KR20170097967A - 역삼투를 이용한 염수 농축 방법 - Google Patents

역삼투를 이용한 염수 농축 방법 Download PDF

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Abstract

삼투를 거친 투과액에 염수를 흘려줌으로써 투입액과 투과액의 삼투압 차이를 줄여, 보다 높은 농도로 투입액의 염수를 농축시킬 수 있는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법이 개시된다. 상기 역삼투를 이용한 염수 농축 방법은, 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에, 제2 염수를 역삼투시킨 농축 제2 염수를 공급하고, 이와 동시에, 상기 농축 제2 염수에, 제3 염수를 역삼투시킨 농축 제3 염수를 공급하여, 각 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 포화 농도까지 농축되도록 하는 단계;를 포함한다.

Description

역삼투를 이용한 염수 농축 방법{METHOD FOR CONCENTRATE OF SALINE WATER USING A REVERSE OSMOSIS}
본 발명은 역삼투를 이용한 염수 농축 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 삼투를 거친 투과액에 염수를 흘려줌으로써 투입액과 투과액의 삼투압 차이를 줄여, 보다 높은 농도로 투입액의 염수를 농축시킬 수 있는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법에 관한 것이다.
용매는 통과시키지만 용질은 통과시키지 않는, 즉, 다시 말해, 물은 통과시키지만 염분(염화나트륨) 등의 저분자 물질은 통과시키지 않는 반투과성 막(또는 반투막, Semipermeable membrane)에 의한 역삼투(Reverse osmosis)를 이용해 염수의 농도를 높이는 공정은, 수분 증발 공정에 비하여 에너지를 적게 쓰고, 또한, 장치 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 반투과성 막의 한계로 인해, 염수를 농축시키는데 한계가 있다. 이와 같은 멤브레인은, 고압용으로서 약 80 바(bar)까지의 압력을 견디지만, 이때 농축되는 염수의 농도는 약 8.5 %에 불과하다. 이보다 높은 농도로 염수를 농축시키기 위해, 열을 통해 물을 증발시키는 수분 증발 공정이 도입될 수 있지만, 상기한 바와 같이, 많은 에너지가 사용된다는 단점이 존재한다.
대한민국 특허공개 10-2013-0086866호
앞서 살펴본 바와 같이, 역삼투를 이용해 염수의 농도를 높이는 공정은, 멤브레인의 한계로 인해, 염수를 농축시키는데 한계가 있으며, 보다 높은 농도로 염수를 농축시킬 수 있는 수분 증발 공정 또한, 많은 에너지가 사용된다는 단점이 존재한다. 이에, 최소한의 에너지만을 사용하여, 기존의 방법보다 높은 농도로 염수를 농축시킬 수 있는 방법에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 삼투를 거친 투과액에 염수를 흘려줌으로써 투입액과 투과액의 삼투압 차이를 줄여, 보다 높은 농도로 투입액의 염수를 농축시킬 수 있는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에 제2 염수를 공급하여, 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 추가로 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에, 제2 염수를 역삼투시킨 농축 제2 염수를 공급하여, 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 추가로 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법 을 제공한다.
또한, 본 발명은, 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에, 제2 염수를 역삼투시킨 농축 제2 염수를 공급하고, 이와 동시에, 상기 농축 제2 염수에, 제3 염수를 역삼투시킨 농축 제3 염수를 공급하여, 각 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 포화 농도까지 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법에 의하면, 삼투를 거친 투과액에 염수를 흘려줌으로써 투입액과 투과액의 삼투압 차이를 줄여, 적은 에너지에 의해 보다 높은 농도로 투입액의 염수를 농축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 투입액으로서 제1 염수(1)를 반투과성 막(또는 반투막, Semipermeable membrane)에 통과시켜 역삼투(Reverse osmosis; RO)시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 염수 투과액(또는 농축수, 2)에 제2 염수(3)를 공급하여(또는, 흘려주어), 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수(2)가 추가로 농축되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 투입액으로 사용되는 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시킴으로써 염수를 농축하는 과정까지는 기존에 공지된 기술로서, 용매는 통과시키지만 용질은 통과시키지 않는, 즉, 다시 말해, 물은 통과시키지만 염분(염화나트륨) 등의 저분자 물질은 통과시키지 않는 반투과성 막에 의한 역삼투를 이용해 염수의 농도를 높이는 공정이다. 이는, 수분 증발 공정에 비하여 에너지를 적게 사용하고, 또한, 장치 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, 반투과성 막의 한계로 인해, 염수를 농축시키는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은, 염수의 농도를 더욱 높이기 위하여, 상기한 바와 같이, 역삼투에 의해 농축된 염수 투과액(또는 농축수, 2)에 또 다른 염수(제2 염수, 3)를 공급하여, 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 동일한 압력으로 상기 농축된 염수 투과액(농축수, 2)이 추가로 농축되도록 한다.
