KR102716185B1 - 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 역삼투부에서 순환 배출되는 1차 농축수와 순환 역삼투부를 통해 순환 배출되는 2차 농축수를, 순환 역삼투부를 통해 역삼투 재처리하여서 생산수의 회수율을 극대화하면서 농축수의 발생을 최소화하고, 상기 순환 역삼투부에 급수되는 2차 농축수의 이온농도에 따라 이온농도가 저감된 농축 혼입수를 생성 및 순환 역삼투부에 급수하여서 순환 역삼투부의 역삼투 성능이 지속적으로 유지되어 수명이 연장되도록 한 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 역삼투부에서 순환 배출되는 1차 농축수와 순환 역삼투부를 통해 순환 배출되는 2차 농축수를, 순환 역삼투부를 통해 역삼투 재처리하여서 생산수의 회수율을 극대화하면서 농축수의 발생을 최소화하고, 상기 순환 역삼투부에 급수되는 2차 농축수의 이온농도에 따라 이온농도가 저감된 농축 혼입수를 생성 및 순환 역삼투부에 급수하여서 순환 역삼투부의 역삼투 성능이 지속적으로 유지되어 수명이 연장되도록 한 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법에 관한 것이다.
물 부족은 자원 고갈로 인해 이용 가능한 신선한 수원을 얻기 어려운 것을 의미하며, 세계적으로 산업 고도화 및 이상기후 현상 등으로 인해 물 부족이 더욱 심화되고 있다.
그러나, 물은 인간의 생활 및 여러 산업 분야에서 필수적인 요소로 그 수요는 계속해서 증가하고 있다. 하/폐수 또는 오/폐수(이하에서는 편의상 '폐수' 라고 한다) 등을 정화하는 수처리 분야에서는 역삼투 분리막(membrane)을 이용하여 폐수 중의 오염 물질을 여과함으로써 생산수를 얻고 있다.
그리고, 최근에는 일반적인 역삼투압 공정과 달리 목표 회수율을 달성하기 위해 역삼투압 설비에서 배출되는 농축수와 원수를 혼합하여 다시 역삼투압 설비에 주입하고, 목표 농도에 도달하면 농축수를 배출하여 운전하는 폐회로 역삼투압(Closed-circuit Reverse osmosis, CCRO) 방식의 해수 담수화 방식이 존재한다.
이와 관련하여 국내등록특허 제10-1052662호에는 역삼투압에 의해 염수액의 폐회로 내에서 연속 일괄 순차 탈염을 위한 장치로 복수의 폐회로 탈염 장치(CCRO)가 병렬로 연결되는 특징이 개시된다.
다만, 기존의 역삼투압을 이용한 폐회로 탈염 장치(CCRO)는 역삼투압 설비를 통해 배출되는 농축수의 압력이 증가되는 시간이 공정이 진행될수록 감소되어 역삼투압 설비의 세척 또는 교체 주기가 짧아지는 문제점이 있었다.
그리고, 상기와 같은 역삼투 분리막를 이용한 수처리 공정으로는 다양한 운전 방법들이 있지만, 고농도의 폐수를 처리하거나 오염물질 또는 회수 대상물 물질을 농축함에 있어 역삼투 분리막의 오염 및 부하를 최소화시키기가 어렵고, 회수율이 낮아 효율성이 떨어지고, 농축수를 재 처리해야 하는 문제가 있다.
그리고, 이러한 농축수의 경우 수질에 따라 방류 수질 기준을 만족하기 위해 재처리 하여 방류하거나 고비용의 폐기물처리 절차에 의하여 폐기되어야 한다.
종래 농축수의 발생량은 유입 처리수 수량 대비 약20∼30% 정도에 육박하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 농축수 처리 및 폐기 비용은 폐수처리 재이용 분야에서 경제적 부담이 될 수 있으며, 그에 따라 재 이용수 생산방법의 경제적 효율성을 심각하게 저하시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
또한, 운전 중 항상 일정량의 농축수를 배출함으로서 공급수의 양적 손실과 동력비 상승은 물론 추가적인 농축 배출수 재처리 공정 도입이 필요하거나 농축수 배출량 증가에 따른 처리문제 등 경제적인 부담이 크게 발생하는 문제점도 있었다.
