KR20210026532A - Desalination appratus for waste liquid concentration - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a desalination device for lowering the cost of treating waste liquid generated in a resin regeneration process of an ion exchanger. The desalination device includes a reverse osmosis module, an ion exchanger, and a forward osmosis module. The reverse osmosis module receives pressurized raw water and separates the raw water into concentrated water and permeated water. The ion exchanger includes a selective resin through which the permeated water is passed. The forward osmosis module includes a second separation membrane, and receives waste liquid generated in a regeneration process of the selective resin and the concentrated water discharged from the reverse osmosis module in spaces on both sides of the second separation membrane, respectively and discharges the concentrated waste liquid and dilution water.

Description

폐액 농축이 가능한 담수화 장치 {DESALINATION APPRATUS FOR WASTE LIQUID CONCENTRATION}Desalination device capable of concentrating waste liquid {DESALINATION APPRATUS FOR WASTE LIQUID CONCENTRATION}

본 발명은 담수화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온교환수지의 재생 과정에서 발생하는 폐액의 부피를 줄일 수 있는 담수화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination apparatus, and more particularly, to a desalination apparatus capable of reducing the volume of waste liquid generated during the regeneration process of an ion exchange resin.

담수화 기술은 염수, 해수, 및 고농도 폐수 등으로부터 담수를 분리하는 기술이며, 대표적으로 증발 방식, 역삼투 방식, 및 정삼투 방식 등이 공지되어 있다. 이 중 역삼투 방식은 역삼투 모듈로 공급되는 원수에 원수의 삼투압보다 높은 압력을 가하여, 가해진 압력과 삼투압 차이에 의해 원수의 물이 분리막을 통과하는 현상을 이용한다.The desalination technology is a technology for separating fresh water from salt water, sea water, and high-concentration wastewater, and representatively, an evaporation method, a reverse osmosis method, and a forward osmosis method are known. Among them, the reverse osmosis method applies a pressure higher than the osmotic pressure of the raw water to the raw water supplied to the reverse osmosis module, and uses a phenomenon in which the water of the raw water passes through the separation membrane due to the difference between the applied pressure and the osmotic pressure.

역삼투 모듈에서 배출되는 투과수는 특정 이온의 농도를 조절해야 할 필요가 있으며, 예를 들어 보론(boron)의 농도를 낮추어야 할 필요가 있다. 이를 위해 보론 등 특정 이온을 흡착할 수 있는 선택성 수지를 구비한 이온 교환기가 역삼투 모듈의 후단에 위치할 수 있다.The permeated water discharged from the reverse osmosis module needs to control the concentration of specific ions, and, for example, it is necessary to lower the concentration of boron. To this end, an ion exchanger having a selective resin capable of adsorbing specific ions such as boron may be located at the rear end of the reverse osmosis module.

이온 교환기는 일정 시간이 지나면 선택성 수지가 파과되어 이온을 흡착하는 기능을 못하므로, 선택성 수지를 재사용하기 위한 재생과정이 필요하다. 재생과정은 고농도의 산과 염기를 이용하는 공정으로서, 일반적으로 산 주입, 저속 세정, 염기 주입, 저속 세정, 및 고속 세정의 단계들로 이루어지며, 재생과정에서 다량의 폐액이 발생한다.Since the ion exchanger does not have a function of adsorbing ions due to the breakthrough of the selective resin after a certain period of time, a regeneration process for reusing the selective resin is required. The regeneration process is a process using a high concentration of acid and base, and generally consists of steps of acid injection, low speed cleaning, base injection, low speed cleaning, and high speed cleaning, and a large amount of waste liquid is generated during the regeneration process.

재생과정에서 발생하는 폐액에는 고농도의 염(대략 10,000mg/L 내지 15,000mg/L)이 존재하고, 강한 산성을 나타내므로 폐액 처리 시 염기를 이용하여 pH를 조정해야 한다. 폐액은 별도의 처리 시설로 이송하여 처리되는데, 보통 증발농축 방법을 이용하여 처리하고 있다. 따라서 폐액의 부피가 클수록 처리비용이 높아지는 문제가 있다.A high concentration of salt (approximately 10,000mg/L to 15,000mg/L) exists in the waste liquid generated during the regeneration process, and shows strong acidity, so the pH must be adjusted using a base when treating the waste liquid. The waste liquid is transferred to a separate treatment facility for treatment, and is usually treated using the evaporative concentration method. Therefore, there is a problem that the larger the volume of the waste liquid, the higher the treatment cost.

본 발명은 이온 교환기의 수지 재생과정에서 발생하는 폐액의 부피를 줄여 폐액의 처리비용을 낮출 수 있는 담수화 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a desalination apparatus capable of lowering the treatment cost of waste liquid by reducing the volume of waste liquid generated during the resin regeneration process of the ion exchanger.

