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KR20130103201A - Method of desalination and desalination apparatus - Google Patents

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KR20130103201A
KR20130103201A KR1020120024647A KR20120024647A KR20130103201A KR 20130103201 A KR20130103201 A KR 20130103201A KR 1020120024647 A KR1020120024647 A KR 1020120024647A KR 20120024647 A KR20120024647 A KR 20120024647A KR 20130103201 A KR20130103201 A KR 20130103201A
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induction solution
reactor
space
desalination
forward osmosis
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양대륙
김도연
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 염수 담수화 방법 및 담수화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 담수화 방법은 정삼투 반응기의 염수 공간에는 염수를 위치시키고 삼투 유도 용액 공간에는 유도 용질을 포함하는 유도 용액을 위치시켜 삼투압에 의해 상기 염수의 물이 삼투 유도 용액 공간으로 이동하여 상기 유도 용액에 포함되도록 하는 정삼투 공정을 수행하는 단계; 상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용질의 적어도 일부를 석출하는 단계; 및 농도가 낮아진 상기 유도 용액에 대해 역삼투 공정을 수행하여 담수를 생산하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 종래의 담수화 공정에 비해 저에너지로 담수를 효율적으로 생산할 수 있다.The present invention relates to a brine desalination method and desalination apparatus. In the desalination method of the present invention, the saline solution is placed in the brine space of the forward osmosis reactor, and the induction solution including the inducing solute is placed in the osmotic induction solution space so that the water of the brine moves to the osmotic induction solution space by osmotic pressure. Performing a forward osmosis process to be included in; Cooling at least one induction solution having undergone the forward osmosis to precipitate at least a portion of the inducing solute; And producing fresh water by performing a reverse osmosis process on the induction solution having a lower concentration. According to the present invention, it is possible to produce fresh water efficiently with low energy as compared to the conventional desalination process.

Description

담수화 방법 및 담수화 장치{Method of desalination and desalination apparatus}Desalination method and desalination apparatus {Method of desalination and desalination apparatus}

본 발명은 담수화 방법 및 담수화 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 담수화 공정의 효율을 높이기 위해 정삼투 공정, 냉각 공정 및 역삼투 공정을 하이브리드한 담수화 공정 및 담수화 장치에 관한 것이다The present invention relates to a desalination method and desalination apparatus. More specifically, the present invention relates to a desalination process and a desalination apparatus that hybridizes the forward osmosis process, the cooling process, and the reverse osmosis process in order to increase the efficiency of the desalination process.

해수로부터 담수를 획득하기 위해서는 해수에 용존되어 있거나 부유하는 성분들을 용수 및 음용수 기준에 적합하도록 제거해야 한다. 해수를 담수화하기 위한 일반적인 공정으로는 증발법, 막분리법, 전기 투석법, 냉동법 등이 알려져 있으며 가장 널리 적용되고 있는 기술은 증발법과 막 분리법이다. In order to obtain fresh water from seawater, dissolved or suspended components in seawater must be removed to meet water and drinking water standards. Common processes for desalination of seawater are known as evaporation, membrane separation, electrodialysis, and freezing, and the most widely used techniques are evaporation and membrane separation.

증발법에는 다단 플래쉬법(multiple stage flash, MSF), 다단 효용 증발법(multiple effect evaporization, ME) 등이 주로 사용되며 비교적 일찍부터 널리 사용되고 있는 공정이다. 그러나 에너지 소모량이 많고 고온 운전에 의한 부식이 크며 생산설비 면적 및 초기 투자비가 많이 들어 주로 에너지가 풍부한 중동지역에서 대규모 해수담수화 설비에 사용되며, 에너지 사용량과 설비투자비 및 유지비가 많이 드는 문제점이 있다.As the evaporation method, multiple stage flash (MSF), multiple effect evaporation (ME), etc. are mainly used and are widely used in the early stages. However, due to the high energy consumption, high corrosion of the high temperature operation, large production area and initial investment cost, it is mainly used for large-scale seawater desalination facilities in the Middle East where energy is abundant, and energy consumption, facility investment cost, and maintenance cost are high.

한편, 막분리법은 역삼투법과 정삼투법으로 나눌 수 있다.Membrane separation can be divided into reverse osmosis and forward osmosis.

역삼투법은 해수에 함유되어 있는 성분을 역삼투막을 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키는 방법이며, 이와 같이 해수로부터 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 일반적으로 상기와 같은 해수 공급수단으로서 대부분 전력을 소모하는 고압펌프를 사용하기 때문에 해수의 담수화에 상당한 에너지가 소모되는 단점이 있었다. 또한, 막 분리방법으로 대규모 담수화 처리방법은 초기 투자비가 많이 소요되고, 유기 또는 무기물에 의한 파울링(fouling) 방지를 위해 전처리에 상당한 주의가 필요한 문제가 있다.Reverse osmosis is a method of separating ionic substances and pure water from the reverse osmosis membrane of the components contained in seawater.In order to separate ionic substances and pure water from seawater, a high pressure of more than osmotic pressure is required. It is called osmotic pressure. In general, since the use of a high-pressure pump that consumes most of the power as the seawater supply means as described above, there was a disadvantage in that considerable energy is consumed for desalination of seawater. In addition, the large-scale desalination treatment method as a membrane separation method requires a lot of initial investment costs, there is a problem that requires a great care in pretreatment in order to prevent fouling (fouling) by organic or inorganic.

최근에는 고압펌프 등을 사용하지 않고 순수한 삼투현상에 의해서만 해수에서 물을 분리하는 정삼투법이 개발되었다. 그러나 정삼투법에서는 해수보다 고농도의 삼투유도용질이 포함된 삼투유도용액이 사용되기 때문에 정삼투막을 통해 이동된 물에 의해서 희석된 삼투유도용액에서 삼투유도용질을 분리하는데 어려움이 있다.Recently, the forward osmosis method of separating water from seawater by pure osmosis without using a high pressure pump has been developed. However, in the osmotic method, the osmotic solution containing a higher concentration of the osmotic solute than the seawater is used, so it is difficult to separate the osmotic solute from the osmotic solution diluted by the water moved through the osmotic membrane.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 적은 에너지를 소비하면서 효율적으로 염수의 담수화가 가능한 담수화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a desalination method capable of efficiently desalination of brine while consuming less energy.

