KR20140145309A - Nf/ro/ed 분리막 연계시스템을 이용한 해수(해양심층수) 처리수 제조공정 개발 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수(해양심층수 원수 또는 농축수) 담수화 과정 중 황산이온과 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 시키는 미네랄 수질 조정 기술로서, 더욱 상세하게는 해수(해양심층수) 담수화 과정에서의 전기투석법(ED), 나노여과법(NF)과 역삼투법(RO) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 선택적인 미네랄을 조정하는 단계, 전기투석막(ED)과 나노여과막(NF)을 사용하여 특정 물질을 제거 하는 단계, 해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 공정연계시스템 개발에 관한 것이다.
ED, NF, RO 공정을 연계하여 탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수 및 함수를 포함하는 해양심층수 처리수를 동시에 제조할 수 있는 공정으로서, 기존 증발법을 포함하는 기술에 비하여 에너지를 절약하고, 대량으로 해양심층수 처리수을 제조할 수 있으며, 황산이온과 염소이온을 제거하며 미네랄농축수를 제조할 수 있어 먹는 물 수질기준을 충족하는 고경도 먹는 해양심층수(경도 1,200 mg/L)를 제조할 수 있는 신기술 이다.

Description

NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해수(해양심층수) 처리수 제조공정 개발 {The manufacturing process development of Processed deep seawater using NF/RO/ED membrane connection system}
본 발명은 해수(해양심층수 원수 또는 농축수) 담수화 과정을 통해 고경도수를 제조하기 위한 해양심층수 처리수 제조공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해수담수화 과정 중 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합적인 방법을 사용하여 해수에 함유되어 있는 황산이온과 염소이온은 제거하고, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 농축시켜 기존 담수화 방법(증발법, 역삼투법(RO)) 등의 문제점을 극복하기 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정에 관한 것이다.
일반적으로 해수 1.0 kg에는 평균적으로 965 g (96.5%)이 물이고, 염소이온은 18.98 g (1.9%), 나트륨이온은 10.556 g (Na+, 1.1%), 황산이온은 2.649g (SO4 2 -, 0.3%), 마그네슘이온은 1.272 g (Mg2+, 0.1%), 칼슘이온은 0.400 g (Ca2+, 0.04%), 칼륨이온은 0.38 g (K+, 0.04 %), 중탄산 이온은 0.14 g (HCO3-, 0.01%) 으로, 상기와 같은 주성분 이온이 3.4% 용존되어 있고, 나머지 0.1%는 미량금속이 용해되어 존재하며 총 92 종 용존물질이 해수에 존재하는 것으로 알려져 있다.
특히, 해수(해양 심층수)란 태양광이 도달하지 않는 수심 200m 이상의 깊은 곳에 부존하는 바닷물로, 연안으로 멀리 떨어져 있고 표층수의 수온과 밀도 차이에 의해 대기 또는 지표수(강물)와 혼합되지 않는 해양물리적인 구조에 의해 인류기원 화학오염물질(병원균과 비료 농약과 같은 유기화합물)과 같은 오염 유입원으로 부터 구조적으로 차단되어 있어 청정(淸淨) 특성을 오랜 시간 동안 유지한 해양 수자원으로 알려져 있다. 또한 해양 심층수에는 청정한 4대 미네랄(마그네슘, 칼슘, 칼륨, 나트륨)을 비롯하여, 아연, 셀렌, 망간 등의 각종 미네랄 성분이 포함되어 있으므로, 수질조정 담수화 과정을 통한 천연 미네랄 원료원으로 알려져 있다.
