KR20130121404A - Apparatus for separation and concentration of sea-water minerals - Google Patents

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Abstract

Disclosed is an apparatus for separation and concentration of minerals capable of effectively separating and collecting minerals from seawater such as deep ocean water or lava seawater easily absorbed in the body and having a large amount of dissolved minerals. The present invention provides an apparatus for separation and concentration of minerals which is characterized in comprising a sodium salt solution supplier for providing sodium salts; an electrodialysis double decomposition apparatus in which solutions with a large amount of calcium chloride and sodium sulfate are provided to respective discharge streams by being supplied with mineral-concentrated solution containing calcium salts, sodium salts and magnesium salts RO-excluded from seawater, and the sodium salt solution from the solution supplier; a settling tank for precipitating calcium sulfate by mixing calcium chloride stream and sodium sulfate stream ejected from the electrodialysis double decomposition apparatus; and an electrodialysis desalination machine for receiving the supernatant of the settling tank and separating calcium chloride solution. According to the present invention, various minerals included in seawater and easy to be absorbed in the body is able to be separated and collected at a high concentration, and mineral water suitable for the human body is able to be manufactured by mixing the minerals appropriately. [Reference numerals] (AA) Seawater;(BB) Produced water

Description

해수 미네랄 분리 및 농축 장치{Apparatus for Separation And Concentration of Sea-water Minerals}Apparatus for Separation And Concentration of Sea-water Minerals}

본 발명은 해수의 미네랄 분리 및 농축 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해양 심층수 또는 용암 해수와 같이 체내 흡수가 용이하고 높은 용존 미네랄을 갖는 해수로부터 미네랄을 효과적으로 분리하여 회수할 수 있는 미네랄 분리 및 농축 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a mineral separation and concentration apparatus of seawater, and more particularly, mineral separation and concentration that can effectively separate and recover minerals from seawater having high dissolved minerals and easily absorbed in the body, such as deep seawater or lava seawater. Relates to a device.

최근 해양 심층수를 포함하는 다양한 해수를 담수화하는 기술과 이로부터 미네랄 워터를 제조하는 기술이 많이 개발되고 있다. Recently, many techniques for desalination of various seawater including deep seawater and the production of mineral water from the same have been developed.

해양 심층수에 포함된 미네랄 성분은 수용성이므로 체내 흡수가 용이한 장점을 갖는다. 따라서 해양 심층수에 포함된 미네랄 성분은 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다. 그러나 해수에는 상당량의 염분(NaCl)이 포함되어 있어 이를 제거하는 담수화 과정에서 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다. Mineral components contained in the deep sea water is water-soluble, so it has the advantage of easy absorption in the body. Therefore, minerals contained in deep sea water can be a very useful mineral source for modern people whose mineral balance is broken by poor diet and environmental pollution. However, since seawater contains a considerable amount of salt (NaCl), there is a problem that potassium, calcium, magnesium, and the like, which are useful mineral components, are removed together during the desalination process.

해수의 담수화 방법으로는 증발법, 역삼투막법, 전기투석법 등이 일반적으로 알려져 있다. 증발법은 해수를 가열하여 용매인 물을 증발시키고 미네랄 성분을 수거하는 원리를 이용하는 것이며, 역삼투막법(Reverse Osmosis)은 순수한 물만 통과시키는 막(반투막)을 이용하여 해수 중에 용해된 이온성 물질을 여과하는 방법이며, 전기투석법은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 전압을 인가하여 양이온 및 음이온을 제거하여 담수를 얻는 방법이다. 그러나, 이들 담수화 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분을 효율적으로 분리하기 어려우므로, 미네랄 성분의 회수율이 낮은 단점이 있다.As the desalination method of seawater, evaporation method, reverse osmosis membrane method, electrodialysis method and the like are generally known. The evaporation method uses the principle of evaporating water, which is a solvent, and collecting mineral components by heating seawater. The reverse osmosis method filters ionic substances dissolved in seawater by using a membrane (semi-permeable membrane) that passes only pure water. In the electrodialysis method, anion membranes and cationic membranes are alternately arranged, and then, a voltage is applied to electrodes positioned at both ends of the anion membrane and the cationic membrane to remove cations and anions to obtain fresh water. However, when using these desalination methods, it is difficult to efficiently separate various mineral components contained in the seawater, and thus there is a disadvantage in that the recovery rate of the mineral components is low.

