KR20160055357A - 수처리시스템 - Google Patents

Abstract

수처리시스템이 개시된다. 제1 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제1 전극스택 및 제2 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제2 전극스택을 포함하되, 상기 제1 수처리 주기에 따른 고염수 및 상기 제2 수처리주기에 따른 저염수는 동일 시간 구간에 생성되어 전력발전모듈로 제공된다. 이로써, 정화수를 제공하는 동시에 전력을 발전할 수 있다.

Description

수처리시스템 {SYSTEM FOR WATER TREATMENT}

본 발명은 수처리시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정화수 생산 및 전력발전을 동시해 수행할 수 있는 수처리시스템에 관한 것이다.

최근 전세계적으로 물 부족 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 잘 알려져 있는 바와 같이 지구상 물의 약 97%가 해수에 해당하고 나머지 육지 상의 물 중세서도 별도의 처리 없이 직접적으로 인간이 사용할 수 있는 물의 양은 많지 않다. 또한 기상 이변, 사막화, 수자원 오염 등으로 인하여 물 부족 문제는 더욱 심각해질 것으로 예상된다.

이러한 물 부족 현상을 해결하기 위하여 다양한 방식의 수처리시스템이 고려되고 있다. 예를 들어, 강변여과수나, 지하수 이용, 인공강우 등의 방법 등이 고려되고 있기는 하나 근본적인 문제를 해결하기 위해 무한 자원인 해수를 담수화 하는 기술이 크게 각광받고 있다.

한편, 가속화되고 있는 지구 온난화 문제로 전 세계인의 관심이 주목되고 있다. 그러나 지구 온난화 문제를 해결하고자 하는 관심은 높아지고 있지만, 지구 온난화의 원인으로 지목되는 온실 가스 중 이산화탄소는 매년 대기 중 농도가 높아지고 있는 실정이다.

따라서 해수 수처리시스템은 우수한 해수 담수화 성능을 보유하는 동시에 친환경적인 성능을 함께 보유하는 방향으로 발전할 필요가 있다.