즉, 통상적인 삼투압 공정은, 염수에 삼투압 이상의 압력을 가해 순수한 물을 투과액으로 얻고, 염수는 그만큼 농축되게 하는 것으로서, 이 때의 삼투압은 염수와 순수한 물의 농도 차이에 의해 발생하게 되는데, 본 발명에서는 투과액에 경제적 가치가 적은 염수를 흘려줌으로써, 투입액과 투과액 간의 농도 차이가 줄어듦에 따라 삼투압 또한 감소하는 원리를 이용하는 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 이용하면, 제1 염수(1)가 약 1.5 내지 2배, 바람직하게는 약 1.6 내지 1.8배, 더욱 바람직하게는 약 1.7 내지 1.75배 농축이 되는 것으로서, 예를 들어, 7 % 농도의 제1 염수(1)와 3.5 % 농도의 제2 염수(3)를 사용할 경우에는, 농축수의 농도가 제1 염수(1)의 약 1.7배인 12 %가 된다. 다만, 상기와 같은 수치(농축 배수)는 제1 염수(1) 및 제2 염수(2)의 염분 농도 및 유량에 따라 상이해질 수 있는 것으로서, 상기 농축 배수는 본 발명에 있어서 가장 최적화 된 수치가 되도록, 상기 제1 염수(1) 및 제2 염수(2)의 염분 농도 및 유량을 적절히 조절한 것이다.
상기 염수(제1 염수(1) 및 제2 염수(3))로는 바닷물(해수, seawater; SW), 기수(brackish water) 및 공업 용수 등, 삼투 공정에 사용되는 통상의 염분(NaCl)을 포함하는 수용액을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 제1 염수(1) 및 제2 염수(3)는 농도만 다른 동일한 염수가 될 수도 있으나, 농도 이외에 서로 다른 종류의 염수가 될 수도 있다. 한편, 역삼투를 거친 제2 염수(Depleted, 4)는, 이를 이용하는 추가 공정이 도입되지 않는 이상, 도 1에 도시된 바와 같이, 외부로 방류되거나 재순환 된다.
한편, 삼투압을 투과액 농도로 낮추어 염수의 농축도를 향상시킨다는 개념은, 기존 선행 문헌에서 일부 유사함을 찾을 수 있으나, 역삼투를 이용하는 본 발명과 달리 정삼투를 이용한다는 점, 그리고 정삼투 시 사용되는 유도 용매를 회수한다는 점 등이 상이할 뿐만 아니라, 유도 용매(투과액)의 회수가 용이하지 않고, 또한, 역확산 현상이 발생할 수 있는 점 등 많은 결함을 내포하고 있어, 본 발명과는 뚜렷하게 구분이 되는 것이라 할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명한다. 이는, 상술한 염수 농축 방법보다 농축수의 농도를 보다 상승시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 투입액으로서 제1 염수(1)를 반투과성 막(또는 반투막, Semipermeable membrane)에 통과시켜 역삼투(Reverse osmosis; RO)시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 염수 투과액(또는 농축수, 2)에, 제2 염수(3)를 (별개의 역삼투 과정을 통해) 역삼투시킨 농축 제2 염수(Concentrated, 5)를 공급하여(또는, 흘려주어), 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수(2)가 추가로 농축되도록 하는 단계를 포함한다.