통상적으로 미네랄의 결핍 및 과잉은 각종 질병을 야기하는 원인이 되어 신체적, 정신적 발달이 저해되므로, 체내의 미네랄 밸런스(Mineral balance)를 유지하는 것이 중요하다. 칼슘, 마그네슘, 칼륨과 같은 미네랄은 신체 구성, 신체 기능조절 등의 역할을 수행하는 중요한 원소로서 인간에게 필요한 5대 영양소 중의 하나이다. 미네랄 성분 중 칼슘(calcium, Ca2+)은 뼈와 치아형성, 근육, 신경 및 심장의 기능 조절, 혈액응고 촉진 등의 기능을 하며, 결핍 시에는 변비, 골다공증, 발육장애, 경련, 충치, 신경 불안증 등의 증상이 발생한다.
또한, 마그네슘(magnesium, Mg2 +)은 에너지 생성, 신경기능 조절, 비타민 B, E 대사의 촉진 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 심장병, 고혈압, 신결석, 불면증, 부정맥, 저혈압, 식욕상실, 근육통, 빈혈 등이 발생하며, 칼륨(potassium, K+)은 세포 내 산염기 평형 조절, 수분조절, 신경기능 유지, 세포기능 보존, 혈관확장, 뇌의 산소공급 등의 기능을 수행하며, 결핍 시에는 부정맥, 식욕감퇴, 근육경련, 변비, 피로, 무력증, 저혈당증 등이 발생한다.
즉, 해수(해양심층수)에 포함된 미네랄 성분은 잘못된 식이습관, 환경오염 등으로 인해 미네랄 밸런스가 무너진 현대인에게 매우 유용한 미네랄 공급원이 될 수 있다. 그러나 해수의 경우, 상당량의 염분(NaCl)을 포함하므로, 염분을 제거하는 담수화 과정에서 유용한 미네랄 성분인 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등이 함께 제거되는 문제가 있다.
해수의 담수화 방법으로는 증발법, 역삼투막법, 전기투석법 등이 있다. 증발법은 해수를 증발시켜 용매인 물은 증발시키고, 용질은 잔류시키는 원리를 이용하는 것이며, 역삼투막법(RO)은 물에 용해되어 있는 이온성 물질을 멤브레인 막으로 이용하여 염은 배제하고, 순수한 물만 통과시키는 방법이다.
전기투석법(ED)은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다.
또한 기존 해수 중 미네랄추출 분리 방법은 해수(심층수)를 증발 농축하여 용해도의 차이를 이용하여 칼슘염과 마그네슘염 등과 같은 미네랄염을 분리하는 방법으로 해수 중 미네랄을 추출하는 방법이다.
그러나, 이들 담수화 방법을 사용할 경우에는, 해수에 포함된 각종 미네랄 성분 중에서 칼슘과 마그네슘을 효율적으로 분리하기 어려우며, 미네랄 성분의 회수율이 낮고 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 상기와 같은 담수화 방식과 미네랄 추출 방식으로 추출된 미네랄 염은 음이온인 염소이온(Cl-)과 황산이온(SO4 2-) 제거되지 않고 양이온과 결합하여 염을 형성하기 때문에 이러한 미네랄염을 다시 용해하여 미네랄 수를 제조할 때에는 먹는 물 수질기준 항목인 염소이온과 황산이온이 재용해 되기 때문에 경도 400이상의 고경도수의 제조가 불가능한 단점이 있다.
본 발명은 기존의 해수담수화방법인 증발법, 역삼투법(RO) 등의 문제점을 해결하여 고경도수를 제조하기 위한 해수(해양심층수) 처리수 제조공정에 관한 것으로써, 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합공정을 사용하여 황산이온과 염소이온은 제거하면서, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 잔존 농축시켜 고경도수를 대량생산을 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정을 제공하고자 한다.
