KR20210057562A - Desalination apparatus using osmotic pressure equilibrim process - Google Patents

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Abstract

A desalination device includes an osmotic pressure equilibration unit, a pump, and a pressure reducing regulator. The osmotic pressure equilibration unit includes: a first unit having a first separation membrane dividing a first flow path and a second flow path; and a second unit having a second separation membrane dividing a third flow path and a fourth flow path. The first flow path and the third flow path are connected in parallel, and the second flow path and the fourth flow path are connected in series. The pump pressurizes raw water to a first pressure and simultaneously supplies the raw water to the first flow path and the third flow path. The pressure reducing regulator lowers the first pressure of the raw water to a second pressure and supplies the raw water to the second flow path.

Description

삼투압 평형 공정을 이용한 담수화 장치 {DESALINATION APPARATUS USING OSMOTIC PRESSURE EQUILIBRIM PROCESS}Desalination device using osmotic pressure equilibrium process {DESALINATION APPARATUS USING OSMOTIC PRESSURE EQUILIBRIM PROCESS}

본 발명은 담수화 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 삼투압 평형 공정을 이용한 담수화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a desalination technology, and more particularly, to a desalination apparatus using an osmotic pressure equilibrium process.

담수화 기술은 염수(brackish water), 해수(seawater), 및 고농도 폐수 등으로부터 담수를 분리하는 기술이며, 대표적으로 증발 방식, 역삼투 방식, 및 정삼투 방식 등이 공지되어 있다.The desalination technology is a technology for separating fresh water from brackish water, seawater, and high-concentration wastewater, and representatively, an evaporation method, a reverse osmosis method, and a forward osmosis method are known.

역삼투 방식은 원수의 삼투압(3.5% 해수의 경우 대략 27bar)보다 높은 압력을 원수에 가하여, 가해진 압력과 삼투압 차이에 의해 원수의 물이 분리막을 통과하는 현상을 이용한다. 실제 해수 담수화 플랜트의 경우, 해수를 대략 50bar 내지 60bar 정도로 가압하여 담수를 생산하는데, 고압 펌프 사용으로 인해 에너지 소비가 매우 크다.In the reverse osmosis method, a pressure higher than the osmotic pressure of the raw water (about 27 bar in the case of 3.5% seawater) is applied to the raw water, and the water of the raw water passes through the separation membrane due to the difference between the applied pressure and the osmotic pressure. In the case of an actual seawater desalination plant, seawater is pressurized to about 50 to 60 bar to produce fresh water, but energy consumption is very high due to the use of a high pressure pump.

정삼투 방식은 원수보다 삼투압이 높은 유도 용액을 이용하며, 원수와 유도 용액의 삼투압 차이를 이용하여 분리막을 통해 원수의 물을 유도 용액 측으로 이동시킨다. 정삼투 방식은 원수에 물리적인 압력을 가하지 않지만, 최종으로 담수를 얻기 위해서는 유도 용액으로부터 물을 재분리하는 과정이 필요하며, 이 과정에서 큰 에너지가 소비된다.The forward osmosis method uses a derived solution having an osmotic pressure higher than that of the raw water, and uses the difference in osmotic pressure between the raw water and the derived solution to move the water of the raw water to the side of the derived solution through a separation membrane. The forward osmosis method does not apply physical pressure to the raw water, but in order to finally obtain fresh water, a process of re-separating water from the derived solution is required, and a large amount of energy is consumed in this process.

한국 등록특허 10-1926057 ‘삼투압 평형을 이용한 담수화 장치 및 방법’Korean Patent Registration 10-1926057'Desalination apparatus and method using osmotic pressure equilibrium'

상기 특허문헌의 분리막 공정 유닛은 분리막에 의해 구획된 두 개의 공간을 구비하며, 동일한 원수가 서로 다른 압력으로 두 공간의 입구에 투입된다. 그러면 두 공간의 입구에서 원수는 삼투압 평형을 이루고, 같은 방향으로 흐르면서 압력 차에 의해 고압측 원수에 포함된 물이 분리막을 투과하여 저압측으로 이동한다.The separation membrane process unit of the patent document has two spaces partitioned by the separation membrane, and the same raw water is introduced into the entrances of the two spaces at different pressures. Then, the raw water at the entrance of the two spaces achieves osmotic pressure equilibrium, and while flowing in the same direction, water contained in the high-pressure side raw water passes through the separator and moves to the low-pressure side due to the pressure difference.

이러한 삼투압 평형 공정은 기존 역삼투 공정보다 훨씬 낮은 압력으로 원수의 농도를 낮출 수 있고, 에너지 소비를 줄일 수 있다.This osmotic pressure equilibrium process can lower the concentration of raw water at a much lower pressure than the conventional reverse osmosis process and reduce energy consumption.

본 발명은 삼투압 평형 공정을 이용하는 담수화 장치에 있어서, 원수의 농도를 낮추기 위한 삼투압 평형 공정 시 물 투과량을 증가시킬 수 있는 담수화 장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a desalination apparatus capable of increasing the amount of water permeation during an osmotic pressure equilibration process for lowering the concentration of raw water in a desalination apparatus using an osmotic pressure equilibrium process.

본 발명의 일 실시예에 따른 담수화 장치는 삼투압 평형 유닛과 펌프 및 감압 레귤레이터를 포함한다. 삼투압 평형 유닛은 제1 유로와 제2 유로를 구획하는 제1 분리막을 구비한 제1 유닛과, 제3 유로와 제4 유로를 구획하는 제2 분리막을 구비한 제2 유닛을 포함한다. 제1 유로와 제3 유로는 병렬 접속되고, 제2 유로와 제4 유로는 직렬 접속된다. 펌프는 원수를 제1 압력으로 가압하여 제1 유로와 제3 유로에 동시 공급한다. 감압 레귤레이터는 제1 압력의 원수를 제2 압력으로 낮추어 제2 유로에 공급한다.The desalination apparatus according to an embodiment of the present invention includes an osmotic pressure equalization unit, a pump, and a pressure reducing regulator. The osmotic pressure equalization unit includes a first unit having a first separator partitioning the first flow path and the second flow path, and a second unit having a second separator partitioning the third flow path and the fourth flow path. The first flow path and the third flow path are connected in parallel, and the second flow path and the fourth flow path are connected in series. The pump pressurizes the raw water at a first pressure and simultaneously supplies it to the first flow path and the third flow path. The pressure reducing regulator lowers the raw water of the first pressure to the second pressure and supplies it to the second flow path.

원수 공급관은 제1 유로 및 제3 유로의 입구에 병렬 접속될 수 있고, 펌프는 원수 공급관에 설치될 수 있다. 제1 원수 분기관은 펌프 전단의 원수 공급관과 제2 유로의 입구를 연결할 수 있고, 감압 레귤레이터는 제1 원수 분기관에 설치될 수 있다. 제2 유닛의 입구 측에서 제2 분리막 양측의 농도차는 제1 유닛의 출구 측에서 제1 분리막 양측의 농도차보다 작을 수 있다.The raw water supply pipe may be connected in parallel to the inlet of the first flow passage and the third flow passage, and the pump may be installed in the raw water supply pipe. The first raw water branch pipe may connect the raw water supply pipe at the front end of the pump and the inlet of the second flow path, and the pressure reducing regulator may be installed in the first raw water branch pipe. The concentration difference between both sides of the second separator at the inlet side of the second unit may be smaller than the difference in concentration between both sides of the first separator at the outlet side of the first unit.

