KR20160137171A - 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법 - Google Patents

막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160137171A
KR20160137171A KR1020150071908A KR20150071908A KR20160137171A KR 20160137171 A KR20160137171 A KR 20160137171A KR 1020150071908 A KR1020150071908 A KR 1020150071908A KR 20150071908 A KR20150071908 A KR 20150071908A KR 20160137171 A KR20160137171 A KR 20160137171A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
raw water
pure water
membrane distillation
membrane
Prior art date
Application number
KR1020150071908A
Other languages
English (en)
Inventor
이석헌
정성필
윤택근
구헌철
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020150071908A priority Critical patent/KR20160137171A/ko
Publication of KR20160137171A publication Critical patent/KR20160137171A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/447—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by membrane distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/364—Membrane distillation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/04—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply for obtaining ultra-pure water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

막 증류 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템은 다양한 유체가 저장되는 원수 저장조; 상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 하나 이상으로 설치되는 막 증류기를 통해 순수를 생성하는 순수 생성유닛; 상기 순수 생성유닛 내에서 막 증류기와 함께 하나 이상으로 설치되고, 상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛; 및 상기 막 증류기로부터 농축수를 공급받고, 상기 전처리 유닛으로부터 전처리수를 공급받아 혼합하며, 혼합된 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급하는 혼합수 공급조를 포함한다.

Description

막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법{MEMBRANE DISTILLATION SYSTEM AND MEMBRANE DISTILLATION METHOD}
본 발명은 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 유체를 전처리하는 전처리 과정이 포함된 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법에 관한 것이다.
일반적으로 막 증류법(Membrane Distillation)은 소수성 고분자 분리막의 표면에서 상변화가 일어나고, 분리막의 표면 미세기공을 통해 증기가 투과하여 응축 분리되는 공정이다.
비휘발성 물질이나 휘발성이 상대적으로 낮은 물질을 분리 제거하는 탈염 공정에 이용되거나, 수용액 중에 휘발성이 높은 유기물을 분리하는데도 이용할 수 있다.
이러한 막 증류법에 대한 개념이 1960년대에 제안된 이래, 현재에 이르기까지 막 증류에 대한 연구는 주로 미국, 유럽, 일본, 호주 등을 중심으로 진행되어 왔으며, 최근에는 막 증류 분리 공정을 증발공정 또는 역삼투 공정을 대체하려는 움직임이 활발하게 이루어지고 있다.
현재, 순수제조나 담수화 공정으로 사용되고 있는 증발법과 역삼투압 공정은 에너지가 많이 소요되는 단점이 내재되어 있다.
특히, 역삼투압법은 오염과 파울링의 문제로 인하여 사용 전에, 여러 단계의 전처리 과정을 거치므로 운전 관리상의 어려움뿐만 아니라, 높은 압력에서 운전되므로 펌프동력원인 전기에너지가 많이 사용되어 관리비용이 많이 소요되는 단점이 내재되어 있다.
반면에, 막 증류는 다공성 막을 사용하면서 한외여과법과 역삼투압법에 비해 낮은 압력에서 운전되며 증기압 분압차에 의해 분리가 이루어진다.
또한, 막 증류 분리법을 이용하면, 염과 같은 비휘발성 물질을 분리, 제거하는데 있어서 전통적인 증류법이 가지는 비말 동반이 없고, 높은 압력으로 운전되는 여과기 또는 분리막을 사용하지 않아도 된다.
이러한 막 증류 공정에는 그 구성 형태에 따라서 직접접촉 막 증류(DCM), 공기 층 막 증류(AGMD), 포집 가스 막 증류(SGMD), 그리고 진공 막 증류(VMD: vacuum membrane distillation) 등이 존재한다.
막 증류 분리공정의 장점으로 인하여, 막 증류법을 이용한 담수화(탈염화) 처리공정은 저비용의 유틸리티와 분리장치의 내구성이 우수하므로, 전 세계적으로 음용수 생산에 있어 경쟁력 있는 방법 중의 하나로 부상하고 있다.
