KR100911456B1 - 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응집제인 티타늄화합물을 이용하여 유/무기물을 제거한 염수를 분리막을 이용하여 탈염처리함으로써 파울링 및 스케일 형성을 방지하여 탈염처리효율이 증대된 염수의 탈염화 방법에 관한 것이다.

본 발명은 염수에 포함된 이물질 또는 부유물을 제거하는 전처리 단계와, 전처리단계에서 전처리된 염수에 가수분해성 티타늄 화합물을 첨가하여 상기 염수에 포함된 유/무기물과 상기 티타늄 화합물이 응집반응에 의해 응집체를 형성하는 응집체형성단계와, 응집체형성단계에서 형성된 응집체를 상등액과 분리하는 응집체분리단계와, 응집체분리단계에서 분리된 응집체를 소결하여 티타늄산화물을 회수하는 티타늄산화물회수단계와, 응집체분리단계에서 응집체를 분리하고 남은 상등액을 막 모듈을 통과시켜 탈염처리하는 막여과단계를 포함한다.

응집제, 탈염, 담수화, 해수, 이산화티탄, 티탄화합물, 파울링, 스케일

Description

티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법{Method for desalinating salt-containing water using titanium coagulant}

본 발명은 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 응집제인 티타늄화합물을 이용하여 유/무기물을 제거한 염수를 분리막을 이용하여 탈염처리함으로써 파울링 및 스케일 형성을 방지하여 탈염처리효율이 증대된 담수화 방법에 관한 것이다.

최근에는 막분리에 의한 수처리는 많은 응용 분야에 걸쳐 이용되는 추세이다. 면서 성장중에 있는 공정이다. 현재의 막분리 공정에 이용되고 있는 것은 정밀여과(micro filtration), 한외여과(ultra filtration), 나노여과(nano filtration), 역삼투(reverse osmosis) 등이 있다.

이러한 분리 막들은 각각의 기공 크기와 재질 및 용도에 따라서 사용 용도에 제한을 지니는데, 특히 해수의 담수화 처리에는 전처리 과정에는 정밀여과막이나 한외여과막, 탈염처리 과정에는 역삼투막 또는 나노여과막이 주로 사용된다.

특히, 역삼투막을 이용한 해수 탈염화는 여러 분야에서 사용될 수 있는 데, 이는 담수를 제조하는 데 필요한 에너지의 소비가 낮으면서 고품질의 담수를 얻을 수 있기 때문이다.

역삼투막 분야의 연구는 주로 분리막의 수 투과량 증가나 염 제거율 향상을 주 목적으로 한 것으로서, 대표적인 예로서, 미국특허 4,872,984의 토마쉬케(Tomashke)나, 미국특허 4,983,291의 챠우(Chau) 등은 수투과량 증가와 염제거율의 향상을 이룰 수 있는 새로운 폴리아마이드 역삼투 복합막을 제시하였다.

하지만 역삼투 분리막을 사용한 수처리 공정에서는 시간이 지남에 따라 분리막을 통과하지 못하는 유기물 및 수 투과량이나 염제거율 같은 수투과 특성이 저하되는 현상인 파울링(fouling)이 발생하고 있어, 수처리 시설의 운영비용 중 가장 많은 비용이 이러한 파울링에 따른 손실처리 및 파울링 방지에 사용되고 있는 실정으로서, 이에 대한 근본적인 방지책에 대한 연구가 필요한 실정이다.

그러나 막파울링은 막여과 운전과 비용효율화를 위해 여전히 해결해야 할 과제로 남아있는 주요한 사항이다. 이미 알려진 대로 막파울링은 물 생산의 저속화를 이끌고 압력을 많이 요구하게 되며, 막 자체의 소모를 촉진시키기도 하고 막여과수의 수질을 악화시키기도 한다. 게다가 막파울링은 농도분극현상을 일으켜서 막 운전에 있어 매우 중요한 물리적 제거 기작을 떨어뜨린다.