국내 등록특허공보 제10-732066호에는 이온 성분을 포함하는 농축수와 상기 이온 성분이 제거된 담수를 얻는 단계; 상기 농축수를 가열 농축하고 여과하여 칼슘염, 나트륨염 및 황산염의 결정을 분리하는 단계; 상기 농축수를 농축하여, 칼륨염 및 마그네슘염의 혼합염 슬러리를 얻는 단계; 상기 슬러리를 물로 세척하여 마그네슘염이 용해된 용액과 칼륨염 결정을 얻는 단계; 및 상기 마그네슘염이 용해된 용액을 농축하여 칼륨염 및 마그네슘염이 혼합된 결정을 얻고, 이를 여과하여 순도가 향상된 마그네슘염 용액을 분리하는 단계를 포함하는 해양심층수로부터 저온진공결정법을 이용한 고순도 미네랄의 효율적 추출방법에 관하여 개시되어 있다. 국내 등록특허공보 제10-0885175호에는 해양심층수를 전처리 후 1차 RO(역삼투막)에 통과시켜 1차 농축수와 1차 투과수를 제조하는 단계, 상기 1차 농축수를 ED(이온교환막)에 통과시켜 고농도의 2차 농축수와 배출수를 제조하는 단계, 상기 2차 농축수를 MVR(감압조절형 증기재압축증발법) 시스템을 이용하여 증발 결정화시키는 단계, 상기 증발 결정화된 미네랄염을 입경분리기를 통해 종류별로 분리시키는 단계, 상기 1차 투과수를 2차 RO(삼투막)에 통과시켜 2차 투과수와 3차 농축수를 제조하는 단계, 및 상기 분리된 미네랄염을 상기 2차 투과수와 혼합하는 단계를 포함하는 해양심층수로부터 분리된 미네랄을 포함하는 미네랄 워터 및 미네랄염의 제조 방법에 관하여 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제10-2011-0068589호에는 해양심층수를 제1자기처리반응기에 피처리수(원수)를 끌어들여 자기력을 작용시키는 것과 동시에 제1오존발생기에서 오존을 주입하여 피산화물을 산화ㆍ응집시킨 후, 이 응집물질을 제1여과기에서 제거한다. 또한 이 피처리수를 제2자기처리반응기에 끌어들여 자기력을 작용시킴과 동시에 제2오존발생기에서 오존을 주입한 후, 활성탄이 가득 채워진 반응조를 통과시키고, 제2여과기에서 응집물질을 제거하는 처리방법의 해양심층수 담수화 처리시스템에 관하여 개시되어 있다. 국내 공개특허공보 제10-2012-0108402호에는 MF여과단계; MF투과수를 역삼투압 방식으로 처리하는 SWRO단계; SWRO투과수를 역삼투압 방식으로 처리하는 BWRO단계; BWRO투과수를 담수로 취수하는 담수취수 단계; 상기 BWRO단계에 의한 BWRO 농축수는 SWRO단계로 유입시키고, SWRO단계에 의한 농축수를 나노 필터로 여과하는 NF여과단계; NF투과수를 저농도 미네랄 워터로 취수하는 저농도 미네랄워터 취수단계; NF농축수를 고농도 미네랄 워터로 취수하는 고농도 미네랄워터 취수단계; 취수된 담수에 저농도 미네랄워터 취수단계 및 고농도 미네랄 취수 단계에 의하여 취수된 저농도 미네랄 워터 및 고농도 미네랄워터를 각각 혼합하거나 함께 혼합하여 미네랄 워터를 제조하는 것을 특징으로 하는 해수로부터 미네랄워터를 제조하는 시스템에 관하여 개시되어 있다. 그러나, 이와 같은 선행기술은 해양심층수로부터 미네랄워터를 효과적으로 제조하기 위한 목적으로, 본 발명에서와 같이 나노여과법(NF), 역삼투법(RO), 전기투석법(ED) 시스템의 복합적인 공정을 사용함으로써, 황산이온과 염소이온은 제거하며, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 농축시켜 생산 에너지 비용을 줄이고, 순도가 높은 먹는물 수질기준을 충족하기 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정에 관한 구성은 개시되지 않아 차이를 보인다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 해수(해양심층수)의 염소이온과 황산이온을 배제하고, 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등과 같은 유용 미네랄을 나트륨 분리 추출하여 유용 미네랄 성분의 회수율을 높이고 에너지를 저감시키면서 순도를 높이는 방식이다. 