KR820000707B1 - 정수방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

정수방법

제1도는 본 발명의 장치 및 방법을 도시한 간략선도.

제2도는 본 발명의 다른 형의 간략선도.

제3도는 제2도에 도시된 장치에서 사용되는 표준형 추출장치의 확대도.

제4도는 본 발명의 또다른 형을 표시하는 부분 단면도.

제5도는 본 발명의 변형된 형을 표시하는 부분 단면도.

제6도는 본 발명의 또다른 형의 간략선도.

제7도는 본 발명의 변형된형의 간략선도.

제8도는 본 발명의 범위에 포함되는 제품 유량과 공급유량 사이의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 역삼투작용(逆渗透作用)에 의한 정수(淨水)에 관한 것이며 특히 바닷물에서 염분을 제거하기 위하여 낮은 동력으로도 가동시킬 수 있는 소규모의 정수방법에 관한 것이다.

역삼투시스템에 있어서 소금물 또는 바닷물과 같은 불순용매가 공급되어 막(膜)에 이르게 되면 물은 이 막을 투과할 수 있으나 물에 녹지 않는 대부분의 화학제(용질)는 거의 투과하지 못한다.

공급수는 보통물의 삼투압보다도 상당히 높은 고압으로 막에 작용하게 되는데 그 결과 물은 삼투류(渗透流)의 역방향으로 막을 투과하게 되며 용질은 막을 투과하지 못한 물속에 대량으로 남아있거나 혹은 막의 일면에 농축된다.

막을 통하여 정화된 물이 배출됨에 따라 막을 투과하지 못한 공급수내의 용질은 그 농도가 증가하게 되므로 이것은 상당한 문젯점을 발생시킨다. 최악의 경우 한 종류 또는 여러 종류의 용질이 침전되거나 나아가서는 고결된다. 영향이 적은 경우라도 이로 말미암아 삼투압이 증가되고 따라서 유출물내로의 용질의 통과를 증가시키며 또한 효과압을 감소시켜서 정화수의 양을 감소시키게 된다.

공급수쪽의 막 전면의 농도증가에서 비롯되는 이러한 문젯점을 해소하기 위하여 다음과 같은 두가지의 해결책이 강구되었다. 제1의 해결책은 막을 통한 투과가 이루어질 때 공급수의 대부분을 새로운 공급수로 갈아주는 것이다. 전형적인 방법은 공급단의 반대편에 있는 막의 일단에서 농축액을 계속 방출하며 이와 동시에 새로운 공급수를 막의 공급단을 통하여 막에 대하여 높은 작용압을 유지할 수 있을 정도로 충분히 도입시키면 된다.

제2의 해결책은 막 표면에 가까운 것에서는 적당한 정도의 높은 속력이 유지되어야 한는 점이다. 이와 같이 고속을 유지하는 목적은 막의 후면부에서 역류해오는 공급수를 원래의 공급수와 혼합시키려는 것이다. 이와 같이 함으로써 용질이 국지적으로 농축되는 것을 방지할 수 있으며, 따라서 막이 손상되지 않고 제기능을 충분히 발휘할 수 있게 된다. 이러한 혼합작용이 일어나지 않는다면 막 부근의 공급수로부터 정화수가 추출됨에 따라 염분의 증가도가 매우 급격해질 것이며 막에 농축될 것이다.

또한 이러한 혼합작용이 일어나지 않는다면 농축된 불용성 물질은 단지 확산에 의하여서만 막으로부터 이탈하여 공급수내로 퍼지게 될 것이다. 이러한 현상은 능도차편극(polarization concentration)이란 용어로 이미 알려져 있다.

이러한 능도차편극을 제거하기 위한 종래의 방법으로는 개개의 막요소를 서로 결합하여 화학공정상 요구되는 농축액이 각막 요소내에서 충분한 유속(流速)을 갖도록 하고 있다. 저농도의 공급수에 대해서는 공급수의 90%를 정화수로 회수하는 것이 화학공정상 이루어지고 있으며, 따라서 10% 정도의 공급수만이 농축되어 방출된다. 고농축성 공급수의 경우에는 공급수의 회복은 20%로 제한될 것이며, 나머지 80%는 막위에 화학적 침전이 발생하는 것을 방지하기 위해 농축된 형태로 방출될 것이다.