최근에는 에너지 효율을 증대시키기 위한 방법으로서 다단 막 증류 공정이 상용화 되고 있으며, 태양열 또는 폐열을 활용하여 에너지 비용을 저감하려는 시도가 수행되고 있다.
막 증류법은 소수성 고분자 분리막을 이용하는데, 용매나 용질(친수성 물질)의 표면장력이 분리막 표면 보다 커서 액체 상태로는 막 기공을 통과하지 못하고, 분리막 표면에서 반발된다.
또한, 분리막의 표면 기공입구에서 분리대상 물질이 증기상으로 상변환되어 기공 안으로 확산, 투과되어 최종적으로 처리수 측에서 응축, 분리되는 것이다.
이러한 막 증류법은 유입용액이 분리막을 통과하는 유입수 측과 분리대상 물질이 응축 및 분리되는 처리수 측으로 구성된 분리막 모듈을 통해 수행된다.
하지만, 상기 막 증류법은 분리막의 소재로 상기와 같이 소수성 고분자 분리막을 이용하기 때문에, 막 증류 수처리 장치의 유입수측 내의 오염원수에 포함되어 있는 각종 유기 물질에 의해 분리막의 표면이 쉽게 오염되는 단점이 있다.
또한, 분리막의 표면이 오염에 취약함으로 인해 막 증류 공정을 오랫동안 지속할 수 없는 단점도 있다.
이러한 단점들은 별도의 막 세척 공정이 자주 요구됨에 따라 막 증류 공정이 계속적으로 이루어지지 못하고, 분리막의 오염으로 인한 분리막의 교체 비용 또한 과다하게 소요되는 단점으로 나타난다.
이에 따라서, 막 증류에 있어서 오염원수에 의한 분리막의 오염을 방지하고도, 원활하게 순수를 얻고자 하는 막 증류 시스템 및 방법이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 공개 특허공보 제2014-0123347호(2014.10.22)
본 발명의 실시 예는 하나의 시스템 상에서 다양한 원수에 포함된 이물질의 필터링과 순수를 생성하도록 된 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템은 다양한 유체가 저장되는 원수 저장조; 상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 하나 이상으로 설치되는 막 증류기를 통해 순수를 생성하는 순수 생성유닛; 상기 순수 생성유닛 내에서 막 증류기와 함께 하나 이상으로 설치되고, 상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛; 및 상기 막 증류기로부터 농축수를 공급받고, 상기 전처리 유닛으로부터 전처리수를 공급받아 혼합하며, 혼합된 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급하는 혼합수 공급조가 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 순수 생성유닛으로부터 생성되는 순수를 공급받아 저장하는 순수 저장조가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 원수 저장조와 상기 순수 생성유닛의 사이에는 상기 원수를 상기 막 증류기 및 상기 전처리 유닛 측으로 공급하고, 상기 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급시키는 제1 펌프가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 원수 저장조와 상기 혼합수 공급조 사이에는 상기 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급하는 제2 펌프가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 원수 저장조는 상기 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속 일수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 혼합수 공급조는 상기 혼합수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속 소재 중, 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 순수 생성유닛의 막 증류기는 직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템에 있어서, 상기 전처리 유닛은 무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법은, 다양한 유체인 원수를 저장하는 원수 저장단계; 상기 원수 저장단계에서 저장된 원수를 공급받아 순수를 생성하는 순수 생성단계; 상기 순수 생성단계를 통해 생성되는 상기 순수를 저장하는 순수 저장단계; 상기 원수 저장단계에서 저장된 원수를 공급받아 원수 내에 포함된 이물질을 필터링 하는 전처리 단계; 상기 순수 생성단계에서 발생되는 농축수 및 전처리 단계에서 발생되는 전처리수를 집수하고, 상호 혼합시켜 혼합수를 생성하는 혼합수 생성단계; 및 상기 혼합수를 상기 원수 저장단계로 공급시키고, 혼합수와 혼합된 원수를 상기 순수 생성단계 및 상기 전처리 단계로 순환시키는 혼합수 순환단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 순수 생성단계 및 상기 전처리 단계에서는 상기 원수를 동시에 공급받아 순수의 생성 및 전처리가 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 원수 저장단계에서는 상기 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 