KR20170106946A - 고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 - Google Patents

고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전체 효용기에 고분자 계열의 스케일 억제제를 주입하는 한편 상대적으로 고온부에 해당되는 효용기에만 부분적으로 산(acid)을 주입함으로써 부식과 스케일이 대한 위험을 최소화하면서도 담수화 설비의 염수최고온도를 극대화할 수 있는 담수화 장치 및 담수화 방법에 관한 것이다.

Description

고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법{MULTI-EFFECT DISTILLATOR WITH PARTIAL ACID DOSING AND DESALINATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온부(H)에 해당되는 효용기에만 부분적으로 산을 추가 투입(dosing)하여 스케일 억제제(anti-scalant)와 함께 공급수의 스케일 및 부식 위험을 최소화함으로써, 다중효용 담수화 장치의 염수최고온도(top brine temperature, TBT)를 상승시키는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 해수 담수화(Desalination) 설비는 해수 및 오수 등으로부터 생활용수나 공업용수로 사용할 수 있는 담수를 생산하는 설비로서, 다단 증발법(Multiple Stage Flash, MSF), 다중효용 증발법(Multi-effect Distillation, MED) 등이 주로 사용되며, 그 외에도 막 여과법으로서 압력을 이용하는 역삼투법(Reverse Osmosis, RO) 등이 사용되기도 하고, 근래에 들어서는 앞서 언급한 여러 방법들 중 둘 이상을 혼합하여 담수의 생산량과 효율성을 높이기 위한 하이브리드 타입(Hybrid tpye) 등도 사용되고 있다.
그 중 다중효용 증발법에 의한 담수화 설비는 여러 개의 단(Effect)으로 구성된 효용기가 구비되고, 각 단의 내부 공간인 열교환 공간에는 내부로 고온의 증기가 통과하고 외부로 공급수가 분무되는 복수 개의 열교환 튜브가 설치된다.
또한, 각 효용기는 첫 번째 단에서부터 증기 공급관으로 서로 연결되어 증기를 순차적으로 공급받도록 구성되어 있으며, 각 효용기에서 생성되는 생산수(produced water)는 담수 회수관으로 연결되어 담수펌프에 의해 배출되고, 농축수(brine) 배출관을 통해 고농도의 농축수가 외부로 배출될 수 있도록 구성된다.
먼저 첫 번째 단의 효용기(100A)에 고온의 증기가 공급되고 분무노즐을 통해 공급수가 분무되면서 열교환 튜브 표면에서 열교환을 이루게 된다. 그에 따라 효용기 내부의 열교환 공간에서 증기가 발생함과 동시에 열교환 튜브 내부의 증기가 응축되어 담수가 만들어지게 되는 것이며, 생성된 증기는 증기 공급관을 통해 다음 단의 효용기(100B)에 대한 열원으로 작용하게 되어 최하류의 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어진다.
종래의 MED 혹은 MSF 등의 담수화 설비에서는 공급수에 포함된 경도(hardness) 물질로 인해 형성되는 스케일(scale)을 방지하기 위해 다양한 시도를 해왔다. 산(acid)을 처리하여 스케일 형성을 억제하기 위한 방법이 있었으나 이는 부식에 대한 위험(risk) 문제와 더불어 추가적인 탈탄/탈기 설비의 설치를 동반해야 하기 때문에 추가 전력소모 등의 문제점이 있어 기피되었던 제한적인 방식이었으므로, 고분자 계열의 스케일 방지제(anti-scalant)의 개발로 자취를 감추었다.
그러나, 새로이 개발된 스케일 방지제만으로는 여러 효용기 중에서 특히 상류 측의 '고온부'에 해당되는 효용기에 대한 스케일 위험을 완전하게 해결하기엔 부족하여 담수화 설비의 염수최고온도(top brine temperature, TBT)를 일정 수준 이상으로는 높게 설정하여 운전할 수 없어 상대적으로 전체 설비의 경제성이나 효율성이 떨어지는 문제가 있었다.
