KR20160099838A - Waste-water treatment apparatus using pressurized forward osmosis membrane module, and waste-water treatment method using the same - Google Patents

Waste-water treatment apparatus using pressurized forward osmosis membrane module, and waste-water treatment method using the same Download PDF

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KR20160099838A
KR20160099838A KR1020150022020A KR20150022020A KR20160099838A KR 20160099838 A KR20160099838 A KR 20160099838A KR 1020150022020 A KR1020150022020 A KR 1020150022020A KR 20150022020 A KR20150022020 A KR 20150022020A KR 20160099838 A KR20160099838 A KR 20160099838A
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Abstract

The present invention relates to a wastewater treatment apparatus using a forward osmosis membrane module including: a supply tank (100) supplying treated water; a high-pressure pump (200) causing the treated water in the supply tank (100) to flow into a membrane module; a forward osmosis membrane module (300) in which a high-concentration draw solute is diluted by the inflow treated water being supplied toward a draw solution; a concentration tank (400) into which the treated water concentrated through the forward osmosis membrane module flows; a draw solution supply tank (500) for supplying the draw solution; a draw solution supply pump (600) for inflow of the draw solution; and a dilution tank (700) into which the draw solution diluted through the forward osmosis membrane module (300) flows, and to a wastewater treatment method using the same. The wastewater treatment apparatus according to the present invention cam be applied to concentration, disposal, or storage of wastewater higher in concentration, higher in toxicity, and more non-degradable than in recovery of freshwater in a draw solution in a wastewater treatment apparatus according to the related art using a forward osmosis process, a reverse osmosis process, and a process in which the forward osmosis process is mixed with the reverse osmosis process. In the wastewater treatment method using the apparatus according to the present invention, the environmentally-friendly draw solution is used, and thus problems associated with additional costs and difficulties arising from processes for draw solution recovery and separation can be addressed.

Description

가압형 정삼투막 모듈을 이용한 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리방법{Waste-water treatment apparatus using pressurized forward osmosis membrane module, and waste-water treatment method using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wastewater treatment apparatus using a pressurized positive osmosis membrane module and a wastewater treatment method using the pressurized osmosis membrane module,

본 발명은 가압형 정삼투막 모듈을 이용한 폐수처리장치 및 이를 이용한 폐수처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment apparatus using a pressurized positive osmosis membrane module and a wastewater treatment method using the same.

해수담수화 방법은 크게 증발법, 전기투석법 및 역삼투법(Reverse Osmosis: RO)으로 구분할 수 있으며, 이중에서 단위 부피의 물을 생산하기 위한 에너지 필요량이 상대적으로 작기 때문에 역삼투법이 널리 사용되고 있다.The seawater desalination method can be roughly classified into an evaporation method, an electrodialysis method, and a reverse osmosis (RO) method, and the reverse osmosis method is widely used because the energy requirement for producing a unit volume of water is relatively small.

이러한 역삼투법은 해수나 기수에 함유되어 있는 성분을 고분자 역삼투막을 이용하여 생산수와 농축수로 분리시키며, 생산수는 성분농도를 희석하여 용수 및 음용수로 활용하고 농축수는 다시 바다로 배출하게 된다.The reverse osmosis method separates the components contained in seawater or nose water into product water and concentrated water using a polymer reverse osmosis membrane. The product water is used as water and drinking water by diluting the component concentration, and the concentrated water is discharged to the sea again.

이러한 역삼투법을 이용하는 담수화 장치는, 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 거의 배제되고 순수한 물은 통과되는 역삼투막(멤브레인)에 의해 해수 중에 용해되어 있는 이온성 물질을 제거하는 구조를 갖는다.
The desalination apparatus using this reverse osmosis method has a structure for removing ionic substances dissolved in the water by virtue of a reverse osmosis membrane (membrane) in which ionic substances dissolved in water are almost excluded and pure water is passed through.

그런데, 원수로부터 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는데, 이때의 압력을 역삼투압이라 하며, 해수 담수화의 경우 대략 42∼70bar 정도의 높은 압력을 필요로 한다. 이러한 역삼투압을 제공하기 위해 담수화 장치에는 원수를 펌핑하는 원수공급수단(공급펌프 등)이 설치된다. 따라서, 원수공급수단으로서 대부분 전력을 소모하는 고압펌프를 사용하기 때문에 해수의 담수화에 상당한 에너지가 소모되는 단점이 있다.
However, in order to separate the ionic material and the pure water from the raw water, a higher pressure than the osmotic pressure is required. The pressure at this time is referred to as reverse osmosis pressure and the seawater desalination requires a pressure as high as approximately 42 to 70 bar. In order to provide such a reverse osmosis pressure, a desalination apparatus is provided with a raw water supply means (a supply pump or the like) for pumping raw water. Therefore, since a high-pressure pump consuming most of the power is used as the raw water supply means, there is a disadvantage that considerable energy is consumed for desalination of seawater.

최근 상기 역삼투법을 이용한 분리 공정의 문제를 해결하고, 이를 대체할 수 있는 차세대 기술로서 정삼투(Forward Osmosis: FO) 공정이 주목받고 있다. 정삼투법은 해수보다 삼투압이 높은 용액(유도용액)과 해수가 반투막을 사이에 두고 해수 중의 순수가 해수보다 삼투압이 높은 유도용액 쪽으로 이동시켜 분리하는 기술이다. Recently, a forward osmosis (FO) process has been attracting attention as a next generation technology capable of solving the problem of the separation process using the reverse osmosis method and replacing it. Positive osmosis is a technique in which a solution (induction solution) having higher osmotic pressure than seawater and seawater is moved between the semipermeable membrane and pure water in seawater is moved toward the induction solution having higher osmotic pressure than seawater.

