KR20120073080A

KR20120073080A - 정삼투와 압력지연삼투와 막증류 공정을 이용한 해수로부터의 용수 및 에너지 생산장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120073080A
Application number: KR1020110042015A
Authority: KR
Inventors: 이상호; 최준석; 김환; 김재경; 조재석
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-05-03
Publication date: 2012-07-04
Also published as: KR101268936B1

Abstract

본 발명은 정삼투 공정과 압력지연삼투 공정과 막증류 공정을 융합시켜 용수 및 에너지 생산 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 해수담수화 공정에 적용되는 정삼투 공정과 압력지연삼투 공정을 조합하여 용수생산과 에너지를 동시에 생산하고, 정삼투 공정에서 발생한 유도용액과 생산수를 막증류 장치를 이용하여 회수함과 동시에 담수를 생산함으로서 무한에너지원인 해수를 이용하여 에너지를 생산함과 동시에 저에너지의 담수화 기술을 구현하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

정삼투와 압력지연삼투와 막증류 공정을 이용한 해수로부터의 용수 및 에너지 생산장치 및 방법{Membrane Module Holder and Loading Device and Method for Desalination and Water Treatment}

본 발명은 정삼투와 압력지연삼투와 막증류 공정을 이용한 용수 및 에너지 생산장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 해수담수화 공정에 적용되는 정삼투 공정과 압력지연삼투 공정을 융합하여 용수와 에너지를 동시에 생산하고, 정삼투 공정에서 발생한 유도용액과 생산수(여과수)를 막증류 공정에 투입하여 담수를 생산함으로써, 무한 에너지원인 해수를 이용하여 에너지를 생산함과 동시에 저(低)에너지 소비를 통한 담수화를 실현할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

물은 투과시키지만 물에 용해되어 있는 용질(이온 및 분자)은 거의 투과시키지 않는 성질을 가진 반투과성 멤브레인을 고농도 용액과 저농도 용액 사이에 설치하면 저농도 용액의 용매가 고농도 용액으로 이동하여 농도 평형을 이루려 하는 자연현상이 발생하며 이를 "삼투작용" 또는 "삼투현상"이라고 한다. 삼투현상은 1867년 독일의 화학자 M. 트라우베가 발견하였고, 삼투현상에 의해 발생하는 삼투압은 1877년 페퍼가 처음으로 측정하였다.

정삼투 공정은 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 기술에 비해 매우 경제적이라는 장점이 있는데, 반투과성 멤브레인 즉, 물은 통과시키지만 용질(이온성 물질 및 분자)은 거의 통과시키지 않는 반투과성 멤브레인을 사용하여 해수를 담수로 만들게 된다. 특히, 정삼투 공정에서는, 고압펌프에 의한 수리학적 압력을 운전압력으로 사용하는 대신에, 높은 삼투압을 가진 용액을 유도용액(draw solution)으로 사용하기 때문에, 해수담수화를 위하여 소모되는 에너지를 공급하기 위한 비용 즉, 에너지 비용을 역삼투 공정에 비하여 더 감소시킬 수 있다. 정삼투 공정에서 사용되는 유도용액(draw solution)은 고농도의 용액으로서 높은 삼투압을 가지고 있어 정삼투 공정의 운전압력을 만들어 내는 역할을 한다. 이러한 유도용액은 드로우 솔류션(draw solution), 오스모틱 에이전트(osmotic agent), 오스모틱 미디어(osmotic media), 드라이빙 솔류션(driving solution), 오스모틱 엔진(osmotic engine), 샘플 솔류션(sample solution) 등의 다양한 용어로 명칭되고 있다.

한편, 압력지연삼투 공정은 정삼투 공법의 기본 원리와 맥락을 같이 하고 있는데, 저농도의 공급용액(feed solution)과 고농도의 유도용액 사이에 반투과성 멤브레인을 설치하는 구성을 이용하여 전력을 생산하게 된다. 이러한 압력지연삼투 공정은, 물 생산에 목적이 있는 정삼투 공정이나 역삼투 공정과 달리, 전력생산에 주된 목적이 있다. 이와 같이, 삼투현상을 이용하여 전력을 생산하는 압력지연삼투 공정은, 무한한 자원인 해수를 전력 생산에 이용하기 때문에 안정적이고 경제적인 신 대체 에너지 생산기술로 주목받고 있다. 일반적으로 압력지연삼투 공정에서는 해수를 유도용액으로 사용하게 되며 강물을 공급용액으로 사용하게 되는데, 원천자원인 해수와 강물에 대한 변화 요소가 적기 때문에, 다른 대체 에너지 생산 기술보다 안정적인 전력생산이 가능한 친환경 기술이라고 할 수 있다.