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 메인 역삼투부에서 순환 배출되는 1차 농축수와 순환 역삼투부를 통해 순환 배출되는 2차 농축수를, 순환 역삼투부를 통해 역삼투 재처리하여서 생산수의 회수율을 극대화하면서 농축수의 발생을 최소화면서, 순환 역삼투부에 급수되는 2차 농축수의 이온농도에 따라 이온농도가 저감된 농축 혼입수를 생성 및 순환 역삼투부에 급수하여서 순환 역삼투부의 역삼투 성능이 지속적으로 유지되어 수명이 연장되도록 한 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법을 제공함에 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법은,
원수 공급부를 통해 메인 역삼투부에 원수를 급수하여, 메인 역삼투유닛의 역삼투 분리막들에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 1차 농축수를 분리하여 배수하고, 순환 역삼투부가 상기 1차 농축수를 순환 역삼투유닛의 역삼투 분리막에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 한편, 순환급수부가 2차 농축수를 1차 농축수와 함께 순환 역삼투유닛의 역삼투 분리막들에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 다중 역삼투 처리공정을 포함하고,
상기 다중 역삼투 처리공정에는, 상기 순환급수부에 배치된 이온농도 계측유닛이 2차 농축수의 이온농도를 계측하고, 상기 2차 농축수의 이온농도에 따라 농축 혼입수 급수부가 원수 공급부를 통해 급수되는 원수를 1차 농축수와 2차 농축수에 혼입하여 설정 이온농도의 농축 혼입수를 생성하고 상기 설정 이온농도의 농축 혼입수를 순환 역삼투유닛에 급수하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 순환급수부는 농축 혼입수 급수부에 급수되는 원수량과 동일유량의 2차 농축수를 배수구를 통해 외부에 배수하여, 상기 순환 역삼투부에는 동일한 유량의 농축 혼입수가 급수되도록 구성한다.
보다 바람직하게는, 상기 이온농도 계측유닛에 의해 계측되는 2차 농축수의 이온농도가 설정값에 도달하면, 2차 농축수를 외부에 배수하면서 순환 역삼투부에 혼입된 원수와 1차 농축수를 급수하여 순환 역삼투부의 역삼투 분리막들에 잔류된 농축이온들을 제거하는 세미 플럭싱 공정을 실행한다.
그리고, 상기 순환급수부가 일측에 급수포트가 형성되고 타측에 생산수 출수포트와 2차 농축수 출수포트가 각각 형성된 중공의 베셀과; 상기 베셀 내에 직렬로 배치되는 중공의 역삼투 분리막을 포함하여 구성된 순환 역삼투유닛의 2차 농축수 출수포트를 통해 생산수 급수펌프가 생산수를 급수하여, 배셀 내에 직렬로 정렬된 역삼투 분리막들의 말단구간에서 선단구간으로 생산수를 투과하여 역삼투 분리막들에 고착된 스케일을 제거하는 세정 재생공정을 더 포함한다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는, 원수를 통한 순환 역삼투유닛의 주기적인 세미 플럭싱 공정과 세정 재생공정을 통해 상기 순환 역삼투유닛의 수명을 연장하면서 농축 혼입수의 안정적인 역삼투처리를 통해 보다 많은 량의 생산수의 회수가 가능하다.
그리고, 세미 플럭싱 공정은 생산수의 연속적인 생산을 도모하면서 구현이 가능하므로 지속적인 생산수의 생산이 가능하고, 또 세정 재생공정은 순환 역삼투유닛의 특성을 이용하여 말단구간에서 선단구간으로 방향으로 원수나 생산수 등의 세정수를 급수하여서, 순환 역삼투부를 구성하는 역삼투 분리막들을 단시간 내에 세정 및 재생이 가능하다.
따라서, 본 발명은 다중 역삼투 처리를 통해 생산수의 회수율을 높이고 농축수의 발생을 최소화하면서도 순환 역삼투부를 구성하는 역삼투 분리막의 효율적인 관리를 통해 수명 연장과 역삼투 효율을 지속적으로 유지하는 것이 가능하다.
그리하여, 본 발명은 세정주기를 길게 가져가는 것이 가능해지고, 세정시간이 크게 단축되어 역삼투 분리막의 수명 연장을 통한 유지 보수 비용의 절감이 가능하고, 또 처리수의 회수율이 증가되고 농축수의 발생이 최소화되므로 향상된 생산성과 경제성을 갖는다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템의 전체 구성을 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 메인 역삼투부와 농축 역삼투부를 구성하는 메인 역삼투 유닛과 순환 역삼투 유닛의 세부구성을 보여주는 것이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 통한 다중 역삼투 처리공정과, 세미 플럭싱 공정과, 세정 재생공정을 순차적으로 보여주는 모식도이고,
도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 구성하는 농축 혼입수 급수부의 세부 구성과 작용상태를 보여주는 것이고,
도 7은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 다중 역삼투 처리공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착되는 스케일 및 파울링의 고착상태를 모식적으로 보여주는 것이고,
도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 세정 재생공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착된 스케일 및 파울링의 세정상태를 모식적으로 보여주는 것이다.