따라서, 정삼투법에서는 역삼투법에서와 같이 고압의 펌프가 불필요하기 때문에 단위소비전력을 크게 절감할 수 있고, 역삼투 공정에서 문제가 되는 막 오염도 가압 공정 없이 진행되기 때문에 막 세척이 용이한 잇점을 가진다. Accordingly, since the high-pressure pump is unnecessary in the reverse osmosis method, the unit power consumption can be greatly reduced, and the membrane contamination, which is a problem in the reverse osmosis process, proceeds without the pressurization process, .

그러나, 정삼투압 방식에서 사용되는 유도용액은 대부분 유기 물질들이기 때문에 그대로 흘려버릴 수 없고 회수해야 하며, 회수된 유도용액은 재사용을 위해 분리시키는 공정을 거쳐야 한다. However, since the induction solution used in the positive osmotic pressure method is mostly organic materials, it can not be flowed as it is and must be recovered, and the recovered inducing solution must be separated for reuse.

또한, 다른 유도용액으로 (NH4)2CO3 와 NH4HCO3을 각각 사용하거나 혼합 사용하는 경우, 두 유도용액은 약 60℃ 부근에서 가열시키면 암모니아와 이산화탄소 기체로 분해되어 쉽게 제거할 수 있다. 그러나, 암모니아는 물에 대한 용해도가 뛰어나 회수된 물의 사용처에 따라서 회수된 물에 존재하는 암모니아를 제거하기 위한 고온 감압 탈기 공정이 추가로 필요한 문제가 있다. 이를 위해 이온 농도를 낮춘 후 역삼투공정(reverse osmosis, RO)을 다음 단계에 설치하여 사용하고 있다. In addition, when (NH 4 ) 2 CO 3 and NH 4 HCO 3 are respectively used as a different inducing solution or mixed, both induction solutions decompose into ammonia and carbon dioxide gas when heated at about 60 ° C. and can be easily removed . However, since ammonia is excellent in solubility in water, there is a problem that a high-temperature vacuum degassing process for removing ammonia present in the recovered water is further required depending on the use place of the recovered water. For this purpose, reverse osmosis (RO) is installed in the next step after lowering the ion concentration.

또한, 상기 NH4HCO3 는 악취를 발생시키기 때문에 작업공정에 어려움이 따르고, 회수와 분리가 되더라도 분리 과정에서 가열 공정이 필요하고 물의 증발에 따른 손실을 막기 어렵다. In addition, the NH 4 HCO 3 The odorous odor is generated, so that it is difficult for the work process. Even if recovery and separation occur, a heating process is required in the separation process and it is difficult to prevent loss due to evaporation of water.

따라서 지금까지 사용되는 유도용액들은 정삼투 공정의 효율성을 떨어뜨리고, 대부분의 정삼투압 방식에서는 그 후단에 역삼투막 공정을 추가하여 유도용액을 분리, 및 회수하는 데 별도의 가열 장치가 필요하고, 그에 따라 회수에 따른 비용도 증가되고 있는 실정이다.
Therefore, the induction solutions used so far degrade the efficiency of the positive osmosis process, and most osmosis methods require a separate heating device for separating and recovering the inducing solution by adding a reverse osmosis membrane process to the downstream end thereof, The cost of recovery is also increasing.

또한, 종래 방법(정삼투 공정, 역삼투 공정, 및 이들을 모두 이용한 이중 삼투막 공정)을 이용한 분리 장치에서는 분리하기 어려운 폐수(방사능 폐수, 발전소 화학세정폐액, 도금폐액), 독성이 강하고 30~80기압 이상의 삼투압을 가지고 있는 고농도의 폐수를 농축하여 폐기하거나 보관처리 및 고농도 유체를 농축하는데 비용이 많이 들며 한계가 있다. In addition, in the separation apparatus using the conventional method (the forward osmosis process, the reverse osmosis process, and the dual osmosis membrane process using both of them), the wastewater (radioactive wastewater, chemical cleaning wastewater from the power plant, Concentration of high concentration wastewater having osmotic pressure higher than atmospheric pressure is costly and difficult to dispose, store and concentrate a high concentration fluid.

따라서, 난분해성 폐수, 독성이 강한 고농도의 폐수를 분리 및 농축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유도용액의 효율적인 회수 및 분리를 위한 새로운 장치의 개발이 시급한 실정이다.
Therefore, it is urgently required to develop a new apparatus for efficiently collecting and separating inducing solution as well as separating and concentrating refractory wastewater and highly concentrated toxic wastewater.

한국 공개특허 제 2011-67748호Korea Patent Publication No. 2011-67748

본 발명에서는 기존의 정삼투 공정이나 역삼투 공정이 쓰일 수 없는, 유도용액에서의 담수의 회수보다 고농도이거나, 독성 및 난분해성인 폐수를 농축하여 폐기하거나 보관처리를 하는데 적용이 가능한 새로운 가압형 정삼투막 모듈을 이용한 폐수처리장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.In the present invention, a new pressurized type solution capable of concentrating and disposing wastewater which is higher in concentration than the recovery of fresh water in the induction solution and can not be used in the normal osmosis process or reverse osmosis process, A wastewater treatment device using an osmosis membrane module, and a treatment method using the same.