본 발명의 일 실시예에 따른 담수화 장치는 역삼투 모듈, 이온 교환기, 및 정삼투 모듈을 포함한다. 역삼투 모듈은 물 투과를 위한 제1 분리막을 포함하며, 원수의 삼투압보다 높은 압력으로 가압된 원수를 공급받아 농축수와 투과수로 분리 배출한다. 이온 교환기는 선택성 수지를 포함하며, 투과수를 선택성 수지에 통과시켜 투과수에 포함된 특정 이온의 농도를 조절한다. 정삼투 모듈은 물 투과를 위한 제2 분리막을 포함하며, 제2 분리막의 양측 공간에 선택성 수지의 재생과정에서 발생된 폐액과 역삼투 모듈에서 배출된 농축수를 각각 공급받아 농축 폐액과 희석수를 배출한다.The desalination apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reverse osmosis module, an ion exchanger, and a forward osmosis module. The reverse osmosis module includes a first separation membrane for water permeation, and receives raw water pressurized at a pressure higher than the osmotic pressure of the raw water and separates and discharges it into concentrated water and permeated water. The ion exchanger includes a selective resin, and controls the concentration of specific ions contained in the permeated water by passing the permeated water through the selective resin. The forward osmosis module includes a second separation membrane for water permeation, and the waste liquid generated during the regeneration process of the selective resin and the concentrated water discharged from the reverse osmosis module are respectively supplied to spaces on both sides of the second separation membrane to receive concentrated waste liquid and diluted water. Discharge.

제1 분리막은 역삼투 모듈의 내부를 제1 공간과 제2 공간으로 구획할 수 있고, 제1 공간의 입구, 제1 공간의 출구, 제2 공간의 출구 각각에 원수 공급관, 농축수 배출관, 투과수 배출관이 연결될 수 있다. 제2 분리막은 정삼투 모듈의 내부를 제3 공간과 제4 공간으로 구획할 수 있으며, 제3 공간의 입구와 제4 공간의 입구 각각에 폐액 배출관과 농축수 배출관이 연결될 수 있다.The first separation membrane may divide the interior of the reverse osmosis module into a first space and a second space, and a raw water supply pipe, a concentrated water discharge pipe, and a permeation are provided at the inlet of the first space, the outlet of the first space, and the outlet of the second space. A water discharge pipe can be connected. The second separation membrane may divide the interior of the forward osmosis module into a third space and a fourth space, and a waste liquid discharge pipe and a concentrated water discharge pipe may be connected to the inlet of the third space and the inlet of the fourth space.

원수 공급관에 전처리 장치와 펌프가 설치될 수 있고, 농축수 배출관에 농축수의 압력 에너지를 회수하는 에너지 변환장치가 설치될 수 있다. 원수 공급관에 펌프를 우회하는 원수 분기관이 접속될 수 있으며, 에너지 변환장치는 농축수 배출관 및 원수 분기관에 결합되어 농축수의 압력 에너지를 원수 측으로 전달할 수 있다.A pretreatment device and a pump may be installed in the raw water supply pipe, and an energy conversion device for recovering pressure energy of the concentrated water may be installed in the concentrated water discharge pipe. The raw water branch pipe bypassing the pump may be connected to the raw water supply pipe, and the energy conversion device may be coupled to the concentrated water discharge pipe and the raw water branch pipe to transfer the pressure energy of the concentrated water to the raw water side.

희석수는 제4 공간의 출구로 배출된 후 펌프 전단의 원수 공급관에 투입되어 역삼투 모듈에 재공급될 수 있다. 선택성 수지의 재생과정에서 발생된 폐액은 폐액 탱크에 모일 수 있고, 폐액 배출관은 폐액 탱크와 제3 공간의 입구를 연결할 수 있다. 폐액 탱크에 모인 폐액은 염기를 공급받아 pH가 조정된 후 제3 공간의 입구로 공급될 수 있다.The dilution water may be discharged to the outlet of the fourth space and then introduced into the raw water supply pipe in front of the pump to be resupplied to the reverse osmosis module. The waste liquid generated in the process of regeneration of the selective resin may be collected in the waste liquid tank, and the waste liquid discharge pipe may connect the waste liquid tank and the inlet of the third space. The waste liquid collected in the waste liquid tank may be supplied to the inlet of the third space after the pH is adjusted by receiving the base.

다른 한편으로, 투과수 배출관에 미네랄 보충부가 설치될 수 있고, 미네랄 보충부는 석회석 입자들을 포함할 수 있다. 미네랄 보충부와 폐액 탱크 사이에 석회석 이송관이 설치되어 미네랄 보충부에서 미용해된 석회석 입자들을 폐액 탱크로 공급할 수 있다.On the other hand, a mineral supplement may be installed in the permeate discharge pipe, and the mineral supplement may include limestone particles. A limestone transfer pipe is installed between the mineral replenishment part and the waste liquid tank, so that the undissolved limestone particles in the mineral replenishment part can be supplied to the waste liquid tank.

본 발명에 따르면, 수지 재생과정에서 발생되는 폐액은 정삼투 모듈에 의해 3배 이상 농축될 수 있고, 농축 폐액은 부피가 줄어 폐액 처리비용을 낮추는 효과가 크다. 농축수를 유도 용액으로 이용하는 정삼투 공정은 에너지 소비가 적으며, 농축수를 희석시켜 자연 방류를 가능하게 하거나, 역삼투 모듈에 재공급함으로써 자연 방류량을 최대로 줄일 수 있다.According to the present invention, the waste liquid generated in the resin regeneration process can be concentrated three times or more by the forward osmosis module, and the volume of the concentrated waste liquid is reduced, so that the waste liquid treatment cost is reduced. The forward osmosis process using concentrated water as a derivation solution consumes less energy, and natural discharge is possible by diluting the concentrated water, or the amount of natural discharge can be reduced to the maximum by resupplying it to the reverse osmosis module.