나노여과막은 표면에 음전하를 띄고 있어 표면이 보다 친수성이고 느슨한 구조로 되어 있어 역삼투막에 비해 높은 투수성을 나타낸다. 또한, 표면의 음전하 때문에 소수성인 콜로이드, 오일, 단백질, 또는 다른 유기물들에 의한 파울링(fouling)이 역삼투막보다는 상대적으로 적은 편이다.

상기와 같이 역삼투막이나 나노여과막에서 파울링을 야기시키는 원인 물질은 형태에 따라 무기결정질 파울링, 유기물 파울링, 입자 및 콜로이드 파울링, 미생물 파울링의 형태로 나뉜다.

이러한 파울링을 줄이기 위해서 원수의 전처리, 분리막 표면의 전기적 성질 개질, 모듈 공정 조건 개질, 주기적 클리닝 등의 방법이 널리 이용되고 있다. 특히 역삼투막에서 발생하는 파울링 중 미생물에 의한 파울링의 경우 염소와 같은 살균제의 처리에 의해 미생물에 의한 파울링이 현격히 감소했다는 보고가 있다. 하지만 염소의 경우, 발암 물질 등의 부산물을 발생시키므로 식수를 생산하는 공정에 그대로 적용하기에는 많은 문제점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.

콜로이드 파울링은 여과 유속에는 즉각적인 감소현상을 나타내지 않았지만 염과 저분자량의 유기물질의 제거율에는 매우 빠른 감소를 나타냈다. 그러므로 역삼투막 여과시설을 효율적으로 운전하기 위해서는 콜로이드에 의한 막파울링을 최대한 최소화해야 양질의 여과수를 장시간에 걸쳐 생산할 수 있다.

파울링 방지를 위해 공급되는 해수에 응집제를 이용하여 유무기물을 제거하는 기술이 공지되어 있다.

막에서의 칼슘 파울링 방지를 위해 분리막에 공급되는 해수에 염산이나 황산 응집제를 첨가하여 칼슘을 응집시킨다. 이 경우 원수의 경도 성분이 많으면 막에 스케일이 발생하기 쉬워 pH를 조정한다. 그리고 실리카 스케일을 방지하기 위해 황산알루미늄, PAC등의 응집제를 사용하여 어느정도 파울링현상을 방지할 수 있다.

하지만 상기의 종래 방법들은 pH를 조절하기 위해 산을 첨가해주어야 하는 번거로움이 있다. 또한, 첨가된 응집제가 회수되지 아니함으로써 응집제에 의한 이 차적 환경오염의 우려가 있고, 자원의 이용율을 감소시켜 결국 해수의 탈염화 처리비용을 증가시킨다.

한편, TiO₂ 는 최근 들어 가장 많는 주목을 받고 있는 광촉매로서 자외선이나 태양광 아래에서 미생물을 살균하고 유기물을 분해하는 특성을 지니고 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 항균 특성을 이용해서 포장용 필름, 보관함, 벽지, 시트, 자동차 내장재, 램프, 보안경, 에어컨, 전자레인지, 바닥재, 냉장고 등에 적용한 많은 사례들이 특허나 논문 등에 발표되어 있다.

또한, 수처리 공정에서도 TiO₂ 를 분말형태로 직접 물속에 분산시켜 유기물을 분해하고 미생물을 살균하는 기술이 공지되어 있는데, 이와같이 TiO₂ 를 이용한 기존의 수처리 공정은 유해한 부산물의 생산 없이 물 속에 존재하는 유기물과 미생물을 분해할 수 있다는 특성 때문에 수 처리 공정에의 응용가능성에 대하여 많은 연구가 지속되고 있다.