미국공개특허 US2008/0116136 water treatment systemt

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 해수를 정화하는 동시에 전력을 발전하는 수처리시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 해수를 정화한 후 발생한 고염수의 염도를 다시 감소시키는 수처리시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 열거한 과제에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은, 제1 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제1 전극스택 및 제2 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제2 전극스택을 포함하되, 상기 제1 수처리 주기에 따른 고염수 및 상기 제2 수처리주기에 따른 저염수는 동일 시간 구간에 생성되어 전력발전모듈로 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 및 제2 전극스택은 흡착모드 및 재생모드 중 하나로 동작하며, 상기 흡착모드에서 상기 저염수 및 상기 정화수가 생산되고, 상기 재생모드에서 고염수가 생산된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 수처리주기는, 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며, 상기 고염수생산구간은 상기 저염수생산구간 보다 긴 시간으로 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 및 제2 수처리주기는, 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며, 상기 고염수생산구간은 상기 저염수생산구간과 상기 정화수생산구간의 합과 동일하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 및 제2 수처리주기는 시작시점과 종료시점이 동일하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은 복수의 전극스택을 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극스택 및 상기 복수의 전극스택 각각은 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며, 상기 제1 수처리주기의 고염수생산구간은 제2 수처리주기의 저염수생산구간 및 상기 복수의 전극스택의 저염수생산구간 각각의 합과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제2 전극스택 및 상기 복수의 전극스택 각각의 저염수생산구간은 시간적으로 서로 구별된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 및 제2 전극스택은, 정전류모드로 동작한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 정화수는 초순수 및 담수를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은 상기 고염수 및 상기 저염수를 제공받아 전력을 생산하는 전력발전모듈을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전력발전모듈은 RED 모듈(reverse electrodialysis module)이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 상기 전력발전모듈로 제공된 고염수는 전력발전 이후 염도가 낮아지고, 상기 전력발전모듈로 제공된 저염수는 전력발전 이후 염도가 높아진다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리시스템은 염수로부터 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 복수의 CDI cell(capacitive deionization cell) 및 상기 고염수 및 상기 저염수를 통하여 전력을 발전하는 전력발전모듈;을 포함하되, 상기 정화수 및 상기 전력 발전을 위한 고염수 및 저염수는 동일 시간 구간대에 생산된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 복수의 CDI cell 각각은 흡착모드 및 재생모드 중 하나로 동작하며, 상기 흡착모드에서 상기 저염수 및 상기 정화수가 생산되고, 상기 재생모드에서 고염수가 생산된다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 해수를 CDI 모듈 (capacitive deionization module)을 통하여 담수화하는 동시에, CDI 모듈로부터 고염수 및 저염수를 생산하여 염도차발전을 통하여 전력을 생산하는데 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, CDI 모듈로부터 담수화 과정 중에 생산된 고염수를 염도차발전을 통하여 염도의 농도를 감소시킴으로써, 친환경성을 증대시키는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 효과는 상기 열거한 효과에 제한되지 않으며 이하의 설명에 의하여 더욱 명확하게 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 모듈의 전극스택을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기분해 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템의 동작 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템의 특정 동작 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기분해 모듈에 의한 고염수 및 저염수의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 본 명세서에서 "A에서 B로 제공한다"는 의미는 A에서 B로 직접 제공하는 경우 뿐만 아니라 C를 경유하여 제공하는 경우를 포함하는 의미로 사용된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은, CDI 모듈 (capacitive deionization module) 및 전력발전모듈을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은, CDI 모듈(110), 밸브(132) 및 전력발전모듈(140) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 CDI 모듈(110)은 해수 중 이온성 물질을 분리 제거함으로써 담수화하는 모듈일 수 있다. 상기 CDI 모듈(110)은 해수유입라인(112), 제1 내지 제n 전극스택(114, 117, 120, 123), 상기 제1 내지 제n 전극스택과 밸브(132)를 이어주는 CDI 유출라인(115, 118, 121, 124)를 포함한다.

상기 해수유입라인(112)은 상기 CDI 모듈(110)의 전극스택으로 해수를 제공하는 역할을 수행할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 해수유입라인(112)과 각각의 전극스택 사이에는 온/오프 및 유량을 제어할 수 있는 스위치가 마련될 수 있다.

상기 CDI 모듈(110)은 유입받은 해수를 처리하기 위하여 적어도 하나 이상의 전극스택을 포함할 수 있다. 상기 전극스택은 CDI 셀(cell)로 호칭될 수 있다. 상기 전극스택은 유입받은 해수로부터 예를 들어, 정화수, 고염수(high saline water), 저염수(low saline water)를 생성할 수 있다.

이 때, 정화수는 초춘수 및 담수를 포함하는 용어일 수 있다. 특히, 초춘수는 산업용에서 사용될 수 있는 수준의 저항을 가질 수 있다. 예를 들어, 초순수는 ASTM(D1193-91)의 Type 1에 따라 18MΩcm의 비저항을 가지거나, ASTM(D1193-91)의 Type 2에 따라 10MΩcm의 비저항을 가지거나, ASTM(D1193-91)의 Type 3에 따라 4MΩcm의 비저항을 가지거나, ASTM(D1193-91)의 Type 4에 따라 0.2MΩcm의 비저항을 가질 수 있다. 또 다른 예를 들어, 초순수는 NCCLS(1988)의 Type 1에 따라 >10MΩcm, NCCLS(1988)의 Type 2에 따라 >1 MΩcm NCCLS(1988)의 Type 1에 따라 >0.1 MΩcm의 비저항을 가질 수 있다. 한편, 담수는 TDS(total dissolved solid) 기준 500ppm 이하의 값을 가지는 정화수를 말할 수 있다. 전극스택이 생성한 정화수는 각기 목적에 따라 저장장치 또는 사용처로 공급될 수 있다.