저장조가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 순수 생성단계에서는 복수로 설치되는 막 증류기를 통해 상기 원수를 공급받아 순수를 생성하는 순수 생성유닛이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 전처리 단계에서는 상기 순수 생성단계와 함께 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 혼합수 생성단계에서는 상기 혼합수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 혼합수 공급조가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 순수 생성단계에서는 직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 어느 하나가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 전처리 단계에서는 무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 어느 하나의 공정이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 있어서, 상기 혼합수 순환단계에서는 하나 이상의 펌프가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 다양한 유체를 전처리하는 전처리 유닛이 시스템 상에 포함되어 전처리된 원수가 막 증류기로 공급됨에 따라, 소수성 분리막이 각종 유기물질에 의해 오염되는 것을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 소수성 분리막의 오염을 예방하여 막 증류 시스템의 가동을 오랫동안 지속시킬 수 있어 막 증류에 따른 효율을 높일 수 있고, 소수성 분리막의 잦은 교체에 따른 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 원수의 전처리를 위해 별도로 전처리 공정을 설계할 필요가 없고, 막 증류 시스템의 규격화가 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예는 혼합수가 각 유로를 따라 재순환되므로, 전처리 효과가 지속적으로 제공될 수 있고, 필요에 따라 전처리 유닛을 다수의 서로 다른 종류로 적용할 있어 높은 범용성을 제공할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법의 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템은 다양한 유체를 전처리하는 전처리 과정이 포함되는 것이며, 설명의 편의상 이하에서 설명되는 순수 생성유닛, 전처리 유닛은 당업계에서 널리 사용되는 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명 및 도면은 간략하게 하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템(1)은 원수 저장조(10), 순수 생성유닛(20), 순수 저장조(30), 전처리 유닛(40) 및 혼합수 공급조(50)를 포함한다.
상기 원수 저장조(10)는 다양한 유체가 내부에 저장된다. 이때, 저장되는 유체는 이물질 즉, 각종 유기 물질 등이 포함된 원수이다.
즉, 상기 원수는 오염물질을 포함하는 담수, 기수, 해수, 역삼투 공정 농축수, 하폐수, 슬러지 등 일수 있고, 순수를 생성하거나 농축이 필요한 식품 농축액, 산 또는 염기, 각종 약품 공정수 및 초순수 공정수 등 일수 있다.
이러한 원수 저장조(10)는 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 순수 생성유닛(20)은 원수 저장조(10)의 일측에 설치되어 내부에 복수로 설치되는 막 증류기(21)를 통해 원수 저장조(10)로부터 원수를 공급받아 순수를 생성한다.
상기 막 증류기(21)는 도면상에 2개로 이루어지는 것으로 도시를 하였으나, 이에 한정을 하는 것은 아니며, 이보다 더 많은 수로 이루어질 수 있는 것이다.
이와 같이 상기 순수 생성유닛(20)에 설치되는 막 증류기(21)는 직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이러한 순수 생성유닛(20)에 의하면, 막 증류기(21)들로 공급된 원수는 막 증류기(21)의 유입부(22)와 처리수부(23) 사이의 수증기압 차이에 의해 유입부(22)에서 기화하여 소수성 분리막(24)을 통과하고, 처리수부(23)에서 응축되거나 별도의 응축기(미도시)에서 응축되어 순수가 생성되며, 생성된 순수는 상기 순수 저장조(30)로 공급된다.
상기 순수 저장조(30)는 순수 생성유닛(20)의 일측에 설치되고, 복수의 막 증류기(21)들과 상호 연결되어 생성되는 순수를 내부에 저장한다. 이때, 순수 저장조(30)는 순수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전처리 유닛(40)은 순수 생성유닛(20) 내에서 막 증류기(21)와 함께 하나 이상으로 설치되고, 원수 저장조(10)와 상호 연결되어 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 한다.
상기 전처리 유닛(40)은 도면상에 1개로 이루어지는 것으로 도시를 하였으나, 이에 한정을 하는 것은 아니며, 이보다 더 많은 수로 이루어질 수 있는 것이다.
