KR20140099245A - 담수화 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
담수화 시스템은 담수화를 위한 제 1 스트림(14), 및 상기 제 1 스트림으로부터 제거된 이온을 멀리 운반하기 위한 제 2 스트림(15)을 수용하도록 구성된 역전 전기 투석 장치(11)와, 역전 전기 투석 장치(11)와 유체 연통하고 상기 역전 전기 투석 장치와의 사이에서 제 2 스트림(15)을 순환시키도록 구성된 침전 유닛(12)을 포함한다. 적어도 하나의 역세척 필터(13)는 역전 전기 투석 장치와 침전 유닛 사이에 배치되어 이들과 유체 연통하며, 정상 작동 모드에서 제 2 스트림(15)을 여과하도록 구성된다. 또한, 담수화 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 일반적으로 물 회수를 위한 담수화 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물 회수를 위해 역전 전기 투석(electrodialysis reversal; EDR) 장치를 사용하는 담수화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
산업 공정에 있어서는, 염류 수용액(aqueous saline solution)와 같은 대량의 폐수가 생성된다. 일반적으로, 이러한 염류 수용액은 가정 또는 산업 적용에서의 직접적인 소비에 적합하지 않다. 제한된 적합한 수원(water source)에 비추어, 폐수, 해수 또는 기수(汽水)와 같은 스트림(stream)의 탈이온화(흔히 담수화라 함)는 이러한 응용예에 적합한 물을 생성하기 위한 옵션이 된다.
생산수의 비교적 높은 효율 및 높은 품질로 인해, 역전 전기 투석 장치가 이러한 스트림의 담수화를 위해 채용되었다. 작동 동안에, 이러한 스트림은 생산수를 회수하기 위해 담수화용 EDR 장치 내로 도입된다. 전형적으로, 침전 유닛은 또한 스트림의 담수화 동안에 스트림으로부터 제거된 대전된 종을 멀리 운반하기 위해 각 EDR 장치 내로 액체를 순환시키도록 채용된다.
그러나, EDR 장치와 각 침전 유닛 사이에서의 액체의 순환으로, 액체 내의 염분 또는 다른 불순물의 농도가 증가한다. 이것은 입자 침전물이 침전 유닛 내에 발생하게 하며, 이 입자 침전물은 액체에 의해 EDR 장치 내로 옮겨져서, 스케일링(scailing) 또는 파울링(fouling) 경향을 야기하여 EDR 장치를 손상시킬 수도 있다.
EDR 장치 내로의 입자 침전물의 유입을 회피하려는 시도가 있었다. 예를 들어, 카트리지 필터가 침전 유닛과 각 EDR 장치 사이에 배치되어, 액체가 EDR 장치 내로 도입되기 전에 입자 침전물을 여과할 수도 있다. 그러나, 카트리지 필터는 낮은 효율성 및 높은 교체 빈도를 가져서, 작동 비용을 증가시킬 수도 있다.
다른 예에 있어서, 고액 분리를 위한 추가적인 정착 영역을 제공하기 위해, 요구된 침전 유닛의 크기가 대형으로 되어서, 액체의 순환 동안에 EDR 장치 내로의 입자 침전물의 도입 가능성을 감소시킬 수도 있다. 그러나, 침전 유닛의 대형 크기는 요구된 설치 공간, 자본 비용 및 조립 어려움의 증가를 야기할 수도 있고, 그러한 이유로 인해 그들이 광범위하게 실행되지 못할 수도 있다.
그러므로, 물 회수를 위해, 스트림 담수화용의 신규하고 개선된 담수화 시스템 및 방법이 필요하다.
담수화 시스템이 본 발명의 일 실시예에 따라 제공된다. 담수화 시스템은 담수화를 위한 제 1 스트림, 및 이러한 제 1 스트림으로부터 제거된 이온을 멀리 운반하기 위한 제 2 스트림을 수용하도록 구성된 역전 전기 투석 장치와, 이 역전 전기 투석 장치와 유체 연통하고 이 역전 전기 투석장치와의 사이에서 제 2 스트림을 순환시키도록 구성된 침전 유닛을 포함한다. 적어도 하나의 역세척 필터는 역전 전기 투석 장치와 침전 유닛 사이에 추가로 배치되고 그들과 유체 연통하며, 정상 작동 모드에서 제 2 스트림을 여과하도록 구성된다.
