[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

WO2016043428A1 - 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법 - Google Patents

해수담수화 장치 및 해수담수화 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2016043428A1
WO2016043428A1 PCT/KR2015/007977 KR2015007977W WO2016043428A1 WO 2016043428 A1 WO2016043428 A1 WO 2016043428A1 KR 2015007977 W KR2015007977 W KR 2015007977W WO 2016043428 A1 WO2016043428 A1 WO 2016043428A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
seawater
filtration filter
pump
ground
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/007977
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
임운영
임정서
Original Assignee
임운영
임정서
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 임운영, 임정서 filed Critical 임운영
Publication of WO2016043428A1 publication Critical patent/WO2016043428A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D36/00—Filter circuits or combinations of filters with other separating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/10—Accessories; Auxiliary operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/138—Water desalination using renewable energy
    • Y02A20/144—Wave energy

Definitions

  • the present invention relates to a seawater desalination apparatus and a seawater desalination method.
  • Seawater desalination means the removal of various impurities and salts from seawater containing salts to obtain fresh water.
  • seawater desalination methods include evaporation, reverse osmosis and freezing.
  • the evaporation method is a method of obtaining fresh water by low pressure evaporation that evaporates at low temperature by lowering the pressure after supplying heat to sea water.
  • Reverse osmosis membrane method removes fresh water by filtering ionic substance dissolved in seawater by semi-permeable membrane (membrane) through which ionic substance dissolved in water is almost excluded and pure water passes. It has the advantage of being small and easy to operate has been widely used in recent years. In order to separate ionic substances and pure water from seawater, a high pressure of more than osmotic pressure is required, which is called reverse osmosis. Seawater desalination generally requires high pressures of 42-70 bar.
  • the seawater desalination plant by the reverse osmosis membrane method may be composed of a pretreatment device, a seawater desalination device, and a posttreatment device to remove foreign substances and salts contained in the seawater.
  • the pretreatment device is to remove the foreign matter contained in the seawater beforehand to remove the salt from the seawater to improve the seawater desalination efficiency. Without this pretreatment step, higher reverse osmosis pressure is required when salt is removed from the seawater by reverse osmosis, and foreign matters are excessively attached to the membrane, which reduces the permeability of fresh water through the membrane. Occurs.
  • the pretreatment water after the pretreatment process is introduced into the reverse osmosis filtration device for desalination and separated into desalted treated water and concentrated water.
  • the concentrated water is discharged, and the desalted treated water is mineralized and sterilized in the aftertreatment stage to enter the final storage tank.
  • the water is purified through the reverse osmosis membrane and the ions or molecules are concentrated through the reverse osmosis membrane.
  • the concentration of seawater becomes higher and higher, so that higher reverse osmosis is applied before the water in the seawater can pass through the reverse osmosis membrane.
  • the salinity of seawater is about 3.5%.
  • the concentration of seawater increases from 5% to 8%.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent No. 10-1344783
  • An object is to provide a device and a seawater desalination method.
  • a seawater desalination device comprises a raceway having a receiving space; A deep depth well connected to the bottom of the raceway and extending to a predetermined depth underground; A raw water supply pipe connected to the raceway to supply seawater or pretreatment water to the deep well; A plurality of collecting pipes positioned below the large depth well and supported by a supporting portion, and having a plurality of openings in a side thereof; A plurality of filtration filters in ring form and fitted to the outside of each of said collection pipes; A sump tank in fluid communication with a bottom of each sump pipe to receive fresh water passing through said filtration filter and said sump pipe; A freshwater flow path connected to the sump tank to transfer freshwater in the sump tank to the ground; A fresh water pump for sucking the inside of the water collecting tank and transferring the fresh water collected in the water collecting tank through the fresh water flow path; A brine pump connected to the bottom of the deep well for transferring the brine to the ground; A brine flow
  • the support portion includes a top plate for supporting the upper end of the collecting pipe, and a plurality of connecting pipes connecting between the top plate and the collecting tank.
  • connecting piping extends through the sump tank to the bottom of the large depth well and the top thereof is in fluid communication with the brine pump.
  • connection rings fitted to the outside of each of the collecting pipe;
  • a plurality of the filtration filters are fitted to the outside of the catchment pipe, and the adjacent filtration filters are connected to each other by the connecting ring.
  • the stripper is in the form of a stripper fitted to the outside of each of the filtration filter; A connecting plate connecting a plurality of the strippers to each other; A submersible pump mounted on the connecting plate for raising or lowering the entire connecting plate with a driving force by the ejection of seawater or pretreated water; Further comprising a, it is possible to remove the foreign matter adhering to the surface of the filter by raising or lowering the stripper along the filter.
  • the seawater desalination method comprises the steps of: installing a large depth well extending from the ground to a predetermined depth; Installing a ring-shaped filtration filter under the large depth well, installing a collecting pipe having a plurality of openings inside the filtration filter, wherein the collecting pipe is in fluid communication with a collecting tank; Sucking the inside of the collecting tank by a fresh water pump to cause seawater or pretreated water supplied to the large depth well to pass through the filtration filter by a reverse osmosis method and enter the collecting pipe and the collecting tank; Transferring fresh water in the sump tank to the ground via a freshwater flow path by the freshwater pump; It includes.
  • the method may further include transferring concentrated water located at the bottom of the depth depth well to the ground through a concentrated water pump connected to the bottom of the depth depth well while continuously supplying seawater or pretreatment water to the depth depth well; It further includes.
  • the fresh water can be separated from the pretreated water by the natural water pressure of the pretreated water, thereby reducing energy costs.
  • the concentrated water drained from the seawater is transferred to the ground by the brine pump to prevent the decrease in filtration efficiency due to the salinity of the brine and to reduce the salinity of the brine. Keeping it low can prevent marine pollution or reduce the cost of treating concentrated water.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the main configuration of the seawater desalination apparatus of FIG. 1 in detail.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing in detail the configuration of the collecting pipe and the filtration filter in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a schematic cross section taken along the line BB ′ of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a view showing a seawater desalination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view illustrating in detail the pretreatment unit in the seawater desalination apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the preprocessor of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view showing some components of the preprocessor of FIG. 7 in detail.
  • FIG. 10 is a schematic plan view for describing a configuration of a stripper in the preprocessor of FIG. 7.
  • FIG. 11 is a schematic side view for describing a configuration of a stripper in the preprocessor of FIG. 7.
  • Seawater desalination is to obtain fresh water by removing various impurities and salts from seawater containing salt.
  • the seawater desalination device and seawater desalination method of the present invention are used to remove salt from seawater by reverse osmosis membrane method. .
  • Reverse osmosis membrane method is a method of separating salt from seawater by applying more than osmotic pressure to seawater, water is purified through reverse osmosis membrane, and ions or molecules do not pass through reverse osmosis membrane.
  • a pretreatment step of removing impurities contained in seawater is often performed before removing salts contained in seawater. This is because if the pretreatment step is not performed, a higher reverse osmosis pressure is required when the salt is removed from the sea water by the reverse osmosis membrane method, and foreign matters are excessively attached to the membrane, thereby degrading seawater desalination efficiency.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the main configuration of the seawater desalination apparatus of FIG. 1 in detail.
  • 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 2.
  • 4 is a view showing in detail the configuration of the collecting pipe and the filtration filter in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a schematic cross section taken along the line BB ′ of FIG. 3.
  • Seawater desalination apparatus 200 of the present invention is a waterway 210, large depth well 220, raw water supply pipe 201, water collecting pipe 230, filtration filter 240, water collecting tank 250, fresh water pump 255 ), A fresh water flow passage 257, a concentrated water pump 270, a concentrated water flow passage 271, a stripper 280, a connecting plate 285, a submersible pump 290, and the like.
  • the raceway 210 has a space for accommodating water.
  • the raceway 210 may be installed adjacent to the ground, and installed to extend along the ground.
  • the raceway 210 may be provided with two spaced apart partitions 215 and 216, and may form three spaces partitioned by the partitions 215 and 216. These three spaces may be a concentrated channel 211 on one side, a raw channel 212 in the middle, and a fresh water channel 213 on the other side.
  • the raw water channel 212 is supplied with seawater or pretreated water for desalination by the raw water supply pipe 201.
  • the raw water supplied to the seawater desalination apparatus 200 is mainly a pretreatment water from which impurities are removed from the seawater, but is not limited to the pretreatment water and may be seawater.
  • the pretreated water is a colloidal material, an organic material, an inorganic material, a microorganism, and the like, which are primarily removed from seawater, and refers to a state in which salt remains in the seawater.
  • the seawater pretreatment apparatus generates pretreatment water by removing impurities from seawater and may be connected to the seawater desalination apparatus 200 of the present invention.
  • the freshwater passage 213 becomes a channel through which freshwater supplied through the freshwater passage 257 flows.
  • the brine 211 is a channel through which salt is drained from the raw water and the concentrated brine is supplied through the brine flow path 271 to flow.
  • the large depth well 220 is connected to the bottom of the raw waterway 212 in the raceway 210 and extends to the basement by a predetermined depth.
  • the large-depth well 220 may be positioned along the raw water channel 212 so that a plurality of wells are spaced at regular intervals.
  • the large depth well 220 extends to a depth of about 300 to 400 meters underground and may be about 10 meters wide.
  • the large depth well 220 may be formed in a cylindrical shape to accommodate water.
  • the large depth well 220 should have sufficient strength to support the earth pressure and maintain watertightness.
  • the raw water supply pipe 201 is connected to the raceway 210, particularly the raw water passage 212, and supplies raw water, that is, seawater or pretreated water (hereinafter, pretreated water) to the large depth well 220. Therefore, the pretreatment water supplied to the raw water supply passage 212 through the raw water supply pipe 201 may be filled from the bottom of the large depth well 220.
  • the collecting pipe 230 may be positioned below the large depth well 220 and may be a hollow cylinder to be supported by the support, and a plurality of openings 231 may be formed on the side thereof.
  • Each collecting pipe 230 may be disposed spaced apart in the longitudinal direction.
  • the upper end of the sump pipe 230 is supported by the upper plate 260, and the lower end is in fluid communication with the sump tank 250, so that fresh water passing through the filtration filter 240 can be collected into the sump tank 250.