즉, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법이, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 염수 농축 방법과 다른 점은, 농축수(2)에 제2 염수(3)를 곧바로 공급하는 것이 아닌, 먼저 제2 염수(3)를 별도의 반투과성 막으로 역삼투시켜 농축한 후(Concentrated 제2 염수(5)), 이를 농축수(2)에 공급하는 점으로서, 이와 같이 제2 염수(3)까지도 농축시켜 공급하게 되면, 보다 높은 농도의 농축수(2)를 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 이용하면, 제1 염수(1)가 약 2 내지 2.5배, 바람직하게는 약 2.2 내지 2.4배, 더욱 바람직하게는 약 2.3 내지 2.35배 농축이 되는 것으로서, 예를 들어, 7 % 농도의 제1 염수(1)와 8.5 % 농도의 농축 제2 염수(5)를 사용할 경우에는, 농축수의 농도가 제1 염수(1)의 약 2.3배인 16.4 %가 된다. 즉, 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 염수 농축 방법을 이용할 경우에 비해, 농축수(2)의 농도가 비약적으로 증가한다(12 % → 16.4 %).
다만, 상기와 같은 수치(농축 배수)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 염수 농축 방법에서 설명한 바와 마찬가지로, 제1 염수(1) 및 농축 제2 염수(5)의 염분 농도 및 유량에 따라 상이해질 수 있는 것으로서, 상기 농축 배수는 본 발명에 있어서 가장 최적화 된 수치가 되도록, 상기 제1 염수(1) 및 농축 제2 염수(5)의 염분 농도 및 유량을 적절히 조절한 것이다.
상기 염수(제1 염수(1) 및 제2 염수(3))로는 바닷물(해수, seawater; SW), 기수(brackish water) 및 공업 용수 등, 삼투 공정에 사용되는 통상의 염분(NaCl)을 포함하는 수용액을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 제1 염수(1) 및 제2 염수(3)는 농도만 다른 동일한 염수가 될 수도 있으나, 농도 이외에 서로 다른 종류의 염수가 될 수도 있다. 한편, 역삼투를 거친 제2 염수(Depleted, 6)는, 이를 이용하는 추가 공정이 도입되지 않는 이상, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부로 방류되거나 재순환 된다.
계속해서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명한다. 이는, 상술한 염수 농축 방법들보다 농축수의 농도를 보다 상승시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 투입액으로서 제1 염수(1)를 반투과성 막(또는 반투막, Semipermeable membrane)에 통과시켜 역삼투(Reverse osmosis; RO)시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 염수 투과액(또는 농축수, 2)에, 제2 염수(3)를 (별개의 역삼투 과정을 통해) 역삼투시킨 농축 제2 염수(Concentrated, 5)를 공급하고(또는, 흘려주어), 이와 동시에, 상기 농축 제2 염수(Concentrated, 5)에, 제3 염수(7)를 (별개의 역삼투 과정을 통해) 역삼투시킨 농축 제3 염수(Concentrated, 9)를 공급하여(또는, 흘려주어), 각 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수(2)가 포화 농도까지 농축되도록 하는 단계를 포함한다.
즉, 도 3에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법이, 도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법과 다른 점은, 농축수(2)에 공급되는 별개의 역삼투 과정을 거친 농축 염수에, 또 다른 별개의 역삼투 과정을 거친 농축 염수를 공급하는 점으로서, 농축수에 별개의 역삼투 과정을 거친 농축 염수를 공급하는 공정을 2단으로 구성한 것이 특징이다. 이와 같은 공정으로 구성하게 되면, 먼저 설명한 두 가지의 염수 농축 방법보다 높은 농도의 농축수(2)를 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 역삼투를 이용한 염수 농축 방법을 이용하면, 제1 염수(1)가 약 3 내지 4배, 바람직하게는 약 3.3 내지 3.7배, 더욱 바람직하게는 약 3.5 내지 3.6배 농축이 되는 것으로서, 예를 들어, 7 % 농도의 제1 염수(1), 17 % 농도의 농축 제2 염수(5) 및 8.5 % 농도의 농축 제3 염수(9)를 사용할 경우에는, 농축수(2)의 농도가 제1 염수(1)의 약 3.57배인 25 %가 된다. 즉, 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같은 염수 농축 방법을 이용할 경우는 물론, 도 2에 도시된 바와 같은 염수 농축 방법을 이용할 경우에 비해서도, 농축수(2)의 농도가 비약적으로 증가한다(각각 12 % → 25 %, 16.4 % → 25 %).