또한, 수지 재생과정에서 발생되는 폐액은 강한 산성이므로 염기를 공급받아 pH를 높여야 하는데, 고농도 염기 대신 미네랄 보충부에서 미용해된 석회석 입자들이 폐액의 pH를 높이는데 사용될 수 있다. 석회석 입자들은 취급이 용이하고, 미네랄 보충 공정의 부산물이므로 폐액의 pH 조절에 필요한 처리비용을 낮출 수 있다.In addition, since the waste liquid generated in the resin regeneration process is strongly acidic, it is necessary to increase the pH by receiving a base. Instead of a high-concentration base, limestone particles undissolved in the mineral supplement may be used to increase the pH of the waste liquid. Limestone particles are easy to handle and are a by-product of the mineral replenishment process, so the treatment cost required for pH control of the waste liquid can be lowered.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a desalination apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a desalination apparatus according to a third embodiment of the present invention.
4 is a block diagram of a desalination apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면 전체에서 고압의 유체가 흐르는 부분은 굵은 선으로 표시하였고, 저압의 유체가 흐르는 부분은 얇은 선으로 표시하였다.Throughout the drawing, the portion where the high-pressure fluid flows is indicated by a thick line, and the portion where the low-pressure fluid flows is indicated by a thin line.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a desalination apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 크게 역삼투 모듈(10)과 이온 교환기(20) 및 정삼투 모듈(30)을 포함하며, 전처리부(40), 미네랄 보충부(50), 폐액 탱크(60), 및 에너지 변환장치(70)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the desalination apparatus 100 of the first embodiment largely includes a reverse osmosis module 10, an ion exchanger 20, and a forward osmosis module 30, and a pretreatment unit 40, a mineral supplementation unit ( 50), a waste liquid tank 60, and an energy conversion device 70 may be further included.

역삼투 모듈(10)은 제1 본체(11)와, 제1 본체(11)의 내부를 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획하는 제1 분리막(12)과, 제1 공간(S1)에 연결된 제1 입구(IP1) 및 제1 출구(OP1)와, 제2 공간(S2)에 연결된 제2 출구(OP2)를 포함한다. 제1 분리막(12)은 물 투과를 위한 반투과막으로 이루어지고, 제1 입구(IP1)에 원수 공급관(L1)이 연결되어 제1 공간(S1)으로 원수를 공급한다.The reverse osmosis module 10 includes a first main body 11, a first separation membrane 12 that divides the interior of the first main body 11 into a first space S1 and a second space S2, and a first It includes a first inlet (IP1) and a first outlet (OP1) connected to the space (S1), and a second outlet (OP2) connected to the second space (S2). The first separation membrane 12 is made of a semi-permeable membrane for water permeation, and a raw water supply pipe L1 is connected to the first inlet IP1 to supply raw water to the first space S1.

원수는 염수, 해수, 및 고농도 폐수 중 어느 하나일 수 있으며, 대표적으로 해수일 수 있다. 전처리부(40)와 펌프(P)가 원수 공급관(L1)에 설치된다. 전처리부(40)는 복수의 필터로 구성될 수 있으며, 원수에 포함된 입자상 물질을 걸러 제거한다. 펌프(P)는 원수의 삼투압보다 높은 압력으로 원수를 가압하여 역삼투 모듈(10)에 공급한다.The raw water may be any one of salt water, seawater, and high-concentration wastewater, and may be representatively seawater. The pretreatment unit 40 and the pump P are installed in the raw water supply pipe L1. The pretreatment unit 40 may be composed of a plurality of filters, and filters and removes particulate matter contained in raw water. The pump P pressurizes the raw water at a pressure higher than the osmotic pressure of the raw water and supplies it to the reverse osmosis module 10.

역삼투 모듈(10)의 내부에서는 원수의 삼투압과 펌프(P)가 가한 압력의 차이에 의해 제1 공간(S1)의 원수에 포함된 물이 제1 분리막(12)을 투과하여 제2 공간(S2)으로 이동한다. 따라서 제1 출구(OP1)로 고압의 농축수가 배출되고, 제2 출구(OP2)로 저압의 투과수가 배출된다.Inside the reverse osmosis module 10, water contained in the raw water in the first space S1 permeates through the first separation membrane 12 due to the difference between the osmotic pressure of the raw water and the pressure applied by the pump P. Go to S2). Accordingly, high-pressure concentrated water is discharged through the first outlet OP1, and low-pressure permeated water is discharged through the second outlet OP2.

원수가 투과수로 처리되는 과정에서 이온의 99% 이상이 제거되므로, 투과수는 칼슘, 마그네슘과 같은 미네랄이 부족하고, 경도, 알칼리도, 및 pH가 낮은 특성을 가진다. 따라서 투과수는 미네랄을 재보충 받고, 특정 이온의 농도, 예를 들어 보론(boron) 이온의 농도를 낮추는 후처리 과정이 필요하다. 투과수의 후처리를 위해 이온 교환기(20)와 미네랄 보충부(50)가 제공된다.Since more than 99% of ions are removed in the process of raw water being treated with permeated water, the permeated water lacks minerals such as calcium and magnesium, and has low hardness, alkalinity, and pH. Therefore, the permeated water is replenished with minerals, and a post-treatment process is required to lower the concentration of specific ions, for example, boron ions. An ion exchanger 20 and a mineral supplement 50 are provided for post-treatment of the permeated water.