  • the top plate 260 is permeable to allow the pretreatment water to pass therethrough.
  • the support part may include a top plate 260 supporting upper ends of the plurality of collecting pipes 230, and a plurality of connecting pipes 261 and 262 connecting between the top plate 260 and the collecting tank 250.
  • connection pipes 261 and 262 may be formed of a connection pipe 262 disposed in the middle, and a connection pipe 261 spaced apart from the surroundings.
  • connection pipes 262 disposed around the for example may be disposed in the large depth well 220, for example, six spaced apart from each other at uniform intervals to connect between the top plate 260 and the collection tank 250.
  • the upper portion of the connection pipe 261 may be connected to the brine pump 270, and the lower portion may extend through the collecting tank 250 to the lower portion of the collecting tank 250.
  • the filtration filter 240 may be in a ring shape and positioned outside each collection pipe 230.
  • the filtration filter 240 is a reverse osmosis method so that the salt contained in the pre-treatment water can not pass through the filtration filter 240, only fresh water can pass through the filtration filter 240.
  • the molecular size of the salt is 3.7 nm and the size of the water molecule is about 0.2 nm.
  • the lattice size of the filtration filter 240 may be, for example, about 1 nm so that no salt can pass through but only water molecules.
  • a pressure greater than the osmotic pressure should be applied to the filtration filter 240.
  • the filtration filter 240 is installed at the bottom of the large depth well 220 extending about 300 to 400m underground. Therefore, the natural water pressure by the pretreatment water is applied to the filtration filter 240, and the water contained in the pretreatment water can pass through the filtration filter 240 by the pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 240.
  • the filtration filter 240 may have a shape in which a plurality of filtration filters 240 are fitted to the outside of one water collecting pipe 230.
  • the filtration filter 240 may have a length of 5 to 10 m, and the collecting pipe 230 may have a length of 20 to 30 m.
  • the adjacent filtration filters 240 may be connected to each other by a connection ring 235 that is fitted to the outside of the collecting pipe 230.
  • FIG. 4 the figure on the left shows the disassembled filtration filter 240 and the connecting ring 235, and the figure on the right shows the assembled state.
  • adjacent filtration filters 240 may be continuous with each other while maintaining the same height.
  • An upper end of the filtration filter 240 positioned at the top may be watertightly or hermetically supported on the top plate 260.
  • the top plate 260 is provided with a cap 265 to which the valve 266 function to open and close the collection pipe 230 is installed, and the cap 265 may seal the upper end of each collection pipe 230. .
  • the lower end of the filtration filter 240 located at the bottom may be watertightly or hermetically supported by the collecting pipe 230.
  • the filtration filter 240 assembled with the connection ring 235, the filtration filter 240 and the connection ring 235 should be watertight.
  • each filtration filter 240 With the filtration filter 240 assembled to the collecting pipe 230, there is a slight gap between each filtration filter 240 and the collecting pipe 230, so that the pretreatment water outside the filtration filter 240 is reverse osmosis. After passing through the filtration filter 240 may flow into the water collecting pipe 230 through the opening 231.
  • the collection tank 250 may be in fluid communication with the bottom of each collection pipe 230, so that fresh water passing through the filtration filter 240 and the collection pipe 230 may be received in the collection tank 250.
  • An opening 251 is formed in an upper portion of the collecting tank 250, and may be connected to the collecting pipe 230 through the opening 251.
  • the lower portion of the collecting tank 250 may be installed with a drain valve 252 for drainage during maintenance.
  • the fresh water pump 255 sucks the inside of the water collecting tank 250 and transfers the fresh water collected in the water collecting tank 250 to the freshwater passage 213 through the fresh water passage 257.
  • the fresh water passage 257 is connected to the collecting tank 250 to transfer fresh water in the collecting tank 250 to the ground.
  • the fresh water pump 255 may be connected to the lower portion of the collecting tank 250, and the fresh water pump 255 may be supported by the support member 256.
  • the collection tank 250 and the interior of the collection pipe 230 connected to the collection tank 250 may be negative pressure.
  • the pretreatment water may be collected through the collecting filter 230 through the collecting pipe 230 by the pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 240 in a reverse osmosis manner. Accordingly, even if the natural water pressure by the pretreated water is low, fresh water can be obtained at a desired reverse osmosis pressure.
  • the fresh water collected by the collecting tank 250 may be transferred to the ground freshwater passage 213 through the freshwater passage 257 when the freshwater pump 255 is operated.
  • the fresh water pump 255 may be periodically rotated to remove and remove foreign substances attached to the surface of the filtration filter 240 into the seawater by forward osmosis rather than reverse osmosis.
  • the fresh water pump 255 is reversely rotated, the fresh water is discharged into the seawater through the filtration filter 240, so that the end of the fresh water flow passage 257 should be locked in the fresh water passage 213 or the like to prevent the inflow of air.
  • the pretreated water outside the filtration filter 240 becomes concentrated water.
  • the concentrated water refers to a state in which the salt concentration is higher than that of general seawater as the water exits the pretreated water.
  • the concentration of salt is further increased so that the water contained in the concentrated water may enter the filtration filter 240 only when a higher reverse osmosis pressure is applied to the filtration filter 240.
  • the concentrated water drained from the predetermined amount of fresh water in the pretreated water is transferred to the ground by the concentrated water pump 270 while supplying the other pretreated water to the large-depth well 220 to thereby limit the salinity of the concentrated water. Do not go higher than that. Accordingly, it is possible to reduce the salinity of the concentrated water while improving the filtration efficiency to prevent marine pollution or reduce the cost of treating the concentrated water.
  • the brine pump 270 is connected to the bottom of the large depth well 220 to allow the brine to be transported to the ground.
  • the brine flow passage 271 is connected to the brine pump 270 to transfer the brine to the brine 211 on the ground.
  • connection pipe 261 extends through the collection tank 250 to the bottom of the large depth well 220, and the upper end is in fluid communication with the brine pump 270. Concentrated water is collected at the bottom of the large depth well 220, and the concentrated water may be sucked by the concentrated water pump 270 and transferred to the ground through the connection pipe 261 and the concentrated water flow path 271.
  • a stripper 280 is provided to remove impurities adhering to the filtration filter 240. While the pretreated water passes through the filtration filter 240 by reverse osmosis, more and more foreign matter is attached to the filtration filter 240. These foreign matters block the lattice of the filtration filter 240, so as to decrease the filtration efficiency over time. Therefore, a means for removing foreign matter adhering to the filtration filter 240 is required.
  • the stripper 280 may be in the form of a short ring and fitted to the outside of the filtration filter 240.
  • One stripper 280 is fitted to each filtration filter 240, and each stripper 280 may be connected to each other by a connecting plate 285. Therefore, when the connecting plate 285 is raised or lowered, each stripper 280 may also remove impurities attached to the surface of the filter filter 240 while being raised or lowered along the surface of the filter filter 240.
  • the connecting plate 285 is permeable to allow the pretreatment water to pass therethrough.
  • the connecting plate 285 is equipped with a submersible pump 290, by the submersible pump 290 to eject the pre-treatment water down or up is generated a driving force that can raise or lower the entire connecting plate 285.
  • tens of strippers 280 may be connected to one connecting plate 285, and three submersible pumps 290 may be uniformly disposed on one connecting plate 285.
  • the submersible pump 290 rotates forward and ejects the pretreatment water downward, thereby raising the entire connecting plate 285.
  • the motor of the submersible pump 290 reversely rotates and spouts the pretreatment water upward. You can lower the whole.
  • the reverse osmosis is about twice the osmotic pressure, a high pressure of 42 ⁇ 70bar is required to separate the salt contained in the seawater by reverse osmosis.
  • the fresh water pump 255 sucks the inside of the collecting pipe 230 to increase the pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 240, thereby extracting the fresh water from the pretreated water at a natural water pressure of about 30 to 35 bar.
  • the large depth well 220 has a depth of about 300 to 400 m underground for such natural water pressure.
  • the salinity of seawater is generally about 3.5%, but in the conventional reverse osmosis, the salinity is increased to 5 to 8% while the seawater is concentrated.
  • the salinity of the concentrated water is maintained at about 4.3%.
  • the seawater desalination apparatus 200 of the present invention by installing a large depth well 220 having a depth of about 300 to 400 m underground, by installing a filtration filter 240 in the lower portion of the large depth well 220
  • the natural water pressure of the pretreatment water can separate fresh water from the pretreatment water, thereby reducing energy costs.
  • the pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 240 can be increased to obtain a higher reverse osmosis pressure.
  • the concentrated water pump 270 by transferring the concentrated water discharged from the fresh water to the ground by the concentrated water pump 270 to prevent the decrease in filtration efficiency due to the increased salinity of the concentrated water, and to prevent the marine pollution by keeping the salinity of the concentrated water low Or reduce the cost of treating the brine.
  • the seawater desalination method includes all of the above contents.
  • a large depth well 220 is installed extending from the ground to a predetermined depth.
  • the large depth well 220 may extend from 300 to 400 meters underground.
  • a ring-shaped filtration filter 240 spaced at regular intervals is installed below the large depth well 220, and a collection pipe 230 is installed inside each of the filtration filters 240.
  • a collection pipe 230 is installed inside each of the filtration filters 240.
  • the collecting pipe 230 has a filtration filter 240 so that fresh water passing through the filtration filter 240 can enter the collecting pipe 230.
  • Collection pipe 230 is in fluid communication with collection tank 250.
  • the filtration filter 240 is subjected to natural water pressure of about 30 to 40 atm by the pretreated water supplied to the large depth well 220.
  • the pretreatment water may enter the water collection pipe 230 only through the filtration filter 240, and may not enter the water collection pipe 230 through another path.
  • the pretreatment water may pass through the filtration filter 240 by a reverse osmosis method, and the pretreatment water passes through the collecting pipe 230 through the filtration filter 240. It enters the sump tank 250.
  • the fresh water pump 255 continuously transfers the fresh water introduced into the collection tank 250 to the fresh water passage 213 on the ground through the fresh water flow passage 257.
  • the pretreated water becomes concentrated water having a higher salinity.
  • the brine is fed by the brine pump 270 connected to the bottom of the large depth well 220 while supplying fresh pretreatment water to the large depth well 220. It may be pumped and transported to the ground through the brine flow path 271. This makes it possible to lower the salinity of the concentrated water while improving the filtration efficiency.
  • the stripper 280 fitted to the outside of the filtration filter 240 to remove impurities attached to the filtration filter 240 while being raised or lowered by the submersible pump 290 periodically or continuously.
  • the fresh water pump 255 is periodically rotated in reverse to remove the foreign matter attached to the surface of the filtration filter 240 by the forward osmosis, not reverse osmosis pressure into the sea water to remove.