이에 대한민국 공개특허공보 제2010-0016519호('담수화 장치 및 담수화 방법', 2012. 02. 12. 공개) 등에서는 담수화 설비 전단에 별도로 나노필터(NF), 역삼투막(RO membrane) 등을 설치하여 스케일 생성 물질을 사전에 제거함으로써 담수화 설비의 염수최고온도를 높이는 방안을 제시한 바 있으나 이는 추가적인 전처리를 위한 대규모 설비가 필요하므로 전체 공정의 CAPEX와 OPEX를 상승시키게 되므로 비효율적이라는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2010-0016519호('담수화 장치 및 담수화 방법', 2012. 02. 12. 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전체 효용기에 고분자 계열의 스케일 억제제를 주입하는 한편 상대적으로 고온부에 해당되는 효용기에만 부분적으로 산(acid)을 주입함으로써 부식과 스케일이 대한 위험을 최소화하면서도 담수화 설비의 염수최고온도를 극대화할 수 있는 담수화 장치 및 담수화 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적은, 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관(200); 을 포함하며, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지고, 상기 공급수 배관(200)에는 외부로부터 유입되는 공급수에 스케일(scale) 생성을 억제하기 위한 첨가제를 투입하기 위한 적어도 하나 이상의 첨가제 투입부(210)와, 유입되는 공급수를 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 예열기(pre-heater)(220)가 구비되며, 상기 첨가제 투입부(210)는, 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 적어도 하나 이상의 제1 투입부(211); 및 산(acid)을 투입하는 적어도 하나 이상의 제2 투입부(212);를 포함하고, 상기 제2 투입부(212)에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며, 상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 86 ~ 110℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)이고, 상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 다중효용 담수화 장치에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 제1 투입부(211)는 상기 공급수 배관(200) 상에서 상기 제2 투입부(212) 보다 상류 측에 구비될 수 있고, 상기 제1 투입부(211)에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100) 모두에 공급되는 공급수에 투입될 수 있다.
또한, 상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정할 수 있고, 상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2+])
(상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
[수학식 2]
RSI = 2pHs - pHf
[수학식 3]
LSI = pHf - pHs
또한, 상기 제2 투입부(212)의 하류 측 상기 공급수 배관(200) 상에는 탈탄장치(decarbonator)(230) 및/또는 탈기장치(deaerator)(240)가 구비될 수 있고, 상기 제2 투입부(212)는 상기 공급수 배관(200) 상에 복수 개 구비되어, 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)는 별개로 분리되는 별도의 공급수 배관(200A, 200B)에 각각 구비되며, 상기 제1 투입부(211)가 구비되는 공급수 배관(200)에만 상기 예열기(220)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관(200); 을 포함하며, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지고, 상기 공급수 배관(200)에는 외부로부터 유입되는 공급수에 스케일(scale) 생성을 억제하기 위한 첨가제를 투입하기 위한 적어도 하나 이상의 첨가제 투입부(210)와, 유입되는 공급수를 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 예열기(pre-heater)(220)가 구비되며, 상기 첨가제 투입부(210)는, 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 적어도 하나 이상의 제1 투입부(211); 및 산(acid)을 투입하는 적어도 하나 이상의 제2 투입부(212);를 포함하고, 상기 제2 투입부(212)에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며, 상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 65 ~ 90℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)이고, 상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 다중효용 담수화 장치에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 제1 투입부(211)는 상기 공급수 배관(200) 상에서 상기 제2 투입부(212) 보다 상류 측에 구비될 수 있고, 상기 제1 투입부(211)에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100) 모두에 공급되는 공급수에 투입될 수 있다.
또한, 상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정할 수 있고, 상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2+])
(상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
[수학식 2]
RSI = 2pHs - pHf
[수학식 3]
LSI = pHf - pHs
또한, 상기 제2 투입부(212)의 하류 측 상기 공급수 배관(200) 상에는 탈탄장치(decarbonator)(230) 및/또는 탈기장치(deaerator)(240)가 구비될 수 있고, 상기 제2 투입부(212)는 상기 공급수 배관(200) 상에 복수 개 구비되어, 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)는 별개로 분리되는 별도의 공급수 배관(200A, 200B)에 각각 구비되며, 상기 제1 투입부(211)가 구비되는 공급수 배관(200)에만 상기 예열기(220)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관이 구비되어, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지는 다중효용 담수화 장치(Multi-effect Distillator, MED)(A)를 이용한 담수화 방법에 있어서, 상기 공급수에 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 제1 첨가제 투입단계; 상기 스케일 억제제가 투입된 공급수에 산(acid)을 투입하는 제2 첨가제 투입단계; 상기 공급수를 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 병렬적으로 공급하는 공급수 공급단계; 및상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 리사이클 단계; 를 포함하되, 상기 제2 첨가제 투입단계에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며, 상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 86 ~ 110℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 제1 첨가제 투입단계에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100)에 모두에 공급되는 공급수에 투입될 수 있다.