이러한 전처리 유닛(40)은 무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는 응집공정, 여과 공정, 생물 반응 공정, UV 공정 등이 포함될 수 있다.
이를 통해, 상기 전처리 유닛(40)은 파울링 포텐샬(fouling potential)이 감소된 전처리수를 생성시킨다.
상기 혼합수 공급조(50)는 순수 생성유닛(20)의 막 증류기(21)들의 유입부(22)와 연결되어 생성되는 농축수를 공급받고, 전처리 유닛(40)과 연결되어 필터링을 통해 전처리된 전처리수를 공급받으며 원수 저장조(10)와 연결된다.
이때, 상기 혼합수 공급조(50)로 공급되는 상기 농축수와 전처리수는 내부에서 상호 혼합되고, 혼합된 혼합수는 원수 저장조(10)로 공급된다.
이에 따라서, 상기 원수 저장조(10)에는 원수와 농축수 및 전처리수가 혼합된 혼합수가 혼합된다.
이러한 혼합수 공급조(50)는 금속 또는 비금속 소재 중, 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템(1)은 원수 공급유로(L1), 순수 공급유로(L2), 농축수 공급유로(L3), 전처리수 공급유로(L4) 및 혼합수 공급유로(L5)를 포함한다.
상기 원수 공급유로(L1)는 원수 저장조(10)를 순수 생성유닛(20)의 막 증류기들(21)과, 전처리 유닛(40)을 연결하여 원수 저장조로부터 원수를 막 증류기들(21)과 전처리 유닛(40)에 각각 공급한다.
상기 순수 공급유로(L2)는 순수 생성유닛(20)의 막 증류기(21)들을 원수 저장조(10)와 연결시켜 막 증류기(21)들로부터 순수를 원수 저장조(10)에 공급시킨다.
상기 농축수 공급유로(L3)는 막 증류기(21)들과 혼합수 공급조(50)를 연결시켜 막 증류기(21)들로부터 농축수를 혼합수 공급조(50)에 공급시킨다.
상기 전처리수 공급유로(L4)는 전처리 유닛(40)과 혼합수 공급조(50)를 연결시켜 전처리 유닛(40)으로부터 전처리수를 혼합수 공급조(50)에 공급시킨다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 혼합수 공급조(50)에서는 농축수와 전처리수가 상호 혼합되어 혼합수가 발생된다.
상기 혼합수 공급유로(L5)는 혼합수 공급조(50)와 원수 저장조(10)를 연결시켜 혼합수 공급조(50)로부터 혼합수를 원수 저장조(10)에 공급시킨다.
이때, 전술한 바와 같이 상기 원수 저장조(10)에는 원수와 농축수 및 전처리수가 혼합된 혼합수가 서로 혼합된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템(1)은 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다.
즉, 상기 원수 저장조(10)와 순수 생성유닛(20)의 사이, 보다 상세하게는 원수 저장조(10)와 순수 생성유닛(20)의 막 증류기(21)와 전처리 유닛(40)을 연결하는 원수 공급유로(L1) 상에 제1 펌프(P1)가 설치될 수 있다.
이러한 제1 펌프(P1)는 원수를 막 증류기(21) 및 전처리 유닛(40) 측으로 공급하고, 혼합수를 원수 저장조(10)로 공급시킨다. 즉, 상기 제1 펌프(P1)는 작동 시, 혼합수 공급조(50)의 혼합수를 혼합수 공급조(50) 및 원수 저장조(10) 측으로 재순환시킨다.
또한, 상기 원수 저장조(10)와 혼합수 공급조(50) 사이, 즉, 이들을 연결하는 혼합수 공급유로(L5) 상에 제2 펌프(P2)가 설치될 수 있다.
이러한 제2 펌프(P2)는 혼합수 공급조(50)의 혼합수를 원수 저장조(10)로 공급하고, 나아가, 제1 펌프(P1)와 함께 혼합수를 원수 저장조(10) 및 혼합수 공급조(50) 측으로 재순환시킨다.