이온 교환기(20)는 보론 이온을 흡착할 수 있는 선택성 수지가 내장된 컬럼 장치로 구성될 수 있다. 미네랄 보충부(50)는 투과수에 수화된 석회석(hydrated lime, Ca(OH)2)을 직접 주입하는 방식의 장치와, 투과수와 석회석(CaCO3) 입자들을 접촉시키는 방식의 장치 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The ion exchanger 20 may be configured as a column device in which a selective resin capable of adsorbing boron ions is embedded. The mineral supplement 50 is one of a device in which hydrated lime (Ca(OH) 2 ) is directly injected into the permeate and a device in which the permeated water and limestone (CaCO 3 ) particles are contacted. Can be configured.

미네랄 보충부(50)는 투과수 배출관(L2)을 통해 역삼투 모듈(10)의 제2 출구(OP2)와 연결된다. 투과수 분기관(L3)은 투과수 배출관(L2)으로부터 분기된 후 다시 투과수 배출관(L2)에 합류할 수 있으며, 이온 교환기(20)가 투과수 분기관(L3)에 위치할 수 있다.The mineral supplement 50 is connected to the second outlet OP2 of the reverse osmosis module 10 through the permeate discharge pipe L2. The permeate branch pipe L3 may be branched from the permeate discharge pipe L2 and then rejoin the permeate discharge pipe L2, and the ion exchanger 20 may be located in the permeate branch pipe L3.

제2 출구(OP2)에서 배출된 투과수의 일부는 이온 교환기(20)에 투입되어 선택성 수지를 통과하고, 선택성 수지를 통과하는 과정에서 보론 이온이 흡착 제거된다. 이온 교환기(20)에서 배출된 투과수는 투과수 배출관(L2)의 투과수와 합류하며, 투과수는 미네랄 보충부(50)에 공급되어 미네랄을 보충 받은 후 생산수로 배출된다.Part of the permeated water discharged from the second outlet OP2 is introduced into the ion exchanger 20 to pass through the selective resin, and boron ions are adsorbed and removed in the process of passing through the selective resin. The permeated water discharged from the ion exchanger 20 merges with the permeated water of the permeated water discharge pipe L2, and the permeated water is supplied to the mineral replenishment unit 50 to be supplemented with minerals and then discharged as product water.

이온 교환기(20)의 선택성 수지는 운전시간이 경과할수록 이온교환성능(흡착능)이 저하되므로, 주기적으로 재생과정을 거쳐 재사용된다. 선택성 수지의 재생과정은 산 주입, 저속 세정, 염기 주입, 저속 세정, 및 고속 세정의 단계들로 이루어질 수 있다. 이러한 재생과정에서 폐액이 다량으로 발생하며, 발생된 폐액은 폐액 탱크(60)에 모인다.Since the ion exchange performance (adsorption ability) decreases as the operation time elapses, the selective resin of the ion exchanger 20 is periodically recycled and reused. The regeneration process of the selective resin may consist of steps of acid injection, low speed cleaning, base injection, low speed cleaning, and high speed cleaning. In this regeneration process, a large amount of waste liquid is generated, and the generated waste liquid is collected in the waste liquid tank 60.

폐액의 농도는 대략 10,000mg/L 내지 15,000mg/L이고, pH는 대략 3 정도로 강한 산성을 나타낸다. 폐액 탱크(60)에 모인 폐액은 염기를 공급받아 pH가 높아진다. pH가 조정된 폐액은 종래와 같이 증발농축을 위한 별도의 처리 시설로 바로 운송되지 않고, 정삼투 모듈(30)에 공급되어 농축 과정을 거친 후 처리 시설로 운송된다.The concentration of the waste liquid is approximately 10,000 mg/L to 15,000 mg/L, and the pH is about 3, indicating a strong acidity. The waste liquid collected in the waste liquid tank 60 is supplied with a base to increase the pH. The pH-adjusted waste liquid is not directly transported to a separate treatment facility for evaporative concentration as in the prior art, but is supplied to the forward osmosis module 30 and transported to the treatment facility after a concentration process.

정삼투 모듈(30)은 제2 본체(31)와, 제2 본체(31)의 내부를 제3 공간(S3)과 제4 공간(S4)으로 구획하는 제2 분리막(32)과, 제3 공간(S3)에 연결된 제3 입구(IP3) 및 제3 출구(OP3)와, 제4 공간(S4)에 연결된 제4 입구(IP4) 및 제4 출구(OP4)를 포함한다. 제2 분리막(32)은 물 투과를 위한 반투과막으로 이루어진다. 제3 입구(IP3)와 제4 입구(IP4)는 서로 반대 측에 위치할 수 있고, 제3 출구(OP3)와 제4 출구(OP4)는 서로 반대 측에 위치할 수 있다.The forward osmosis module 30 includes a second main body 31, a second separation membrane 32 that divides the interior of the second main body 31 into a third space S3 and a fourth space S4, and a third And a third inlet IP3 and a third outlet OP3 connected to the space S3, and a fourth inlet IP4 and a fourth outlet OP4 connected to the fourth space S4. The second separation membrane 32 is made of a semi-permeable membrane for water permeation. The third inlet IP3 and the fourth inlet IP4 may be located on opposite sides, and the third and fourth outlets OP3 and OP4 may be located on opposite sides.

