KR20210158631A - Apparatus for treating water - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 특히 해수를 처리하는 수처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a water treatment device, and more particularly, to a water treatment device for treating seawater.
오일(oil)이나 가스 생산(gas production) 중 웰(well)의 압력을 유지시키기 위하여, 물을 주입하는데 연안 생산(offshore production)의 경우는 해수를 수처리하여 웰에 주입하게 된다. 이때, 수처리는 부식, 마모, 스케일(scale) 방지 등의 목적으로 파티클(particle)제거, 미생물 제거, 산소 제거, 스케일(scale) 제거 등의 처리가 있다.In order to maintain the pressure of the well during oil or gas production, water is injected. In the case of offshore production, seawater is treated and injected into the well. In this case, the water treatment includes treatment such as particle removal, microorganism removal, oxygen removal, and scale removal for the purpose of preventing corrosion, abrasion, and scale.
또한, 해수 중의 2가 양이온, 예를 들어 Ca2+, Mg2+와 같은 음으로 대전된 클레이(clay)와 오일을 끌어당겨 오일과 클레이가 결합하기 때문에, 유회수(oil recovery) 효율이 낮아진다.In addition, divalent cations in seawater, for example, negatively charged clay such as Ca2+, Mg2+, and oil are attracted to the oil and clay, so that the oil recovery efficiency is lowered.
따라서, 해수 중의 2가 양이온만 선택적으로 제거하여, 유회수의 효율을 높이는 것이 용이하지 않아 담수화(desalination) 공정을 거친다. 그러나, 담수화 공정은 주로 역삼투압(RO, reverse osmosis)을 이용하여 가압하면서도 염도를 낮추는 방법을 많이 사용한다. 이때, RO 패키지(package)에는 해수가 주입되므로 해수에 의해 부식이 되지 않는 재질, 예를 들어 FRP, 내식성(corrosion resistance) 합금(alloy) 등으로 주로 만들어지게 되고, 주입된 해수는 여러 층으로 형성되는 RO 멤브레인(membrane)을 거치면서 염도가 낮아진다.Therefore, it is not easy to selectively remove only divalent cations in seawater to increase the efficiency of the recovered water, so a desalination process is performed. However, the desalination process mainly uses a method of lowering the salinity while pressurizing using reverse osmosis (RO). At this time, since seawater is injected into the RO package, it is mainly made of a material that is not corroded by seawater, for example, FRP, corrosion resistance alloy, etc., and the injected seawater is formed in several layers The salinity decreases as it passes through the RO membrane.
그러나 해수의 부식이 발생하지 않는 이러한 재질들은 고가의 재질로 재료비용이 증가하고, 지속적으로 압력을 가하기 위한 전력을 필요로 한다. 또한, 여러층의 멤브레인을 필요로 하여 장비가 복잡하고 부피가 커진다. However, these materials, which do not cause corrosion of seawater, are expensive materials, increase material cost, and require power to continuously apply pressure. In addition, multiple layers of membranes are required, which makes the equipment complex and bulky.
따라서, 본 발명은 해수의 부식으로부터 안전하면서도, 재료비가 저렴한 해수 처리용 수처리 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a water treatment apparatus for seawater treatment that is safe from corrosion of seawater and inexpensive in material cost.
본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치는 반응 챔버, 반응 챔버에 설치되며 서로 다른 극성의 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부, 반응 챔버의 상부에 설치되어 있는 워터젯 장치를 포함한다. A water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes a reaction chamber, an electrode unit installed in the reaction chamber and including first and second electrodes having different polarities, and a waterjet apparatus installed on the upper portion of the reaction chamber.
상기 제1 전극과 제2 전극은 반응 챔버의 깊이 방향으로 길이가 긴 막대형일 수 있다.The first electrode and the second electrode may have a long rod shape in the depth direction of the reaction chamber.
상기 제1 전극은 상기 반응 챔버의 중앙에 위치하고, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치될 수 있다.The first electrode may be positioned at a center of the reaction chamber, and the second electrode may be disposed to surround the first electrode.