또한, 본 발명은 담수화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide a desalination apparatus.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 정삼투 반응기의 염수 공간에는 염수(saline water)를 위치시키고 삼투 유도 용액 공간에는 유도 용질(draw solute)을 포함하는 유도 용액(draw solution)을 위치시켜 삼투압에 의해 상기 염수의 물이 상기 삼투 유도 용액 공간으로 이동하여 상기 유도 용액에 포함되도록 하는 정삼투 공정을 수행하는 단계; In order to achieve the above object, the present invention is to place the saline water (saline water) in the brine space of the forward osmosis reactor and the osmotic pressure by placing a draw solution containing a draw solute in the osmotic induction solution space Performing a forward osmosis process by which the brine water moves to the osmotic induction solution space to be included in the induction solution;

상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용질의 적어도 일부를 석출하는 단계; 및Cooling at least one induction solution having undergone the forward osmosis to precipitate at least a portion of the inducing solute; And

농도가 낮아진 상기 유도 용액에 대해 역삼투 공정을 수행하여 담수를 생산하는 단계를 포함하는 염수의 담수화 방법을 제공한다.It provides a desalination method of the brine comprising the step of performing a reverse osmosis process to produce a fresh water for the concentration solution is lowered.

또한, 본 발명은 반투막에 의해 삼투 유도 용액 공간 및 염수 공간으로 구분되어 있고, 상기 삼투 유도 용액 공간에 연결된 제1투입구 및 상기 염수 공간에 연결된 제 2 투입구를 일 측에 포함하는 정삼투 반응기; In addition, the present invention is divided into the osmotic induction solution space and the brine space by the semi-permeable membrane, the forward osmosis reactor including a first inlet connected to the osmotic induction solution space and the second inlet connected to the brine space on one side;

일 측이, 상기 정삼투 반응기의 타 측과 연결되어 있고, 상기 정삼투 반응기에서 전달되는 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용액에 포함된 유도 용질의 적어도 일부를 석출시키는 냉각 반응기; 및 One side is connected to the other side of the forward osmosis reactor, the cooling reactor for cooling the induction solution delivered in the forward osmosis reactor to precipitate at least a portion of the induction solute contained in the induction solution; And

역삼투막에 의해 유도 용액 공간 및 담수 공간으로 구분되어 있고, 상기 유도 용액 공간의 일 측이, 상기 냉각 반응기의 타 측과 연결되어 상기 냉각 반응기에서 전달되는 유도 용액을 역삼투압에 의해 담수화하여 상기 담수 공간의 배출구로 배출하는 역삼투 반응기를 포함하는 담수화 장치를 제공한다.It is divided into an induction solution space and a fresh water space by a reverse osmosis membrane, and one side of the induction solution space is connected to the other side of the cooling reactor to desalination of the induction solution delivered from the cooling reactor by reverse osmosis. It provides a desalination apparatus comprising a reverse osmosis reactor to discharge to the outlet of.

본 발명의 담수화 방법 및 장치는 종래의 담수화 공정에 비해 담수 생산량 대비 에너지 소모량이 절감되는 효과를 갖는다. 특히 역삼투 공정에 비해 고압의 펌프 사용이 필요 없으며, 이에 의해 또한 고압용 역삼투막이 불필요하게 된다.Desalination method and apparatus of the present invention has the effect of reducing the energy consumption compared to the fresh water production compared to the conventional desalination process. In particular, the use of a high pressure pump is not required compared to the reverse osmosis process, which also eliminates the need for a high pressure reverse osmosis membrane.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 담수화 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 담수화 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구현 예에 따라 Matlab 프로그램을 이용하여 담수화 공정을 시뮬레이션 한 모식도이다.
1 is a schematic diagram showing a desalination method according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a desalination process using a Matlab program according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 담수화 방법은 정삼투 반응기의 염수 공간에는 염수(saline water)를 위치시키고 삼투 유도 용액 공간에는 유도 용질(draw solute)을 포함하는 유도 용액(draw solution)을 위치시켜 삼투압에 의해 상기 염수의 물이 상기 삼투 유도 용액 공간으로 이동하여 상기 유도 용액에 포함되도록 하는 정삼투 공정을 수행하는 단계; 상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용질의 적어도 일부를 석출하는 단계; 및 농도가 낮아진 상기 유도 용액에 대해 역삼투 공정을 수행하여 담수를 생산하는 단계를 포함한다.In the desalination method of the present invention, saline water is placed in the brine space of the forward osmosis reactor, and a draw solution including a draw solute is placed in the osmotic induction solution space to obtain the brine by osmotic pressure. Performing an forward osmosis process in which water moves to the osmotic induction solution space to be included in the induction solution; Cooling at least one induction solution having undergone the forward osmosis to precipitate at least a portion of the inducing solute; And producing fresh water by performing a reverse osmosis process on the induction solution having a lower concentration.

또한, 본 발명의 담수화 장치는 반투막에 의해 삼투 유도 용액 공간 및 염수 공간으로 구분되어 있고, 상기 삼투 유도 용액 공간에 연결된 제1투입구 및 상기 염수 공간에 연결된 제 2 투입구를 일 측에 포함하는 정삼투 반응기; In addition, the desalination apparatus of the present invention is divided into an osmotic induction solution space and a saline space by a semipermeable membrane, and includes a first inlet connected to the osmotic induction solution space and a second inlet connected to the saline space on one side. Reactor;

일 측이, 상기 정삼투 반응기의 타 측과 연결되어 있고, 상기 정삼투 반응기에서 전달되는 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용액에 포함된 유도 용질의 적어도 일부를 석출시키는 냉각 반응기; 및 One side is connected to the other side of the forward osmosis reactor, the cooling reactor for cooling the induction solution delivered in the forward osmosis reactor to precipitate at least a portion of the induction solute contained in the induction solution; And

역삼투막에 의해 유도 용액 공간 및 담수 공간으로 구분되어 있고, 상기 유도 용액 공간의 일 측이, 상기 냉각 반응기의 타 측과 연결되어 상기 냉각 반응기에서 전달되는 유도 용액을 역삼투압에 의해 담수화하여 상기 담수 공간의 담수 배출구로 배출하는 역삼투 반응기를 포함한다. It is divided into an induction solution space and a fresh water space by a reverse osmosis membrane, and one side of the induction solution space is connected to the other side of the cooling reactor to desalination of the induction solution delivered from the cooling reactor by reverse osmosis. And a reverse osmosis reactor for discharging to the freshwater outlet.

본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되며, 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the present invention, the terms first, second, etc. are used to describe various components, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명의 담수화 방법 및 담수화 장치를 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the drawings will be described in detail the desalination method and desalination apparatus of the present invention.

