KR20150139486A - The manufacturing process development of Processed deep seawater using NF/RO/ED membrane connection system - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a mineral content control technology for removing sulfate ions and chlorine ions and remaining useful minerals such as magnesium and calcium during seawater (deep seawater or concentrated seawater) desalination, and, more specifically, to development of a process linking system for optimal water quality control during the seawater desalination, which comprises the steps of: selectively controlling the minerals by using a combined method of electrodialysis (ED), nano-filtration (NF) and reverse osmosis (RO) systems; removing specific materials by using the electrodialysis membrane (ED) and a nano-filter membrane (NF) in the seawater (deep seawater) desalination. The present invention is a process capable of simultaneously manufacturing processed deep seawater including desalinated water, concentrated water, mineral desalinated water, mineral enriched water, and brine by linking ED, NF, and RO processes, saving energy compared with a technology including the existing evaporation method, and manufacturing the processed deep seawater in a large quantity. Furthermore, the present invention is a new technology capable of removing sulfate ions and chlorine ions and manufacturing mineral enriched water, thereby manufacturing high hardness drinking water (hardness 1,200 mg/L) which meets drinking water standards.

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}[0002] The present invention relates to a process for the production of deep sea water (NF / RO / ED membrane connection system) using an NF / RO /

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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for producing deep sea water for producing high hardness water through seawater desalination (deep seawater raw water or concentrated water desalination). More particularly, the present invention relates to a nano- ), And electrodialysis (ED) system, the sulfate and chloride ions contained in the seawater are removed, and magnesium, calcium, etc., which are useful minerals, are concentrated to be remained and the existing desalination methods (evaporation method, reverse osmosis method RO / ED membrane separation system to overcome the problems of the deep sea water treatment.

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. In general, 1.0 kg of seawater contains 965 g (96.5%) of water, 18.98 g (1.9%) of chlorine ion, 10.556 g of Na + and 1.1% of sulfate ion and 2.649 g of SO 4 2 -, 0.3%), magnesium ion is 1.272 g (Mg 2+, 0.1% ), calcium ion is 0.400 g (Ca 2+, 0.04% ), potassium ions 0.38 g (K +, 0.04% ), bicarbonate ions It is known that 0.14 g (HCO 3 - , 0.01%) of the main component ion is dissolved in 3.4% and the remaining 0.1% is present in the trace metal dissolved and 92 kinds of dissolved substances exist in seawater.

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.In particular, seawater (deep sea water) is deep sea water at depths of 200m or more, which is not reached by sunlight. It is located far away from the coast and is not mixed with atmospheric or surface water (river) due to difference in temperature and density of surface water. It is structurally blocked from pollution sources such as organic pollutants (organic compounds such as pathogens and fertilizer pesticides) due to its structure. It is known as a marine water resource that has maintained its clean characteristic for a long time. Deep sea water also contains various minerals such as zinc, selenium, and manganese as well as the four major minerals (magnesium, calcium, potassium, sodium), and is known as a natural minerals resource through water quality control and desalination.

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.Generally, deficiency and excess of minerals cause various diseases, and physical and mental development is inhibited, so it is important to maintain the mineral balance in the body. Minerals such as calcium, magnesium, and potassium are important elements that play a role in body composition, body function control, and are one of the five nutrients needed by humans. Calcium (Ca 2+ ) is a mineral component that functions in bone and tooth formation, muscle, nerve and heart function, and blood coagulation. In the case of deficiency, calcium, calcium, Anxiety and the like occur.

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.In addition, magnesium (magnesium, Mg 2 +) is the energy generated, nervous system regulation, vitamin B, and perform functions such as facilitating of the E metabolism, at the time of lack of heart disease, high blood pressure, kidney stones, insomnia, arrhythmia, hypotension, loss of appetite, (K + ) performs functions such as regulation of intracellular acid base equilibrium, moisture regulation, maintenance of neurological function, preservation of cell function, vasodilation, and oxygen supply to the brain. Arrhythmia, loss of appetite, muscle spasms, constipation, fatigue, asthenia and hypoglycemia occur.

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.In other words, the minerals contained in seawater (deep sea water) can be a very useful mineral source for modern people whose mineral balance has been lost due to wrong eating habits, environmental pollution. However, since seawater contains a considerable amount of salt (NaCl), there is a problem that potassium, calcium, magnesium, etc., which are useful minerals in the desalination process for removing salinity, are removed together.