또한, 상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정할 수 있고, 상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2+])
(상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
[수학식 2]
RSI = 2pHs - pHf
[수학식 3]
LSI = pHf - pHs
또한, 상기 제2 첨가제 투입단계는, 상기 스케일 억제제 및 산이 투입된 공급수로부터 이산화탄소 및/또는 공기를 제거하는 탈탄/탈기 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 첨가제 투입단계에서 상기 공급수에 복수 회 산을 투입하여 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절할 수 있다.
또한, 외부로부터 상기 최상류에 배치되는 효용기(100A)로 공급되는 고온의 증기가 공급수와의 열 교환을 통해 응축되어 형성되는 응축수를 다른 효용기(100)의 응축수와 별도로 분리하여 회수할 수 있다.
또한, 상기 목적은, 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관이 구비되어, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지는 다중효용 담수화 장치(Multi-effect Distillator, MED)(A)를 이용한 담수화 방법에 있어서, 상기 공급수에 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 제1 첨가제 투입단계; 상기 스케일 억제제가 투입된 공급수에 산(acid)을 투입하는 제2 첨가제 투입단계; 상기 공급수를 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 병렬적으로 공급하는 공급수 공급단계; 및상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 리사이클 단계; 를 포함하되, 상기 제2 첨가제 투입단계에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며, 상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 65 ~ 90℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 상기 제1 첨가제 투입단계에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100)에 모두에 공급되는 공급수에 투입될 수 있다.
또한, 상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정할 수 있고, 상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값으로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2+])
(상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
[수학식 2]
RSI = 2pHs - pHf
[수학식 3]
LSI = pHf - pHs
또한, 상기 제2 첨가제 투입단계는, 상기 스케일 억제제 및 산이 투입된 공급수로부터 이산화탄소 및/또는 공기를 제거하는 탈탄/탈기 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 첨가제 투입단계에서 상기 공급수에 복수 회 산을 투입하여 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절할 수 있다.
또한, 외부로부터 상기 최상류에 배치되는 효용기(100A)로 공급되는 고온의 증기가 공급수와의 열 교환을 통해 응축되어 형성되는 응축수를 다른 효용기(100)의 응축수와 별도로 분리하여 회수할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법은, 비교적 간단한 방법을 통해 효과적으로 담수화 장치 내 스케일과 부식에 대한 리스크를 최소화하고 염수최고온도(TBT)를 상승시켜 스팀 소모량과 증발기 재료비를 절감하며 설비의 열에너지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중효용 담수화 장치(A)의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중효용 담수화 장치(A)의 개략적인 공정도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중효용 담수화 장치(A)의 개략적인 공정도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 고온부(H)의 염수 온도 범위를 산정하기 위한 온도에 따른 RSI 값을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따라 고온부(H)의 염수 온도 범위를 산정하기 위한 온도에 따른 RSI 값을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중효용 담수화 방법에 대한 공정흐름도(flow chart)이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
"제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
본 발명은 먼저, 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)와, 이들 각각에 공급수(feed water)를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관을 포함하는 다중효용 담수화 장치를 제공한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 다중효용 담수화 장치(A)의 공정 개략도가 도 1에 도시되어 있다.
복수 개의 효용기(100)는 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 이들의 내부로 외부(steam source)로부터 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로는 공급수가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해, 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성된다.
구체적으로, 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되어 직접적으로 외부의 증기가 공급되는 효용기(100A)에 공급수가 공급되고 이로부터 생성되는 증기는 인접하는 다음 효용기(100B)의 열교환 튜브 내부로 공급되어 다시 열교환이 이루어지고, 최종적으로 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어진다.
이때, 공급수 배관(200)에는 외부로부터 유입되는 공급수에, 스케일 생성을 억제하기 위한 첨가제(chemical)을 투입하기 위한 적어도 하나 이상의 첨가제 투입부(210)가 구비되며, 유입된 공급수를 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 예열기(pre-heater)(220)가 구비된다.