담수화(desalination) 공정은 염분이 섞인 물, 즉 염수(saline water)로부터 염분을 제거하여 음용수 등으로 사용 가능한 담수(fresh water)를 생산하는 공정이다. The desalination process is a process of producing fresh water that can be used as drinking water by removing salt from salt mixed water, that is, saline water.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 담수화 방법을 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a desalination method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 우선 정삼투 반응기의 염수 공간에는 염수(saline water)를 위치시키고 삼투 유도 용액 공간에는 유도 용질(draw solute)을 포함하는 유도 용액(draw solution)을 위치시켜 삼투압에 의해 염수의 물이 삼투 유도 용액 공간으로 이동하여 상기 유도 용액에 포함되도록 하는 정삼투 공정을 수행한다(S10 단계).Referring to FIG. 1, first, saline water is placed in a saline space of an forward osmosis reactor, and a draw solution including a draw solute is placed in an osmotic induction solution space. The water is moved to the osmotic induction solution space to perform the forward osmosis process to be included in the induction solution (step S10).

본 발명의 담수화 방법에 있어서, 담수화의 대상이 되는 염수는 염분을 포함하는 일반적인 염수 또는 해수(sea water)뿐만 아니라 그대로는 사용이 힘든 오염된 물(waste water) 등이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히 해수의 담수화에 이용될 수 있다. In the desalination method of the present invention, the brine to be desalination may be not only general salt or sea water containing salt, but also contaminated water (waste water) that is difficult to use as it is. According to one embodiment of the invention, in particular, it can be used for desalination of seawater.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유도 용액은 유도 용질이 물에 용해되어 있는 수용액일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the induction solution may be an aqueous solution in which the inducing solute is dissolved in water.

정삼투(Forward Osmosis) 공정의 원리는 담수화 대상이 되는 용액보다 고농도로 용질을 포함하는 삼투 유도 용액을 사용하여 삼투압의 차이에 의해 담수화 대상이 되는 용액의 물이 삼투 유도 용액 쪽으로 자연스럽게 이동하고 이후 희석된 삼투 유도 용액에서 용질을 분리하여 담수만을 수득하는데 있다. 정삼투 공정은 염수와 삼투 유도 용액 사이의 삼투압의 차이를 이용한 공정이므로 공정을 수행하는데 고압의 펌프를 필요로 하지 않아 에너지가 적게 드는 장점이 있다. The principle of the forward osmosis process is to use the osmotic induction solution containing the solute at a higher concentration than the desalination solution, so that the water in the desalination solution naturally moves toward the osmotic induction solution and then dilutes due to the difference in osmotic pressure. Separating the solute from the osmotic induction solution to obtain fresh water only. Since the forward osmosis process is a process using a difference in osmotic pressure between the saline solution and the osmotic induction solution, it does not require a high-pressure pump to perform the process, and thus has the advantage of low energy.

상기 정삼투 공정을 수행한 후 염수의 물이 삼투 유도 용액 공간으로 투과하여 상기 염수는 유입시보다 염분이 더 농축되며, 이처럼 농축된 염수는 폐수로 처리하거나 회수하여 다른 용도로 활용할 수 있다. After performing the forward osmosis process, the brine water penetrates into the osmotic induction solution space so that the brine is more concentrated than the inflow, and the concentrated brine can be used for other purposes by treating or recovering the brine.

상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액은 염수에 포함된 물이 투과되었으므로 초기보다 농도가 낮아진 상태이며, 이로부터 유도 용질과 물을 분리하는 과정을 통해 담수를 생산할 수 있다. Since the induction solution having undergone the forward osmosis process has water permeated in the brine, the concentration is lower than the initial state, and fresh water may be produced by separating the inducing solute and water therefrom.

효율적인 정삼투 공정을 위해서는 유도 용질의 선택이 중요한데, 상기 유도 용질은 물에 대한 용해도가 높아 염수보다 고삼투압을 유도할 수 있어야 한다. 특히, 염수와 유도 용질의 삼투압의 차이는 크면 클수록 바람직하다. 또한, 본 발명의 담수화 방법에 따르면 정삼투 공정을 수행한 후 후속하여 냉각 공정에 의해 유도 용질을 분리하는데, 이 때 희석된 유도 용액으로부터 상기 유도 용질의 분리가 용이해야 한다. 본 발명의 담수화 방법에 따르면 상기 유도 용질의 분리는 정삼투 공정시의 온도와 냉각 공정시의 온도에서의 유도 용질의 용해도 및 삼투압 차이를 이용한다. 따라서, 상기 유도 용질의 조건으로는 정삼투 공정 단계의 온도에서는 삼투압이 크면 클수록 좋으며, 후속하는 냉각 공정의 온도에서 삼투압 또는 용해도는 낮을수록 좋다. 또한 산업상 이용 가능성을 위해서는 구하기 쉽고 인체에 무해하며 경제성이 있어야 한다. Selection of the inducing solute is important for an efficient forward osmosis process, and the inducing solute should be able to induce higher osmotic pressure than saline because it has high solubility in water. In particular, the greater the difference in osmotic pressure between saline and induced solutes, the better. Further, according to the desalination method of the present invention, after performing the forward osmosis process, the induced solute is subsequently separated by a cooling process, wherein the induced solute should be easily separated from the diluted induction solution. According to the desalination method of the present invention, the separation of the inducing solute uses the difference in solubility and osmotic pressure of the inducing solute at the temperature in the forward osmosis process and the temperature in the cooling process. Therefore, the greater the osmotic pressure at the temperature of the forward osmosis process step, the better, and the lower the osmotic pressure or solubility at the temperature of the subsequent cooling process is better. In addition, for industrial applicability, it must be easy to obtain, harmless to the human body, and economical.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같은 조건을 모두 충족하는 유도 용질로 예를 들어, 과요오드산 나트륨(sodium periodate, NaIO4), 보론산(boric acid, H2BO3), 염소산 칼륨(potassium chlorate, KClO3), 과망간산 칼륨(potassium permanganate, KMnO4), 옥살산 암모늄(ammonium oxalate, (NH4)2C2O4), 질산 바륨(barium nitrate, Ba(NO3)2), 황화 바륨(barium sulfide, BaS), 중크롬산 칼륨(potassium dichromate, K2Cr2O7) 및 요오드산 나트륨(sodium iodate, NaIO3)등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 그러나, 본 발명의 제조 방법에 있어서 유도 용질이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 예시한 물질 외에도 본 발명에서 요구하는 유도 용질의 조건을 만족시키는 물질이라면 사용할 수 있다. According to one embodiment of the invention, for example, sodium periodate (NaIO 4 ), boric acid (boric acid, H 2 BO 3 ), potassium chlorate as an inducing solute meeting all of the above conditions (potassium chlorate, KClO 3 ), potassium permanganate (KMnO 4 ), ammonium oxalate (NH 4) 2 C 2 O 4 ), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), barium sulfide (barium sulfide, BaS), potassium dichromate (potassium dichromate, K 2 Cr 2 O 7 ), sodium iodate (sodium iodate, NaIO 3 ), and the like. However, the inducing solute in the production method of the present invention is not limited thereto, and may be used as long as the material satisfies the conditions of the inducing solute required by the present invention in addition to the above-described materials.

