WO2015020419A1 - 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 - Google Patents

담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법 Download PDF

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WO2015020419A1
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water
desalination
flow path
path changing
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PCT/KR2014/007256
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박필양
이재봉
윤석원
김기형
김규일
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한국전력공사
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    • C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
    • C02F1/4691—Capacitive deionisation
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    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a desalination apparatus and a desalination method using the same. More specifically, after the pretreatment step of removing particulate matter and inorganic matters contained in raw water, nanofiltration and electrosorption desalination can reduce the cost of pretreatment than the existing desalination apparatus, and the energy consumption is reduced while the recovery rate of desalination is excellent. It can be, and relates to a desalination apparatus and a desalination method using the same that can easily produce the desired quality of fresh water.
  • seawater may have a total dissolved solids concentration of about 20,000 ppm to about 50,000 ppm (mg / L).
  • dissolved solids include various monovalent, divalent, polyvalent, polyvalent salts or species, of which sodium chloride accounts for about 75% by weight of the total solids.
  • drinking water has a total dissolved solids (TDS) concentration of about 500 ppm or less.
  • TDS total dissolved solids
  • the evaporation method is simple in principle and apparatus, and has the advantage of obtaining high purity fresh water, but requires a lot of energy costs.
  • Reverse osmosis uses the principle that pure water can be obtained from a solution when a pressure higher than osmotic pressure is used to desalination the brine.
  • the reverse osmosis desalination apparatus has to apply a pressure higher than the osmotic pressure of the brine to the reverse osmosis membrane by using a high pressure pump to desalination the brine.
  • the pretreatment is very difficult to protect the reverse osmosis membrane, which is high in energy cost and very vulnerable to turbidity components and organic matter in the water, and the fresh water recovery rate is very low compared to the raw water flowing into the device. It is true that the production cost is high.
  • the electrosorption desalination method is currently being evaluated as a low energy consumption desalination technology, but is being applied on a small scale and is not commercialized on a large scale yet.
  • the reason why the large-scale commercialization is delayed is because the large capacity, the flow path, the quality of the treated water, and the like are inadequate, and the technology is not developed until now to treat the high concentration of the brine.
  • Another object of the present invention is to provide a desalination apparatus having excellent saving effect of pretreatment cost.
  • Yet another object of the present invention is to provide a desalination apparatus that can easily produce fresh water of desired water quality.
  • Still another object of the present invention is to provide a desalination apparatus capable of producing fresh water even in a small facility.
  • Still another object of the present invention is to provide a desalination apparatus capable of producing various concentrations of fresh water in a miniaturized facility.
  • Still another object of the present invention is to provide a desalination method using the desalination apparatus.
  • the desalination apparatus includes a pre-treatment unit having a raw water inflow unit through which raw water is introduced, and generating supply water from the introduced raw water; A first nanofiltration unit having a first inlet through which the feed water flows and separating the first filtered water and the first concentrated water from the introduced feed water; An electrosorption desalination unit having a second inlet portion through which the first filtered water flows in and a discharge portion for discharging the treated water, and generating treated water from the first filtered water; A first pressurizing pump provided in the first inlet to apply an inlet pressure to the supply water; A power supply unit electrically connected to the electrosorption desalination unit to apply a voltage; A first measuring unit, a second measuring unit, and a third measuring unit which are respectively provided in the first inlet, the second inlet, and the outlet to measure TDS concentration; A first flow path changing part provided in the first inflow part, a second flow path changing part and a third flow path changing part
  • the fourth to fourth flow path changing units are electrically connected to the control unit, and the control unit sets a TDS concentration value of the desired treatment water, receives the TDS concentration values obtained from the first to third measuring units, and the control unit.
  • the controller controls the inlet pressure applied to the supply water by controlling the first pressurizing pump according to the TDS concentration value of the first measuring unit, and when the TDS concentration value of the second measuring unit exceeds about 10,000 ppm,
  • the third flow path changing unit and the fourth flow path changing unit to control the first filtered water Flows into the discharge unit without passing through the electrosorption desalination unit, and when the
  • the desalination apparatus further includes a second nanofiltration unit, wherein the first concentrated water is introduced into the second nanofiltration unit and separated into a second filtered water and a second concentrated water, and the second nanofiltration unit
  • the third inlet and the first inlet is connected to the first inlet is provided with a transfer unit for transporting the separated second filtered water, the third inlet is the inlet pressure to the first concentrated water
  • a second pressure pump for applying is provided, and the second pressure pump is electrically connected to the control unit.
  • the inlet pressure of the feed water is characterized in that about 10 kgf / cm2 to about 60 kgf / cm2.
  • the voltage value applied to the electrosorption desalination unit is characterized in that about 0.2V to about 2V.
  • a desalination method using the desalination apparatus described above comprising: generating supply water from raw water; Separating first filtrate and first concentrated water from the feed water; And generating the treated water from the first filtered water, wherein the controller controls the first pressurized pump according to the TDS concentration value of the first measuring part to control the inflow pressure applied to the supply water.
  • the first flow path changing unit to the fourth channel changing unit is controlled to re-introduce the first filtered water into the first nanofiltration unit, and the second
  • the power supply unit is controlled to control the voltage applied to the electrosorption desalination unit, and the TDS concentration value of the second measurement unit is less than about 500 ppm.
  • the third flow path changing part and the fourth flow path changing part are controlled to introduce the first filtered water into the discharge part without passing through the electrosorption desalination unit, and the TDS of the third measuring part.
  • the desalination method includes supplying raw water from a raw water inlet to remove particulate matter and organic material of the raw water from a pretreatment unit to generate a feed water; Separating the feed water into the first nanofiltration unit at an inlet pressure of about 10 kgf / cm 2 to about 60 kgf / cm 2 to be separated into first filtered water and first concentrated water; And transferring the first filtered water to an electroadsorption desalination unit to which a voltage of about 0.2V to about 2V is applied to generate treated water.
  • the desalination method comprises the steps of: introducing the first concentrated water into the second nanofiltration unit at an inlet pressure of about 10 kgf / cm 2 to about 60 kgf / cm 2 to separate the second filtered water and the second concentrated water; It characterized in that it further comprises.
  • the desalination apparatus has a better recovery rate of desalination production than the existing desalination apparatus, has an excellent effect of reducing pretreatment costs, is capable of producing freshwater at a small facility, and can produce freshwater at various concentrations, and when producing freshwater energy. The consumption can be greatly reduced.