  • FIG. 6 is a view showing a seawater desalination apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view illustrating the pretreatment unit in detail in the seawater desalination apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the preprocessor of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view showing some components of the preprocessor of FIG. 7 in detail.
  • FIG. 10 is a schematic plan view for describing a configuration of a stripper in the preprocessor of FIG. 7.
  • FIG. 11 is a schematic side view for describing a configuration of a stripper in the preprocessor of FIG. 7.
  • the seawater desalination apparatus of the present invention includes a pretreatment unit 100, a desalination unit 200, and a connection flow path 300.
  • the pretreatment unit 100 may be located at a predetermined depth of the seabed, for example, 50 to 100m below the sea floor.
  • the pretreatment unit 100 is to obtain pretreatment water by removing impurities from the seawater by reverse osmosis by the natural water pressure of the seawater.
  • the pretreated water is a colloidal material, an organic material, an inorganic material, a microorganism, and the like, which are primarily removed from seawater, and refers to a state in which salt remains in the seawater.
  • the preprocessor 100 may be connected to the buoy 101 to indicate the location on the sea.
  • the pretreatment unit 100 is preferably installed in an open sea area in which tidal currents do not reciprocate in the same section.
  • the pretreatment unit 100 is preferably installed on a flat surface of the seabed.
  • the desalination unit 200 is located on the ground, and desalination of seawater using the pretreatment water generated by the pretreatment unit 100.
  • the desalination unit 200 has the same configuration as the seawater desalination apparatus 200 described above.
  • connection flow path 300 is connected to the pretreatment unit 100 and the desalination unit 200 to allow the pretreatment water generated by the pretreatment unit 100 to be transferred to the desalination unit 200.
  • the pretreatment unit 100 is concrete 102, support 110, the collection tank 115, the collection pipe 230, filtration filter 130, water pump 140, stripper 160, connecting plate 170 ), The submersible pump 180 and the like.
  • the preprocessing unit 100 may be configured as a single module, and a hook unit 105 may be formed at an upper end of the preprocessing unit 100. By hooking the hook portion 105, the pretreatment portion 100 can be pulled up to the sea.
  • the pretreatment unit 100 is installed on the seabed, first, the concrete 102 may be installed, and the remaining structure including the collecting tank 115 may be installed on the concrete 102. Accordingly, when the pretreatment unit 100 is maintained, the concrete 102 may be left intact, and the remaining structure including the water collecting tank 115 may be separated from the concrete 102 and pulled up to the sea for maintenance. At this time, the connection flow path 300 should also be separated.
  • the concrete 102 (or the weight) is disposed below the pretreatment 100 so that the pretreatment 100 does not flow by current.
  • Concrete 102 may be connected to the sump tank 115 may be fixed to the bottom of the seabed. Concrete 102 may be replaced with other weights.
  • the collecting pipe 120 may be a hollow cylinder, supported by the support 110, and a plurality of openings 121 may be formed at a side surface thereof. Each collecting pipe 120 may be spaced apart in a vertically standing state.
  • the collecting pipe 230 is in fluid communication with the collecting tank 115 to allow pretreatment water that has passed through the filtration filter 130 to be collected into the collecting tank 115.
  • the support 110 includes an upper support 111 supporting upper ends of the plurality of collecting pipes 120, a lower support 112 supporting lower ends of the plurality of collecting pipes 120, and the upper support 111. It may include an intermediate support 113 for connecting the lower support (112).
  • the upper support part 111 is provided with a cap 135 to which a function of the valve 136 for opening and closing the inside of the collecting pipe 120 is installed, and the cap 135 can seal the upper end of each collecting pipe 120.
  • the lower support part 112 may have a flow path shape and may be in fluid communication with the plurality of water collecting pipes 230 and the water collecting tank 115.
  • the filtration filter 130 may be in a ring shape and positioned outside each collection pipe 120.
  • the filtration filter 130 may remove impurities from the seawater by preventing impurities contained in the seawater from passing through the filtration filter 130 when the seawater passes through the filtration filter 130 in a reverse osmosis method.
  • the lattice has a size such that impurities contained in seawater cannot pass through the lattice, and salts can pass through.
  • Such impurities may be colloidal materials, organic materials, inorganic materials, microorganisms, and the like contained in seawater.
  • the grid size of the filtration filter 130 can be selected by those skilled in the art within an appropriate range depending on the desired degree of filtration, the condition of the seawater.
  • the plurality of filtration filters 130 may be fitted to the outside of one water collecting pipe 120.
  • the filtration filter 130 may have a length of 2 m
  • the collecting pipe 230 may have a length of 10 m.
  • the adjacent filtration filters 130 may be connected to each other by a connection ring 125 fitted to the outer side of the collecting pipe 230.
  • the figure on the left shows a state where the filtration filter 130 and the connecting ring 125 are disassembled
  • the figure on the right shows an assembled state.
  • adjacent filtration filters 130 may be continuous with each other while maintaining the same height.
  • the upper end of the filtration filter 130 positioned on the top may be supported by the top support 111 in a watertight or hermetic manner.
  • a lower end of the filtration filter 130 located at the bottom may be supported by the bottom support 112 or the water collecting pipe 120 in a watertight or hermetic manner.
  • the filtration filter 130 and the connection ring 125 should be watertight.
  • the collection tank 115 may be in fluid communication with each collection pipe 120 so that the pretreated water passing through the filtration filter 130 and the collection pipe 120 may be received in the collection tank 115.
  • the water pump 140 sucks the inside of the collecting tank 115 and transfers the pretreated water collected in the collecting tank 115 to the desalination unit 200 through the connection flow path 300.
  • a pretreatment module of the same size may be disposed on the left and right with the water pump 140 in the center.
  • the inside of the collecting tank 115 When the inside of the collecting tank 115 is sucked by the water pump 140, the inside of the collecting tank 115 and the collecting pipe 120 may be negative pressure. At this time, seawater may be collected by the collecting tank 115 through the collecting pipe 230 through the filtration filter 130 in a reverse osmosis manner by a pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 130.
  • the water pump 140 may be periodically rotated to remove and remove foreign substances attached to the surface of the filtration filter 130 by forward osmosis rather than reverse osmosis into seawater.
  • the water pump 140 is reversely rotated, since the pretreatment water is discharged into the seawater through the filtration filter 130, the end of the connection flow path 300 should be submerged in water to prevent the inflow of air.
  • a stripper 160 is provided to remove impurities attached to the filtration filter 130. While seawater passes through filtration filter 130 by reverse osmosis, more and more impurities are attached to filtration filter 130. These impurities block the lattice of the filtration filter 130 and make it difficult for seawater to pass through. Therefore, a means for removing impurities adhering to the filtration filter 130 is required.
  • the stripper 160 may be in the form of a short ring and fitted to the outside of the filtration filter 130. Each stripper 160 is fitted into each filtration filter 130, and each stripper 160 may be connected to each other by the connecting plate 170. Therefore, when the connecting plate 170 is raised or lowered, each stripper 160 may also remove impurities attached to the surface of the filter filter 130 while being raised or lowered along the surface of the filter filter 130.
  • the connecting plate 170 is equipped with a submersible pump 180, by the submersible pump 180 to generate a driving force capable of raising or lowering the entire connecting plate 170 by jetting down or up.
  • dozens of strippers 160 may be connected to one connecting plate 170, and an underwater pump 180 may be disposed at the center and four corners of the connecting plate 170.
  • the submersible pump 180 can raise the entire connecting plate 170 by forward rotation and spouting the seawater downward, and the entire connecting plate 170 is discharged by the motor of the submersible pump 180 reversely spouting the seawater upward. Can be lowered.
  • a plurality of filtration filters 130 in the form of rings spaced at regular intervals at a predetermined depth of the sea bed, for example, 50 to 100 m, and the collection pipe 120 is provided inside each of the filtration filters 130.
  • the opening 121 is formed.
  • Collection pipe 120 is in fluid communication with collection tank 115.
  • the filtration filter 130 is subjected to natural water pressure of about 6 to 11 atm by sea water. The seawater may enter the water collecting pipe 120 only through the filtration filter 130 and may not enter the water collecting pipe 120 through another path.
  • the inside of the collecting tank 115 is sucked by the water pump 140, the inside of the collecting pipe 120 connected to the collecting tank 115 becomes a negative pressure. Due to the pressure difference between the inside and the outside of the filtration filter 130, the seawater can pass through the filtration filter 130 by a reverse osmosis method, and the seawater passes through the water collecting pipe 120 through the filtration filter 130 to the collecting tank. (115). While the seawater passes through the filtration filter 130, impurities included in the seawater, for example, colloidal materials, organic materials, inorganic materials, and microorganisms, may be removed. Pretreated water from which impurities are removed from seawater through the filtration filter 130 may be collected in the collection tank 115. The depth at which the filtration filter 130 is installed at the seabed may be appropriately set according to the negative pressure of the water pump 140 and the type of impurities to be removed.
  • the water pump 140 continuously transfers the pretreated water introduced into the collection tank 115 to the desalination unit 200 on the ground through the connection flow path 300. Accordingly, the desalination unit 200 on the ground may proceed with the seawater desalination process to remove salt from the seawater in the second place.
  • the stripper 160 fitted to the outside of the filtration filter 130 is periodically or successively removed by the submersible pump 180 to remove impurities attached to the filtration filter 130.
  • the water pump 140 may be periodically rotated in reverse to remove the foreign matter attached to the surface of the filter filter 130 by forward osmosis, not reverse osmosis, into the sea water.
  • the water pump 140 is reversely rotated, since the pretreatment water is discharged into the seawater through the filtration filter 130, the end of the connection flow path 300 should be submerged in the water to prevent the inflow of air.
  • the pretreatment unit 100 is located in the seabed and receives natural water pressure in the pretreatment process for seawater desalination. Just by providing a low sound pressure by the pump 140, seawater can pass through the filtration filter 130 and the pretreatment water can be collected in the collection tank 115. Therefore, less energy may be consumed for the pretreatment process to remove impurities except salt from seawater. In addition, due to reverse osmosis, impurities having a fine size can be removed at a time while the seawater passes through the filtration filter 130, thereby simplifying the construction of the seawater pretreatment apparatus.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명은 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법에 관한 것이다. 상기 해수담수화 장치는 수용 공간을 갖는 도수로; 상기 도수로의 바닥과 연결되어 지하로 소정 깊이만큼 연장되는 대심도 우물; 상기 도수로와 연결되어 상기 대심도 우물로 해수 또는 전처리수를 공급하는 원수 공급관; 상기 대심도 우물의 하부에 위치하고 지지부에 의해 지지되고 측면에 다수의 개구가 형성된 다수의 집수 파이프; 링 형태로 되어 각각의 상기 집수 파이프 외측에 끼워지는 다수의 여과 필터; 각각의 상기 집수 파이프의 하단과 유체 연통되어 상기 여과 필터 및 상기 집수 파이프를 통과한 담수를 수용하기 위한 집수 탱크; 상기 집수 탱크와 연결되어 상기 집수 탱크 내의 담수를 지상으로 이송하기 위한 담수 유로; 상기 집수 탱크 내부를 흡인하고 상기 집수 탱크 내에 수집된 담수를 상기 담수 유로를 통해 이송하기 위한 담수 펌프; 상기 대심도 우물의 바닥과 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 펌프; 상기 농축수 펌프와 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 유로; 를 포함하고, 상기 여과 필터 내부와 외부의 압력차에 의해 역삼투 방식으로 해수 또는 전처리수가 상기 여과 필터를 통과하고 상기 집수 파이프를 거쳐 상기 집수 탱크로 수집될 수 있도록 구성된다. 이러한 구성에 따르면, 지상에서 소정 깊이로 연장되는 대심도 우물의 하부에 여과 필터를 설치함으로써, 전처리수의 자연 수압으로 전처리수에서 담수를 분리할 수 있어 에너지 비용을 절감할 수 있고, 농축수의 배출에 의해 여과 효율 향상 및 농축수 염도를 낮게 유지할 수 있다.