제2 유로의 출구에서 배출되는 제1 희석수는 제1 희석수 배출관을 통해 제4 유로의 입구로 공급될 수 있고, 제4 유로의 출구에서 제2 희석수가 배출될 수 있다. 담수화 장치는 역삼투 유닛을 더 포함할 수 있다. 역삼투 유닛은 제4 유로의 출구와 연결될 수 있고, 제2 희석수를 제2 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 공급받아 농축수와 생산수로 분리 배출할 수 있다.The first dilution water discharged from the outlet of the second flow path may be supplied to the inlet of the fourth flow path through the first dilution water discharge pipe, and the second dilution water may be discharged from the outlet of the fourth flow path. The desalination device may further include a reverse osmosis unit. The reverse osmosis unit may be connected to the outlet of the fourth flow path, and may be supplied with the second dilution water at a pressure higher than the osmotic pressure of the second dilution water to separate and discharge the concentrated water and the produced water.

다른 한편으로, 상기 삼투압 평형 유닛은, 제5 유로와 제6 유로를 구획하는 제3 분리막을 구비한 제3 유닛을 더 포함할 수 있다. 원수 공급관은 제1 유로와 제3 유로 및 제5 유로의 입구에 병렬 접속될 수 있으며, 제2 유로와 제4 유로 및 제6 유로는 직렬 접속될 수 있다.On the other hand, the osmotic pressure equalization unit may further include a third unit having a third separation membrane partitioning the fifth flow path and the sixth flow path. The raw water supply pipe may be connected in parallel to the inlets of the first flow passage, the third flow passage, and the fifth flow passage, and the second flow passage, the fourth flow passage, and the sixth flow passage may be connected in series.

제3 유닛의 입구 측에서 제3 분리막 양측의 농도차는 제2 유닛의 출구 측에서 제2 분리막 양측의 농도차보다 작을 수 있다. 제4 유로의 출구에서 배출되는 제2 희석수는 제2 희석수 배출관을 통해 제6 유로의 입구로 공급될 수 있고, 제6 유로의 출구에서 제3 희석수가 배출될 수 있다.The concentration difference between both sides of the third separation membrane at the inlet side of the third unit may be smaller than the difference in concentration between both sides of the second separation membrane at the outlet side of the second unit. The second dilution water discharged from the outlet of the fourth flow passage may be supplied to the inlet of the sixth flow passage through the second dilution water discharge pipe, and the third dilution water may be discharged from the outlet of the sixth flow passage.

담수화 장치는 역삼투 유닛을 더 포함할 수 있다. 역삼투 유닛은 제6 유로의 출구와 연결될 수 있으며, 제3 희석수를 제3 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 공급받아 농축수와 생산수로 분리 배출할 수 있다.The desalination device may further include a reverse osmosis unit. The reverse osmosis unit may be connected to the outlet of the sixth flow path, and may be supplied with the third dilution water at a pressure higher than the osmotic pressure of the third dilution water to separate and discharge the concentrated water and the produced water.

펌프는 원수를 대략 30bar 내지 50bar의 압력으로 가압할 수 있고, 감압 레귤레이터는 대략 1bar 내지 3bar의 출구 압력을 가질 수 있다.The pump can pressurize raw water to a pressure of approximately 30 bar to 50 bar, and the pressure reducing regulator may have an outlet pressure of approximately 1 bar to 3 bar.

실시예들에 따르면, 삼투압 평형 유닛은 복수 유닛의 병렬-직렬 조합에 의해 분리막 양측의 농도차를 줄여 전체적인 물 투과량을 늘릴 수 있다. 삼투압 평형 유닛의 물 투과량 증가는 최종 생산되는 생산수(담수)량 증가로 이어진다. 에너지 소모량(kWh/m3)은 소모되는 에너지(kW)를 생산수의 유량(m3/h)로 나눈 것이므로, 생산수량이 증가하면 에너지 소모량도 줄일 수 있다.According to embodiments, the osmotic pressure equilibration unit may increase the total amount of water permeation by reducing the difference in concentration at both sides of the separator by a parallel-series combination of a plurality of units. The increase in the amount of water permeation of the osmotic pressure equilibrium unit leads to an increase in the amount of final produced water (fresh water). Since the energy consumption (kWh/m 3 ) is the energy consumed (kW) divided by the flow rate of the produced water (m 3 /h), the energy consumption can be reduced as the production quantity increases.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 2는 비교예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시한 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시한 제1 실시예의 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시한 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 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 comparative example.
3 is a block diagram of an osmotic pressure equilibration unit in the desalination apparatus shown in FIG. 2.
4 is a block diagram of an osmotic pressure equilibration unit in the desalination apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1.
5 is a block diagram of a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of an osmotic pressure equilibration unit in the desalination apparatus shown in FIG. 5.

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 제1 유닛(10)과 제2 유닛(20)으로 구성된 삼투압 평형 유닛(U1), 제1 펌프(P1), 감압 레귤레이터(40), 제2 펌프(P2), 및 역삼투 유닛(50)을 포함한다. 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 제1 내지 제3 에너지 변환장치(61, 62, 63)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the desalination apparatus 100 of the first embodiment includes an osmotic pressure equalization unit U1, a first pump P1, and a pressure reducing regulator 40 composed of a first unit 10 and a second unit 20. , A second pump P2, and a reverse osmosis unit 50. The desalination apparatus 100 according to the first embodiment may further include first to third energy conversion devices 61, 62, and 63.

제1 유닛(10)은 제1 유로(C1)와 제2 유로(C2)를 구획하는 제1 분리막(11)을 포함한다. 제1 유로(C1)는 제1 입구(IP1) 및 제1 출구(OP1)와 연결되고, 제2 유로(C2)는 제2 입구(IP2) 및 제2 출구(OP2)와 연결된다. 제1 입구(IP1)와 제2 입구(IP2)는 같은 측에 위치하며, 제1 출구(OP1)와 제2 출구(OP2)는 같은 측에 위치한다. 제1 분리막(11)은 물 투과를 위한 반투과막으로 이루어진다.The first unit 10 includes a first separation membrane 11 partitioning the first flow path C1 and the second flow path C2. The first flow path C1 is connected to the first inlet IP1 and the first outlet OP1, and the second flow path C2 is connected to the second inlet IP2 and the second outlet OP2. The first inlet IP1 and the second inlet IP2 are positioned on the same side, and the first outlet OP1 and the second outlet OP2 are positioned on the same side. The first separation membrane 11 is made of a semi-permeable membrane for water permeation.

제2 유닛(20)은 제3 유로(C3)와 제4 유로(C4)를 구획하는 제2 분리막(21)을 포함한다. 제3 유로(C3)는 제3 입구(IP3) 및 제3 출구(OP3)와 연결되고, 제4 유로(C4)는 제4 입구(IP4) 및 제4 출구(OP4)와 연결된다. 제3 입구(IP3)와 제4 입구(IP4)는 같은 측에 위치하며, 제3 출구(OP3)와 제4 출구(OP4)는 같은 측에 위치한다. 제2 분리막(21)은 물 투과를 위한 반투과막으로 이루어진다.The second unit 20 includes a second separation membrane 21 that partitions the third flow path C3 and the fourth flow path C4. The third flow path C3 is connected to the third inlet IP3 and the third outlet OP3, and the fourth flow path C4 is connected to the fourth inlet IP4 and the fourth outlet OP4. The third inlet IP3 and the fourth inlet IP4 are positioned on the same side, and the third outlet OP3 and the fourth outlet OP4 are positioned on the same side. The second separation membrane 21 is made of a semi-permeable membrane for water permeation.