  • FIG. 1 shows a desalination device according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a desalination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the desalination apparatus 1000 of the present invention includes a raw water inflow unit 100 through which raw water is introduced, and a pretreatment unit 20 for generating supply water from the introduced raw water;
  • a first nanofiltration unit 30 having a first inlet 102 through which the feed water flows and separating the first filtered water and the first concentrated water from the introduced feed water;
  • An electrosorption desalination unit 40 having a second inlet 104 through which the first filtered water flows in and a discharge part 200 for discharging the treated water and generating treated water from the first filtered water;
  • a first pressure pump 300 provided at the first inlet 102 to apply an inlet pressure to the supply water;
  • a power supply unit 50 electrically connected to the electrosorption desalination unit 40 to apply a voltage;
  • the raw water inlet 100 is introduced into the raw water.
  • the raw water may be seawater, sewage treatment water, rainwater or groundwater.
  • the pretreatment unit 20 is included for the purpose of removing the particulate matter and organic matter of the introduced raw water to further increase the freshwater recovery rate, and to reduce the time required for freshwater production.
  • the pretreatment unit 20 may generate the feed water by removing the particulate matter and organic matter of the raw water introduced.
  • the pretreatment unit 20 may be used conventional.
  • the pretreatment unit 20 may include a sand filter, a layered filter, a micro filter, a countercurrent micro filter, a precipitation tank, and an aerator device, but is not limited thereto.
  • the pretreatment unit 20 it is possible to easily remove the particulate matter and the organic matter of the raw water to reduce the filtration time and energy during nanofiltration and electrosorption desalination, which will be described later.
  • the pretreatment unit 20 may be provided with a discharge portion 210 for discharging the concentrated water containing the particulate matter and the organic material removed from the introduced raw water to the outside.
  • the first nanofiltration unit 30 may include a first filtrate having reduced TDS (Total Dissolved Solids) concentration of the feedwater from the feedwater and a contaminant removed from the first filtrate. 1 is included to separate the concentrated water.
  • TDS Total Dissolved Solids
  • the first nanofiltration unit 30 may be a conventional one.
  • the first nanofiltration unit 30 may be provided with a first inlet 102 through which the feed water generated in the pretreatment unit 20 is introduced.
  • the first nanofiltration unit 30 is provided with a first connection part 110 connected to the discharge part 210 to discharge the first concentrated water.
  • the electrosorption desalination unit 40 is included to reduce the TDS concentration contained in the first filtrate to generate treated water.
  • the electrosorption desalination unit 40 may be used conventional.
  • a capacitive deionization (CDI) device using an ion exchange membrane and an activated carbon electrode may be used, but is not limited thereto.
  • CDI capacitive deionization
  • the energy consumption can be lower than other desalination unit.
  • the electroadsorption desalination unit 40 is provided with a second inlet 104 through which the first filtered water is introduced and a discharge part 200 for discharging the final treated water.
  • the first pressure pump 300 is provided in the first inlet 102 to apply an inflow pressure to the supply water generated in the pretreatment unit 20.
  • the inlet pressure of about 10 kgf / cm 2 to about 60 kgf / cm 2 may be applied to the feed water to flow into the first nanofiltration unit 30.
  • the inlet pressure can be variably controlled. In the above range, the first filtered water and the first concentrated water are quickly separated from the feed water without consuming much energy, and thus, the treatment of the desired TDS concentration is easily performed without consuming much power in the electrosorption desalination unit 40 which will be described later. Can generate numbers
  • the power supply unit 50 is electrically connected to the electrosorption desalination unit 40 is included for the purpose of applying a voltage.
  • the power supply unit 50 may apply a voltage of about 0.2V to about 2V to the electrosorption desalination unit 40.
  • the voltage can be applied variably. Within this range, the treated water can be quickly generated by reducing the TDS of the first filtered water with a small amount of power consumption.
  • the first inlet 102, the second inlet 104, and the outlet 200 respectively measure first, second, and third measuring units 400a, which measure TDS concentration values. 400b and 400c are provided.
  • the first, second and third measuring units 400a, 400b, and 400c are included, the water quality condition of the treated water required can be easily adjusted, and in a situation where urgent water quality control is required, it can be quickly controlled. Can be.
  • the controller 60 inputs a TDS concentration value of the desired treated water. For example, a TDS concentration value of about 500 ppm or less can be entered. For example, a TDS concentration value of about 300 ppm to about 500 ppm can be entered.
  • the controller 60 accommodates the TDS concentration values obtained from the first to third measuring units 400a, 400b, and 400c.
  • the controller 60 uses the received TDS concentration value information to satisfy the preset TDS concentration value of the treated water, wherein the first pressurized pump 300, the power supply unit 50, and the first to the second TDS concentration values are satisfied.
  • the third measuring unit 400a, 400b, 400c, and the first to fourth flow path changing units 500a, 500b, 500c, and 500d are electrically connected to and controlled.
  • a conventional flow path changing valve may be used as the first to fourth flow path changing parts 500a, 500b, 500c, and 500d.
  • the controller 60 controls the inlet pressure of the feed water by controlling the first pressurized pump 300 according to the TDS concentration value of the first measuring unit 400a. As described above, when the inlet pressure of the feed water is controlled, the damage of the first nanofiltration unit 30 may be prevented.
  • the first to fourth flow path changing units 500a, 500b, 500c, and 500d in the control unit 60 To reintroduce the first filtrate into the first nanofiltration unit 30 to further reduce the TDS concentration of the first filtrate.
  • the control may be performed again as described above.
  • the TDS concentration value of the first filtrate measured by the second measuring unit 400b exceeds about 10,000 ppm, when it is introduced into the electroadsorption desalination unit 40 as it is, the generation time of the treated water becomes long and is applied at a high voltage. As a result, not only the power consumption is excessively increased, but in the long term, the electrosorption desalination unit 40 may be damaged.
  • control unit 60 controls the power supply unit 50 to the electrosorption desalination unit 40. Control the applied voltage.
  • the third and fourth flow path changing units 500c and 500d are controlled to transfer the first filtered water to the electrosorption desalination unit 40.
  • the second flow path changing unit 500b when the TDS concentration value of the third measuring unit 400c exceeds the TDS concentration value set in the control unit 60 without passing through the discharge unit 200.
  • the fourth flow path changing unit 500d to reintroduce the treated water into the electrosorption desalination unit 40 to further reduce the TDS concentration.
  • the desalination apparatus 1000 may further include a second nanofiltration unit 32.
  • the second nanofiltration unit 32 may be included to further improve the freshwater production rate for raw water using the first concentrated water separated from the first nanofiltration unit 30.