상기에서는 제1 및 제2 펌프(P1,P2)가 함께 설치되는 것으로 설명을 하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 펌프(P1) 또는 제2 펌프(P2) 중 어느 하나만 선택적으로 설치될 수도 있는 것이다.
이러한 제1 및 제2 펌프(P1,P2)를 통해 농축수와 전처리수가 혼합된 혼합수는 1회 이상 원활하게 막 증류 시스템(1) 상을 순환할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템(1)에 의하면, 다양한 유체를 전처리하는 전처리 유닛(40)이 시스템 상에 포함되어 전처리된 원수가 막 증류기(21)로 공급됨에 따라, 소수성 분리막(24)이 각종 유기물질에 의해 오염되는 것이 예방될 수 있다.
나아가, 소수성 분리막(24)의 오염을 예방하여 막 증류 시스템(1)의 가동을 오랫동안 지속시킬 수 있어 막 증류에 따른 효율을 높일 수 있고, 소수성 분리막(24)의 잦은 교체에 따른 비용이 절감될 수 있다.
또한, 원수의 전처리를 위해 별도로 전처리 공정을 설계할 필요가 없고, 막 증류 시스템(1)의 규격화가 가능할 수 있다.
또한, 혼합수가 각 유로를 따라 재순환되므로, 전처리 효과가 지속적으로 제공될 수 있고, 필요에 따라 전처리 유닛(40)을 다수의 서로 다른 종류로 적용할 있어 높은 범용성이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법을 앞서 개시한 도면 및 첨부하는 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법의 회로도이다.
상기한 도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법은 원수 저장단계(S1), 순수 생성단계(S2), 순수 저장단계(S3), 전처리 단계(S4), 혼합수 생성단계(S5) 및 혼합수 순환단계(S6)를 포함하여 이루어진다.
상기 원수 저장단계(S1)는 다양한 유체인 원수를 저장하는 단계이다.
이때, 저장되는 원수는 각종 유기 물질 등이 포함된 원수이다. 즉, 상기 원수는 오염물질을 포함하는 담수, 기수, 해수, 역삼투 공정 농축수, 하폐수, 슬러지 등 일수 있고, 순수를 생성하거나 농축이 필요한 식품 농축액, 산 또는 염기, 각종 약품 공정수 및 초순수 공정수 등 일수 있다.
이러한 원수 저장단계(S1)에서는 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 원수 저장조(10)가 제공되는 것이 바람직하다.
상기 순수 생성단계(S2)는 상기 원수 저장단계(S1)에서 저장된 원수를 공급받아 순수를 생성하는 단계이다.
이때, 상기 순수 생성단계(S2)에서는 상기 원수 저장조(10)의 일측에 설치되어 내부에 복수로 설치되는 막 증류기(21)를 통해 상기 원수를 공급받아 순수를 생성하는 순수 생성유닛(20)이 제공될 수 있다.
상기 막 증류기(21)는 도면상에 2개로 이루어지는 것으로 도시를 하였으나, 이에 한정을 하는 것은 아니며, 이보다 더 많은 수로 이루어질 수 있는 것이다.
이와 같이 상기 순수 생성유닛(20)에 설치되는 막 증류기(21)는 직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 선택되는 어느 하나가 제공될 수 있다.
이러한 순수 생성유닛(20)에 의하면, 막 증류기(21)들로 공급된 원수는 막 증류기(21)의 유입부(22)와 처리수부(23) 사이의 수증기압 차이에 의해 유입부(22)에서 기화하여 소수성 분리막(24)을 통과하고, 처리수부(23)에서 응축되거나 별도의 응축기(미도시)에서 응축되어 순수가 생성되며, 생성된 순수는 후술되는 순수 저장조(30)로 공급된다.
상기 순수 저장단계(S3)는 상기 순수 생성단계(S2)를 통해 생성되는 상기 순수를 저장하는 단계이다.
이때, 상기 순수 저장단계(S3)에서는 상기 순수 생성유닛(20)의 일측에 설치되고, 복수의 막 증류기(21)들과 상호 연결되어 생성되는 순수를 내부에 저장하는 순수 저장조(30)가 제공될 수 있다.