본 발명에 따른 폐수처리장치는 처리수를 공급하는 공급탱크(100), 상기 공급탱크(100)의 처리수를 막 모듈로 유입시키기 위한 고압펌프(200), 상기 유입된 처리수가 유도용액 쪽으로 공급되어 고농도의 유도용질이 희석되는 정삼투막 모듈(300), 상기 정삼투 막모듈을 통과하여 농축된 처리수가 유입되는 농축 탱크(400), 유도용액 공급을 위한 유도용액 공급탱크(500), 상기 유도용액을 유입시키기 위한 유도용액 공급펌프(600), 및 상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액이 유입되는 희석탱크(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for treating wastewater according to the present invention comprises a supply tank (100) for supplying treated water, a high pressure pump (200) for introducing treated water of the supply tank (100) into a membrane module, A concentrated osmotic membrane module 300 in which a high concentration of the induction solute is diluted, a concentration tank 400 in which the concentrated water passed through the osmosis membrane module flows, an induction solution supply tank 500 for supplying the induction solution, An induction solution supply pump 600 for introducing the induction solution, and a dilution tank 700 through which the induction solution diluted through the positive osmosis membrane module 300 flows.

상기 정삼투막 모듈은 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 이용하는 것이 바람직하다.It is preferable that the positive osmosis membrane module is a bellows type positive osmosis membrane capable of being pressurized.

상기 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 이용한 모듈은 10~30기압의 압력을 가할 수 있다.The module using the pressurizable bellows type positive osmosis membrane can apply a pressure of 10 to 30 atm.

상기 장치는 유도용액의 회수 및 분리를 위한 별도의 삼투막 모듈을 포함하지 않는 데 특징이 있다.The device is characterized in that it does not include a separate osmosis membrane module for recovery and separation of the inductive solution.

상기 유도용액은 회수되지 않고 자연 분해되거나, 방류되는 것일 수 있다.The inducing solution may be one that is naturally decomposed without being recovered or discharged.

상기 장치는 30~80bar의 고농도의 폐수, 난분해성 폐수, 독성이 강한 폐수 중에서 선택되는 1종 이상의 처리수의 분리에 이용될 수 있다.
The apparatus can be used for the separation of at least one treatment water selected from waste water having a high concentration of 30 to 80 bar, refractory wastewater, and toxic wastewater.

또한, 본 발명은 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법에 있어서, 처리수와 유도용액을 삼투압 평형 상태로 만드는 단계, 및 정삼투막 모듈로 유입되는 처리수에 압력을 가하여 상기 처리수에 포함된 담수가 정삼투막 모듈을 통해 상기 유도용액으로 이동되도록 하는 단계를 포함하는 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of treating wastewater using an osmosis membrane module, comprising the steps of: bringing the treated water and the inducing solution into an osmotic pressure equilibrium state, and applying pressure to the treated water flowing into the osmosis membrane module, Permeable membrane module to the induction solution through the positive osmosis membrane module. The present invention also provides a method for treating wastewater using an osmosis membrane module.

상기 삼투압 평형은 상기 유도용액의 농도 조절을 통하여 상기 처리수와 동일한 삼투압을 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.And the osmotic pressure equilibrium has the same osmotic pressure as the treated water through the concentration control of the inductive solution.

상기 삼투막 모듈은 정삼투 공정, 역삼투 공정, 및 정삼투와 역삼투의 혼합 공정 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The osmosis membrane module may be any one selected from a forward osmosis process, a reverse osmosis process, and a mixing process of reverse osmosis and reverse osmosis.

상기 처리수 부분에 가해지는 압력은 10~30기압인 것이 바람직하다.The pressure applied to the treated water portion is preferably 10 to 30 atm.

상기 정삼투막은 가압형 나권형 정삼투막이 바람직하다.The positive osmosis membrane is preferably a pressurized or wound osmosis membrane.

또한, 상기 유도용액은 회수 및 분리되는 단계를 포함하지 않고, 자연 분해되거나, 방류 및 폐기되는 것일 수 있다.In addition, the derivatizing solution does not include the step of recovering and separating, but may be one which is spontaneously decomposed, discharged and discarded.

본 발명에 따른 폐수처리장치는 기존의 정삼투 공정, 역삼투 공정, 및 이들의 혼합 공정을 이용한 폐수처리장치에서 고농도이거나, 독성 및 난분해성인 폐수를 농축하여 폐기하거나 보관처리 하는데 적용이 가능하다.The wastewater treatment apparatus according to the present invention can be applied to a wastewater treatment apparatus using a conventional pure osmosis process, a reverse osmosis process, and a mixing process thereof to concentrate, dispose or store waste water having a high concentration, toxicity and degradation resistance .

또한, 본 발명에 따른 장치를 이용하여 유도용액과 처리수의 삼투압을 동일하게 하여 삼투평형 상태로 유지한 다음, 가압이 가능한 정삼투막 모듈을 이용함으로써 기존 농축공정보다 비용이 적게 들어가고 공간을 적게 차지하는 장점이 있다. Also, by using the apparatus according to the present invention, the osmotic pressure of the inductive solution and that of the treated water are kept the same in the osmotic equilibrium state, and then, by using the pressurizable positive osmosis membrane module, There is an advantage to occupy.

또한, 본 발명에 따른 장치를 이용한 폐수처리방법은 환경친화적인 유도용액을 사용함으로써, 유도용액의 회수 및 분리에 따른 공정의 어려움과 추가 비용이 드는 문제를 해결할 수 있다.In addition, the method for treating wastewater using the apparatus according to the present invention can solve the problem of difficulty in processing and additional cost due to recovery and separation of an inducing solution by using an environmentally friendly induction solution.