세계 담수화 시장에서는 기계적 방식의 일종인 역삼투압법(RO : Reverse Osmosis)에 의한 해수 처리 방식이 점차 확장 적용되어가는 추세이다. In the global desalination market, the seawater treatment method using reverse osmosis (RO), a kind of mechanical method, is gradually being applied.

미국은 1972년 처음으로 미국 콜롬비아대 로엘 교수가 카리브해의 샌트크로이섬에서 수심 870m로부터 하루 약 360톤의 해양심층수를 끌어올려 식물 플랑크톤의 배양과 굴사육 실험 등을 통해 해양심층수가 생물 생산에 효과가 있다는 것을 실증하였고, 그 이후 본격적으로 발전하여 이를 계기로 연구단지가 1974년 하와이 자연에너지 연구소(NELH)가 탄생하였다. 또한, 하와이섬에서 인공용승실험시설을 건설하여 해양온도차 발전, 양식 등 다양한 이용기술도 개발되었다. In the United States, for the first time in 1972, Professor Loel of Columbia, USA, raised about 360 tons of deep seawater from 870 meters of water in Sant Crois, Caribbean, to effect phytoplankton culture and oyster breeding experiments. After that, it developed in earnest, and the research complex was created in 1974 by the Hawaii Natural Energy Research Institute (NELH). In addition, by constructing artificial test facility in Hawaii Island, various utilization technologies such as ocean temperature difference generation and aquaculture were developed.

한편, 노르웨이 피요르드 해역의 표층수는 융설수 및 육수의 영향을 받고 있으며, 저층해수는 연간 수온이 7~8도, 염분 농도는 3~4%로 안정되어 있고, 또한 병원균(비브리오 균 등)이 적으며 영양염이 풍부하여 해양심층수와 동일한 특성을 보유하고 있어 그 특성을 활용하여 수산분야에 이용하려는 연구가 진행되고 있다. 주요 연구로는 피요르드 해양생물자원 증강을 목적으로 하는 이용기술연구 개발이 진행 중에 있으며, 그 중 대구, 연어, 송어, 거대 광어 등의 안정 사육과 사육 효율화를 위하여 많은 개발이 진행 중에 있다. On the other hand, the surface waters of the Norwegian fjords are affected by snow and broth, and the low-sea waters are stable at 7 ~ 8 ° C in annual water temperature and 3 ~ 4% of salinity. It is rich in nutrients and has the same characteristics as deep sea water, so research is being conducted to utilize it in the fishery field. Major researches are underway to develop and utilize technology for the purpose of enhancing fjord marine biological resources. Among them, many developments are underway for stable breeding and efficiency of cod, salmon, trout, and giant flatfish.

또한, 일본의 경우 전국에 약 16개소의 해양심층수 특성화 단지가 설치되어 있고, 1985년부터 과학기술청에 아쿠아 마린 계획인 해양심층수 자원의 유효이용기술에 관한 연구가 시작되어 모델 해역으로서 코치현의 무로토 해역이 지정되어, 그 뒤로 1987년 취수장치 건설착수(해양과학기술센터 설치)되어 1989년 코치현 해양심층수 연구소가 발족되었고, 그로부터 지속적으로 기초연구가 진행되어 해양심층수를 다목적으로 사용하는 시스템 등이 개발되고, 동시에 여러 가지 종류의 상품이 사업화됨과 동시에 계속적인 연구개발이 진행 중이다. In addition, in Japan, about 16 deep sea water specialization complexes have been established nationwide, and since 1985, research on the effective utilization technology of deep sea water resources, aquamarine plan, has been initiated by the Ministry of Science and Technology. The Muroto Sea Area was designated, followed by the construction of a water intake system in 1987 (installation of the Marine Science and Technology Center), and the Kochi Prefecture Deep Sea Water Research Institute was established in 1989. At the same time, various kinds of products are commercialized, and continuous research and development is in progress.

한편, 국내의 경우 제주도 동부 지역에 존재하는 막대한 양의 용암해수(염지하수)가 존재하고 있는데, 이를 산업적으로 활용하기 위한 기초연구가 수행되어 다양한 상품 소재로 활용 가능하다는 것이 제시되었으나, 그 후 산업화를 위한 후속조치가 활성화되지 않고 있는 실정이다. On the other hand, in Korea, there is a huge amount of lava seawater (salted groundwater) existing in the eastern part of Jeju Island, and it has been suggested that it can be used as various commodity materials by performing basic research to industrially use it. Follow-up measures for not being activated.