각막 요소에서 농축액의 농도를 정화수의 농도의 40배까지 농축시키는 경우에는 단지 20%의 제품을 회수하기 위하여 10개의 막 요소가 일렬로 설치되어야 할 것이다. (이때 농축액은 정화수의 4배가 된다) 이는 다수의 요소로 이루어진 대규모의 시스템에서라면 문제가 되지 않으며, 또 사실 요구되는 용액은 막의 사용된 재질이나 그 막요소의 기하학적 형태 등에 의존하기 때문에 어떤 종류의 막요소에 있어서는 정화수에 비해 염수의 양이 그처럼 몇배씩 되게 할 필요는 없다.

그러나 이 시스템이 소규모로 장치되어서 그 막 요소가 1개 또는 극히 소량만이 필요한 때에는 단지 막요소를 정확한 방법으로 배열하였다고 하여서 염수에 있어서의 고속이 이루어지지는 않는다. 이 경우 종래의 방식으로 처리되는 용액에서는 그 허용 최소치에 대해 속도를 증가시키기 위하여 염수의 양을 증가시키게되며 따라서 공급수도 역시 증가된다. 그러나 이와 같은 공급수의 증가는 대기압으로부터 작동압력에 이르기까지 압력의 상승을 유발시켜 결국은 동력의 증가를 요구하게 된다.

관형(管形)의 막 요소를 사용한 역삼투 시스템에서는 막 표면에 대하여 높은 유속을 발생시키기 위하여 전형적으로 많은 용액을 필요로 하는 것으로서 방출된 농축액의 일부 또는 전부를 시스템의 주입구에 재순환시킴으로써 추가적인 용액의 공급이 이루어졌다.

재순환에 의하여 막을 통하여 추가된 용액은 막 표면근처에서 속도가 증가된다. 관형의 막은 습윤된 내부 표면에 비례하여 용액이 통과하는 단면적이 커지기 때문에 막 표면에서 고속을 유발시키기 위하여서는 대량의 용액을 필요로 한다. 그러나 관형의 막 요소는 막 요소의 표면을 오염시키기 쉬운 유체에 있어서 유용하게 사용된다. 이것은 관형의 막이 그 막위로 스치는 플러그나 스폰지볼과 같은 기계장치에 의해 용이하게 세척될 수 있기 때문이다. 역삼투 시스템의 주입구에서의 농축액에 재순환으로 말미암아 용액의 속도를 증가시킬 수 있다고 하더라도 이로 말미암아 불편한 점도 역시 초래되는데 즉 재순환량에 대한 표면에서의 불용성 용질의 평균농도 또한 이에 따라 역시 증가하기 때문이다. 평균농도가 너무 높게 되면 정화수의 품질이 바람직하지 못하게 된다. (과잉염분 등)

적당한 품질의 정획수와(예를 들면 바닷물을 정화할 때 최대허용 염분등) 막에 대하여 적당한 평균 농도를 갖게 하기 위하여 단일통로의 역삼투 시스템에서의 재순환을 사용하면 재순환을 사용하지 않는 시스템에 비교하여 그 회수량이 감소하게 된다. 이러한 사실은 단일 통로를 사용하여 바닷물로부터 식수로 생산할 때 매우 낮은 염분통과 막(1-10 1/2%의 범위)을 사용할 경우에는 특히 중요한데, 그 이유는 공급수의 양수능력 및 양수기의 크기가 공급용액의 양에 비례하기 때문이다.

적당한 생산량을 얻기 위한 공급량은 여과량이나 제품회수량에 역비례하기 때문에 제품태의 염분 필요량을 바람직한 수준으로 유지하기 위하여 재순환을 시키는 시스템에 필요한 회수량을 감소시키면 높은 양수능력이 필요하게 된다. 이와 같은 높은 양수 능력은 바닷물의 탈염분 시스템이 가정이나 작은 보우트등에 소규모로 설치될 경우 특히 문제가 된다.