다만, 상기와 같은 수치(농축 배수)는, 제1 염수(1), 농축 제2 염수(5) 및 농축 제3 염수(9)의 염분 농도 및 유량에 따라 상이해질 수 있는 것으로서, 상기 농축 배수는 본 발명에 있어서 가장 최적화 된 수치가 되도록, 상기 제1 염수(1), 농축 제2 염수(5) 및 농축 제3 염수(9)의 염분 농도 및 유량을 적절히 조절한 것이다.
상기 염수(제1 염수(1), 제2 염수(3) 및 제3 염수(7))로는 바닷물(해수, seawater; SW), 기수(brackish water) 및 공업 용수 등, 삼투 공정에 사용되는 통상의 염분(NaCl)을 포함하는 수용액을 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 상기 제1 염수(1), 제2 염수(3) 및 제3 염수(7)는 농도만 다른 동일한 염수가 될 수도 있으나, 농도 이외에 서로 다른 종류의 염수가 될 수도 있다. 한편, 역삼투를 거친 제2 염수(Depleted, 6) 및 제3 염수(Depleted, 10)는, 이를 이용하는 추가 공정이 도입되지 않는 이상, 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로 방류되거나 재순환 된다.
상기 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법은, 상기한 바와 같이, 농축수(2)에 별개의 역삼투 과정을 거친 농축 염수를 공급하는 공정을 2단으로 구성함으로써, 농축된 염수 투과액(농축수, 2)을 포화 농도까지 농축되도록 하는 것이 특징이다. 상기 농축수(2)를 포화 농도까지 농축시킨다는 것은, 염이 석출되기 직전까지 농축한다는 것을 의미하는 것으로서, 그 이상의 농도에서는 염에 의해 반투과성 막(Semipermeable membrane)이 막히게 되므로, 더 이상의 농축이 불가능하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법은, 이와 같은 현상을 방지하기 위하여, 상기 농축수(2)의 염분 농도가 포화 농도에 이른 이후의 농도에서는, 결정화기(Crystallizer)를 이용하여 석출된 염 결정(13)을 분리하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 이와 같은 공정을 통해 염을 분리하게 되면, 결정화기의 에너지 사용량을 최대한으로 감소시킬 수 있다.
통상의 역삼투 공정은, 압력의 한계(약 80 bar)로 인해 포화 농도까지 염을 농축시키는 것이 불가능하고, 또한, 증발을 이용한 농축 공정의 경우에는 포화 농도까지 염을 농축시키는 것은 가능하지만, 에너지의 소모가 많다는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법은, 역삼투 공정을 이용함에도 염을 포화 농도까지 농축시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 증발을 이용한 농축 공정에 비해 에너지의 소모가 적다는 장점이 있다.
한편, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 염수 농축 방법 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법은, 포화 농도까지 염을 농축시키는 것이 어려운데, 이는 역삼투의 압력이 80 bar 이상을 넘어가지 못하기 때문으로서, 역삼투의 압력이 약 80 bar 정도일 경우에는, 약 8.5 % 정도의 농도 차이밖에 극복할 수 없는 것이다. 하지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법은, 농축수(2)에 별개의 역삼투 과정을 거친 농축 염수를 공급하는 공정을 2단으로 구성하여, 농축수(2)에 보다 높은 농도의 염수를 공급하는 것이 가능하며, 이로 인해 포화 농도까지 농축시킬 수 있는 것이다. 즉, 다시 말해, 농축 제2 염수가 공급되기 이전까지의 농축수(2)는 농축 제2 염수의 농도보다 낮지만, 농축 제2 염수가 공급된 이후에는 농축 제2 염수의 농도보다 높아져 포화 농도까지 도달할 수 있는 것이다. 한편, 상기 농축 제2 염수의 농도는, 공급되는 농축 염수의 농도가 순차적으로 높아져야 농축수(2)의 농도가 포화 상태에 도달할 수 있으므로, 상기 농축 제3 염수의 농도보다 높아야 한다.