Description

해수담수화 장치 및 해수담수화 방법
본 발명은 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법에 관한 것이다.
해수담수화란 염분을 포함하고 있는 해수에서 각종 불순물과 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말한다. 일반적으로, 해수담수화 방법은 증발법, 역삼투막법, 냉동법 등이 있다.
증발법은 해수에 열을 공급한 후 압력을 낮추어 낮은 온도에서 증발하는 저압증발에 의해 담수를 얻는 방법이다.
역삼투막법은 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 거의 배제되고 순수한 물은 통과되는 반투막(멤브레인)에 의해 해수 중에 용해되어 있는 이온성 물질을 여과하여 담수를 추출하는 방법으로서, 증발법에 비해 에너지 소비량이 적고 조작이 용이하다는 장점이 있어 최근 널리 이용되고 있다. 해수에서 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 해수 담수화의 경우 일반적으로 42~70bar정도의 높은 압력을 필요로 한다.
역삼투막법에 의한 해수담수화시설은 해수 중에 포함된 이물질 및 염분을 제거하기 위해 전처리장치, 해수담수화장치 및 후처리장치로 이루어질 수 있다.
이 중에서 전처리장치는 해수에서 염분을 제거하기 전에 해수 중에 포함된 이물질을 미리 제거하여 해수담수화 효율을 향상시키기 위한 것이다. 이러한 전처리 단계를 거치지 않을 경우, 역삼투 방식에 의해 해수에서 염분을 제거할 때 더 높은 역삼투압이 요구될 뿐만 아니라 멤브레인에 이물질이 과도하게 부착되어 멤브레인을 통한 담수의 투과율을 떨어뜨리는 등의 문제가 생긴다.
이와 같이 전처리과정을 거친 전처리수는 탈염용 역삼투압 여과장치로 유입되어 담수화된 처리수와 농축수로 분리된다. 농축수는 방류되고, 담수화된 처리수는 후처리단계에서 미네랄화 및 살균처리되어 최종 저장탱크에 들어가게 된다.
해수에서 염분을 제거하는 담수화 과정에서, 해수에 삼투압 이상의 압력을 가하면 물은 역삼투막을 통과하여 정제되고 이온이나 분자들은 역삼투막을 통과하지 못하고 농축되게 된다. 해수에서 염분이 제거됨에 따라 해수의 농도는 점점 더 높아져 더 높은 역삼투압을 가해야만 해수 중의 물이 역삼투막을 통과할 수 있게 된다. 실제로 해수의 염도는 3.5% 정도인데, 해수담수화 과정에서 해수에서 염분이 제거됨에 따라 해수의 농도는 5%~8%까지 증가된다.
이와 같이, 해수담수화 과정에서 해수의 농도 증가로 인해 더 높은 역삼투압이 필요하게 되어 에너지 비용이 증가되는 문제점이 있다.
현재, 담수를 생산하고 남은 고농도의 해수는 다시 바다에 버려지고 있는데, 현재까지는 이에 대한 규제가 그다지 심하지 않지만, 해수담수화 시설이 늘어나면서 고농도의 농축수에 대한 규제가 예상된다.
<선행기술문헌>
<특허문헌>
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1344783호
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 역삼투 방식에 의한 해수담수화 과정에서 해수의 고농축에 따른 에너지 비용 증가를 방지하면서 해수에서 염분이 제거된 농축수의 농도를 줄일 수 있는 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 해수담수화 장치는 수용 공간을 갖는 도수로; 상기 도수로의 바닥과 연결되어 지하로 소정 깊이만큼 연장되는 대심도 우물; 상기 도수로와 연결되어 상기 대심도 우물로 해수 또는 전처리수를 공급하는 원수 공급관; 상기 대심도 우물의 하부에 위치하고 지지부에 의해 지지되고 측면에 다수의 개구가 형성된 다수의 집수 파이프; 링 형태로 되어 각각의 상기 집수 파이프 외측에 끼워지는 다수의 여과 필터; 각각의 상기 집수 파이프의 하단과 유체 연통되어 상기 여과 필터 및 상기 집수 파이프를 통과한 담수를 수용하기 위한 집수 탱크; 상기 집수 탱크와 연결되어 상기 집수 탱크 내의 담수를 지상으로 이송하기 위한 담수 유로; 상기 집수 탱크 내부를 흡인하고 상기 집수 탱크 내에 수집된 담수를 상기 담수 유로를 통해 이송하기 위한 담수 펌프; 상기 대심도 우물의 바닥과 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 펌프; 상기 농축수 펌프와 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 유로; 를 포함하고, 상기 여과 필터 내부와 외부의 압력차에 의해 역삼투 방식으로 해수 또는 전처리수가 상기 여과 필터를 통과하고 상기 집수 파이프를 거쳐 상기 집수 탱크로 수집될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 지지부는 상기 집수 파이프의 상단을 지지하는 상판과, 상기 상판과 상기 집수 탱크 사이를 연결하는 다수의 연결 배관을 포함한다.
또한, 상기 연결 배관 중 일부는 상기 집수 탱크를 관통하여 상기 대심도 우물의 바닥으로 연장되고 그 상단은 상기 농축수 펌프와 유체 연통된다.
또한, 각각의 상기 집수 파이프 외측에 끼워지는 다수의 연결 링; 을 더 포함하고, 복수의 상기 여과 필터가 상기 집수 파이프의 외측에 끼워진 상태에서, 인접하는 상기 여과 필터는 상기 연결 링에 의해 서로 연결된다.
또한, 링 형태로 되어 각각의 상기 여과 필터의 외측에 끼워지는 스트리퍼; 다수의 상기 스트리퍼를 서로 연결하는 연결판; 상기 연결판에 장착되어 해수 또는 전처리수의 분출에 의한 추진력으로 상기 연결판 전체를 상승 또는 하강시키기 위한 수중 펌프; 를 더 포함하고, 상기 스트리퍼를 상기 여과 필터를 따라 상승 또는 하강시킴으로써 상기 여과 필터 표면에 부착되는 이물질을 제거할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 해수담수화 방법은 지상에서 소정 깊이로 연장되는 대심도 우물을 설치하는 단계; 상기 대심도 우물의 하부에 링 형태의 여과 필터를 설치하고, 상기 여과 필터의 내부에 다수의 개구가 형성된 집수 파이프를 설치하고, 상기 집수 파이프는 집수 탱크와 유체 연통되게 하는 단계; 담수 펌프에 의해 상기 집수 탱크 내부를 흡인하여 상기 대심도 우물로 공급된 해수 또는 전처리수가 역삼투 방식에 의해 상기 여과 필터를 통과하여 상기 집수 파이프 및 상기 집수 탱크로 들어오게 하는 단계; 상기 담수 펌프에 의해 상기 집수 탱크 내의 담수를 담수 유로를 통해 지상으로 이송하는 단계; 를 포함한다.
또한, 상기 대심도 우물로 해수 또는 전처리수를 계속 공급하면서 상기 대심도 우물의 바닥과 연결된 농축수 펌프를 통해 상기 대심도 우물의 바닥에 위치하는 농축수를 지상으로 이송하는 단계; 를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 지하로 소정 깊이 연장되는 대심도 우물의 하부에 여과 필터를 설치함으로써, 전처리수의 자연 수압으로 전처리수에서 담수를 분리할 수 있어 에너지 비용을 절감할 수 있다.
또한, 대심도 우물로 새로운 전처리수를 공급하면서 해수에서 담수가 빠져나간 농축수를 농축수 펌프에 의해 지상으로 이송함으로써, 농축수의 염도 증가에 따른 여과 효율 저하를 방지하고, 농축수의 염도를 낮게 유지함으로써 해양 오염을 방지하거나 농축수의 처리 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해수담수화 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 해수담수화 장치의 주요 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2에서 집수 파이프와 여과 필터의 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 5는 도 3의 B-B' 라인을 따라 취한 개략적인 단면을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해수 담수화 장치를 도시하는 도면이다.
도 7는 도 6의 해수담수화 장치에서 전처리부를 상세히 도시하는 측면도이다.
도 8은 도 7의 전처리부의 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 7의 전처리부의 일부 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 10은 도 7의 전처리부에서 스트리퍼의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 11은 도 7의 전처리부에서 스트리퍼의 구성을 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
해수담수화란 염분을 포함하고 있는 해수에서 각종 불순물과 염분을 제거하여 담수를 얻는 것으로, 본 발명의 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법은 해수담수화 방법 중 역삼투막법에 의해 해수에서 염분을 제거하기 위해 사용된다.
역삼투막법은 해수에 삼투압 이상의 압력을 가하여 수분은 역삼투막을 통과하여 정제되고 이온이나 분자들은 역삼투막을 통과하지 못하고 농축되게 하여 해수에서 염분을 분리하는 방법이다.
역삼투막법에 의한 해수담수화 시설에서는 해수 중에 포함된 염분을 제거하기 전에 해수 중에 포함된 불순물을 미리 제거하는 전처리 단계를 거치는 경우가 많다. 이는 전처리 단계를 거치지 않을 경우 역삼투막법에 의해 해수에서 염분을 제거할 때 더 높은 역삼투압이 요구될 뿐만 아니라 멤브레인에 이물질이 과도하게 부착되어 해수담수화 효율이 떨어지는 등의 문제가 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해수담수화 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 해수담수화 장치의 주요 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2의 A-A' 라인을 따라 취한 개략적인 단면도이다. 도 4는 도 2에서 집수 파이프와 여과 필터의 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 5는 도 3의 B-B' 라인을 따라 취한 개략적인 단면을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 해수담수화 장치(200)는 도수로(210), 대심도 우물(220), 원수 공급관(201), 집수 파이프(230), 여과 필터(240), 집수 탱크(250), 담수 펌프(255), 담수 유로(257), 농축수 펌프(270), 농축수 유로(271), 스트리퍼(280), 연결판(285), 수중 펌프(290) 등을 포함한다.