그러나, 이러한 TiO₂ 입자를 물에 첨가시켜 광분해 시키는 수처리 공정은 입자를 다시 회수해야 하는 부차적인 공정을 필요로 한다는 점과 입자의 재활용이 어렵다는 문제점을 가지고 있어, 아직 전면적으로 수처리 공정에 응용되지는 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서 염수에 응집제를 첨가하여 염수 중의 유/무기물 및 미생물을 제거하여 파울링을 방지하여 수처리 효율을 향상시킬 수 있는 염수의 탈염화 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 염수에 첨가된 응집제를 다시 회수하여 환경오염을 방지하고 자원을 재활용할 수 있는 탈염화 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법은 염수에 포함된 이물질 또는 부유물을 제거하는 전처리 단계와; 상기 전처리단계에서 전처리된 염수에 가수분해성 티타늄 화합물을 첨가하여 상기 염수에 포함된 유/무기물과 상기 티타늄 화합물이 응집반응에 의해 응집체를 형성하는 응집체형성단계와; 상기 응집체형성단계에서 형성된 응집체를 상등액과 분리하는 응집체분리단계와; 상기 응집체분리단계에서 분리된 응집체를 소결하여 티타늄산화물을 회수하는 티타늄산화물회수단계와; 상기 응집체분리단계에서 응집체를 분리하고 남은 상등액을 막 모듈을 통과시켜 탈염처리하는 막여과단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 막여과단계에서 상기 상등액을 상기 막모듈에 통과시키기 전에 상기 티타늄산화물회수단계에서 회수된 티타늄산화물을 이용하여 반응조 내면에 광촉매 코팅층을 형성시켜 상기 반응조에 상기 상등액을 통과시키면서 자외선 광을 조사하는 자외선광조사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 응집체형성단계의 티타늄 화합물은 티타늄 트리클로라이드, 티타늄 테트라클로라이드, 티타닐 설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄 옥시설페이트 및 티타늄 철 설페이트를 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 티타늄산화물회수단계에서 소결은 500 내지 800℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법에 의하면 염수에 응집제로서 가수분해성 티타늄화합물을 첨가하여 염수 중의 유/무기물 을 제거하여 파울링을 방지하여 수처리 효율을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다.

또한 응집제로 사용한 티타늄화합물은 티타늄산화물의 형태로 회수됨으로써 이차적 환경오염을 방지하고 자원을 재활용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응집제를 이용한 해수의 탈염화 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수의 탈염화 공정을 나타낸 공정도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 해수를 탈염화시켜 담수처리하는 담수화 공정을 설 명한다.

담수화 공정에 이용되는 담수화 장치는 크게 해수 중의 이물질이나 부유물질을 여과하는 전처리부(10)와, 전처리부에서 전처리된 해수에 응집제를 첨가하여 유/무기물을 제거하는 응집처리부(40)와, 응집처리부(40)에서 응집처리된 해수를 담수처리하는 탈염처리부(50)와, 탈염처리된 담수를 후처리하는 후처리부(70)를 가진다.

전처리부(10)는 취수지로부터 취수된 해수가 취수라인(11)을 통해 이송되어 저장되는 해수저장조(13)와, 저압펌프(15)에 해수저장조(13)로부터 이송된 해수가 여과되는 전처리 여과기(20)를 가진다.

상기의 전처리부(10)의 해수 전처리과정은 하기와 같다.

먼저, 취수지와 해수저장조(13)를 연결하는 취수라인(11)에 설치된 취수펌프(미도시)에 의해 해수를 취수지로부터 취수하여 해수저장조(13)에 저장한다. 해수저장조(13)에 해수가 저장되면 저압펌프(15)에 의해 해수라인(17)을 통하여 해수가 전처리여과기(20)로 이송되어 전처리과정을 수행하게 된다. 전처리 여과기(20)는 하나 또는 둘 이상의 여과기로 구성될 수 있다.

전처리 여과기(20)는 모래와 활성탄에 의해 1차적으로 입자가 큰 이물질이나 부유물을 여과하는 자동압력식 여과기(21)와, 자동압력식 여과기(21)에서 1차로 여과된 해수를 마이크로필터에 의해 잔존부유물을 2차 및 3차로 여과하는 정밀여과기(23)(25)로 이루어진다.