첨가제 투입부(210)는 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 적어도 하나 이상의 제1 투입부(211)와, 산(acid)을 투입하는 적어도 하나 이상의 제2 투입부(212)로 구성될 수 있다.
이때, 제1 투입부(211)는 제2 투입부(212) 보다 공급수 배관(220) 상에서 상류 측에 구비되도록 하여, 제1 투입부(211)를 통해 모든 효용기(100A 내지 100N)에 공급되는 공급수에 스케일 억제제를 투입하는 한편, 제2 투입부(212)를 통해 최상류 효용기(100A)를 포함한 일부 고온부(H)에 해당되는 효용기(100)에만 부분적으로 스케일 억제제와 함께 산(acid)이 투입되도록 할 수 있다.
이렇듯 고온부(H)에만 제한적으로 산을 투입(acid dosing)함으로써, 부식에 대한 리스크 없이 효과적으로 높은 온도로 설정한 효용기(100)에 대해서도 스케일의 리스크를 최소화할 수 있으므로, 전체 설비의 최고염수온도(TBT)를 증대시켜 운전이 가능하게 되어 스팀 소모량과 증발기의 재료비를 절감할 수 있으며 증발기와 튜브의 재질을 고온부(H)에만 한정적으로 높은 등급(high grade)의 것을 사용할 수 있어 보다 경제적이므로 별도의 추가 설비 없이도 전체 시스템의 열효율을 극대화할 수 있다.
효율적으로 산을 투입하여 전체 설비의 스케일 및 부식 리스크를 최소화하여 염수최고온도를 증대시키기 위해서는 온도 구간을 나누어 고온부(H)의 효용기(100)를 어떻게 설정할 것인가가 주된 문제이다.
고온부(H)는 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값인 'pHs' 값과, 실시간으로 측정되는 공급수의 pH 값인 'pHf'(f는 feed water의 약자이다)에 의해 산출되는 '공급수에 대한 스케일 또는 부식 형성의 우려 정도'를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정할 수 있다.
구체적으로, 경도 지수는 온도가 상승함에 따라 점점 부식의 우려 정도는 낮아지는 한편 스케일 형성의 우려 정도는 높아지는 경향성을 갖게 되는데, 최하류의 효용기(100N)로부터 상류 측으로 갈수록 염수 온도가 증가되어 일정 수준 이상으로 스케일의 형성 우려가 높아지는 효용기(100)를 기준으로 이의 상류측 효용기(100)들을 포괄하여 고온부(H)로 지정하는 것이 바람직하다.
따라서, 하류 측의 상대적으로 저온부에 해당되는 효용기(100)에 대해서는 스케일 억제제의 투입을 통해 부식의 대한 리스크와 함께 소정 수준까지 스케일 형성에 대한 리스크를 줄이면서도, 고온부에 해당되는 효용기(100)에 공급되는 공급수에는 추가적으로 산을 투입함으로써 스케일 형성 리스크를 더욱 최소화할 수 있으므로, 보다 높은 염수 온도로 최상류 효용기(100A)를 운전할 수 있게 된다.
경도 지수(hardness index)는 pHs 값과 pHf 값을 기초로 산출되는 다양한 형태의 지수가 채택될 수 있으며, 바람직하게는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 pHs 값을 기초로 하여 하기 [수학식 2]에 의해 계산되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 계산되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값을 사용할 수 있다. 그 외에도 PSI(Puckorius Scaling Index) 등의 다른 탄산포화 인덱스(Carbonate Saturation Indices)도 사용 가능하다.
[수학식 1]
pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2 +])
(상기 식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca+ 2]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
[수학식 2]
RSI = 2pHs - pHf
[수학식 3]
LSI = pHf - pHs
대표적으로, RSI 값에 대하여 설명하면, 계산된 RSI 값이 6 내지 7이 될 때 비교적 안정한 형태의 공급수인 것으로 볼 수 있으며, RSI 값이 높아질수록 부식의 위험 정도가, RSI 값이 낮아질수록 스케일 형성의 위험 정도가 점진적으로 높아진다.
이러한 RSI 값은 온도에 따라 의존적인 pHs 값에 의해 온도가 증가할수록 선형적으로 감소하게 되며, 현재 공급수의 pH 값(pHf)이 커질수록 온도에 따른 RSI 값의 그래프가 y축(RSI값)의 (-) 방향으로 평행이동하게 되며, 작아질수록 y축의 (+) 방향으로 평행이동하게 된다.