제1 유로(C1)와 제3 유로(C3)는 병렬로 연결되고, 제2 유로(C2)와 제4 유로(C4)는 직렬로 연결된다. 이를 위해 원수 공급관(L1)이 원수 공급원으로부터 제1 입구(IP1)와 제3 입구(IP3) 각각으로 분기되어 제1 입구(IP1) 및 제3 입구(IP3)에 접속된다. 제1 원수 분기관(L2)은 원수 공급관(L1)과 제2 입구(OP2)를 연결하며, 제1 희석수 배출관(L3)이 제2 출구(OP2)와 제4 입구(IP4)를 연결한다.The first flow path C1 and the third flow path C3 are connected in parallel, and the second flow path C2 and the fourth flow path C4 are connected in series. To this end, the raw water supply pipe L1 is branched from the raw water supply source to the first inlet IP1 and the third inlet IP3, and is connected to the first inlet IP1 and the third inlet IP3. The first raw water branch pipe L2 connects the raw water supply pipe L1 and the second inlet OP2, and the first dilution water discharge pipe L3 connects the second outlet OP2 and the fourth inlet IP4. .

제1 펌프(P1)는 원수 공급관(L1)의 분기점 전단에 설치되고, 제1 원수 분기관(L2)은 제1 펌프(P1) 후단의 원수 공급관(L1)에 접속된다. 감압 레귤레이터(40)는 제1 원수 분기관(L2)에 설치된다. 이때 원수는 염수, 해수, 및 고농도 폐수 중 어느 하나일 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. The first pump P1 is installed in front of the branch point of the raw water supply pipe L1, and the first raw water branch pipe L2 is connected to the raw water supply pipe L1 at the rear end of the first pump P1. The pressure reducing regulator 40 is installed in the first raw water branch pipe L2. In this case, the raw water may be any one of salt water, sea water, and high-concentration wastewater, but is not limited to this example.

제1 펌프(P1)는 원수를 제1 압력으로 가압하여 제1 입구(IP1)와 제3 입구(IP3)로 동시에 공급하고, 감압 레귤레이터(40)는 원수의 제1 압력을 제2 압력으로 낮추어 제2 입구(IP2)로 공급한다.The first pump P1 pressurizes the raw water to a first pressure and supplies it to the first inlet IP1 and the third inlet IP3 at the same time, and the decompression regulator 40 lowers the first pressure of the raw water to the second pressure. It is supplied to the second inlet (IP2).

감압 레귤레이터(40)는 출구 압력을 설정하는 압력조절 핸들과, 입구 압력의 변동을 흡수하는 스프링을 구비할 수 있으며, 입구 압력과 출구 압력의 차이에 따라 1단 감압 방식과 2단 감압 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 감압 레귤레이터(40) 자체는 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.The pressure reducing regulator 40 may include a pressure control handle for setting the outlet pressure and a spring for absorbing fluctuations in the inlet pressure, and depending on the difference between the inlet pressure and the outlet pressure, one of a first-stage decompression method and a two-stage decompression method One can be used. Since the pressure reducing regulator 40 itself is a known technology, a detailed description will be omitted.

제1 펌프(P1)의 압력은 일반적인 역삼투 공정에서 원수를 가압하는데 사용되는 고압 펌프의 압력(대략 50bar 내지 60bar)보다 낮으며, 감압 레귤레이터(40)는 별도의 동력원 없이 작동한다. 예를 들어, 농도가 35,000mg/L 이상인 해수를 처리하는 경우, 제1 펌프(P1)의 압력은 대략 30bar 내지 40bar일 수 있고, 감압 레귤레이터(40)의 출구 압력은 제1 및 제2 유닛(10, 20)을 구성하는 모듈의 개수에 따라 대략 1bar 내지 3bar의 범위 내에서 설정될 수 있다.The pressure of the first pump P1 is lower than the pressure of the high-pressure pump (approximately 50 to 60 bar) used to pressurize raw water in a general reverse osmosis process, and the pressure reducing regulator 40 operates without a separate power source. For example, when treating seawater having a concentration of 35,000 mg/L or more, the pressure of the first pump P1 may be approximately 30 to 40 bar, and the outlet pressure of the decompression regulator 40 is the first and second units ( It may be set within a range of approximately 1 bar to 3 bar according to the number of modules constituting 10 and 20).

제1 및 제2 입구(IP1, IP2)에 투입된 원수는 같은 원수이므로 농도와 삼투압이 동일하다. 따라서 제1 유닛(10)의 입구 측에서 원수는 삼투압 평형을 이룬다. 그리고 제1 및 제2 유로(C1, C2)의 원수는 같은 방향으로 흐르면서 제1 유로(C1)의 원수에 포함된 물이 제1 압력과 제2 압력의 차이에 의해 제1 분리막(11)을 투과하여 제2 유로(C2)로 이동한다.Since the raw water injected into the first and second inlets (IP1, IP2) is the same raw water, the concentration and the osmotic pressure are the same. Therefore, the raw water at the inlet side of the first unit 10 achieves osmotic pressure equilibrium. In addition, while the raw water of the first and second flow paths C1 and C2 flows in the same direction, the water contained in the raw water of the first flow path C1 forms the first separation membrane 11 due to the difference between the first pressure and the second pressure. It penetrates and moves to the second flow path C2.

따라서 제2 출구(OP2)에서 저압의 제1 희석수가 배출되고, 제1 출구(OP1)에서 고압의 제1 농축수가 배출된다. 제2 출구(OP2)에서 배출되는 제1 희석수의 농도는 제1 및 제2 입구(IP1, IP2)로 공급되는 원수의 농도보다 낮다.Accordingly, the low-pressure first dilution water is discharged from the second outlet OP2, and the high-pressure first concentrated water is discharged from the first outlet OP1. The concentration of the first dilution water discharged from the second outlet OP2 is lower than the concentration of the raw water supplied to the first and second inlets IP1 and IP2.

또한, 제2 유닛(20)에서 제1 압력으로 가압된 원수가 제3 유로(C3)에 공급되고, 제2 출구(OP2)에서 배출된 저압의 제1 희석수가 제4 유로(C4)에 공급된다. 이때 제1 희석수는 압력 손실에 의해 제2 압력보다 약간 낮은 압력을 가지며, 제1 유닛(10)의 물 이동에 의해 제2 입구(IP2)로 공급된 원수보다 증가된 유량을 가진다.In addition, the raw water pressurized by the first pressure in the second unit 20 is supplied to the third flow path C3, and the low-pressure first dilution water discharged from the second outlet OP2 is supplied to the fourth flow path C4. do. At this time, the first dilution water has a pressure slightly lower than the second pressure due to the pressure loss, and has an increased flow rate than the raw water supplied to the second inlet IP2 due to the water movement of the first unit 10.

제3 및 제4 유로(C3, C4)에서 원수와 제1 희석수는 같은 방향으로 흐르면서 제3 유로(C3)의 원수에 포함된 물이 제1 압력과 압력 손실을 뺀 제2 압력의 차이에 의해 제2 분리막(21)을 투과하여 제4 유로(C4)로 이동한다. 따라서 제4 출구(OP4)에서 저압의 제2 희석수가 배출되고, 제3 출구(OP3)에서 고압의 제2 농축수가 배출된다. 제4 출구(OP4)에서 배출되는 제2 희석수의 농도는 제4 입구(IP4)로 공급된 제1 희석수의 농도보다 낮다.The raw water and the first dilution water flow in the same direction in the third and fourth flow paths C3 and C4, and the water contained in the raw water of the third flow path C3 is equal to the difference between the first pressure and the second pressure minus the pressure loss. As a result, it passes through the second separation membrane 21 and moves to the fourth flow path C4. Accordingly, the low-pressure second dilution water is discharged from the fourth outlet OP4, and the high-pressure second concentrated water is discharged from the third outlet OP3. The concentration of the second dilution water discharged from the fourth outlet OP4 is lower than the concentration of the first dilution water supplied to the fourth inlet IP4.