  • the first concentrated water may be introduced into the second nanofiltration unit 32 and separated into a second filtered water and a second concentrated water.
  • the second nanofiltration unit 32 is connected to the third inlet 106 through which the first concentrated water is introduced and the first inlet 102 to transfer the separated second filtered water. 130 may be provided, and the third inlet 106 may be provided with a second pressure pump 310 for applying an inflow pressure to the first concentrated water.
  • the second pressurized pump 310 may be electrically connected to and controlled by the controller 60, and may be included to apply an inflow pressure to the first concentrated water generated by the first nanofiltration unit 30.
  • the first concentrated water may be introduced into the second nanofiltration unit 32 at an inflow pressure of about 10 kgf / cm 2 to about 60 kgf / cm 2.
  • the inflow pressure may be variably controlled. Inflow to the above conditions may be rapidly nano-filtered without consuming much energy and separated into the second filtered water and the second concentrated water.
  • the second nanofiltration unit 32 is connected to the discharge unit 210 to discharge a second concentrated water including TDS removed in the process of generating the second filtered water.
  • the connection part 120 may be provided.
  • the second filtered water separated from the second nanofiltration unit 32 is transferred to the first inlet 102 through the transfer unit 130, the second concentrated water is the second connection portion 120 It may be transferred to the discharge portion 210 through the discharge) to the outside.
  • the desalination method includes a supply water generation step; Separating the first filtered water and the first concentrated water; And treated water generating step. More specifically, the desalination method using the desalination apparatus 1000 includes generating supply water from raw water; Separating first filtrate and first concentrated water from the feed water; And generating the treated water from the first filtered water, wherein the controller controls the first pressurized pump according to the TDS concentration value of the first measuring part to control the inflow pressure applied to the supply water.
  • the first to fourth flow path changing unit is controlled to re-introduce the first filtered water into the first nanofiltration unit, and the TDS of the second measurement unit
  • the power supply unit is controlled to control the voltage applied to the electrosorption desalination unit
  • the TDS concentration value of the second measurement unit is less than about 500 ppm
  • the Controlling the third and fourth flow path changing units to introduce the first filtered water into the discharge unit without passing through the electrosorption desalination unit, and the TDS concentration value of the third measuring unit is set to the TDS.
  • the second flow path changing part and the fourth flow path changing part are controlled to reflow the treated water into the electrosorption desalination unit.
  • the supply water generation step is a step of generating a supply water by removing the particulate matter and organic material of the raw water in the pretreatment unit 20.
  • the supply water generation step is included, it is possible to save energy consumed in the first nanofiltration unit 30 and the electrosorption desalination unit 40 and to shorten the treatment water generation time.
  • the separation of the first filtered water and the first concentrated water may be performed by supplying the feed water to the first nanofiltration unit 30 by an inlet pressure of about 10 kgf / cm 2 to about 60 kgf / cm 2 by the first pressure pump 300. Inflow is separated into the first filtered water and the first concentrated water. In one embodiment the inlet pressure can be applied variably. The first filtered water and the first concentrated water may be separated by quickly filtering the feed water under the inflow pressure condition. Including the above steps can save energy and shorten the treatment water generation time.
  • the first concentrated water may be transferred to the discharge part 210 through the first connection part 110 and discharged to the outside.
  • the treated water generating step is a step of generating the treated water by reducing the TDS concentration of the first filtered water by transferring the first filtered water to the electrosorption desalination unit 40 is applied a voltage of about 0.2V to about 2V. In one embodiment the voltage can be applied variably. Under the above conditions, energy and time required for generating treated water can be saved.
  • the controller 60 controls the inlet pressure of the supply water by controlling the first pressurizing pump 300 according to the TDS concentration value of the first measuring unit 400a, and of the second measuring unit 400b.
  • the first to fourth flow path changing parts 500a, 500b, 500c, and 500d are controlled to reintroduce the first filtered water into the first nanofiltration unit 30.
  • the TDS concentration value of the second measuring unit 400b is in a range of about 500 ppm to about 10,000 ppm, the voltage is applied to the electrosorption desalination unit 40 by controlling the power supply unit 50.
  • the third and fourth flow path changing units 500c and 500d are controlled to transfer the first filtered water to the electrosorption desalination unit 40. Inflow to the discharge unit 200 without passing through, and the TDS concentration value of the third measuring unit 400c is less than the set TDS concentration value When the excess flow rate is exceeded, the second flow path changing part 500b and the fourth flow path changing part 500d are controlled to reflow the treated water into the electrosorption desalination unit 40 to reduce the TDS concentration.
  • the desalination method may further include separating the second filtered water and the second concentrated water.
  • the step is the step of introducing the first concentrated water into the second nanofiltration unit 32 at an inlet pressure of about 10 kgf / cm2 to about 60 kgf / cm2 to separate the second filtered water and the second concentrated water.
  • the inlet pressure can be applied variably.
  • the first concentrated water may be rapidly separated into the second filtered water and the second concentrated water while minimizing energy consumption under the inflow pressure. Including the above step can easily adjust the TDS concentration of the desired treated water while further improving the freshwater production rate for the raw water.
  • the second nanofiltration unit 32 is connected to the discharge unit 210 to discharge a second concentrated water including TDS removed in the process of generating the second filtered water.
  • the connection part 120 may be provided.
  • the second filtered water separated from the second nanofiltration unit 32 is transferred to the first inlet 102 through the transfer unit 130, the second concentrated water is the second connection portion 120 It may be transferred to the discharge portion 210 through the discharge) to the outside.
  • the present invention uses the TDS concentration values measured by the first to third measurement units 400a, 400b, and 400c to control the first to fourth flow path changing units in the controller 60.
  • 500a, 500b, 500c, and 500d may be controlled to introduce or reintroduce the treated water to generate treated water having a desired TDS value.
  • the controller 60 controls the first filtered water generated by the above-described method and introduced into the second inlet 104.
  • the third and fourth flow path changing units 500c and 500d may be controlled to be introduced into the discharge unit 200 and discharged through the discharge unit 200 without passing through the electrosorption desalination unit 40.
  • a desalination apparatus 1000 as shown in FIG. 1 was manufactured with respect to Examples and Comparative Examples.
  • the pretreatment unit 20 used the sand filter which filled the filtration sand of 0.4 mm of effective particle diameters.
  • the first nanofiltration unit 30 used a nanofiltration membrane made of polyamide.
  • the electrosorption desalination unit 40 a capacitive desalination (CDI) unit using an ion exchange membrane and an activated carbon electrode was used.