따라서 통상적으로 8 내외의 pH 값을 갖는 해수를 기준으로 하였을 때, 저온부에 해당되는 하류 측 효용기(100)에 대해서는 스케일 형성의 우려 정도를 투입되는 스케일 억제제만으로도 어느 정도 상쇄시킬 수 있으며, 일정 온도 이상의 고온부에 해당하는 효용기(100)에 대해서는 산을 추가적으로 투입하여 온도에 따른 RSI 값에 대한 그래프를 y축의 (+) 방향으로 평행이동시켜 보다 RSI 값이 6 내지 7이 되는 안정한 영역에 해당되도록 제어함으로써, 고온부(H) 효용기(100)의 스케일 리스크를 최소화하고 이에 따라 보다 높은 온도로 고온부(H)를 설정할 수 있어 증대된 염수최고온도로 운전이 가능해진다.
한편, 산을 투입하는 제2 투입부(212)의 하류 측의 공급수 배관(200) 상에는 산의 투입으로 인해 발생되는 이산화탄소와 공기를 제거하기 위한 탈탄장치(decarbonator)(230)와 탈기장치(deaerator)(240)를 구비할 수 있다. 이러한 탈탄장치(230)와 탈기장치(240)는 별도의 분리된 유닛으로 구성될 수도 있으며, 하나의 유닛에서 두 가지 역할을 모두 수행하도록 통합된 유닛으로 구성될 수도 있다. 종래의 산 투입으로만 스케일을 컨트롤해야 했던 설비에 비하여 고온부(H)에 공급되는 유량에 대해서만 산을 투입하면 족하므로 탈탄장치(230)나 탈기장치(240)를 비롯하여 부스터 펌프(booster pump) 등의 설비 크기가 감소하게 되어 경제적이다.
이렇듯 염수최고온도(TBT)의 상승과 산 투입으로 인해 추가로 생산되는 이산화탄소(CO2) 등은 재석회화(Remineralization) 플랜트 등의 후처리 설비에서 이용 가능하다.
제1 투입부(211)나 제2 투입부(212)를 공급수 배관(200) 상에 복수 개 구비하거나, 단일하게 구성하더라도 여려 곳에 투입 가능한 배관을 설치하도록 구성하여 공급수에 투입되는 스케일 억제제의 양이나 산의 양을 조절함으로써, 원수 조건에 따라 변화하는 상황에 대처하여 스케일과 부식의 리스크를 실시간으로 컨트롤할 수 있다.
또, 도 2에 도시된 바와 같이 온도 구간에 따른 효용기(100)의 분류를 고온부(H) 뿐만 아니라 중온부와 저온부 등과 같은 방식으로 추가 분류하여 중온부에 해당하는 효용기(100)에는 스케일 억제제가 다시 한번 투입되도록 제어할 수 있다. 이렇듯 효용기(100)를 복수 개의 그룹(group)으로 분류하여 온도나 염도 등에 따른 스케일 리스크에 적합하게 스케일 억제제와 산의 투입량을 제어하여 효과적으로 설비를 운전할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 공급수 배관(200) 상에 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)를 순차적으로 구비하는 것 뿐만 아니라 별도로 분리되는 공급수 배관(200A, 200B)에 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)가 구비되도록 마련함으로써, 고온부(H)에 투입되는 공급수와 고온부(H)가 아닌 효용기(100)에 투입되는 공급수의 유량이나 온도 등을 더욱 효율적으로 관리할 수 있다. 이 경우 고온부(H)가 아닌 효용기(100)에 투입되는 공급수 배관(200A) 상에만 예열기(220)를 구비하여 더욱 열효율을 최적화할 수 있다.
한편, 공급수의 상태나 운전 조건에 따라 스케일 형성의 리스크가 다소 적을 경우에는 스케일 억제제 성분 또는 산 성분이 포함되어 효용기(100)로부터 배출되는 농축수(brine)의 전부 또는 일부를 공급수 측으로 회수(recycle)하여 이에 포함되어 있는 스케일 억제제와 산 성분을 재활용함으로써, 제1 투입부(211) 및 제2 투입부(212)에서의 스케일 억제제 및 산 사용량을 절감할 수 있다. 구체적으로는 산 처리되어 있는 고온부(H) 측 효용기(100)의 농축수를 다시 고온부(H)에 투입되는 공급수 배관(200) 측으로 회수하여 활용할 수도 있으며, 저온부에 해당되는 효용기(100)의 농축수를 일부 순환시켜 최초 공급수 배관(200) 측에서 다시 투입할 수도 있다.