감압 레귤레이터(40)는 저압 펌프를 대체하며, 한 개의 펌프(P1)와 동력원 없이 작동하는 감압 레귤레이터(40)가 삼투압 평형 유닛(U1)에 동일한 원수를 서로 다른 압력으로 나누어 공급한다. 따라서 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 삼투압 평형 공정을 위한 장치 구성을 간소화할 수 있고, 삼투압 평형 공정에 사용되는 에너지 소비를 낮출 수 있다.The pressure reducing regulator 40 replaces the low pressure pump, and one pump P1 and the pressure reducing regulator 40 operating without a power source supply the same raw water to the osmotic pressure equalizing unit U1 at different pressures. Accordingly, the desalination apparatus 100 according to the first embodiment can simplify the configuration of the apparatus for the osmotic pressure equilibration process, and reduce energy consumption used in the osmotic pressure equilibration process.

역삼투 유닛(50)은 제7 유로(C7)와 제8 유로(C8)를 구획하는 제4 분리막(51)을 포함한다. 제7 유로(C7)는 제7 입구(IP7) 및 제7 출구(OP7)와 연결되고, 제8 유로(C8)는 제8 출구(OP8)와 연결된다. 제4 분리막(51)은 물 투과를 위한 반투과막으로 이루어진다. 제7 입구(IP7)는 제2 희석수 배출관(L4)에 의해 제4 출구(OP4)와 연결되며, 제2 희석수 배출관(L4)에 제2 펌프(P2)가 설치된다.The reverse osmosis unit 50 includes a fourth separation membrane 51 that divides the seventh flow path C7 and the eighth flow path C8. The seventh passage C7 is connected to the seventh inlet IP7 and the seventh outlet OP7, and the eighth passage C8 is connected to the eighth outlet OP8. The fourth separation membrane 51 is made of a semi-permeable membrane for water permeation. The seventh inlet IP7 is connected to the fourth outlet OP4 by a second dilution water discharge pipe L4, and a second pump P2 is installed in the second dilution water discharge pipe L4.

제2 펌프(P2)는 제2 희석수를 제2 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 가압하여 역삼투 유닛(50)의 제7 유로(C7)에 공급한다. 그러면 제2 희석수의 삼투압과 제2 펌프(P2)가 가한 압력 차에 의해 제7 유로(C7)의 제2 희석수에 포함된 물이 제4 분리막(51)을 통과하여 제8 유로(C8)로 이동한다. 따라서 제7 출구(OP7)로 고압의 제3 농축수가 배출되고, 제8 출구(OP8)로 저압의 생산수(담수)가 배출된다.The second pump P2 pressurizes the second dilution water to a pressure higher than the osmotic pressure of the second dilution water and supplies it to the seventh flow path C7 of the reverse osmosis unit 50. Then, water contained in the second dilution water of the seventh flow path C7 passes through the fourth separation membrane 51 due to the difference between the osmotic pressure of the second dilution water and the pressure applied by the second pump P2. Move to ). Accordingly, the high-pressure third concentrated water is discharged to the seventh outlet OP7, and the low-pressure product (fresh water) is discharged to the eighth outlet OP8.

역삼투 유닛(50)에 투입되는 제2 희석수는 매우 낮은 농도를 가지므로, 제2 펌프(P2)가 통상의 역삼투 유닛에 사용되는 운전 압력보다 훨씬 낮은 압력으로 제2 희석수를 가압하여도 역삼투 유닛(50)은 제2 희석수로부터 담수를 생산할 수 있다. 역삼투 유닛(50)의 저압 운전에 의해, 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 전체 담수 생산에 소요되는 에너지 소비를 낮출 수 있다.Since the second dilution water injected into the reverse osmosis unit 50 has a very low concentration, the second pump P2 pressurizes the second dilution water at a pressure much lower than the operating pressure used in the normal reverse osmosis unit. Also, the reverse osmosis unit 50 may produce fresh water from the second diluted water. By the low pressure operation of the reverse osmosis unit 50, the desalination apparatus 100 of the first embodiment can reduce energy consumption required for the production of whole fresh water.

또한, 원수가 매우 고농도인 경우, 원수의 삼투압이 매우 높기 때문에 기존의 역삼투 공정으로는 처리가 불가능하다. 그런데 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 삼투압 평형 유닛(U1)을 이용하여 고농도 원수를 2차에 걸쳐 희석시킨 후 역삼투 유닛(50)을 이용하여 담수를 생산할 수 있으므로, 기존에 처리가 불가능한 범위의 농도까지 담수화 처리가 가능하다.In addition, when the raw water is at a very high concentration, the osmotic pressure of the raw water is very high, and thus it is impossible to treat it with the conventional reverse osmosis process. However, since the desalination apparatus 100 of the first embodiment can produce fresh water using the reverse osmosis unit 50 after diluting the high-concentration raw water two times using the osmotic pressure equilibrium unit U1, the existing treatment is impossible. Desalination treatment is possible up to a range of concentrations.

한편, 제1 출구(OP1)에서 배출되는 제1 농축수는 배관과 제1 유닛(10)의 압력 손실을 제외하고 제1 입구(IP1)로 투입된 원수 압력(제1 압력)의 대부분을 유지한다. 제1 에너지 변환장치(61)는 제1 농축수 배출관(L5)에 설치될 수 있고, 제1 펌프(P1) 전단의 원수 공급관(L1)으로부터 분기된 제2 원수 분기관(L6)이 제1 에너지 변환장치(61)를 거쳐 제1 펌프(P1) 후단의 원수 공급관(L1)에 접속될 수 있다.On the other hand, the first concentrated water discharged from the first outlet OP1 maintains most of the raw water pressure (first pressure) injected into the first inlet IP1 except for the pressure loss of the pipe and the first unit 10. . The first energy conversion device 61 may be installed in the first concentrated water discharge pipe L5, and the second raw water branch pipe L6 branched from the raw water supply pipe L1 at the front end of the first pump P1 is the first It may be connected to the raw water supply pipe L1 at the rear end of the first pump P1 through the energy conversion device 61.

제1 에너지 변환장치(61)는 직접 전달식 에너지 변환장치로서, 고압의 제1 농축수와 저압의 원수를 접촉시켜 제1 농축수의 고압 에너지를 원수 측에 전달함으로써 원수의 압력을 높인다. 제1 에너지 변환장치(61)는 제1 펌프(P1)의 부하를 줄여 제1 펌프(P1) 가동에 필요한 에너지 소비를 낮출 수 있다.The first energy conversion device 61 is a direct transmission type energy conversion device, and increases the pressure of the raw water by contacting the high-pressure first concentrated water and the low-pressure raw water to deliver the high-pressure energy of the first concentrated water to the raw water side. The first energy conversion device 61 may reduce the load of the first pump P1 to reduce energy consumption required to operate the first pump P1.

제3 출구(OP3)에서 배출되는 제2 농축수 또한 배관과 제2 유닛(20)의 압력 손실을 제외하고 제3 입구(IP3)로 투입된 원수 압력(제1 압력)의 대부분을 유지한다. 제2 농축수 배출관(L7)은 제3 출구(OP3)와 제1 펌프(P1) 전단의 원수 공급관(L1)을 연결할 수 있으며, 제2 에너지 변환장치(62)가 제2 농축수 배출관(L7)에 설치될 수 있다.The second concentrated water discharged from the third outlet OP3 also maintains most of the raw water pressure (first pressure) injected into the third inlet IP3 except for the pressure loss of the pipe and the second unit 20. The second concentrated water discharge pipe L7 may connect the third outlet OP3 and the raw water supply pipe L1 in front of the first pump P1, and the second energy conversion device 62 may connect the second concentrated water discharge pipe L7. ) Can be installed.