담수화 방법이 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공된다. 담수화 방법은 담수화를 위해 역전 전기 투석 장치를 통해 제 1 스트림을 통과시키는 단계와, 역전 전기 투석 장치를 통해 침전 유닛을 거쳐서 제 2 스트림을 통과시켜서, 제 1 스트림으로부터 제거된 이온을 멀리 운반하는 단계와, 침전 유닛으로부터의 제 2 스트림이 역전 전기 투석 장치 내로 도입되기 전에, 정상 작동 모드에서 적어도 하나의 역세척 필터에 의해 제 2 스트림을 여과하는 단계를 포함한다.
첨부 도면과 함께 제공되는 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 상세한 설명으로부터 이러한 이점 및 특징과 다른 이점 및 특징이 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 담수화 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 역세척 필터의 조립체의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 역세척 필터의 조립체의 개략도.
본 개시의 바람직한 실시예가 첨부 도면에 대해서 이하에 설명될 것이다. 이하의 설명에 있어서, 잘 알려진 기능 또는 구조는 불필요한 설명으로 본 개시를 모호하게 하지 않도록 하기 위해 상세하게 설명되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 담수화 시스템(10)의 개략도이다. 도시된 예시의 경우에, 담수화 시스템(10)은 역전 전기 투석(EDR) 장치(11), 이 EDR 장치(11)와 유체 연통하는 침전 유닛(12), 및 EDR 장치(11)와 침전 유닛(12) 사이에 배치되고 이들과 유체 연통하는 (제 1) 역세척 필터(13)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, EDR 장치(11)는 담수화를 위해 액체원(도시하지 않음)으로부터 염분 또는 다른 불순물을 갖는 제 1 스트림(14)을 수용하고, 제 1 스트림(14)의 담수화 동안에 침전 유닛으로부터 제 2 스트림(15)을 수용하도록 구성되어, 제 1 스트림(14)으로부터 제거된 대전된 종(음이온 및 양이온)을 EDR 장치(11)의 외부로 운반한다. 비한정적인 예시에 있어서, 염분은 마그네슘(Mg2 +), 칼슘(Ca2 +), 나트륨(Na+), 염소(Cl-) 및/또는 다른 이온과 같은 대전된 이온을 포함할 수도 있다.
따라서, EDR 장치(11)에서 나오는 희석액일 수도 있는 제 1 출력 스트림(생성물 스트림)(16)은 제 1 스트림(14)과 비교하여 낮은 농도의 대전된 종을 가질 수도 있다. 제 2 유출 스트림(농축 스트림)(17)은 침전 유닛(12)으로부터 EDR 장치(11)에 입력되는 제 2 스트림(15)보다 높은 농도의 대전된 종을 갖는다. 일부 예시에 있어서, 제 1 출력 스트림(16)은 EDR 장치(11)에 되돌려질 수도 있고, 또는 추가의 담수화를 위해 다른 전기적 또는 전기 화학적 분리 장치 내로 보내질 수도 있다.
특정 적용에 있어서, 제 1 스트림(14) 및 제 2 스트림(15)은 동일한 염분 또는 불순물을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있으며, 동일한 농도의 염분 또는 불순물을 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있다. 다른 예시에 있어서, 제 2 스트림(15) 내의 염분 또는 불순물의 농도는 포화 또는 과포화일 수도 있고 포화 또는 과포화가 아닐 수도 있다.
널리 공지되어 있는 바와 같이, "EDR"은, 음이온 교환 멤브레인 및 양이온 교환 멤브레인을 사용하여, 주기적인 극성 전환을 갖는 DC 전류 하에서 물 또는 다른 유체로부터 이온 또는 대전된 종을 제거하는 전기 화학적 분리 장치이다. 비한정적인 예시에 있어서, 슈퍼 커패시터 담수화(supercapacitor desalination; SCD) 장치 또는 전기 투석(electrodialysis; ED) 장치와 같은 다른 전기 화학적 분리 장치가 또한 사용될 수도 있다.