또한, 일반적으로 발전 플랜트 등에서 만들어지는 외부의 열원(steam source)으로부터 고온의 증기를 공급받는 경우 증기 내 포함되어 있는 각종 유해물질이나 첨가물 등에 의해 담수화 설비의 최종 처리수(treated water)가 오염될 수 있으므로, 발전 플랜트와 다중효용 담수화 설비가 융합된 하이브리드 설비에서는 주로 음용수화를 담보하기 위해 스팀 트랜스포머(steam transformer)를 구비해야 한다. 그러나 본 발명은 외부로부터 직접적으로 증기를 공급받는 최상류 효용기(100A) 내에서 형성되는 응축수를 다른 효용기(100) 들과는 별도로 분리하여 회수함으로써 스팀 트랜스포머의 역할을 수행하도록 함으로써, 열증기 압축기(TVC)나 스팀 트랜스포머를 제외할 수 있어 부하(load) 변경이 용이해지고 열 손실을 최소화할 수 있다.
이하 본 발명의 고온의 일부 효용기에 부분적으로 산을 투입하는 다중효용 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<고온부(H)의 염수온도로 86~110℃ 설정>
일반적으로 스케일 형성 우려로 인해 MED 설비에서는 운전 가능한 염수최고온도가 약 70℃ 미만으로 제한되어 왔으나, 본 발명에서는 부분적인 산 투입으로 인하여 MED 설비의 염수최고온도를 최소 5℃ 이상 큰 폭으로 상승 가능하며, 해수 조건이나 산 투입량, 시스템 설계 등에 따라 염수최고온도를 약 75~130℃ 수준으로 증대시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따라 염수온도가 86~110℃인 상류 측 효용기(100)를 고온부(H)로 설정하여 다중효용 담수화 장치(A)를 운전할 수 있다.
도 4를 참고할 때, 산이 투입되지 않은 통상의 해수는 약 8.2의 pH 값을 보이고 있는데, 약 86℃ 수준에 이르러서는 RSI 값이 낮아져 스케일 형성의 리스크를 스케일 억제제 투입만으로 충분히 상쇄시킬 수 없게 된다. 이 영역에 해당하는 효용기(100)부터 고온부(H)로 설정하여 부식의 위험이 없을 정도로 적정한 양의 산을 투입하게 되어 해수의 pH 값을 약 5.6 정도 수준으로 낮춰주게 되면, 스케일 리스크를 최소화하여 안정적인 운전이 가능해짐으로써, 염수최고온도를 약 110℃ 수준까지 증대시킬 수 있다.
<고온부(H)의 염수온도로 65~90℃ 설정>
한편, 본 발명은 제2 실시예에 따라 고온부(H)의 염수 온도를 다수 낮추더라도 그에 적합한 수준의 산 투입 양과 투입되어야 하는 포인트 등을 효율적으로 산출 가능하다.