도 1은 본 발명에 따른 폐수처리장치의 구조를 나타낸 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 폐수처리장치에 포함된 가압이 가능한 나권형 정삼투막 모듈의 구조(평면도(a), 3D(b)를 나타낸 것이다.1 shows a structure of a wastewater treatment apparatus according to the present invention,
Fig. 2 shows a structure (plan view (a), 3D (b)) of a pressurizable spiral wound osmosis membrane module included in a wastewater treatment apparatus according to the present invention.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 발명은 가압형 정삼투막 모듈을 이용한 폐수처리장치 및 이를 이용한 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment apparatus using a pressurized positive osmosis membrane module and a treatment method using the same.

본 발명에 따른 가압형 정삼투막 모듈을 이용한 폐수처리장치는 다음 도 1에 나타낸 바와 같으며, 이를 참조하면, 처리수를 공급하는 공급탱크(100), 상기 공급탱크(100)의 처리수를 막 모듈로 유입시키기 위한 고압펌프(200), 상기 유입된 처리수가 유도용액 쪽으로 공급되어 고농도의 유도용질이 희석되는 정삼투막 모듈 l되어 ), 상기 정삼투 막모듈을 통과하여 농축된 처리수가 유입되는 농축 탱크(됴어 ), 유도용액 공급을 위한 유도용액 공급탱크(500), 상기 유도용액을 유입시키기 위한 유도용액 공급펌프(600), 및 상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액이 유입되는 희석탱크(700)를 포함하는 구조이다.
1, a wastewater treatment apparatus using a pressurized positive osmosis membrane module according to the present invention is shown in FIG. 1 and includes a supply tank 100 for supplying treated water, A high pressure pump 200 for introducing the treated water into the membrane module, a purified osmosis membrane module 1 in which the introduced treated water is supplied to the inductive solution side to dilute the induced solute at a high concentration) An induction solution supply pump 500 for supplying an induction solution, an induction solution supply pump 600 for introducing the induction solution, and an induction solution supply pump 600 for supplying an induction solution diluted through the positive osmosis membrane module 300, And a dilution tank 700 into which the dilution tank 700 is introduced.

본 발명에 따른 폐수처리장치는 30~80bar의 고농도의 폐수, 난분해성 폐수, 독성이 강한 폐수 중에서 선택되는 1종 이상의 처리수를 농축하여 폐기하거나 보관 처리가 가능하다. 따라서, 상기 각 처리수는 공급 탱크(100)에 유입하여 준비한다.The wastewater treatment apparatus according to the present invention is capable of disposing or storing at least one treatment water selected from wastewater having a high concentration of 30 to 80 bar, refractory wastewater, and highly toxic wastewater. Therefore, the treated water flows into the supply tank 100 and is prepared.

또한, 본 발명에 따른 폐수처리장치는 상기 공급탱크(100)의 처리수를 막 모듈로 유입시키기 위한 고압펌프(200)를 포함한다. 상기 고압펌프(200)는 유입되는 처리수에 압력을 가하여 정삼투막 모듈을 통해 상기 유도용액을 희석시키고, 상기 처리수를 농축시키기 위한 것이다.In addition, the wastewater treatment apparatus according to the present invention includes a high-pressure pump 200 for introducing the treated water of the supply tank 100 into the membrane module. The high-pressure pump 200 is for applying pressure to the incoming process water to dilute the inductive solution through the positive osmosis membrane module and concentrate the process water.

종래 상용화된 나권형 정삼투 모듈 및 평판형 막 모듈은 일정 압력이(1~2기압 이상) 가해지면 막 내부에 손상이 가는 문제점을 가지고 있으나, 본 발명에 따른 분리막 모듈은 고압펌프(200)를 사용하여 처리수에 압력을 가해도 막의 강도를 유지할 수 있도록 내압성이 우수한 가압형 정삼투막 모듈을 사용하는 데 특징을 가진다. Conventional commercialized bimetallic osmosis module and plate type membrane module have a problem that the inside of the membrane is damaged if a certain pressure is applied (1 to 2 atm or more), but the membrane module according to the present invention has high pressure pump 200 And is characterized in that a pressurized positive osmosis membrane module having excellent pressure resistance is used so that the strength of the membrane can be maintained even when pressure is applied to the treated water.

본 발명에 따른 상기 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 이용한 모듈은 10~30기압의 압력을 가할 수 있다. The module using the pressurizable bellows type positive osmosis membrane according to the present invention can apply a pressure of 10 to 30 atm.

본 발명에서는 유도용액과 처리수의 삼투압을 동일한 상태로 맞춘 다음, 상기 고압펌프(200)를 사용하여 처리수에 압력을 가하여 가압형 정삼투막 모듈을 통해 상기 처리수 중에 포함된 담수가 유도용액 쪽으로 이동시키는 원리이다. 따라서, 상기 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 사용함으로써, 처리수에서 유도용액으로 담수의 이동이 원활하여 유도용액을 효과적으로 희석시킬 수 있다.
In the present invention, the osmotic pressure of the induction solution is adjusted to the same level as that of the treated water. Then, pressure is applied to the treated water by using the high-pressure pump 200 to transfer the fresh water contained in the treated water through the pressurized osmosis membrane module to the induction solution . Therefore, by using the bellows type positive osmosis membrane capable of being pressurized, the movement of the fresh water from the treated water to the induction solution is smooth, and the inducing solution can be effectively diluted.

본 발명에 따른 폐수처리장치는 유도용액 공급을 위한 유도용액 공급탱크(500)를 포함한다. 본 발명에 따른 유도용액은 분해가 쉽고, 환경친화적이며, 저렴한 재료를 사용한다. The wastewater treatment apparatus according to the present invention includes an induction solution supply tank 500 for supplying an induction solution. The induction solution according to the present invention uses an easily degradable, environmentally friendly and inexpensive material.