비한정적인 일부 예시에 있어서, EDR 장치(11)는 각각 애노드 및 캐소드로서의 역할을 하도록 구성된 한 쌍의 전극을 포함한다. 복수의 대체 음이온 및 양이온 교환 멤브레인은 애노드와 캐소드 사이에 배치되어, 그들 사이에서 복수의 대체 희석 및 농축 채널을 형성한다. 음이온 교환 멤브레인(들)은 음이온을 통과시킬 수 있도록 구성된다. 양이온 교환 멤브레인(들)은 양이온을 통과시킬 수 있도록 구성된다. 게다가, EDR 장치(11)는, 각 쌍의 멤브레인 사이 및 전극과 인접 멤브레인 사이에 배치된 복수의 스페이서를 포함한다.
일부 적용에 있어서, 전극은, 열적으로 전도성일 수도 있고 아닐 수도 있는 전기적으로 전도성의 물질을 포함할 수도 있으며, 보다 작은 크기 및 큰 표면적을 갖는 입자를 가질 수도 있다. 일부 예시에 있어서, 전극은 티타늄 플레이트 또는 백금 코팅된 티타늄 플레이트일 수도 있다. 다른 예시에 있어서, 전기적으로 전도성의 물질은 하나 이상의 탄소 물질을 포함할 수도 있다. 탄소 물질의 비한정적인 예시는 활성 탄소 입자, 다공성 탄소 입자, 탄소 섬유, 탄소 에어로젤, 다공성 메조카본 마이크로비드(porous mesocarbon microbeads), 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 예시에 있어서, 전기적으로 전도성의 물질은 망간 또는 철 또는 이들 모두의 산화물, 또는 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 텅스텐의 탄화물 또는 이들의 조합과 같은 전도성 복합물을 포함할 수도 있다.
스페이서는 멤브레인을 포함하는 임의의 이온-투과성, 전자적으로 비전도성 물질과, 다공성 및 비다공성 물질을 포함할 수도 있다. 비한정적인 예시에 있어서, 음이온 교환 멤브레인은 4차 아민기를 포함하는 고분자 물질을 포함할 수도 있다. 양이온 교환 멤브레인은 술폰산기 및/또는 카르복시산기를 포함하는 고분자 물질을 포함할 수도 있다.
작동 동안에, EDR 장치(11)가 정상적인 극성 상태에 있고, 전류가 EDR 장치(11)에 가해지고 있을 때, 제 1 및 제 2 스트림(14, 15)과 같은 액체는 실선(20, 21)에 의해 표시된 바와 같이 제 1 입력 파이프를 따라 제 1 밸브(18, 19)를 통과하여 각각의 대체 희석 및 농축 채널 내로 각각 유입된다.
희석 채널에 있어서, 제 1 스트림(14) 내의 양이온은 양이온 교환 멤브레인을 통해 캐소드를 향해 이동되어 인접한 채널 내로 유입된다. 음이온은 음이온 교환 멤브레인을 통해 애노드를 향해 이동되어 다른 인접한 채널 내로 유입된다. 희석 채널의 각 측 상에 위치된 인접한 채널(농축 채널)에 있어서, 전기장이 각 전극을 향해 이온 상에 힘을 가하더라도(예를 들면, 음이온이 양전하로 대전된 애노드에 끌어 당겨짐), 양이온은 음이온 교환 멤브레인을 통해 이동되지 않을 수도 있고, 음이온은 양이온 교환 멤브레인을 통해 이동되지 않을 수도 있다. 그러므로, 음이온 및 양이온은 각 농축 채널 내에 잔류해서 농축된다.
그 결과, 제 2 스트림(15)은 농축 채널을 통과하고, 농축된 음이온 및 양이온을 운반하여 희석 채널로부터 EDR 장치(11) 외부로 이동시켜서, 제 1 출력 스트림(생성물 스트림)(16) 및 제 2 출력 스트림(17)이 제 2 밸브(22, 23)를 통과하여, 실선(24, 25)에 의해 표시된 바와 같이, 각각의 제 1 출력 파이프 내로 유입되게 한다. 일부 구조에 있어서, 제 1 출력 스트림(생성물 스트림)(16) 및 제 2 출력 스트림(17)은 제 1 및 제 2 스트림(14, 15)과 비교해 각기 보다 낮은 농도 및 높은 농도의 대전된 종을 가질 수도 있다.