정삼투 모듈(30)은 폐액 농축을 위한 유도 용액으로서 농축수를 이용한다. 역삼투 모듈(10)의 제1 출구(OP1)로 배출되는 농축수는 농도가 대략 60,000mg/L 내지 80,000mg/L인 고농도 용액이므로, 해상으로 직접 방류 시 생태계에 나쁜 영향을 미친다. 정삼투 모듈(30)은 폐액을 농축시켜 폐액의 운송 비용과 증발농축 처리 비용을 낮추는 동시에 농축수를 희석시켜 해상으로의 직접 방류를 가능하게 한다.The forward osmosis module 30 uses concentrated water as a draw solution for concentrating the waste solution. The concentrated water discharged to the first outlet OP1 of the reverse osmosis module 10 is a high-concentration solution having a concentration of approximately 60,000mg/L to 80,000mg/L, so when discharged directly into the sea, it adversely affects the ecosystem. The forward osmosis module 30 condenses the waste liquid to reduce transportation cost and evaporative concentration treatment cost of the waste liquid, while diluting the concentrated water to allow direct discharge to the sea.

정삼투 모듈(30)의 제3 입구(IP3)는 폐액 배출관(L4)을 통해 폐액 탱크(60)와 연결되고, 제4 입구(IP4)는 농축수 배출관(L5)을 통해 역삼투 모듈(10)의 제1 출구(OP1)와 연결된다. 이때 농축수는 펌프(P)가 원수에 가한 압력의 대부분을 유지하고 있으므로, 압력을 낮춘 후 정삼투 모듈(30)에 공급되어야 한다. 이를 위해 농축수 배출관(L5)과 원수 분기관(L6)에 에너지 변환장치(70)가 설치된다. The third inlet (IP3) of the forward osmosis module 30 is connected to the waste liquid tank 60 through the waste liquid discharge pipe (L4), and the fourth inlet (IP4) is reverse osmosis module 10 through the concentrated water discharge pipe (L5). It is connected to the first outlet OP1 of ). At this time, since the concentrated water maintains most of the pressure applied to the raw water by the pump P, it must be supplied to the forward osmosis module 30 after lowering the pressure. To this end, an energy conversion device 70 is installed in the concentrated water discharge pipe L5 and the raw water branch pipe L6.

원수 분기관(L6)은 펌프(P) 전단의 원수 공급관(L1)으로부터 분기되고 펌프(P) 후단의 원수 공급관(L1)에 접속되어, 원수의 일부가 펌프(P)를 우회하도록 한다. 에너지 변환장치(70)는 직접 전달식 에너지 변환장치로서, 고압의 농축수와 저압의 원수를 접촉시켜 농축수의 고압 에너지를 원수 측에 전달한다.The raw water branch pipe L6 is branched from the raw water supply pipe L1 in front of the pump P and is connected to the raw water supply pipe L1 at the rear end of the pump P, so that a part of the raw water bypasses the pump P. The energy conversion device 70 is a direct transmission type energy conversion device, and transfers high-pressure energy of the concentrated water to the raw water side by contacting the high-pressure concentrated water and the low-pressure raw water.

에너지 변환장치(70)는 로터를 사용하는 로터리 압력 교환기(pressure exchanger, PX)로 구성되거나, 두 개의 피스톤을 사용하는 듀얼 워크 압력 교환기(dual work exchanger energy recovery, DWEER) 등으로 구성될 수 있다. 에너지 변환장치(70)는 농축수의 압력을 낮추어 정삼투 공정을 가능하게 하고, 펌프(P)의 부하를 줄여 펌프(P) 가동에 필요한 에너지 소비를 낮출 수 있다.The energy converter 70 may be configured as a rotary pressure exchanger (PX) using a rotor, or may be configured as a dual work pressure exchanger (DWEER) using two pistons. The energy conversion device 70 enables a forward osmosis process by lowering the pressure of the concentrated water, and reduces the load of the pump P to reduce energy consumption required for operating the pump P.

정삼투 모듈(30)의 내부에서는 폐액과 농축수의 삼투압 차이에 의해 제3 공간(S3)의 폐액에 포함된 물이 제2 분리막(32)을 투과하여 제4 공간(S4)으로 이동한다. 따라서 제3 출구(OP3)로 폐액이 농축된 농축 폐액이 배출되고, 제4 출구(OP4)로 농축수가 희석된 희석수가 배출된다. 농축 폐액의 농도는 대략 30,000mg/L 내지 45,000mg/L일 수 있고, 희석수의 농도는 대략 36,000mg/L내지 48,000mg/L일 수 있다.Inside the forward osmosis module 30, water contained in the waste liquid in the third space S3 passes through the second separation membrane 32 and moves to the fourth space S4 due to the difference in osmotic pressure between the waste liquid and the concentrated water. Accordingly, the concentrated waste liquid in which the waste liquid is concentrated is discharged through the third outlet OP3, and the diluted water in which the concentrated water is diluted is discharged through the fourth outlet OP4. The concentration of the concentrated waste liquid may be approximately 30,000 mg/L to 45,000 mg/L, and the concentration of the dilution water may be approximately 36,000 mg/L to 48,000 mg/L.

