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KR20170089230A - Desalination method of sea water using hybrid process of nanofiltration and draw solution assisted reverse osmosis - Google Patents

Desalination method of sea water using hybrid process of nanofiltration and draw solution assisted reverse osmosis Download PDF

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KR20170089230A
KR20170089230A KR1020160009380A KR20160009380A KR20170089230A KR 20170089230 A KR20170089230 A KR 20170089230A KR 1020160009380 A KR1020160009380 A KR 1020160009380A KR 20160009380 A KR20160009380 A KR 20160009380A KR 20170089230 A KR20170089230 A KR 20170089230A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seawater
reverse osmosis
water
solution
nanofiltration
Prior art date
Application number
KR1020160009380A
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Korean (ko)
Inventor
양대륙
박기호
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a seawater desalination method using a nanofiltration method and a reverse osmosis method using an induction solution. According to the present invention, the seawater desalination method lowers maximum pressure required for the same compared to existing reverse osmosis methods, by using the nanofiltration method and the reverse osmosis method using the induction solution, while reducing fouling and consuming low energy. In addition, through reduction in costs for membrane replacement and installation of devices, it is possible to produce high quality and cost-effective fresh water.

Description

유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용한 해수담수화 방법{Desalination method of sea water using hybrid process of nanofiltration and draw solution assisted reverse osmosis}Technical Field The present invention relates to a desalination method using a reverse osmosis method and an nano filtration method using an induction solution,

본 발명은 해수담수화 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용함으로써 기존 역삼투법을 이용한 해수담수화 공정에 비해 경제적이고 저 에너지를 요구하며 우수한 품질의 담수를 생산하는 해수담수화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for desalination of seawater, and more particularly, to a method of desalination using seawater desalination and nano filtration using an induction solution, ≪ / RTI >

사회생활용수, 농업용수 및 산업용수가 더욱 더 필요하지만, 세계 도처에서 물을 구하지 못하는 곳은 여전히 많다. 해수는 염분을 함유하고 있기 때문에 이용할 수 없는데, 현존하는 염분제거 방법들은 처리 속도가 느리고 어려우며 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 많은 에너지를 필요로 한다. 해수담수화 기술은 지구상의 물의 97% 이상을 차지하는 바닷물로부터 식수 및 생활용수로 사용될 수 있는 담수를 생산하는 기술이다. 현재 전 세계적으로 인구가 크게 증가하고 있고 그로 인한 식수 부족 문제가 큰 화두로 떠오르면서 이 기술의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 해수로부터 담수를 생산하기 위해서는 해수에 녹아있는 수많은 용질들과 물을 분리할 수 있는 방법이 요구되는데 일반적으로 열을 사용하는 증발법 (thermal process)과 반투과성 분리막을 이용하는 막분리법 (membrane process)으로 나눌 수 있다. 증발법에는 다단증발법 (multi-staged flash), 다중효용법 (multi effect distillation)등과 같은 방법이 있고, 막분리법에는 역삼투법 (reverse osmosis), 정삼투법 (forward osmosis)등이 있다. 이 중 현재 가장 효율적이고 널리 쓰이는 방법은 역삼투법이다.There is still a greater need for societal, agricultural and industrial water, but there are still many places in the world where water is not available. Seawater is not available because it contains saline, but existing desalination methods are slow, difficult, costly, and require a lot of energy. Seawater desalination technology is a technology that produces fresh water that can be used as drinking water and domestic water from seawater, which accounts for more than 97% of the world's water. The importance of this technology has been emphasized as the population is increasing rapidly around the world and the problem of water shortage is becoming a big issue. In order to produce freshwater from such seawater, it is necessary to separate water from many solutes dissolved in seawater. In general, it is necessary to use a thermal process using heat and a membrane process using a semi-permeable membrane Can be divided. The evaporation method includes multi-staged flash, multi effect distillation, and the membrane separation method includes reverse osmosis and forward osmosis. The most efficient and widely used method is the reverse osmosis method.