이때, 순수 저장조(30)는 순수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전처리 단계(S4)는 상기 원수 저장단계(S1)에서 저장된 원수를 공급받아 원수 내에 포함된 이물질을 필터링 하는 단계이다.
이때, 상기 전처리 단계(S4)에서는 상기 순수 생성단계(S2)와 함께 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛이 제공될 수 있다.
상기 전처리 유닛(40)은 순수 생성유닛(20) 내에서 막 증류기(21)와 함께 하나 이상으로 설치되고, 원수 저장조(10)와 상호 연결되어 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 한다.
상기 전처리 유닛(40)은 도면상에 1개로 이루어지는 것으로 도시를 하였으나, 이에 한정을 하는 것은 아니며, 이보다 더 많은 수로 이루어질 수 있는 것이다.
이러한 전처리 유닛(40)은 무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 선택되는 어느 하나의 공정으로 이루어질 수 있으며, 보다 상세하게는 응집공정, 여과 공정, 생물 반응 공정, UV 공정 등이 포함될 수 있다.
이를 통해, 상기 전처리 유닛(40)은 파울링 포텐샬(fouling potential)이 감소된 전처리수를 생성시킨다.
한편, 상기 전처리 단계(S4)는 상기 순수 생성단계(S2)와 원수를 동시에 공급받아 순수의 생성 및 전처리가 진행된다.
상기 혼합수 생성단계(S5)는 상기 순수 생성단계(S2)에서 발생되는 농축수 및 전처리 단계에서 발생되는 전처리수를 집수하고, 상호 혼합시켜 혼합수를 생성하는 단계이다.
이때, 상기 혼합수 생성단계(S5)에서는 혼합수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 혼합수 공급조(50)가 제공될 수 있다.
상기 혼합수 공급조(50)는 순수 생성유닛(20)의 막 증류기(21)들의 유입부(22)와 연결되어 생성되는 농축수를 공급받고, 전처리 유닛(40)과 연결되어 필터링을 통해 전처리된 전처리수를 공급받으며 원수 저장조(10)와 연결된다.
이때, 상기 혼합수 공급조(50)로 공급되는 상기 농축수와 전처리수는 내부에서 상호 혼합되고, 혼합된 혼합수는 원수 저장조(10)로 공급된다.
이에 따라서, 상기 원수 저장조(10)에는 원수와 농축수 및 전처리수가 혼합된 혼합수가 혼합된다.
상기 혼합수 순환단계(S6)는 상기 혼합수를 상기 원수 저장단계(S1)로 공급시키고, 혼합수와 혼합된 원수를 상기 순수 생성단계(S2) 및 상기 전처리 단계(S4)로 순환시키는 단계이다.
이때, 상기 혼합수 순환단계(S6)에서는 하나 이상의 펌프가 제공될 수 있다.
이러한 펌프는 상기 원수 저장조(10)와 순수 생성유닛(20)의 사이, 보다 상세하게는 원수 저장조(10)와 순수 생성유닛(20)의 막 증류기(21)와 전처리 유닛(40)을 연결하는 원수 공급유로(L1) 상에 제1 펌프(P1)가 설치될 수 있다.
이러한 제1 펌프(P1)는 원수를 막 증류기(21) 및 전처리 유닛(40) 측으로 공급하고, 혼합수를 원수 저장조(10)로 공급시킨다. 즉, 상기 제1 펌프(P1)는 작동 시, 혼합수 공급조(50)의 혼합수를 혼합수 공급조(50) 및 원수 저장조(10) 측으로 재순환시킨다.
또한, 상기 원수 저장조(10)와 혼합수 공급조(50) 사이, 즉, 이들을 연결하는 혼합수 공급유로(L5) 상에 제2 펌프(P2)가 설치될 수 있다.
이러한 제2 펌프(P2)는 혼합수 공급조(50)의 혼합수를 원수 저장조(10)로 공급하고, 나아가, 제1 펌프(P1)와 함께 혼합수를 원수 저장조(10) 및 혼합수 공급조(50) 측으로 재순환시킨다.