한편, 상기 전극스택이 생산하는 고염수 및 저염수는 이하 상술할 전력발전모듈로 공급되어 전력을 발전하는데 이용될 수 있다. 이하 도 2 및 도 3을 참조하여 CDI 모듈의 전극스택에 대하여 상술하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CDI 모듈의 전극스택을 설명하기 위한 도면이다.

설명의 편의를 위하여 전극스택(114)을 예를 들어 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 전극스택(114)는 대향하는 두 개의 전극(126, 128)으로 구성될 수 있다. 상기 전극(126, 128)은 비표면적이 넓은 활성 탄소 전극으로 이루어질 수 있다.

유입된 해수는 대향하는 두 개의 전극(126, 128)을 가로질러 유동할 수 있다.

상기 전극스택(114)는 흡착모드(adsorbtion) 및 재생모드(regeneration mode) 중 하나로 동작할 수 있다.

도 2(a)는 상기 전극스택(114)이 흡착모드로 동작하는 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 2(b)는 상기 전극스택(114)이 재생모드로 동작하는 경우를 설명하기 위한 도면이다.

도 2(a)를 참고하면, 상기 전극스택(114)이 흡착모드로 동작하는 경우에는 상기 전극(126, 128) 양단에 전압이 인가된다. 따라서, 해수 속에 포함된 이온성 물질들은 전극 방향으로 편향되게 된다. 즉, 상기 전극스택(114)이 흡착모드로 동작하는 경우, 해수 속의 이온성 물질들은, 상기 전극(126, 128)에 부착되고, 나머지 비이온성 물질들이 유출되게 된다. 이에 따라, 상기 전극스택(114)은 흡착모드로 동작하는 경우, 정화수 예를 들어, 초순수 및/또는 담수를 생산할 수 있고, 저염수를 생산할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 전극스택(114)은 전극(126, 128) 양단 사이의 전압 등을 제어함으로써, 초순수, 담수 및 저염수 중 하나를 생산할 수 있다. 즉, 상기 전극스택(114)은 전극(126, 128) 양단 전압을 제1 전압으로 구동하여 초순수를 생산하고, 전극(126, 128) 양단 전압을 제2 전압으로 구동하여 담수를 생산하고, 전극(126, 128) 양단 전압을 제3 전압으로 구동하여 저염수를 생산할 수 있다.

계속하여 도 2(b)를 참고하면, 상기 전극스택(114)은 흡착모드 이후에 재생모드로 진입할 수 있다. 상기 전극스택(114)이 재생모드로 동작하는 경우에는 상기 전극(126, 128) 양단에 인가되었던 전압이 제거된다. 이에 따라, 상기 전극(126, 128)에 부착되었던 이온성 물질들이 유출될 수 있다. 즉, 상기 전극스택(114)은 재생모드로 동작하는 경우 이온성 물질들이 다량 함유된 고염수를 생산할 수 있다.

따라서, 상기 전극스택(114)은 흡착모드인 경우, 정화수 및 저염수를 생산할 수 있고, 재생모드인 경우, 고염수를 생산할 수 있다.

계속하여, 도 3을 참조하면, 상기 전극스택(114)의 시간에 따른 흡착모드와 재생모드의 구동을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 전극스택(114)은 흡착모드로 선(先) 구동한 후 재생모드로 후(後) 구동할 수 있다. 이 때, 흡착모드에서는 이온성 물질의 농도가 줄어들게 되며, 재생모드에서는 이온성 물질의 농도가 증가하게 된다.

또한, 흡착모드 및 재생모드의 시간적 길이는 실질적으로 동일할 수 있다.