즉, 해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 공정 연계 시스템을 개발하여 해양심층수 처리수(탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수, 함수)를 연속공정으로 동시에 대량 생산하기 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 1) 해수를 전처리 한 후 1차로 역삼투막(RO)에 통과시켜 농축수와 탈염수를 제조하는 단계; 2) 해수를 전처리 한 후 나노여과막(NF) 3기를 사용하여 미네랄농축수와 탈염수를 제조하는 단계; 3) 상기 1)의 탈염수를 염분 농축조에 넣고, 상기 2)의 농축수를 경도 농축조에 넣고 이온교환막(ED)을 가동하는 단계; 4) 상기 3)의 염분 농축조에는 함수가, 경도 농축조에는 미네랄농축수가 생산되고, 이를 탈염수와 브랜딩하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄수의 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 1) 또는 2) 단계의 해양심층수의 전처리는 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과를 통해 수행되며, 1) 단계의 역삼투막 (RO)을 이용하여 농축수와 탈염수를 생산하는 공정 이외에 해양심층수 원수와 전기투석막, NF-RO막을 사용할 수 있으며, 3) 단계의 염분 농축조에 해양심층수 원수 또는 역삼투 탈염수와 전기투석막, NF-RO막을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 2) 단계에서 나노여과막(NF) 3기를 사용하는 대신 나노여과막(NF)을 2기 또는 1기를 사용할 수 있으며, 나노필터(NF), 역삼투막(RO), 전기투석법(ED)을 동시 연속적으로 사용하여 제조된 미네랄 수의 경도는 1,200mg/L 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 나노필터(NF), 역삼투막(RO), 전기투석법(ED)을 동시 연속적으로 사용하여 고경도수를 제조하는 방법으로서, 해수(해양심층수)로 부터 유용 미네랄인 칼륨, 마그네슘 등과 염소이온 및 황산이온을 저비용의 에너지로 효과적으로 분리하여 먹는 물 수질기준에 적합한 고경도수의 제조가 가능하며, 순도가 높은 유용 미네랄을 포함하는 다양한 제품의 미네랄원료를 해수에서 효율적으로 생산하고, 해양심층수 처리수 (탈염수, 농축수, 미네랄탈염수, 미네랄농축수, 함수)를 동시에 대량 생산 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 NF, RO, ED의 개별 처리수 생산 공정 및 성분분석 결과를 나타낸다.
도 2는 NF 막분리 성능평가를 나타낸다.
도 3은 NF/RO 3단 장치의 모식도를 나타낸다.
도 4는 NF/RO/ED를 사용한 고경도 미네랄 농축수 제조 방법 공정도를 나타낸다.
도 5는 NF/RO/ED, NF/ED 연계 공정 및 성분 분석 결과를 나타낸다.
도 6은 막분리 별 경도/TDS ratio를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정과 관련한 실시예 및 결과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 NF, RO, ED의 개별 처리수 생산 공정 및 성분분석 결과를 나타낸다. 먼저, RO시스템 공정은 50 kgf/cm2 의 압력조건을 사용하여 해양심층수 원수를 농축수와 생산수로 분리하였다. NF시스템 공정은 20 kgf/cm2 의 압력조건을 사용하여 농축수와 생산수를 분리하였으며, 생산된 농축수를 한번 더 가동(2단)하여 농축수와 생산수를 얻을 수 있다.
또한 ED시스템 공정은 Electrolyte (0.1N NaNO3), Conductivity (10 mS/cm) 조건을 사용하여 염분 농축조와 경도 농축조 모두에 원수를 넣고 테스트를 진행하였으며, 원수를 성분 분석하여 비교 데이터로 활용하였다.
고경도 미네랄 농축수를 만들 수 있는 대표적인 방법인 NF, RO, ED를 상기와 같은 조건으로 각각 테스트하여 성분분석 결과를 도 1에 나타냈다.