  • the first pressurized pump 300 is controlled by the control unit 60 to introduce the generated feed water into the first nanofiltration unit 30 at an inflow pressure of 10 kgf / cm 2 to 60 kgf / cm 2 to obtain a TDS concentration.
  • the first filtrate was separated into reduced first filtrate and first concentrated water containing contaminants removed from the first filtrate.
  • the first concentrated water was transferred to the first connection part 110 and discharged to the outside through the discharge part 210, and the first filtered water was transferred to the second inlet part 104, and then the second measuring part ( In 400b), the TDS concentration value of the first filtrate was measured. At this time, the TDS concentration value of the first filtrate was measured to 12,355 ppm.
  • the desalination apparatus 1000 of the embodiment controls the first to fourth flow path changing units 500a, 500b, 500c, and 500d in the control unit 60 to control the first filtered water to the first nanofiltration unit 30.
  • Re-introduce) to reduce the TDS concentration and then flow into the electrosorption desalination unit 40 to control the power supply unit 50 from the control unit 60 to reduce the voltage to the electrosorption desalination unit 40 by 0.2V.
  • 2.0V to reduce the TDS concentration to produce a treated water.
  • the TDS concentration value was measured by the third measuring part 400c, and was measured as 850 ppm.
  • the controller 60 controls the second flow path changing part and the fourth flow path changing parts 500b and 500d to re-introduce the treated water into the electrosorption desalination unit 40 and to TDS in the same manner as described above. The concentration was further reduced.
  • the first filtered water flows into the electrosorption desalination unit 40 as it is, and the control unit 60 controls the power supply unit 50 to apply a voltage to the electrosorption desalination unit 40 with a voltage of 0.2V to 2.0V while maintaining a TDS concentration.
  • Treated water was produced in the same manner as in Example except that was reduced.
  • the desalination apparatus 1000 according to the embodiment of the present invention was found that the energy consumption is significantly lower than the desalination apparatus 1000 of the comparative example.

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Abstract

본 발명은 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법에 관한 것이다.

Description

담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법
본 발명은 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 원수에 포함된 입자성 물질 및 무기성 물질을 제거하는 전처리단계 이후 나노여과 및 전기흡착식 탈염하여 기존 담수화 장치보다 전처리 비용 절감효과가 우수하고, 담수생산 회수율이 우수하면서 에너지 소비량을 절감할 수 있으며, 원하는 수질의 담수를 용이하게 생산할 수 있는 담수화 장치 및 이를 이용한 담수화 방법에 관한 것이다.
최근 지구 온난화에 따른 기후변화와 인구증가 및 산업화에 따른 수질환경오염문제로 전 세계적으로 물 부족 현상이 증가하고 있다. 이러한 물 부족 문제를 해결하기 위해서 과거부터 다양한 방법의 담수화 기술이 개발되어 이용되고 있고 현재도 담수생산 비용을 저감하기 위한 기술개발이 활발히 진행 중에 있다.
일반적으로 해수는 약 20,000 ppm 내지 약 50,000 ppm(mg/ℓ)의 총용존 고형물 농도를 가질 수 있다. 이들 용존 고형물은 다양한 일가, 이가, 다원자가, 다가 염 또는 화학종을 포함하며, 이중 염화나트륨이 전체 고형물의 약 75 중량%를 차지한다.
한편, 일반적으로 음용수는 약 500ppm 이하의 총용존 고형물(Total Dissolved Solids, TDS) 농도를 가진다.
염수를 담수화시키는 종래의 기술로는 증발법, 역삼투법(Reverse Osmosis, RO) 등과 같은 물리적 처리법과 전기흡착식 탈염법(Capacitive deionization, CDI), 전기투석과 같은 전기화학적 처리법으로 구분할 수 있다. 또한 공정상 상기 담수화 방법들을 단일 공정으로 사용하는 것 이외에 물리적 공정과 전기화학적 처리방법을 결합한 하이브리드형 담수화 장치 및 방법도 존재한다.
상기 증발법은 원리 및 장치가 단순하고 고순도의 담수를 얻을 수 있는 장점이 있으나 에너지 비용이 많이 소요된다. 역삼투법(RO)은 삼투압보다 높은 압력을 가할 때 용액으로부터 순수한 물을 얻을 수 있다는 원리를 이용하여 염수를 담수화시킨다. 그러나 역삼투법 담수화 장치는 염수를 담수화시키기 위해서는 보통 고압의 펌프를 이용하여 염수의 삼투압 보다 높은 압력을 역삼투막에 가해 주어야 한다. 따라서 고압펌프의 높은 소비전력으로 인해 에너지 비용이 높고 또한 수중의 탁도성분 및 유기물에 매우 취약한 역삼투막을 보호하기 위한 전처리가 매우 까다롭고 장치로 유입되는 원수에 비해 생산되는 담수 회수율이 매우 낮아 현재까지 담수생산 비용이 높은 것이 사실이다.
전기화학적 처리방법 중 전기흡착식 탈염법은 현재 저에너지소비형 담수화 기술로 평가되고 있지만, 소규모로 적용되고 있을 뿐 아직 대용량 규모로 상용화되지 않고 있다. 이와 같이 대용량 상용화가 미뤄지고 있는 이유는 대용량화, 유로, 처리수질 품질 등에 있어서 미흡한 면을 보이고 있으며 또한 고농도의 염수를 처리하기에는 현재까지 기술 개발이 이루어지지 않고 있기 때문이다.
이러한 단일 공정의 문제점을 극복하기 위해서 증발법과 역삼투법, 역삼투법과 전기흡착식 탈염법을 결합한 다양한 하이브리드 담수화 공정이 개발되어 있지만 현재까지 에너지 소비량이 여전히 높고, 전처리 비용이 많이 들고, 회수율이 낮은 등 담수생산 비용이 여전히 높은 문제점이 존재하고 있다.