상기에서는 제1 및 제2 펌프(P1,P2)가 함께 설치되는 것으로 설명을 하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 펌프(P1) 또는 제2 펌프(P2) 중 어느 하나만 선택적으로 설치될 수도 있는 것이다.
이러한 제1 및 제2 펌프(P1,P2)를 통해 농축수와 전처리수가 혼합된 혼합수는 1회 이상 원활하게 막 증류 시스템(1) 상을 순환할 수 있다.
이러한 단계들로 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법에 의하면, 다양한 유체를 전처리하는 전처리 유닛(40)이 시스템 상에 포함되어 전처리된 원수가 막 증류기(21)로 공급됨에 따라, 소수성 분리막(24)이 각종 유기물질에 의해 오염되는 것이 예방될 수 있다.
나아가, 소수성 분리막(24)의 오염을 예방하여 막 증류 시스템(1)의 가동을 오랫동안 지속시킬 수 있어 막 증류에 따른 효율을 높일 수 있고, 소수성 분리막(24)의 잦은 교체에 따른 비용이 절감될 수 있다.
또한, 원수의 전처리를 위해 별도로 전처리 공정을 설계할 필요가 없고, 막 증류 시스템(1)의 규격화가 가능할 수 있다.
또한, 혼합수가 각 유로를 따라 재순환되므로, 전처리 효과가 지속적으로 제공될 수 있고, 필요에 따라 전처리 유닛(40)을 다수의 서로 다른 종류로 적용할 있어 높은 범용성이 제공될 수 있다.
이상으로 본 발명의 하나의 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 막 증류 시스템 10: 원수 저장조
20: 순수 생성유닛 21: 막 증류기
22: 유입부 23: 처리수부
24: 소수성 분리막 30: 순수 저장조
40: 전처리 유닛 50: 혼합수 공급조
L1: 원수 공급유로 L2: 순수 공급유로
L3: 농축수 공급유로 L4: 전처리수 공급유로
L5: 혼합수 공급유로

Claims (17)

  1. 다양한 유체가 저장되는 원수 저장조;
    상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 하나 이상으로 설치되는 막 증류기를 통해 순수를 생성하는 순수 생성유닛;
    상기 순수 생성유닛 내에서 막 증류기와 함께 하나 이상으로 설치되고, 상기 원수 저장조로부터 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛; 및
    상기 막 증류기로부터 농축수를 공급받고, 상기 전처리 유닛으로부터 전처리수를 공급받아 혼합하며, 혼합된 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급하는 혼합수 공급조;
    를 포함하는 막 증류 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순수 생성유닛으로부터 생성되는 순수를 공급받아 저장하는 순수 저장조; 를 더 포함하는 막 증류 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원수 저장조와 상기 순수 생성유닛의 사이에는
    상기 원수를 상기 막 증류기 및 상기 전처리 유닛 측으로 공급하고, 상기 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급시키는 제1 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원수 저장조와 상기 혼합수 공급조 사이에는
    상기 혼합수를 상기 원수 저장조로 공급하는 제2 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원수 저장조는
    상기 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합수 공급조는
    상기 혼합수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속 소재 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 순수 생성유닛의 막 증류기는
    직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 유닛은
    무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템.