따라서 해수저장조(13)에 저장된 해수는 자동압력식 여과기(21)의 모래층을 통과하면서 해수 중의 부유물질 및 고형물이 제거되고 활성탄에 의해 잔존 B.O.D., C.O.D., 질소, 중금속 제거 및 탈색·탈취가 된다. 자동압력식 여과기(21)는 여과탱크의 상부에 침적된 이물질을 주기적으로 역세척하여 외부로 방류될 수 있도록 구성된다. 그리고 세공크기가 0.1∼10㎛의 크기를 가지는 마이크로 필터로 이루어진 2개의 정밀 여과기(23)(25)를 순차로 통과하면서 미세불순물이 제거된다.

응집처리 공정은 전처리단계에서 전처리된 염수에 가수분해성 티타늄 화합물을 첨가하여 해수에 포함된 유/무기물과 티타늄 화합물이 응집반응에 의해 응집체를 형성하는 응집체형성단계와, 응집체형성단계에서 형성된 응집체를 상등액과 분리하는 응집체분리단계와, 응집체분리단계에서 분리된 응집체를 소결하여 티타늄산화물을 회수하는 티타늄산화물회수단계로 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이 전처리된 해수가 응집조(41)로 공급되고, 여기에 응집제로서 가수분해성 티탄화합물이 첨가된다. 가수분해성 티탄화합물의 첨가량은 해수에 함유된 유/무기물의 양에 따라 적절히 선택될 수 있다.

그리고 해수의 pH를 적절한 범위를 조정하기 위한 산성 또는 염기성 화합물이 상기 티탄화합물의 첨가 전에 또는 상기 티탄화합물과 함께 첨가될 수 있다.

응집조(41)는 다양하게 구성될 수 있으며, 이것은 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되어 있다.

가수분해성 티탄화합물을 전처리된 해수에 첨가하면 가수분해되어 유기화합물 또는 콜로이드상의 무기물과 응집반응을 한다. 이러한 응집반응에 의해 응집체(43)가 생성된다.

응집제로서 유용한 가수분해성 티탄화합물의 예로는 가수분해성 티타늄 화합물은 통상 염화염, 황산염의 형태로 제공된다. 구체적으로 가수분해성 티타늄 화합물의 예로는 티타늄 트리클로라이드, 티타늄 테트라클로라이드, 티타닐 설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄 옥시설페이트 및 티타늄 철 설페이트를 들 수 있다. 이들 가수분해성 티타늄 화합물은 해수의 용존 유기물과의 응집효율이 높고, 해수의 처리 효율을 추가적으로 증진시키는 이점을 제공한다.

또한, 상기의 티타늄화합물에 철 응집제나 알루미늄 응집제를 혼합하여 사용할 수 있다.

응집제의 처리에 의해 응집체(2)가 형성된 응집액으로부터, 상기 응집체(43)와 상등액이 분리된다.

얻어진 응집체(43)는 소결공정을 통해 무기산화물인 이산화티탄으로 회수된다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 가수분해성 티타늄 화합물과 유기물의 응집체는 소결을 통해 이산화티탄을 제공하며, 이때의 소결온도는 500 내지 800℃인 것이 바람직하다.

소결온도가 500℃ 미만인 경우 소결이 제대로 수행되지 않고 흑색 소결체가 얻어진다. 그리고 소결온도가 800℃를 초과하는 온도에서 소결을 수행하는 것은 에너지 효율 측면에서 비효율적이다.

특히 소결온도가 600℃인 것이 바람직하다. 600℃에서의 소결에 의해 얻어진 이산화티탄은 백색을 갖고, X-선 회절 테스트에서 아나타제 결정구조를 가졌다.

그리고 응집체와 분리된 상등액으로 이루어진 해수는 탈염화시키기 위해 다 음 공정인 탈염처리공정으로 보내진다.

탈염처리공정이 수행되는 탈염처리부(50)는 상기 응집체가 제거된 상등액인 해수를 고압을 가하여 이송시키는 고압펌프(51)와, 고압펌프(51)에 의해 이송되는 해수를 담수처리하는 역삼투막 모듈(53)로 이루어진다.

상기 탈염처리부(50)의 탈염처리과정은 하기와 같이 수행된다.