EDR 장치(11)의 전극의 극성은 EDR 장치(11) 내의 스케일링 및 파울링 경향을 감소시키기 위해 역전될 수도 있다. 역전된 극성 상태에 있어서는, 정상 극성 상태로부터의 희석 채널이 농축 채널로서의 역할을 하여 제 2 스트림(15)을 수용할 수도 있고, 정상 극성 상태로부터의 농축 채널이 희석 채널로서 기능하여 제 1 스트림(14)을 수용할 수도 있다.
따라서, 작동 동안에, 제 1 및 제 2 스트림(14, 15)은 점선(26, 27)으로 표시된 바와 같이, 각각의 제 2 입력 파이프를 따라 EDR 장치(11)로 유입될 수도 있다. 제 1 출력 스트림(16) 및 제 2 출력 스트림(17)은 점선(28, 29)에 의해 표시된 바와 같이, 각각 제 2 출력 파이프를 따라 흐를 수도 있다. 본 발명의 구조에 있어서, EDR 장치(11)는 액체를 처리하기 위한 임의의 특정 역전 전기 투석(EDR) 장치에 한정되지 않는다는 것에 유의해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 침전 유닛(12)은 용기를 포함하고, EDR 장치(11) 내로 제 2 스트림(15)을 수용 및 도입하여, 제 1 스트림(14)으로부터 제거된 대전된 종을 멀리 운반함으로써, 제 2 출력 스트림(17)을 생성하도록 구성된다. 도시된 실시예에 있어서, 침전 유닛(12)의 상부 부분(도면번호 없음)은 중공 원통 형상을 갖고, 침전 유닛(12)의 저부 부분(도면번호 없음)은 원뿔 형상이다. 대안적으로, 침전 유닛(12)은 원통 형상 또는 직사각형상과 같은 다른 형상을 가질 수도 있다.
제 2 출력 스트림(17)은 침전 유닛의 상단부(도면번호 없음)로부터 침전 유닛(12) 내로 다시 향해진다. 따라서, 제 2 스트림(15)은 제 1 스트림(14)의 담수화를 위해 EDR 장치(11)와 침전 유닛(12) 사이에서 순환된다. 특정 적용에 있어서, 제 2 출력 스트림(17)은 침전 유닛(12) 내로 다시 향해지지 않으며, 액체원(도시하지 않음)이 액체(15)를 침전 유닛(12) 내로 도입하도록 제공될 수도 있다.
액체(15)의 순환이 계속됨에 따라, 염분 또는 다른 불순물의 농도는 액체(15)가 포화 또는 과포화될 때까지 계속해서 증가한다. 그 결과, 포화도 또는 과포화도는 시간이 지나면서 액체(15) 내에 입자 침전물이 발생하는 지점에 도달할 수도 있다. 비한정적인 예시에 있어서, 침전 유닛(12)의 상부 부분의 일부분은 제 2 스트림(액체)(15)으로부터 입자 침전물의 분리를 촉진하기 위한 고액 분리 공간으로서 역할을 할 수도 있다. 작동 동안에, 제 2 스트림(15)이 침전 유닛(12)의 고액 분리 공간의 상부 부분으로부터 공급 또는 추출될 수도 있다. 다른 예시에 있어서, 고액 분리 공간은 규정될 수도 있고, 규정되지 않을 수도 있다.
따라서, 침전 유닛의 상단부로부터 침전 유닛(12) 내로 제 2 출력 스트림(17)의 도입 동안에, 입자 침전물의 적어도 일부분은 침전 유닛(12) 내에서 액체(15)로부터[또는 제 2 출력 스트림(17)으로부터] 분리될 수도 있다. 일부 예시에 있어서, 특정 직경보다 큰 직경을 갖는 입자 침전물은 침전 유닛(12)의 규정된 영역(도시하지 않음) 내에 유지되거나 침전 유닛(12)의 저부 부분 내에 정착될 수도 있다. 특정 직경보다 작은 직경을 갖는 다른 입자 침전물은 액체(15) 내에 분산될 수도 있다.