본 발명의 목적은 기존 담수화 장치보다 에너지 소비량이 적고, 경제적이며, 담수생산 회수율이 우수한 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전처리 비용의 절감효과가 우수한 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원하는 수질의 담수를 용이하게 생산할 수 있는 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소규모 시설에서도 담수 생산이 가능한 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형화된 시설에서 다양한 농도의 담수 생산이 가능한 담수화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 담수화 장치를 이용한 담수화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 담수화 장치에 관한 것이다. 상기 담수화 장치는 원수가 유입되는 원수유입부가 구비되고, 상기 유입된 원수로부터 공급수를 생성하는 전처리유닛; 상기 공급수가 유입되는 제1 유입부가 구비되고, 상기 유입된 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 제1 나노여과유닛; 상기 제1 여과수가 유입되는 제2 유입부 및 처리수를 배출하는 배출부가 구비되고, 상기 유입된 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 전기흡착식 탈염유닛; 상기 제1 유입부에 구비되어 상기 공급수에 유입압력을 인가하는 제1 가압펌프; 상기 전기흡착식 탈염유닛과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원공급부; 상기 제1 유입부, 제2 유입부 및 배출부에 각각 구비되어 TDS(Total Dissolved Solids) 농도를 측정하는 제1 측정부, 제2 측정부 및 제3 측정부; 상기 제1 유입부에 구비되는 제1 유로변경부, 상기 제2 유입부에 차례로 구비되는 제2 유로변경부 및 제3 유로변경부, 및 상기 배출부에 구비되는 제4 유로변경부; 및 상기 제1 가압펌프, 전원공급부, 제1 측정부 내지 제3 측정부, 및 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부는 상기 제어부와 전기적으로 연결되며, 상기 제어부는 원하는 처리수의 TDS 농도값이 설정되고, 상기 제1 측정부 내지 제3 측정부로부터 얻은 TDS 농도값을 수용하며, 상기 제어부는 상기 제1 측정부의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프를 제어하여 상기 공급수에 인가되는 유입압력을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛으로 재유입하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 전기흡착식 탈염 유닛을 거치지 않고 상기 배출부로 유입하고, 그리고 상기 제3 측정부의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛으로 재유입하는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 담수화 장치는 제2 나노여과유닛을 더 구비하여 상기 제1 농축수를 상기 제2 나노여과유닛으로 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리하고, 상기 제2 나노여과유닛은 상기 제1 농축수가 유입되는 제3 유입부 및 상기 제1 유입부와 연결되어 상기 분리된 제2 여과수를 이송하는 이송부가 구비되며, 상기 제3 유입부에는 상기 제1 농축수에 유입압력을 인가하는 제2 가압펌프가 구비되고, 그리고 상기 제2 가압펌프는 상기 제어부에 전기적으로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서, 상기 공급수의 유입압력은 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠인 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압값은 약 0.2V 내지 약 2V인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점은 상기 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에 관한 것이다. 전술한 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에 있어서, 원수로부터 공급수를 생성하는 단계; 상기 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 단계; 및 상기 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 단계;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 측정부의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프를 제어하여 상기 공급수에 인가되는 유입압력을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛으로 재유입하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 전기흡착식 탈염 유닛을 거치지 않고 상기 배출부로 유입하고, 그리고 상기 제3 측정부의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛으로 재유입하는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 담수화 방법은 원수유입부로부터 원수를 공급하여 전처리유닛에서 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 공급수를 생성하는 단계; 상기 공급수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 상기 제1 나노여과유닛에 유입하여 제1 여과수 및 제1 농축수로 분리하는 단계; 및 상기 제1 여과수를 약 0.2V 내지 약 2V의 전압이 인가되는 전기흡착식 탈염유닛에 이송하여 처리수를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한 구체예에서 상기 담수화 방법은 상기 제1 농축수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 제2 나노여과유닛에 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 담수화 장치는 기존 담수화 장치보다 담수생산 회수율이 우수하고, 전처리 비용 절감효과가 우수하고, 소규모 시설에서도 담수 생산이 가능하며, 원하는 다양한 농도의 담수 생산이 가능할 수 있으며, 담수 생산시 에너지 소비량을 크게 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 담수화 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 담수화 장치를 나타낸다.
본 발명의 하나의 관점은 담수화 장치에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 담수화 장치(1000)를 나타낸다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 담수화 장치(1000)는 원수가 유입되는 원수유입부(100)가 구비되고, 상기 유입된 원수로부터 공급수를 생성하는 전처리유닛(20); 상기 공급수가 유입되는 제1 유입부(102)가 구비되고, 상기 유입된 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 제1 나노여과유닛(30); 상기 제1 여과수가 유입되는 제2 유입부(104) 및 처리수를 배출하는 배출부(200)가 구비되고, 상기 유입된 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 전기흡착식 탈염유닛(40); 상기 제1 유입부(102)에 구비되어 상기 공급수에 유입압력을 인가하는 제1 가압펌프(300); 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원공급부(50); 상기 제1 유입부(102), 제2 유입부(104) 및 배출부(200)에 각각 구비되어 TDS 농도를 측정하는 제1 측정부, 제2 측정부 및 제3 측정부(400a, 400b, 400c); 상기 제1 유입부(102)에 구비되는 제1 유로변경부(500a), 상기 제2 유입부(104)에 차례로 구비되는 제2 및 제3 유로변경부(500b, 500c), 및 상기 배출부(200)에 구비되는 제4 유로변경부(500d); 및 상기 제1 가압펌프(300), 전원공급부(50), 제1 측정부 내지 제3 측정부(400a, 400b, 400c), 및 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부(60);를 포함한다.
상기 원수유입부(100)는 원수가 유입된다. 본 발명에서 상기 원수로는 해수(Seawater), 하수처리수, 빗물 또는 지하수가 될 수 있다.
상기 전처리유닛(20)은 상기 유입된 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 담수 회수율을 더욱 증가시키고, 담수 생성에 필요한 시간을 절감하는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 전처리유닛(20)은 유입된 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 공급수를 생성할 수 있다.
상기 전처리유닛(20)은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 전처리유닛(20)으로는 샌드 필터(sand filter), 층상 필터, 마이크로필터, 역류 마이크로필터, 침전 탱크 및 에어레이터 장치 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기와 같은 종류의 전처리유닛(20)을 사용시 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 용이하게 제거하여 후술할 나노여과 및 전기흡착 탈염시 여과시간 및 에너지를 절감할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 전처리유닛(20)은 상기 유입된 원수에서 제거된 입자성 물질 및 유기성 물질을 포함하는 농축수를 외부로 배출하는 방류부(210)를 구비할 수 있다.
상기 제1 나노여과유닛(30)은 상기 공급수로부터 상기 공급수의 TDS(Total Dissolved Solids, 총용존고형물) 농도를 저감한 제1 여과수, 및 상기 제1 여과수에서 제거된 오염물질을 포함하는 제1 농축수를 분리하기 위해 포함된다.
상기 제1 나노여과유닛(30)은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 한 구체예에서 상기 제1 나노여과유닛(30)은 상기 전처리유닛(20)에서 생성된 공급수가 유입되는 제1 유입부(102)가 구비될 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 제1 나노여과유닛(30)은 상기 방류부(210)와 연결되어 상기 제1 농축수를 배출할 수 있는 제1 연결부(110)가 구비된다.