상기 워터젯 장치는 상기 반응 챔버의 내주면을 따라서 원형으로 배치된 배관 및, 배관에 연결되어 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 향해서 고압의 물을 분사하는 복수의 노즐을 포함할 수 있다.The waterjet apparatus may include a pipe arranged in a circle along an inner circumferential surface of the reaction chamber, and a plurality of nozzles connected to the pipe to spray high pressure water toward the first electrode or the second electrode.
상기 워터젯 장치는 상기 반응 챔버를 상하방향으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.The waterjet device may be installed to move the reaction chamber in a vertical direction.
본 발명의 일 실시예에서와 같이 전기화학적 공정을 이용하면 해수에서 선택적으로 양이온을 제거할 수 있어 수처리 비용을 줄일 수 있다.As in an embodiment of the present invention, by using the electrochemical process, it is possible to selectively remove cations from seawater, thereby reducing the cost of water treatment.
또한, 고가의 부식 방지용 물질을 사용하지 않아 수처리 장치를 제조하는 비용을 줄일 수 있다.In addition, it is possible to reduce the cost of manufacturing a water treatment device by not using an expensive corrosion-preventing material.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 개략적인 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 포함된 워터젯 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams for explaining the waterjet device included in FIG. 1 .
4 and 5 are views for explaining a water treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치의 개략적인 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 포함된 워터젯 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.1 is a schematic diagram of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are views for explaining the waterjet apparatus included in FIG. 1 , and FIGS. 4 and 5 are another embodiment of the present invention It is a figure for demonstrating the water treatment apparatus according to an example.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수처리 장치는 반응 챔버(10), 반응 챔버(10) 내에 설치되어 있는 전극부(20), 반응 챔버(10)의 하부에 연결되어 있는 여과 장치(30), 반응 챔버(10)의 상부에 설치되어 있는 워터젯(water jet) 장치(40)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , the water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is connected to the
반응 챔버(10)는 유체가 유입되고 반응이 일어나는 밀폐된 공간을 제공하는 것으로, 반응 챔버(10)에는 반응 유체가 유입 및 배출되는 유입구(11)와 배출구(12, 13)가 연결되어 있다.The
유입구(11)는 반응 챔버(10)의 하부 또는 하부측면에 위치하고, 배출구(12, 13)는 반응 챔버(10)의 바닥 또는 하부 측면으로 유입구(11)보다 더 아래에 위치할 수 있다. The inlet 11 may be located at the lower or lower side of the
배출구(12, 13)는 제1 배출구(12)와 제2 배출구(13)를 포함하며, 여과된 해수가 배출되는 제1 배출구(12)와 세척수가 배출되는 제2 배출구(13)를 포함한다. 이때, 해수는 여과 장치(30)를 통해서 배출될 수 있다. 여과 장치(30)는 필터, 멤브레인 등을 포함할 수 있으며, 반응 챔버에서 반응 후 생성되는 석회물질(Calcareous deposit)을 제거할 수 있다.The