따라서, 본 발명에 따른 유도용액은 사용 후, 자연 분해시키거나, 방류시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 폐수처리장치는 유도용액의 회수 및 분리를 위한 별도의 삼투막 모듈을 포함하지 않는 데 특징이 있다. Therefore, the inducing solution according to the present invention can be decomposed spontaneously or discharged after use. Therefore, the wastewater treatment apparatus according to the present invention is characterized in that it does not include a separate osmosis membrane module for recovery and separation of the induction solution.

현재 사용하고 있는 대부분의 정삼투압 방식을 이용한 폐수처리장치에서는 정삼투압 공정으로 처리수를 처리한 다음, 그 후단에 역삼투막 공정을 추가하여 담수로부터 유도용액을 분리, 및 회수하고 있다. 상기 유도용액을 담수로부터 분리시키기 위해서는 별도의 가열 장치가 필요하기 때문에 공정이 복잡해지고, 회수 비용이 증가되는 문제가 있었다.Most of the currently used wastewater treatment systems using the osmotic pressure method treat the treated water with a positive osmosis process and then add a reverse osmosis membrane process to the downstream end to separate and recover the inductive solution from the fresh water. In order to separate the inducing solution from the fresh water, a separate heating device is required, which complicates the process and increases the cost of recovery.

본 발명에서는 유도용액의 회수 및 분리를 위한 정삼투막 공정 이후에 별도의 역삼투막 공정을 포함하지 않는 특징을 가진다. 또한, 본 발명에 따른 유도용액은 처리수와 함께 삼투압 평형을 맞춘 상태에서 사용되는 것이므로, 소정의 농도까지는 계속해서 사용이 가능한 잇점이 있다.The present invention is characterized in that it does not include a separate reverse osmosis membrane process after the forward osmosis membrane process for recovery and separation of the inductive solution. Further, since the induction solution according to the present invention is used in a state where the osmotic pressure equilibrates with the treated water, there is an advantage that it can be continuously used up to a predetermined concentration.

상기 유도용액은 유도용액 공급펌프(600)를 통해 가압형 나권형 정삼투막 모듈 내로 유입될 수 있다.The inductive solution may be introduced into a pressurized or wound osmosis membrane module through an induction solution supply pump 600.

상기 정삼투 막모듈을 통과하여 농축된 처리수는 농축 탱크(400)로 유입되어, 농축된 처리수만을 폐기하거나, 일정 기간 보관시켜야 하는 경우 보관 처리된다.The treated water that has passed through the purified osmosis membrane module flows into the concentration tank 400, and only the concentrated treated water is discarded or stored for a predetermined period of time.

또한, 상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액은 희석탱크(700)로 유입되어, 자연 방류시키거나, 자연 분해되도록 방치시킬 수 있다.
In addition, the inductive solution diluted through the osmosis membrane module 300 may be introduced into the dilution tank 700 and left to be spontaneously discharged or spontaneously decomposed.

이하에서 본 발명에 따른 폐수처리장치(도 1)를 이용한 폐수처리 방법을 설명한다. Hereinafter, a waste water treatment method using the wastewater treatment apparatus (Fig. 1) according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 폐수처리방법은 정삼투막 모듈을 이용하는 것으로, 처리수와 유도용액을 삼투압 평형 상태로 만드는 단계, 및 정삼투막 모듈로 유입되는 처리수에 압력을 가하여 상기 처리수에 포함된 담수가 정삼투막 모듈을 통해 상기 유도용액으로 이동되도록 하는 단계를 포함한다.The method of treating wastewater according to the present invention is a method of treating wastewater using an osmosis membrane module, comprising the steps of bringing the treated water and the inducing solution into an osmotic equilibrium state, and applying pressure to the treatment water introduced into the osmosis membrane module, To be transferred to the inductive solution through the positive osmotic membrane module.

본 발명에서는, 먼저 농도가 높은 처리수와 동일한 삼투압을 가지도록 하기 위하여, 유도용액의 농도를 조절하여 그 삼투압을 처리수와 맞추는 단계를 거친다. 본 발명의 유도용액은 글루코스, MgCl2, NaCl 등의 유도용질을 물에 녹여 삼투압 측정 기계를 이용하여 상기 처리수의 삼투압과 동일하거나 약간 높게 농도를 맞추는 것이 바람직하다. In the present invention, first, the concentration of the inducing solution is adjusted so that the osmotic pressure is adjusted to the treated water in order to have the same osmotic pressure as that of the treated water having a high concentration. The inducing solution of the present invention is preferably prepared by dissolving an inducing solute such as glucose, MgCl 2 or NaCl in water and adjusting the osmotic pressure of the treated water equal to or slightly higher than that of the treated water by using an osmotic pressure measuring machine.

이는 처리수와 유도용액 간의 삼투압 차이로 인해 고압을 가해야 하는 종래 문제를 해결하기 위하여, 사용되는 유도용액을 처리수의 농도와 동일하게 맞추어 처리하는 데 특징을 가진다.This is characterized in that the induction solution to be used is treated in the same manner as the concentration of the treated water in order to solve the conventional problem of applying a high pressure due to osmotic pressure difference between the treated water and the induction solution.

본 발명에 따른 상기 유도용액은 환경친화적인 재료들로서, 회수 및 분리되는 단계를 포함하지 않고, 자연 분해되거나, 방류 및 폐기될 수 있다.
The inductive solution according to the present invention is eco-friendly materials and can be spontaneously decomposed, discharged and discarded without including a step of recovery and separation.