따라서, 용암 해수를 담수화하는 과정에서 미네랄을 분리 회수하여 인체에 적합한 미네랄 밸런스를 유지하는 음용수 등 다목적으로 사용할 수 있는 미네랄 분리 농축 기술에 대한 요구가 있다.Therefore, there is a need for a mineral separation and concentration technology that can be used for various purposes, such as drinking water to separate and recover minerals in the process of desalination of lava seawater to maintain a mineral balance suitable for the human body.

특허출원 10-2008-0076259Patent application 10-2008-0076259 특허출원 10-2008-0065438Patent application 10-2008-0065438 특허출원 10-2009-0112890Patent application 10-2009-0112890

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 해수의 담수화 과정에서 배척되는 미네랄을 분리 회수하여 인체에 적합한 미네랄 워터의 제조 과정 등에 다목적으로 사용 가능한 미네랄 분리 및 농축 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a mineral separation and concentration apparatus that can be used for various purposes, such as the production of mineral water suitable for the human body by separating and recovering the minerals removed during the desalination of sea water do.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 나트륨염을 제공하기 위한 나트륨염 용액 공급기; 해수로부터 RO 배척된 칼슘염, 나트륨염 및 마그네슘염을 포함하는 미네랄 농축수와 상기 용액 공급기로부터의 나트륨염 용액을 유입하여 염화칼슘 및 황산나트륨이 풍부한 용액을 각각 배출 스트림으로 제공하는 전기투석 복분해기; 상기 전기투석 복분해기로부터 배출된 염화칼슘 스트림 및 황산나트륨 스트림을 혼합하여 황산칼슘을 침전시키기 위한 침전조; 및 상기 침전조의 상등액을 유입하여 1가 이온염과 2가 이온염을 분리하기 위한 전기투석 담수화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a sodium salt solution feeder for providing a sodium salt; An electrodialysis metathesis for introducing mineral concentrate water comprising calcium salts, sodium salts and magnesium salts rejected from seawater and sodium salt solutions from the solution feeder to provide calcium chloride and sodium sulfate rich solutions to the outlet stream, respectively; A precipitation tank for precipitating calcium sulfate by mixing the calcium chloride stream and sodium sulfate stream discharged from the electrodialysis metathesis; And an electrodialysis desalination unit for separating the monovalent and divalent ionic salts by introducing the supernatant of the settling tank.

본 발명에서 상기 전기투석 복분해기는 복수의 분리된 막으로 이루어진 구조를 가지며, 상기 막구조는 바람직하게는 1가 음이온 교환막, 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 반복 단위로 하는 것이 좋다. 이 때, 상기 나트륨염은 2종의 상이한 나트륨염의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, 상기 나트륨염은 상기 전기투석 복분해기의 1가 음이온 교환막과 음이온 교환막 사이로 유입되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 상기 나트륨염은 염화나트륨 및 황산나트륨을 포함할 수 있다. In the present invention, the electrodialysis metathesis has a structure composed of a plurality of separate membranes, and the membrane structure is preferably a monovalent anion exchange membrane, an anion exchange membrane and a cation exchange membrane as repeating units. At this time, the sodium salt is preferably a mixture of two different sodium salts. In addition, the sodium salt is preferably introduced between the monovalent anion exchange membrane and the anion exchange membrane of the electrodialysis metathesis. In addition, the sodium salt in the present invention may include sodium chloride and sodium sulfate.

본 발명에 따르면, 해수 담수화 과정에서 배척되는 다양한 미네랄을 고농도로 분리 회수 가능하게 된다. 이에 따라 해양 심층수나 용암 해수에 포함된 체내 흡수가 용이한 미네랄을 각각 분리하여 회수된 미네랄을 적절히 배합하여 인체에 적합한 미네랄 워터의 제조가 가능하게 된다. According to the present invention, it is possible to separate and recover various minerals removed at seawater desalination at high concentration. Accordingly, the minerals that are easily absorbed by the body contained in deep seawater or lava seawater are separated from each other, and the recovered minerals are properly blended to prepare mineral water suitable for the human body.