따라서 본 발명의 목적은 낮은 에너지를 필요로 하는 개량된 역삼투 탈염분 시스템을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 막 요소를 사용하는 소규모 시스템에서 최초의 유속을 얻기 위한 장치를 제공하려는 것이며, 이때 제품용액에 대한 염수의 비를 크게 하여 시스템을 가동시킬 수 있는 전동력을 최소화시키려는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가뭄 또는 기타 지역적 사정으로 기존급수기를 사용하지 못하는 가정에 대해 가정에서만 연속적으로 사용할 수 있는 가정용 식수공급기를 제공하려는 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도에 도시된 본 발명의 처음 실시예에서 막 요소에서 필요로 하는 추가속도는 도관(11)(14)와 결합된 기계적 순환 펌프(7)에 의해 제공된다. 좀더 상세히 설명하면 바닷물과 같은 공급수는 도관(1)로 유입된 후 원통필터(2)를 통과하여 입자들이 제거된다. 필요한 경우에는 선처리 화합물이 도관(4)을 통해, 공급수를 펌프(5)로 공급해 주는 도관(3)으로 주입된다.

펌프(5)에 의하여 공급수의 압력이 예정 가동압력 즉 900psi로 상승된다. 가압된 공급수는 도관(6)에 의해 펌프(5)로부터 역삼투 막부(膜部)(9)로 운반되는데, 이 막부(9)에서는 공급수가 정화수와 농축액으로 분리된다. 정화수는 막을 통과할 때 그 압력에너지를 소실하기 때문에 막을 거쳐 도관(13)으로 나갈 때에는 그 압력이 대기압 정도이다. 농축액이 막을 거쳐 도관(10)으로 나갈 때, 그 압력을 공급수에 비해 약간 감소된 정도인데 예를들면 890psi 정도이다. 시스템을 빠져나가는 농축액 또는 염수는 방출되기 전 그 압력을 대기압 정도까지 감소시키기 위하여 조절밸브(12)를 통과하게 된다.

본 발명의 우수성은 추가적인 농축액을 도관(10)으로부터 완전히 뽑아내어 이를 도관(11)을 거쳐 펌프(7)로 보내는 것이다. 펌프(7)에서는 압력이 상승하는데, 예를 들면 890psi로부터 900psi 보다 약간 높은 압력으로 상승되며, 이로 말미암아 재순환농축액이 도관(14)내로 유입되게 된다. 재순환 용액은 도관(14)로부터 도관(6)으로 흐르게 되며, 이후 역류하여 막부(9)를 통과하게 된다. 일례로써 PA-300 나선형 홈을 가진 크기 2인치 ×12인치의 막요소 2개를 일렬로 장치한 시스템에서 제품용액의 비율은 약 0.1gpm이다. 공급수의 량이 많고 20%의 회수가 가능한 경우에는 공급수의 비율은 0.5gpm이 될 것이다.

그러나 본 발명의 막 요소는 농도차 편극을 방지하기 위하여 최소한 2gpm의 염수를 필요로 하고 있다. 본 발명을 이용하지 않았을 경우 펌프의 전체 효율을 85%로 가정하여 펌프의 소비동력을 계산하면 다음과 같다.

본 발명을 이용하였을 경우 동일한 효율을 써서 가압을 위해 2개의 펌프로 들어가는 입력(入力)을 계산하면 다음과 같다.

즉 전체적인 동력 소비량은 0.320마력인 것이며, 본 발명을 이용하면 0.997(마력)을 절약할 수 있다는 결론이 된다. 어떤 경우에 있어서는 낮은 전압 보조 시스템 또는 기존회로로부터 기계를 운용하는 능력이 동력을 절약하는 비용 또는 본 발명의 추가적인 복잡성보다도 훨씬 중요한 경우가 있다.