상기와 같은 조건을 만족하는 유도 용질을 포함하며 정삼투 공정에 유입되는 염수보다 높은 삼투압을 갖는 유도 용액을 이용하여 정삼투 공정을 수행한다. 상기 염수로써 해수를 담수화하는 경우, 유도 용질의 종류에 따라 농도를 적절히 조절할 수 있으나 염수와의 큰 삼투압 차이를 얻기 위하여 바람직하게는, 유도 용액의 포화 농도에 가까운 농도로 하는 것이 유리하다.The forward osmosis process is performed using an induction solution containing an inducing solute that satisfies the above conditions and having an osmotic pressure higher than that of saline flowing into the forward osmosis process. When the seawater is desalted with the brine, the concentration may be appropriately adjusted according to the type of the solute derived, but in order to obtain a large osmotic pressure difference with the brine, it is preferable to set the concentration close to the saturation concentration of the induction solution.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유도 용질로 과요오드산 나트륨, 보론산, 염소산 칼륨 또는 과망간산 칼륨을 사용할 수 있다. 과요오드산 나트륨, 보론산, 염소산 칼륨 및 과망간산 칼륨에 대하여, 0℃ 및 30℃에서의 삼투압을 하기 표 1에 나타내었다. According to one embodiment of the present invention, sodium periodate, boronic acid, potassium chlorate or potassium permanganate may be used as the inducing solute. For sodium periodate, boronic acid, potassium chlorate and potassium permanganate, osmotic pressures at 0 ° C and 30 ° C are shown in Table 1 below.

유도 용질Induced solute 0℃0 30℃30 ℃ 농도
(단위: g/g)
density
(Unit: g / g)
삼투압
(단위: atm)
Osmotic pressure
(Atm)
농도
(단위: g/g)
density
(Unit: g / g)
삼투압
(단위: atm)
Osmotic pressure
(Atm)
과요오드산 나트륨Sodium periodate 0.01830.0183 3.8353.835 0.3040.304 70.71270.712 보론산Boronic acid 0.02520.0252 18.28018.280 0.08080.0808 65.04965.049 염소산 칼륨Potassium chlorate 0.0330.033 12.08212.082 0.1390.139 56.48256.482 과망간산 칼륨Potassium permanganate 0.02830.0283 8.0338.033 0.1260.126 39.69639.696

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 정삼투 공정의 온도는 유도 용질의 종류와 공정을 수행하는 환경에 따라 다양하게 선택 가능하다. 즉, 상기 정삼투 공정에서는 염수와 유도 용액과의 삼투압 차이를 이용하여 상기 염수의 물을 상기 유도 용액 쪽으로 투과시키는 것이므로, 상기 염수, 유입량, 유도 용액의 농도, 유도 용질의 종류, 정삼투 공정을 수행하는 환경 등에 따라 보다 큰 삼투압 차이를 발생시킬 수 있는 온도를 설정하여 정삼투 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 약 0 내지 약 30℃의 온도에서 정삼투 공정을 수행할 수 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 정삼투 공정의 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the temperature of the forward osmosis process may be variously selected depending on the type of the inducing solute and the environment in which the process is performed. That is, in the forward osmosis process, since the water of the saline is permeated into the induction solution by using the osmotic pressure difference between the saline solution and the induction solution, the brine, the inflow amount, the concentration of the induction solution, the kind of the inducing solute, and the forward osmosis process. The forward osmosis process may be performed by setting a temperature at which a larger osmotic pressure difference may be generated according to the environment to be performed. For example, the forward osmosis process may be performed at a temperature of about 0 to about 30 ° C., but the temperature may be set differently according to the detailed conditions of the forward osmosis process, but the present invention is not limited thereto.

도 1을 참조하면, 상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액은 냉각 공정을 수행한다(S20 단계). Referring to FIG. 1, the induction solution having performed the forward osmosis process performs a cooling process (step S20).

상기 냉각 공정은 상기 유도 용액의 온도를 낮추는 과정에서 유도 용질의 온도에 따른 용해도 차이에 의해 상기 유도 용액으로부터 유도 용질을 석출함으로써 물과 유도 용질을 분리하는 공정이다. The cooling process is a process of separating the water and the inducing solute by depositing the inducing solute from the induction solution by the difference in solubility according to the temperature of the inducing solute in the process of lowering the temperature of the induction solution.

이때 상기 유도 용질의 종류 및 냉각 온도에 따라서 상기 유도 용질의 적어도 일부 내지 대부분이 석출될 수 있다. 석출된 상기 유도 용질은 상기 정삼투 단계(S10)로 유입되는 유도 용액으로 포함되도록 돌아감으로써 재사용할 수 있다. In this case, at least some to most of the induced solute may be precipitated according to the type of the induced solute and the cooling temperature. The precipitated inducing solute can be reused by returning it to be included as an induction solution introduced into the forward osmosis step (S10).

상기 냉각 공정은 유도 용질의 온도에 따른 용해도 차이에 의한 석출을 위해 정삼투 공정보다 낮은 온도에서 수행된다. 즉, 상기 유도 용질의 종류에 따라 보다 큰 용해도 차이를 발생시킬 수 있는 온도를 설정하여 냉각 공정을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각 공정은 약 -20 내지 약 10℃의 온도에서 수행할 수 있으나, 선행하는 정삼투 공정의 조건, 유도 용질의 종류 등의 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.The cooling process is performed at a lower temperature than the forward osmosis process for precipitation due to the difference in solubility depending on the temperature of the inducing solute. That is, the cooling process may be performed by setting a temperature at which a greater solubility difference may be generated according to the type of the inducing solute. For example, the cooling process may be carried out at a temperature of about -20 to about 10 ℃, but the temperature can be set differently according to the detailed conditions, such as the conditions of the preceding forward osmosis process, the type of solute so limited to this It doesn't happen.

상기 냉각 공정을 수행함에 따라 상기 유도 용질의 적어도 일부 또는 대부분을 석출함으로써 유도 용액의 농도는 석출된 유도 용질만큼 낮아지게 된다. As the cooling process is performed, the concentration of the inducing solution is lowered by the precipitated inducing solute by precipitating at least part or most of the inducing solute.

다음으로, 이처럼 농도가 낮아진 유도 용액에 대해 역삼투(Reverse Osmosis) 공정을 수행한다(S30 단계). Next, the reverse osmosis (Reverse Osmosis) process is performed for the solution having a lower concentration (step S30).