일부 적용에 있어서, 액체(15)가 침전 유닛 내부에 분산된 입자 침전물의 여과없이, 침전 유닛(12)으로부터 EDR 장치(11) 내로 도입될 때, 분산된 입자 침전물은 EDR 장치(11) 내로 유입되어 파울링 또는 스케일링 문제를 야기할 수도 있다. 담수화 동안에 EDR 장치(11)에 대한 손상을 회피하기 위해, 도시된 구조에 있어서는, 역세척 필터(13)가 EDR 장치(11)와 침전 유닛(12) 사이에 배치되어 액체(15)를 여과함으로써, 액체(15)가 침전 유닛(12)으로부터 EDR 장치(11) 내로 도입되기 전에 액체(15)로부터 입자 침전물의 적어도 일부분을 제거한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "역세척 필터"는 세척 유체에 의해 세척된 후, 예를 들면, 여과될 액체의 여과를 위한 정상 유동 방향과 반대 방향으로 필터를 세척한 후에 재사용될 수도 있는 재생 가능한 필터를 의미한다.
비한정적인 예시에 있어서, 역세척 필터는 정상 작동 모드에서 여과될 액체의 수용 및 여과를 위한 여과 요소(도시하지 않음), 및 역세척 유체를 공급하도록 유체 여과 요소와 유체 연통하여, 역세척 모드에서의 재생을 위해 역세척 필터의 외부의 유체 여과 요소 내의 여과된 물질[축적된 여과 케이크(accumulated filtration cake)라고도 함]을 제거하는 역세척 파이프(도시하지 않음)를 포함할 수도 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "정상 작동 모드"는 역세척 필터가 액체를 여과하는 모드를 의미한다. 용어 "역세척 모드"는 축적된 여과 케이크가 역세척 필터의 외부로 흘러 나오는 모드를 의미한다. 비한정적인 예시에 있어서, 축적된 여과 케이크와 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE) 여과 요소 사이의 낮은 부착력으로 인해 PTFE 여과 요소가 쉽게 역류되기 때문에, 여과 요소에 사용된 적합한 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함한다.
본 발명의 구조에 있어서, 역세척 필터(13)는 액체(15)의 여과를 위한 임의의 특정 역세척 필터에 한정되는 것이 아님에 유의해야 한다. 일례에 있어서, 역세척 필터(13)는 미국 뉴욕주 워싱턴의 Pall Corporation에 의해 판매될 수도 있다.
따라서, 침전 유닛(12)으로부터의 액체(15)가 EDR 장치(11) 내로의 도입을 위해 여과용 역세척 필터(13)를 통과할 때, 액체(15) 내에 분산된 입자 침전물의 적어도 일부분이 여과된다. 역세척 필터(13)의 여과가 계속되면, 여과된 입자 침전물이 역세척 필터 내에 축적될 수도 있다. 일부 적용에 있어서, 여과된 입자 침전물이 특정 레벨로 축적될 때, 역세척 필터(13)는 정상 작동 모드로부터 역세척 모드로 전환되고, 그에 따라 세척 유체(30)가 역세척 필터(13) 내에 도입되어, 역세척 필터(13)의 재생을 위해 이 필터 내에 축적된 여과된 입자 침전물을 제거하고 방출 유체(31)를 생성할 수도 있다. 비한정적인 예시에 있어서, 세척 유체(30)는 역세척 필터(13) 내로의 도입을 위해 액체(15)의 유동 방향과 반대의 방향을 따라서 도입될 수도 있다.
도시된 예시에 있어서, 세척 유체(30) 및 제 1 스트림(14)이 동일한(단일) 수원(水源)에 의해 공급되고, 그에 따라 제 1 스트림(14)의 일부분이 세척 유체(30)로서의 역할을 할 수도 있다. 대안적으로, 세척 유체(30)는 침전 유닛(12) 또는 다른 수원에 의해 공급될 수도 있다. 방출 유체(31)는 침전 유닛(12) 내로 도입될 수도 있고, 도입되지 않을 수도 있다.