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. The seawater desalination methods include evaporation method, reverse osmosis membrane method, and electrodialysis method. The evaporation method utilizes the principle of evaporating seawater, evaporating water as a solvent, and leaving a solute. The reverse osmosis membrane (RO) uses an ionic substance dissolved in water as a membrane to exclude salt, It is a way to pass.

전기투석법(ED)은 음이온막과 양이온막을 교대로 배치한 후, 음이온막과 양이온막의 양단에 위치한 전극에 직류전압을 걸어, 양이온 및 음이온을 제거하여, 순수한 담수를 얻는 방법이다. Electrodialysis (ED) is a method for obtaining pure fresh water by arranging alternately an anion membrane and a cation membrane, and then applying a DC voltage to an electrode located at both ends of the anion membrane and the cation membrane to remove cations and anions.

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. In addition, the method of extracting minerals from existing seawater is a method of extracting minerals in seawater by concentrating seawater (deep seawater) by evaporating and separating minerals such as calcium salt and magnesium salt by using difference of solubility.

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. However, when these desalination methods are used, it is difficult to efficiently separate calcium and magnesium from various minerals contained in seawater, and there is a disadvantage in that the recovery rate of mineral components is low and energy is large. In addition, since the mineral salts extracted by the desalination method and the mineral extraction method are combined with cations without removing the anion chlorine ion (Cl - ) and sulfate ion (SO 4 2- ), the mineral salts are reused When producing mineral water by dissolving, the chlorine ion and the sulfate ion, which are the items of water quality standards to be consumed, are redissolved, so that it is impossible to manufacture a high hardness water having a hardness of 400 or higher.

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.
The present invention relates to a manufacturing process of seawater (deep sea water) treated with water for producing high hardness water by solving the problems of conventional seawater desalination methods such as evaporation method and reverse osmosis (RO) method, (RO), and electrodialysis (ED) system, sulfuric acid ions and chlorine ions are removed while useful minerals such as magnesium and calcium are concentrated to maintain the high hardness water in the NF / RO / ED And to provide a deep ocean wastewater treatment process using a membrane coupling system.

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.Korean Patent Publication No. 10-732066 discloses a method for producing a water-soluble polymer, which comprises: obtaining concentrated water containing an ion component and fresh water from which the ion component is removed; Separating the crystals of calcium salt, sodium salt and sulfate by heating and concentrating the concentrated water; Concentrating the concentrated water to obtain a mixed salt slurry of a potassium salt and a magnesium salt; Washing the slurry with water to obtain a solution in which the magnesium salt is dissolved and potassium salt crystals; And a step of concentrating the solution in which the magnesium salt is dissolved to obtain a crystal in which a potassium salt and a magnesium salt are mixed and separating the magnesium salt solution having improved purity by filtration to obtain a high purity minerals An efficient extraction method is disclosed. 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.Korean Patent Registration No. 10-0885175 discloses a method for producing a concentrated water and a primary permeated water by passing deep seawater through a pretreatment and then passing it through a RO (reverse osmosis membrane) to prepare a primary concentrated water and a primary permeated water, And the second concentrated water is evaporated and crystallized by using a MVR (Decompression Controlled Vapor Deposition Compression Evaporation) system, the evaporated and crystallized mineral salt is separated into a particle size separator Separating the first permeated water through a second RO (osmotic membrane) to produce a second permeated water and a third concentrated water; and separating the separated mineral salt into the second permeable water And a method for producing mineral salts and mineral salts comprising minerals separated from deep ocean water. 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.In Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0068589, deep-sea water is drawn into the first magnetic treatment reactor for the water to be treated (raw water), and the ozone is injected into the first ozone generator to oxidize and oxidize the oxides After coagulation, the coagulated material is removed from the first filter. Treating the water to be treated to the second magnetic treatment reactor to apply a magnetic force to the ozone generator, injecting ozone into the second ozone generator, passing the ozone through a reaction tank filled with activated carbon, and removing the coagulated material from the second filter ≪ / RTI > is disclosed for an ocean deep seawater desalination system. 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.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0108402 discloses an MF filtration step; An SWRO step of treating the MF permeated water by reverse osmosis; A BWRO step of treating the SWRO permeate with reverse osmosis; A fresh water intake step of taking BWRO permeated water as fresh water; An NF filtration step of introducing the BWRO concentrated water by the BWRO step into the SWRO step and filtering the concentrated water by the SWRO step with a nanofilter; A low-concentration mineral water intake step of taking NF permeated water with low-concentration mineral water; High-concentration mineral water intake step of taking NF-concentrated water with high-concentration mineral water; Wherein the low-concentration mineral water and the high-concentration mineral water taken in the low-concentration mineral water taking-in step and the high-concentration mineral take-in step are respectively mixed or mixed together to obtain the mineral water from the seawater. . 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.However, such a prior art technique can be used to effectively produce mineral water from deep seawater by using a complex process of nanofiltration (NF), reverse osmosis (RO) and electrodialysis (ED) systems as in the present invention , To remove sulfuric acid ion and chlorine ion, to concentrate the useful minerals such as magnesium and calcium, to reduce the energy cost of production and to meet the drinking water quality standard of high purity, deep sea water treatment using NF / RO / ED membrane connection system The constitution regarding the water production process is not disclosed and shows a difference.