역삼투법은 용질은 쉽게 투과할 수 없지만 용매는 쉽게 투과할 수 있는 반투과성 막을 사이에 두고 이 때 나타나는 삼투압보다 더 큰 압력을 가해 바닷물에 있는 물 분자만을 생산수 쪽으로 이동시키는 방법을 의미한다. 바닷물의 농도는 일반적으로 3.5% 라고 알려져있고 이러한 바닷물에서 물을 생산하기 위해서는 대략 60~70 bar 정도의 높은 압력이 요구된다. 따라서 높은 압력을 가할 수 있도록 고압 펌프가 필요하고 이러한 고압 펌프를 구동하기 위한 큰 에너지가 필요하다는 단점이 있다. 또한 높은 압력으로 인한 막오염 현상과 이로 인한 막 교체 비용의 증가도 문제가 된다.Reverse osmosis means that the solute is not easily permeable, but the solvent is a method of moving only the water molecules in seawater to the product water by applying a pressure greater than the osmotic pressure that is present through the semi-permeable membrane which can be easily permeated. The concentration of seawater is generally known to be 3.5% and requires a high pressure of approximately 60-70 bar to produce water from these seawater. Therefore, a high-pressure pump is required to apply a high pressure and a large energy is required to drive the high-pressure pump. In addition, membrane contamination due to high pressure and the increase in membrane replacement cost are also problematic.

나노여과법(nanofiltration)은 주로 센물을 단물로 전환하거나 유기용질을 제거하기 위한 기술로 널리 사용되었다. 나노여과법에 사용되는 막의 막공은 그 크기가 역삼투법에 적용되는 막보다는 크지만 초미세여과(ultrafiltration)보다는 작기 때문에 분리에 요구되는 에너지가 역삼투법과 비교 시 매우 낮다. 이러한 나노여과법은 2가 이상인 이온에 대해 분리능이 뛰어나지만 1가 이온에 대해서는 분리능이 매우 낮은 특징이 있다. 따라서 대부분의 용질이 소금인 바닷물에서 물을 분리하기 위한 방법으로는 적절치 않다.Nanofiltration has been widely used as a technique for converting cyanide into solid or removing organic solutes. The membrane pore used in nanofiltration is larger than the membranes used for reverse osmosis but is smaller than ultrafiltration, so the energy required for separation is very low compared to reverse osmosis. These nanofiltration methods have excellent separation ability for ions having a valence of 2 or more, but have a very low resolution for monovalent ions. Therefore, it is not appropriate as a method for separating water from seawater where most solute is salt.

따라서 이러한 종래의 기술들의 단점을 극복하기 위해서는 기존 역삼투법보다 에너지가 요구량이 낮으면서 동시에 나노여과법과 같이 소금에 대해 분리능이 낮게 나타나지 않기 위한 새로운 해수담수화 방법이 필요하다.Therefore, a new seawater desalination method is needed to overcome the disadvantages of the conventional arts in order that the energy demand is lower than that of the conventional reverse osmosis method and at the same time, the separation performance against the salt does not appear as in the nano filtration method.

KR 10-2006-0133299KR 10-2006-0133299

본 발명자들은 해수담수화 공정에 대해 탐색하던 중, 유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용한 해수담수화 방법의 경우, 기존 역삼투법에 비해 최대 요구압력이 낮아지고, 막 오염 현상이 감소하며 저 에너지를 필요로하고, 또한, 막 교체 비용 및 장치 설치 비용이 감소하여 경제적이며 우수한 품질의 담수를 생산하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. The inventors of the present invention found that the desalination method using the induction solution and the desalination method using the nanofiltration method have a lower maximum required pressure than the conventional reverse osmosis method, And further, the membrane replacement cost and the installation cost of the apparatus are reduced, thereby producing economical and excellent quality fresh water. Thus, the present invention has been completed.

따라서, 본 발명은 유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용한 해수담수화 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention provides a reverse osmosis method using an induction solution and a desalination method using a nano filtration method.

따라서, 본 발명은 유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용한 해수담수화 시스템을 제공하고자 한다. Accordingly, the present invention provides a desalination system using an induction solution and a desalination system using a nano-filtration method.

또한, 본 발명은 상기 해수담수화 시스템을 이용한 해수담수화 장치를 제공하고자 한다.The present invention also provides a seawater desalination apparatus using the seawater desalination system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서,In order to achieve the above object,

본 발명은The present invention

(1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는 단계;(1) introducing seawater into a reverse osmosis device containing an inductive solution having a concentration lower than that of seawater in a direction opposite to the osmotic membrane;

(2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는 단계; 및(2) transferring the water of the seawater into the induction solution by applying pressure to the introduced seawater; And

(3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는 단계;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 방법을 제공한다.(3) recovering the fresh water by nano-filtration of the induction solution in which the water has been transferred.