막증류 공정은, 해수담수화에 널리 사용되고 있는 역삼투공정과는 달리, 소수성 고분자 합성 분리막을 이용한다. 약 섭씨 60도 내지 섭씨 90도 정도가 되는 수용액이 소수성막을 거치면, 액상의 비휘발성 용매는 막표면에서 반발되고 막기공에서 일어나는 증기상만이 기공을 투과하게 되고 그에 따라 용매와 용질의 분리가 일어나서 담수를 생산할 수 있게 되는 것이다.

종래의 정삼투 공정, 압력지연삼투 공정 및 막증류 공정은 각각 개별적인 공정으로서 독자적인 목적을 위해서 적용되었으나, 몇 가지 기술적인 문제로 인해서 실질적으로는 현장 적용이 어려운 문제점을 가지고 있다.

우선 정삼투 공정의 경우, 유도용액에 포함된 여과수 즉, 담수를 유도용액으로부터 분리해야 하는데, 이를 위해서 종래에는 유도용액을 증발시켜 유도용액과 담수를 분리하는 방법을 이용하였다. 그러나 이와 같이 증발을 이용하는 종래의 기술에서는, 유도용액을 가열하는데 따른 에너지 소모가 발생하게 되는 문제점이 있으며, 담수의 회수율이 낮기 때문에 음용수와 같이 실질적으로 활용가능한 담수를 생산하기 위해서는, 증발을 통해 분리해낸 담수를 다시 한 번 담수화 처리해야 하는 문제점을 가지고 있다.

압력지연삼투 공정의 경우, 해수와 담수를 이용하여 에너지를 생산한다는 장점은 있지만, 해수의 염농도가 낮은 지역에서는 에너지 발생량이 상대적으로 낮아지고, 공정 특성상 해수와 담수의 농도차가 클수록 에너지 발생효과가 크기 때문에 고농도의 염농도를 가지고 있는 해수지역에만 유리하다는 한계가 있다.

막증류 공정의 경우, 분리막에서 농축되는 고농도의 막증류 응축수를 별도의 처리를 통해서 안전하게 폐기해야 하는데 따른 추가비용이 소요되는 단점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술이 가지는 문제점과 기술적 한계를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 정삼투 공정과 압력지연삼투 공정과 막증류 공정의 세가지 공정을 융합하여 용수 및 에너지를 생산함으로써, 해수 담수화 및 유도용액의 회수를 위하여 소모되는 에너지를 줄이고 담수를 효율적으로 생산할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 정삼투막을 이용한 정삼투 공정이 진행되는 정삼투부, 압력지연삼투 공정이 진행되는 압력지연삼투부, 및 막증류 공정이 진행되는 막증류부로 구성된 장치를 이용함으로써, 정삼투 공정에서 발생하는 해수 농축액을 압력지연삼투 공정에 투입하여 에너지 생산에 활용함으로써 에너지 생산 효율을 더욱 향상시키며, 정삼투 공정에서 생산되는 유도용액 혼합액 즉, 여과수와 유도용액이 혼합된 용액을 막증류 공정에 투입하여 유도용액을 회수함과 동시에 순도 높은 담수를 생산함으로써, 해수의 화학에너지를 이용하여 담수를 효율적으로 생산함과 동시에 에너지 생산을 생산할 수 있도록 하는 장치와 방법이 제공된다.