응집처리된 해수는 고압펌프(51)에 의해 역삼투압 이상의 압력으로 역삼투 막 모듈(53) 측으로 이송된다. 역삼투 막 모듈(53)은 해수에 용해되어 있는 이온성 물질은 배제시키고 순수한 물은 통과시켜 반투막인 역삼투막에 의해 해수를 담수화하는 것이다. 해수에서 이온성 물질과 순수한 물을 분리시키기 위해서는 삼투압 이상의 높은 압력을 필요로 하는 데 이때의 압력을 역삼투압이라 한다. 따라서 고압펌프(51)는 역삼투압 이상의 압력으로 해수를 가압하여 역삼투막으로 이송시키게 된다.

역삼투 막 모듈(53)로 공급되는 해수 중 일부는 역삼투막을 통과하여 저압의 담수로 처리되어 담수라인(56)을 통해 후처리부(70)로 이송되고, 역삼투막을 통과하지 않은 고압의 농축수인 폐수는 폐수라인(57)을 통해 외부로 배출된다.

이 경우 종래의 역삼투막에는 유/무기물에 의한 파울링 현상 및 스케일 발생으로 인해 시간이 지남에 따라 막을 통과하는 처리수의 유량이 줄어든다.

하지만 본 발명의 경우 탈염처리공정 전에 응집제에 의해 유/무기물을 제거함으로써 막의 폐색을 방지하여 담수화되는 처리수의 유량이 줄어드는 것을 방지하므로 처리수의 유량을 일정하게 유지한다.

그리고 역삼투 막 모듈이나 나노여과 막 모듈을 통과시키기 전에 해수에 잔존하는 유기물과 세균을 광분해시키기 위해 자외선광조사단계가 더 수행될 수 있다.

회수된 이산화티탄을 이용하여 반응조의 내측면에 도포하여 광촉매코팅층을 형성한 다음 상기의 반응조로 상등액을 통과시킨다. 이 경우 반응조의 내부에는 광촉매 코팅층을 광활성화시키기 위한 자외선 램프가 설치된다.

이산화티타늄 광촉매는 자외선램프에 의해 자외선광이 조사되면 전자, 전공대가 형성되어 강한 산화력을 가지는 하이드록시 라디칼(-OH)과 슈퍼옥사이드를 생성하고 하이드록시 라디칼과 슈퍼 옥사이드가 유기화합물을 산화 분해시켜 물과 탄산가스로 변화시킨다.

이런 원리로 수중의 유기물이나 오염물질을 산화 분해시켜 무해한 물과 탄산가스로 변화시키고 수중의 오염물질인 유기화합물을 분해시킨다. 또한 세균이나 바이러스도 광촉매의 강한 산화작용에 의해 산화분해되어 살균된다.

그리고 본 발명의 다른 형태로서 자외선광조사단계를 수행할 수 있다. 이는 상등액에는 티타늄 옥사이드와 같은 광활성 화합물이 소량 잔존하게 되는 데, 상기 상등액에 광활성을 부여하기 위해 마이크로웨이브 가열을 수행하고 UV광을 조사하거나 또는 마이크로웨이브와 UV 광을 동시에 조사하여 상기 상등액에 잔존하는 유기물을 광분해시키는 공정이 추가로 수행된다. 이것은 상등액에 잔존하는 유기물의 제거효율을 추가로 증가시키는 이점을 제공한다.

후처리부(70)는 담수라인(56)을 통해 이송되는 담수에 미네랄을 첨가하는 미 네랄첨가장치(71)와, 미네랄이 첨가된 담수가 저장되는 담수저장조(75)로 이루어져 미네랄이 첨가된 담수를 최종적으로 담수저장조(75)에 저장하게 된다. 담수저장조(75)에 저장된 담수는 생활용수 또는 식용수로 공급된다. 후처리과정에서 미네랄첨가장치(71)는 역삼투막 모듈(53)에서 정수처리된 물에 인체에 유익한 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 미네랄을 제공한다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다. 다만, 이들 실시예는 본 발명의 이해를 위해 제시되는 것으로서 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

(실시예1)

먼저, 해수에 포함된 이물질 또는 부유물을 제거하기 위해 상술한 자동압력식 여과기와 2개의 정밀여과기를 통과시켜 전처리 단계를 수행하였다. 그리고 전처리된 염수를 응집조로 이송시켜 응집제인 가수분해성 티타늄 화합물로서 TiCl₄를 10.04 Ti-mg/L을 첨가하여 응집반응에 의해 응집체를 형성하는 응집체형성단계를 수행하였다. 상기에서 얻어진 응집체는 600℃의 온도에서 소결하여 이산화티탄을 회수하였다.