이와 같이, 염수를 포화 농도까지 농축하는 것은 공정 생산성에 있어서 매우 중요한 부분으로서, 염수를 포화 농도까지 농축시킨다는 것은, 실제로 유량 대비 최대의 염이 포함되도록 하는 것이기 때문에, 염을 사용하는 공정에서 최대 생산성이 확보되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 염수 농축 방법을 이용하면, 본 발명과 다른 공정(예를 들어, 통상의 증발을 이용한 염수 농축 공정 등)을 이용하여, 본 발명과 동일한 농도의 염수를 동일한 농도로 농축시킨 경우에 비하여, 농축에 사용되는 에너지를 비약적으로 감소시킬 수 있다(하기 실시예 참조).
이하 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
[실시예 1] 역삼투를 이용한 염수의 농축
본 발명의 일 실시예에 따른 염수 농축 방법에 의한 것으로서, 농도가 7 %인 제1 염수(NaCl 수용액)를 100 ton/h의 유량으로 공급하여 반투과성 막에 통과시키고, 농도가 3.5 %인 제2 염수(바닷물)를 100 ton/h의 유량으로, 제1 염수를 농축시킨 농축수에 흘려준 후 80 bar의 압력으로 농축시킨 결과, 농축수가 12 %까지 농축되었고, 농축하는데 사용된 총 에너지는 약 300 kW였으며, 각 스트림의 농도 및 유량을 하기 표 1에 나타내었다.
제1 염수 농축수 제2 염수 Depleted
제2 염수
농도(%) 7 12 3.5 2.5
유량(ton/h) 100 58 100 142
[실시예 2] 역삼투를 이용한 염수의 농축
본 발명의 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법에 의한 것으로서, 농도가 7 %인 제1 염수(NaCl 수용액)를 100 ton/h의 유량으로 공급하여 반투과성 막에 통과시키고, 농도가 3.5 %인 제2 염수(바닷물)를 다른 반투과성 막에 100 ton/h의 유량으로 통과시켜 농축된 농도 8.5 %의 농축 제2 염수를, 41 ton/h의 유량으로 제1 염수를 농축시킨 농축수에 흘려준 후 80 bar의 압력으로 농축시킨 결과, 농축수가 16.4 %까지 농축되었고, 농축하는데 사용된 총 에너지는 약 600 kW였으며, 각 스트림의 농도 및 유량을 하기 표 2에 나타내었다.
제1 염수 농축수 제2 염수 물 Concentrated
제2 염수		 Depleted
제2 염수
농도(%) 7 16.4 3.5 0 8.5 3.5
유량(ton/h) 100 43 100 59 41 98
[실시예 3] 역삼투를 이용한 염수의 농축
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 염수 농축 방법에 의한 것으로서, 농도가 7 %인 제1 염수(NaCl 수용액)를 100 ton/h의 유량으로 공급하여 반투과성 막에 통과시키고, 농도가 3.5 %인 제2 염수(바닷물)를 다른 반투과성 막에 100 ton/h의 유량으로 통과시켜 농축된 농도 17 %의 농축 제2 염수를, 21 ton/h의 유량으로 제1 염수를 농축시킨 농축수에 흘려준 후 80 bar의 압력으로 농축시켰으며, 이와 동시에, 농도가 3.5 %인 제3 염수(바닷물)를 또 다른 반투과성 막에 100 ton/h의 유량으로 통과시켜 농축된 농도 8.5 %의 농축 제3 염수를, 41 ton/h의 유량으로 제2 염수를 농축시킨 농축수에 흘려준 후 농축시킨 결과, 제1 염수를 농축시킨 농축수가 25 %까지 농축되었고, 농축하는데 사용된 총 에너지는 약 900 kW였으며, 각 스트림의 농도 및 유량을 하기 표 3 및 4에 나타내었다. 한편, 하기 표 4에 있어서, 앞에 기재된 물은 제3 염수가 통과하는 막으로부터 분리 배출된 것이고, 뒤에 기재된 물은 결정화기(Crystallizer)로부터 분리 배출된 것이다.