도수로(210)는 물을 수용할 수 있는 공간을 갖는다. 도수로(210)는 지면에 인접하여 설치되고, 지면을 따라 연장되도록 설치될 수 있다. 도수로(210)에는 2개의 이격된 격벽(215, 216)이 설치되고, 이러한 격벽(215, 216)에 의해 구획된 3개의 공간을 형성할 수 있다. 이러한 3개의 공간은 일측의 농축수로(211), 중간의 원수로(212), 타측의 담수로(213)가 될 수 있다.
원수로(212)에는 원수 공급관(201)에 의해 담수화하기 위한 해수 또는 전처리수가 공급된다. 본 발명에서 해수담수화 장치(200)로 공급되는 원수는 주로 해수에서 불순물이 제거된 전처리수가 되지만, 전처리수에 한정되지 않고 해수가 될 수도 있다. 여기서, 전처리수는 해수 중에서 콜로이드 물질, 유기물질, 무기물질, 미생물 등이 1차적으로 제거된 것으로, 해수 중에 염분은 잔존하고 있는 상태를 말한다. 해수 전처리 장치는 해수에서 불순물을 제거하여 전처리수를 생성하는 것으로, 본 발명의 해수담수화 장치(200)와 연결될 수 있다.
담수로(213)는 담수 유로(257)를 통해 공급되는 담수가 유동하는 수로가 된다. 농축수로(211)는 원수에서 염분이 빠져나가서 농축된 농축수가 농축수 유로(271)를 통해 공급되어 유동하는 수로가 된다.
대심도 우물(220)은 도수로(210) 중에서 원수로(212)의 바닥과 연결되어 지하로 소정 깊이만큼 연장된다. 대심도 우물(220)은 원수로(212)를 따라서 복수 개가 일정한 간격으로 이격되도록 위치될 수 있다. 대심도 우물(220)은 지하로 300 내지 400m 정도의 깊이로 연장되고, 폭은 대략 10m 정도가 될 수 있다. 대심도 우물(220)은 물을 수용할 수 있는 원통형으로 형성될 수 있다. 대심도 우물(220)은 토압을 지지할 수 있도록 충분한 강도를 갖고 수밀 상태를 유지할 수 있어야 한다.
원수 공급관(201)은 도수로(210), 특히 원수로(212)와 연결되어 대심도 우물(220)로 원수, 즉 해수 또는 전처리수(이하, 전처리수)를 공급한다. 따라서, 원수 공급관(201)을 통해 원수로(212)로 공급된 전처리수는 대심도 우물(220)의 바닥부터 채워질 수 있다.
집수 파이프(230)는 대심도 우물(220)의 하부에 위치하고, 속이 빈 원통형으로 되어 지지부에 의해 지지되고 측면에 다수의 개구(231)가 형성될 수 있다.
각각의 집수 파이프(230)는 종방향으로 세워진 상태로 이격되어 배치될 수 있다. 집수 파이프(230)의 상단은 상판(260)에 의해 지지되고, 하단은 집수 탱크(250)와 유체 연통되어, 여과 필터(240)를 통과한 담수가 집수 탱크(250)로 수집될 수 있도록 한다. 상판(260)은 전처리수가 통과될 수 있도록 투수성을 갖는다.
지지부는 복수의 집수 파이프(230)의 상단을 지지하는 상판(260)과, 이러한 상판(260)과 집수 탱크(250) 사이를 연결하는 다수의 연결 배관(261, 262)을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 연결 배관(261, 262)은 중간에 배치되는 연결 배관(262)과, 주위에 이격되어 배치되는 연결 배관(261)으로 이루어질 수 있다.
주위에 배치되는 연결 배관(262)은 대심도 우물(220) 내에 예를 들어, 6개가 균일한 간격으로 이격되게 배치되어 상판(260)과 집수 탱크(250) 사이를 연결할 수 있다. 이러한 연결 배관(261)의 상부는 농축수 펌프(270)와 연결되고, 하부는 집수 탱크(250)를 관통하여 집수 탱크(250)의 하부로 연장될 수 있다.
도 4를 참조하면, 여과 필터(240)는 링 형태로 되어 각각의 집수 파이프(230) 외측에 위치될 수 있다. 여과 필터(240)는 역삼투 방식으로 전처리수 중에 포함된 염분은 여과 필터(240)를 통과할 수 없고 담수만 여과 필터(240)를 통과할 수 있도록 한다. 소금의 분자 크기는 3.7nm이고, 물 분자의 크기는 0.2nm 정도이다. 따라서, 여과 필터(240)의 격자 크기는 예를 들어, 1nm 정도가 되어 염분은 통과할 수 없고 물 분자만 통과될 수 있도록 한다.
역삼투압에 의해 여과 필터(240) 외측에 위치하는 전처리수에서 수분이 여과 필터(240) 내측으로 통과될 수 있도록 하기 위해서는 삼투압 이상의 압력이 여과 필터(240) 외측에 가해져야 한다. 본 실시예에서는, 지하로 300 내지 400m 정도로 연장되는 대심도 우물(220)의 하부에 여과 필터(240)가 설치된다. 따라서, 여과 필터(240)에는 전처리수에 의한 자연 수압이 가해지고, 여과 필터(240) 내부와 외부의 압력차에 의해 전처리수 중에 포함된 물이 여과 필터(240)를 통과할 수 있도록 한다.
여과 필터(240)는 일정한 길이로 제작되므로, 하나의 집수 파이프(230) 외측에 여러 개의 여과 필터(240)가 끼워지는 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 여과 필터(240)는 5 내지 10m 길이를 갖고, 집수 파이프(230)는 20 내지 30m 길이를 가질 수 있다. 이때, 인접하는 여과 필터(240)는 집수 파이프(230) 외측에 끼워지는 연결 링(235)에 의해 서로 연결될 수 있다.
도 4에서, 좌측의 그림은 여과 필터(240)와 연결 링(235)이 분해된 상태를 나타내고, 우측의 그림은 조립된 상태를 나타낸다. 여과 필터(240)와 연결 링(235)이 조립된 상태에서, 인접하는 여과 필터(240)들끼리는 동일 높이를 유지하면서 서로 연속될 수 있다.
제일 위에 위치하는 여과 필터(240)의 상단은 상판(260)에 수밀 또는 기밀식으로 지지될 수 있다. 상판(260)에는 집수 파이프(230) 내부를 개폐하는 밸브(266) 기능이 부가된 캡(265)이 설치되어, 이러한 캡(265)으로 각각의 집수 파이프(230)의 상단을 밀봉할 수 있다.
또한, 제일 아래에 위치하는 여과 필터(240)의 하단은 집수 파이프(230)에 수밀 또는 기밀식으로 지지될 수 있다. 여과 필터(240)가 연결 링(235)과 조립된 상태에서, 여과 필터(240)와 연결 링(235) 사이는 수밀구조가 되어야 한다.
여과 필터(240)가 집수 파이프(230)에 조립된 상태에서, 각각의 여과 필터(240)와 집수 파이프(230) 사이에는 약간의 간극이 있어서, 여과 필터(240) 외측의 전처리수가 역삼투 방식으로 여과 필터(240)를 통과한 후 개구(231)를 통해 집수 파이프(230) 내부로 유동할 수 있다.
집수 탱크(250)는 각각의 집수 파이프(230)의 하단와 유체 연통되어, 여과 필터(240) 및 집수 파이프(230)를 통과한 담수는 집수 탱크(250)에 수용될 수 있다. 집수 탱크(250)의 상부에는 개구(251)가 형성되고, 이러한 개구(251)를 통해 집수 파이프(230)와 연결될 수 있다. 집수 탱크(250)의 하부에는 유지보수시 배수를 위해 드레인 밸브(252)가 설치될 수 있다.
담수 펌프(255)는 집수 탱크(250) 내부를 흡인하면서 집수 탱크(250) 내에 수집된 담수를 담수 유로(257)를 통해 담수로(213)로 이송하는 역할을 한다. 담수 유로(257)는 집수 탱크(250)와 연결되어 집수 탱크(250) 내의 담수를 지상으로 이송하기 위한 것이다. 예를 들어, 담수 펌프(255)는 집수 탱크(250)의 하부에 연결되고, 담수 펌프(255)는 지지부재(256)에 의해 지지될 수 있다.
담수 펌프(255)에 의해 집수 탱크(250) 내부를 흡인할 때, 집수 탱크(250) 및 이러한 집수 탱크(250)와 연결된 집수 파이프(230) 내부는 음압이 될 수 있다. 이때, 여과 필터(240) 내부와 외부의 압력차에 의해 전처리수가 역삼투 방식으로 여과 필터(240)를 통과하여 집수 파이프(230)를 거쳐 집수 탱크(250)로 수집될 수 있다. 그에 따라, 전처리수에 의한 자연 수압이 낮더라도 원하는 역삼투압으로 담수를 얻을 수 있다. 집수 탱크(250)로 수집된 담수는 담수 펌프(255)가 작동되면 담수 유로(257)를 통해 지상의 담수로(213)로 이송될 수 있다.
담수 펌프(255)는 주기적으로 역회전되어 역삼투압이 아닌 정삼투압에 의해 여과 필터(240) 표면에 부착된 이물질을 해수 중으로 배출하여 제거할 수 있다. 담수 펌프(255)가 역회전될 때, 담수가 반대로 여과 필터(240)를 통해 해수 중으로 배출되므로, 담수 유로(257)의 끝단은 공기 유입을 방지하기 위해 담수로(213) 등에 잠겨져 있어야 한다.
전처리수에서 담수가 여과 필터(240)를 통해 집수 파이프(230)로 들어감에 따라, 여과 필터(240) 외부의 전처리수는 농축수가 된다. 여기서, 농축수는 전처리수에서 물이 빠져나감에 따라 염분의 농도가 일반적인 해수보다 더 높아진 상태를 말한다.
이와 같이, 전처리수가 농축수가 됨에 따라, 염분의 농도가 더욱 높아져 여과 필터(240)에 더 높은 역삼투압이 가해져야만 농축수에 포함된 수분이 여과 필터(240) 내측으로 들어갈 수 있다.
그러나, 전처리수가 농축된 상태에서는 역삼투압을 추가로 가하더라도 얻어지는 담수의 양이 제한적이므로 여과 효율이 낮아지게 된다. 또한, 일반적인 해수보다 상당히 높은 염분을 포함하는 농축수를 해양으로 방류하면, 해양 오염의 문제도 발생하게 된다.
본 발명에서는, 전처리수 중에서 일정량의 담수가 빠져나간 농축수를 농축수 펌프(270)에 의해 지상으로 이송하면서 동시에 다른 전처리수를 대심도 우물(220)로 공급함으로써, 농축수의 염도가 일정 한도 이상으로 높아지지 않도록 한다. 그에 따라, 여과 효율을 향상시키면서 농축수의 염도를 낮춰 해양 오염을 방지하거나 농축수의 처리 비용을 줄일 수 있다.
농축수 펌프(270)는 대심도 우물(220)의 바닥과 연결되어 농축수를 지상으로 이송할 수 있도록 한다. 농축수 유로(271)는 농축수 펌프(270)와 연결되어 농축수를 지상의 농축수로(211)로 이송할 수 있도록 한다.