역삼투 공정에서는 용질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 유도 용액의 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 일반적인 경우, 해수의 담수화를 위해 역삼투 공정을 수행하는 경우 대략 50 내지 60 atm 정도의 높은 압력을 필요로 한다. 따라서, 해수를 상기와 같은 압력으로 공급하기 위한 고압펌프가 사용되기 때문에 약 4 내지 8 kWh/m3 상당한 에너지가 요구된다. The reverse osmosis process requires a high pressure above the osmotic pressure of the induction solution in order to separate the solute and the pure water. The pressure at this time is called reverse osmosis. In general, the reverse osmosis process for the desalination of seawater requires a high pressure of about 50 to 60 atm. Therefore, since a high pressure pump for supplying seawater at the pressure as described above is used, it is about 4 to 8 kWh / m 3 . Considerable energy is required.

그러나 본 발명에 따르면, 상기 유도 용액은 앞서 설명한 바와 같이 정삼투 공정 및 냉각 공정을 통해 농도가 낮아졌으므로(즉, 삼투압이 낮아졌으므로) 역삼투 공정에 필요한 압력이 낮아지게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 역삼투 공정을 실시하는데 있어서, 약 15 내지 약 20 atm의 압력을 필요로 한다. 이를 통해 종래의 역삼투 공정에 필요한 압력 이하에서 운전이 가능하고 따라서 필요로 하는 에너지도 현저히 낮출 수 있게 된다. However, according to the present invention, since the concentration of the induction solution through the forward osmosis process and the cooling process as described above (ie, the osmotic pressure is lowered), the pressure required for the reverse osmosis process is lowered. According to one embodiment of the invention, in performing the reverse osmosis process, a pressure of about 15 to about 20 atm is required. This makes it possible to operate below the pressure required for a conventional reverse osmosis process and thus significantly lower the energy required.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기와 같이 정삼투 공정, 냉각 공정 및 역삼투 공정의 공정이 결합된 하이브리드 공정으로 해수 담수화를 수행하는 경우, 담수 1m3을 생산하는데 약 1 내지 약 3kWh/m3의 에너지를 필요로 한다. 이는 종래의 해수 담수화 공정에서 소비되는 에너지인 4 내지 8kWh/m3보다 현저히 적은 것으로, 본 발명의 담수화 방법에 따르면 적은 에너지로 담수의 효율적인 생산이 가능하다. According to an embodiment of the present invention, when the seawater desalination is performed in a hybrid process in which the forward osmosis process, the cooling process, and the reverse osmosis process are combined as described above, about 1 to about 3 kWh / m to produce fresh water 1 m 3 . Requires 3 energy. This is significantly less than 4 to 8 kWh / m 3 of energy consumed in the conventional seawater desalination process, according to the desalination method of the present invention, it is possible to efficiently produce fresh water with less energy.

또한 상기 역삼투 공정은 선행하는 정삼투 공정 및 냉각 공정을 거친 유도 용액의 농도, 유도 용질의 종류, 역삼투 공정을 수행하는 환경 등에 따라 보다 큰 역삼투압을 발생시킬 수 있는 온도를 설정하여 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 약 0 내지 약 30℃의 온도에서 역삼투 공정을 수행할 수 있으나, 앞서 설명한 바와 같이 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the reverse osmosis process may be performed by setting a temperature at which a greater reverse osmosis pressure may be generated depending on the concentration of the induction solution, the type of the induced solute, and the environment in which the reverse osmosis process is performed. Can be. According to one embodiment of the present invention, the reverse osmosis process may be performed at a temperature of about 0 to about 30 ° C., but the present invention is not limited thereto since the temperature may be set differently according to detailed conditions.

한편, 본 발명의 일 측면은 담수화 장치를 제공한다. On the other hand, an aspect of the present invention provides a desalination apparatus.

본 발명의 담수화 장치는, 반투막에 의해 삼투 유도 용액 공간 및 염수 공간으로 구분되어 있고, 상기 삼투 유도 용액 공간에 연결된 제1투입구 및 상기 염수 공간에 연결된 제 2 투입구를 일 측에 포함하는 정삼투 반응기; 일 측이, 상기 정삼투 반응기의 타 측과 연결되어 있고, 상기 정삼투 반응기에서 전달되는 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용액에 포함된 유도 용질의 적어도 일부를 석출시키는 냉각 반응기; 및 역삼투막에 의해 유도 용액 공간 및 담수 공간으로 구분되어 있고, 상기 유도 용액 공간의 일 측이, 상기 냉각 반응기의 타 측과 연결되어 상기 냉각 반응기에서 전달되는 유도 용액을 역삼투압에 의해 담수화하여 상기 담수 공간 의 담수 배출구로 배출하는 역삼투 반응기를 포함한다.The desalination apparatus of the present invention is divided into an osmotic induction solution space and a saline space by a semipermeable membrane, and includes a first inlet connected to the osmotic induction solution space and a second inlet connected to the brine space on one side. ; One side is connected to the other side of the forward osmosis reactor, the cooling reactor for cooling the induction solution delivered in the forward osmosis reactor to precipitate at least a portion of the induction solute contained in the induction solution; And an induction solution space and a fresh water space by a reverse osmosis membrane, and one side of the induction solution space is connected to the other side of the cooling reactor to desalination of the induction solution delivered from the cooling reactor by reverse osmosis. It includes a reverse osmosis reactor that discharges to the freshwater outlet of the space.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 담수화 장치를 도시한 것이다. 2 illustrates a desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 담수화 장치는 정삼투 반응기(100), 정삼투 반응기에 연결된 냉각 반응기(200) 및 냉각 반응기(200)에 연결된 역삼투 반응기(300)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the desalination apparatus of the present invention includes a forward osmosis reactor 100, a cooling reactor 200 connected to the forward osmosis reactor, and a reverse osmosis reactor 300 connected to the cooling reactor 200.

정삼투 반응기(100)는 반투막(10)에 의해 삼투 유도 용액 공간(20) 및 염수 공간(30)으로 구분되어 있고, 삼투 유도 용액 공간(20)에 연결된 제1투입구(25) 및 염수 공간(30)에 연결된 제 2 투입구(35)를 일 측에 포함한다.The forward osmosis reactor 100 is divided into an osmotic induction solution space 20 and a saline space 30 by a semi-permeable membrane 10, and includes a first inlet 25 and a saline space connected to the osmotic induction solution space 20 ( 30 includes a second inlet 35 connected to one side.