또한, 본 발명의 일측면에 따르면, 미네랄의 분리 회수를 위한 용액 스트림을 제공하기 위한 막구조를 단순화함으로써 종래 전기투석 장치에 소요되는 막구조를 단순화하여 저비용이고 유지 보수 비용의 소모가 적은 미네랄 분리 농축 장치의 제조가 가능하게 된다. In addition, according to one aspect of the present invention, by simplifying the membrane structure for providing a solution stream for the separation recovery of minerals, the membrane structure required in the conventional electrodialysis apparatus to simplify the separation of minerals of low cost and low maintenance costs Production of the concentration apparatus becomes possible.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄 분리 농축 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EDM의 막구조를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미네랄 분리 농축 장치(200)를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 EDM의 막구조를 모식적으로 도시한 도면이다.1 is a block diagram schematically showing a mineral separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a film structure of an EDM according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically showing a mineral separation and concentrating device 200 according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a film structure of an EDM according to another embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미네랄 분리 농축 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a mineral separation and concentration apparatus according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 미네랄 분리 농축 장치(200)는 NaCl 공급원(220), 전기투석 복분해기(Electro-dialysis Metathesis; EDM; 240), 칼슘염 침전조(260) 및 전기투석 담수화기(Electro-dialysis desalination; ED2; 280)를 포함하여 구성될 수 있다. As shown, the mineral separation concentrator 200 of the present invention is NaCl source 220, electro-dialysis metathesis (EDM; 240), calcium salt precipitation tank 260 and electrodialysis desalter (Electro) -dialysis desalination; ED2; 280).

상기 미네랄 분리 농축 장치(200)로는 해수 처리 과정의 결과물 예컨대 역삼투압기(Reverse Osmosis; RO; 100)로부터 농축수(rejected sea-water)가 공급될 수 있다. 상기 농축수 스트림(I1)은 해수에 용해된 칼슘, 나트륨, 마그네슘염들을 포함하며, 그 농도는 예컨대 제주 용암해수 처리의 경우 70,000ppm에 달할 수 있다. The mineral separation and concentrating device 200 may be supplied with the resultant seawater treatment process, for example, rejected sea-water from Reverse Osmosis (RO) 100. The brine stream (I 1 ) comprises calcium, sodium and magnesium salts dissolved in seawater, the concentration of which may reach 70,000 ppm, for example for Jeju lava seawater treatment.

따로 설명하지는 않지만, 상기 RO를 통과하여 여과된 처리수는 통상 미네랄 함량이 50ppm 이하의 음용 가능한 생산수로 제공될 수 있으며, 이와 별도로 상기 생산수는 본 발명에 따라 분리된 미네랄과 혼합되어 밸런스 된 음용수로 제공될 수도 있다. Although not described separately, the treated water filtered through RO may be provided as a drinkable production water having a mineral content of usually 50 ppm or less, and separately, the production water is mixed and balanced with the separated minerals according to the present invention. It may be provided as drinking water.

본 발명에서 상기 농축수 스트림(I1)은 EDM(240)으로 공급된다. 또한, 상기 농축수 스트림 외에 NaCl 공급원(220)으로부터 NaCl 용액 스트림(I2)이 상기 EDM(240)으로 유입된다. In the present invention, the brine stream I 1 is fed to EDM 240. In addition to the brine stream, a NaCl solution stream (I 2 ) is introduced into the EDM 240 from a NaCl source 220.

상기 EDM은 복수의 이온 교환막을 포함하여 구성되며, 유입되는 농축수 스트림(I1)으로부터 칼슘과 같은 미네랄 이온뿐만 아니라 음이온을 분리한다. 본 발명에서 상기 EDM은 이온 분리막에 의한 이온 치환을 통해 보다 용해도가 높은 염의 스트림을 생성한다. 상온 부근에서 각 염의 용해도는 CaCl2 > Na2SO4 > NaCl > CaSO4의 순으로 알려져 있으며, 본 발명에서 상기 EDM은 Na2SO4 및 CaCl2의 농축 스트림을 생성할 수 있다. 본 발명에서 EDM의 막구조 및 바람직한 실시예는 따로 후술한다. The EDM comprises a plurality of ion exchange membranes and separates anions as well as mineral ions such as calcium from the incoming brine stream (I 1 ). In the present invention, the EDM generates a stream of a higher solubility salt through ion substitution by an ion separation membrane. The solubility of each salt in the vicinity of room temperature is known in the order of CaCl 2 > Na 2 SO 4 >NaCl> CaSO 4 , in which the EDM can produce a concentrated stream of Na 2 SO 4 and CaCl 2 . The film structure and preferred embodiment of the EDM in the present invention will be described later separately.