연결 배관(261)의 하단은 집수 탱크(250)를 관통하여 대심도 우물(220)의 바닥으로 연장되고, 상단은 농축수 펌프(270)와 유체 연통된다. 대심도 우물(220)의 바닥에는 농축수가 모이게 되고, 이러한 농축수는 농축수 펌프(270)에 의해 흡인되어 연결 배관(261) 및 농축수 유로(271)을 통해 지상으로 이송될 수 있다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 여과 필터(240)에 부착되는 불순물을 제거하기 위해 스트리퍼(280)가 제공된다. 전처리수가 역삼투압에 의해 여과 필터(240)를 통과하는 동안, 여과 필터(240)에는 점점 많은 이물질이 부착된다. 이러한 이물질은 여과 필터(240)의 격자를 막아서 시간이 지남에 따라 여과 효율이 떨어지게 한다. 따라서, 여과 필터(240)에 부착되는 이물질을 제거하는 수단이 필요하게 된다.
스트리퍼(280)는 짧은 링 형태로 되어 여과 필터(240)의 외측에 끼워질 수 있다. 여과 필터(240)마다 스트리퍼(280)가 하나씩 끼워지고, 각각의 스트리퍼(280)는 연결판(285)에 의해 서로 연결될 수 있다. 따라서, 연결판(285)을 상승 또는 하강시킬 때, 각각의 스트리퍼(280)도 여과 필터(240)의 표면을 따라 상승 또는 하강되면서 여과 필터(240) 표면에 부착된 불순물을 제거할 수 있다. 연결판(285)은 전처리수가 통과될 수 있도록 투수성을 갖는다.
연결판(285)에는 수중펌프(290)가 장착되고, 수중펌프(290)에 의해 전처리수를 아래로 또는 위로 분출시킴으로써 연결판(285) 전체를 상승 또는 하강시킬 수 있는 추진력이 발생된다.
예를 들어, 수십 개의 스트리퍼(280)를 하나의 연결판(285)으로 연결하고, 하나의 연결판(285)에는 수중펌프(290) 3개가 균일하게 배치될 수 있다. 이러한 수중펌프(290)는 정회전하여 전처리수를 아래로 분출함으로써 연결판(285) 전체를 상승시킬 수 있고, 수중펌프(290)의 모터가 역회전하여 전처리수를 위로 분출함으로써 연결판(285) 전체를 하강시킬 수 있다.
일반적으로, 역삼투압은 삼투압의 2배 정도가 되며, 역삼투압에 의해 해수 중에 포함된 염분을 분리하기 위해서는 42~70bar 정도의 높은 압력이 필요하다.
본 발명에서는 담수 펌프(255)에 의해 집수 파이프(230) 내부를 흡인하여 여과 필터(240) 내부와 외부의 압력차를 크게 함으로써, 30 내지 35bar 정도의 자연 수압으로 전처리수 중에서 담수를 추출할 수 있도록 한다. 이러한 자연 수압을 위해서 대심도 우물(220)은 지하 300 내지 400m 정도의 깊이를 갖게 된다.
또한, 일반적으로 해수의 염도는 3.5% 정도이지만, 종래의 역삼투 방식에서는 해수가 농축되면서 염도가 5 내지 8%까지 상승하게 된다. 그러나, 본 발명에서는 해수에서 담수가 빠져나간 농축수를 연속하여 농축수 펌프(270)에 의해 지상으로 이송하면서 새로운 전처리수를 공급함으로써, 농축수의 염도를 4.3% 정도로 유지하게 된다. 그에 따라, 상대적으로 낮은 역삼투압으로 해수담수화가 가능하게 된다.
이러한 본 발명의 해수담수화 장치(200)에 따르면, 지하 300 내지 400m 정도의 깊이를 갖는 대심도 우물(220)을 설치하고, 이러한 대심도 우물(220)의 하부에 여과 필터(240)를 설치함으로써, 전처리수의 자연 수압으로 전처리수에서 담수를 분리할 수 있어 에너지 비용을 절감할 수 있다.
또한, 담수 펌프(255)에 의해 집수 파이프(230) 내부를 흡인함으로써, 여과 필터(240) 내부와 외부를 압력차를 커게 하여 더 높은 역삼투압을 얻을 수 있다.
또한, 해수에서 담수가 빠져나간 농축수를 농축수 펌프(270)에 의해 지상으로 이송함으로써, 농축수의 염도 증가에 따른 여과 효율 저하를 방지하고, 농축수의 염도를 낮게 유지함으로써 해양 오염을 방지하거나 농축수의 처리 비용을 절감할 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 해수담수화 방법에 대해 설명하기로 한다. 이러한 해수담수화 방법은 상기 내용을 다 포함하는 것이다.
먼저, 지상에서 소정 깊이로 연장되는 대심도 우물(220)을 설치한다. 이러한 대심도 우물(220)은 지하 300 내지 400m로 연장될 수 있다.
다음에, 대심도 우물(220)의 하부에 일정한 간격으로 이격된 링 형태의 여과 필터(240)를 설치하고, 이러한 각각의 여과 필터(240)의 내부에는 집수 파이프(230)를 설치한다. 여과 필터(240)와 집수 파이프(230) 사이에는 약간의 간극이 존재하고, 여과 필터(240)를 통과한 담수가 집수 파이프(230) 내로 들어갈 수 있도록 집수 파이프(230)에는 여과 필터(240)에 대응하여 개구(231)가 형성된다. 집수 파이프(230)는 집수 탱크(250)와 유체 연통되게 한다. 이때, 여과 필터(240)는 대심도 우물(220)로 공급된 전처리수에 의해 30 내지 40기압 정도의 자연수압을 받게 된다. 전처리수는 여과 필터(240)를 통해서만 집수 파이프(230) 내로 들어올 수 있고, 다른 경로를 통해서 집수 파이프(230)로 들어올 수 없도록 한다.
다음에, 담수 펌프(255)에 의해 집수 탱크(250) 내부를 흡인하면, 집수 탱크(250)와 연결된 집수 파이프(230) 내부는 음압이 된다. 여과 필터(240) 내부와 외부의 압력차에 의해 전처리수는 역삼투 방식에 의해 여과 필터(240)를 통과할 수 있게 되고, 전처리수는 여과 필터(240)를 통해 집수 파이프(230)를 거쳐 집수 탱크(250)로 들어오게 된다.
다음에, 담수 펌프(255)는 연속하여 집수 탱크(250) 내부로 들어온 담수를 담수 유로(257)를 통해 지상의 담수로(213)로 이송하게 된다.
이 때, 전처리수에서 수분이 여과 필터(240)를 통과하게 되면, 전처리수는 염도가 더 높은 농축수가 된다. 농축수의 염도가 소정값 이상으로 상승되는 것을 방지하기 위해, 대심도 우물(220)로 새로운 전처리수를 공급하면서 농축수는 대심도 우물(220)의 바닥과 연결된 농축수 펌프(270)에 의해 펌핑되어 농축수 유로(271)를 통해 지상으로 이송될 수 있다. 이는 여과 효율을 향상시키면서 농축수의 염도를 낮출 수 있게 한다.
전처리수가 여과 필터(240)를 통과하는 중에는 여과 필터(130)에 많은 불순물들이 부착되어 여과 효율이 점점 떨어질 수 있으므로, 여과 필터(240)를 세척하는 수단이 필요하다. 이를 위해, 여과 필터(240) 외부에 끼워지는 스트리퍼(280)는 주기적으로 또는 연속하여 수중 펌프(290)에 의해 상승 또는 하강되면서 여과 필터(240)에 부착되는 불순물을 제거하게 된다.
또한, 담수 펌프(255)는 주기적으로 역회전되어 역삼투압이 아닌 정삼투압에 의해 여과 필터(240) 표면에 부착된 이물질을 해수 중으로 배출하여 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 해수 담수화 장치를 도시하는 도면이다. 도 7은 도 6의 해수담수화 장치에서 전처리부를 상세히 도시하는 측면도이다. 도 8은 도 7의 전처리부의 개략적인 평면도이다. 도 9는 도 7의 전처리부의 일부 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 10은 도 7의 전처리부에서 스트리퍼의 구성을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다. 도 11은 도 7의 전처리부에서 스트리퍼의 구성을 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
본 발명의 해수담수화 장치는 전처리부(100), 담수화부(200), 연결 유로(300)를 포함한다.
전처리부(100)는 해저의 소정 깊이, 예를 들어 해저 50 내지 100m에 위치될 수 있다. 전처리부(100)는 해수의 자연수압에 의해 역삼투 방식으로 해수로부터 불순물을 제거하여 전처리수를 얻기 위한 것이다. 여기서, 전처리수는 해수 중에서 콜로이드 물질, 유기물질, 무기물질, 미생물 등이 1차적으로 제거된 것으로, 해수 중에 염분은 잔존하고 있는 상태를 말한다. 전처리부(100)는 바다 상에서 위치를 표시할 수 있도록 부표(101)와 연결될 수 있다.
전처리부(100)는 조석의 간만에 의한 해류의 운동이 동일구간을 왕복하지 않는 개방된 해역에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 전처리부(100)는 해저의 편평한 면에 설치되는 것이 바람직하다.
담수화부(200)는 지상에 위치되고, 전처리부(100)에 의해 생성된 전처리수를 이용하여 해수를 담수화한다. 담수화부(200)는 상술한 해수담수화 장치(200)와 동일한 구성을 갖는다.
연결 유로(300)는 전처리부(100) 및 담수화부(200)와 연결되어, 전처리부(100)에 의해 생성된 전처리수가 담수화부(200)로 이송될 수 있게 한다.
상기 전처리부(100)는 콘크리트(102), 지지부(110), 집수 탱크(115), 집수 파이프(230), 여과 필터(130), 송수 펌프(140), 스트리퍼(160), 연결판(170), 수중펌프(180) 등을 포함한다.
전처리부(100)는 하나의 모듈로 구성되고, 전처리부(100)의 상단에는 걸이부(105)가 형성될 수 있다. 이러한 걸이부(105)에 고리를 걸어 견인함으로써 전처리부(100)를 해상으로 끌어올릴 수 있다. 전처리부(100)가 해저에 설치될 때, 먼저 콘크리트(102)를 설치하고, 콘크리트(102) 위에 집수 탱크(115)를 포함하는 나머지 구조체를 설치할 수 있다. 그에 따라, 전처리부(100)를 정비할 때는 콘크리트(102)는 그대로 두고, 집수 탱크(115)를 포함하는 나머지 구조체를 콘크리트(102)에서 분리하고 해상으로 끌어올려 정비할 수 있다. 이때, 연결 유로(300)도 분리되어야 한다.
콘크리트(102)(또는 중량체)는 전처리부(100)의 하부에 배치되어 전처리부(100)가 해류에 의해 유동하지 않도록 한다. 콘크리트(102)는 집수 탱크(115)와 연결되어 해저의 바닥에 고정될 수 있다. 콘크리트(102)는 다른 중량체로 대체될 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 집수 파이프(120)는 속이 빈 원통형으로 되어 지지부(110)에 의해 지지되고 측면에 다수의 개구(121)가 형성될 수 있다. 각각의 집수 파이프(120)는 종방향으로 세워진 상태로 이격되어 배치될 수 있다. 집수 파이프(230)는 집수 탱크(115)와 유체 연통되어, 여과 필터(130)를 통과한 전처리수가 집수 탱크(115)로 수집될 수 있도록 한다.