반응 챔버(10) 내의 화학 반응에 따라서 기체, 예를 들어 수소가 발생될 수 있으며, 기체는 반응 챔버(10)의 상부에 설치된 배기관(51)을 통해서 배출될 수 있다. 배기관(51)에는 기체 포집 장치(61)가 연결될 수 있으며, 수소가 배출될 경우 기체 포집 장치(61)는 에너지 전환 장치(62)와 연결될 수 있다. 에너지 전환 장치(62)는 포집 장치(61)에 포집된 수소 기체를 연료로 하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.A gas, for example, hydrogen, may be generated according to a chemical reaction in the
전극부(20)는 서로 다른 극성의 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 포함하고, 제1 전극(21)은 양극이고 제2 전극(22)은 음극일 수 있다. 제1 전극(21)은 불용성 양극으로 예를 들어, 산화티타늄으로 이루어질 수 있으며, 제2 전극(22)은 철 등의 금속으로 이루어질 수 있다. The
제1 전극(21)과 제2 전극(22)은 일방향, 즉 반응 챔버(10)의 깊이 방향으로 길이가 긴 막대형일 수 있다. 제1 전극(21)은 반응 챔버(10)의 중심에 위치하고, 제2 전극(22)은 복수로 일정한 간격을 두고 배치될 수 있으며, 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극(22)은 제1 전극(21)을 둘러싸도록 배치될 수 있다.The
제1 전극(21) 및 제2 전극(22)은 판상, 원기둥 형태 뿐 아니라, 표면적을 넓히기 위해서 T-type 형태, 튜브 형태, 매쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다.The
전극부(20)는 반응 챔버(10)의 외부에 설치되는 모터(63)와 연결되어 회전될 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에서와 같이, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)을 설치하면 강제 전류 인가 방식(Impressed Current Cathodic Protection)을 이용하여 용이하게 해수의 양이온을 제거할 수 있다. As in one embodiment of the present invention, when the
반응 챔버(10)에 해수를 채운 후, 제1 전극(21)과 제2 전극(22)에 전류가 흐르면 해수 내에는 [반응식 1] 및 [반응식 2]의 반응이 일어난다.After filling the
[반응식 1][Scheme 1]
H2O + 1/2 O2 + 2e- →2OH- H 2 O + 1/2 O 2 + 2e - →2OH -
[반응식 2][Scheme 2]
2H2O + 2e- →2OH- + H2 2H 2 O + 2e - →2OH - + H 2
이때, 발생되는 수소는 반응 챔버(10)의 상부를 통해서 외부로 배출된 후 포집 장치(61)에 모아진다.At this time, the generated hydrogen is discharged to the outside through the upper part of the
[반응식 1]에서 발생되는 OH-는 [반응식 3]과 같이 해수의 Mg2+와 반응하여 제2 전극(22) 표면에 Mg(OH)2가 생성된다.OH- generated in [Scheme 1] reacts with Mg 2+ of seawater as in [Scheme 3] to generate Mg(OH) 2 on the surface of the
Mg2+ + 2OH- →Mg(OH)2 [반응식 3]Mg 2+ + 2OH - →Mg(OH) 2 [Scheme 3]
Mg(OH)2의 생성으로 인해서, 제2 전극(22) 표면의 pH가 변화하고 이에 따라 [반응식 4]와 같이 해수의 Ca2+와 CO3 2-가 반응하여 제2 전극(22) 표면에 CaCo3가 생성된다. Due to the generation of Mg(OH) 2 , the pH of the surface of the
Ca2+ + CO3 2- → CaCO3 [반응식 4]Ca 2+ + CO 3 2- → CaCO 3 [Scheme 4]
이상의 반응식을 통해서 해수 내의 양이온들은 Mg(OH)2 와 CaCO3 로 변환되고, 이들을 제거함으로써 양이온이 제거된 해수를 얻을 수 있다. 이때, 반응 챔버(10)에 설치된 농도 측정기(도시하지 않음)를 통해서 해수 내의 양이온 농도를 측정한 후 배출될 수 있다. Cations in seawater are converted to Mg(OH) 2 and CaCO 3 through the above reaction formula, and by removing them, seawater from which cations are removed can be obtained. At this time, the cation concentration in the seawater may be measured through a concentration meter (not shown) installed in the
이상의 반응식을 통해서 생성된 Mg(OH)2 와 CaCO3 는 전극(20)의 표면에 부착되며, 이들에 의해서 더 이상의 반응이 진행되지 않을 수 있다. Mg(OH) 2 and CaCO 3 generated through the above reaction formula are attached to the surface of the