물에 녹아 있는 고형물질의 총량을 나타내는 총용존교형물(TDS) 및 경도/Cl- 농축수는 원수 < RO < NF 1단 < NF 2단 < ED 순으로 증가되며, ED시스템 공정을 이용하였을 때 염소이온이 가장 많이 제거된다.
도 2의 NF 막분리 성능평가 결과 NF시스템 공정을 2번 가동 하였을 때가 1번 가동하였을 때 보다 농축수의 TDS, 경도, Cl- 값이 증가되며, 즉, NF시스템 처리를 2번 가동하였을 때 농축수 1L에 함유되어 있는 미네랄의 양이 증가된다.
도 3은 NF/RO 3단 장치의 모식도를 나타낸다. 물은 황산이온(SO4 2-)의 함유량과 염분제거, 그리고 칼륨, 칼슘, 마그네슘의 함량 균형 여부에 따라 품질이 달려있다.
기존의 RO공정에 NF공정을 설치함으로써 황 성분이 획기적으로 감소된 고농축수를 미네랄 추출에 사용할 수 있다. 하지만, 농축수의 농도가 낮고, 염소이온 및 황산이온의 함유 및 순도 등의 문제점이 있어 본 발명에서는 추가적으로 ED공정을 통하여 염분성분을 제거하여 유해인자를 제거하여 고농도의 미네랄 농축수를 제조함으로써, 염소이온과 황산이온을 제거하여 결정화하는 과정에서 칼슘, 마그네슘 등을 결정화시켜 다시 용해해야 하는 불편함을 없앨 수 있다.
도 4는 NF/RO/ED를 사용한 고경도 미네랄 농축수 제조방법 공정도를 나타낸다. 기존의 공정인 역삼투막 공정(RO)은 간단하지만 농축수의 농도가 낮고, 염소이온(Cl-)과 황산이온 (SO4 2-)의 함유 등의 문제가 있으며, 전기투석막 공정(ED)은 농축수의 농도를 역삼투막 공정에 비하여 높일 수 있으나 미네랄 분리와 같은 순도의 문제가 있었다.
본 발명에서는 역삼투막(RO)과 전기투석막(ED) 공정의 문제점을 해결하고 생산수율을 높이기 위하여 나노필터막(NF) - 역삼투막(RO) - 전기투석막(ED) 공정을 복합적으로 결합하였다.
전체적인 공정의 흐름은 해수를 전처리(모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 등으로 여과)하며, 전처리 과정은 나노필터(NF), 울트라필터(UF) 막을 이용하여 황산이온만 제거하고 나머지 염(나트륨, 마그네슘, 칼슘, 칼륨, 염소이온 등) 들은 투과된 생산수를 재차 나노필터(NF)에 2번 더 여과하면 황산이온만 제거되며 나머지 염 (나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등) 들이 농축된 농축수를 제조하는 단계를 포함한다.
전처리를 마친 해수(해양심층수)는 1차 역삼투막(RO) 공정을 통해 고순도의 생산수와 7% 이상의 염 함량을 가진 농축수를 제조하고, 2차 나노필터막(NF : 3단)을 통하여 염소이온과 황산이온(SO4 2-)이 제거된 생산수와 미네랄함량이 농축된 농축수를 얻고, 3차로 해양심층수(원수) 또는 RO(역삼투막) 생산수를 ED(전기투석막) 장치의 염분 농축조에 넣고, NF막(나노필터 막) 3기를 통한 NF 3차 농축수를 전기투석막(ED) 장치의 경도 농축조에 넣는다.
전기투석막(ED) 장치에 20mS/cm, 10mS/cm, 5mS/cm의 전기전도도를 투입하여 가동시키면, 염분 농축조에는 함수가 생성되고 경도 농축조에는 염소이온(Cl-) 등이 제거된 고경도 미네랄 농축수가 생성되며, 이를 탈염수와 브랜딩하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄 함량(마그네슘과 칼슘)이 고경도(1,200mg/L) 인 미네랄수를 제조할 수 있다.