상기 전기흡착식 탈염유닛(40)은 상기 제1 여과수에 포함된 TDS 농도를 저감하여 처리수를 생성하기 위해 포함된다.
상기 전기흡착식 탈염유닛(40)은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 이온교환 멤브레인 및 활성탄소 전극을 이용한 축전식 탈염(CDI, Capacitive Deionization)장치를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 축전식 탈염장치(CDI)를 사용시 낮은 전압에서 작동이 가능하며, 에너지 소비량이 다른 탈염장치에 비해 낮을 수 있다.
한 구체예에서 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에는 상기 제1 여과수가 유입되는 제2 유입부(104) 및 최종처리수를 배출하는 배출부(200)가 구비된다.
상기 제1 가압펌프(300)는 상기 제1 유입부(102)에 구비되어 상기 전처리유닛(20)에서 생성된 공급수에 유입압력을 인가한다. 한 구체예에서 상기 공급수에 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력을 인가하여 상기 제1 나노여과유닛(30)에 유입할 수 있다. 한 구체예에서 상기 유입압력은 가변적으로 제어될 수 있다. 상기 범위에서 에너지가 많이 소비되지 않으면서 상기 공급수로부터 신속하게 제1 여과수 및 제1 농축수가 분리되어 후술할 전기흡착 탈염장치(40)에서 전력이 많이 소비되지 않으면서 용이하게 원하는 TDS 농도의 처리수를 생성할 수 있다.
상기 전원공급부(50)는 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 전원공급부(50)는 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 약 0.2V 내지 약 2V의 전압을 인가할 수 있다. 한 구체예에서 상기 전압을 가변적으로 인가할 수 있다. 상기 범위에서 적은 전력소비량으로 용이하게 상기 제1 여과수의 TDS을 저감하여 신속하게 상기 처리수를 생성할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 제1 유입부(102), 제2 유입부(104) 및 배출부(200)에는 각각 TDS 농도값을 측정하는 제1, 제2 및 제3 측정부(400a, 400b, 400c)가 구비된다. 상기 제1, 제2 및 제3 측정부(400a, 400b, 400c)를 포함시 요구되는 처리수의 수질조건을 용이하게 조절할 수 있으며, 긴급한 수질제어가 요구되는 상황에서도 신속하게 대응하여 제어가 가능할 수 있다.
상기 제어부(60)는 원하는 처리수의 TDS 농도값이 입력된다. 예를 들면 약 500 ppm 이하의 TDS 농도값을 입력할 수 있다. 예를 들면, 약 300 ppm 내지 약 500 ppm의 TDS 농도값을 입력할 수 있다. 또한, 상기 제어부(60)는 상기 제1 내지 제3 측정부(400a, 400b, 400c)로부터 얻은 TDS 농도값을 수용한다. 또한, 상기 제어부(60)는 상기 수용된 상기 TDS 농도값 정보를 이용하여, 기설정된 상기 처리수의 TDS 농도값을 만족시키기 위해 상기 제1 가압펌프(300), 전원공급부(50), 제1 내지 제3 측정부(400a, 400b, 400c), 및 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)와 전기적으로 연결되어 제어한다.
한 구체예에서 상기 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)로는 통상적인 유로변경 밸브를 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제어부(60)는 상기 제1 측정부(400a)의 TDS 농도값에 따라, 상기 제1 가압펌프(300)를 제어하여 상기 공급수의 유입압력을 제어한다. 상기와 같이 공급수의 유입압력을 제어시 상기 제1 나노여과유닛(30)의 손상을 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 범위인 경우, 상기 제어부(60)에서 상기 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛(30)으로 재유입하여 추가적으로 상기 제1 여과수의 TDS 농도를 저감시킨다. 한 구체예에서 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 10,000.1 ppm 내지 약 40,000 ppm인 경우에 상기와 같이 제어하여 재유입할 수 있다. 상기와 같은 조건으로 제어하여 전기흡착식 탈염유닛(40)으로 이송시 전력소모를 최소화하며, 처리수 생성시간을 단축할 수 있다. 상기 제2 측정부(400b)에서 측정된 상기 제1 여과수의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과시 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 그대로 유입하게 되면 처리수의 생성시간이 길어지고 높은 전압인가에 따라 전력소모가 지나치게 증가할 뿐만 아니라, 장기적으로는 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)의 손상을 초래할 수 있다.
또한 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 제어부(60)에서 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 인가되는 전압을 제어한다.
상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만으로 측정되는 경우, 상기 제3 및 제4 유로변경부(500c, 500d)를 제어하여 상기 제1 여과수를 전기흡착식 탈염유닛(40)을 거치지 않고 배출부(200)로 유입하고, 그리고 상기 제3 측정부(400c)의 TDS 농도값이 상기 제어부(60)에 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부(500b) 및 제4 유로변경부(500d)를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)으로 재유입하여 추가적으로 TDS 농도를 저감시킨다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 담수화 장치(1000)를 도시한다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에서 상기 담수화 장치(1000)는 제2 나노여과유닛(32)을 더 구비할 수 있다.
상기 제2 나노여과유닛(32)은 상기 제1 나노여과유닛(30)에서 분리된 상기 제1 농축수를 이용하여 원수에 대한 담수 생산율을 더욱 향상시키기 위해 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 제1 농축수를 상기 제2 나노여과유닛(32)으로 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 나노여과유닛(32)은 상기 제1 농축수가 유입되는 제3 유입부(106) 및 상기 제1 유입부(102)와 연결되어 상기 분리된 제2 여과수를 이송하는 이송부(130)가 구비될 수 있으며, 상기 제3 유입부(106)에는 상기 제1 농축수에 유입압력을 인가하는 제2 가압펌프(310)가 구비될 수 있다.
상기 제2 가압펌프(310)는 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 제어되며, 상기 제1 나노여과유닛(30)에서 생성된 상기 제1 농축수에 유입압력을 인가하기 위하여 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 제1 농축수는 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 상기 제2 나노여과유닛(32)에 유입될 수 있다. 이때, 상기 유입압력은 가변적으로 제어될 수 있다. 상기 조건으로 유입시 에너지가 많이 소비되지 않으면서 신속하게 나노여과되어 상기 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 제2 나노여과유닛(32)은 상기 방류부(210)와 연결되어 상기 제2 여과수 생성 과정에서 제거된 TDS를 포함하는 제2 농축수를 배출할 수 있는 제2 연결부(120)를 구비할 수 있다.