또한, 본 발명은 In addition,

(1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는, 해수유입부;(1) a seawater inlet for introducing seawater in a direction opposite the osmotic membrane to a reverse osmosis device comprising an inductive solution having a lower concentration than seawater;

(2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는, 역삼투부; 및(2) a reverse osmosis part for applying pressure to the introduced seawater to move the water of the seawater to the guiding solution; And

(3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는, 나노여과부;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 시스템을 제공한다.(3) a nano-filtration unit for nano-filtration of the induction solution in which the water is moved to recover fresh water.

또한, 본 발명은 상기 해수담수화 시스템을 이용한 해수담수화 장치를 제공한다. The present invention also provides a seawater desalination apparatus using the seawater desalination system.

본 발명에 따른 해수담수화 방법은 유도용액을 이용한 역삼투법 및 나노여과법을 이용함으로써 기존 역삼투법에 비해 최대 요구압력이 낮아지고, 막 오염 현상이 감소하며 저 에너지를 필요로한다. The seawater desalination method according to the present invention uses a reverse osmosis method and a nano filtration method using an induction solution, thereby lowering the maximum required pressure, reducing membrane contamination, and requiring low energy compared with the conventional reverse osmosis method.

또한, 막 교체 비용 및 장치 설치 비용이 감소하여 경제적이며 우수한 품질의 담수를 생산하는 효과가 있다.In addition, the membrane replacement cost and the installation cost of the apparatus are reduced, thereby producing economical and excellent quality fresh water.

도 1은 본 발명의 해수담수화 방법을 순차적으로 나타난 순서도이다.
도 2는 본 발명의 해수담수화 방법 및 시스템의 예시적인 공정을 도시한 도면이다.
FIG. 1 is a flow chart sequentially showing a method of desalinating sea water according to the present invention.
2 is a diagram illustrating an exemplary process of a seawater desalination method and system of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시형태를 제시한다. 그러나 하기의 실시 형태는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시 형태에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the embodiments.

본 발명은 (1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는 단계; (2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는 단계; 및 (3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는 단계;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 방법을 제공한다.(1) introducing seawater in a reverse osmotic membrane direction to a reverse osmosis device comprising an inductive solution having a lower concentration than seawater; (2) transferring the water of the seawater into the induction solution by applying pressure to the introduced seawater; And (3) recovering the fresh water by nano-filtration of the induction solution into which the water has been transferred. The present invention also provides a reverse osmosis-based seawater desalination method.

보다 구체적으로는, 본 발명은 역삼투법 기반의 해수담수화 방법에 관한 것으로, 유도용액의 농도를 해수보다 낮게 설정함으로써 역삼투 모듈에서 나타나는 삼투압 차이를 감소시켜 요구 압력을 낮추고, 나노여과법을 이용하여 유도용액을 분리함으로써 최종 담수를 생산하고, 또한, 생성된 농숙염수로부터 압력 에너지를 회수할 수 있는 하이브리드형 해수담수화 방법에 관한 것이다. 또한 해수유입부, 역삼투부, 및 나노여과부를 포함하며 농축염수로부터 압력 에너지를 회수하기 위한 에너지회수부, 압력 손실의 보충을 위한 부스터펌프부 및 해수를 가압하기 위한 고압펌프부를 포함하는 해수담수화 시스템에 관한 것이다. More specifically, the present invention relates to a reverse osmosis method based seawater desalination method, wherein the concentration of the inducing solution is set to be lower than sea water to reduce the osmotic pressure difference in the reverse osmosis module to lower the required pressure, To produce final fresh water and also to recover pressure energy from the resulting broth. A seawater desalination system including a seawater desalination unit, a reverse osmosis unit, and a nano-filtration unit and including an energy recovery unit for recovering pressure energy from concentrated brine, a booster pump unit for supplementing pressure loss, .

상기 (1) 단계는 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는 단계이다.The step (1) is a step of introducing seawater into the reverse osmosis device including the induction solution having a concentration lower than that of the seawater in a direction opposite to the osmosis membrane.