상기 흡착모드 및 재생모드를 합쳐 수처리주기로 호칭될 수 있다. 상기 흡착모드는 저염수생산구간 및 정화수생산구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 재생모드는 고염수생산구간을 포함할 수 있다. 이 때, 정화수생산구간은 담수생산구간 및 초순수생산구간 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

흡착모드 및 재생모드의 시간적 길이가 동일한 경우, 단일 수처리주기에 있어서, 흡착모드를 이루는 저염수생산구간 및 정화수생산구간의 시간적 합은 고염수생산구간과 동일할 수 있다.

상기 수처리주기가 흡착모드 내에 정화수생산구간 및 저염수생산구간을 포함하고, 재생모드 내에 고염수생산구간을 포함하는 경우, 상기 고염수생산구간은 상기 저염수생산구간 보다 긴 시간으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 고염수생산구간에 생산되는 고염수의 양은 저염수생산구간에 생산되는 저염수의 양보다 많을 수 있다.

한편, 상기 전극스택(114)은 정전류모드 또는 정전압모드로 동작할 수 있다. 이 때, 정전류모드로 동작하는 경우, 정상상태에서의 안전성이 우수한 효과가 있다.

도 2 및 도 3을 참조하여 전극스택(114)의 구조 및 동작방법에 대하여 설명하였으나, 동일한 방식으로 다른 전극스택에도 적용될 수 있음은 물론이다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 밸브(132)는 상기 제1 내지 제n 전극스택 각각으로부터 초순수, 담수, 고염수 및 저염수 중 하나를 공급받는다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 밸브(132)는 흡착모드로 동작하는 전극스택으로부터는 초순수, 담수, 저염수 중 하나를 제공받고, 재생모드로 동작하는 전극스택으로부터는 고염수를 제공받는다.

상기 밸브(132)는 공급받은 초순수, 담수, 고염수, 저염수를 각 사용처에 부합하도록 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 밸브(132)는 초순수를 제공받은 경우, 초순수유출라인(134)을 통하여 초순수를 유출할 수 있고, 담수를 제공받은 경우, 담수유출라인(135)을 통하여 담수를 유출할 수 있고, 저염수를 제공받은 경우, 저염수유출라인(139)를 통하여 저염수를 유출할 수 있고, 고염수를 제공받은 경우, 고염수유출라인(137, 138)를 통하여 고염수를 유출할 수 있다.

이 때, 상기 밸브(132)는 고염수유출라인(137) 및 저염수유출라인(139)를 통하여 전력발전모듈(140)로 고염수 및 저염수를 제공함으로써, 전력 발전이 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 단일 전극 스택이 흡착모드에서 정화수 및 저염수를 생산하고 재생모드에서 고염수를 생산하는 경우, 생산된 고염수의 양은 생산된 저염수의 양보다 많을 수 있다. 따라서 전체 전극 스택이 생산하는 고염수의 양은 저염수의 양보다 많을 수 있다. 이 경우, 전력발전모듈에서 필요한 고염수 및 저염수의 비율이 1:1인 경우, 고염수 중 일부는 전력발전모듈에서 필요치 않을 수 있다. 이러한 고염수는 고염수유출라인(138)을 통하여 유출될 수 있다.

계속하여 도 1을 참고하면, 상기 전력발전모듈(140)은 공급받은 고염수 및 저염수를 통하여 전력을 발전할 수 있다. 이 때 상기 전력발전모듈(140)은 염도차 발전을 통하여 발전할 수 있다. 염도차 방식은, 반투막을 사용하여 해수와 담수 사이의 삼투압 또는 증기압을 이용하는 방식과 역전기분해(reverse electrodialysis, RED)에 의한 전기-화학적인 에너지 전환 방식을 포함할 수 있다. 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위하여 전력발전모듈(140)이 RED 모듈인 경우를 상정하기로 한다. 이하 도 4를 참조하여 RED 전력발전모듈(140)에 대하여 상술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기분해 모듈을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, RED 모듈은 음이온막(150, 151), 양이온막(152)을 포함할 수 있다. 음이온막(150, 151)은 양이온을 선택적으로 통과시키며 양이온막(152)은 음이온을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 또한, 고염수 및 저염수는 음이온막 및 양이온막 사이를 통과(도 4의 x축 방향)할 수 있다. 이에 따라 고염수에 포함된 양이온인 Na+는 음이온막(151)을 통하여 통과하고, 음이온인 Cl-는 양이온막(152)을 통하여 통과하게 된다. 이에 따라 전압 구배가 발생하게 되므로 전력이 생성되게 된다.