다음으로는, 삼투압 평형인 상태에서 유입되는 처리수에 압력을 가하여 정삼투막 모듈을 통해 상기 처리수에 있는 담수를 유도용액 쪽으로 이동시켜, 상기 유도용액을 희석시키고, 상기 처리수를 농축시키는 단계를 거친다.Next, pressure is applied to the incoming process water in the osmotic pressure equilibrium state to move the fresh water in the process water toward the inductive solution through the positive osmosis membrane module, dilute the inductive solution, and concentrate the process water ≪ / RTI >

구체적으로는, 상기 삼투압 평형을 이룬 처리수는 처리수 공급탱크(100)에 유입시키고, 상기 유도용액은 유도용액 공급탱크(500)에 유입시킨다. 그 다음, 상기 처리수를 막 모듈로 유입시킬 때 고압펌프(200)를 이용하여 상기 처리수 쪽에 10~30기압의 압력을 가한다. 상기 처리수에 압력을 가해준 만큼 정삼투막 모듈(300)을 통하여 폐액에서 담수가 유도용액 쪽으로 이동하도록 한다. Specifically, the treated water having the osmotic pressure equilibrium flows into the treated water supply tank 100, and the induced solution flows into the induction solution supply tank 500. Then, when the treated water is introduced into the membrane module, a pressure of 10 to 30 atm is applied to the treated water side by using a high-pressure pump (200). The fresh water in the waste solution is moved toward the induction solution through the forward osmosis membrane module 300 by applying pressure to the treated water.

상기 처리수 부분에 가해지는 압력은 10~30기압인 것이 바람직하며, 압력이 10기압 미만인 경우 처리수로부터 유도용액 쪽으로 담수의 이동이 너무 적을 수 있고, 30기압을 초과하는 경우 정삼투 막모듈이 파손되거나, 과도한 에너지 소비가 있을 수 있어 바람직하지 못하다.The pressure applied to the treated water portion is preferably 10 to 30 atm. If the pressure is less than 10 atm, the movement of the fresh water from the treated water to the induction solution may be too small. If the pressure exceeds 30 atm, It may be damaged, or excessive energy consumption may occur, which is undesirable.

본 발명에 따른 정삼투막 모듈은 가압이 가능한 나권형 정삼투막이 바람직하다. 이는 삼투 평형 상태에서 처리수에 적절한 압력을 가할 수 있도록 하기 위함이다.The positive osmosis membrane module according to the present invention is preferably a bellows type positive osmosis membrane capable of being pressurized. This is to allow appropriate pressure to be applied to the treated water in the osmotic equilibrium state.

본 발명에 따른 정삼투막 모듈은 가압이 가능한 나권형 정삼투막 모듈이 사용될 수 있다. 나권형 정삼투막 모듈의 구조를 나타낸 다음 도 2를 참조하면, 정삼투 분리막(1), 유도용액이 유, 출입되는 센터파이프(2), 상기 센터파이프(2)로 유입된 유도용액이 정삼투 분리막(1)을 통과한 후 희석된 유도용액을 배출시키기 위한 중공관(3), 및 상기 정삼투 분리막(1), 센터파이프(2), 중공관(3)을 감싸는 커버(4)를 포함하는 구조를 가진다.The positive osmosis membrane module according to the present invention may be a bellows type positive osmosis membrane module which can be pressurized. 2, the induction solution introduced into the center osmosis membrane 1, the center pipe 2 through which the induction solution flows in and out, the induction solution introduced into the center pipe 2, A hollow tube 3 for discharging the diluted induction solution after passing through the osmosis membrane 1 and a cover 4 surrounding the osmosis membrane 1, the center pipe 2 and the hollow tube 3 .

본 발명에 따른 나권형 정삼투 분리막 모듈은 정삼투 분리막을 연결한 후 유도용액의 유로를 일직선으로 만들어 압력손실 및 흐름에 저항을 줄이고, 복수개의 홀이 뚫려있는 중공관을 포함하여 정삼투 분리막을 연결하여 내부로 유도용액의 유입을 원활히 하여 투과되는 유량을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
The bismuth-based positive osmosis membrane module according to the present invention comprises a positive osmosis membrane including a hollow tube having a plurality of openings formed therein, So that the flow of the induction solution can be smoothly performed, and the flow rate can be improved.

상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액은 희석탱크(700)로 유입되고, 상기 정삼투 막모듈(300)을 통과하여 농축된 방사성 물질을 포함하고 있는 화학세정 폐액은 농축 탱크(400)로 유입되도록 하였다. 상기 방사성 물질을 포함하고 있는 농축물은 일정시간 보관시킨 후, 적절히 처리할 수 있다.
The induction solution diluted through the osmosis membrane module 300 flows into the dilution tank 700 and passes through the osmosis membrane module 300 and contains the concentrated radioactive material, 400). The concentrate containing the radioactive material can be suitably treated after being stored for a certain period of time.

본 발명에 따른 상기 폐수처리장치는 정삼투 공정, 역삼투 공정, 및 정삼투와 역삼투의 혼합 공정 중에서 선택되는 어느 하나를 이용하는 데 모두 사용할 수 있다.
The wastewater treatment apparatus according to the present invention can be used for any one of a forward osmosis process, a reverse osmosis process, and a mixing process of reverse osmosis and reverse osmosis.

이러한 본 발명에 따른 폐수처리장치는 방사능 폐수, 발전소 화학세정 폐액, 도금 폐액과 같은 폐액, 독성이 강하고 30~80기압 이상의 삼투압을 가지고 있는 고농도의 폐수를 농축하여 폐기하거나 보관처리하는 데 유용하게 이용될 수 있다.Such a wastewater treatment apparatus according to the present invention is useful for waste disposal such as radioactive wastewater, chemical wastewater for chemical cleaning wastewater, plating wastewater, and concentrated wastewater having high toxicity and high osmotic pressure of 30 to 80 atm or higher. .