제2 에너지 변환장치(62)는 원심식 에너지 변환장치로서, 제2 농축수가 가지고 있는 압력 에너지를 전기 에너지로 전환한다. 제2 에너지 변환장치(62)에서 생산된 전기 에너지는 제1 펌프(P1)를 가동시키는데 사용될 수 있다. 제2 에너지 변환장치(62)를 거친 제2 농축수는 저압수이며, 원수 공급관(L1)에 투입되어 재사용될 수 있다.The second energy conversion device 62 is a centrifugal energy conversion device and converts pressure energy of the second concentrated water into electrical energy. The electric energy produced by the second energy conversion device 62 may be used to operate the first pump P1. The second concentrated water that has passed through the second energy conversion device 62 is low-pressure water, and can be reused by being injected into the raw water supply pipe L1.

제7 출구(OP7)에서 배출되는 제3 농축수 또한 배관과 역삼투 유닛(50)의 압력 손실을 제외하고 제7 입구(IP7)로 투입된 제2 희석수 압력의 대부분을 유지한다. 제3 에너지 변환장치(63)는 제3 농축수 배출관(L8)에 설치될 수 있으며, 제3 농축수가 가지고 있는 압력 에너지를 전기 에너지로 전환하여 제2 펌프(P2)를 가동시키는데 사용될 수 있다. The third concentrated water discharged from the seventh outlet OP7 also maintains most of the pressure of the second dilution water injected into the seventh inlet IP7 except for the pressure loss of the pipe and the reverse osmosis unit 50. The third energy conversion device 63 may be installed in the third concentrated water discharge pipe L8, and may be used to operate the second pump P2 by converting pressure energy of the third concentrated water into electrical energy.

한편, 전술한 제1 실시예의 담수화 장치(100)에서 제1 유닛(10)과 제2 유닛(20)의 병렬-직렬 조합은 원수로부터 제2 희석수를 뽑아내는 삼투압 평형 공정에서 물 투과량을 증가시키는 기능을 한다. 압력용기는 '베셀(vessel)'로도 지칭되고, 모듈은 '엘리먼트(element)'로도 지칭된다.On the other hand, the parallel-series combination of the first unit 10 and the second unit 20 in the desalination apparatus 100 of the first embodiment described above increases the amount of water permeation in the osmotic pressure equilibration process in which the second dilution water is extracted from the raw water. It functions to let you know. Pressure vessels are also referred to as'vessels', and modules are also referred to as'elements'.

도 2는 비교예에 따른 담수화 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a desalination apparatus according to a comparative example.

도 2를 참고하면, 비교예의 담수화 장치는 하나의 삼투압 평형 유닛(70), 제1 펌프(P1), 감압 레귤레이터(40), 제2 펌프(P2), 및 역삼투 유닛(50)을 포함한다. 삼투압 평형 유닛(70)은 원수로부터 제1 농축수와 희석수를 분리시키고, 역삼투 유닛(50)은 희석수로부터 제2 농축수와 생산수(담수)를 분리시킨다.2, the desalination apparatus of the comparative example includes one osmotic pressure equalization unit 70, a first pump P1, a pressure reducing regulator 40, a second pump P2, and a reverse osmosis unit 50. . The osmotic pressure equilibration unit 70 separates the first concentrated water and the diluted water from the raw water, and the reverse osmosis unit 50 separates the second concentrated water and the product water (fresh water) from the diluted water.

도 3은 도 2에 도시한 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 구성도이다.3 is a block diagram of an osmotic pressure equilibration unit in the desalination apparatus shown in FIG. 2.

도 2와 도 3을 참고하면, 삼투압 평형 유닛(70)은 하나의 압력용기(71) 내부에 대략 5개 내지 7개의 모듈이 직렬 배치된 구성으로 이루어진다. 도 3에서는 6개의 모듈(72a~72f)을 구비한 삼투압 평형 유닛(70)을 예로 들어 도시하였다.Referring to FIGS. 2 and 3, the osmotic pressure equalization unit 70 has a configuration in which approximately 5 to 7 modules are arranged in series in one pressure vessel 71. In FIG. 3, an osmotic pressure balance unit 70 provided with six modules 72a to 72f is illustrated as an example.

각각의 모듈(72a~72f)에는 분리막에 의해 구획된 고압 유로와 저압 유로가 위치하고, 모듈(72a~72f) 전체에서 고압 유로끼리 서로 연결되며, 저압 유로끼리 서로 연결된다.In each of the modules 72a to 72f, a high-pressure flow path and a low-pressure flow path partitioned by a separator are located, and the high-pressure flow paths are connected to each other throughout the modules 72a-72f, and the low-pressure flow paths are connected to each other.

제1 펌프(P1)에 의해 제1 압력으로 가압된 원수는 첫번째 모듈(72a)의 제1 입구(IP1)로 투입되어 6개 모듈(72a~72f)의 고압 유로를 차례로 거친다. 이와 동시에 감압 레귤레이터(40)에 의해 제2 압력으로 저감된 원수가 첫번째 모듈(72a)의 제2 입구(IP2)로 투입되어 6개 모듈(72a~72f)의 저압 유로를 차례로 거친다. 마지막 모듈(72f)의 제1 출구(OP1)에서 고압의 제1 농축수가 배출되고, 마지막 모듈(72f)의 제2 출구(OP2)에서 저압의 희석수가 배출된다.The raw water pressurized to the first pressure by the first pump P1 is introduced into the first inlet IP1 of the first module 72a and sequentially passes through the high-pressure flow paths of the six modules 72a to 72f. At the same time, the raw water reduced to the second pressure by the decompression regulator 40 is introduced into the second inlet IP2 of the first module 72a and sequentially passes through the low pressure flow paths of the six modules 72a to 72f. The high-pressure first concentrated water is discharged from the first outlet OP1 of the last module 72f, and the low-pressure diluted water is discharged from the second outlet OP2 of the last module 72f.

그런데 복수의 모듈(72a~72f)이 직렬 배치된 구성에서는 제1 및 제2 입구(IP1, IP2)에서 멀어질수록 물 투과에 의해 분리막(73) 양측의 농도차가 점진적으로 커지며, 마지막 모듈(72f)에서 분리막(73) 양측의 농도차는 최대가 된다. 이때 분리막(71)의 물 투과량은 분리막(73) 양측의 농도차에 반비례한다. 따라서 제1 및 제2 입구(IP1, IP2)에서 멀어질수록 분리막(73)의 물 투과량이 적어지며, 마지막 모듈(72f)에서 물 투과량이 크게 감소한다.However, in a configuration in which a plurality of modules 72a to 72f are arranged in series, the difference in concentration on both sides of the separator 73 gradually increases due to water permeation as the distance from the first and second inlets IP1 and IP2 increases, and the last module 72f ), the difference in concentration between both sides of the separation membrane 73 becomes maximum. At this time, the water permeation amount of the separation membrane 71 is in inverse proportion to the difference in concentration between both sides of the separation membrane 73. Accordingly, as the distance from the first and second inlets IP1 and IP2 increases, the water permeation amount of the separation membrane 73 decreases, and the water permeation amount in the last module 72f decreases significantly.

도 4는 도 1에 도시한 제1 실시예의 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 구성도이다.4 is a block diagram of an osmotic pressure equilibration unit in the desalination apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1.