  9. 다양한 유체인 원수를 저장하는 원수 저장단계;
    상기 원수 저장단계에서 저장된 원수를 공급받아 순수를 생성하는 순수 생성단계;
    상기 순수 생성단계를 통해 생성되는 상기 순수를 저장하는 순수 저장단계;
    상기 원수 저장단계에서 저장된 원수를 공급받아 원수 내에 포함된 이물질을 필터링 하는 전처리 단계;
    상기 순수 생성단계에서 발생되는 농축수 및 전처리 단계에서 발생되는 전처리수를 집수하고, 상호 혼합시켜 혼합수를 생성하는 혼합수 생성단계; 및
    상기 혼합수를 상기 원수 저장단계로 공급시키고, 혼합수와 혼합된 원수를 상기 순수 생성단계 및 상기 전처리 단계로 순환시키는 혼합수 순환단계;
    를 포함하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 순수 생성단계 및 상기 전처리 단계에서는
    상기 원수를 동시에 공급받아 순수의 생성 및 전처리가 진행되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 원수 저장단계에서는
    상기 원수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 저장조가 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 순수 생성단계에서는
    복수로 설치되는 막 증류기를 통해 상기 원수를 공급받아 순수를 생성하는 순수 생성유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전처리 단계에서는
    상기 순수 생성단계와 함께 원수를 공급받아 원수 내에 포함되는 이물질을 필터링 하는 전처리 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 혼합수 생성단계에서는
    상기 혼합수와 반응하지 않는 금속 또는 비금속인 혼합수 공급조가 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 순수 생성단계에서는
    직접접촉 막 증류(direct contact membrane distillation), 공기 층 막 증류(air gap membrane distillation), 포집 가스 막 증류(sweep gas membrane distillation) 및 진공 막 증류(vacuum membrane distillation) 중, 어느 하나가 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 전처리 단계에서는
    무기 이온 제어 공정, 유기물 제어 공정, 미생물 제어 공정 및 입자 제어 공정 중, 어느 하나의 공정이 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 혼합수 순환단계에서는
    하나 이상의 펌프가 제공되는 것을 특징으로 하는 막 증류 시스템을 이용한 막 증류 방법.


KR1020150071908A 2015-05-22 2015-05-22 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법 KR20160137171A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150071908A KR20160137171A (ko) 2015-05-22 2015-05-22 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150071908A KR20160137171A (ko) 2015-05-22 2015-05-22 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160137171A true KR20160137171A (ko) 2016-11-30

Family

ID=57707646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150071908A KR20160137171A (ko) 2015-05-22 2015-05-22 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160137171A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sardari et al. Integrated electrocoagulation–Forward osmosis–Membrane distillation for sustainable water recovery from hydraulic fracturing produced water
CN104445788B (zh) 高含盐废水处理回用零排放集成工艺
US8197693B2 (en) Apparatus and process for producing electricity using pressure retarded osmosis during desalination of sea water
Mokhtar et al. Membrane distillation technology for treatment of wastewater from rubber industry in Malaysia
Macedonio et al. Pressure-driven membrane operations and membrane distillation technology integration for water purification
CN105540967A (zh) 一种有机废水减量化、资源化处理方法及处理系统
KR101319411B1 (ko) Ｆｏ/ｒｏ 하이브리드 해수 담수화 장치 및 방법
CN205527824U (zh) 用于废水处理的回收设备
WO2020049579A1 (en) Combinatorial membrane-based systems and methods for dewatering and concentrating applications
KR101838211B1 (ko) 가압형 정삼투 및 역삼투 혼합형 해수 담수화 장치
JP2018001110A (ja) ブラインの処理方法、塩水の淡水化処理方法、ブラインの処理システム、および、塩水の淡水化処理システム
CN106315935B (zh) 水质淡化装置及利用该装置淡化水质的方法
US20150218018A1 (en) Wastewater treatment module using membrane distillation and wastewater treatment apparatus including the same
CN103922530A (zh) 一种循环式正渗透与渗透汽化一体化的水处理方法
US10357745B2 (en) Membrane distillation system which is capable of real-time monitoring on membrane wetting
US20150246828A1 (en) Membrane distillation module
KR101344783B1 (ko) 역삼투 농축수 재생형 하이브리드 해수담수화 장치 및 방법
KR101394517B1 (ko) 담수화 장치
US20160052812A1 (en) Reject recovery reverse osmosis (r2ro)
CN110526474A (zh) 一种反渗透浓水的提浓减量方法及提浓减量装置
KR20160137171A (ko) 막 증류 시스템 및 이를 이용한 막 증류 방법
KR20140123347A (ko) 막 증류 수처리 시스템
Kim et al. Recent advances of membrane-based hybrid membrane bioreactors for wastewater reclamation
US9480950B2 (en) Separation membrane for membrane distillation
KR101656569B1 (ko) 에너지 생산 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application