보통, 자연해수 중에는 불순물, 부유물 또는 이물질 등이 존재한다. 해수담수화 공정으로부터 담수를 생산하기 위해서는 해수내의 불순물 등을 먼저 제거하는 전처리를 해야 한다. 이 때, 막(membrane) 등을 이용할 수 있으며, 자연해수를 0.05 ~ 5.0 ㎛의 평균 기공크기를 갖는 막을 통해 여과시킴으로써 해수내 불순물 등을 제거할 수 있다. 상기 막의 종류로는 마이크로필터, 울트라필터 등을 사용할 수 있다. 상기 마이크로필터는 기공크기가 0.2 ㎛ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 기공크기가 0.2 ㎛를 초과하는 경우, 해수 내 존재하는 큰 부유물질은 거를 수 있으나, 크기가 작은 부유물질이나 미생물을 제거하기에 어려울 수 있다. 상기 울트라필터는 기공크기가 0.1 ㎛ 이하의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 기공크기가 0.1 ㎛를 초과하는 경우, 수중 내 크기가 작은 미생물을 제거하기 어려울 수 있다. Usually, natural sea water contains impurities, floats, or foreign matter. In order to produce freshwater from the desalination process, it is necessary to remove impurities in the seawater first. At this time, a membrane or the like may be used, and natural sea water may be filtered through a membrane having an average pore size of 0.05 to 5.0 μm to remove impurities in the seawater. As the type of the film, a microfilter, an ultrafilter, or the like can be used. The micro filter preferably has a pore size of 0.2 m or less. If the pore size exceeds 0.2 탆, large suspended solids present in the seawater may fall, but it may be difficult to remove suspended solids or microorganisms of small size. The ultrafilter preferably has a pore size of 0.1 mu m or less. If the pore size exceeds 0.1 탆, it may be difficult to remove microorganisms having a small size in water.

상기 농도는 염농도를 의미한다.The concentration means the salt concentration.

상기 역삼투 모듈에서 사용되는 유도용액은 일반적으로 정삼투 모듈에서 사용되는 유도용액과는 개념이 다르다. 정삼투 모듈에서는 삼투 현상을 통해 물이 자발적으로 해수로부터 유도용액으로 이동하도록 하기 위해 유도용액의 농도가 해수보다 더 높다. 그러나 본 발명의 역삼투 모듈에서는 유도용액의 농도를 해수보다 낮게 설정함으로써 역삼투 모듈에서 나타나는 삼투압 차이를 줄이고자 하는 것이다. 즉, 본 발명의 유도용액은 해수보다 낮은 농도, 특히 해수보다 낮은 염농도를 갖는 것을 특징으로 한다. The inductive solution used in the reverse osmosis module is generally different from the inductive solution used in the positive osmosis module. In the forward osmosis module, the concentration of the inducing solution is higher than that of the seawater to allow the water to move spontaneously from seawater to the inducing solution through the osmosis phenomenon. However, in the reverse osmosis module of the present invention, the concentration of the inducing solution is set to be lower than that of sea water, thereby reducing the osmotic pressure difference in the reverse osmosis module. That is, the induction solution of the present invention is characterized by having a concentration lower than that of sea water, particularly a salt concentration lower than that of sea water.

상기 유도용액은 양이온, 음이온 또는 염(salt)의 유도용질을 포함할 수 있다. 유도용액에서 요구되는 유도용질의 조건은 인체에 유해하지 않으며 유도용액으로 사용할 수 있을 정도의 용해도를 갖고 있어야 하고 공정의 비용 효율성을 위해 가격이 저렴해야 한다. 또한, 나노여과를 통해 분리될 수 있어야 하기 때문에 2가 이온을 포함하는 물질이 바람직하다. 구체적으로는 상기 유도용질은 2가 이온의 염일 수 있으며, 일 예로, Na2CO3, K2CO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, K2SO4, MgSO4, CaSO4, MgCl2, CaCl2, C6H12O6 등일 수 있다. The derivatizing solution may comprise a derivatized solute of cation, anion or salt. The conditions of the induction solute required in the induction solution are not harmful to the human body and must be soluble enough to be used as an inducing solution and should be low in price for cost effectiveness of the process. Further, a material containing a divalent ion is preferable because it must be separable through nanofiltration. Specifically, the guide solute is a divalent be a salt ion, For example, Na 2 CO 3, K 2 CO 3, MgCO 3, CaCO 3, Na 2 SO 4, K 2 SO 4, MgSO 4, CaSO 4, MgCl 2 , CaCl 2 , C 6 H 12 O 6 , and the like.