따라서, 워터젯 장치(40)를 통해서 전극(20) 표면을 세척할 수 있다. 전기 화학적 반응이 지속적으로 진행되는 동안에는 전극 표면 증착물이 없더라도 부식 현상이 발생되지 않는다.Accordingly, the surface of the
세척은 음극인 제2 전극(22)의 표면에 증착물로 덮여 반응 속도가 일정이상으로 느려지거나, 농도 측정기를 통해 측정한 농도의 변화가 일정한 수준 이하로 떨어질 경우 진행될 수 있다.Cleaning may be performed when the surface of the
워터젯 장치(40)는 전극부(20)의 표면을 세척하기 것으로, 고압세척수를 전극부(20) 표면에 분사하여 전극부(20)의 표면으로부터 증착물을 분리시킨다. The
도 1 내지 도 3을 참조하면, 워터젯 장치(40)는 물이 이동하는 배관(41)과 배관의 하부에 연결되어 물이 외부로 분사되는 복수의 노즐(42)을 포함하고, 고압세척수를 공급하기 위한 고압펌프장치(43)를 포함한다. 1 to 3 , the
배관(41)은 고압펌프장치(43)와 노즐(42) 사이에 설치되며, 고압펌프장치(43)를 통해서 공급되는 세척수를 노즐(42)로 전달한다. 배관(41)은 반응 챔버(10)의 내주면을 따라 원형으로 배치되며, 제2 전극(22)의 배치에 따라서 복수로 배치될 수 있다.The
노즐(42)은 배관(41)의 하면에 연결되어, 세척수가 제2 전극(22)에 분사될 수 있도록 설치될 수 있다. The
노즐(42)은 제2 전극(22)과 대응하는 상면에 위치할 수 있으며, 세척수가 제2 전극(22)의 일측 위에서 일정거리 이격된 상태로 분사될 수 있다. 노즐(42)은 제2 전극(22)의 일측에 위치하여, 제2 전극(22)의 길이 방향에 나란한 방향으로 세척수가 분사되도록 설치되는 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 전극(22)의 측면에 대해서 일정한 각도를 가지고 비스듬하게 분사(도시하지 않음)될 수 있도록 배관(41)에 연결될 수 있다. 이처럼, 각도를 가지고 세척수가 분사되면, 제2 전극(22)의 길이 방향에 나란한 방향으로 분사될 때보다 세척수가 제2 전극(22)의 표면에 직접 분사되어 더 큰 충격을 가함으로써 증착물이 용이하게 분리될 수 있도록 한다.The
또한, 도 4 및 도 5에서와 같이 워터젯 장치(40)는 도 1 내지 도 4에서와 달리 회전하지 않고 반응 챔버(10)의 상하방향으로 이동하도록 설치될 수 있다. 이때, 배관(41)은 이웃하는 전극들 사이에 위치하여, 배관(41)의 이동시 전극들이 방해되지 않도록 할 수 있다. In addition, as shown in FIGS. 4 and 5 , the
워터젯 장치(40)를 상하방향으로 이동하도록 설치할 경우, 노즐(42)은 제2 전극(22)의 표면에 수직한 방향으로 세척수가 분사될 수 있도록 배관(41)에 연결될 수 있다. When the
이처럼, 세척수를 제2 전극(22)에 수직하게 분사할 경우 제2 전극(22)의 표면에 더욱 강한 압력으로 세척수를 분사시켜, 증착물이 더욱 용이하게 분리될 수 있도록 한다. As such, when the washing water is vertically sprayed to the
한편, [반응식 3] 및 [반응식 4]에 의해서 생성된 Mg(OH)2, CaCO3는 제2 전극(22)의 표면에 침적될 수 있다. Meanwhile, Mg(OH) 2 , CaCO 3 generated by [Reaction Formula 3] and [Reaction Formula 4] may be deposited on the surface of the
제2 전극(22)의 표면에 침적된 Mg(OH)2, CaCO3는 반응 챔버(10)의 해수를 배출한 후 워터젯 장치(40)를 이용하거나, 세척수를 주입한 후 전극부(20)를 회전시켜 제거할 수 있다. Mg(OH) 2 , CaCO 3 deposited on the surface of the
전극부(20)를 회전시키면 해수의 원심력에 의해서 표면에 증착된 증착물이 분리될 수 있다. When the
워터젯 장치(40)는 고압의 물을 분사하므로, 노즐로부터 분사되는 물은 제2 전극(22) 또는 반응 챔버(10)의 표면에 침적된 Mg(OH)2, CaCO3에 충격을 가함으로써 이들이 표면으로부터 분리되도록 한다. Since the
분리된 침적 분리물은 세척수와 함께 외부로 배출될 수 있다.The separated sedimentation product may be discharged to the outside together with the washing water.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에서와 같은 수처리 장치를 이용하면 용이하게 해수에서 양이온을 제거하고, 반응기 내에 침적되는 침적물을 워터젯 장치를 이용하여 용이하게 제거할 수 있다. As such, using a water treatment device as in an embodiment of the present invention, cations can be easily removed from seawater, and deposits deposited in the reactor can be easily removed using a waterjet device.