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 메인 역삼투부와 농축 역삼투부를 구성하는 메인 역삼투 유닛과 순환 역삼투 유닛의 세부구성을 보여주는 것이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 통한 다중 역삼투 처리공정과, 세미 플럭싱 공정과, 세정 재생공정을 순차적으로 보여주는 모식도이고,
도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 구성하는 농축 혼입수 급수부의 세부 구성과 작용상태를 보여주는 것이고,
도 7은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 다중 역삼투 처리공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착되는 스케일 및 파울링의 고착상태를 모식적으로 보여주는 것이고,
도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 세정 재생공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착된 스케일 및 파울링의 세정상태를 모식적으로 보여주는 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템, 및 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템의 전체 구성을 보여주는 것이고, 도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 메인 역삼투부와 농축 역삼투부를 구성하는 메인 역삼투 유닛과 순환 역삼투 유닛의 세부구성을 보여주는 것이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 통한 다중 역삼투 처리공정과, 세미 플럭싱 공정과, 세정 재생공정을 순차적으로 보여주는 모식도이고, 도 6은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템을 구성하는 농축 혼입수 급수부의 세부 구성과 작용상태를 보여주는 것이고, 도 7은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 다중 역삼투 처리공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착되는 스케일 및 파울링의 고착상태를 모식적으로 보여주는 것이고, 도 8은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템에 있어, 세정 재생공정에 의해 순환 역삼투유닛에 고착된 스케일 및 파울링의 세정상태를 모식적으로 보여주는 것이다.
본 발명에 따른 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리시스템(1)은, 전처리 공정으로 고형입자들이 제거된 원수를 역삼투 처리과정을 통해 원수에 잔류된 이온들을 제거하여 이온들이 제거된 생산수를 회수하는 방류수 재이용 시스템이다.
상기 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템(1)은, 도 1에서 보는 바와 같이 전처리된 원수를 급수펌프(110)를 통해 급수하는 원수 공급부(100)와; 상기 원수 공급부(100)에 의해 급수되는 원수를 역삼투 분리막(212)들에 투과하여, 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 1차 농축수로 분리 배수하는 메인 역삼투부(200); 및 적어도 상기 메인 역삼투부(200)에서 배수되는 1차 농축수를 역삼투 분리막(212)들에 재투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 재농축된 2차 농축수로 분리하여 배수하는 순환 역삼투부(300);를 포함한다.
상기 메인 역삼투부(200)는, 도 2에서 보는 바와 같이 하나 이상의 메인 역삼투유닛(210)을 포함한다.
상기 메인 역삼투유닛(210)은 일측에 급수포트(211a)가 형성되고 타측에 생산수 출수포트(211b)와 1차 농축수 출수포트(211c)가 각각 형성된 장방향의 중공 베셀(211)과; 상기 베셀(211) 내에 직렬로 배치되는 역삼투 분리막(212)을 포함한다.
따라서, 상기 메인 역삼투부(200)는 원수 공급부(100)에서 급수포트(211a)를 통해 배셀(211) 내로 급수되는 원수를 역삼투 분리막(212)들에 투과하여, 생산수 출수포트(211b)를 통해 이온들이 제거된 생산수와 1차 농축수 출수포트(211c)를 통해 농축이온들이 혼입된 1차 농축수를 분리하여 배수한다.
그리고, 상기 순환 역삼투부(300)는 도 2에서는 보는 바와 같이 순환 역삼투유닛(310)을 포함한다.
상기 순환 역삼투유닛(310)은 일측에 급수포트(311a)가 형성되고 타측에 생산수 출수포트(311b)와 2차 농축수 출수포트(311c)가 각각 형성된 장방향의 중공 베셀(311)과; 상기 베셀(311) 내에 직렬로 배치되는 중공의 역삼투 여과 분리막(312)을 포함한다.
상기 메인 역삼투유닛(210)의 농축수 배수포트(211c)들과 순환 역삼투유닛(310)의 급수포트(311a)는 농축수 급수관(320)을 통해 연결된다.
또한, 본 발명에서는 상기 순환 역삼투부(300)에서 배수되는 2차 농축수를 1차 농축수와 함께 순환 역삼투부(300)에 재공급하여 1차 농축수와 2차 농축수가 혼입된 농축 혼입수를 역삼투처리하는 순환급수부(400)를 부가하여, 생산수의 회수율을 높이고 농축수의 발생량을 최소화한다.
바람직하게는, 상기 순환급수부(400)는 순환 역삼투유닛(310)의 급수포트(311a)와 상기 순환 역삼투유닛(310)의 2차 농축수 출수포트(311c) 사이에 형성되어, 2차 농축수 출수포트(311c)를 통해 출수되는 2차 농축수와 메인 역삼투유닛(210)의 1차 농축수 출수포트(311c)를 통해 배수되는 1차 농축수를 순환 역삼투유닛(310)에 재공급한다.