이와 같이 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 이온 교환기(20)의 수지 재생과정에서 발생하는 폐액을 농축하기 위해 정삼투 모듈(30)을 이용한다. 폐액은 정삼투 모듈(30)에 의해 3배 이상 농축될 수 있고, 농축 폐액은 부피가 줄어 폐액 처리비용을 낮추는 효과가 크다.As described above, the desalination apparatus 100 of the first embodiment uses the forward osmosis module 30 to concentrate the waste liquid generated in the resin regeneration process of the ion exchanger 20. The waste liquid can be concentrated three times or more by the forward osmosis module 30, and the volume of the concentrated waste liquid is reduced, so that the waste liquid treatment cost is reduced.

또한, 정삼투 모듈(30)은 폐액 농축을 위한 유도 용액으로서 담수화 장치(100) 바깥에서 공급되는 별도의 용액이 아닌 담수화 장치(100) 내부에서 발생되는, 구체적으로 역삼투 모듈(10)에서 배출되는 농축수를 이용한다. 농축수를 이용하는 정삼투 공정은 에너지 소비가 적으며, 농축수를 희석시켜 자연 방류를 가능하게 하는 기술적 효과가 있다.In addition, the forward osmosis module 30 is a draw solution for concentrating waste liquid, which is generated inside the desalination device 100, not a separate solution supplied from the outside of the desalination device 100, specifically discharged from the reverse osmosis module 10. Concentrated water is used. The forward osmosis process using concentrated water consumes little energy and has a technical effect of diluting the concentrated water to enable natural discharge.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 제2 실시예의 담수화 장치(200)에서 희석수는 펌프(P) 전단의 원수 공급관(L1)에 투입되어 역삼투 공정에 재사용된다. 희석수의 농도가 해수의 농도와 유사한 경우, 희석수가 역삼투 모듈(10)에 재공급될 수 있으며, 이 경우 자연 방류량을 최대로 줄일 수 있다.Referring to FIG. 2, in the desalination apparatus 200 of the second embodiment, the diluted water is introduced into the raw water supply pipe L1 in front of the pump P and reused in the reverse osmosis process. When the concentration of the diluted water is similar to the concentration of seawater, the diluted water may be resupplied to the reverse osmosis module 10, and in this case, the amount of natural discharge may be reduced to the maximum.

이를 위해 희석수 배출관(L7)이 정삼투 모듈(30)의 제4 출구(OP4)와 펌프(P) 전단의 원수 공급관(L1)을 연결한다. 희석수 배출관(L7)은 전처리부(40)와 원수 분기관(L6) 사이의 원수 공급관(L1)에 접속될 수 있다. 제2 실시예의 담수화 장치(200)는 희석수 배출관(L7)을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.To this end, the dilution water discharge pipe L7 connects the fourth outlet OP4 of the forward osmosis module 30 and the raw water supply pipe L1 at the front end of the pump P. The dilution water discharge pipe L7 may be connected to the raw water supply pipe L1 between the pretreatment unit 40 and the raw water branch pipe L6. The desalination apparatus 200 of the second embodiment has the same or similar configuration as that of the first embodiment, except for the dilution water discharge pipe L7.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a desalination apparatus according to a third embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 제3 실시예의 담수화 장치(300)에서 폐액 탱크(60)는 미네랄 보충부(50)로부터 석회석 입자들을 공급받아 폐액의 pH를 조정한다. 미네랄 보충부(50)는 역삼투 모듈(10)에서 배출된 투과수를 석회석 입자들과 접촉시켜 미네랄을 공급하는 방식의 장치로 구성되며, 미네랄 보충부(50)에서 미용해된 굵은 석회석 입자들이 석회석 이송관(L8)을 통해 폐액 탱크(60)로 공급된다.Referring to FIG. 3, in the desalination apparatus 300 of the third embodiment, the waste liquid tank 60 receives limestone particles from the mineral supplement 50 and adjusts the pH of the waste liquid. The mineral replenishment unit 50 is composed of a device of a method of supplying minerals by contacting the permeated water discharged from the reverse osmosis module 10 with limestone particles, and the coarse limestone particles undissolved in the mineral replenishment unit 50 are It is supplied to the waste liquid tank 60 through the limestone transfer pipe (L8).

미네랄 보충부(50)에서 미용해된 굵은 석회석 입자들은 대략 1mm 이하의 크기를 가질 수 있으며, 대략 3.5 정도의 낮은 pH에서 용해가 빠르다. 이온 교환기(20)의 재생과정에서 배출되는 폐액의 pH는 대략 3 정도이므로, 석회석 이송관(L8)을 통해 폐액 탱크(60)로 투입된 미용해된 석회석 입자들은 폐액에 빠르게 용해되며 폐액의 pH를 높인다. The coarse limestone particles undissolved in the mineral supplement 50 may have a size of about 1 mm or less, and dissolve quickly at a low pH of about 3.5. Since the pH of the waste liquid discharged from the regeneration process of the ion exchanger 20 is about 3, the undissolved limestone particles introduced into the waste liquid tank 60 through the limestone transfer pipe (L8) quickly dissolve in the waste liquid and adjust the pH of the waste liquid. Raise it.