따라서, 상기 제2 나노여과유닛(32)에서 분리된 상기 제2 여과수는 상기 이송부(130)를 통해 상기 제1 유입부(102)로 이송되며, 상기 제2 농축수는 상기 제2 연결부(120)를 통하여 상기 방류부(210)로 이송되어 외부로 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 담수화 장치(1000)를 이용한 담수화 방법에 관한 것이다. 상기 담수화 방법은 공급수 생성단계; 제1 여과수 및 제1 농축수 분리단계; 및 처리수 생성단계;를 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 담수화 장치(1000)를 이용한 담수화 방법은 원수로부터 공급수를 생성하는 단계; 상기 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 단계; 및 상기 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 단계;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 측정부의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프를 제어하여 상기 공급수에 인가되는 유입압력을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 내지 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛으로 재유입하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 전기흡착식 탈염 유닛을 거치지 않고 상기 배출부로 유입하고, 그리고 상기 제3 측정부의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛으로 재유입한다.
상기 공급수 생성단계는 상기 전처리유닛(20)에서 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 공급수를 생성하는 단계이다. 상기 공급수 생성단계를 포함시 상기 제1 나노여과유닛(30) 및 전기흡착식 탈염유닛(40)에서 소비되는 에너지를 절약하고 처리수 생성시간을 단축할 수 있다.
상기 제1 여과수 및 제1 농축수 분리단계는 제1 가압펌프(300)에 의해 상기 공급수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 상기 제1 나노여과유닛(30)에 유입하여 상기 제1 여과수 및 제1 농축수로 분리하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 유입압력은 가변적으로 인가될 수 있다. 상기 유입압력 조건에서 신속하게 상기 공급수를 여과하여 상기 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리할 수 있다. 상기 단계를 포함시 에너지를 절약하고 처리수 생성시간을 단축할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 한 구체예에서 상기 제1 농축수는 제1 연결부(110)를 통하여 상기 방류부(210)로 이송되어 외부로 배출될 수 있다.
상기 처리수 생성단계는 상기 제1 여과수를 약 0.2V 내지 약 2V의 전압이 인가되는 전기흡착식 탈염유닛(40)에 이송하여 상기 제1 여과수의 TDS 농도를 저감하여 처리수를 생성하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 전압은 가변적으로 인가될 수 있다. 상기 조건에서 처리수 생성에 필요한 에너지 및 시간을 절약할 수 있다.
상기 제어부(60)는 상기 제1 측정부(400a)의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프(300)를 제어하여 상기 공급수의 유입압력을 제어하고, 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛(30)으로 재유입하고, 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부(50)를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 인가되는 전압을 제어하고, 상기 제2 측정부(400b)의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 및 제4 유로변경부(500c, 500d)를 제어하여 상기 제1 여과수를 전기흡착식 탈염 유닛(40)을 거치지 않고 배출부(200)로 유입하고, 그리고 상기 제3 측정부(400c)의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부(500b) 및 제4 유로변경부(500d)를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)으로 재유입하여 TDS 농도를 저감한다.
한 구체예에서 상기 담수화 방법은 제2 여과수 및 제2 농축수 분리단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 단계는 상기 제1 농축수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 제2 나노여과유닛(32)에 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 유입압력은 가변적으로 인가될 수 있다. 상기 유입압력 조건에서 에너지 소비량을 최소화 하면서 상기 제1 농축수를 신속하게 상기 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리할 수 있다. 상기 단계를 포함시 원수에 대한 담수 생산율을 더욱 향상시키면서 원하는 처리수의 TDS 농도를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 제2 나노여과유닛(32)은 상기 방류부(210)와 연결되어 상기 제2 여과수 생성 과정에서 제거된 TDS를 포함하는 제2 농축수를 배출할 수 있는 제2 연결부(120)를 구비할 수 있다.
따라서, 상기 제2 나노여과유닛(32)에서 분리된 상기 제2 여과수는 상기 이송부(130)를 통해 상기 제1 유입부(102)로 이송되며, 상기 제2 농축수는 상기 제2 연결부(120)를 통하여 상기 방류부(210)로 이송되어 외부로 배출될 수 있다.
또한, 전술한 담수화 방법 이외에도 본 발명에서는 상기 제1 내지 제3 측정부(400a, 400b, 400c)에서 측정된 TDS 농도값을 이용하여 상기 제어부(60)에서 상기 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)를 제어하여 상기 처리수를 유입 또는 재유입하여 원하는 TDS 값을 갖는 처리수를 생성할 수 있다. 한 구체예에서 원하는 처리수의 TDS 농도값이 약 500 ppm을 초과하는 경우, 전술한 방법으로 생성되어 상기 제2 유입부(104)에 유입된 상기 제1 여과수를 상기 제어부(60)에서 상기 제3 및 제4 유로변경부(500c, 500d)를 제어하여 상기 배출부(200)로 유입하여 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)을 거치지 않고 상기 배출부(200)를 통해 배출할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예: 담수화 장치 제조
실시예 및 비교예에 대하여 상기 도 1과 같은 담수화 장치(1000)를 제조하였다. 이때, 전처리 유닛(20)은 유효입경 0.4mm의 여과사(濾過砂)를 충진한 샌드필터를 이용하였다. 제1 나노여과유닛(30)은 폴리아미드(polyamide)소재의 나노여과막을 사용하였다. 전기흡착식 탈염유닛(40)으로는 이온교환 멤브레인 및 활성탄소 전극을 이용한 축전식 탈염(CDI)유닛을 사용하였다.
실험예: 해수처리
TDS 농도가 약 38,000 ppm인 해수를 상기 담수화 장치를 사용하여 여과하였다. 제어부(60)에 원하는 처리수의 TDS 농도값을 450ppm으로 설정하고, 상기 실시예 및 비교예의 담수화 장치(1000)에 상기 해수를 원수유입부(100)를 통해 공급하여 상기 전처리유닛(20)에서 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 공급수를 생성하였다.
제어부(60)에 의해 제1 가압펌프(300)를 제어하여 상기 생성된 공급수를 10 kgf/㎠ 내지 60 kgf/㎠의 유입압력으로 상기 제1 나노여과유닛(30)에 유입하여 TDS 농도를 저감한 제1 여과수 및 상기 제1 여과수로부터 제거된 오염물질을 포함하는 제1 농축수로 분리하였다.