도 4에서는 고염수 및 저염수가 같은 방향으로 유동하며 이온이 전달되는 동작 모습을 도시하고 있으나, 이와 달리 고염수 및 저염수가 각각의 유로에서 서로 교차하는 방향으로 유동하며 이온을 전달하는 동작 모습도 가능하다.

RED 모듈에서 생산된 전력은 부하(154)로 제공될 수 있다. 상기 부하(154)는 에너지저장장치 또는 에너지소비장치일 수 있다. 예를 들어, 상기 부하(154)가 에너지소비장치인 경우, 상기 부하(154)는 CDI 모듈(110)일 수 있다.

도 4를 참고하여 설명한 바와 같이, 상기 RED 모듈은 CDI 모듈(110)에서 생성된 고염수 및 저염수에 의한 전압 구배를 통하여 전력을 생성할 수 있다. 이 때, RED 모듈로 공급된 고염수는 고염수 내에 포함된 이온이 줄어들게 되므로 이온 농도가 줄어들게 된다. 따라서, 친환경적인 효과를 제공한다.

다시 도 1을 참조하면, RED 모듈은 고염수 및 저염수를 통하여 전력을 생산한 후 고염수유출라인(142) 및 저염수유출라인(144)을 통하여 고염수 및 저염수를 유출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템의 동작 순서를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 CDI 모듈(110)의 각각의 전극스택의 흡착모드 및 재생모드 특히, 흡착모드는 초춘수생산구간, 담수생산구간, 저염수생산구간 중 적어도 하나를 포함할 수 있고 재생모드는 고염수생산구간을 포함할 수 있다. 도 5를 참조하여 설명하는 실시예에 있어서는 도 1을 참고하여 설명한 전극스택이 10개인 경우를 상정하여 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 제1 내지 제10 전극스택의 단일 수처리주기를 나타낸다. 이 때, 제1 내지 제10 전극스택은 같은 시간으로 이루어진 흡착모드 및 재생모드로 구동될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 제1 내지 제10 전극스택은 29,380s의 흡착모드 및 29,380s의 재생모드를 포함한다. 이에 따라 상기 제1 내지 제10 전극스택은 58,760s의 수처리주기를 가진다. 이 때, 수처리주기를 살펴보면 제1 내지 제10 전극스택의 수처리주기의 시작시점과 종료시점은 실질적으로 동일할 수 있다.

제1 내지 제10 전극스택은 적어도 담수(fresh water), 초순수(ultrapure water), 고염수(high salinity water), 저염수(low salinity water), 불필요한 고염수(rejected saline water) 중 적어도 하나를 생산할 수 있다.

예를 들어, 제1, 2, 3, 4, 5, 7,8,9 전극스택은 담수를 생산하지 않을 수 있다. 즉, 제6 및 제10 전극스택만 담수를 생산할 수 있다. 이는 당업자가 설계 변경 가능한 사항으로써, 초순수 보다 담수를 많이 생산할 수 있도록 제어할 수 있다.

또한, 예를 들어, 제1 및 제2 전극스택에서 생산되는 고염수는 전력발전모듈(140)로 공급되고 제3 내지 제10 전극스택에서 생산되는 고염수는 전력발전모듈(140)로 공급되지 않을 수 있다. 이는 각각의 전극스택에서 생산되는 고염수의 양이 저염수의 양보다 많기 때문임은 앞서 설명한 바와 같다.