상기 방법에서 얻어진 함수는 염화나트륨이 농축 함유된 처리수로서 「소금산업 진흥법」제2조 제3호를 충족할 수 있도록 가공하는 것이 가능하였다. 소금산업진흥법에서 "함수(鹹水)"란 그 함유 고형분(固形分) 중에 염화나트륨을 100분의 50 이상 함유하고 섭씨 15도에서 보메(baume: 액체의 비중을 나타내는 단위) 5도 이상의 비중(比重)을 가진 액체로 규정되어 있다.
도 5는 NF/RO/ED, NF/ED 연계 공정 및 성분 분석 결과를 나타낸다. 상기 도 1의 결과를 바탕으로 추가적인 연계공정을 계획하여, 나노여과막(NF), 역삼투막(RO), 전기투석막(ED)를 연계하여 복합시스템을 구축하였다. 공정에 사용된 ED의 조건은 0.5N NaNO3, 20mS/cm 로 설정하고 그 외 조건은 도 1과 동일하게 하였다.
경도 값에서 각각 공정의 탈염후 경도농축조의 양은 NF/ED 보다 RO/NF/ED의 공정에서 경도 값이 높게 나타났으며, 이는 RO에 의해 농축수에 포함되어 있는 미네랄 양이 증가된다는 것을 나타낸다.
또한 염소이온(Cl-)의 경도농축조의 경우 NF/ED 보다 RO/NF/ED공정에서 값이 더 작으며, RO공정에 의해 농축수에 함유되어 있는 Cl- 의 양이 감소되며, 염의 함량이 적고 미네랄의 농축함량이 높은 미네랄농축수를 생산할 수 있다.
경도/Cl- 농축수의 경우, 원수 < NF/ED < RO/NF/ED 순이며, RO/NF/ED의 Cl- 값이 NF/ED의 Cl- 값보다 적으므로 RO공정을 포함한 RO/NF/ED공정을 통하여 고경도 미네랄 농축수를 제조할 수 있다.
도 6은 막분리 별 경도/TDS ratio를 나타낸다. 경도/TDS 값은 원수 < RO생산수 < RO농축수 < NF 1단 농축수 < NF 2단 농축수 < ED 경도농축조(미네랄탈염수) < NF/ED 경도농축조(미네랄농축수) < RO/NF/ED 경도농축조(미네랄농축수) 순으로 값이 증가하였으며, 이를 통해 RO/NF/ED 공정을 통해 인체에 유해한 염소이온 등을 줄이고 유용성분이 다량 함류된 고경도 미네랄 농축수의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.
이와 같은 나노여과막(NF), 역삼투막(RO), 전기투석막(ED)의 복합 시스템을 이용하여 해수담수화 과정을 통해 황산이온과 염소이온은 제거하면서 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘 등은 농축시켜 먹는물 수질기준에 적합한 고경도수 제조가 가능하며, 칼슘과 마그네슘과 같은 유용 미네랄을 포함하는 다양한 제품의 미네랄원료를 해수에서 효율적으로 생산할 수 있다.