상기 순환급수부(400)는, 순환 역삼투유닛(310)의 농축수 급수포트(311a)와 상기 순환 역삼투유닛(310)의 농축수 출수포트(311c) 사이를 연결하는 2차 농축수 순환 공급관(410), 및 상기 순환 공급관(410)에 배치되어 2차 농축수의 순환 공급을 도모하는 2차 농축수 순환펌프(420); 및 상기 순환 역삼투유닛(310)의 농축수 출수포트(311c)를 통해 출수되는 2차 농축수의 이온농도를 계측하는 이온농도 계측유닛(430)을 포함한다.
상기 순환급수부(400)를 구성하는 2차 농축수 순환공급관(410)에는, 2차 농축수의 외부 배출경로를 제공하며 배수량 조절밸브(411a)가 형성된 배수구(411)와, 2차 농축수의 이온농도를 계측하는 이온농도 계측유닛(430)이 배치된다.
따라서, 다중 역삼투 공정을 보여주는 도 3과 같이 상기 순환 역삼투유닛(310)의 급수포트(311a)에는 메인 역삼투유닛(210)의 농축수 출수포트(211c)를 통해 배수되는 1차 농축수와 순환 역삼투유닛(310)의 농축수 출수포트(311c)를 통해 배수된 2차 농축수가 급수된다.
그리고, 상기 순환 역삼투유닛(310)에 급수된 1차 농축수와 2차 농축수는 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막(312)들을 투과하면서 역삼투 재처리되어 농축이온들이 제거된 생산수와 농축이온들이 재농축된 2차 농축수로 분리하여 배수된다.
이때, 제어부는 이온농도 계측유닛(430)을 통해 2차 농축수의 이온농도가 설정값에 도달하면 배수량 조절밸브(411a)를 통해 배수구(411)를 개방하여 설정값에 도달한 이온농도를 갖는 2차 농축수를 외부 배출함으로써, 설정값에 도달한 이온농도를 갖는 2차 농축수가 순환 역삼투유닛(310)에 재급수되어 역삼투 분리막(312)의 이온 농도분극을 야기하는 것을 예방한다.
즉, 상기 순환 역삼투유닛(310)에서 배수되는 2차 농축수는 순환급수부(400)를 통해 1차 농축수와 함께 순환 역삼투유닛(310)에 급수되어 역삼투 분리막(312)들을 통해 역삼투처리되다가, 설정값 이상의 이온농도에 도달하면 배수구(411)을 통해 외부로 배수되어 역삼투 분리막(312)들의 이온 농도분극 현상을 예방한다.
그리하여, 상기 메인 역삼투유닛(210)에서 순환 배출되는 1차 농축수를 순환 역삼투유닛(310)을 통해 역삼투 재처리하여 생산수를 1차적으로 회수하고, 또 상기 순환 역삼투유닛(310)에서 배수되는 2차 농축수를 1차 농축수와 함께 순환 역삼투유닛(310)을 통해 재역삼투처리하여 생산수를 2차적으로 회수한다.
결과적으로, 본 발명은 독특한 다중 역삼투 처리구조를 통해 농축수의 발생이 최소화하면서 생산수의 회수효율이 극대화되고, 결과적으로 원수의 소모량을 최소화하면서 많은 량의 생산수의 회수가 가능하고, 특히 후처리 비용이 많이 소요되는 농축수의 발생을 최소화할 수 있다.
그런데, 본 발명에서와 같이 메인 역삼투유닛(210)에서 배수되는 1차 농축수와, 순환 역삼투유닛(310)에서 배수되는 2차 농축수를 순환 역삼투유닛(310)에 재급수하여 역삼투 재처리하면 생산수의 회수율은 극대화되지만, 순환 역삼투유닛(310)을 구성하는 역삼투 분리막(312)의 이온분극 현상이 심화되어 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 처리효율과 수명이 단축된다.
이에, 본 실시예에서는 상기 순환 역삼투부(310)에 급수되는 2차 농축수의 이온농도를 실시간으로 계측하고 상기 계측된 2차 농축수의 이온농도에 따라 원수를 1차 농축수와 2차 농축수에 실시간으로 희석하여 이온농도가 저하된 농축 혼입수를 생성 공급함으로써, 순환 역삼투부(300)를 구성하는 역삼투 분리막(312)의 이온분극 현상을 최대한 지연하여 순환 역삼투부(300)의 수명을 연장하면서 농축 혼입수의 지속적인 역삼투 처리를 통한 생산수의 회수율이 극대화된다.