삼투 유도 용액 공간(20)에는 제1투입구(25)를 통하여 유도 용질을 포함하는 유도 용액이 유입되게 되고, 염수 공간(30)에는 제 2 투입구(35)를 통하여 해수 등의 담수화 대상이 되는 염수가 유입되게 된다. 상기 유도 용질로는 예를 들어, 과요오드산 나트륨(sodium periodate, NaIO4), 보론산(boric acid, H2BO3), 염소산 칼륨(potassium chlorate, KClO3), 과망간산 칼륨(potassium permanganate, KMnO4), 옥살산 암모늄(ammonium oxalate, (NH4)2C2O4), 질산 바륨(barium nitrate, Ba(NO3)2), 황화 바륨(barium sulfide, BaS), 중크롬산 칼륨(potassium dichromate, K2Cr2O7) 및 요오드산 칼륨(sodium iodate, NaIO3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유도 용질에 대한 조건 및 보다 구체적인 설명은 상기 담수화 방법에서 앞서 설명한 바와 같다. Induced solution containing the inducing solute is introduced into the osmotic induction solution space 20 through the first inlet 25, and the brine to the desalination of seawater, etc., through the second inlet 35 into the brine space 30. Will be introduced. As the inducing solute, for example, sodium periodate (NaIO 4 ), boric acid (boric acid, H 2 BO 3 ), potassium chlorate (potassium chlorate, KClO 3 ), potassium permanganate (potassium permanganate, KMnO) 4 ), ammonium oxalate (NH 4) 2 C 2 O 4 ), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), barium sulfide (BaS), potassium dichromate (potassium dichromate, K 2) Cr 2 O 7 ) and one or more selected from the group consisting of potassium iodate (sodium iodate, NaIO 3 ) may be used, but is not limited thereto. Conditions and a more detailed description of the induced solute are as described above in the desalination method.

상기 유도 용질을 포함하며 정삼투 공정에 유입되는 염수보다 높은 삼투압을 갖는 유도 용액을 이용하여 정삼투 반응기(100)에서 정삼투 공정을 수행한다. The forward osmosis process is performed in the forward osmosis reactor 100 using the induction solution including the inducing solute and having an osmotic pressure higher than that of the brine flowing into the forward osmosis process.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 정삼투 반응기(100)는 약 0 내지 약 30℃의 온도에서 공정을 수행할 수 있으나, 상기 담수화 방법에서 설명한 바와 공정의 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the forward osmosis reactor 100 may perform the process at a temperature of about 0 to about 30 ° C, but may be set differently according to the detailed conditions of the process as described in the desalination method. It is not so limited.

본 발명의 담수화 장치에 있어서, 정삼투 반응기(100)는 염수 공간(30) 타 측에 연결되어, 정삼투 공정을 수행한 후 농축된 염수를 배출하는 염수 배출구(130)를 더 포함할 수 있다. In the desalination apparatus of the present invention, the forward osmosis reactor 100 may further include a brine outlet 130 that is connected to the other side of the brine space 30 to discharge concentrated brine after performing the forward osmosis process. .

정삼투 반응기(100)에서 정삼투 공정을 수행하여 원래 농도보다 희석된 유도 용액은 정삼투 반응기(100)와 연결된 냉각 반응기(200)로 전달되어 냉각 반응기(200)에서 냉각 공정을 수행한다.Induction solution diluted from the original concentration by performing the forward osmosis process in the forward osmosis reactor 100 is transferred to the cooling reactor 200 connected to the forward osmosis reactor 100 to perform the cooling process in the cooling reactor 200.

냉각 반응기(200)는 일 측이, 정삼투 반응기(100)의 타 측과 연결되어 정삼투 반응을 수행한 유도 용액을 전달받을 수 있고, 전달된 유도 용액은 정삼투 반응기(100)에서 냉각되어 상기 유도 용액에 포함된 유도 용질의 적어도 일부를 석출시킨다.One side of the cooling reactor 200 is connected to the other side of the forward osmosis reactor 100 to receive an induction solution for performing the forward osmosis reaction, the delivered induction solution is cooled in the forward osmosis reactor 100 At least a portion of the inducing solute contained in the induction solution is precipitated.

상기 냉각 공정은 상기 유도 용액의 온도를 낮추는 과정에서 유도 용질의 온도에 따른 용해도 차이에 의해 상기 유도 용액으로부터 유도 용질을 석출함으로써 물과 유도 용질을 분리하는 공정이다. 이때 상기 유도 용질의 종류 및 냉각 온도에 따라서 상기 유도 용질의 적어도 일부 내지 대부분이 석출될 수 있다.The cooling process is a process of separating the water and the inducing solute by depositing the inducing solute from the induction solution by the difference in solubility according to the temperature of the inducing solute in the process of lowering the temperature of the induction solution. In this case, at least some to most of the induced solute may be precipitated according to the type of the induced solute and the cooling temperature.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 반응기(200)는 냉각 과정에 의해 석출된 상기 유도 용질을 정삼투 반응기(100)의 제1투입구(25)에 전달하는 제1 순환관(110)을 더 포함할 수 있다. 석출된 유도 용질이 제1순환관(110)을 통해 제1투입구(25)로 전달됨으로써, 정삼투 반응기(100)로 유입되는 유도 용액으로 재사용할 수 있다. 따라서, 유도 용액이 순환되어 담수화 공정의 효율을 더욱 높일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cooling reactor 200 further comprises a first circulation pipe 110 for delivering the induced solute precipitated by the cooling process to the first inlet 25 of the forward osmosis reactor 100. It may include. The precipitated inducing solute is transferred to the first inlet 25 through the first circulation pipe 110, and thus may be reused as an induction solution introduced into the forward osmosis reactor 100. Therefore, the induction solution is circulated to further increase the efficiency of the desalination process.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 냉각 반응기(200)는 약 -20 내지 약 10℃의 온도에서 운행할 수 있으나, 선행하는 정삼투 반응기(100)의 조건, 유도 용질의 종류 등의 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the invention, the cooling reactor 200 is It may operate at a temperature of about -20 to about 10 ℃, but the temperature can be set differently according to the detailed conditions, such as the conditions of the preceding forward osmosis reactor 100, the type of solute is not limited thereto.

상기 냉각 공정을 수행함에 따라 상기 유도 용질의 적어도 일부 또는 대부분을 석출함으로써 유도 용액의 농도는 석출된 유도 용질만큼 낮아지게 된다. As the cooling process is performed, the concentration of the inducing solution is lowered by the precipitated inducing solute by precipitating at least part or most of the inducing solute.

이처럼 농도가 낮아진 유도 용액은 역삼투 반응기(300)로 전달된다. The lower concentration of the induced solution is delivered to the reverse osmosis reactor (300).