구체적으로 본 발명에서는 상기한 과제를 달성하기 위하여, 정삼투막이 내장되어 있는 정삼투 모듈을 포함하고 있어, 정삼투 모듈로 유입되는 해수와 유도용액에 의한 정삼투 공정이 진행되는 정삼투부와; 압력지연삼투용 반투과막을 구비한 압력지연삼투 모듈, 담수가 상기 압력지연삼투 모듈로 유입되도록 하는 담수 유입관, 상기 압력지연삼투 모듈로부터 담수가 유출되는 담수 유출관, 농축액이 상기 압력지연삼투 모듈로부터 배출되는 농축액 유출관, 상기 농축액 유출관과 연결되어 압력지연을 조절할 수 있도록 하는 압력지연 밸브 및 상기 농축액 유출관에 설치되어 있으며 압력지연삼투 모듈로부터 발생된 압력을 이용하여 터빈을 가동하여 에너지를 발생시키는 전력발생장치를 포함하고 있어, 압력지연삼투 모듈로 유입되는 해수와 담수에 의한 압력지연삼투 공정이 진행되어 전력을 생산하는 압력지연삼투부를 포함하여 구성되며; 상기 정삼투부의 정삼투 공정에서 정삼투막을 통과하지 못해서 농축된 해수농축액이 배출되도록 하는 해수농축액 유출관이 상기 정삼투 모듈과 상기 압력지연삼투 모듈 사이에 연결되어 있어, 상기 해수농축액 유출관을 통해서 배출되는 해수농축액이 상기 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 상기 압력지연삼투 모듈로 유입되도록 구성되어 있어; 압력지연삼투 공정에 투입되는 공급용액의 염농도와 담수의 농도차를 증가시켜 에너지 생산 효율을 증가시키게 되는 것을 특징으로 하는 용수-에너지 생산장치가 제공된다.

또한 본 발명에서는, 위와 같은 구성에 더하여, 소수성 분리막을 구비하고 있어 막증류 공정이 이루어지는 막증류 모듈, 막증류 공정에 의해 생성되는 막증류 응축수가 배출되는 응축수 배출관, 및 막증류 공정에 의해 생산된 생산수를 배출하는 생산수 배출관을 포함하는 막증류부가 더 구비되어 있으며; 여과수와 유도용액이 혼합된 유도용액 혼합액을 정삼투 모듈로부터 배출시키는 유도용액 혼합액 배출관은 분기되어 제1분기관 및 제2분기관을 가지고 있으며, 상기 제1분기관은 상기 막증류 모듈과 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액이 상기 막증류 모듈로 공급되어 막증류 공정을 거치게 됨으로써 추가적인 담수화가 이루어지고; 상기 제2분기관은 상기 유도용액 저장조에 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액은 상기 정삼투부의 유도용액 저장조로도 공급되며; 상기 응축수 배출관은 상기 정삼투부의 유도용액 저장조와 연결되어 상기 막증류 응축수는 유도용액 저장조로 공급됨으로써, 유도용액 저장조로 유입된 유도용액 혼합액과 혼합되어 유도용액 저장조에 담겨진 용액의 농도가 저하되지 아니한 상태로 만들어서, 유도용액이 지속적으로 상기 유도용액 저장조로부터 정삼투부로 공급되도록 구성될 수 있다.

또한 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기한 용수-에너지 생산장치를 이용하여 담수로 이루어진 용수와 에너지를 생산하는 방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 기존 개별 공정을 융합시켜 일체로 이용함으로써 용수 생산과 에너지 생산을 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다.

특히, 종래의 정삼투 공정에서 발생하는 유도용액과 담수의 혼합액으로부터 유도용액을 회수할 때 열을 발생시켜 이용하는 방법보다, 에너지가 절감되고 담수의 생산효과가 높기 때문에 경비를 절감할 수 있다.

또한, 정삼투 공정에서 발생하는 해수농축수를 방류하여 버리던 종래의 기술과는 달리 압력지연삼투 장치의 유도용액으로 활용함으로써, 더욱 높은 농도차를 이용하여 더 큰 에너지 발생효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 정삼투 공정, 압력지연삼투 공정 및 막증류 공정이 조합된 용수 및 에너지 생산장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 용수 및 에너지 생산장치를 이용하여 유도용액을 회수할 때, 시간별 유도용액 생산 플럭스를 보여주는 그래프도이다.
도 3은 본 발명의 용수-에너지 생산장치를 이용하여 유도용액을 회수하는 상태의 결과를 시간과 전도도의 관계로 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 정삼투 공정, 압력지연삼투 공정 및 막증류 공정이 조합된 용수 및 에너지 생산장치(본 명세서 전체적으로 "용수-에너지 생산장치"라고 표기함)의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

구체적으로 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 용수-에너지 생산장치는 정삼투 공정이 진행되는 정삼투부(1)와, 압력지연삼투 공정이 진행되는 압력지연삼투부(2)와, 막증류 공정이 진행되는 막증류부(3)를 포함하여 구성된다.