상기 (2) 단계는 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는 단계이다. In the step (2), the water in the seawater is moved to the induction solution by applying pressure to the seawater.

상기 유입된 해수는 역삼투 장치에서 고압펌프를 통해 가압되고, 이러한 압력 차이가 해수와 유도용액 사이의 삼투압보다 크기 때문에 해수 안의 물이 반투과성 막을 통과하여 유도용액 쪽으로 이동하게 된다. The inflowing seawater is pressurized by a high pressure pump in a reverse osmosis device, and the pressure difference is larger than the osmotic pressure between the seawater and the induction solution, so that the water in the seawater flows through the semi-permeable membrane to the induction solution.

상기 해수에 가해지는 압력은 기존 역삼투 장치에서 해수에 가해지는 압력인 60bar 미만일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 50 bar일 수 있다. 상기 10 bar 미만일 경우 물의 이동이 제대로 이루어지지 않고, 상기 50 bar 초과일 경우 심한 막오염, 장치 설치 비용 증가, 및 에너지 비용 증가와 같은 문제점이 발생될 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 해수에 가해지는 압력은 40 내지 50 bar일 수 있다. The pressure applied to the seawater may be less than 60 bar, preferably 10 to 50 bar, applied to seawater in a conventional reverse osmosis unit. If the pressure is less than 10 bar, the movement of water is not properly performed. If the pressure is more than 50 bar, severe film contamination, an increase in installation cost, and an increase in energy cost may occur. More preferably, the pressure applied to the seawater may be 40 to 50 bar.

상기 역삼투 공정 및 나노여과 공정에서의 구동 온도는 20~40℃일 수 있다. 상기 20℃ 미만일 경우 물의 이동이 원활하게 이루어지지 않아 더 많은 에너지가 요구되며 상기 40℃ 초과일 경우 용질의 과도한 이동으로 인한 물의 품질 저하, 유도 용액의 손실 등이 나타날 수 있다. 바람직하게는 상기 구동 온도는 25~35℃일 수 있다. The driving temperature in the reverse osmosis process and the nano filtration process may be 20 to 40 ° C. If the temperature is lower than 20 ° C, the movement of water is not smoothly performed and more energy is required. If the temperature is higher than 40 ° C, excessive water migration may lead to deterioration of water quality and loss of inducing solution. Preferably, the driving temperature may be 25 to 35 占 폚.

상기 해수담수화 공정에서는 생산되는 탈염수와 동등한 양 이상으로 많은 양의 농축염수가 발생하게 된다. 상기 농축염수는 해수용 역삼투막을 통과시켜 얻을 수 있다. 상기 해수용 역삼투막은 염배제율이 최소 99% 이상의 제거효율을 보이는 막으로, 모듈의 형태는 일반적으로 막면적의 집적도가 높은 와권형(Spiral Wound Type) 막을 사용할 수 있다. 상기 농축염수는 1 ~ 50 중량%의 염분 농도를 포함할 수 있고, 바람직하게는 6 중량%의 염분 농도를 포함할 수 있다. 상기 농축염수는 에너지 회수장치를 통해 압력 에너지가 회수된 후 공정 밖으로 배출되게 된다. 이 때 에너지 회수 장치의 효율, 역삼투 모듈에서의 압력 손실, 파이프 라인에서의 압력 손실로 인해서 에너지 회수 장치를 거쳐서 나온 해수 입구 흐름은 기존의 고압 펌프를 거친 해수의 입구 흐름보다 압력이 더 낮아지게 되는데 이 손실 부분은 부스터 펌프를 통해 보충하게 된다.In the seawater desalination process, a large amount of concentrated brine is produced in an amount equal to that of the desalted water produced. The concentrated brine can be obtained by passing through a reverse osmosis membrane for seawater. The reverse osmosis membrane for seawater has a removal efficiency of at least 99% at a salt rejection rate of at least 99%. As the module type, a spiral wound type membrane having a high degree of integration of a membrane area can be used. The concentrated brine may comprise a salt concentration of 1 to 50 wt.%, And preferably a salt concentration of 6 wt.%. The concentrated brine is discharged out of the process after the pressure energy is recovered through the energy recovery device. In this case, due to the efficiency of the energy recovery device, the pressure loss in the reverse osmosis module, and the pressure loss in the pipeline, the flow of the seawater inlet through the energy recovery device becomes lower than the inlet flow of the seawater through the existing high- This loss is compensated by the booster pump.