특히, 발전소 화학세정 폐액은 방사성 감쇠 물질을 포함하고 있는 폐기물이다. 방사성 물질은 일정기간 동안 분리해서 보관해야 한다. 보관기간 또한 길기 때문에 문제가 되고 있다. 본 발명의 폐수처리장치를 이용하는 경우 이러한 방사성 폐액의 농축을 위해서도 적용할 수 있다.
In particular, the chemical cleaning effluent from the power plant is a waste containing radioactive damping material. Radioactive materials should be stored separately for a certain period of time. The storage period is also long, which is a problem. When the wastewater treatment apparatus of the present invention is used, it is also applicable to concentration of such a radioactive waste solution.

실시예Example 1 : 방사성 물질을 포함한 발전소 화학세정  1: Chemical cleaning of power plants including radioactive materials 폐액의Wastewater 처리 process

60bar의 삼투압을 가지며, 방사성 물질을 포함하고 있는 발전소 화학세정 폐액을 처리수로 하고, 다음 도 1의 폐수처리장치를 이용하여 처리하였다.The osmotic pressure of 60 bar and the chemically washing waste liquid of the power plant containing the radioactive material were treated as treated water and then treated using the wastewater treatment apparatus shown in Fig.

유도용액으로 MgCl2를 물 20L에 녹여 일정한 농도로 제조하고, 상기 처리수의 삼투압과 동일하거나 약간 높게 농도를 맞추었다. 상기 유도용액의 삼투압은 삼투압 측정 기계를 이용하여, 상기 60bar의 처리수의 삼투압과 동일하거나 약간 높은 농도로 조절하여 유도용액의 삼투압을 60~65bar로 상기 처리수와 삼투 평형을 맞추었다. MgCl 2 was dissolved in 20 L of water as an induction solution to prepare a constant concentration, and the concentration was equal to or slightly higher than the osmotic pressure of the treated water. The osmotic pressure of the induction solution was adjusted to an osmotic pressure equal to or slightly higher than the osmotic pressure of the treated water of 60 bar by using an osmotic pressure measuring machine, and the osmotic pressure of the induction solution was adjusted to 60 to 65 bar with the treated water.

상기 삼투압 평형을 이룬 처리수는 처리수 공급탱크(100)에 유입시키고, 상기 유도용액은 유도용액 공급탱크(500)에 유입시킨다. 그 다음, 상기 처리수를 막 모듈로 유입시킬 때 고압펌프(200)를 이용하여 상기 처리수 쪽에 10~30기압의 압력을 가하였다. 상기 처리수에 압력을 가해준 만큼 정삼투막 모듈(300)을 통하여 폐액에서 담수가 유도용액 쪽으로 이동하여 유도용액이 희석되도록 하였다. The treated water having the osmotic pressure equilibrium flows into the treated water supply tank 100, and the induced solution flows into the induction solution supply tank 500. Then, when the treated water was introduced into the membrane module, a pressure of 10 to 30 atm was applied to the treated water by using a high-pressure pump (200). The fresh water in the waste liquid was moved to the induction solution through the positive osmosis membrane module 300 by the pressure applied to the treated water so that the induction solution was diluted.

상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액은 희석탱크(700)로 유입되고, 상기 정삼투 막모듈(300)을 통과하여 농축된 방사성 물질을 포함하고 있는 화학세정 폐액은 농축 탱크(400)로 유입되도록 하였다. 상기 방사성 물질을 포함하고 있는 농축물은 일정시간 보관시킨 후, 적절히 처리할 수 있다.
The induction solution diluted through the osmosis membrane module 300 flows into the dilution tank 700 and passes through the osmosis membrane module 300 and contains the concentrated radioactive material, 400). The concentrate containing the radioactive material can be suitably treated after being stored for a certain period of time.

실험예Experimental Example 1 :  One : 분리능Resolution 평가 evaluation

상기 실시예에 따른 폐수처리장치를 이용한 방사성 물질을 포함한 발전소 화학세정 폐액의 분리능(투과율)을 확인하기 위하여, 상기 과정을 1시간 동안 진행한 후 정삼투막 모듈 통과 전과 통과 후 재사용된 유도용액의 무게 변화를 측정하였다.In order to confirm the separation (permeability) of the chemical cleaning effluent of the power plant including the radioactive material using the wastewater treatment apparatus according to the above-described embodiment, the above procedure was performed for 1 hour, and then the induction solution Weight change was measured.

처음 사용된 유도용액의 무게는 20L이고, 1시간 후 재사용된 유도용액의 무게는 23.8L였다. 이러한 결과로부터 상기 폐액으로부터 유도용액 쪽으로 이동한 담수는 3.8L임을 확인할 수 있었다. The weight of the initial induction solution used was 20 L, and the weight of the induction solution reused after one hour was 23.8 L. From these results, it was confirmed that the fresh water moved from the waste solution to the induction solution was 3.8 L.

따라서, 본 발명에 따른 폐수처리장치를 이용한 방사성 물질을 포함한 발전소 화학세정 폐액의 분리능(투과율)은 19LMH로 나타났다. 이러한 수치는 현재 상용화된 정삼투막 모듈을 이용한 장치의 투과율이 10~15LMH임을 감안한다면, 매우 높은 분리성능을 가지는 것을 알 수 있다. Accordingly, the separation capacity (permeability) of the chemical cleaning waste solution containing the radioactive material using the wastewater treatment apparatus according to the present invention was found to be 19 LMH. These values are very high considering that the transmittance of the device using the currently commercialized osmosis membrane module is 10 ~ 15 LMH.