또한, 수처리 장치를 이용하여 해수를 처리할 때 발생하는 수소를 에너지로 사용하여 선박의 에너지 사용을 최적화할 수 있다. In addition, it is possible to optimize the energy use of a ship by using hydrogen generated when seawater is treated using a water treatment device as energy.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the description of the invention, and the accompanying drawings, and this also It is natural to fall within the scope.
10: 반응 챔버
20: 전극부
21: 제1 전극
22: 제2 전극
30: 여과 장치
40: 워터젯 장치
41: 배관
42: 노즐
61: 포집 장치
62: 에너지 전환 장치
63: 모터10: reaction chamber 20: electrode part
21: first electrode 22: second electrode
30: filtration device 40: water jet device
41: pipe 42: nozzle
61: collection device 62: energy conversion device
63: motor
Claims (5)
상기 반응 챔버에 설치되며 서로 다른 극성의 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 전극부,
상기 반응 챔버의 상부에 설치되어 있는 워터젯 장치
를 포함하는 수처리 장치.reaction chamber,
an electrode unit installed in the reaction chamber and including first and second electrodes of different polarities;
A water jet device installed in the upper part of the reaction chamber
A water treatment device comprising a.
상기 제1 전극과 제2 전극은 상기 반응 챔버의 깊이 방향으로 길이가 긴 막대형인 수처리 장치.In claim 1,
The first electrode and the second electrode are a long rod-shaped water treatment device in the depth direction of the reaction chamber.
상기 제1 전극은 상기 반응 챔버의 중앙에 위치하고, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극을 둘러싸도록 배치되어 있는 수처리 장치.In claim 1,
The first electrode is positioned at the center of the reaction chamber, and the second electrode is disposed to surround the first electrode.
상기 워터젯 장치는 상기 반응 챔버의 내주면을 따라서 원형으로 배치된 배관 및,
상기 배관에 연결되어 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 향해서 고압의 물을 분사하는 복수의 노즐을 포함하는 수처리 장치.In claim 1,
The waterjet device includes a pipe disposed in a circle along the inner circumferential surface of the reaction chamber;
A water treatment apparatus including a plurality of nozzles connected to the pipe and spraying high-pressure water toward the first electrode or the second electrode.
상기 워터젯 장치는 상기 반응 챔버를 상하방향으로 이동 가능하게 설치되어 있는 수처리 장치.In claim 4,
The water jet device is a water treatment device in which the reaction chamber is installed to be movable in a vertical direction.
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KR102502825B1 (en) * | 2022-01-04 | 2023-02-24 | 주식회사 네오세미텍 | Apparatus for removing scale from cyclic water using water-jet |
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2020
- 2020-06-24 KR KR1020200077199A patent/KR20210158631A/en active Search and Examination
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102502825B1 (en) * | 2022-01-04 | 2023-02-24 | 주식회사 네오세미텍 | Apparatus for removing scale from cyclic water using water-jet |
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