역세척 필터(13)를 사용하여 여과한 후에, 액체(15) 내의 입자 침전물의 농도는 더욱 낮아질 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 필터(32)가 역세척 필터(13)와 EDR 장치(11) 사이에 배치되고 이들과 유체 연통되어, 역세척 필터(13)로부터 액체(15)의 추가 여과를 위한 백업 필터로서의 역할을 할 수도 있다. 비한정적인 예시에 있어서, 필터(32)는 역세척 필터 또는 관류형 필터, 예를 들면, 카트리지 필터를 포함할 수도 있다. 일례에 있어서, 필터(32)는 카트리지 필터를 포함한다.
일부 적용에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 담수화 시스템(10)의 지속적인 작동을 용이하게 하기 위해서, 제 2 역세척 필터(36)는 침전 유닛(12)으로부터의 액체(15)의 여과를 위해 제 1 역세척 필터(13)에 평행하게 배치된다. 따라서, 제 1 역세척 필터(13)가 역세척 모드에 있을 때, 제 2 역세척 필터(36)는 담수화 시스템(10)의 지속적이고 안정적인 작동을 위해, 여과를 위한 정상 작동 모드에 있을 수도 있다. 특정 적용에 있어서, 3개 이상의 역세척 필터가 담수화 작동의 지속적이고 안정적인 작동을 용이하게 하도록 협동하기 위해 병렬로 배치될 수도 있다.
특정 예시에 있어서, 스트림(33)의 특정량이 침전 유닛(12)의 상부 부분에서 침전 유닛(12) 내의 액체(15)로부터 제거되어, 침전 유닛(12) 내를 일정 부피로 유지시키고 및/또는 이 침전 유닛 내에서 포화도 또는 과포화도를 감소시킬 수도 있다. 스트림(33)은 침전 유닛(12)의 저부 부분으로부터 제거된 스트림(34)과 혼합되어 방출 스트림(35)을 형성할 수도 있다.
일부 실시예에 있어서, 이들의 포화도 또는 과포화도가 비교적 매우 높을 때까지 염분 또는 다른 불순물의 침전이 일어나지 않을 수도 있다. 따라서, 특정 예시에 있어서, 시드 입자(seed particle)(도시하지 않음)가 침전 유닛(12) 내로 첨가되어, 염분 또는 다른 불순물의 낮은 과포화도에서 침전 유닛의 표면 상에 침전을 초래할 수도 있다. 특정 적용에 있어서, 시드 입자는 CaSO4 입자를 포함하지만 이에 한정되지 않는 고체 입자 및 그들의 수화물을 포함하여 침전을 초래할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 담수화 시스템(10)은 EDR 장치(11)의 안정적인 작동이 용이해지도록 EDR 장치(11) 내의 스케일링 또는 파울링 경향을 회피하기 위하여, 액체(15)가 EDR 장치(11) 내로 도입되기 전에, 역세척 필터(들)을 채용하여 침전 유닛(12)으로부터의 액체(15)를 여과한다. 카트리지 필터와 같은 관류형 필터를 채용하는 종래의 담수화 시스템과 비교하여, 역세척 필터는 입자 침전물의 로딩(loading)의 높은 허용 오차를 갖는다. 역세척 필터의 채용은 시스템 효율을 향상시키고, 종래의 담수화 시스템 내의 카트리지 필터의 비교적 높은 교체 빈도로 인한 비용을 감소시킬 수도 있다.
게다가, 역세척 필터가 없는 일부 종래의 담수화 시스템에 있어서, 침전 용기는 큰 크기를 가져서 고액 분리 공간을 규정하고, 그에 따라 침전 용기로부터의 액체가 EDR 장치 내로 도입된 후에 스케일링 또는 파울링 경향을 회피 또는 완화시키기 위해, 입자 침전물의 적어도 일부분이 액체로부터 분리되어 그 내부에 정착할 수도 있다. 일반적으로, "상승률(rising rate)"이라고 불리는 공학적 변수가 침전 유닛 내의 고액 분리 공간의 크기를 결정하는데 사용될 수도 있다. 정의에 따르면, 상승률은 고액 분리 공간의 상부 부분으로부터 액체를 추출할 때의 외면상의 상향 선형 유속이다. 이것은 고액 분리 공간의 단면적에 대한 추출 유량의 비율이다.