지지부(110)는 복수의 집수 파이프(120)의 상단을 지지하는 상단 지지부(111)와, 복수의 집수 파이프(120)의 하단을 지지하는 하단 지지부(112)와, 이러한 상단 지지부(111)와 하단 지지부(112)를 연결하는 중간 지지부(113)를 포함할 수 있다.
상단 지지부(111)에는 집수 파이프(120) 내부를 개폐하는 밸브(136) 기능이 부가된 캡(135)이 설치되어, 이러한 캡(135)으로 각각의 집수 파이프(120)의 상단을 밀봉할 수 있다. 하단 지지부(112)는 유로 형태로 되어, 복수의 집수 파이프(230) 및 집수 탱크(115)와 유체 연통될 수 있다.
여과 필터(130)는 링 형태로 되어 각각의 집수 파이프(120) 외측에 위치될 수 있다. 여과 필터(130)는 역삼투 방식으로 해수가 여과 필터(130)를 통과할 때 해수 중에 포함된 불순물은 여과 필터(130)를 통과하지 못하도록 하여 해수에서 불순물을 제거할 수 있다. 여과 필터(130)에서 격자는 해수 중에 포함된 불순물은 격자를 통과할 수 없고, 염분은 통과할 수 있는 정도의 크기를 갖는다. 이러한 불순물에는 해수 중에 포함된 콜로이드 물질, 유기물질, 무기물질, 미생물 등이 될 수 있다. 여과 필터(130)의 격자 크기는 원하는 여과 정도, 해수의 상태 등에 따라 당업자가 적절한 범위 내에서 선택할 수 있다.
본 실시예에서 복수의 여과 필터(130)가 하나의 집수 파이프(120) 외측에 끼워지는 형태가 될 수 있다. 예를 들어, 여과 필터(130)는 2m 길이를 갖고, 집수 파이프(230)는 10m 길이를 가질 수 있다. 이때, 인접하는 여과 필터(130)는 집수 파이프(230) 외측에 끼워지는 연결 링(125)에 의해 서로 연결될 수 있다.
도 9에서, 좌측의 그림은 여과 필터(130)와 연결 링(125)이 분해된 상태를 나타내고, 우측의 그림은 조립된 상태를 나타낸다. 여과 필터(130)와 연결 링(125)이 조립된 상태에서, 인접하는 여과 필터(130)들끼리는 동일 높이를 유지하면서 서로 연속될 수 있다. 또한, 제일 위에 위치하는 여과 필터(130)의 상단은 상단 지지부(111)에 수밀 또는 기밀식으로 지지될 수 있다. 또한, 제일 아래에 위치하는 여과 필터(130)의 하단은 하단 지지부(112) 또는 집수 파이프(120)에 수밀 또는 기밀식으로 지지될 수 있다. 여과 필터(130)가 연결 링(125)과 조립된 상태에서, 여과 필터(130)와 연결 링(125) 사이는 수밀구조가 되어야 한다.
여과 필터(130)가 집수 파이프(120)에 조립된 상태에서, 각각의 여과 필터(130)와 집수 파이프(120) 사이에는 약간의 간극이 있어서, 여과 필터(130) 외측의 해수가 역삼투압 방식으로 여과 필터(130)를 통과한 후 개구(121)를 통해 집수 파이프(230) 내부로 유동할 수 있다. 여과 필터(130)를 통과한 해수는 불순물은 제거되고 염분은 잔존하는 상태로 전처리수가 된다.
집수 탱크(115)는 각각의 집수 파이프(120)와 유체 연통되어, 여과 필터(130) 및 집수 파이프(120)를 통과한 전처리수는 집수 탱크(115)에 수용될 수 있다.
송수 펌프(140)는 집수 탱크(115) 내부를 흡인하고 집수 탱크(115) 내에 수집된 전처리수를 연결 유로(300)를 통해 담수화부(200)로 이송하는 역할을 한다. 예를 들어, 송수 펌프(140)를 중앙에 두고 같은 크기의 전처리 모듈을 좌우에 배치할 수 있다.
송수 펌프(140)에 의해 집수 탱크(115) 내부를 흡인할 때, 집수 탱크(115) 및 집수 파이프(120) 내부는 음압이 될 수 있다. 이때, 여과 필터(130) 내부와 외부의 압력차에 의해 해수가 역삼투 방식으로 여과 필터(130)를 통과하여 집수 파이프(230)를 거쳐 집수 탱크(115)로 수집될 수 있다.
송수 펌프(140)는 주기적으로 역회전되어 역삼투압이 아닌 정삼투압에 의해 여과 필터(130) 표면에 부착된 이물질을 해수 중으로 배출하여 제거할 수 있다. 송수 펌프(140)가 역회전될 때, 전처리수가 반대로 여과 필터(130)를 통해 해수 중으로 배출되므로, 연결 유로(300)의 끝단은 공기 유입을 방지하기 위해 물 속에 잠겨져 있어야 한다.
도 8, 도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명에서 여과 필터(130)에 부착되는 불순물을 제거하기 위해 스트리퍼(160)가 제공된다. 해수가 역삼투압에 의해 여과 필터(130)를 통과하는 동안, 여과 필터(130)에는 점점 많은 불순물이 부착된다. 이러한 불순물은 여과 필터(130)의 격자를 막아서 해수가 통과되게 어렵게 한다. 따라서, 여과 필터(130)에 부착되는 불순물을 제거하는 수단이 필요하게 된다.
스트리퍼(160)는 짧은 링 형태로 되어 여과 필터(130)의 외측에 끼워질 수 있다. 여과 필터(130)마다 스트리퍼(160)가 하나씩 끼워지고, 각각의 스트리퍼(160)는 연결판(170)에 의해 서로 연결될 수 있다. 따라서, 연결판(170)을 상승 또는 하강시킬 때, 각각의 스트리퍼(160)도 여과 필터(130)의 표면을 따라 상승 또는 하강되면서 여과 필터(130) 표면에 부착된 불순물을 제거할 수 있다.
연결판(170)에는 수중펌프(180)가 장착되고, 수중펌프(180)에 의해 해수를 아래로 또는 위로 분출시킴으로써 연결판(170) 전체를 상승 또는 하강시킬 수 있는 추진력이 발생된다.
예를 들어, 수십 개의 스트리퍼(160)를 하나의 연결판(170)으로 연결하고, 하나의 연결판(170)에는 수중펌프(180)가 가운데 및 4개의 모서리에 배치될 수 있다. 이러한 수중펌프(180)는 정회전하여 해수를 아래로 분출함으로써 연결판(170) 전체를 상승시킬 수 있고, 수중펌프(180)의 모터가 역회전하여 해수를 위로 분출함으로써 연결판(170) 전체를 하강시킬 수 있다.
이하에서는, 도 6 내지 도 11을 참조하여, 본 발명에 따른 해수담수화를 위한 해수 전처리 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 해저의 소정 깊이, 예를 들어 50 내지 100m에 일정한 간격으로 이격된 링 형태의 다수의 여과 필터(130)를 설치하고, 이러한 각각의 여과 필터(130)의 내부에는 집수 파이프(120)를 설치한다. 여과 필터(130)와 집수 파이프(120) 사이에는 약간의 간극이 존재하고, 여과 필터(130)를 통과한 전처리수가 집수 파이프(230) 내로 들어갈 수 있도록 집수 파이프(120)에는 여과 필터(130)에 대응하여 개구(121)가 형성된다. 집수 파이프(120)는 집수 탱크(115)와 유체 연통되게 한다. 이때, 여과 필터(130)는 해수에 의해 6 내지 11기압 정도의 자연수압을 받게 된다. 해수는 여과 필터(130)를 통해서만 집수 파이프(120) 내로 들어올 수 있고, 다른 경로를 통해서 집수 파이프(120)로 들어올 수 없도록 한다.
다음에, 송수 펌프(140)에 의해 집수 탱크(115) 내부를 흡인하면, 집수 탱크(115)와 연결된 집수 파이프(120) 내부는 음압이 된다. 여과 필터(130) 내부와 외부의 압력차에 의해 해수는 역삼투 방식에 의해 여과 필터(130)를 통과할 수 있게 되고, 해수는 여과 필터(130)를 통해 집수 파이프(120)를 거쳐 집수 탱크(115)로 들어오게 된다. 해수가 여과 필터(130)를 통과하는 중에 해수 중에 포함된 불순물, 예를 들어 콜로이드 물질, 유기물질, 무기물질, 미생물 등이 1차적으로 제거될 수 있다. 여과 필터(130)를 통과하여 해수에서 불순물이 제거된 전처리수는 집수 탱크(115)에 수집될 수 있다. 여과 필터(130)가 해저에서 설치되는 깊이는 송수 펌프(140)의 음압과 제거하고자 하는 불순물의 종류에 따라 적절히 설정할 수 있다.
다음에, 송수 펌프(140)는 연속하여 집수 탱크(115) 내부로 들어온 전처리수를 연결 유로(300)를 통해 지상의 담수화부(200)로 이송하게 된다. 그에 따라, 지상의 담수화부(200)에서는 2차로 해수에서 염분을 제거하기 위한 해수담수화 공정을 진행할 수 있게 된다.
해수가 여과 필터(130)를 통과하는 중에는 여과 필터(130)에 많은 불순물들이 부착되어 여과 효율이 점점 떨어질 수 있으므로, 여과 필터(130)를 세척하는 수단이 필요하다. 이를 위해, 여과 필터(130) 외부에 끼워지는 스트리퍼(160)는 주기적으로 또는 연속하여 수중펌프(180)에 의해 상승 또는 하강되면서 여과 필터(130)에 부착되는 불순물을 제거하게 된다.
또한, 송수 펌프(140)는 주기적으로 역회전되어 역삼투압이 아닌 정삼투압에 의해 여과 필터(130) 표면에 부착된 이물질을 해수 중으로 배출하여 제거할 수 있다. 송수 펌프(140)가 역회전될 때, 전처리수가 반대로 여과 필터(130)를 통해 해수 중으로 배출되므로, 연결 유로(300)의 끝단은 공기 유입을 방지하기 위해 물 속에 잠겨 있어야 한다.
상술한 해수 전처리 장치 및 해수 전처리 방법에 따르면, 해수담수화를 위한 전처리 과정에서 전처리부(100)가 해저에 위치되어 자연수압을 받게 되므로, 자연수압에 의해 해수가 여과 필터(130)를 통과하거나 송수 펌프(140)에 의해 적은 음압을 제공하는 것만으로도 해수가 여과 필터(130)를 통과하여 전처리수가 집수 탱크(115)에 수집될 수 있다. 따라서, 해수 중에서 염분을 제외한 불순물을 제거하는 전처리 과정을 위해 에너지를 적게 소비할 수 있다. 또한, 역삼투압에 의해 해수가 여과 필터(130)를 통과하는 동안 미세한 크기를 갖는 불순물들이 한꺼번에 제거될 수 있어 해수 전처리 장치의 구성을 간단히 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 전처리부
101 : 부표
102 : 콘크리트
105 : 걸이부
110 : 지지부
111 : 상단 지지부
112 : 하단 지지부
113 : 중간 지지부
115 : 집수 탱크
120 : 집수 파이프
121 : 개구
125 : 연결링
130 : 여과 필터
140 : 송수 펌프
160 : 스트리퍼
170 : 연결판
180 : 수중펌프
200 : 해수담수화 장치
210 : 담수로
211 : 농축수로
212 : 원수로
213 : 담수로
220 : 대심도 우물
230 : 집수 파이프
235 : 연결 링
240 : 여과 필터
250 : 집수 탱크
255 : 담수 펌프
257 : 담수 유로
260 : 상판
261 : 연결 배관
270 : 농축수 펌프
271 : 농축수 유로
280 : 스트리퍼
290 : 수중 펌프
300 : 연결 유로