해수 담수화 과정 중 최적의 수질조정을 위한 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정을 이용함으로써, 기존 증발법을 포함하는 기술에 비하여 에너지가 절약되고, 대량으로 해양심층수 처리수를 제조할 수 있으며, 황산이온과 염소이온을 제거하면서, 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘가 농축되어 있는 미네랄농축수를 제조할 수 있어 먹는물 수질기준을 충족하는 고경도 해양심층수(경도 1,200mg/L)를 생산 할 수 있는 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (9)

1) 해수(해양심층수)를 전처리 한 후 1차로 역삼투막(RO)에 통과시켜 농축수와 탈염수를 제조하는 단계;
2) 해수(해양심층수)를 전처리 한 후 나노여과막(NF)을 사용하여 미네랄농축수와 탈염수를 제조하는 단계;
3) 상기 1)단계의 탈염수를 염분 농축조에 넣고, 상기 2)의 농축수를 경도 농축조에 넣고 전기투석막(ED)을 가동하는 단계;
4) 상기 3)단계의 염분 농축조에는 함수가, 경도 농축조에는 미네랄농축수가 생산되며, 이를 탈염수와 브랜딩하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄수의 제조하는 단계;를 포함하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제1항에 있어서, 상기 1) 또는 2) 단계의 해양심층수의 전처리는 모래여과, 급속여과막, 마이크로필터(MF), 침지맴브레인필터(SMF), 울트라필터(UF) 여과 중에 선택되는 하나 이상의 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제2항에 있어서, 상기 1) 단계는 해양심층수 원수를 전기투석막 또는 NF-RO막을 이용하여 농축수와 탈염수를 제조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제3항에 있어서, 상기 3) 단계에서 1)단계의 탈염수를 염분 농축조에 넣는 구성은 해양심층수 원수 또는 역삼투 탈염수와 전기투석막, NF-RO막을 사용한 생산수를 넣는 것으로 대체되는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제3항에 있어서, 상기 2) 단계의 나노여과막(NF)은 2기 또는 3기를 사용하는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제1항 내지 제5항에 있어서, 제조된 미네랄 수의 경도는 1,200mg/L 인 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제1항 내지 제5항에 있어서, ED(전기투석막) 장치에 투입되는 전기전도도는 5 내지 20mS/cm인 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
전처리를 마친 해수(해양심층수)를 1차 처리로 역삼투막(RO) 공정을 통해 고순도의 탈염수와 7% 이상의 염함량을 가진 농축수로 제조하고;
2차 처리로 나노필터막(NF)을 통하여 염소이온과 황산이온(SO4 2-)이 제거된 생산수와 미네랄함량이 농축된 미네랄 농축수를 얻고;
3차로 전기투석막(ED)을 통해 염소이온(Cl-) 등이 제거된 고경도 미네랄 농축수를 생성시켜, 탈염수와 브랜딩하여 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄 수를 제조하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항의 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법으로 생산된 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄수
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105236658A (zh) * 2015-11-06 2016-01-13 北京津工海水科技有限公司 海水制盐的方法及系统
CN105565573A (zh) * 2016-02-05 2016-05-11 大唐环境产业集团股份有限公司 脱硫废水零排放处理的装置及方法
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KR101998546B1 (ko) * 2019-02-25 2019-07-09 강성종 용암해수 미네랄 조정 시스템
KR102020176B1 (ko) * 2019-02-25 2019-11-04 강성종 용암해수 미네랄 조정 방법
CN112079466A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 烟台金正环保科技有限公司 一种全膜法海水淡化处理系统及方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105236658A (zh) * 2015-11-06 2016-01-13 北京津工海水科技有限公司 海水制盐的方法及系统
CN105565573A (zh) * 2016-02-05 2016-05-11 大唐环境产业集团股份有限公司 脱硫废水零排放处理的装置及方法
CN105712557A (zh) * 2016-02-05 2016-06-29 大唐环境产业集团股份有限公司 一种脱硫废水零排放处理装置及方法
CN105565573B (zh) * 2016-02-05 2019-01-25 大唐环境产业集团股份有限公司 脱硫废水零排放处理的装置及方法
CN105712557B (zh) * 2016-02-05 2019-01-25 大唐环境产业集团股份有限公司 一种脱硫废水零排放处理装置及方法
KR101998546B1 (ko) * 2019-02-25 2019-07-09 강성종 용암해수 미네랄 조정 시스템
KR102020176B1 (ko) * 2019-02-25 2019-11-04 강성종 용암해수 미네랄 조정 방법
CN112079466A (zh) * 2020-09-16 2020-12-15 烟台金正环保科技有限公司 一种全膜法海水淡化处理系统及方法
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