폐액에 염기를 공급하는 구성의 경우, 염기는 고농도이며 취급이 어렵다. 반면, 제3 실시예의 구성에서는 고농도 염기가 필요 없고, 석회석 입자는 취급이 용이하다. 또한, 폐액에 염기를 공급하는 구성에서는 1가 이온인 Na+ 이온이 생기는데 반해, 제3 실시예의 구성에서는 2가 이온인 Ca2+ 이온이 생긴다. 2가 이온은 1가 이온에 비해 제2 분리막(32)을 통과하는 정도가 낮기 때문에 정삼투 공정에서 역확산을 방지하는 부수적인 효과가 있다.In the case of a configuration that supplies a base to the waste liquid, the base is highly concentrated and difficult to handle. On the other hand, in the configuration of the third embodiment, a high concentration base is not required, and the limestone particles are easy to handle. In addition, Na+ ions, which are monovalent ions, are generated in the configuration in which a base is supplied to the waste liquid, whereas Ca2+ ions, which are divalent ions, are generated in the configuration of the third embodiment. Since divalent ions have a lower degree of passing through the second separation membrane 32 than monovalent ions, there is a side effect of preventing reverse diffusion in the forward osmosis process.

제3 실시예의 담수화 장치(300)는 미네랄 보충부(50)와 폐액 탱크(60)를 연결하는 석회석 이송관(L8)이 추가된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.The desalination apparatus 300 of the third embodiment has the same or similar configuration as the first embodiment, except that a limestone transfer pipe L8 connecting the mineral replenishment unit 50 and the waste liquid tank 60 is added. .

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.4 is a block diagram of a desalination apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 제4 실시예의 담수화 장치(400)에서 희석수는 펌프(P) 전단의 원수 공급관(L1)에 투입되어 역삼투 공정에 재사용된다. 이를 위해 희석수 배출관(L7)이 정삼투 모듈(30)의 제4 출구(OP4)와 펌프(P) 전단의 원수 공급관(L1)을 연결한다. 희석수 배출관(L7)은 전처리부(40)와 원수 분기관(L6) 사이의 원수 공급관(L1)에 접속될 수 있다.Referring to FIG. 4, in the desalination apparatus 400 of the fourth embodiment, dilution water is introduced into the raw water supply pipe L1 in front of the pump P and reused in the reverse osmosis process. To this end, the dilution water discharge pipe L7 connects the fourth outlet OP4 of the forward osmosis module 30 and the raw water supply pipe L1 at the front end of the pump P. The dilution water discharge pipe L7 may be connected to the raw water supply pipe L1 between the pretreatment unit 40 and the raw water branch pipe L6.

제4 실시예의 담수화 장치(400)는 희석수 배출관(L7)을 제외하고 전술한 제3 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다. 제4 실시예의 담수화 장치(400)는 자연 방류량을 최소화하는 제2 실시예의 장점과, 취급이 어려운 고농도 염기 대신 취급이 쉬운 석회석 입자들을 이용하여 폐액의 pH를 간편하게 조정하는 제3 실시예의 장점을 모두 구현할 수 있다. The desalination apparatus 400 of the fourth embodiment has the same or similar configuration as the third embodiment, except for the dilution water discharge pipe L7. The desalination apparatus 400 of the fourth embodiment has the advantages of the second embodiment of minimizing the amount of natural discharge, and the advantages of the third embodiment in which the pH of the waste liquid is easily adjusted using easy-to-handle limestone particles instead of a high-concentration base that is difficult to handle. Can be implemented.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and it is possible to implement various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It is natural to fall within the range of.

100, 200, 300, 400: 담수화 장치
10: 역삼투 모듈 11: 제1 본체
12: 제1 분리막 20: 이온 교환기
30: 정삼투 모듈 31: 제2 본체
32: 제2 분리막 40: 전처리부
50: 미네랄 보충부 60: 폐액 탱크
70: 에너지 변환장치
S1, S2, S3, S4: 제1 공간, 제2 공간, 제3 공간, 제4 공간
IP1, IP3, IP4: 제1 입구, 제3 입구, 제4 입구
OP1, OP2, OP3, OP4: 제1 출구, 제2 출구, 제3 출구, 제4 출구
L1: 원수 공급관 L2: 투과수 배출관
L3: 투과수 분기관 L4: 폐액 배출관
L5: 농축수 배출관 L6: 원수 분기관
L7: 희석수 배출관 L8: 석회석 이송관100, 200, 300, 400: desalination device
10: reverse osmosis module 11: first body
12: first separation membrane 20: ion exchanger
30: forward osmosis module 31: second body
32: second separation membrane 40: pretreatment unit
50: mineral supplement 60: waste liquid tank
70: energy inverter
S1, S2, S3, S4: first space, second space, third space, fourth space
IP1, IP3, IP4: 1st inlet, 3rd inlet, 4th inlet
OP1, OP2, OP3, OP4: Exit 1, Exit 2, Exit 3, Exit 4
L1: raw water supply pipe L2: permeate discharge pipe
L3: Permeated water branch pipe L4: Waste liquid discharge pipe
L5: Concentrated water discharge pipe L6: Raw water branch pipe
L7: Dilution water discharge pipe L8: Limestone transfer pipe

Claims (10)