농축액을 막부의 공급단으로 역류 재순환시킨 결과로서, 공급수내의 불용성 용질의 농도가 증가하게 된다.

이것은 시스템의 작동에 유래한 결과를 주어 이러한 기술이 실용성 없는 것이라고 생각되어질 수도 있다, 사실, 다음에 기술하는 것과 같이 적당한 매개변수가 유지되고 있다면 정화수 회수가 공급수의 20% 또는 그 이하정도로 낮을 경우에 이 시스템의 작동에 있어서 유해로운 영향이 발생하지는 않는다.

본 발명이 관련된 막요소에서 습윤된 막 표면에 비례하여 유체통과 단면적이 비교적 작은 막형으로 이루어진 막요소에 적용된다는 사실은 중요하다.

이와같은 막 요소는 막 표면에서 실제적인 속도를 발생시키기 위하여 비교적 낮은 유속을 필요로 하고 있으며, 따라서 본 발명에 의한 적당한 기계설계에 소위 나선형막이라고 불리우는 것인데 이것은 유체통과 단면적이 가늘고 좁게 되어 있어서 단면적의 최대크기에 있어서의 높이에 대한 폭의 비는 50 이상이다. 이러한 비율 이하가 되면 즉 높이에 대한 폭의 비가 50 미만이 되면 본 발명에 의한 잇점을 한계에 다다르게 된다.

공급수, 즉 바닷물과 같은 공급원으로부터 시스템에 도입되어 정화되는 품질은 본 발명에 따른 작동 최소치를 가지고 있다. 막의 농축면에 농축이 이루어져 여과액 또는 제품용액중에 유해한 수준의 염분이 포함되지 않도록 하기 위하여 재순환비에 대한 공급비가 충분히 커야 한다. 바꾸어 말하면 여과액이나 제품액 중의 염분을 최대 허용수준 또는 이보다 낮은 수준에서 충분히 유지시킬 수 있는 최소 수준보다 공급수의 양이 많아야 한다는 것이다. 물론 최대 허용수준이란 지역적 풍습이 기호에 의해 결정될 것이다. 그러나 전형적으로 600ppm을 초과하지는 않는다.

공급율에 있어서 두 번째 문젯점은 용액이 막 표면에서의 최소속도를 유지할 수 있는 충분한 양보다 작아야 한다는 것이다. 상술한 바와 같이 최소의 속도는 사용된 막의 형태에 따라 결정되며 전형적으로 막의 제조과정에서 생겨나는 매개 변수로 주어지거나 이 매개변수로부터 산출될 수도 있다.

제8도에는 주어진 회수율 R을 갖는 제품량 P의 함수로서의 공급량 F를 나타내는 약도가 도시되어 있다.

이 세가지 매개변수 사이의 관계로서는 공급량은 제품량을 회수율로 나눈 값과 같으며 이때 회수율의 단위는 %이다. 회수%는 전형적으로 어떠한 시스템 형태에서도 미리 결정될 수 있으며, 이 회수%는 정수될 물의 형태, 사용된 막, 역삼투 기구에 도입되기 전의 물의 선처리여부, 바람직한 제품의 질, 그리고 때때로 기구내에서 일어난 지속도등에 의존하게 된다. 실제적인 경우에 있어서 본 발명의 방법 및 장치를 사용하여 얻을 수 있는 전형적인 회수율은 10%∼20%의 범위이다. 이론적으로 제품이 전혀 생산되지 않는 최소공급량(f)는 그래프의 횡좌표상에 나타나 있다. 실제적인 공급량은 이 최소공급량 및 제품에의 증가량의 합, 즉 f+p를 초과하여서는 안된다.

제품량은 바람직한 물의 물질에 의존하게 될 것이며, 따라서 원하는 물의 품질과 제품의 품질에 따라 미리 결정될 것이다. 본 발명에 의하면 최대치(Pmax)까지의 제품량은 바람직한 요구조건에 따라 결정된다.

이후 이 제품량은 회수%에 의해 나뉘어지게 되는데, 이 회수%는 막의 형태, 공급수의 질 및 상술한 여러 변수에 의해 결정된 것이다.