상기 EDM(240)에서 막분리된 양이온 및 음이온을 포함하는 일련의 농축수 스트림(O1, O2)이 침전조(260)로 유입된다. 유입된 염들, 예컨대 CaCl2 및 Na2SO4 스트림은 상기 침전조(260)에서 반응하여 CaSO4로 석출된다. A series of concentrated water streams (O 1 , O 2 ) containing the cations and anions membrane separated in the EDM 240 is introduced into the settling tank 260. Influent salts such as CaCl 2 and Na 2 SO 4 streams react in the settling tank 260 to precipitate CaSO 4 .

상기 EDM에서 이온 교환의 결과로 희석된 스트림, 예컨대 NaCl 공급 스트림(I2)의 결과물로서의 희석 NaCl 스트림(O3)은 증발기(400)와 같은 별도의 장치로 유입될 수 있다. 상기 증발기(400)는 고온 가열 등 통상의 방식으로 물을 증발시켜 그 결과물로 NaCl을 생성할 수 있다. The diluted stream resulting from ion exchange in the EDM, such as the dilute NaCl stream (O 3 ) as a result of the NaCl feed stream (I 2 ), may be introduced into a separate device such as evaporator 400. The evaporator 400 may evaporate water in a conventional manner such as high temperature heating to produce NaCl as a result.

상기 침전조(260)에서 CaSO4 석출 반응의 결과, 상기 침전조(260)의 상등액에는 NaCl이 풍부한 상태로 된다. NaCl의 회수를 위해 상기 침전조(260)의 상등액 스트림(O5)은 ED2(280)로 유입된다. 상기 ED2는 1가 이온 또는 2가 이온을 선택적으로 교환하는 이온 분리막을 구비한다. 이에 따라, 상기 ED2는 유입된 스트림으로부터 1가 이온이 풍부한 스트림(O6)과 2가 이온이 풍부한 스트림(O7)을 생성한다. 상기 ED2의 농축 스트림(O6)의 경우 NaCl의 농도가 20%에 달하는 스트림의 생성이 가능하다. As a result of the CaSO 4 precipitation reaction in the precipitation tank 260, the supernatant of the precipitation tank 260 is rich in NaCl. The supernatant stream (O 5 ) of the settling tank 260 is introduced into ED2 280 for the recovery of NaCl. The ED2 includes an ion separation membrane that selectively exchanges monovalent or divalent ions. Thus, the ED2 produces a monovalent ion-rich stream (O 6 ) and a divalent ion-rich stream (O 7 ) from the incoming stream. In the case of the concentrated stream (O 6 ) of ED 2, a stream having a concentration of NaCl of 20% is possible.

상기 ED2의 NaCl 농축 스트림(O6)은 NaCl 회수를 위해 증발기(400)로 유입된다. 한편, 상기 ED2의 다른 스트림(O7)은 2가 이온의 회수를 위해 별도의 회수 장치, 예컨대 마그네슘 회수 장치(300)로 유입된다. 상기 스트림(O7)은 2가 이온 중 상대적으로 Mg이 풍부한 상태이다. 따라서, 상기 회수 장치(300)에서는 NaOH 등에 의한 pH 조절에 의해 MgSO4 등의 마그네슘염의 회수가 가능하게 된다. The NaCl concentrated stream (O 6 ) of ED2 is introduced into evaporator 400 for NaCl recovery. On the other hand, the other stream (O 7 ) of the ED 2 is introduced into a separate recovery device, such as magnesium recovery device 300 for the recovery of divalent ions. The stream (O 7 ) is relatively Mg rich in divalent ions. Therefore, in the recovery apparatus 300, the magnesium salt such as MgSO 4 can be recovered by adjusting the pH by NaOH or the like.

상술한 바와 같이, 본 발명의 미네랄 분리 농축 장치(200)는 RO 농축 스트림(I1)으로부터 Ca, Na 및 Mg를 분리 및 농축하여 각 미네랄염을 선별적으로 회수하도록 한다. 이하에서는 본 발명의 미네랄 분리 농축 장치(200)를 구성하는 EDM의 막구조를 중심으로 본 발명을 보다 상술한다.As described above, the mineral separation concentrator 200 of the present invention separates and concentrates Ca, Na and Mg from the RO concentration stream I 1 to selectively recover each mineral salt. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the membrane structure of the EDM constituting the mineral separation and concentrating device 200 of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 EDM의 막구조를 모식적으로 도시한 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a film structure of an EDM according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 EDM은 두 개의 전극(242, 244) 사이에서 음이온 교환막(A) 및 양이온 교환막(C)이 순차 배열된 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 상기 EDM에서 막배열은 "A/C/A/C"를 기본 단위로 하여 이 배열이 반복된 구조일 수 있다. Referring to FIG. 2, the EDM has a structure in which an anion exchange membrane A and a cation exchange membrane C are sequentially arranged between two electrodes 242 and 244. As shown, the membrane array in the EDM may have a structure in which this arrangement is repeated based on "A / C / A / C" as a basic unit.