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.
Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to eliminate chloride ion and sulfate ion in seawater (deep sea water) and to extract sodium from the useful minerals such as calcium, magnesium, potassium, While increasing the purity. The NF / RO / NF / RO / NF process for simultaneous mass production of deep ocean waters (desalted water, concentrated water, mineral desalination water, mineral concentrated water, ED separator coupling system for the deep sea water treatment.

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.
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for producing a concentrated osmosis membrane, comprising the steps of: 1) pretreating seawater and then passing it through a reverse osmosis membrane (RO) to produce concentrated water and desalted water; 2) pretreating seawater and preparing mineral-concentrated water and desalted water using NF 3; 3) putting the demineralized water of 1) into the salt concentration tank, putting the concentrated water of 2) into the hardness concentration tank and operating the ion exchange membrane (ED); 4) a step of producing a mineral water which satisfies the water quality standard for producing water by producing a mineral water-concentrated water in the salt concentration tank and the mineral water-concentrated water in the salt concentration tank of 3), and by branding it with demineralized water.

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.
The pretreatment of the deep seawater in step 1) or 2) is performed through sand filtration, rapid filtration membrane, microfiltration (MF), immersion membrane filter (SMF) and ultra filtration (UF) In addition to the process of producing concentrated water and desalted water, it is possible to use deep sea water, electrodialysis membrane, and NF-RO membrane in addition to the process of producing concentrated water and desalted water. Is used.

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.
(NF), reverse osmosis membrane (RO), electrodialysis (ED), and the like can be used in place of the NF membrane (NF) And the hardness of the mineral water produced by continuous use is 1,200 mg / L.

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.
The present invention relates to a method for producing a high hardness water by simultaneously using a nanofilter (NF), a reverse osmosis membrane (RO), and an electrodialysis method (ED), wherein potassium, magnesium, Ion and sulfate ions can be produced efficiently by separating them with low-cost energy, and it is possible to produce a high-hardness water suitable for water quality standards and efficiently produce mineral raw materials of various products including useful minerals having high purity, (Deionized water, concentrated water, mineral desalted water, mineral concentrated water, and water) at the same time.

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.
Fig. 1 shows the results of the individual process water production process and component analysis of NF, RO and ED.
Figure 2 shows the NF membrane separation performance evaluation.
3 shows a schematic diagram of an NF / RO 3-stage device.
FIG. 4 shows a process flow chart of a method of producing a high-hardness mineral-concentrated water using NF / RO / ED.
5 shows the NF / RO / ED, NF / ED coupling process and component analysis results.
Figure 6 shows the hardness / TDS ratio for each membrane separation.

이하, 본 발명에 따른 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조공정과 관련한 실시예 및 결과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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. Fig. 1 shows the results of the individual process water production process and component analysis of NF, RO and ED. First, in the RO system process, deep sea water was separated into concentrated water and production water using a pressure condition of 50 kgf / cm 2 . The NF system process separates the concentrated water and the production water by using the pressure condition of 20 kgf / cm 2 , and the concentrated water produced can be operated once more (two stages) to obtain the concentrated water and the produced water.

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. In the ED system, raw water was added to both the salt concentrator and the hardness concentrator using Electrolyte (0.1N NaNO 3 ) and Conductivity (10 mS / cm).

고경도 미네랄 농축수를 만들 수 있는 대표적인 방법인 NF, RO, ED를 상기와 같은 조건으로 각각 테스트하여 성분분석 결과를 도 1에 나타냈다. NF, RO, and ED, which are representative methods of producing high-hardness mineral-concentrated water, were tested under the same conditions as above, and the results of the component analysis are shown in FIG.

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.
The total dissolved solids (TDS) and hardness / Cl - enriched water, which represent the total amount of solids dissolved in water, are increased in order of raw water <RO <NF 1 stage <NF 2 stage <ED, Ions are most removed.