이 결관의 계수(係數)는 실선상의 어느점에 일치한다. 이때 이 일치점상에서 또는 그보다 높은 점에서 공급량이 결정되지만 이 공급량은 막 표면에 최소유속을 가지는 공급량보다는 작게 되어 그래프상의 빗금 부분에 해당된다.

이 빗금 부분 안에서 공급량이 작아지면 질수록 일정량의 제품을 생산하는데 더 적은 에너지가 필요하게 되며 따라서 회수율이 높아지고 에너지 축적이 많아진다.

본 발명에 의하면 삼투압보다 높은 압력으로, 그리고 막의 유체단면에서 예정된 최소치보다 높은 유속을 유발시킬 수 있는 충분한 양으로 유출구로부터 여과기의 주입구로 종축액이 재순환된다.

재순환되는 농축액의 비율은 각 시스템 조건에 따라 달라질 것이며 재순환되지 않은 나머지는 대기압에서 방출된다. 만일 재순환되는 농축액이 너무 많으면 평균 농도는 요망수준을 넘어서게 될 것이며, 그 결과로서 제품 품질의 저하를 가져오게 되고 또한 막 요소내에서 염분의 침전을 초래하는 일도 충분히 일어날 수 있다. 더구나 재순환되는 양은 물론 막 요소의 물리적 환계내에 있어야 한다. 이 과정이 계속됨에 따라 여과액 중의 염분이 요망수준보다 낮아지게 되는 양에서 공급량이 유지되게 되며, 또한 공급량과 회수제품량의 차에 해당하는 농축액이 계속 방출된다.

시스템 크기에 관한 본 발명 시스템의 또 다른 특징은 공급액과 제품액의 차이(즉 농축액)가 막 표면에서 최소 속도를 유지하는데 필요한 양보다도 작은 기준치 이하의 시스템 크기에서도 본 발명이 적용될 수 있다는 것이다. 이러한 상황에서는 본 발명에 따라 일어나는 재순환이 유익한 것이 된다.

실용적인 면에서 공급액과 제품액의 차이가 막 표면에서 최소속도를 유지하기 위한 요구량보다도 훨씬 작게 되어서 재순환펌프와 도관을 경제적으로 저렴하게 설치할 수 있을 때에만 본 발명이 중요한 의의를 지니게 된다.

제품의 품질을 재순환이 일어나지 않는 시스템에서의 품질과 동일하게 하기 위하여(이 경우 막 표면에서의 유속을 최소유속보다 높게 유지하기 위하여 공급액이 증가된다.)

다음 식과 같은 동등회수율이 얻어질 수 있다.

이때, R은 재순환이 도입되지 않은 시스템에서의 회수율

P는 제품량

V는 막에 필요한 최소유량

따라서, 재순환이 일어난다면 다음식과 같이 될 것이다.

F′는 재순환을 도입하지 않는 동등시스템에서의 매개변수가 아니라 재순환을 이용한 본 발명 시스템에서 요구되는 제품량을 나타낸다.

이 식으로부터 막에 대해 최소속도를 충분히 제공할 수 있는 전용액량을 증가시키는데 필요한 재순환율은 다음과 같이 계산된다.

이때, B와 F는 염수에서의 특별한 문제점이 없을 때 재순환이 일어나지 않는 시스템에서 회수율 R을 갖는 용액의 양이다. 이 식은 최대공급액이 V 보다 작은 값임을 설명하고 있다. 회수율은 O보다 크고 V 보다 작은 값이어야 한다. 재순환이 사용될 경우의 염수의 방출은 V 보다는 작고

보다는 커야한다.

펌프(7)이 매우 낮은 압력차에도 작동하기 때문에, 원래 낮은 펌프단을 가지고 있는 회전펌프를 쓰는 것이 바람직하다. 그러나 1000psi의 압력으로 가동하며 케이스와 축의 밀봉장치를 포함하여 적절한 크기를 가지고 있는 펌프는 비교적 드물다. 이러한 이유 때문에 피스톤식 펌프가 낮은 압력차에서 작동할 때 그 효율이 50%까지 감소될 정도로 기계적 마찰이 대단히 큼에도 불구하고 이러한 피스톤식 펌프를 사용했었다.