그리고 분리된 상등액은 역삼투 막 모듈을 통과시켜 탈염처리였다. 이때 역삼투 막 모듈은 직경이 4인치이고 막 넓이가 7.0 m² 인 역삼투막 4개를 압력 용기에 장착하여 제공하였다.

(실시예2)

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 탈염화 과정을 수행하되, 응집체가 분리된 상등액을 역삼투막 모듈로 통과시키 전에 응집체로부터 회수된 이산화티탄을 이용하여 반응조의 내측면에 광촉매코팅층을 형성하고, 상기 반응조의 내부로 상등액을 통과시켰다. 이때 반응조의 내부에는 자외선 램프를 설치하여 자외선 광을 조사하였다.

(비교 예 1)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 해수를 탈염화시키되, 응집제로는 가수분해성 철화합물인 FeCl₃ 16.5 Fe-mg/L을 이용하였다.

(비교예2)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 해수를 탈염화시키되, 응집제로는 가수분해성 알루미늄 화합물인 Al₂(SO₄ )₃ㆍ18H₂O 9.6 Al-mg/L을 이용하였다.

(비교예3)

상기 실시 예 1과 동일한 방법으로 해수를 탈염화시키되, 응집처리공정을 수행하지 않았다.

1. 실험예: 용존 유기물의 제거

응집제로서 실시 예 1의 티탄화합물과 비교예 1 및 2의 금속화합물의 해수 중 용존 유기물의 제거 효과를 살펴보았다. 전처리단계를 거쳐 응집조로 공급되는 해수 중의 유기물의 농도는 1.5 mg/L이었으며, pH는 8이었다. 상기의 TiCl₄ , FeCl₃ , Al₂(SO₄ )₃ㆍ18H₂O 에 의한 유기물의 제거율 결과는 도 3에 나타내었다.

도 3을 참조하면, 티탄화합물을 이용하는 경우 해수 중의 유기물은 50%가 제거됨을 알 수 있다. 이에 비해 FeCl₃ 의 경우 초기 유기물 농도의 23.3%가 제거되었고, Al₂(SO₄ )₃ㆍ18H₂O 의 경우 초기 유기물 농도의 31.2%가 제거됨을 알 수 있다.

상기의 결과로부터 해수에 존재하는 유기물의 제거에 티탄화합물이 가장 효율적임을 알 수 있다.

2. 실험예: X선 회절분석

상기의 실시예에 따른 탈염화 방법 수행 중 회수된 티탄산화물의 결정구조를 확인하기 위해 X선 회절분석을 하여 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4의 결과는 600℃에서 소성하여 획득된 티탄산화물은 아나타제(anatase)의 결정상을 갖는 이산화티탄임을 알 수 있다.

3. 실험예: 자외선광조사에 의한 이산화티탄 활성화 실험

상기의 실시예에 따른 탈염화 방법 수행 중 회수된 이산화티탄에 광촉매활성을 살펴보기 위해 자외선광을 조사 조건에서 아세트알데히드의 기상분해실험을 하였다. 자외선 광 조사시간에 따른 아세트알데히드의 농도변화는 GC로 측정하였고 그 결과는 도 5에 나타내었다.

도 5를 참조하면, 초기농도가 2000ppm이던 아세트알데히드의 농도가 시간이 지남에 따라 급격히 감소되어 약 150분 경과 후 99%이상 제거됨을 알 수 있다.

이는 통상적인 상업용으로 널리 이용되는 P-25 TiO₂ 보다 우수하여 본 발명의 실시 예에 의해 회수된 이산화티탄이 해수 중에 함유된 유기물을 분해하고 미생 물을 살균하는 데 효과적임을 알 수 있다.