역삼투 반응기(300)는 역삼투막(40)에 의해 유도 용액 공간(50) 및 담수 공간(60)으로 구분되어 있고, 유도 용액 공간(50)의 일 측이, 냉각 반응기(200)의 타 측과 연결되어 냉각 반응기(200)에서 전달되는 유도 용액을 역삼투압에 의해 담수화하고, 담수를 담수 공간(60)의 타 측에 설치된 담수 배출구(70)를 통해 배출함으로써 담수를 생산할 수 있다. The reverse osmosis reactor 300 is divided into the induction solution space 50 and the fresh water space 60 by the reverse osmosis membrane 40, and one side of the induction solution space 50 is the other side of the cooling reactor 200. The connected solution delivered from the cooling reactor 200 may be desalted by reverse osmosis, and fresh water may be produced by discharging fresh water through a fresh water discharge port 70 installed at the other side of the fresh water space 60.

일반적인 경우, 해수의 담수화를 위해 역삼투 공정을 수행하는 경우 대략 50 내지 60 atm 정도의 높은 압력을 필요로 한다. 그러나 본 발명에 따르면, 상기 유도 용액은 앞서 설명한 바와 같이 정삼투 반응기(100) 및 냉각 반응기(200)의 2단계 반응을 거치면서 농도가 낮아졌으므로 역삼투 공정에 필요한 압력이 낮아지게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 역삼투 공정을 실시하는데 있어서, 역삼투 반응기(300)는 약 15 내지 약 20 atm의 압력을 필요로 한다. 이를 통해 종래의 역삼투 공정에 필요한 압력 이하에서 운전이 가능하고 따라서 필요로 하는 에너지도 현저히 낮출 수 있게 된다. 도면에 표시하지는 않았지만, 역삼투 반응기(300)는 상기 유도 용액을 적절한 역삼투압으로 역삼투 반응기(300)에 공급하기 위한 고압 펌프를 더 포함할 수 있다. In general, the reverse osmosis process for the desalination of seawater requires a high pressure of about 50 to 60 atm. However, according to the present invention, the concentration of the induction solution through the two-stage reaction of the forward osmosis reactor 100 and the cooling reactor 200, as described above, so the pressure required for the reverse osmosis process is lowered. According to one embodiment of the invention, in carrying out the reverse osmosis process, the reverse osmosis reactor 300 requires a pressure of about 15 to about 20 atm. This makes it possible to operate below the pressure required for a conventional reverse osmosis process and thus significantly lower the energy required. Although not shown in the drawings, the reverse osmosis reactor 300 may further include a high pressure pump for supplying the induced solution to the reverse osmosis reactor 300 at an appropriate reverse osmosis pressure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 역삼투 반응기(300)는 약 0 내지 약 30℃의 온도에서 역삼투 공정을 수행할 수 있으나, 상기 담수화 방법에서 설명한 바와 같이 세부적인 조건에 따라 온도를 다르게 설정할 수 있으므로 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the reverse osmosis reactor 300 may perform the reverse osmosis process at a temperature of about 0 to about 30 ℃, but differently set the temperature according to the detailed conditions as described in the desalination method The present invention is not limited thereto.

역삼투 반응기(300)는 유도 용액 공간(50) 타 측에 연결되어, 담수화를 수행하고 잔류하는 유도 용액을 정삼투 반응기(100)의 제 1 투입구(25)로 순환시키는 제2 순환관(120)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 순환관(120)은 냉각 반응기(200)의 제1 순환관(110)과 연결되어 제1 투입구(25)로 이어질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 순환관(120)은 정삼투 반응기(100)의 제 1 투입구(25)로 직접적으로 연결될 수도 있다.The reverse osmosis reactor 300 is connected to the other side of the induction solution space 50 so as to perform desalination and circulate the remaining induction solution to the first inlet 25 of the forward osmosis reactor 100 (120). ) May be further included. According to an embodiment of the present invention, the second circulation pipe 120 may be connected to the first circulation pipe 110 of the cooling reactor 200 and lead to the first inlet 25. According to another embodiment of the present invention, the second circulation pipe 120 may be directly connected to the first inlet 25 of the forward osmosis reactor 100.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기와 같이 정삼투 반응기(100), 냉각 반응기(200) 및 역삼투 반응기(300)가 결합된 담수화 장치로 해수 담수화를 수행하는 경우, 담수 1m3을 생산하는데 약 1 내지 약 3 kWh의 에너지를 필요로 한다. According to one embodiment of the present invention, when performing the seawater desalination with the desalination apparatus combined with the forward osmosis reactor 100, the cooling reactor 200 and the reverse osmosis reactor 300, to produce fresh water 1m 3 It requires about 1 to about 3 kWh of energy.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples according to the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

<< 실시예Example >>

실시예Example 1 One

도 3은 Matlab 프로그램을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 공정을 시뮬레이션한 모식도이다. 3 is a schematic diagram simulating a desalination process of seawater according to an embodiment of the present invention using a Matlab program.

정삼투 공정 및 역삼투 공정은 30℃에서, 냉각 공정은 0℃에서 운전하였으며, 유도 용질로 과요오드산 나트륨(NaIO4)을 0.0183g/g로 포함하는 유도 용액을 사용하였다. 보다 세부적인 공정 조건은 하기 표 2에 나타내었다.The forward osmosis process and the reverse osmosis process were operated at 30 ° C., the cooling process at 0 ° C., and an induction solution containing 0.0183 g / g of sodium periodate (NaIO 4 ) as an inducing solute. More detailed process conditions are shown in Table 2 below.

그 결과 담수 1m3를 생산하기 위한 에너지 소모량은 약 1.768kWh으로 나타났다. As a result, energy consumption for the production of fresh water was found at about 1m 3 1.768kWh.

유속
(단위: m3/s)
Flow rate
(Unit: m 3 / s)
삼투압
(단위: atm)
Osmotic pressure
(Atm)
온도
(단위: ℃)
Temperature
(Unit: ℃)
정삼투 단계Forward osmosis stage 유도 용액 유입시Induction of induction solution 0.09570.0957 71.71171.711 3030 해수 유입시In case of seawater inflow 0.02310.0231 28.0428.04 3030 유도 용액 유출시On induction solution outflow 0.09570.0957 61.08161.081 3030 냉각 단계Cooling step 유도 용액
유입시
Induction solution
On inflow
0.01700.0170 61.08161.081 3030
유도 용액 유출시On induction solution outflow 0.01650.0165 3.83543.8354 00 역삼투 단계Reverse osmosis stage 유도 용액
유입시
Induction solution
On inflow
0.01650.0165 17.785
(펌프압력)
17.785
(Pump pressure)
3030