이를 위해, 본 실시예에서는 상기 원수 공급부(100)와 순환 역삼투부(300) 사이에 배치되어, 상기 순환 역삼투부(300)에 급수되는 2차 농축수의 이온농도에 따라 원수 공급부(100)를 통해 급수되는 원수와, 메인 역삼투부(200)에서 급수되는 1차 농축수, 및 순환급수부(400)를 통해 급수되는 2차 농축수의 공급여부 및 공급량을 제어하는 농축 혼입수 급수부(500)를 더 포함한다.
본 실시예에 따른 농축 혼입수 급수부(500)는, 도 6에서 보는 바와 같이 상기 순환 급수부(400)의 이온농도 계측유닛(430)을 통해 계측되는 2차 농축수의 이온농도에 따라 원수 공급부(100)를 통해 급수되는 원수와, 메인 역삼투유닛(210)에서 공급되는 1차 농축수, 그리고 상기 순환급수부(400)를 통해 공급되는 2차 농축수의 혼입량을 조절하여서, 적정 이온농도를 갖는 농축 혼입수를 생성하는 농축 혼입수 생성유닛(510)을 포함한다.
상기 농축 혼입수 생성유닛(510)은, 유량 조절밸브가 형성된 원수 급수포트(512)와, 유량 조절밸브가 형성된 1차 농축수 급수포트(513), 및 유량 조절밸브가 형성된 2차 농축수 급수포트(514)가 형성된 혼입챔버(511)를 포함한다.
본 실시예에서는 상기 혼입챔버(511) 내에 교반부재(515)들을 배치하여, 상기 각 급수포트(512, 513, 514)들을 통해 혼입챔버(511) 내로 유입되는 원수와 1차 농축수 및 2차 농축수는 교반부재(515)에 의해 혼입챔버(511) 내에서 유동 혼입되어 균일한 이온농도를 갖는 농축 혼입수를 형성한다.
본 실시예에서는 일예로, 상기 혼입챔버(511)의 내벽에 일방향으로 선회하는 급수단들을 형성하여, 각 급수포트(512, 513, 514)들을 통해 급수되는 원수와 1차 농축수 및 2차 농축수는 혼입챔버(511) 내에 일방향으로 선회되면서 혼입되도록 구성하고, 또 상기 혼입챔버(511) 내에는 교반모터(515b)로부터 제공되는 회전력에 의해 일방향으로 회전하는 교반날개(515a)를 포함하는 교반부재(515)를 배치하여 급수된 원수와, 1차 농축수, 및 2차 농축수의 혼입이 가속화되도록 한다.
이때, 상기 교반모터(515b)는 급수되는 원수와 1차 농축수 및 2차 농축수의 유량에 따라 교반부재(515)의 회전속도를 유동적으로 조절하여 이들의 보다 신속한 혼입이 도모되도록 한다.
특히, 상기 혼입챔버(511)의 출수부에는 나선의 선형 교반부재(515c)를 더 배치하여, 상기 출수부를 통해 출수되는 농축 혼입수는 나선의 선형 교반부재(515c)에 의해 나선의 와류를 형성하여 보다 균일한 혼입상태를 형성하도록 한다.
한편, 상기 농축 혼입수 생성유닛(510)에 의해 교반 혼입하여 생성된 농축 혼입수에는 혼입과정에 다량의 기포들이 잔류하며, 상기 기포들이 잔류된 농축 혼입수가 순환 역삼투유닛(310)에 급수되면 순환 역삼투유닛(310))을 구성하는 역삼투 분리막(312)의 투과면에 기포가 고착되어 역삼투 투과면적을 감소하며 이는 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 처리효율을 저감하는 요인이 된다.
이를 고려하여, 본 실시예에서는 상기 농축 혼입 급수부(500)에 상기 농축 혼입수 생성유닛(510)에 의해 생성된 농축 혼입수를 평활하여 농축 혼입수에 잔류된 기포들을 제거하는 농축 혼입수 평활유닛(520)이 더 포함한다.
상기 농축 혼입수 평활유닛(520)은, 상기 혼입챔버(511)의 하부구간과 연결관로(522)를 통해 하부구간이 연결되어 혼입챔버(511)에서 생성된 농축 혼입수를 저수하는 평활챔버(521)를 포함한다.
그리고, 상기 평활챔버(521) 내에는 입구측에서 출구측으로 경사진 기수 분리공(523a)들이 형성된 타공판으로 이루어진 하나 이상의 기수 분리막(523)이 형성되고, 상기 평활챔버(521)의 상부에는 설정높이의 배기관(521a)이 직립되게 형성된다.