상기 (3) 단계는 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는 단계이다. In the step (3), the induction solution in which the water is moved is subjected to nanofiltration to recover the fresh water.

역삼투 공정을 통해 물이 유입된 유도용액은 나노여과 공정을 수행하게 되고, 이를 통해 유도용액을 분리하고 최종 담수를 생산하게 된다. 담수를 회수한 후, 농축된 유도 용액은 제 (1)단계로 재유입되어 역삼투 공정에 재활용될 수 있다 ((4) 단계). 따라서, 재활용을 위해 나노여과 공정에서 분리되는 물의 양은 역삼투 공정에서 해수로부터 유입된 물의 양과 동일해야 한다. 상기 나노여과 공정을 수행하기 위해 나노여과 막을 이용할 수 있으며, 상기 나노여과 막은 유도용질의 분자량보다 투과분자량이 작아야한다. 또한, 나노여과 공정에 가해지는 압력은 20 내지 30 bar 일 수 있으며, 상기 20 bar 미만일 경우 물의 이동이 제대로 이루어지지 않고, 상기 30 bar 초과일 경우 심한 막 오염, 장치 설치 비용 증가, 및 에너지 비용 증가와 같은 문제점이 발생될 수 있다. Through the reverse osmosis process, the induction solution into which the water is introduced is subjected to the nanofiltration process, thereby separating the induction solution and producing final fresh water. After recovering the fresh water, the concentrated inductive solution can be reintroduced into step (1) and recycled to the reverse osmosis process (step (4)). Therefore, the amount of water to be separated in the nanofiltration process for recycling should be equal to the amount of water introduced from the seawater in the reverse osmosis process. In order to perform the nanofiltration process, a nanofiltration membrane may be used, and the nanofiltration membrane should have a smaller permeation molecular weight than that of the induction solute. In addition, the pressure applied to the nanofiltration process may be 20 to 30 bar, and when the pressure is less than 20 bar, the water is not properly moved. When the pressure exceeds 30 bar, severe membrane contamination, And the like.

또한, 본 발명은 (1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는, 해수유입부; (2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는, 역삼투부; 및 (3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는, 나노여과부;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 시스템을 제공한다.(1) a seawater inflow section for introducing seawater in a direction opposite to the osmotic membrane to a reverse osmosis device including an induction solution having a concentration lower than that of seawater; (2) a reverse osmosis part for applying pressure to the introduced seawater to move the water of the seawater to the guiding solution; And (3) a nano-filtration unit for nano-filtration of the induction solution in which the water is moved to recover fresh water.

상기 해수담수화 시스템은 (2)단계에서 발생한 농축염수로부터 압력 에너지를 회수하는, 에너지회수부를 더 포함할 수 있다.The seawater desalination system may further include an energy recovery unit for recovering pressure energy from the concentrated brine generated in the step (2).

또한, 상기 해수담수화 시스템은 해수를 가압하기 위한 고압펌프부 및 압력 손실의 보충을 위한 부스터펌프부를 더 포함할 수 있다. The seawater desalination system may further include a high-pressure pump unit for pressurizing seawater and a booster pump unit for supplementing pressure loss.

또한, 본 발명은 상기 해수담수화 시스템을 이용한 해수담수화 장치를 제공한다. The present invention also provides a seawater desalination apparatus using the seawater desalination system.

도 1 및 도 2는 본 발명의 해수담수화 방법의 순서도 및 예시적인 공정을 도시한 도면으로, 해수 및 상기 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 반대방향으로 유입한 후, 고압펌프를 통해 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는 역삼투 공정을 수행한다. 이때 발생하는 농축염수는 에너지 회수장치를 통해 압력 에너지가 회수된 후 공정 밖으로 배출되게 된다. 또한, 상기 물이 이동된 유도용액은 나노여과 공정을 수행함으로써 담수를 생산하게 되고 이때 분리된 유도용액은 역삼투 공정으로 유입되어 재활용된다. 1 and 2 illustrate a flow chart and an exemplary process of the seawater desalination method according to the present invention. The seawater desalination apparatus according to the present invention comprises: A reverse osmosis process is performed in which water in the seawater is moved to an induction solution. The concentrated brine is discharged from the process after the pressure energy is recovered through the energy recovery device. In addition, the induction solution in which the water is transferred produces fresh water by performing a nanofiltration process, and the separated induction solution is introduced into the reverse osmosis process and recycled.