상기 정삼투부(1)에는 정삼투막(18)이 내장되어 있는 정삼투 모듈(10)이 구비되어 있는데, 상기 정삼투 모듈(10)에는 공급용액으로서 해수가 상기 정삼투 모듈(10)로 유입되도록 하는 해수유입관(11)과, 유도용액 저장조(16)로부터 상기 정삼투 모듈(10)로 유도용액이 공급되도록 하는 유도용액 공급관(12)과, 상기 정삼투 모듈(10)에서 발생하는 해수농축액이 상기 정삼투 모듈(10)로부터 유출되도록 하는 해수농축액 유출관(13)과, 정삼투막을 통과한 여과수가 유도용액에 섞여서 상기 정삼투 모듈(10)로부터 배출되도록 하는 유도용액 혼합액 배출관(14)이 연결되어 있다. 상기 유도용액 혼합액 배출관(14)은 분기관으로 만들어져서, 분기된 제1분기관(140)은 후술하는 막증류부(3)의 막증류모듈(30)과 연결되며, 분기된 제2분기관(141)은 유도용액 저장조(16)와 연결된다.

상기 압력지연삼투부(2)에는, 압력지연삼투용 반투과막(28)을 구비한 압력지연삼투 모듈(20)과, 담수가 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되도록 하는 담수 유입관(21)과, 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 담수가 유출되는 담수 유출관(22)과, 농축액이 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 배출되는 농축액 유출관(23)과, 상기 농축액 유출관(23)과 연결되어 압력지연을 조절할 수 있도록 하는 압력지연 밸브(24)와, 상기 농축액 유출관(23)에 설치되어 있으며 압력지연삼투 모듈(20)로부터 발생된 압력을 이용하여 터빈을 가동하여 에너지를 발생시키는 공지의 전력발생장치(25)를 포함하고 있다. 특히, 본 발명에서는 상기 정삼투부(1)에 구비된 해수농축액 유출관(13)이 상기 압력지연삼투 모듈(20)에 연결되어 있어, 상기 해수 농축액 유출관(13)을 통해서 정삼투 모듈(10)로부터 배출되는 해수농축액(정삼투 공정의 결과로 만들어지는 해수농축액)이 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되는 구조를 가지고 있다.

상기 막증류부(3)에는, 소수성 분리막을 구비하고 있어 막증류 공정이 이루어지는 막증류 모듈(30)과, 막증류 공정에 의해 생성되는 막증류 응축수가 배출되는 응축수 배출관(31)과, 막증류 공정에 의해 생산된 생산수 즉, 담수를 배출하는 생산수 배출관(32)을 포함하고 있다. 특히, 본 발명에서는, 상기 유도용액 혼합액 배출관(14)으로 분기된 제1분기관(140)이 상기 막증류 모듈(30)에 연결되어 있으며, 상기 응축수 배출관(31)은 상기 정삼투부(1)의 유도용액 저장조(16)와 연결되어 있다. 도면에서 부재번호 34는 막증류 공정에 의해 생산된 생산수를 저장하기 위하여 필요에 따라 설치할 수 있는 생산수 저장조(34)이다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 용수-에너지 생산장치에서는 다음과 같은 공정이 진행된다.

우선 해수의 유입과 공급용액의 공급을 통해서 정삼투부(1)에서 정삼투 공정이 진행된다. 구체적으로, 해수유입관(11)을 통해서 해수가 공급용액으로서 상기 정삼투부(1)의 정삼투 모듈(10)로 유입됨과 동시에 유도용액 공급관(12)을 통해서 유도용액 저장조(16)로부터 유도용액이 상기 정삼투 모듈(10)로 공급된다. 그에 따라 정삼투막을 구비한 정삼투 모듈(10)에서는 정삼투 작용이 일어나게 된다. 이러한 정삼투 작용에 의한 정삼투 공정이 진행되면서, 정삼투막(18)을 통과하지 못한 염 등의 용질이 농축된 해수농축액이 생산되고 이러한 해수 농축액은 해수농축액 유출관(13)을 통해 정삼투 모듈(10)로부터 배출된다. 한편, 도 1에서 화살표 A 방향으로 정삼투막을 통과한 여과수는 유도용액과 함께 섞이게 되어 유도용액 혼합액이 만들어지고, 이러한 유도용액 혼합액은 유도용액 혼합액 배출관(14)을 통해 정삼투 모듈(10)로부터 배출된다.