재순환펌프(7)의 효율이 단지 50%밖에 안될 경우에도 필요한 에너지는 다음 정도이다.

펌프 두 개의 전체 마력은 0.328마력이며 0.969마력이 절약된다.

제2도에 도시된 본 발명의 제2실시예에서, 원래의 공급수와 재순환수가 서로 섞여질 수 있으며 또 그렇게 될 수밖에 없다는 사실은 매우 유리하다. 제2도중, 제1도의 펌프(7)의 위치에는 추출장치(20)이 사용되고 있다. 기타의 모든 성분은 동일한 작용을 하고 있으며, 제1도와 같은 번호가 붙어 있다. 제3도에 확대 도시된 바와 같은 추출장치는 상업적으로 유용한 장치로서 연결기(21)을 통과하는 작동유체에 높은 압력을 허용하며 이 유체를 노즐(22)로 통과시킨다. 노즐(22)에는 작동유체의 압력에너지를 속도에너지로 변화시키며 작동유체의 압력을 감소시키는 좁은 부분이 있다. 승강부(23)은 유체를 주입시키는 흡입구(24)에 연결되어 있다. 승강부(23)은 주입될 유체가 주입유체출 노즐(22)의 기류를 환형으로 감싸도록 설치되어 있다.

이로 말미암아 유체의 승강부가 주입용액내에 주입될 수 있다.

이후 두 용액은 수렴부(25)와 평행부(26)으로 도입되어 이곳에서 두 용액이 고속으로 완전히 혼합된다. 혼합된 용액은 확산기(27)을 통하게 되는데, 이것은 단면적은 점점 증가하는 형태로 되어 있으며 속도에너지가 압력 에너지로 변환되는 곳이다. 이후 결합용액은 유출구(28)을 통하여 방출되는데, 이때의 압력은 흡입구(24)의 압력보다 높다.

이와 같이 증가된 압력으로 말미암아 추가적인 회전기구 없이도 액체를 추가로 유입시킬 수 있다.

본 발명을 적용한 한 실시예로서는 직경 4인치, 길이 40인치인 2개의 PA-300 플리아미드 나선형 단상(單相) 바닷물 막 요소를 사용한 시스템을 들 수 있다. 이들은 각각 매일 500갈론의 제품액을 생산하며 농도차편극을 방지하기 위한 농축액의 필요량은 8gpm 이상이다. 선처리량이 최소일 때 20%의 회수율은 공급액이 3.5gpm가 될 수 있도록 사용된다. 열을 지어 설치되어 있은 막 요소에서 공급수로부터 농축액 유출에 걸친 압력강하는 20ft H₂O(8.7psi)가 될 것이다. 이러한 조건에서 펜버티 3/4인치 엘엘 추출장치(penberthy) 3/4 LL Eductor를 사용한다면 50psi의 유입압력이 더 필요하게 될 것이며 또한 5.4gpm의 재순환액을 유발시키게 될 것이다. 따라서 제1막 요소에 대한 전체용액은 3.5+5.4=8.9gpm이 된다.

마지막 막 요소에서 0.7spm의 제품액이 얻어지며 따라서 8.2gpm이 농축액으로 남는다.

본 발명에서 및 8.7gpm을 전가동압력으로 주입하는 시스템에서 필요한 동력을 각각 비교하여 보면 다음과 같다.

본 발명에서;

8.7gpm을 전가동으로 주입하는 시스템에서;

추출장치 및 재순환 도관은 900-950psi의 범위의 압력을 받으므로 이를 견뎌낼 수 있어야 하며, 적당한 강도를 가지고 있고, 내부식성 물질인 청동이나 스텐레스 강이 적합하다.

제4도에 도시된 본 발명의 실시예에서 추출장치가 막 요소의 압력용기 내부에 설치되어 전술한 바와 같은 결점을 방지하도록 되어 있다.