구체적으로, 염수온도가 약 65~90℃인 상류 측 효용기(100)를 고온부(H)로 설정하여 다중효용 담수화 장치(A)를 운전할 수 있는데, 약 65℃의 염수온도 전후에서 높아진 스케일 리스크를 산 투입을 통해 안정적인 구간으로 조절함으로써, 스케일 및 부식의 리스크 없이 효율적으로 설비의 운전이 가능해진다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
A : 다중효용 담수화 장치
H : 고온부
100 (100A, 100B, 100C, …, 100N) : 효용기
200 (200A, 200B) : 공급수 배관
210 : 첨가제 투입부
211 : 제1 투입부
212 : 제2 투입부
220 : 예열기
230 : 탈탄장치
240 : 탈기장치

Claims (30)

  1. 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및
    상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관(200);
    을 포함하며,
    외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지고,
    상기 공급수 배관(200)에는 외부로부터 유입되는 공급수에 스케일(scale) 생성을 억제하기 위한 첨가제를 투입하기 위한 적어도 하나 이상의 첨가제 투입부(210)와, 유입되는 공급수를 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 예열기(pre-heater)(220)가 구비되며,
    상기 첨가제 투입부(210)는,
    고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 적어도 하나 이상의 제1 투입부(211); 및
    산(acid)을 투입하는 적어도 하나 이상의 제2 투입부(212);를 포함하고,
    상기 제2 투입부(212)에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며,
    상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 86 ~ 110℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)이고,
    상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)는 상기 공급수 배관(200) 상에서 상기 제2 투입부(212) 보다 상류 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100) 모두에 공급되는 공급수에 투입되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
    [수학식 1]
    pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2 +])
    (상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
    [수학식 2]
    RSI = 2pHs - pHf
    [수학식 3]
    LSI = pHf - pHs
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 투입부(212)의 하류 측 상기 공급수 배관(200) 상에는 탈탄장치(decarbonator)(230) 및/또는 탈기장치(deaerator)(240)가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 투입부(212)는 상기 공급수 배관(200) 상에 복수 개 구비되어, 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)는 별개로 분리되는 별도의 공급수 배관(200A, 200B)에 각각 구비되며, 상기 제1 투입부(211)가 구비되는 공급수 배관(200)에만 상기 예열기(220)가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  9. 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및
    상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관(200);
    을 포함하며,
    외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지고,
    상기 공급수 배관(200)에는 외부로부터 유입되는 공급수에 스케일(scale) 생성을 억제하기 위한 첨가제를 투입하기 위한 적어도 하나 이상의 첨가제 투입부(210)와, 유입되는 공급수를 가열하기 위한 적어도 하나 이상의 예열기(pre-heater)(220)가 구비되며,
    상기 첨가제 투입부(210)는,
    고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 적어도 하나 이상의 제1 투입부(211); 및
    산(acid)을 투입하는 적어도 하나 이상의 제2 투입부(212);를 포함하고,
    상기 제2 투입부(212)에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며,
    상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 65 ~ 90℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)이고,
    상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)는 상기 공급수 배관(200) 상에서 상기 제2 투입부(212) 보다 상류 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100) 모두에 공급되는 공급수에 투입되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
    [수학식 1]
    pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2 +])
    (상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
    [수학식 2]
    RSI = 2pHs - pHf
    [수학식 3]
    LSI = pHf - pHs
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 투입부(212)의 하류 측 상기 공급수 배관(200) 상에는 탈탄장치(decarbonator)(230) 및/또는 탈기장치(deaerator)(240)가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 투입부(212)는 상기 공급수 배관(200) 상에 복수 개 구비되어, 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 투입부(211)와 제2 투입부(212)는 별개로 분리되는 별도의 공급수 배관(200A, 200B)에 각각 구비되며, 상기 제1 투입부(211)가 구비되는 공급수 배관(200)에만 상기 예열기(220)가 구비되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 장치.
  17. 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관이 구비되어, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지는 다중효용 담수화 장치(Multi-effect Distillator, MED)(A)를 이용한 담수화 방법에 있어서,
    상기 공급수에 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 제1 첨가제 투입단계;
    상기 스케일 억제제가 투입된 공급수에 산(acid)을 투입하는 제2 첨가제 투입단계;
    상기 공급수를 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 병렬적으로 공급하는 공급수 공급단계; 및상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 리사이클 단계;
    를 포함하되,
    상기 제2 첨가제 투입단계에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며,
    상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 86 ~ 110℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제1 첨가제 투입단계에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100)에 모두에 공급되는 공급수에 투입되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
    [수학식 1]
    pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2 +])
    (상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
    [수학식 2]
    RSI = 2pHs - pHf
    [수학식 3]
    LSI = pHf - pHs
  21. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 첨가제 투입단계는, 상기 스케일 억제제 및 산이 투입된 공급수로부터 이산화탄소 및/또는 공기를 제거하는 탈탄/탈기 단계를 더 포함하는 다중효용 담수화 방법.