앞서 설명한 것처럼, 본 발명에서는 상기 정삼투부(1)의 정삼투 모듈(10)에 연결된 해수농축액 유출관(13)이 압력지연삼투부(2)의 압력지연삼투 모듈(20)에 연결되어 있다. 따라서 해수농축액 유출관(13)을 통해 배출된 해수농축액은 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 공급된다. 상기 압력지연삼투 모듈(20)에는 담수 유입관(21)을 통해 담수가 공급되며, 압력지연삼투 모듈(20)에 내장된 압력지연삼투용 반투과막(28)을 통한 삼투과정을 거친 농축액은 농축액 유출관(23)을 통해 배출되고, 압력지연 밸브(24)와 전력발생장치(25)에 의해 전력이 생산된다. 정삼투 모듈(10)로부터 배출된 해수농축액은 일반 해수보다 더 높은 농도를 가지고 있다. 위와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 압력지연삼투부(2)에는 해수보다 더 높은 농도의 용액(정삼투 모듈(10)로부터 배출된 해수농축액)이 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 공급되어 에너지 생산에 활용된다. 따라서 압력지연삼투 공정에 투입되는 해수의 염농도와 담수의 농도 간의 차이가 더욱 커지게 되며, 그에 따라 에너지 생산 효율이 더욱 증가하게 되는 효과가 발휘된다.

한편, 본 발명에서는 유도용액 혼합액 배출관(14)이 상기 막증류 모듈(30)에 연결되어 있으므로, 정삼투부(1)의 유도용액 혼합액 배출관(14)을 통해 배출되는 유도용액 혼합액은 막증류부(3)의 막증류 모듈(30)로 공급된다. 막증류 모듈(30)에서는 막증류 공정이 진행되며, 막증류 공정에 의해 생산된 생산수(담수)는 생산수 배출관(32)을 통해 배출되고, 막증류 공정에서 다시 응축된 막증류 응축수는 응축수 배출관(31)을 통해서 다시 유도용액 저장조(16)로 유입된다. 즉, 정삼투 공정을 통해서 생산된 여과수 즉, 담수가 유도용액과 섞인 상태로 생산되는데, 본 발명에서는 이러한 담수와 유도용액이 섞인 것 즉, 유도용액 혼합액을 막증류 공정에 투입하여 실질적으로 활용할 수 있는 정도의 담수를 생산하게 되는 것이다. 따라서 유도용액 혼합액을 단순히 증발시켜서 최종적인 담수를 생산하던 종래의 기술에 비하여, 담수 생산에 소모되는 에너지를 크게 절감할 수 있고 담수 생산 효율도 크게 증가시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

