 유량이 평상시 운전보다 10% 감소하는 경우 나노필터(130)를 세정하거나 교체하고, 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하는 경우 삼투막 모듈(110)을 세정하거나 교체한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
110 : 삼투막 모듈 120 : 용액 배출 배관
130 : 나노필터 140 : 가압펌프
150 : 농축 용액 회수 배관 160 : 염수 유입 배관
170 : 농축수 배출 배관 180 : 전기 전도도계
190 : 유량계 200 : 컨트롤러

Claims (9)

  1. 염수가 유입되는 염수 유입구와, 농축된 염수가 배출되는 농축수 배출구와, 농축된 유도 용액이 공급되는 용액 유입구와, 삼투막에 의해 염수에서 유도된 담수가 혼합되어 희석된 유도 용액이 배출되는 용액 배출구를 구비하는 삼투막 모듈과;
    상기 삼투막 모듈의 용액 배출구와 연결되는 용액 배출 배관과;
    상기 용액 배출 배관과 이의 유입구가 연결 설치되고, 희석된 유도용액에서 담수를 회수하고, 담수 배출구를 통해 배출하고, 농축된 유도용액을 배출구를 통해 배출하는 나노필터와;
    상기 나노필터의 유입구 전단에 설치되어 희석된 유도용액을 가압하여 상기 나노필터로 공급하는 가압펌프와;
    상기 나노필터의 배출구와 상기 삼투막 모듈의 용액 유입구를 연결하는 농축 용액 회수 배관과;
    상기 삼투막 모듈의 염수 유입구와 연결되어 염수를 공급하는 염수 유입 배관; 및
    상기 삼투막 모듈의 농축수 배출구와 연결되어 농축수를 배출하는 농축수 배출 배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼투막 모듈은,
    측면 상하단에 상기 염수 유입구와 농축수 배출구가 형성되는 압력 케이스와;
    내부가 빈 반구 형태로 형성되고, 각각의 끝단에 상기 용액 유입구와 용액 배출구가 형성되어 상기 압력 케이스의 상하단에 결합되는 압력 커버; 및
    다발의 관형 또는 중공사형으로 형성되고, 각각의 상하단이 원판 형태의 고정 부재에 평행하게 고정되어 상기 압력 케이스 내에서 이의 길이 방향으로 설치되는 삼투막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 삼투막 모듈은,
    상기 염수 유입 배관과 염수 유입구를 통하여 상기 압력 케이스로 유입된 염수가 상기 삼투막의 외부와 접촉되어 염수에 포함된 담수가 상기 삼투막의 내부를 통하여 흐르는 농축된 유도용액과의 삼투압 차이에 의하여 상기 삼투막을 통과하여 희석된 유도용액과 혼합되어 흐르도록 하고, 담수가 회수되어 농축된 염수가 상기 농축수 배출구 및 농축수 배출 배관을 통하여 연속적으로 배출시킴과 동시에 상기 삼투막을 통하여 흐르는 희석된 유도용액이 상기 용액 배출구를 통하여 배출시켜 상기 용액 배출 배관을 통해 상기 나노필터로 압송된 후 상기 나노필터에 의하여 담수와 혼합된 유도용액중의 담수가 생산수로서 상기 담수 배출구를 통해 배출되도록 하고, 상기 나노필터의 배출구를 통해 농축된 유도용액이 배출되면 상기 농축 용액 회수 배관을 통해 상기 용액 유입구로 순환시키는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도용액은,
    물에 대한 높은 용해도 및 낮은 점성과 자연에서 안정된 상태로 존재하는 휴믹산(humic acid) 수용액을 사용하고, 휴믹산 수용액의 농도는 유입되는 염수의 삼투압과 동일한 삼투압을 나타내는 농도부터 해당 농도의 포화용해도까지의 범위에서 결정하는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 나노필터는,
    유도용액으로 사용된 휴믹산의 분자량보다 투과분자량이 작은 규격을 사용하는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼투막 모듈은,
    병렬 다수개가 설치되어 1개의 유니트(UNIT)로 구성되되, 상기 삼투막 모듈의 설치 개수를 동일 압력에서의 상기 나노필터의 투과유량을 상기 삼투막 모듈의 담수 회수유량으로 나누어 결정하고, 상기 유니트의 삼투막 모듈의 개수가 담수회수유량이 나노필터의 투과량을 넘지 않는 범위에서 결정하는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치는,
    상기 농축 용액 회수 배관 상에 전기 전도도계를 설치하고, 상기 나노필터의 담수 배출구의 후단에 유량계를 설치하여 상기 전기 전도도계의 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 상기 유량계의 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 자동으로 통보하는 컨트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 삼투막과 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 장치.
  8. 제 1 항의 정삼투 담수화 장치를 이용한 정삼투 담수화 방법에 있어서,
    염수를 취수한 후 자연 유하 또는 가압하여 삼투막 모듈의 삼투막 외부로 일정 흐름을 갖도록 공급하여 배출하는 염수 공급 공정과;
    농축된 유도 용액을 상기 삼투막 모듈의 삼투막 내부로 염수와 반대 방향의 흐름을 갖도록 공급하여 삼투압에 의해 염수에서 담수를 분리하여 배출하는 삼투 공정과;
    상기 삼투막 모듈에서 담수와 혼합되어 희석된 유도 용액을 나노필터로 배출하는 희석 용액 배출 공정; 및
    상기 나노필터에서 희석된 유도 용액을 상호 분리시켜 담수인 생산수를 외부로 배출시키고, 농축된 유도 용액을 상기 삼투막 모듈로 순환 공급하는 생산수 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법은,
    농축 용액 회수 배관 상에 설치된 전기전도도계로부터 측정된 전기전도도가 평상시 운전보다 10% 증가하거나 상기 나노필터의 담수 배출구의 후단에 설치된 유량계로부터 측정된 유량이 평상시 운전보다 10% 감소시 이상 발생을 자동으로 통보하는 모니터링 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼투막 및 나노필터를 이용한 정삼투 담수화 방법.
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