따라서, 상기 연결관로(522)를 통해 혼입챔버(511)에서 평활챔버(521)로 유입되는 농축 혼입수는 경사진 기수 분리막(523)을 통과하고, 이러한 과정에 상기 농축 혼입수에 잔류된 기포들은 기수 분리공(523a)을 통해 상부로 부상하여서 농축 혼입수에서 제거되고, 또 상기 부상된 기포들은 배기관(521a)을 통해 외부로 배출된다.
그리하여, 상기 순환 역삼투유닛(310)에 급수되는 농축 혼입수는 농축 혼입수 평활유닛(520)을 통해 기포가 제거된 관계로, 상기 농축 혼입수에 잔류된 기포가 역삼투 분리막(312)의 표면에 고착되어 역삼투 분리막(312)의 역삼투 투과면적을 감소하여 역삼투 효율을 저하하는 현상이 예방된다.
즉, 상기 제어부는 이온농도 계측유닛(430)을 통해 계측되는 2차 농축수의 이온농도에 따라서 농축 혼입수 생성유닛(510)의 원수 급수포트(512)와 1차 농축수 급수포트(513)와 2차 농축수 급수포트(514)들에 마련된 유량 조절밸브의 개폐량을 조절하여, 상기 혼입챔버(511) 내에 적정 이온농도의 혼입 농축수가 생성되도록 한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 농축 혼입수를 형성하는 원수의 혼입량에 따라 순환급수부(400)의 배수구(411)에 형성된 배수량 조절밸브(411a)의 개폐량을 조절하여 배수구(411)를 통해 2차 농축수를 외부로 배출하여서, 순환 역삼투유닛(310)에 항시 일정량의 농축 혼입수가 급수되어 역삼투 처리되도록 한다.
이때, 상기 순환급수부(400)는 농축 혼입수를 형성하는 원수의 혼입량에 따라 2차 농축수를 외부로 배수하여, 항시 일정량의 농축 혼입수가 생성, 및 순환 역삼투유닛(310)에 급수되도록 한다.
또한, 상기 순환 역삼투부(300)에 농축 혼입수를 급수하면서 상기 2차 농축수의 이온농도가 설정값을 초과하면, 도 4와 같이 상기 혼입 농축수 급수부(500)는 원수와 1차 농축수 및 2차 농축수를 혼입하여 공급하지 아니하고, 설정시간 동안 원수만을 순환 역삼투부(300)에 급수하여 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막(312)을 세미 플럭싱하는 세미 플럭싱 공정을 수행한다.
상기 세미 플럭싱 공정에 의해 순환 역삼투유닛(310)에서 배수되는 2차 농축수의 이온농도가 설정값 이하로 떨어지면 상기 혼입 농축수 급수부(500)는 원수와 1차 농축수 및 2차 농축수를 혼입한 농축 혼입수를 순환 역삼투유닛(310)에 역삼투하는 과정을 실시하여 농축 혼입수의 역삼투를 통해 생산수를 회수한다.
한편, 이러한 농축 혼입수의 역삼투 처리 과정과 세미 플럭싱 과정을 교번되게 반복 수행하더라도 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막에는 농축 이온들이 고착된 스케일이 불가피하게 형성된다.
본 실시예에서는 도 5에서 보는 바와 같이 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막을 세정하여 이온분극에 의해 역삼투 분리막에 고착된 스케일을 제거하여 역삼투 분리막을 재생하는 세정 재생공정을 주기적으로 실시한다.
본 실시예에 따르면, 상기 순환 역삼투유닛(310)에 직렬로 배치된 역삼투 분리막(312)들은, 도 7에서 보는 바와 같이 다중 역삼투 공정에 의해 급수포트가 형성된 선단구간부터 스케일이 발생되는 것이 아니라, 농축수 배수포트가 형성된 말단구간에서부터 스케일이 발생되는 특성을 갖는다.
이에, 본 실시예에서는 도 5와 도 8에서 보는 바와 같이 상기 순환 급수부(400)를 통해 원수와, 생산수를 순환 역삼투유닛(310)의 2차 농축수 출수포트(311c)를 통해 순차적으로 급수하여 급수포트(311a)를 통해 배수되도록 하는 역방향 급수구조를 형성한다.
본 실시예에서는 도 5에서 보는 바와 같이 생산수 탱크에 저수된 생산수를 순환 역삼투 유닛(310)의 2차 농축수 출수포트(311c)로 급수하는 생산수 급수펌프(610)를 더 부가하고 있다.
이와 같이 구성하면, 도 8에서 보는 바와 같이 상기 급수된 원수와 생산수는 스케일의 고착이 높은 역삼투 분리막들의 말단구간에서부터 선단구간으로 투과하면서 역삼투 분리막들을 세정하므로, 직렬 배치된 역삼투 분리막(312)들의 보다 신속한 세정 재생이 도모된다.