정삼투막 공정에서는 일정 농도의 유도용액이 지속적으로 공급되어야 한다. 위와 같은 본 발명의 구성에서는 정삼투 공정에 의해 생산된 유도용액 혼합액에 추가적으로 막증류 공정을 수행하여 담수와 유도용액을 분리하고, 분리된 유도용액을 다시 회수하여 다시 유도용액 저장조(16)로 공급하게 된다. 상기 유도용액 저장조(16)에는 상기 유도용액 혼합액 배출관(14)로부터 분기된 제2분기관(141)을 통해서도 유도용액 혼합액이 공급되는데, 본 발명에서와 같은 조치를 취하지 않은 채 유도용액 저장조(16)에 유도용액 혼합액이 지속적으로 유입되는 것을 허용하게 되면, 유도용액 저장조(16)에 담겨진 유도용액은 그 농도가 계속하여 저하되며, 그에 따라 유도용액 저장조(16)에 담겨진 용액은 정삼투 공정의 유도용액으로서 요구되는 농도를 가지지 못하게 되어 유도용액으로 사용될 수 없게 된다. 그러나 본 발명에서는 막증류 공정에서 재생산되어 농도가 높아진 막증류 응축수가 유도용액 저장조(16)로 공급된다. 따라서 유도용액 저장조(16)에 담겨진 용액은, 응축수 배출관(31)을 통해서 다시 유도용액 저장조(16)로 유입되는 고농도의 막증류 응축수에 의하여, 정삼투막 공정에서 요구되는 유도용액으로서 필요한 농도를 계속 일정하게 유지할 수 있고, 그에 따라 외부로부터의 추가적인 유도용액의 공급 없이도 상기 유도용액 저장조(16)로부터 지속적으로 유도용액을 정삼투부(1)로 공급할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 유도용액을 다시 회수하여 사용하게 되므로, 새로운 유도용액의 추가적인 공급으로 인하여 발생하는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 일정한 농도를 가진 유도용액의 지속적인 공급을 통하여 정삼투부(1)에서의 담수 생산효율을 더욱 향상시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 2에는 본 발명의 용수-에너지 생산장치를 이용하여 유도용액을 회수하는 상태로 전체 공정을 진행하였을 때, 시간별 유도용액의 생산 플럭스를 보여주는 그래프도가 도시되어 있다. 도 2에서 세로축은 플럭스(Flux)이고, 가로축은 시간(분)이다. 도 2의 그래프로 도시된 결과는, 섭씨 40도의 온도에서 측정된 시간별 유도요액의 생산 플럭스로서, 본 발명에 의하면, 막 증류에 적용되는 막의 소수성 특징으로 인하여 유도용액이 낮은 생산량을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 3에는 본 발명의 용수-에너지 생산장치를 이용하여 유도용액을 회수하는 상태의 결과를 시간과 전도도의 관계로 보여주는 그래프도로서, 시간별 회수된 유도용액의 전도도값을 나타내는 그래프도다. 도 3에서 가로축은 "시간(분)"이고, 세로축은 "전도도값(conductivity)"이다. 그리고 그래프에 표시된 레전드(legend)에서 원형으로 표시된 것은 섭씨 50도에서 측정된 값을 나타내며, 사각형으로 표시된 것은 섭씨 40도에서 측정된 값을 나타낸다. 도 2와 도 3의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 유도용액을 다시 회수하여 사용함에 있어서, 순수한 물의 생산량은 낮아지고 이온물질의 생산 농도는 높아져서 결과적으로 회수된 유도용액의 농축의 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