제1 염수 농축수 제2 염수 Concentrated
제2 염수		 Depleted
제2 염수
농도(%) 7 25 3.5 17 3.8
유량(ton/h) 100 28 100 21 93
제3 염수 물 Concentrated
제3 염수		 Depleted
제3 염수		 염 결정 물
농도(%) 3.5 0 8.5 2.9 100 0
유량(ton/h) 100 59 41 120 7 21
[비교예 1] 증발에 의한 염수의 농축
MEF(Multiple Effect Flash; 다중 효용 플래시법)에 의한 증발 공정을 이용하여, 7 %의 염수(NaCl 수용액) 100 ton/h을 12 %로 농축하였으며, 농축하는데 사용된 총 에너지는 3,300 kW였다(steam economy: 10).
[비교예 2] 증발에 의한 염수의 농축
MEF(Multiple Effect Flash)에 의한 증발 공정을 이용하여, 7 %의 염수(NaCl 수용액) 100 ton/h을 16.4 %로 농축하였으며, 농축하는데 사용된 총 에너지는 4,450 kW였다(steam economy: 10).
[실시예 1~2, 비교예 1~2] 염수 농축 시 사용되는 에너지량 평가
우선, 상기 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 7 %의 염수(NaCl 수용액) 100 ton/h을 12 %로 농축시킨 것은 동일하지만, 본 발명에 따른 실시예 1에서는 농축에 사용된 총 에너지가 약 300 kW에 불과한 반면, 증발 공정을 이용한 비교예 1의 경우에는 3,300 kW의 에너지가 농축에 사용된 것을 알 수 있다. 또한, 상기 실시예 2와 비교예 2를 비교하면, 7 %의 염수(NaCl 수용액) 100 ton/h을 16.4 %로 농축시킨 것은 동일하지만, 본 발명에 따른 실시예 2에서는 농축에 사용된 총 에너지가 약 600 kW에 불과한 반면, 증발 공정을 이용한 비교예 2의 경우에는 4,450 kW의 에너지가 농축에 사용된 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 염수 농축 방법을 이용하면, 동일한 농도의 염수를 동일한 농도로 농축시킨다 하더라도, 그 농축에 사용되는 에너지는 매우 적음을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에 제2 염수를 공급하여, 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 추가로 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 염수는 1.5 내지 2 배 농축되는 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 염수 및 제2 염수는 바닷물, 기수(brackish water) 및 공업 용수로 이루어진 군으로부터 선택되는 염분(NaCl)을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  4. 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에, 제2 염수를 역삼투시킨 농축 제2 염수를 공급하여, 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 추가로 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 염수는 2 내지 2.5 배 농축되는 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 염수 및 제2 염수는 바닷물, 기수 및 공업 용수로 이루어진 군으로부터 선택되는 염분을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  7. 제1 염수를 반투과성 막에 통과시켜 역삼투시키는 동시에, 상기 역삼투에 의해 농축된 농축수에, 제2 염수를 역삼투시킨 농축 제2 염수를 공급하고, 이와 동시에, 상기 농축 제2 염수에, 제3 염수를 역삼투시킨 농축 제3 염수를 공급하여, 각 투입액과 투과액 간의 농도 차이를 줄임으로써 삼투압을 감소시켜, 상기 농축수가 포화 농도까지 농축되도록 하는 단계;를 포함하는 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1 염수는 3 내지 4 배 농축되는 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 농축 제2 염수의 농도는, 상기 농축 제3 염수의 농도보다 높은 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 제1 염수, 제2 염수 및 제3 염수는 바닷물, 기수 및 공업 용수로 이루어진 군으로부터 선택되는 염분을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 농축수의 염분 농도가 포화 농도에 이른 이후의 농도에서는, 결정화기(Crystallizer)를 이용하여 석출된 염 결정을 분리하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 역삼투를 이용한 염수 농축 방법.
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