도 5를 참고하면, 제1 및 제2 전극스택은 전력발전모듈(140) 용 고염수를 각각 HSS#1, HSS#2 기간 동안 제공한다. 이 때, 제1 내지 제10 전극스택들은 전력발전모듈(140)로 저염수를 LSS#1 내지 LSS#10 기간 동안 제공한다. 보다 구체적으로 HSS#1 구간은 LSS#1 내지 LSS#5에 대응되고 HSS#2 구간은 LSS#6 내지 LSS#10 구간에 대응된다. 즉 제2 전극스택이 HSS#1 구간에서 고염수를 전력발전모듈(140)로 공급하는 동안, 제1, 7, 8, 9, 10 전극스택이 LSS#1 내지 LSS#5 구간동안 저염수를 전력발전모듈(140)로 공급한다. 같은 방식으로 제1 전극스택이 HSS#2 구간에서 고염수를 전력발전모듈(140)로 공급하는 동안, 제2 내지 제6 전극스택이 LSS#6 내지 LSS#10 구간동안 저염수를 전력발전모듈(140)로 공급한다.

한편, 제1 내지 제10 전극스택은 정화수 예를 들어, 초순수를 생산할 수 있으며, 제6 및 제10 전극스택과 같이 담수 및 초순수를 함께 생산할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템의 특정 동작 상태를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 LSS#2 구간인 경우를 보다 상세히 설명하기 위한 도면이고 도 7은 LSS#7 구간인 경우를 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, LSS#2 구간인 경우, 제1,4,5,6,7 전극스택은 흡착모드에 해당하고, 제2,3,8,9,10 전극스택은 재생모드에 해당한다. 구체적으로 제1,4,5,6 전극스택은 초순수를 생산하여 밸브로 공급하고, 제7 전극스택은 저염수를 생산하여 밸브로 공급하고, 제2,3,8,9,10 전극스택은 고염수를 생산하여 밸브로 공급할 수 있다.

이 때, 밸브는 제1,4,5,6 전극스택으로부터 공급받은 초순수를 별도의 저장장치 또는 사용처로 공급할 수 있으며, 제2 전극스택으로부터 공급받은 고염수 및 제7 전극스택으로부터 공급받은 저염수를 전력발전모듈로 공급할 수 있다. 또한 제3,8,9,10 전극스택으로부터 공급받은 고염수는 전력발전모듈로 공급하지 않을 수 있다.

이에 따라 상기 수처리시스템(100)은 초순수 및 전력을 동시에 생산할 수 있다.

계속하여 도 7을 참조하면, LSS#7 구간인 경우, 제2,3,8,9,10 전극스택은 흡착모드에 해당하고, 제1,4,5,6,7 전극스택은 재생모드에 해당한다. 구체적으로 제2,8,9,10 전극스택은 초순수를 생산하여 밸브로 공급하고, 제3 전극스택은 저염수를 생산하여 밸브로 공급하고, 제1,4,5,6,7 전극스택은 고염수를 생산하여 밸브로 공급할 수 있다.

이 때, 밸브는 제2,8,9,10 전극스택으로부터 공급받은 초순수를 별도의 저장장치 또는 사용처로 공급할 수 있으며, 제1 전극스택으로부터 공급받은 고염수 및 제3 전극스택으로부터 공급받은 저염수를 전력발전모듈로 공급할 수 있다. 또한 제4,5,6,7 전극스택으로부터 공급받은 고염수는 전력발전모듈로 공급하지 않을 수 있다.

이에 따라 상기 수처리시스템(100)은 초순수 및 전력을 동시에 생산할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참고하여서는 수처리주기 중 LSS#2 및 #7 구간에 대하여 설명하였으나, 상기 수처리시스템(100)은 수처리주기 전 구간대에 걸쳐서 정화수 및 전력을 동시에 생산할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 역전기분해 모듈에 의한 고염수 및 저염수의 특성 변화를 나타내는 그래프이다.