도 1과 도 4를 참고하면, 제1 유닛(10)과 제2 유닛(20) 각각은 하나의 압력용기(12, 22) 내부에 대략 2개 내지 6개의 모듈이 직렬 배치된 구성일 수 있다. 도 4에서는 제1 유닛(10)에 3개의 모듈(13a, 13b, 13c)이 위치하고, 제2 유닛(20)에 3개의 모듈(23a, 23b, 23c)이 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 모듈의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다. 이 경우, 전체 삼투압 평형 유닛(U1)의 모듈 개수는 비교예의 모듈 개수와 동일하다.1 and 4, each of the first unit 10 and the second unit 20 may have a configuration in which approximately 2 to 6 modules are arranged in series inside one pressure vessel 12, 22. . In FIG. 4, the case where three modules 13a, 13b, and 13c are located in the first unit 10 and three modules 23a, 23b, and 23c are located in the second unit 20 is illustrated as an example. The number of modules is not limited to the illustrated example. In this case, the number of modules in the total osmotic pressure balance unit U1 is the same as the number of modules in the comparative example.

제1 유닛(10)의 제1 유로(C1)는 제2 유닛(20)의 제3 유로(C3)와 병렬로 연결되어 제1 압력의 원수가 제1 유로(C1)와 제3 유로(C3)에 동시에 공급된다. 그리고 제1 유닛(10)의 제2 유로(C2)와 제2 유닛(20)의 제4 유로(C4)는 직렬로 연결되어 제2 유로(C2)에서 배출된 제1 희석수가 제4 유로(C4)에 공급된다.The first flow path C1 of the first unit 10 is connected in parallel with the third flow path C3 of the second unit 20 so that the raw water of the first pressure is the first flow path C1 and the third flow path C3. ) Are supplied at the same time. In addition, the second flow path C2 of the first unit 10 and the fourth flow path C4 of the second unit 20 are connected in series, so that the first dilution water discharged from the second flow path C2 is connected to the fourth flow path ( It is supplied to C4).

제1 유닛(10)에서 두 개의 입구(IP1, IP2)로부터 멀어질수록 물 투과에 의해 제1 분리막(11) 양측의 농도차가 커지지만, 제1 분리막(11) 양측의 최대 농도차는 비교예의 최대 농도차보다 작다. 그리고 제3 유로(C3)에 농축수 대신 원수가 공급됨에 따라, 제2 유닛(20)의 입구 측에서 제2 분리막(21) 양측의 농도차는 제1 유닛(10)의 최대 농도차보다 작으며, 제2 유닛(20)의 출구 측에서 제2 분리막(21) 양측의 농도차는 비교예의 최대 농도차보다 작다.As the distance from the two inlets (IP1, IP2) in the first unit 10 increases, the difference in concentration on both sides of the first separation membrane 11 increases due to water permeation, but the maximum concentration difference between both sides of the first separation membrane 11 is the maximum in the comparative example. It is less than the difference in concentration. And as raw water instead of concentrated water is supplied to the third flow path C3, the concentration difference between the two sides of the second separation membrane 21 at the inlet side of the second unit 20 is smaller than the maximum concentration difference of the first unit 10 , The concentration difference between the two sides of the second separation membrane 21 at the outlet side of the second unit 20 is smaller than the maximum concentration difference in the comparative example.

이와 같이 제1 실시예의 담수화 장치(100)는 제1 유닛(10)과 제2 유닛(20)의 병렬-직렬 조합에 의해 제1 및 제2 분리막(11, 21) 양측의 농도차를 줄여 전체적인 물 투과량을 늘릴 수 있다. 삼투압 평형 유닛(U1)의 물 투과량 증가는 최종 생산되는 생산수(담수)량 증가로 이어진다. 에너지 소모량(kWh/m3)은 소모되는 에너지(kW)를 생산수의 유량(m3/h)로 나눈 것이므로, 생산수량이 증가하면 에너지 소모량도 줄일 수 있다.As described above, the desalination apparatus 100 of the first embodiment reduces the concentration difference between both sides of the first and second separators 11 and 21 by a parallel-series combination of the first unit 10 and the second unit 20 to reduce the overall concentration. The amount of water permeation can be increased. The increase in the amount of water permeation of the osmotic pressure equilibration unit U1 leads to an increase in the amount of finally produced water (fresh water). Since the energy consumption (kWh/m 3 ) is the energy consumed (kW) divided by the flow rate of the produced water (m 3 /h), the energy consumption can be reduced as the production quantity increases.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 담수화 장치의 구성도이고, 도 6은 도 5에 도시한 담수화 장치 중 삼투압 평형 유닛의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a desalination apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram of an osmotic pressure balance unit among the desalination apparatus shown in FIG. 5.

도 5와 도 6을 참고하면, 제2 실시예의 담수화 장치(200)에서 삼투압 평형 유닛(U2)은 제1 유닛(10)과 제2 유닛(20) 및 제3 유닛(30)으로 구성된다. 제3 유닛(30)은 제5 유로(C5)와 제6 유로(C6)를 구획하는 제3 분리막(31)을 포함한다. 제5 유로(C5)는 제5 입구(IP5) 및 제5 출구(OP5)와 연결되고, 제6 유로(C6)는 제6 입구(IP6) 및 제6 출구(OP6)와 연결된다. 제5 입구(IP5)와 제6 입구(IP6)는 같은 측에 위치하며, 제5 출구(OP5)와 제6 출구(OP6)는 같은 측에 위치한다.5 and 6, in the desalination apparatus 200 of the second embodiment, the osmotic pressure equilibration unit U2 includes a first unit 10, a second unit 20, and a third unit 30. The third unit 30 includes a third separator 31 partitioning the fifth flow path C5 and the sixth flow path C6. The fifth flow path C5 is connected to the fifth inlet IP5 and the fifth outlet OP5, and the sixth flow path C6 is connected to the sixth inlet IP6 and the sixth outlet OP6. The fifth inlet IP5 and the sixth inlet IP6 are positioned on the same side, and the fifth outlet OP5 and the sixth outlet OP6 are positioned on the same side.

제1 유로(C1)와 제3 유로(C3) 및 제5 유로(C5)는 병렬로 연결되고, 제2 유로(C2)와 제4 유로(C4) 및 제6 유로(C6)는 직렬로 연결된다. 이를 위해 원수 공급관(L1)이 원수 공급원으로부터 제1 입구(IP1)와 제3 입구(IP3) 및 제5 입구(IP5) 각각으로 분기되어 이들 입구에 접속된다. 그리고 제1 희석수 배출관(L3)이 제2 출구(OP2)와 제4 입구(IP4)를 연결하고, 제2 희석수 배출관(L4)이 제4 출구(OP4)와 제6 입구(IP6)를 연결한다.The first flow path C1, the third flow path C3, and the fifth flow path C5 are connected in parallel, and the second flow path C2, the fourth flow path C4, and the sixth flow path C6 are connected in series. do. To this end, the raw water supply pipe L1 is branched from the raw water supply source to each of the first inlet IP1, the third inlet IP3 and the fifth inlet IP5, and is connected to these inlets. And the first dilution water discharge pipe (L3) connects the second outlet (OP2) and the fourth inlet (IP4), and the second dilution water discharge pipe (L4) connects the fourth outlet (OP4) and the sixth inlet (IP6). Connect.