원통형 압력 용기(40)은 단부판(41)에 의해 그 양단부에서 폐쇄되어 링(42)에 의해 적절한 위치에 보지되고 있으며 O-링(43)에 의해 하우징에 밀봉되어 있다. 하우징의 공급단에서 제2도의 고압펌프(5)로부터 오는 도관(6)은 유입구(44)에서 단부판(41)으로 도입된다. 이 도관(6)은 도관꼭지(45)에 의하여 추출장치(20)의 유입구(21)에 연결되어 있다. 추출장치의 흡입부는 슬리브(47)내의 다공(46)으로 이루어져 있는데 이 슬리브(47)는 용액을 승강부(23)으로 재순환시킨다. 추출장치의 방출구(28)은 결합체(48)에 고정되어 있는데, 이 결합체(48)은 추출장치로부터 나오는 용액의 속도를 점점 감소시키기 위해 확산형의 통로(49)를 이루고 있으며 이곳에서 그 압력을 증가시킨다. 이곳을 통과한 용액은 조절벽(51)의 통로(50)으로 유입된다. 조절벽(51)은 O-링(52)에 의하여 원통형 압력용기(40)의 내부에 밀봉되어 있다. 1개 또는 다수의 유출구(53)이 이 용액을 저속으로 공급지역(54)내로 빠져나가게 한다. 이 공급지역(54)로부터 나온 용액은 나선형 막 요소(65)의 층의 사이로 흐리게 되며 막 요소의 타단부쪽 축방향으로 흐른다. 막 요소(65)와 압력용기(40)의 중간에 위치한 염수밀봉장치(55)는 공급액이 막 요소의 내부를 우회하여 막 요소의 타단부에 위치한 농축액 방출지역에 연결된 공간(66)으로 흘러들어가는 것을 방지한다. 출입구(66)은 제2도에 도시된 도관(11)과 연결되어 농축액을 재순환시킨다. 이 출입구(56)로부터 재순환용액이 추출장치(20)의 흡입부에 위치한 다공(46)을 둘러싸고 있는 지역(57)로 유입된다.

O-링(59)에 의해 밀봉된 연결기 슬리브는 막 요소의 제품관(60)에 연결되어 있다. 제품액은, O-링(62)로 조절벽(51)에 밀봉된 연장관(61)을 지나 O-링(64)로 밀봉된 단부판(41)의 출입구(63)으로 흐른다.

또한 이 제품액은, 사용되지 않은채 플러그 또는 뚜껑이 씌워져 있는 공급단에 설치된 출입구를 통하여 다른 침투장치의 단부에서 얻어질 수도 있다.

제5도에는 본 발명에 의한 또 다른 실시예가 도시되어 있는데 재순환 도관(11)의 역할을 하는 장치가 막부(9)의 압력용기(40)내에 마련되어 있다. 단부판(41) 및 추출장치(20)의 각 부분은 제 4도와 동일하며 유사부분은 동일 참조부호로 표시되어 있다. 슬리브(70)은 조절벽(51)의 연장부이며, 이 조절벽(51)은 밀봉장치(71)에 의해 공급지역(54)와 농축지역(66)을 분리시킨다. 이로 말미암아 재순환되는 농축액이 슬리브(70) 및 조절판(51)의 주위를 돌아 지역(57)에 도착하여 추출장치(20)의 흡입다공(46)내로 흘러들어갈 수 있게 된다.

제4도 및 제5도에 도시된 양설비에서 추출장치는 단지 50psi 정도의 압력차에 드러나 있으며, 또한 PVC를 플라스틱과 같은 내부식성 물질로 저렴하게 설치될 수 있다. 이에 의하여 고압도관장치의 연결부를 최소한도로 줄일 수 있으며 따라서 위험한 누출가능 장소가 줄어들게 된다.