NaCl 공급원으로부터의 NaCl 스트림(I2)이 음이온 교환막(A)과 양이온 교환막(C) 사이에 공급된다. 공급된 NaCl 중 Na+이온은 좌측의 양이온 교환막을 통과하고 Cl- 이온은 우측의 음이온 교환막을 통과한다. 한편, RO(100)에서 배척된 농축수 스트림(I1)은 다른 음이온 교환막(A)과 양이온 교환막(C) 사이에 공급된다. NaCl stream (I 2 ) from a NaCl source is fed between anion exchange membrane (A) and cation exchange membrane (C). Na + ions in the supplied NaCl pass through the cation exchange membrane on the left side and Cl − ions pass through the anion exchange membrane on the right side. On the other hand, the brine stream I 1 rejected at RO 100 is fed between another anion exchange membrane A and a cation exchange membrane C.

공급된 스트림에서 SO4 2 - 와 같은 음이온은 좌측 음이온 교환막(A)을 통과하고 Ca2 +와 같은 양이온은 우측의 양이온 교환막(C)을 통과한다. 그 결과, 이온 교환막을 통과한 이온들은 인접한 이온막 사이에서 각각 Na2SO4와 CaCl2가 풍부한 스트림(O1, O2)을 생성한다. 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 생성된 Na2SO4 및 CaCl2 스트림(O1, O2)은 침전조(260)로 유입되며, 침전조에서 CaSO4로 석출된다. SO 4 2 in the feed stream, such as anions is passed through the left anion exchange membrane (A) and a cation, such as Ca 2 + passes through the cation exchange membrane (C) on the display. As a result, the ions passing through the ion exchange membrane produce Na 2 SO 4 and CaCl 2 rich streams (O 1 , O 2 ) between adjacent ion membranes, respectively. As described with reference to FIG. 1, the generated Na 2 SO 4 and CaCl 2 streams (O 1 , O 2 ) are introduced into the precipitation tank 260 and precipitated as CaSO 4 in the precipitation tank.

한편, 공급된 NaCl은 이온 교환에 의해 희석되며, 희석된 스트림(O3)이 전술한 바와 같은 증발기(400)로 유입될 수 있다. On the other hand, the supplied NaCl is diluted by ion exchange, and the diluted stream (O 3 ) can enter the evaporator 400 as described above.

또한, 상기 EDM을 통과하여 희석된 농축수 스트림(O4)은 다시 RO(100)로 피드백 될 수 있다. In addition, the brine stream (O 4 ) diluted through the EDM may be fed back to the RO (100).

물론, 본 발명에서 전술한 희석 스트림(O3)와 농축수 스트림(O4)의 회수 및 피드백 여부는 해당 스트림 내의 이온 농도에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있는 것이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
Of course, the recovery and feedback of the dilution stream (O 3 ) and the brine stream (O 4 ) described above may be appropriately selected by those skilled in the art according to the concentration of ions in the stream, and the present invention is not limited thereto.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미네랄 분리 농축 장치(200)를 개략적으로 도시한 블록도이다.3 is a block diagram schematically showing a mineral separation and concentrating device 200 according to another embodiment of the present invention.

도면에 도시된 구성 중 RO(100), 마그네슘 회수 장치(300) 및 증발기(400)는 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일하므로, 여기서는 설명을 생략한다. Since the RO 100, the magnesium recovery device 300, and the evaporator 400 are the same as those described with reference to FIG. 1, the description thereof will be omitted here.

본 실시예에서 미네랄 분리 농축 장치(200)는 NaCl+Na2SO4 공급원(210) EDM(230), 침전조(250) 및 ED2(270)으로 구성되어 있다. In the present embodiment, the mineral separation and concentrating device 200 is composed of NaCl + Na 2 SO 4 source 210 EDM (230), sedimentation tank (250) and ED2 (270).