제1 펌프(P1)에 의해 제1 압력으로 가압된 원수는 제1 유로(C1)와 제3 유로(C3) 및 제5 유로(C5)에 나누어 공급되고, 감압 레귤레이터(40)에 의해 제2 압력으로 저감된 원수는 제2 유로(C2)와 제4 유로(C4) 및 제6 유로(C6)를 차례로 통과한다. 제1 유닛(10)은 고압의 제1 농축수와 저압의 제1 희석수를 배출하고, 제2 유닛(20)은 고압의 제2 농축수와 저압의 제2 희석수를 배출한다. 제3 유닛(30)은 고압의 제3 농축수와 저압의 제3 희석수를 배출한다.The raw water pressurized by the first pressure by the first pump P1 is dividedly supplied to the first flow path C1, the third flow path C3, and the fifth flow path C5, and is supplied to the second flow path by the pressure reducing regulator 40. The raw water reduced by the pressure passes through the second flow path C2, the fourth flow path C4, and the sixth flow path C6 in order. The first unit 10 discharges the high-pressure first concentrated water and the low-pressure first dilution water, and the second unit 20 discharges the high-pressure second concentrated water and the low-pressure second dilution water. The third unit 30 discharges the high-pressure third concentrated water and the low-pressure third dilution water.

제3 희석수 배출관(L9)이 제6 출구(OP6)와 역삼투 유닛(50)의 제7 입구(IP7)를 연결할 수 있으며, 제2 펌프(P2)가 제3 희석수를 제3 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 가압하여 역삼투 유닛(50)의 제7 유로(C7)에 공급할 수 있다. 역삼투 유닛(50)은 제3 희석수를 고압의 제4 농축수와 저압의 생산수(담수)로 분리시킨다.The third dilution water discharge pipe L9 can connect the sixth outlet OP6 and the seventh inlet IP7 of the reverse osmosis unit 50, and the second pump P2 transfers the third dilution water to the third dilution water. It can be supplied to the seventh flow path (C7) of the reverse osmosis unit 50 by pressing at a pressure higher than the osmotic pressure of. The reverse osmosis unit 50 separates the third dilution water into high-pressure fourth concentrated water and low-pressure product water (fresh water).

제2 에너지 변환장치(62)는 제2 및 제3 농축수가 가진 압력 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있고, 변환된 전기 에너지는 제1 펌프(P1)를 가동하는데 사용될 수 있다. 제3 에너지 변환장치(63)는 제4 농축수가 가진 압력 에너지를 전기 에너지로 전환할 수 있으며, 변환된 전기 에너지는 제2 펌프(P2)를 가동하는데 사용될 수 있다.The second energy conversion device 62 may convert pressure energy of the second and third concentrated water into electrical energy, and the converted electrical energy may be used to operate the first pump P1. The third energy conversion device 63 may convert pressure energy of the fourth concentrated water into electrical energy, and the converted electrical energy may be used to operate the second pump P2.

제1 유닛(10)과 제2 유닛(20) 및 제3 유닛(30) 각각은 하나의 압력용기(12, 22, 32) 내부에 대략 2개 내지 6개의 모듈이 직렬 배치된 구성일 수 있다. 도 6에서는 제1 유닛(10)에 2개의 모듈(13a, 13b)이 위치하고, 제2 유닛(20)에 2개의 모듈(23a, 23b)이 위치하며, 제3 유닛(30)에 2개의 모듈(33a, 33b)이 위치하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 모듈의 개수는 도시한 예시로 한정되지 않는다. 이 경우, 전체 삼투압 평형 유닛(U2)의 모듈 개수는 비교예의 모듈 개수와 동일하다.Each of the first unit 10, the second unit 20, and the third unit 30 may have a configuration in which approximately 2 to 6 modules are arranged in series inside one pressure vessel 12, 22, 32. . In FIG. 6, two modules 13a and 13b are located in the first unit 10, two modules 23a and 23b are located in the second unit 20, and two modules are located in the third unit 30. The case where (33a, 33b) is located is illustrated as an example, but the number of modules is not limited to the illustrated example. In this case, the number of modules in the total osmotic pressure balance unit U2 is the same as the number of modules in the comparative example.

제1 유닛(10)의 입구 측에서 제1 분리막(11) 양측의 농도차는 0이며, 입구로부터 멀어질수록 물 투과에 의해 제1 분리막(11) 양측의 농도차가 커지나, 2개의 모듈(13a, 13b)로 구성된 제1 유닛(10)에서의 농도차는 비교예의 최대 농도차보다 작다.The concentration difference between both sides of the first separation membrane 11 from the inlet side of the first unit 10 is 0, and the difference in concentration between both sides of the first separation membrane 11 increases due to water permeation as the distance from the inlet increases, but the two modules 13a, The concentration difference in the first unit 10 composed of 13b) is smaller than the maximum concentration difference in the comparative example.

제2 유닛(20)의 입구 측에서 제2 분리막(21) 양측의 농도차는 제1 유닛(10)의 출구 측에서 측정되는 농도차보다 작고, 입구로부터 멀어질수록 물 투과에 의해 제2 분리막(22) 양측의 농도차가 커지나, 2개의 모듈(23a, 23b)로 구성된 제2 유닛(20)에서의 농도차는 비교예의 최대 농도차보다 작다.The concentration difference between the two sides of the second separation membrane 21 from the inlet side of the second unit 20 is smaller than the difference in concentration measured at the outlet side of the first unit 10, and the further away from the inlet side, the second separation membrane ( 22) The concentration difference between both sides increases, but the concentration difference in the second unit 20 composed of two modules 23a and 23b is smaller than the maximum concentration difference in the comparative example.

마찬가지로 제3 유닛(30)의 입구 측에서 제3 분리막(31) 양측의 농도차는 제2 유닛(20)의 출구 측에서 측정되는 농도차보다 작고, 입구로부터 멀어질수록 물 투과에 의해 제3 분리막(31) 양측의 농도차가 커지나, 2개의 모듈(33a, 33b)로 구성된 제3 유닛(30)에서의 농도차는 비교예의 최대 농도차보다 작다.Likewise, the difference in concentration between the inlet side of the third unit 30 and the two sides of the third separation membrane 31 is smaller than the difference in concentration measured at the outlet side of the second unit 20, and the further away from the inlet, the third separation membrane is caused by water permeation. (31) The concentration difference between both sides increases, but the concentration difference in the third unit 30 composed of two modules 33a and 33b is smaller than the maximum concentration difference in the comparative example.

이와 같이 제2 실시예의 담수화 장치(200)는 제1 내지 제3 유닛(10, 20, 30)의 병렬-직렬 조합에 의해 분리막(11, 21, 31) 양측의 농도차를 줄여 전체적인 물 투과량을 늘릴 수 있다. 제2 실시예의 담수화 장치(200)는 제3 유닛(30)이 추가된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 동일 또는 유사한 구성으로 이루어진다.As described above, the desalination apparatus 200 of the second embodiment reduces the difference in concentration on both sides of the separation membranes 11, 21, 31 by a parallel-series combination of the first to third units 10, 20, and 30 to reduce the overall water permeation amount. Can be increased. The desalination apparatus 200 of the second embodiment has the same or similar configuration as the first embodiment, except that the third unit 30 is added.

전술한 제1 및 제2 실시예의 담수화 장치(100, 200)에서, 각각의 모듈은 와권형 막 모듈(spiral wound membrane module)로 구성될 수 있으나, 이러한 예시로 한정되지 않는다. 와권형 막 모듈은 파이프에 고정된 복수의 스페이서와 복수의 분리막 적층체가 둥글게 말린 상태로 압력용기에 수용되는 구성으로 이루어진다.In the desalination apparatuses 100 and 200 of the first and second embodiments described above, each module may be configured as a spiral wound membrane module, but is not limited to this example. The spiral wound membrane module has a configuration in which a plurality of spacers fixed to a pipe and a plurality of separator stacks are rolled and accommodated in a pressure vessel.