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.
As a result of the NF membrane separation performance evaluation of FIG. 2, TDS, hardness, and Cl - value of the concentrated water were increased when the NF system process was operated twice, that is, when the NF system process was operated twice, The amount of minerals contained in water 1 L is increased.

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. 3 shows a schematic diagram of an NF / RO 3-stage device. Water depends on the content of sulfate ion (SO 4 2- ), salt removal, and balance of potassium, calcium and magnesium contents.

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.
By installing the NF process in the existing RO process, highly concentrated water with a drastically reduced sulfur content can be used for mineral extraction. However, since the concentration of the concentrated water is low and the content and the purity of the chloride ion and the sulfate ion are disadvantageous, the present invention further includes a step of removing the salt component through the ED process to remove harmful factors to produce a concentrated mineral- It is possible to eliminate the inconvenience of crystallizing calcium and magnesium in the course of crystallization by removing chlorine ions and sulfate ions and then dissolving them again.

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. FIG. 4 shows a process flow chart of a method of producing a high-hardness mineral-concentrated water using NF / RO / ED. The conventional RO process is simple but the concentration of concentrated water is low and there are problems such as the inclusion of chlorine ions (Cl - ) and sulfate ions (SO 4 2- ), and the electrodialysis process (ED) Although the concentration of water can be increased compared to the reverse osmosis membrane process, there is a problem of purity such as mineral separation.

본 발명에서는 역삼투막(RO)과 전기투석막(ED) 공정의 문제점을 해결하고 생산수율을 높이기 위하여 나노필터막(NF) - 역삼투막(RO) - 전기투석막(ED) 공정을 복합적으로 결합하였다. In the present invention, a nanofilter membrane (NF) - reverse osmosis membrane (RO) - electrodialysis membrane (ED) process is combined to solve the problems of the RO and ED processes and to increase the production yield.

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. The overall process flow is to filter the seawater by pretreatment (sand filtration, rapid filtration membrane, MF, immersion membrane filter (SMF), ultrafilter (UF) (Na, Ca, Mg, Ca, K, Na, K, Na, K, Na, K, Na) (Sodium, potassium, calcium, magnesium, and the like) in the concentrated water.

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. The seawater (deep sea water) after the pretreatment is produced concentrated water having high purity production volume and salt content of 7% or more through the primary RO membrane process and chlorine ion and a sulfate ion (SO 4 2-) is removed, the production number and the mineral content is gaining be enriched enriched, 3 drive the deep sea water (raw water), or RO (reverse osmosis membrane), the number of production ED (electric dialysis membrane) salt concentration tank of the apparatus , And NF tertiary concentrated water through the three NF membranes (nanofiltration membrane) is placed in the hardness concentration tank of the electrodialysis membrane (ED) apparatus.

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.
When the movable charged into an electric dialysis membrane (ED) electric conductivity of 20mS / cm, 10mS / cm, 5mS / cm to the devices, or salt concentration tank, the functions are generated and hardness concentration tank has a chlorine ion (Cl -) Mineral also hardness of the like to remove Concentrated water is produced, which can be branded with demineralized water to produce mineral water with a mineral content (magnesium and calcium) of high hardness (1,200 mg / L) that meets water quality standards.

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.
The function obtained by the above method was able to be processed so as to satisfy Article 2 (3) of the " Salt Industry Promotion Act " as a treatment water containing concentrated sodium chloride. In the Salt Industry Promotion Act, "salt (brine)" refers to a solid containing sodium chloride in an amount of 50% or more and a specific gravity of 5 or more at a temperature of 15 degrees Celsius (baume) Lt; / RTI &gt;

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.5 shows the NF / RO / ED, NF / ED coupling process and component analysis results. Based on the results shown in FIG. 1, an additional coupling process was planned and a composite system was constructed by linking the nanofiltration membrane (NF), reverse osmosis membrane (RO), and electrodialysis membrane (ED). The conditions of the ED used in the process were set to 0.5 N NaNO 3 , 20 mS / cm, and other conditions were the same as in FIG.

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.The hardness values of RO and NF / ED were higher than those of NF / ED after the desalting process, respectively. This indicates that the amount of minerals contained in the concentrated water is increased by RO.

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. Also, the hardness concentration of chlorine ion (Cl - ) is lower in RO / NF / ED process than that of NF / ED, the amount of Cl - contained in concentrated water is decreased by RO process, And can produce mineral concentrated water with high concentration of mineral.