Claims (7)

  1. 해수담수화 장치에 있어서,
    수용 공간을 갖는 도수로;
    상기 도수로의 바닥과 연결되어 지하로 소정 깊이만큼 연장되는 대심도 우물;
    상기 도수로와 연결되어 상기 대심도 우물로 해수 또는 전처리수를 공급하는 원수 공급관;
    상기 대심도 우물의 하부에 위치하고 지지부에 의해 지지되고 측면에 다수의 개구가 형성된 다수의 집수 파이프;
    링 형태로 되어 각각의 상기 집수 파이프 외측에 끼워지는 다수의 여과 필터;
    각각의 상기 집수 파이프의 하단과 유체 연통되어 상기 여과 필터 및 상기 집수 파이프를 통과한 담수를 수용하기 위한 집수 탱크;
    상기 집수 탱크와 연결되어 상기 집수 탱크 내의 담수를 지상으로 이송하기 위한 담수 유로;
    상기 집수 탱크 내부를 흡인하고 상기 집수 탱크 내에 수집된 담수를 상기 담수 유로를 통해 이송하기 위한 담수 펌프;
    상기 대심도 우물의 바닥과 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 펌프;
    상기 농축수 펌프와 연결되어 농축수를 지상으로 이송하기 위한 농축수 유로;
    를 포함하고,
    상기 여과 필터 내부와 외부의 압력차에 의해 역삼투 방식으로 해수 또는 전처리수가 상기 여과 필터를 통과하고 상기 집수 파이프를 거쳐 상기 집수 탱크로 수집될 수 있도록 구성된 해수담수화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 상기 집수 파이프의 상단을 지지하는 상판과, 상기 상판과 상기 집수 탱크 사이를 연결하는 다수의 연결 배관을 포함하는 해수담수화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결 배관 중 일부는 상기 집수 탱크를 관통하여 상기 대심도 우물의 바닥으로 연장되고 그 상단은 상기 농축수 펌프와 유체 연통되는 해수담수화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 집수 파이프 외측에 끼워지는 다수의 연결 링;
    을 더 포함하고,
    복수의 상기 여과 필터가 상기 집수 파이프의 외측에 끼워진 상태에서, 인접하는 상기 여과 필터는 상기 연결 링에 의해 서로 연결되는 해수담수화 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    링 형태로 되어 각각의 상기 여과 필터의 외측에 끼워지는 스트리퍼;
    다수의 상기 스트리퍼를 서로 연결하는 연결판;
    상기 연결판에 장착되어 해수 또는 전처리수의 분출에 의한 추진력으로 상기 연결판 전체를 상승 또는 하강시키기 위한 수중 펌프;
    를 더 포함하고,
    상기 스트리퍼를 상기 여과 필터를 따라 상승 또는 하강시킴으로써 상기 여과 필터 표면에 부착되는 이물질을 제거할 수 있는 해수담수화 장치.
  6. 해수담수화 방법에 있어서,
    지상에서 소정 깊이로 연장되는 대심도 우물을 설치하는 단계;
    상기 대심도 우물의 하부에 링 형태의 여과 필터를 설치하고, 상기 여과 필터의 내부에 다수의 개구가 형성된 집수 파이프를 설치하고, 상기 집수 파이프는 집수 탱크와 유체 연통되게 하는 단계;
    담수 펌프에 의해 상기 집수 탱크 내부를 흡인하여 상기 대심도 우물로 공급된 해수 또는 전처리수가 역삼투 방식에 의해 상기 여과 필터를 통과하여 상기 집수 파이프 및 상기 집수 탱크로 들어오게 하는 단계;
    상기 담수 펌프에 의해 상기 집수 탱크 내의 담수를 담수 유로를 통해 지상으로 이송하는 단계;
    를 포함하는 해수담수화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대심도 우물로 해수 또는 전처리수를 계속 공급하면서 상기 대심도 우물의 바닥과 연결된 농축수 펌프를 통해 상기 대심도 우물의 바닥에 위치하는 농축수를 지상으로 이송하는 단계;
    를 더 포함하는 해수담수화 방법.
PCT/KR2015/007977 2014-09-16 2015-07-30 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법 WO2016043428A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140122589A KR101666718B1 (ko) 2014-09-16 2014-09-16 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법
KR10-2014-0122589 2014-09-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016043428A1 true WO2016043428A1 (ko) 2016-03-24

Family

ID=53020603

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2015/007977 WO2016043428A1 (ko) 2014-09-16 2015-07-30 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101666718B1 (ko)
WO (1) WO2016043428A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112390332B (zh) * 2020-11-16 2022-11-22 中集海洋工程研究院有限公司 海水淡化平台
CN117463060B (zh) * 2023-12-01 2024-06-28 青岛百发海水淡化有限公司 一种淡化用海水池清洁设备及清洁方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0957071A (ja) * 1995-08-23 1997-03-04 Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd 浸漬型膜分離装置
JPH10156356A (ja) * 1996-11-29 1998-06-16 Tokai Univ 淡水化方法及び淡水化装置
JPH10156357A (ja) * 1996-11-29 1998-06-16 Tokai Univ 淡水化システム及び淡水化方法
JP2001062449A (ja) * 1999-08-30 2001-03-13 Masao Hayashi 淡水化方法及び淡水化システム
KR100422891B1 (ko) * 1996-09-03 2004-03-12 네이트 인터내셔널 모듈 여과 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101344783B1 (ko) 2012-06-14 2013-12-26 (주)대우건설 역삼투 농축수 재생형 하이브리드 해수담수화 장치 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0957071A (ja) * 1995-08-23 1997-03-04 Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd 浸漬型膜分離装置
KR100422891B1 (ko) * 1996-09-03 2004-03-12 네이트 인터내셔널 모듈 여과 시스템
JPH10156356A (ja) * 1996-11-29 1998-06-16 Tokai Univ 淡水化方法及び淡水化装置
JPH10156357A (ja) * 1996-11-29 1998-06-16 Tokai Univ 淡水化システム及び淡水化方法
JP2001062449A (ja) * 1999-08-30 2001-03-13 Masao Hayashi 淡水化方法及び淡水化システム

Also Published As

Publication number Publication date
KR101666718B1 (ko) 2016-10-14
KR20150022733A (ko) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016036010A1 (ko) 해수담수화를 위한 해수 전처리 장치 및 해수 전처리 방법
US20030230535A1 (en) Downhole desalination of aquifer water
ITFI980124A1 (it) Impianto a pressione idrostatica per la concentrazione/estrazione di liquidi,ad esempio acqua dissalata,mediante membrane ad osmosi inversa
WO2015030381A1 (en) Partition-type floatation apparatus using fine bubbles
BG60965B1 (en) Method and device for ground water treatment
WO2014017818A2 (en) Pressurized-type hollow fiber membrane module and filtration system comprising the same
WO2010123238A2 (en) Method for cleaning filtering membrane
WO2013046930A1 (ja) 海水の浸透ろ過方法及び浸透取水ユニット
WO2016043428A1 (ko) 해수담수화 장치 및 해수담수화 방법
US11565199B2 (en) Integrated unit for intake and pretreatment with local backwashing
AU2010274924A1 (en) Wastewater treatment plant and method for treating wastewater, and wastewater treatment system
CN103210046B (zh) 用于促进烃回收的在至少一个膜过滤单元中的水处理
WO2015088259A1 (ko) 침지식 여과 장치
CN103237765A (zh) 用于促进烃回收的在至少一个膜过滤单元中的水处理
US10926201B2 (en) Integrated unit for intake and pretreatment with local backwashing
CA2264853A1 (en) Modular filtration system
WO2012125003A2 (ko) 여과 장치 및 이를 위한 중공사막 모듈
US10702804B2 (en) Integrated unit for intake and pretreatment with local backwashing
WO2017209353A1 (ko) 외부 하우징형 막 생물 반응기를 이용한 수처리 장치
US20210002146A1 (en) Environmentally friendly sea water intake process and apparatus
WO2015183022A1 (ko) 여과 시스템 및 그것을 위한 중공사막 모듈
US20210031125A1 (en) Integrated unit for intake and pretreatment with local backwashing
WO2010074475A1 (en) System and method for filtering
WO2011037422A2 (ko) 수중지하 정수처리장치
KR101642443B1 (ko) 이동자흡식 부유물 제거장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15842783

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15842783

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1