10: 반투막
20: 삼투 유도 용액 공간
25: 제1 투입구
30: 염수 공간
35: 제2 투입구
40: 역삼투막
50: 유도 용액 공간
60: 담수 공간
70: 담수 배출구
100: 정삼투 반응기
110: 제1 순환관
120: 제2 순환관
130: 염수 배출구
200: 냉각 반응기
300: 역삼투 반응기
10: semipermeable membrane
20: osmotic induction solution space
25: first inlet
30: brine space
35: second inlet
40: reverse osmosis membrane
50: induction solution space
60: freshwater space
70: freshwater outlet
100: forward osmosis reactor
110: first circulation pipe
120: second circulation pipe
130: brine outlet
200: cooling reactor
300: reverse osmosis reactor

Claims (9)

정삼투 반응기의 염수 공간에는 염수(saline water)를 위치시키고 삼투 유도 용액 공간에는 유도 용질(draw solute)을 포함하는 유도 용액(draw solution)을 위치시켜 삼투압에 의해 상기 염수의 물이 상기 삼투 유도 용액 공간으로 이동하여 상기 유도 용액에 포함되도록 하는 정삼투 공정을 수행하는 단계;
상기 정삼투 공정을 수행한 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용질의 적어도 일부를 석출하는 단계; 및
농도가 낮아진 상기 유도 용액에 대해 역삼투 공정을 수행하여 담수를 생산하는 단계를 포함하는 염수의 담수화 방법.
Saline water is placed in the brine space of the forward osmosis reactor, and a draw solution containing draw solute is placed in the osmotic induction solution space so that the water of the saline is osmotic induced solution by osmotic pressure. Performing a forward osmosis process to move to a space to be included in the induction solution;
Cooling at least one induction solution having undergone the forward osmosis to precipitate at least a portion of the inducing solute; And
The desalination method of the brine comprising the step of producing fresh water by performing a reverse osmosis process to the concentration of the induction solution.
제1항에 있어서, 상기 염수는 해수(sea water)인 염수의 담수화 방법.
The method of claim 1, wherein the brine is sea water (sea water).
제1항에 있어서, 상기 유도 용질은 과요오드산 나트륨(sodium periodate, NaIO4), 보론산(boric acid, H2BO3), 염소산 칼륨(potassium chlorate, KClO3), 과망간산 칼륨(potassium permanganate, KMnO4), 옥살산 암모늄(ammonium oxalate, (NH4)2C2O4), 질산 바륨(barium nitrate, Ba(NO3)2), 황화 바륨(barium sulfide, BaS), 중크롬산 칼륨(potassium dichromate, K2Cr2O7) 및 요오드산 칼륨(sodium iodate, NaIO3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 염수의 담수화 방법.
The method of claim 1, wherein the inducing solute is sodium periodate (NaIO 4 ), boric acid (boric acid, H 2 BO 3 ), potassium chlorate (KClO 3 ), potassium permanganate (potassium permanganate, KMnO 4 ), ammonium oxalate (NH 4) 2 C 2 O 4 ), barium nitrate (Ba (NO 3 ) 2 ), barium sulfide (BaS), potassium dichromate (potassium dichromate, K) 2 Cr 2 O 7 ) and potassium iodate (sodium iodate, NaIO 3 ) The desalination method of saline containing one or more selected from the group consisting of.
제1항에 있어서, 상기 냉각 공정에 의해 석출된 상기 유도 용질은 상기 정삼투 단계의 유도 용액으로 포함되도록 돌아가는 단계를 더 포함하는 염수의 담수화 방법.
The method of claim 1, wherein the induced solute precipitated by the cooling process further comprises the step of returning to be included in the induction solution of the forward osmosis step.
제1항에 있어서, 상기 역삼투 공정은 15 내지 20 atm의 압력에서 수행되는 염수의 담수화 방법.
The method according to claim 1, Reverse osmosis process is a desalination method of brine is carried out at a pressure of 15 to 20 atm.
반투막에 의해 삼투 유도 용액 공간 및 염수 공간으로 구분되어 있고, 상기 삼투 유도 용액 공간에 연결된 제1투입구 및 상기 염수 공간에 연결된 제 2 투입구를 일 측에 포함하는 정삼투 반응기;
일 측이, 상기 정삼투 반응기의 타 측과 연결되어 있고, 상기 정삼투 반응기에서 전달되는 유도 용액을 냉각하여 상기 유도 용액에 포함된 유도 용질의 적어도 일부를 석출시키는 냉각 반응기; 및
역삼투막에 의해 유도 용액 공간 및 담수 공간으로 구분되어 있고, 상기 유도 용액 공간의 일 측이, 상기 냉각 반응기의 타 측과 연결되어 상기 냉각 반응기에서 전달되는 유도 용액을 역삼투압에 의해 담수화하여 상기 담수 공간의 담수 배출구로 배출하는 역삼투 반응기를 포함하는 담수화 장치.
A forward osmosis reactor divided into an osmotic induction solution space and a saline space by a semi-permeable membrane, the forward osmosis reactor including a first inlet connected to the osmotic induction solution space and a second inlet connected to the brine space;
One side is connected to the other side of the forward osmosis reactor, the cooling reactor for cooling the induction solution delivered in the forward osmosis reactor to precipitate at least a portion of the induction solute contained in the induction solution; And
It is divided into an induction solution space and a fresh water space by a reverse osmosis membrane, and one side of the induction solution space is connected to the other side of the cooling reactor to desalination of the induction solution delivered from the cooling reactor by reverse osmosis. Desalination apparatus comprising a reverse osmosis reactor for discharging to the fresh water outlet.
제 6 항에 있어서, 상기 냉각 반응기에서 상기 석출된 유도 용질을 상기 정삼투 반응기의 제1투입구에 전달하는 제1 순환관을 더 포함하는 담수화 장치.
7. The desalination apparatus according to claim 6, further comprising a first circulation pipe for transferring the precipitated inducing solute in the cooling reactor to the first inlet of the forward osmosis reactor.
제 6항에 있어서, 상기 역삼투 반응기의 상기 유도 용액 공간 타 측에 연결되어, 담수화를 수행하고 잔류하는 유도 용액을 상기 정삼투 반응기의 제 1 투입구로 순환시키는 제2순환관을 더 포함하는 담수화 장치.
The desalination of claim 6, further comprising a second circulation pipe connected to the other side of the induction solution space of the reverse osmosis reactor to perform desalination and circulate the remaining induction solution to the first inlet of the forward osmosis reactor. Device.
제 6 항에 있어서, 상기 정삼투 반응기의 염수 공간 타 측에 연결되어, 농축된 염수를 배출하는 담수 배출구를 더 포함하는 담수화 장치.The desalination apparatus according to claim 6, further comprising a freshwater outlet connected to the other side of the brine space of the forward osmosis reactor to discharge concentrated brine.
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