상기 제1 농축수는 제1 연결부(110)로 이송하여 상기 방류부(210)를 통해 외부로 배출하였고, 상기 제1 여과수는 제2 유입부(104)로 이송한 다음, 제2 측정부(400b)에서 상기 제1 여과수의 TDS 농도값을 측정하였다. 이때 상기 제1 여과수의 TDS 농도값은 12,355 ppm으로 측정되었다.
이때, 상기 실시예의 담수화 장치(1000)에서는 상기 제어부(60)에서 제1 내지 제4 유로변경부(500a, 500b, 500c, 500d)를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛(30)으로 재유입하여 TDS 농도를 다시 저감한 다음, 전기흡착식 탈염유닛(40)으로 유입하여 상기 제어부(60)에서 전원공급부(50)를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)에 전압을 0.2V 내지 2.0V로 인가하면서 TDS 농도를 저감하여 처리수를 생성하였다.
상기 처리수를 상기 배출부(200)에 유입한 다음, 제3 측정부(400c)에서 TDS 농도값을 측정한 결과, 850 ppm으로 측정되었다. 이때, 상기 제어부(60)에서 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부(500b, 500d)를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛(40)으로 재유입하여 상기와 같은 방법으로 TDS 농도를 더 저감하였다.
비교예
상기 제1 여과수를 그대로 전기흡착식 탈염유닛(40)에 유입하고 상기 제어부(60)에서 전원공급부(50)를 제어하여 전기흡착식 탈염유닛(40)에 전압을 0.2V 내지 2.0V로 인가하면서 TDS 농도를 저감한 것을 제외하고 실시예와 동일한 방법으로 처리수를 생성하였다.
상기 실시예 및 비교예의 담수화 장치(1000) 운전시의 총 에너지 소비량을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1
에너지소비량(Wh/L)
실시예 3.4
비교예 5.2
상기 표 1을 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 담수화 장치(1000)는 비교예의 담수화 장치(1000)보다 에너지소비량이 현저히 낮음을 알 수 있었다.

Claims (7)

  1. 원수가 유입되는 원수유입부가 구비되고, 상기 유입된 원수로부터 공급수를 생성하는 전처리유닛;
    상기 공급수가 유입되는 제1 유입부가 구비되고, 상기 유입된 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 제1 나노여과유닛;
    상기 제1 여과수가 유입되는 제2 유입부 및 처리수를 배출하는 배출부가 구비되고, 상기 유입된 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 전기흡착식 탈염유닛;
    상기 제1 유입부에 구비되어 상기 공급수에 유입압력을 인가하는 제1 가압펌프;
    상기 전기흡착식 탈염유닛과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원공급부;
    상기 제1 유입부, 제2 유입부 및 배출부에 각각 구비되어 TDS(Total Dissolved Solids) 농도를 측정하는 제1 측정부, 제2 측정부 및 제3 측정부;
    상기 제1 유입부에 구비되는 제1 유로변경부, 상기 제2 유입부에 차례로 구비되는 제2 유로변경부 및 제3 유로변경부, 및 상기 배출부에 구비되는 제4 유로변경부; 및
    상기 제1 가압펌프, 전원공급부, 제1 측정부 내지 제3 측정부, 및 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부와 전기적으로 연결되어 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부는 상기 제어부와 전기적으로 연결되며,
    상기 제어부는 원하는 처리수의 TDS 농도값이 설정되고, 상기 제1 측정부 내지 제3 측정부로부터 얻은 TDS 농도값을 수용하며,
    상기 제어부는 상기 제1 측정부의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프를 제어하여 상기 공급수에 인가되는 유입압력을 제어하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛으로 재유입하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압을 제어하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 전기흡착식 탈염 유닛을 거치지 않고 상기 배출부로 유입하고, 그리고
    상기 제3 측정부의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛으로 재유입하는 것을 특징으로 하는 담수화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제2 나노여과유닛을 더 구비하여 상기 제1 농축수를 상기 제2 나노여과유닛으로 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리하고,
    상기 제2 나노여과유닛은 상기 제1 농축수가 유입되는 제3 유입부 및 상기 제1 유입부와 연결되어 상기 분리된 제2 여과수를 이송하는 이송부가 구비되며,
    상기 제3 유입부에는 상기 제1 농축수에 유입압력을 인가하는 제2 가압펌프가 구비되고, 그리고
    상기 제2 가압펌프는 상기 제어부에 전기적으로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 하는 담수화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공급수의 유입압력은 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 담수화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압값은 약 0.2V 내지 약 2V인 것을 특징으로 하는 담수화 장치.
  5. 제1항의 담수화 장치를 이용한 담수화 방법에 있어서,
    원수로부터 공급수를 생성하는 단계;
    상기 공급수로부터 제1 여과수 및 제1 농축수를 분리하는 단계; 및
    상기 제1 여과수로부터 처리수를 생성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 측정부의 TDS 농도값에 따라 상기 제1 가압펌프를 제어하여 상기 공급수에 인가되는 유입압력을 제어하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 10,000 ppm을 초과하는 경우, 상기 제1 유로변경부 내지 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 제1 나노여과유닛으로 재유입하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 내지 약 10,000 ppm의 범위인 경우, 상기 전원공급부를 제어하여 상기 전기흡착식 탈염유닛에 인가되는 전압을 제어하고,
    상기 제2 측정부의 TDS 농도값이 약 500 ppm 미만인 경우, 상기 제3 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 제1 여과수를 상기 전기흡착식 탈염 유닛을 거치지 않고 상기 배출부로 유입하고, 그리고
    상기 제3 측정부의 TDS 농도값이 상기 설정된 TDS 농도값을 초과하는 경우, 상기 제2 유로변경부 및 제4 유로변경부를 제어하여 상기 처리수를 상기 전기흡착식 탈염유닛으로 재유입하는 것을 특징으로 하는 담수화 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 담수화 방법은
    원수유입부로부터 원수를 공급하여 전처리유닛에서 상기 원수의 입자성 물질 및 유기성 물질을 제거하여 공급수를 생성하는 단계;
    상기 공급수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 상기 제1 나노여과유닛에 유입하여 제1 여과수 및 제1 농축수로 분리하는 단계; 및
    상기 제1 여과수를 약 0.2V 내지 약 2V의 전압이 인가되는 전기흡착식 탈염유닛에 이송하여 처리수를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 담수화 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 담수화 방법은
    상기 제1 농축수를 약 10 kgf/㎠ 내지 약 60 kgf/㎠의 유입압력으로 제2 나노여과유닛에 유입하여 제2 여과수 및 제2 농축수로 분리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담수화 방법.
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