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.
In the case of the concentrated water, the raw water <NF / ED <RO / NF / ED unique and, RO / NF / ED of Cl - - Hardness / Cl a value of NF / ED Cl - therefore less than the value RO / NF including the RO process / ED process to produce high-hardness mineral-concentrated water.

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. Figure 6 shows the hardness / TDS ratio for each membrane separation. NF / ED Hardness Concentration Tank (Mineral Concentrated Water) <RO / NF / ED Hardness / TDS Value <RO Produced Water <RO Concentrated Water < ED Hardness Concentration Tank (Mineral Condensate Water) in order. This shows that RO / NF / ED process can reduce the harmful chlorine ion and can produce highly concentrated mineral water with a large amount of oil. have.

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.
Using the combined system of NF, RO, and ED, sulfate ions and chlorine ions are removed through seawater desalination process, while beneficial minerals such as magnesium and calcium are concentrated, It is possible to produce high hardness water according to the standard, and it is possible to efficiently produce mineral raw materials of various products including useful minerals such as calcium and magnesium in seawater.

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. By using the deep ocean water treatment process using the NF / RO / ED membrane connection system for the optimal water quality adjustment during seawater desalination, energy is saved compared with the technology including the existing evaporation method, and a large amount of deep sea water treatment (Hardness of 1,200 mg / L) which can meet the drinking water quality standard because it is possible to produce concentrated mineral water which is rich in magnesium and calcium which are useful minerals while removing sulfate ion and chlorine ion. It is industrially applicable.

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
1) pretreatment of seawater (deep sea water) and then passing it through a reverse osmosis membrane (RO) to produce concentrated water and desalted water;
2) pretreatment of seawater (deep sea water), preparing mineral-concentrated water and desalted water by using NF membrane;
3) putting the desalted water in the step 1) into a salt concentration tank, putting the concentrated water in the 2) into the hardness concentration tank and operating the ED;
4) a step of producing a mineral water that satisfies the water quality standard for producing water by producing a concentrated water in the salt concentration tank and the mineral concentrated water in the salt concentration tank in the step 3), and by branding it with demineralized water, the NF / RO / ED separation membrane Deep sea water treatment method using coupled system
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
The method according to claim 1, wherein the pretreatment of the deep sea water in step 1) or 2) is performed by one or more methods selected from among sand filtration, rapid filtration membrane, microfiltration membrane (MF), immersion membrane filter (SMF) A method for manufacturing deep-sea water treatment using an NF / RO / ED membrane coupling system
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
[3] The method of claim 2, wherein the step 1) comprises the step of preparing concentrated water and desalted water by using an electrodialysis membrane or an NF-RO membrane as the deep seawater raw water. Processed water production method
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
[6] The method of claim 3, wherein the desalting water in step 3) is put in a salt concentrating tank by replacing deep sea water or reverse osmosis desalted water with production water using an electrodialytic membrane and an NF-RO membrane. A method of manufacturing deep sea water treated by using NF / RO / ED membrane coupling system
제3항에 있어서, 상기 2) 단계의 나노여과막(NF)은 2기 또는 3기를 사용하는 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
The method according to claim 3, wherein the nanofiltration membrane (NF) in step 2) uses two or three groups.
제1항 내지 제5항에 있어서, 제조된 미네랄 수의 경도는 1,200mg/L 인 것을 특징으로 하는 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the hardness of the prepared mineral water is 1,200 mg / L.
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
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the electric conductivity applied to the ED (electrodialysis membrane) apparatus is 5 to 20 mS / cm.
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
The pretreated seawater (deep sea water) was treated with high purity deionized water and concentrated water having a salt content of 7% or more through a reverse osmosis membrane (RO) process as a primary treatment;
Obtaining a mineral-enriched water in which the production water and the mineral content are concentrated by removing the chlorine ion and the sulfate ion (SO 4 2- ) through the nanofiltration membrane (NF) by the secondary treatment;
And a step of producing mineral water having a high hardness and mineral concentrate in which chlorine ion (Cl &lt; &quot;&gt;) or the like is removed through an electrodialytic membrane (ED) Of Deep Sea Water Treatment Using NF / RO / ED Membrane Connection System
제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항의 NF/RO/ED 분리막 연계시스템을 이용한 해양심층수 처리수 제조방법으로 생산된 먹는 물 수질기준을 충족하는 미네랄수A method for producing a deep-sea water treatment using an NF / RO / ED membrane coupling system according to any one of claims 1 to 8,
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