Claims (13)

(1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는 단계;
(2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는 단계; 및
(3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는 단계;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 방법.
(1) introducing seawater into a reverse osmosis device containing an inductive solution having a concentration lower than that of seawater in a direction opposite to the osmotic membrane;
(2) transferring the water of the seawater into the induction solution by applying pressure to the introduced seawater; And
(3) recovering the fresh water by nano-filtration of the induction solution in which the water has been transferred.
제 1항에 있어서,
상기 (1)단계에서 해수는 불순물을 여과하여 전처리된 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the seawater is pretreated by filtering the impurities in the step (1).
제 1항에 있어서,
상기 (1)단계에서 유도용액은 양이온, 음이온 또는 염(salt)의 유도용질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inducing solution in step (1) comprises an induced solute of a cation, anion or salt.
제 3항에 있어서,
상기 유도용질은 2가 이온을 포함하는 물질인 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method of claim 3,
Wherein the derivatized solute is a substance containing divalent ions.
제 3항에 있어서,
상기 유도용질은 Na2CO3, K2CO3, MgCO3, CaCO3, Na2SO4, K2SO4, MgSO4, CaSO4, MgCl2, CaCl2, 및 C6H12O6로 이루어진 군에서 선택된 1종이상인 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method of claim 3,
Wherein said derivatized solute is selected from the group consisting of Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , MgCO 3 , CaCO 3 , Na 2 SO 4 , K 2 SO 4 , MgSO 4 , CaSO 4 , MgCl 2 , CaCl 2 , and C 6 H 12 O 6 Wherein the one or more seawater desalination units are selected from the group consisting of:
제 1항에 있어서,
상기 (2)단계에서 압력은 10 내지 50 bar인 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pressure in step (2) is 10 to 50 bar.
제 1항에 있어서,
상기 (2) 또는 (3)단계에서 온도는 20 내지 40℃인 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature in the step (2) or (3) is 20 to 40 ° C.
제 1항에 있어서,
상기 (2)단계에서 농축염수가 생성되며, 이로부터 압력 에너지를 회수하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of recovering pressure energy from the concentrated brine produced in step (2).
제 1항에 있어서,
상기 (3)단계에서 나노여과는 유도용질의 분자량보다 투과분자량이 작은 나노여과 막을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nanofiltration is carried out using a nanofiltration membrane having a smaller permeation molecular weight than the molecular weight of the induction solute in the step (3).
제 1항에 있어서,
(4) 상기 담수가 회수된 유도용액을 (1)단계의 역삼투 장치로 재유입시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수담수화 방법.
The method according to claim 1,
(4) re-introducing the inductive solution from which the fresh water has been recovered into the reverse osmosis unit of step (1).
(1) 해수보다 농도가 낮은 유도용액을 포함하는 역삼투 장치에 삼투막 반대방향으로 해수를 유입하는, 해수유입부;
(2) 상기 유입된 해수에 압력을 가해 상기 해수의 물을 유도용액으로 이동시키는, 역삼투부; 및
(3) 상기 물이 이동된 유도용액을 나노여과하여 담수를 회수하는, 나노여과부;를 포함하는, 역삼투 기반의 해수담수화 시스템.
(1) a seawater inlet for introducing seawater in a direction opposite the osmotic membrane to a reverse osmosis device comprising an inductive solution having a lower concentration than seawater;
(2) a reverse osmosis part for applying pressure to the introduced seawater to move the water of the seawater to the guiding solution; And
(3) a nanofiltration unit for nanofiltering the induction solution in which the water is transferred to recover fresh water.
제 11항에 있어서,
상기 (2)단계에서 농축염수가 생성되며, 이로부터 압력 에너지를 회수하는, 에너지회수부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수담수화 시스템.
12. The method of claim 11,
Further comprising an energy recovery unit for generating concentrated brine in the step (2), and recovering pressure energy therefrom.
제 11항의 해수담수화 시스템을 이용한 해수담수화 장치.A seawater desalination apparatus using the seawater desalination system of claim 11.
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