예를 들어, 역세척 필터없는 일부 종래의 담수화 시스템에 있어서, 상승률은 전형적으로 평방 피트 당 0.50 갤런/분보다 작도록, 예를 들면, 평방 피트 당 0.25 갤런/분으로 설계되어, 적당한 수준의 고액 분리 성능을 보장함으로써, 종래의 담수화 시스템 내에 채용된 일회용 카트리지 필터의 교체 빈도를 감소시킨다.
본 발명의 실시예에 있어서, 역세척 필터가 입자 침전물의 로딩의 높은 허용 오차를 갖기 때문에, 침전 유닛(12)의 크기가 감소될 수도 있다. 하나의 비한정적인 예시에 있어서, 역세척 필터(13)의 채용으로, 침전 유닛(12)의 상승률은 평방 피트 당 0.50 갤런/분보다 크도록, 예를 들면, 평방 피트 당 0.75 갤런/분으로 설계된다. 다른 예시에 있어서, 침전 유닛(12)의 상승률은 평방 피트 당 1.0 갤런/분보다 크도록, 예를 들면, 평방 피트 당 1.5 갤런/분으로 설계된다.
상승률이 보다 크면, 침전 유닛(12) 내의 고액 분리 공간이 감소될 수도 있다. 예를 들어, 역세척 필터가 없는 종래의 담수화 시스템 내의 침전 유닛과 비교하여 첨전 유닛(12)의 상승률이 평방 피트 당 0.25 갤런/분에서 평방 피트 당 1.50 갤런/분으로 증가할 때, 침전 유닛(12) 내의 고액 분리 공간의 용적은 약 83%로 감소된다. 이것은 침전 유닛(12)의 크기가 대폭 감소된 것을 나타낸다. 특정 적용에 있어서, 침전 유닛(12)은 심지어 역세척 필터(13)의 채용으로 인해, 고액 분리 공간을 제거할 수도 있다.
따라서, 침전 유닛의 고액 분리 공간의 크기 감소로 인해, 침전 유닛의 풋프린트(footprint)는 감소될 수도 있다. 동시에, 침전 유닛의 자본 비용이 절약될 수도 있고, 조립 어려움이 감소될 수도 있으며, 시스템의 유연성이 또한 향상될 수도 있다. 산업상의 적용에 있어서, 담수화 시스템은 높은 효율과 성능을 가지면서, 쉽게 시행되고 비용 효율적일 수도 있다.
본 개시가 전형적인 실시예로 도시되고 설명되었지만, 본 개시의 사상으로부터 임의의 방법으로 벗어나는 일 없이 다양한 변경 및 대체가 만들어질 수도 있기 때문에, 도시된 상세한 내용에 한정하고자 의도된 것은 아니다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 본 개시의 추가의 변경물 및 동등물은 단지 일상적인 실험을 통하여 당업자에게 착상될 수도 있고, 모든 이러한 변경물 및 동등물은 이하의 특허청구범위에 의해 규정된 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위 내에 속한다고 여겨진다.