본 발명의 미네랄 분리 농축 장치(200)를 구성하는 각 요소의 기능 및 작용은 도 1을 참조하여 설명한 NaCl 공급원(220), EDM(240), 침전조(260) 및 ED2(280)와 유사하다. 다만, 본 실시예에서는 나트륨염 공급원으로서 NaCl을 대신하여, NaCl과 Na2SO4과 같은 혼합염이 제공된다. 이에 따라, 공급된 스트림을 처리하기 위한 EDM 막구조 및 배열, 그리고 EDM을 통과한 스트림의 염성분이 달라지게 된다.The function and action of each element constituting the mineral separation concentrator 200 of the present invention is similar to the NaCl source 220, the EDM 240, the settling tank 260 and the ED 2 280 described with reference to FIG. 1. In this embodiment, however, a mixed salt such as NaCl and Na 2 SO 4 is provided in place of NaCl as a sodium salt source. Accordingly, the EDM membrane structure and arrangement for processing the supplied stream, and the salt content of the stream passed through the EDM will be different.

도 4를 참조하면, 본 실시예의 EDM은 두 개의 전극(242, 244) 사이에서 1가 음이온 교환막(A'), 음이온 교환막(A) 및 양이온 교환막(C)이 순차 배열된 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 상기 EDM에서 막배열은 "A'/A/C"를 기본 단위로 하여, 이 배열이 적절히 반복된 구조를 가질 수 있다. Referring to FIG. 4, the EDM according to the present embodiment has a structure in which a monovalent anion exchange membrane A ′, an anion exchange membrane A, and a cation exchange membrane C are sequentially arranged between two electrodes 242 and 244. As shown, the film array in the EDM may have a structure in which the arrangement is appropriately repeated based on "A '/ A / C".

NaCl+Na2SO4 공급원으로부터의 용액 스트림(I2)이 1가 음이온 교환막(A')과 음이온 교환막(A) 사이에 공급된다. 이 때, 상기 공급원의 용액 스트림에는 소량의 HCl이 첨가될 수 있다. A solution stream (I 2 ) from a NaCl + Na 2 SO 4 source is fed between the monovalent anion exchange membrane (A ′) and the anion exchange membrane (A). At this point, a small amount of HCl may be added to the solution stream of the source.

공급된 용액 중 Cl-이온은 좌측의 1가 음이온 교환막을 통과한다. 한편, RO(100)에서 배척된 농축수 스트림(I1)이 음이온 교환막(A)과 양이온 교환막(C) 사이에 공급된다. 공급된 스트림에서 SO4 2 -와 같은 음이온은 좌측 음이온 교환막(A)을 통과하고 Ca2 +와 같은 양이온은 우측의 양이온 교환막(C)을 통과한다. Cl − ions in the supplied solution pass through the monovalent anion exchange membrane on the left side. On the other hand, the brine stream I 1 rejected from RO 100 is supplied between the anion exchange membrane A and the cation exchange membrane C. SO 4 2 in the feed stream, such as anions is passed through the left anion exchange membrane (A) and a cation, such as Ca 2 + passes through the cation exchange membrane (C) on the display.

그 결과, NaCl+Na2SO4 스트림(I2)은 1가 음이온 교환막(A') 및 음이온 교환막(A)을 통과하면서 Na2SO4가 풍부한 스트림(O2')을 형성한다. 한편, 양이온 교환막(C)과 1가 음이온 교환막(A') 사이에는 CaCl2가 풍부한 스트림이 형성된다(O1').As a result, NaCl + Na 2 SO 4 stream (I 2 ) forms Na 2 SO 4 rich stream (O 2 ′) while passing through monovalent anion exchange membrane (A ′) and anion exchange membrane (A). On the other hand, a stream rich in CaCl 2 is formed between the cation exchange membrane (C) and the monovalent anion exchange membrane (A ′) (O 1 ′).

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 두 스트림(O1', O2')은 침전조(250)에서 혼합되어 CaSO4가 석출될 수 있다. Therefore, as shown in FIG. 3, two streams O 1 ′ and O 2 ′ may be mixed in the precipitation tank 250 to precipitate CaSO 4 .

도 1 및 2와 관련하여 설명된 바와 같이, 상기 EDM(230)를 통과하여 희석된 농축수 스트림(O4)은 다시 RO(100)로 피드백 될 수 있다.As described in connection with FIGS. 1 and 2, the brine stream O 4 diluted through the EDM 230 may be fed back to the RO 100.