저압측 스페이서를 사이에 두고 적층된 두 개의 분리막으로 이루어진 인벨로프(envelop)의 내부는 파이프 내부와 통하며, 인벨로프 외측에 고압측 스페이서가 위치한다. 제1 압력의 원수는 인벨로프 바깥의 고압측 스페이서를 따라 흐르고, 제2 압력의 원수는 파이프 내부와 인벨로프의 내부를 따라 흐른다. 와권형 막 모듈 자체는 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.The inside of the envelope made of two separators stacked with the low-pressure spacer interposed therebetween communicates with the inside of the pipe, and the high-pressure spacer is located outside the envelope. The raw water of the first pressure flows along the high-pressure side spacer outside the envelope, and the raw water of the second pressure flows along the inside of the pipe and the envelope. Since the spiral wound membrane module itself is a known technology, a detailed description will be omitted.

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: 담수화 장치 U1, U2, 70: 삼투압 평형 유닛
10, 20, 30: 제1, 제2, 제3 유닛
11, 21, 31: 제1, 제2, 제3 분리막
40: 감압 레귤레이터 50: 역삼투 유닛
61, 62, 63: 제1, 제2, 제3 에너지 변환장치
P1, P2: 제1, 제2 펌프 C1~C8: 제1~제8 유로
12, 22, 32, 71: 압력용기
13a, 13b, 13c, 23a, 23b, 23c, 33a, 33b, 72a~72f: 모듈100, 200: desalination device U1, U2, 70: osmotic pressure equilibration unit
10, 20, 30: 1st, 2nd, 3rd unit
11, 21, 31: first, second, and third separators
40: reduced pressure regulator 50: reverse osmosis unit
61, 62, 63: first, second, and third energy conversion devices
P1, P2: 1st, 2nd pump C1~C8: 1st~8th flow path
12, 22, 32, 71: pressure vessel
13a, 13b, 13c, 23a, 23b, 23c, 33a, 33b, 72a~72f: module

Claims (10)

제1 유로와 제2 유로를 구획하는 제1 분리막을 구비한 제1 유닛과, 제3 유로와 제4 유로를 구획하는 제2 분리막을 구비한 제2 유닛을 포함하며, 제1 유로와 제3 유로가 병렬 접속되고, 제2 유로와 제4 유로가 직렬 접속된 삼투압 평형 유닛;
원수를 제1 압력으로 가압하여 상기 제1 유로와 상기 제3 유로에 동시 공급하는 펌프; 및
상기 제1 압력의 원수를 제2 압력으로 낮추어 상기 제2 유로에 공급하는 감압 레귤레이터;를 포함하는 담수화 장치.A first unit having a first separation membrane that divides the first flow path and the second flow path, and a second unit having a second separation membrane that divides the third flow path and the fourth flow path, and the first flow path and the third flow path. An osmotic pressure balance unit in which flow paths are connected in parallel and a second flow path and a fourth flow path are connected in series;
A pump for simultaneously supplying raw water to the first flow path and the third flow path by pressurizing the raw water at a first pressure; And
Desalination apparatus comprising a; a pressure reducing regulator lowering the raw water of the first pressure to the second pressure to supply to the second flow path. 제1항에 있어서,
원수 공급관이 상기 제1 유로 및 상기 제3 유로의 입구에 병렬 접속되고, 상기 펌프는 상기 원수 공급관에 설치되며,
제1 원수 분기관이 상기 펌프 전단의 상기 원수 공급관과 상기 제2 유로의 입구를 연결하고, 상기 감압 레귤레이터는 상기 제1 원수 분기관에 설치되는 담수화 장치.The method of claim 1,
The raw water supply pipe is connected in parallel to the inlet of the first flow passage and the third flow passage, and the pump is installed in the raw water supply pipe,
A first raw water branch pipe connects the raw water supply pipe at a front end of the pump to an inlet of the second flow path, and the pressure reducing regulator is installed in the first raw water branch pipe. 제2항에 있어서,
상기 제2 유닛의 입구 측에서 상기 제2 분리막 양측의 농도차는 상기 제1 유닛의 출구 측에서 상기 제1 분리막 양측의 농도차보다 작은 담수화 장치.The method of claim 2,
A desalination apparatus in which a difference in concentration between both sides of the second separation membrane at the inlet side of the second unit is smaller than a difference in concentration between both sides of the first separation membrane at the outlet side of the first unit. 제2항에 있어서,
상기 제2 유로의 출구에서 배출되는 제1 희석수는 제1 희석수 배출관을 통해 상기 제4 유로의 입구로 공급되고, 상기 제4 유로의 출구에서 제2 희석수가 배출되는 담수화 장치.The method of claim 2,
The first dilution water discharged from the outlet of the second flow path is supplied to the inlet of the fourth flow path through the first dilution water discharge pipe, and the second dilution water is discharged from the outlet of the fourth flow path. 제4항에 있어서,
상기 제4 유로의 출구와 연결되고, 상기 제2 희석수를 제2 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 공급받아 농축수와 생산수로 분리 배출하는 역삼투 유닛을 더 포함하는 담수화 장치.The method of claim 4,
The desalination apparatus further comprises a reverse osmosis unit connected to the outlet of the fourth flow path, receiving the second dilution water at a pressure higher than the osmotic pressure of the second dilution water, and separately discharging the concentrated water and the produced water. 제2항에 있어서,
상기 삼투압 평형 유닛은, 제5 유로와 제6 유로를 구획하는 제3 분리막을 구비한 제3 유닛을 더 포함하고,
상기 원수 공급관은 상기 제1 유로와 상기 제3 유로 및 상기 제5 유로의 입구에 병렬 접속되며, 상기 제2 유로와 상기 제4 유로 및 상기 제6 유로는 직렬 접속되는 담수화 장치.The method of claim 2,
The osmotic pressure balance unit further includes a third unit having a third separation membrane partitioning the fifth flow path and the sixth flow path,
The raw water supply pipe is connected in parallel to entrances of the first flow path, the third flow path, and the fifth flow path, and the second flow path, the fourth flow path, and the sixth flow path are connected in series. 제6항에 있어서,
상기 제3 유닛의 입구 측에서 상기 제3 분리막 양측의 농도차는 상기 제2 유닛의 출구 측에서 상기 제2 분리막 양측의 농도차보다 작은 담수화 장치.The method of claim 6,
A desalination apparatus in which a concentration difference between both sides of the third separation membrane at the inlet side of the third unit is smaller than a difference in concentration between both sides of the second separation membrane at the outlet side of the second unit. 제6항에 있어서,
상기 제4 유로의 출구에서 배출되는 제2 희석수는 제2 희석수 배출관을 통해 상기 제6 유로의 입구로 공급되고, 상기 제6 유로의 출구에서 제3 희석수가 배출되는 담수화 장치.The method of claim 6,
The second dilution water discharged from the outlet of the fourth flow path is supplied to the inlet of the sixth flow path through the second dilution water discharge pipe, and the third dilution water is discharged from the outlet of the sixth flow path. 제8항에 있어서,
상기 제6 유로의 출구와 연결되며, 상기 제3 희석수를 제3 희석수의 삼투압보다 높은 압력으로 공급받아 농축수와 생산수로 분리 배출하는 역삼투 유닛을 더 포함하는 담수화 장치.The method of claim 8,
The desalination apparatus further comprises a reverse osmosis unit connected to the outlet of the sixth flow path, receiving the third dilution water at a pressure higher than the osmotic pressure of the third dilution water, and separately discharging the concentrated water and the produced water. 제1항에 있어서,
상기 펌프는 원수를 대략 30bar 내지 50bar의 압력으로 가압하고,
상기 감압 레귤레이터는 대략 1bar 내지 3bar의 출구 압력을 가지는 담수화 장치.The method of claim 1,
The pump pressurizes the raw water to a pressure of approximately 30 to 50 bar,
The desalination regulator has an outlet pressure of approximately 1 bar to 3 bar.
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