  22. 청구항 17에 있어서,
    상기 제2 첨가제 투입단계에서 상기 공급수에 복수 회 산을 투입하여 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  23. 청구항 17에 있어서,
    외부로부터 상기 최상류에 배치되는 효용기(100A)로 공급되는 고온의 증기가 공급수와의 열 교환을 통해 응축되어 형성되는 응축수를 다른 효용기(100)의 응축수와 별도로 분리하여 회수하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  24. 복수 개의 열교환 튜브가 내부의 열교환 공간에 배치되고 상기 열교환 튜브 내부로 고온의 증기가 통과되며 외부 표면으로 공급수(feed water)가 공급되어 증기와 공급수 간의 열교환을 통해 공급수로부터 증기와 농축수(brine)가 생성되는 직렬로 연결된 복수 개의 효용기(effect)(100); 및 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 상기 공급수를 병렬적으로 공급하는 공급수 배관이 구비되어, 외부로부터 고온의 증기가 상기 복수 개의 효용기(100) 중 최상류에 배치되는 효용기(100A)에 공급되고 열교환을 통해 공급수로부터 생성되는 증기가 인접하는 효용기(100B)에 공급되어 최하류에 배치되는 효용기(100N)에 이르기까지 연속적인 열교환이 이루어지는 다중효용 담수화 장치(Multi-effect Distillator, MED)(A)를 이용한 담수화 방법에 있어서,
    상기 공급수에 고분자 계열의 스케일 억제제(anti-scalant)를 투입하는 제1 첨가제 투입단계;
    상기 스케일 억제제가 투입된 공급수에 산(acid)을 투입하는 제2 첨가제 투입단계;
    상기 공급수를 상기 복수 개의 효용기(100) 각각에 병렬적으로 공급하는 공급수 공급단계; 및상기 복수 개의 효용기(100)의 전체 또는 일부로부터 회수되는 상기 농축수의 전부 또는 일부를 상기 공급수 측으로 회수(recycle)하여 상기 효용기(100)에 재공급하는 리사이클 단계;
    를 포함하되,
    상기 제2 첨가제 투입단계에서 투입되는 산은 고온부(H)에 해당하는 효용기(100)에 공급되는 공급수에만 투입되며,
    상기 고온부(H)는 염수 온도(brine temperature)가 65 ~ 90℃인 최상류 효용기(100A)를 포함한 상류 측 일부 효용기(100)인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 제1 첨가제 투입단계에서 투입되는 스케일 억제제는 복수 개의 효용기(100)에 모두에 공급되는 공급수에 투입되는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 고온부(H)는, 공급수가 탄산칼슘(calcium carbonate)에 포화되었을 때의 pH 값(pHs)과 측정되는 공급수의 pH 값(pHf)에 의해 산출된 공급수에 대한 스케일 또는 부식(corrosion) 형성의 우려 정도를 나타내는 경도 지수(hardness index)를 이용하여 설정하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 경도 지수는 하기 [수학식 1]에 의해 산출되는 상기 pHs 값과 상기 pHf 값을 기초로 하기 [수학식 2]에 의해 산출되는 RSI(Ryzar Stability Index) 값 또는 하기 [수학식 3]에 의해 산출되는 LSI(Langelier Saturation Index) 값인 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
    [수학식 1]
    pHs = -log(K2 SW) + log(Ksp) - log(TA) - log([Ca2 +])
    (상기 수학식 1에서 K2 SW는 탄산(carbonic acid)의 2차 해리상수(second dissociation constant)이고, 상기 Ksp는 공급수 내 칼사이트(calcite)의 용해도곱 상수(solubility product constant)이며, 상기 [Ca2 +]는 공급수 내 칼슘 이온의 농도이고, 상기 TA는 총 알칼리도(total alkalinity)이다.)
    [수학식 2]
    RSI = 2pHs - pHf
    [수학식 3]
    LSI = pHf - pHs
  28. 청구항 24에 있어서,
    상기 제2 첨가제 투입단계는, 상기 스케일 억제제 및 산이 투입된 공급수로부터 이산화탄소 및/또는 공기를 제거하는 탈탄/탈기 단계를 더 포함하는 다중효용 담수화 방법.
  29. 청구항 24에 있어서,
    상기 제2 첨가제 투입단계에서 상기 공급수에 복수 회 산을 투입하여 상기 고온부(H)에 해당되는 복수 개의 효용기(100)에 투입되는 산의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
  30. 청구항 24에 있어서,
    외부로부터 상기 최상류에 배치되는 효용기(100A)로 공급되는 고온의 증기가 공급수와의 열 교환을 통해 응축되어 형성되는 응축수를 다른 효용기(100)의 응축수와 별도로 분리하여 회수하는 것을 특징으로 하는 다중효용 담수화 방법.
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