제1도의 시스템과 제2도의 시스템중 어느 것을 선택할 것인가 하는 문제는 시스템중의 각 성분과 필요한 용액의 조화정도에 따라 결정되어야 할 것이다. 추출장치의 흡입부를 통해 추출되는 최대 용액의 양은 노즐을 통해 추출되는 펌프 용액의 약 2배이다. 따라서 제1도의 기계적 펌프(7)은 처음 실시예에서 주어진 경우의 비율보다 높은 비율을 갖는 것이 바람직한 경우라면 언제든지 사용될 수 있다.

본 발명에 의한 어떤 경우에는 기계적 펌프와 추출장치를 동일시스템에서 모두 이용하는 것이 바람직할수도 있다. 제 6도에 도시된 바와 같이 순환펌프(7)의 방출액을 도관(14)를 통하여 공급도관(6)에 연결되며 이 공급도관(6)은 추출장치(20)의 노즐연결부(21)에 연결되어 있다. 평행한 재순환 도관(81)은 추출장치의 흡입부(24)로 용액을 공급한다. 도관(8)은 결합된 재순환용액을 막부(9)에 제공한다. 추출장치(20) 및 관련도관이 제4도 및 제5도에서와 같이 막부 압력용기내에서 같이 작용하며 제6도의 설비와 일치한다는 사실은 중요하다. 유사부분은 동일한 참조부호로 표시되어 있다.

제6도에 도시된 시스템의 잇점은 기계적 펌프(7)에 비해 재순환량이 더욱 크다는 것이다. 또한 펌프(7)이 막부의 압력강하보다도 훨씬 더 큰 압력차에도 작동할 수 있을 경우는 펌프의 기계적 마찰 손실이 매우 크기 때문에, 제6도의 시스템을 이용하면 저속으로 작동하는 펌프(7)가 있는 제1도의 시스템보다 동력이 더욱 절약될 수 있다.

순환 펌프가 제한된 압력차를 발생시킬 수 있는 회전펌프이며 또한 추가적 순환용액이 필요한 경우에는 제7도의 설비가 사용된다.

이 경우 회전식 순환펌프(87)의 방출도관(14)는 추출장치(20)의 방출단(28)에서 도관(8)에 연결되어 있다. 결과로서 펌프(87)은 단지 막부의 압력 강하에 대해서만 가동하게 되며, 추출장치의 압력강하에 대해서는 가동하지 않는다.

본 발명은 본 발명의 시스템으로부터 대량의 제품액이 추출되기 때문에, 열(列)을 이루고 있는 막요소의 마지막 한계 또는 여러개가 불충분한 공급수를 공급받거나 혹은 막요소가 거의 공급수를 공급받지 못하는 소규모 혹은 중규모의 역삼투 시스템에 있어서도 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 경우라면 마지막 막요소에 있어서의 속도를 증가시키기 위하여 제2도, 제4도 및 제5도의 추출장치 시스템이 사용될 수 있다.

Claims (1)

1. 유입구와 유출구가 있으며 유체단면의 폭이 높이의 50배 이상되는 막 요소가 있으며 ; 유입량은 막의 유체단면에서 예정된 최소 유속보다 충분히 클 정도로 유지되며, 막표면에서의 유속이 예정된 최소유속보다 충분히 클 정도로 유지되며 막요소에서 삼투압과 공급수의 유압을 이겨낼 수 있는 압력으로 출구에서 입구로 막의 유동단면부에서 예정된 최소유속보다 작은 양으로 농축액을 재순환시키며, 제품액에서의 염분이 최대허용수준 또는 그 이하가 되도록 공급수의 양을 유지하면서 상술한 막을 통과하여 나오는 제품액을 회수하며, 동시에 공급수의 양과제품으로 회수되는 양의 차이에 해당하는 전기농축액은 계속적으로 방출되며 이때 농축액의 방출량은 막 유동 단면부의 예정최소유속보다 작으며

   

   (이때 P는 제품액의 유량이며, R은 이론적인 공급량이 실제적인 공급량과 재순환량의 합과 같은 재순환이 없는 시스템에서의 이론적인 제품액의 회수량이다)보다는 큰 양으로 방출되는 것을 특징으로 하는 정수방법.

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