보다 구체적으로 도 8에 도시된 그래프는 RED 모듈에 고염수로서 512.8mol/m3을 0.033mL/s로 공급하고 저염수로서 17.4mol/m3을 0.033mL/s로 공급한 경우, 고염수 및 저염수가 RED 모듈을 통과하며 나타내는 특성이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 평균 전력 생산은 0.57W/m2이었으며, 유출된 고염수의 농도는 417.6mol/m3으로 유입된 고염수의 농도인 512.8mol/m3 대비 18.6% 감소하였다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리시스템은 정화수를 생산하는 동시에 전력을 발전할 수 있고 나아가 주변 환경으로 방출되는 고염수의 농도를 낮추어 친환경성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.

앞서 도 1을 참조하여 설명한 실시예에서 전력발전모듈로서 RED 모듈이 한 개인 경우를 예를 들어 설명하였으나, RED 모듈은 2개 이상일 수 있다. 이 경우, 전력발전모듈에 불필요한 고염수의 양은 보다 줄어들 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100: 수처리시스템 110: CDI 모듈
132: 밸브 140: 전력발전모듈

Claims (14)

1. 제1 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제1 전극스택; 및
   제2 수처리주기에 따라 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 제2 전극스택;을 포함하되,
   상기 제1 수처리 주기에 따른 고염수 및 상기 제2 수처리주기에 따른 저염수는 동일 시간 구간에 생성되어 전력발전모듈로 제공되는
   수처리시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극스택은 흡착모드 및 재생모드 중 하나로 동작하며, 상기 흡착모드에서 상기 저염수 및 상기 정화수가 생산되고, 상기 재생모드에서 고염수가 생산되는
   수처리시스템.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 수처리주기는, 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며,
   상기 고염수생산구간은 상기 저염수생산구간 보다 긴 시간으로 이루어진
   수처리시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 수처리주기는, 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며,
   상기 고염수생산구간은 상기 저염수생산구간과 상기 정화수생산구간의 합과 동일한
   수처리시스템.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 수처리주기는 시작시점과 종료시점이 동일한
   수처리시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   복수의 전극스택을 더 포함하며,
   상기 제1 및 제2 전극스택 및 상기 복수의 전극스택 각각은 고염수생산구간, 저염수생산구간 및 정화수생산구간을 포함하며,
   상기 제1 수처리주기의 고염수생산구간은 제2 수처리주기의 저염수생산구간 및 상기 복수의 전극스택의 저염수생산구간 각각의 합과 같은
   수처리시스템.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제2 전극스택 및 상기 복수의 전극스택 각각의 저염수생산구간은 시간적으로 서로 구별되는
   수처리시스템.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 전극스택은, 정전류모드로 동작하는
   수처리시스템.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 정화수는 초순수 및 담수를 포함하는
   수처리시스템.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 고염수 및 상기 저염수를 제공받아 전력을 생산하는 전력발전모듈을 더 포함하는
    수처리시스템.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 전력발전모듈은 RED 모듈(reverse electrodialysis module)인
    수처리시스템.
12. 제1 항에 있어서,
    상기 전력발전모듈로 제공된 고염수는 전력발전 이후 염도가 낮아지고, 상기 전력발전모듈로 제공된 저염수는 전력발전 이후 염도가 높아지는
    수처리시스템.
13. 염수로부터 고염수, 저염수 및 정화수를 생산하는 복수의 CDI 셀(capacitive deionization cell); 및
    상기 고염수 및 상기 저염수를 통하여 전력을 발전하는 전력발전모듈;을 포함하되,
    상기 정화수 및 상기 전력 발전을 위한 고염수 및 저염수는 동일 시간 구간 에 생산되는
    수처리시스템.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 CDI 셀 각각은 흡착모드 및 재생모드 중 하나로 동작하며, 상기 흡착모드에서 상기 저염수 및 상기 정화수가 생산되고, 상기 재생모드에서 고염수가 생산되는
    수처리시스템.
    
    

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