물 투과를 위한 제1 분리막을 포함하며, 원수의 삼투압보다 높은 압력으로 가압된 원수를 공급받아 농축수와 투과수로 분리 배출하는 역삼투 모듈;
선택성 수지를 포함하며, 상기 투과수를 선택성 수지에 통과시켜 상기 투과수에 포함된 특정 이온의 농도를 조절하는 이온 교환기; 및
물 투과를 위한 제2 분리막을 포함하며, 제2 분리막의 양측 공간에 상기 선택성 수지의 재생과정에서 발생된 폐액과 상기 역삼투 모듈에서 배출된 상기 농축수를 각각 공급받아 농축 폐액과 희석수를 배출하는 정삼투 모듈;
을 포함하는 담수화 장치.A reverse osmosis module comprising a first separation membrane for water permeation, receiving raw water pressurized at a pressure higher than the osmotic pressure of the raw water and separating and discharging it into concentrated water and permeated water;
An ion exchanger comprising a selective resin and passing the permeated water through the selective resin to control the concentration of specific ions contained in the permeated water; And
It includes a second separator for water permeation, and receives the waste liquid generated during the regeneration process of the selective resin and the concentrated water discharged from the reverse osmosis module in both spaces of the second separator to discharge the concentrated waste liquid and the diluted water. Forward osmosis module;
Desalination device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 제1 분리막은 상기 역삼투 모듈의 내부를 제1 공간과 제2 공간으로 구획하고,
상기 제1 공간의 입구, 상기 제1 공간의 출구, 상기 제2 공간의 출구 각각에 원수 공급관, 농축수 배출관, 투과수 배출관이 연결되는 담수화 장치.The method of claim 1,
The first separation membrane divides the inside of the reverse osmosis module into a first space and a second space,
A desalination apparatus in which a raw water supply pipe, a concentrated water discharge pipe, and a permeated water discharge pipe are connected to the inlet of the first space, the outlet of the first space, and the outlet of the second space. 제2항에 있어서,
상기 제2 분리막은 상기 정삼투 모듈의 내부를 제3 공간과 제4 공간으로 구획하고,
상기 제3 공간의 입구와 상기 제4 공간의 입구 각각에 폐액 배출관과 상기 농축수 배출관이 연결되는 담수화 장치.The method of claim 2,
The second separation membrane divides the interior of the forward osmosis module into a third space and a fourth space,
A desalination apparatus in which a waste liquid discharge pipe and the concentrated water discharge pipe are connected to the inlet of the third space and the inlet of the fourth space. 제3항에 있어서,
상기 원수 공급관에 전처리 장치와 펌프가 설치되고,
상기 농축수 배출관에 상기 농축수의 압력 에너지를 회수하는 에너지 변환장치가 설치되는 담수화 장치.The method of claim 3,
A pretreatment device and a pump are installed in the raw water supply pipe,
An energy conversion device for recovering the pressure energy of the concentrated water is installed in the concentrated water discharge pipe. 제4항에 있어서,
상기 원수 공급관에 상기 펌프를 우회하는 원수 분기관이 접속되고,
상기 에너지 변환장치는 상기 농축수 배출관 및 상기 원수 분기관에 결합되어 상기 농축수의 압력 에너지를 원수 측으로 전달하는 담수화 장치.The method of claim 4,
A raw water branch pipe bypassing the pump is connected to the raw water supply pipe,
The energy conversion device is a desalination device that is coupled to the concentrated water discharge pipe and the raw water branch pipe to transfer the pressure energy of the concentrated water to the raw water side. 제4항에 있어서,
상기 희석수는 상기 제4 공간의 출구로 배출된 후 상기 펌프 전단의 상기 원수 공급관에 투입되어 상기 역삼투 모듈에 재공급되는 담수화 장치.The method of claim 4,
The dilution water is discharged to the outlet of the fourth space and then introduced into the raw water supply pipe in front of the pump to be resupplied to the reverse osmosis module. 제3항에 있어서,
상기 선택성 수지의 재생과정에서 발생된 폐액은 폐액 탱크에 모이고,
상기 폐액 배출관은 상기 폐액 탱크와 상기 제3 공간의 입구를 연결하는 담수화 장치.The method of claim 3,
Waste liquid generated during the regeneration process of the selective resin is collected in a waste liquid tank,
The waste liquid discharge pipe is a desalination device connecting the waste liquid tank and the inlet of the third space. 제7항에 있어서,
상기 폐액 탱크에 모인 폐액은 염기를 공급받아 pH가 조정된 후 상기 제3 공간의 입구로 공급되는 담수화 장치.The method of claim 7,
The waste liquid collected in the waste liquid tank is supplied with a base, the pH is adjusted, and then the desalination device is supplied to the inlet of the third space. 제3항에 있어서,
상기 투과수 배출관에 미네랄 보충부가 설치되며,
상기 미네랄 보충부는 석회석 입자들을 포함하는 담수화 장치.The method of claim 3,
A mineral supplement is installed in the permeate discharge pipe,
The mineral replenishment unit desalination device comprising limestone particles. 제9항에 있어서,
상기 미네랄 보충부와 상기 폐액 탱크 사이에 석회석 이송관이 설치되어 상기 미네랄 보충부에서 미용해된 석회석 입자들을 상기 폐액 탱크로 공급하는 담수화 장치.The method of claim 9,
A limestone transfer pipe is installed between the mineral replenishment part and the waste liquid tank to supply the limestone particles undissolved in the mineral replenishment part to the waste liquid tank.
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