1 : 정삼투부
2: 압력지연삼투부
3: 막증류부

Claims

정삼투막이 내장되어 있는 정삼투 모듈(10)을 포함하고 있어, 정삼투 모듈(10)로 유입되는 해수와 유도용액에 의한 정삼투 공정이 진행되는 정삼투부(1)와;
압력지연삼투용 반투과막을 구비한 압력지연삼투 모듈(20), 담수가 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되도록 하는 담수 유입관(21), 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 담수가 유출되는 담수 유출관(22), 농축액이 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 배출되는 농축액 유출관(23), 상기 농축액 유출관(23)과 연결되어 압력지연을 조절할 수 있도록 하는 압력지연 밸브(24) 및 상기 농축액 유출관(23)에 설치되어 있으며 압력지연삼투 모듈(20)로부터 발생된 압력을 이용하여 터빈을 가동하여 에너지를 발생시키는 전력발생장치(25)를 포함하고 있어, 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되는 해수와 담수에 의한 압력지연삼투 공정이 진행되어 전력을 생산하는 압력지연삼투부(2)를 포함하여 구성되며;
상기 정삼투부(1)의 정삼투 공정에서 정삼투막을 통과하지 못해서 농축된 해수농축액이 배출되도록 하는 해수농축액 유출관(13)이 상기 정삼투 모듈(10)과 상기 압력지연삼투 모듈(20) 사이에 연결되어 있어, 상기 해수농축액 유출관(13)을 통해서 배출되는 해수농축액이 상기 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되도록 구성되어 있어;
압력지연삼투 공정에 투입되는 공급용액의 염농도와 담수의 농도차를 증가시켜 에너지 생산 효율을 증가시키게 되는 것을 특징으로 하는 용수-에너지 생산장치.
제1항에 있어서,
소수성 분리막을 구비하고 있어 막증류 공정이 이루어지는 막증류 모듈(30), 막증류 공정에 의해 생성되는 막증류 응축수가 배출되는 응축수 배출관(31), 및 막증류 공정에 의해 생산된 생산수를 배출하는 생산수 배출관(32)을 포함하는 막증류부(3)가 더 구비되어 있으며;
여과수와 유도용액이 혼합된 유도용액 혼합액을 정삼투 모듈(10)로부터 배출시키는 유도용액 혼합액 배출관(14)은 분기되어 제1분기관(140) 및 제2분기관(141)을 가지고 있으며, 상기 제1분기관(140)은 상기 막증류 모듈(30)과 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액이 상기 막증류 모듈(30)로 공급되어 막증류 공정을 거치게 됨으로써 추가적인 담수화가 이루어지고;
상기 제2분기관(141)은 상기 유도용액 저장조(16)에 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액은 상기 정삼투부(1)의 유도용액 저장조(16)로도 공급되며;
상기 응축수 배출관(31)은 상기 정삼투부(1)의 유도용액 저장조(16)와 연결되어 상기 막증류 응축수는 유도용액 저장조(16)로 공급됨으로써, 유도용액 저장조(16)로 유입된 유도용액 혼합액과 혼합되어 유도용액 저장조(16)에 담겨진 용액의 농도가 저하되지 아니한 상태로 만들어서, 유도용액이 지속적으로 상기 유도용액 저장조(16)로부터 정삼투부(1)로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 용수-에너지 생산장치.
정삼투막이 내장되어 있는 정삼투 모듈(10)을 포함하는 정삼투부(1)에 의해 정삼투 모듈(10)로 유입되는 해수와 유도용액에 의한 정삼투 공정이 진행되고;
압력지연삼투용 반투과막을 구비한 압력지연삼투 모듈(20), 담수가 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되도록 하는 담수 유입관(21), 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 담수가 유출되는 담수 유출관(22), 농축액이 상기 압력지연삼투 모듈(20)로부터 배출되는 농축액 유출관(23), 상기 농축액 유출관(23)과 연결되어 압력지연을 조절할 수 있도록 하는 압력지연 밸브(24) 및 상기 농축액 유출관(23)에 설치되어 있으며 압력지연삼투 모듈(20)로부터 발생된 압력을 이용하여 터빈을 가동하여 에너지를 발생시키는 전력발생장치(25)를 포함하고 있어, 압력지연삼투 모듈(20)로 유입되는 해수와 담수에 의한 압력지연삼투 공정이 진행되어 전력을 생산하는 압력지연삼투부(2)에 의해 압력지연삼투 공정이 진행되어 전력이 생산되는데;
상기 정삼투부(1)의 정삼투 공정에서 정삼투막을 통과하지 못해서 농축된 해수농축액이 배출되도록 하는 해수농축액 유출관(13)이 상기 정삼투 모듈(10)과 상기 압력지연삼투 모듈(20) 사이에 연결되어 있어, 상기 해수농축액 유출관(13)을 통해서 배출되는 해수농축액이 상기 압력지연삼투 공정의 유도용액으로서 상기 압력지연삼투 모듈(20)로 유입됨으로써, 압력지연삼투 공정에 투입되는 공급용액의 염농도와 담수의 농도차를 증가시켜 에너지 생산 효율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 용수-에너지 생산방법.
제3항에 있어서,
소수성 분리막을 구비하고 있어 막증류 공정이 이루어지는 막증류 모듈(30), 막증류 공정에 의해 생성되는 막증류 응축수가 배출되는 응축수 배출관(31), 및 막증류 공정에 의해 생산된 생산수를 배출하는 생산수 배출관(32)을 포함하는 막증류부(3)를 통하여 막증류 공정이 진행되는데,
여과수와 유도용액이 혼합된 유도용액 혼합액을 정삼투 모듈(10)로부터 배출시키는 유도용액 혼합액 배출관(14)은 분기되어 제1분기관(140) 및 제2분기관(141)을 가지고 있으며, 상기 제1분기관(140)은 상기 막증류 모듈(30)과 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액이 상기 막증류 모듈(30)로 공급되어 막증류 공정이 진행됨으로써 추가적인 담수화가 이루어지고;
상기 제2분기관(141)은 상기 유도용액 저장조(16)에 연결되어 있어, 상기 유도용액 혼합액은 상기 정삼투부(1)의 유도용액 저장조(16)로도 공급되며;
상기 응축수 배출관(31)은 상기 정삼투부(1)의 유도용액 저장조(16)와 연결되어 상기 막증류 응축수는 유도용액 저장조(16)로 공급됨으로써, 유도용액 저장조(16)로 유입된 유도용액 혼합액과 혼합되어 유도용액 저장조(16)에 담겨진 용액의 농도가 저하되지 아니한 상태로 만들어서, 상기 유도용액 저장조(16)로부터 정삼투부(1)로 유도용액이 지속적으로 공급되어 정삼투 공정이 진행되도록 하는 것을 특징으로 하는 용수-에너지 생산방법.