Claims (20)
- 담수화 시스템에 있어서,
담수화를 위한 제 1 스트림, 및 상기 제 1 스트림으로부터 제거된 이온을 멀리 운반하기 위한 제 2 스트림을 수용하도록 구성된 역전 전기 투석 장치와,
상기 역전 전기 투석 장치와 유체 연통하고, 상기 역전 전기 투석 장치와의 사이에서 상기 제 2 스트림을 순환시키도록 구성된 침전 유닛과,
상기 역전 전기 투석 장치와 상기 침전 유닛 사이에 배치되고, 이들과 유체 연통하며, 정상 작동 모드에서 상기 제 2 스트림을 여과하도록 구성된 적어도 하나의 역세척 필터를 포함하는
담수화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역세척 필터는 여과 요소를 포함하고, 상기 여과 요소는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는
담수화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역세척 필터는, 역세척 모드에서 역세척을 위한 세척 유체를 수용하고 방출 액체를 생성하도록 추가로 구성되는
담수화 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스트림 및 상기 세척 유체는 단일 수원에 의해 공급되는
담수화 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역세척 필터로부터의 상기 방출 스트림은 상기 침전 유닛 내로 도입되도록 구성되는
담수화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역세척 필터와 상기 역전 전기 투석 장치 사이에 배치되어, 이들과 유체 연통하며, 상기 적어도 하나의 역세척 필터로부터의 상기 제 2 스트림을 여과하도록 구성된 필터를 추가로 포함하는
담수화 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 필터는 카트리지 필터를 포함하는
담수화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 담수화 시스템은 서로 병렬로 배치된 복수의 역세척 필터를 포함하여 상기 침전 유닛으로부터의 제 2 스트림을 여과하는
담수화 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 침전 유닛은 고액 분리 공간을 포함하고, 상기 고액 분리 공간의 상부 부분은 상기 역전 전기 투석 장치 내로의 도입을 위해 상기 제 2 스트림을 공급하도록 구성되는
담수화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 침전 유닛의 고액 분리 공간에서의 상승률은 평방 피트 당 약 0.5 갤런/분보다 큰
담수화 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 침전 유닛의 고액 분리 공간에서의 상승률은 평방 피트 당 약 1.0 갤런/분보다 큰
담수화 시스템. - 담수화 방법에 있어서,
담수화를 위해 역전 전기 투석 장치를 통해 제 1 스트림을 통과시키는 단계와,
침전 유닛을 거쳐서 상기 역전 전기 투석 장치를 통해 제 2 스트림을 통과시켜서, 상기 제 1 스트림으로부터 제거된 이온을 멀리 운반하는 단계와,
상기 침전 유닛으로부터의 제 2 스트림이 상기 역전 전기 투석 장치 내로 도입되기 전에, 정상 작동 모드에서 적어도 하나의 역세척 필터에 의해 상기 제 2 스트림을 여과시키는 단계를 포함하는
담수화 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 침전 유닛은 고액 분리 공간을 포함하고, 상기 제 2 스트림은 상기 적어도 하나의 역세척 필터의 정상 작동 모드에서 상기 역전 전기 투석 장치 내로의 도입을 위해 상기 고액 분리 공간의 상부 부분으로부터 추출되는
담수화 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 스트림이 상기 역전 전기 투석 장치 내로의 도입을 위해 상기 고액 분리 공간의 상부 부분으로부터 추출될 때, 상기 침전 유닛의 고액 분리 공간에서의 상승률은 평방 피트 당 약 0.5 갤런/분보다 큰
담수화 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 스트림이 상기 역전 전기 투석 장치 내로의 도입을 위해 상기 고액 분리 공간의 상부 부분으로부터 추출될 때, 상기 침전 유닛의 고액 분리 공간에서의 상승률은 평방 피트 당 약 1.0 갤런/분보다 큰
담수화 방법. - 제 12 항에 있어서,
역세척 모드에서 상기 적어도 하나의 역세척 필터를 통해 세척 유체를 통과시켜서 방출 유체를 생성하는 단계를 추가로 포함하는
담수화 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 침전 유닛 내로 상기 방출 유체를 도입하는 단계를 더 포함하고, 상기 세척 유체 및 상기 제 1 스트림은 동일한 액체원에 의해 공급되는
담수화 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 역세척 필터로부터, 상기 적어도 하나의 역세척 필터와 상기 역전 전기 투석 장치 사이에 배치되어 이들과 유체 연통하는 필터를 거쳐서 상기 제 2 스트림을 여과시키는 단계를 추가로 포함하는
담수화 방법. - 제 18 항에 있어서,
상기 필터는 카트리지 필터를 포함하는
담수화 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 스트림을 여과하기 위해 복수의 역세척 필터가 서로 병렬로 배치되는
담수화 방법.
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