특히, 본 실시예에서는 상기 순환 역삼투유닛(310)의 세정 재생공정에서는 정수 차폐밸브(313)를 통해 정수 출수포트(311b)를 강제로 폐쇄함으로써, 상기 역세정을 위해 순환 역삼투유닛(310)에 역방향으로 급수되는 생산수가 정수 출수포트(311b)를 통해 생산수로 배출되는 현상을 방지함으로써, 역삼투 분리막(312)들에 잔류된 스케일이 보다 단시간에 제거되도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리방법을 순차적으로 상술하기로 한다.
[다중 역삼투 처리공정]
도 3에서 보는 바와 같이 상기 원수 공급부(100)를 통해 메인 역삼투부(200)에 원수를 급수하여, 메인 역삼투유닛(210)의 역삼투 분리막(212)을 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 1차 농축수를 분리하여 배수하고, 상기 순환 역삼투부(300)가 상기 1차 농축수를 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막(312)에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 한편, 순환급수부(400)가 2차 농축수를 1차 농축수와 함께 순환 역삼투유닛(310)의 역삼투 분리막(312)들에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 다중 역삼투 처리공정을 포함한다.
상기 다중 역삼투 처리공정에는, 상기 순환급수부(400)에 배치된 이온농도 계측유닛(430)이 2차 농축수의 이온농도를 계측하고, 상기 2차 농축수의 이온농도에 따라 농축 혼입수 급수부(500)가 원수 공급부(100)를 통해 급수되는 원수를 1차 농축수와 2차 농축수에 혼입하여 설정 이온농도의 농축 혼입수를 생성하고 상기 설정 이온농도의 농축 혼입수를 순환 역삼투유닛(310)에 급수하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 순환급수부(400)는 농축 혼입수 급수부(500)에 급수되는 원수량과 동일유량의 2차 농축수를 배수구(411)를 통해 외부에 배수하여, 상기 순환 역삼투부(300)에는 동일한 유량의 농축 혼입수가 급수되도록 한다.
[세미 플럭싱 공정]
도 4에서 보는 바와 같이 상기 이온농도 계측유닛(430)에 의해 계측되는 2차 농축수의 이온농도가 설정값에 도달하면, 2차 농축수를 외부에 배수하면서 순환 역삼투부(300)에 혼입된 원수와 1차 농축수를 급수하여 순환 역삼투부(300)의 역삼투 분리막(312)들에 잔류된 농축이온들을 제거하는 세미 플럭싱 공정을 수행한다.
[세정 재생공정]
그리고, 도 5와 도 8에서 보는 바와 같이 상기 순환급수부(400)가 일측에 급수포트(311a)가 형성되고 타측에 정수 출수포트(311b)와 2차 농축수 출수포트(311c)가 각각 형성된 중공의 베셀(311)과; 상기 베셀(311) 내에 직렬로 배치되는 중공의 역삼투 분리막(312)을 포함하여 구성된 순환 역삼투유닛(310)의 2차 농축수 출수포트(311c)를 통해, 생산수를 급수하여, 배셀(311) 내에 직렬로 정렬된 역삼투 분리막(312)들의 말단구간에서 선단구간으로 생산수를 투과하여 역삼투 분리막(312)들에 고착된 스케일을 제거하는 세정 재생공정을 더 포함한다.
또한, 순환 역삼투유닛(310)의 특성을 이용하여 역방향 급수를 통해 역삼투 분리막(312)에 고착된 스케일의 안정적인 세정을 통해 역삼투 분리막(312)을 주기적으로 재생하여서, 다중 역삼투 처리를 통해 생산수의 회수율을 높이고 농축수의 발생을 최소화하면서도 순환 역삼투부(300)를 구성하는 역삼투 분리막(312)의 효율적인 관리를 통해 수명 연장과 역삼투 효율을 지속적으로 유지하는 것이 가능하다.