또한, 상기 침전조(250)의 상등액 스트림(O5)는 NaCl 회수를 위해 ED2(270)로 회수될 수 있고, 마그네슘 회수 장치(300)는 ED2의 다른 스트림을 이용하여 마그네슘을 회수할 수 있게 된다.In addition, the supernatant stream O5 of the settling tank 250 may be recovered to ED2 270 for NaCl recovery, and the magnesium recovery apparatus 300 may recover magnesium using another stream of ED2.

앞서 설명한 실시예와 비교할 때, 본 실시예의 미네랄 분리 농축 장치(200)는 이온의 분리를 위한 EDM의 막구조를 단순화할 수 있게 된다는 장점을 갖는다. Compared with the above-described embodiment, the mineral separation and concentrating device 200 of the present embodiment has an advantage of simplifying the membrane structure of the EDM for separating ions.

이상 상술한 본 발명에 따르면, RO로부터 배척된 농축수로부터 다양한 미네랄을 분리 회수할 수 있게 된다. 이와 같이 분리된 미네랄은 인체에 가장 적합한 음용수의 제조를 위한 Ca : Mg의 비율의 조정을 위해 사용될 수 있다. According to the present invention described above, it is possible to separate and recover various minerals from the concentrated water removed from the RO. Thus separated minerals can be used for the adjustment of the Ca: Mg ratio for the production of drinking water most suitable for the human body.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 전술한 실시예는 본 발명을 예시하는 것이고 본 발명을 제한하는 것은 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments illustrate the present invention and limit the present invention.

100 RO 200 미네랄 분리 농축 장치
210, 220 공급기 230, 240 EDM
242, 244 전극 250, 260 침전조
270, 280 ED2 300 마그네슘 회수 장치
400 증발기100 RO 200 Mineral Separation Thickener
210, 220 Feeder 230, 240 EDM
242, 244 electrode 250, 260 sedimentation tank
270, 280 ED2 300 Magnesium Recovery Unit
400 evaporator

Claims (5)

나트륨염을 제공하기 위한 나트륨염 용액 공급기;
해수로부터 RO 배척된 칼슘염, 나트륨염 및 마그네슘염을 포함하는 미네랄 농축수와 상기 용액 공급기로부터의 나트륨염 용액을 유입하여 염화칼슘 및 황산나트륨이 풍부한 용액을 각각 배출 스트림으로 제공하는 전기투석 복분해기;
상기 전기투석 복분해기로부터 배출된 염화칼슘 스트림 및 황산나트륨 스트림을 혼합하여 황산칼슘을 침전시키기 위한 침전조; 및
상기 침전조의 상등액을 유입하여 1가 이온염과 2가 이온염을 분리하기 위한 전기투석 담수화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치.Sodium salt solution feeders for providing sodium salts;
An electrodialysis metathesis for introducing mineral concentrate water including calcium salts, sodium salts and magnesium salts rejected from seawater and sodium salt solutions from the solution feeder to provide calcium chloride and sodium sulfate rich solutions, respectively, to an outlet stream;
A precipitation tank for precipitating calcium sulfate by mixing the calcium chloride stream and sodium sulfate stream discharged from the electrodialysis metathesis; And
Mineral separation and concentration apparatus comprising an electrodialysis desalination unit for separating the monovalent and divalent ionic salts by introducing the supernatant of the precipitation tank. 제1항에 있어서,
상기 전기투석 복분해기는 복수의 분리된 막으로 이루어진 구조를 가지며, 상기 막구조는 1가 음이온 교환막, 음이온 교환막 및 양이온 교환막을 반복 단위로 하는 것을 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치.The method of claim 1,
The electrodialysis metathesis has a structure consisting of a plurality of separated membranes, wherein the membrane structure is a mineral separation and concentration device, characterized in that the monovalent anion exchange membrane, anion exchange membrane and the cation exchange membrane as a repeating unit. 제2항에 있어서,
상기 나트륨염은 2종의 상이한 나트륨염의 혼합물인 것으로 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치.3. The method of claim 2,
And said sodium salt is a mixture of two different sodium salts. 제3항에 있어서,
상기 나트륨염은 상기 전기투석 복분해기의 1가 음이온 교환막과 음이온 교환막 사이로 유입되는 것을 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치.The method of claim 3,
The sodium salt mineral separation and concentration device, characterized in that flowing between the monovalent anion exchange membrane and the anion exchange membrane of the electrodialysis metathesis. 제3항에 있어서,
상기 나트륨염은 염화나트륨 및 황산나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 미네랄 분리 농축 장치.

The method of claim 3,
The sodium salt mineral separation and concentration device, characterized in that containing sodium chloride and sodium sulfate.

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