또한, 본 발명에서는 희석된 유도용액은 MgCl2를 사용했기 때문에 일반적인 폐수처리 공정으로 처리할 수 있거나 방류시킬 수 있고, 방사성물질을 포함하고 있는 화학세정 폐액은 기존공정보다 경제적으로 농축하여 보관할 수 있다.
In the present invention, since the diluted induction solution is made of MgCl 2 , it can be treated or discharged in a general wastewater treatment process, and a chemical cleaning waste solution containing a radioactive substance can be stored more economically than conventional processes .

100 : 처리수 공급탱크, 200: 고압펌프
300 : 정삼투막 모듈 400 : 농축탱크
500 : 유도용액 공급탱크 600 : 유도용액 공급펌프
700 : 희석탱크
1 : 정삼투 분리막 2 : 센터파이프
3 : 중공관 4 : 커버
5 : 센터파이프 홀 7 : 상부 캡
8 : 하부 캡 100: treated water supply tank, 200: high pressure pump
300: osmosis membrane module 400: concentration tank
500: induction solution supply tank 600: induction solution supply pump
700: Dilution tank
1: cleansing membrane 2: center pipe
3: hollow tube 4: cover
5: center pipe hole 7: upper cap
8: Lower cap

Claims (12)

처리수를 공급하는 공급탱크(100),
상기 공급탱크(100)의 처리수를 막 모듈로 유입시키기 위한 고압펌프(200),
상기 유입된 처리수가 유도용액 쪽으로 공급되어 유도용액이 희석되는 정삼투막 모듈(300),
상기 정삼투 막모듈을 통과하여 농축된 처리수가 유입되는 농축 탱크(400),
유도용액 공급을 위한 유도용액 공급탱크(500),
상기 유도용액을 유입시키기 위한 유도용액 공급펌프(600), 및
상기 정삼투 막모듈(300)을 통해 희석된 유도용액이 유입되는 희석탱크(700)를 포함하는 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
A supply tank 100 for supplying treated water,
A high-pressure pump 200 for introducing the treated water of the supply tank 100 into the membrane module,
A positive osmosis membrane module 300 in which the introduced treatment water is supplied to the induction solution to dilute the induction solution,
A concentrating tank 400 through which the treated water concentrated through the osmosis membrane module flows,
An induction solution supply tank 500 for supplying an induction solution,
An induction solution supply pump 600 for introducing the induction solution, and
And a dilution tank (700) through which the diluted induction solution flows through the forward osmosis membrane module (300).
제1항에 있어서,
상기 정삼투막 모듈은 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 이용하는 것인 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the positive osmosis membrane module uses a bellows type positive osmosis membrane capable of being pressurized.
제2항에 있어서,
상기 가압이 가능한 나권형 정삼투 분리막을 이용한 모듈은 10~30기압의 압력을 가할 수 있는 것인 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the module using the pressurizable bellows type positive osmosis membrane is capable of applying a pressure of 10 to 30 atmospheres.
제1항에 있어서,
상기 장치는 유도용액의 회수 및 분리를 위한 별도의 삼투막 모듈을 포함하지 않는 것인 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the device does not include a separate osmosis membrane module for recovery and separation of the inductive solution.
제1항에 있어서,
상기 유도용액은 회수되지 않고 분해 및 방류되는 것인 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the inductive solution is decomposed and discharged without being recovered.
제1항에 있어서,
상기 장치는 30~80bar의 고농도의 폐수, 난분해성 폐수, 독성이 강한 폐수 중에서 선택되는 1종 이상의 처리수의 분리에 이용되는 것인 정삼투막 모듈을 이용한 폐수 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the apparatus is used for separation of at least one treatment water selected from waste water having a high concentration of 30 to 80 bar, refractory wastewater, and toxic wastewater.
처리수와 유도용액을 삼투압 평형 상태로 만드는 단계, 및
정삼투막 모듈로 유입되는 처리수에 압력을 가하여 상기 처리수에 포함된 담수가 정삼투막 모듈을 통해 상기 유도용액으로 이동되도록 하는 단계를 포함하는 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
Bringing the treated water and the inducing solution into an osmotic equilibrium state, and
And applying pressure to the process water flowing into the forward osmosis membrane module so that the fresh water contained in the process water is transferred to the induction solution through the forward osmosis membrane module.
제7항에 있어서,
상기 삼투압 평형은 상기 유도용액의 농도 조절을 통하여 상기 처리수와 동일한 삼투압을 가지도록 하는 것인 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the osmotic equilibrium has the same osmotic pressure as the treated water through the concentration control of the inductive solution.
제7항에 있어서,
상기 삼투막 모듈은 정삼투 공정, 역삼투 공정, 및 정삼투와 역삼투의 혼합 공정 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the osmosis membrane module is any one selected from the group consisting of a forward osmosis process, a reverse osmosis process, and a mixing process of normal osmosis and reverse osmosis.
제7항에 있어서,
상기 처리수 부분에 가해지는 압력은 10~30기압인 것인 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pressure applied to the treated water portion is 10 to 30 atm.
제7항에 있어서,
상기 정삼투막은 나권형 정삼투막인 것인 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the osmosis membrane is a bare sheath osmosis membrane.
제7항에 있어서,
상기 유도용액은 회수 및 분리되는 단계를 포함하지 않고,
자연 분해되거나, 방류 및 폐기되는 것인 삼투막 모듈을 이용한 폐수처리 방법.
8. The method of claim 7,
The derivatizing solution does not include a step of recovery and separation,
Wherein the osmotic membrane module is spontaneously decomposed, discharged and discarded.
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