이상에서는, 본 발명에 관한 몇 가지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1. 다중 역삼투 처리구조를 갖는 수처리시스템
100. 원수 공급부 110. 급수펌프
200. 메인 역삼투부 210. 메인 역삼투 유닛
211. 베셀 211a. 급수포트
211b. 정수 출수포트 211c. 농축수 출수포트
212. 역삼투 분리막
300. 순환 역삼투부 310. 순환 역삼투 유닛
311. 베셀 311a. 급수포트
311b. 정수 출수포트 311c. 2차 농축수 출수포트
312. 역삼투 분리막 313. 정수 차폐밸브
320. 농축수 급수관
400. 순환급수부
410. 2차 농축수 순환공급관 411. 배수구
411a. 배수량 조절밸브 420. 2차 농축수 순환펌프
430. 이온농도 계측유닛
500. 농축 혼입수 급수부
510. 농축 혼입수 생성유닛 511. 혼입챔버
512. 원수 급수포트 513. 1차 농축수 급수포트
514. 2차 농축수 급수포트 515. 탄성 교반부재
515a. 교반날개 515b. 교반모터
515c. 나선의 선형 교반부재
520. 농축 혼입수 평활유닛 521. 평활챔버
521a. 배기관 522. 연결관로
523. 기수 분리막 523a. 기수 분리공
610. 생산수 급수펌프
100. 원수 공급부 110. 급수펌프
200. 메인 역삼투부 210. 메인 역삼투 유닛
211. 베셀 211a. 급수포트
211b. 정수 출수포트 211c. 농축수 출수포트
212. 역삼투 분리막
300. 순환 역삼투부 310. 순환 역삼투 유닛
311. 베셀 311a. 급수포트
311b. 정수 출수포트 311c. 2차 농축수 출수포트
312. 역삼투 분리막 313. 정수 차폐밸브
320. 농축수 급수관
400. 순환급수부
410. 2차 농축수 순환공급관 411. 배수구
411a. 배수량 조절밸브 420. 2차 농축수 순환펌프
430. 이온농도 계측유닛
500. 농축 혼입수 급수부
510. 농축 혼입수 생성유닛 511. 혼입챔버
512. 원수 급수포트 513. 1차 농축수 급수포트
514. 2차 농축수 급수포트 515. 탄성 교반부재
515a. 교반날개 515b. 교반모터
515c. 나선의 선형 교반부재
520. 농축 혼입수 평활유닛 521. 평활챔버
521a. 배기관 522. 연결관로
523. 기수 분리막 523a. 기수 분리공
610. 생산수 급수펌프
Claims (4)
- 원수 공급부를 통해 메인 역삼투부에 원수를 급수하여, 메인 역삼투유닛의 역삼투 분리막을 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 1차 농축수를 분리하여 배수하고, 순환 역삼투부가 상기 1차 농축수를 순환 역삼투유닛의 역삼투 분리막에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 한편, 순환급수부가 2차 농축수를 1차 농축수와 함께 순환 역삼투유닛의 역삼투 분리막들에 투과하여 이온이 제거된 생산수와 이온이 농축된 2차 농축수를 분리하여 배수하는 다중 역삼투 처리공정을 포함하고,
상기 다중 역삼투 처리공정은
상기 순환급수부에 배치된 이온농도 계측유닛이 2차 농축수의 이온농도를 계측하고, 제어부의 제어하에, 농축 혼입수 생성유닛에서 상기 2차 농축수의 이온농도에 따라, 상기 원수 공급부의 원수 급수포트와, 상기 메인 역삼투유닛의 1차 농축수 급수포트, 및 상기 순환급수부의 2차 농축수 급수포트에 각각 마련된 유량 조절밸브의 개폐량을 조절하여서, 설정 이온농도의 농축 혼입수를 생성하는 농축 혼입수 생성단계; 및
농축 혼입수 평활유닛에서 상기 설정 이온농도의 농축 혼입수를 평활하여 농축 혼입수에 잔류된 기포들을 제거하여 상기 순환 역삼투유닛에 급수하는 농축 혼입수 평활단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법. - 제 1항에 있어서, 상기 순환급수부는 농축 혼입수 급수부에 급수되는 원수량과 동일유량의 2차 농축수를 배수구를 통해 외부에 배수하여, 상기 순환 역삼투부에는 동일한 유량의 농축 혼입수가 급수되도록 구성한 것을 특징으로 하는 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 이온농도 계측유닛에 의해 계측되는 2차 농축수의 이온농도가 설정값에 도달하면, 2차 농축수를 외부에 배수하면서 순환 역삼투부에 혼입된 원수와 1차 농축수를 급수하여 순환 역삼투부의 역삼투 분리막들에 잔류된 농축이온들을 제거하는 세미 플럭싱 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 순환급수부가 일측에 급수포트가 형성되고 타측에 생산수 출수포트와 2차 농축수 출수포트가 각각 형성된 중공의 베셀과; 상기 베셀 내에 직렬로 배치되는 중공의 역삼투 분리막을 포함하여 구성된 순환 역삼투유닛의 2차 농축수 출수포트를 통해 생산수를 급수하여, 배셀 내에 직렬로 정렬된 역삼투 분리막들의 말단구간에서 선단구간으로 생산수를 투과하여 역삼투 분리막들에 고착된 스케일을 제거하는 세정 재생공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고회수 효율을 갖는 다중 역삼투 처리구조의 수처리방법.
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- 2023-11-30 KR KR1020230170503A patent/KR102716185B1/ko active Active
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