4. 실험예: 역삼투막에서의 탈염처리 효율

본 발명의 실시예에 따른 해수의 탈염처리 효율을 살펴보기 위해 역삼투 막 모듈을 통과하여 탈염처리되는 처리수의 유량 및 막에서의 스케일 발생여부를 측정하였다.

전처리되어 공급되는 해수는 25℃에서 총 염도 3.5%이고 pH 6.5 이며, 칼슘농도가 약 320mg/L 인 해수를 유량 7m³ /d로 공급하였다. 이때 공급되는 해수의 압력은 1.5 Mpa이고 초기의 역삼투막을 통과하여 탈염처리된 처리수의 유량은 3.85m³ /d 였다. 시간이 경과함에 따른 처리수의 유량은 하기의 표 1에 나타내었다.

구분	유량(m3 /d)					스케일유무
	1일경과후	2일경과후	3일경과후	4일경과후	5일경과후
실시예1	3.64	3.57	3.53	3.46	3.45	없음
실시예2	3.72	3.65	3.61	3.54	3.52	없음
비교예3	3.48	2.83	2.67	2.44	2.16	있음

상기 표 1의 결과를 살펴보면, 실시 예 1 내지 실시예 2의 경우 5일이 경과한 후에도 처리수의 유량이 거의 줄어들지 않아 초기처리유량과 비슷함을 알 수 있다. 특히, 실시 예 2의 경우가 실시 예 1보다 처리유량이 더 많은 것으로 나타났다. 그리고 역삼투막에 칼슘에 의한 스케일이 발생하지 않음을 확인하였다.

이에 반해 비교예 3의 경우 처리수의 유량이 1일이 경과한 후 공급유량의 49.71%인 3.48m³ /d로 줄어들어 5일이 경과한 후에 약 30.8%인 2.163.48m³ /d로 줄어듬을 알 수 있다. 그리고 역삼투막에 스케일이 발생함을 확인할 수 있었다.

상기의 결과로부터 본 발명의 실시 예에 따른 염수의 탈염화 방법은 역삼투 막이나 나노 여과막을 통과하기 전의 해수에 함유된 유/무기물을 제거함으로써 파울링 현상 및 스케일이 발생하는 것을 방지하여 처리효율이 감소되는 것을 효과적으로 방지함을 알 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 등록청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 응집제를 이용한 해수의 탈염화 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 해수의 탈염화 공정을 나타낸 공정도이고,

도 3은 본 발명의 실시 예 및 비교예에 따른 해수 중의 유기물의 제거율을 나타낸 그래프이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탈염화 방법에서 획득된 이산화티탄의 X선 회절분석을 나타낸 그래프이고,

도 5는 4의 이산화티탄의 자외선 광 조사에 의한 아세트알데히드의 기상분해실험의 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (4)

1. 역삼투 막 모듈 또는 나노여과 막 모듈을 이용하여 염수를 담수화하는 방법에 있어서,

   염수에 포함된 이물질 또는 부유물을 제거하는 전처리 단계와;

   상기 전처리단계에서 전처리된 염수에 가수분해성 티타늄 화합물을 첨가하여 상기 염수에 포함된 유/무기물과 상기 티타늄 화합물이 응집반응에 의해 응집체를 형성하는 응집체형성단계와;

   상기 응집체형성단계에서 형성된 응집체를 상등액과 분리하는 응집체분리단계와;

   상기 응집체분리단계에서 분리된 응집체를 소결하여 티타늄산화물을 회수하는 티타늄산화물회수단계와;

   상기 응집체분리단계에서 응집체를 분리하고 남은 상등액을 막 모듈을 통과시켜 탈염처리하는 탈염처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탈염처리단계에서 상기 상등액을 상기 막모듈에 통과시키기 전에 상기 티타늄산화물회수단계에서 회수된 티타늄산화물을 이용하여 반응조 내면에 광촉매코팅층을 형성시켜 상기 반응조에 상기 상등액을 통과시키면서 자외선 광을 조사하는 자외선광조사단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 응집체형성단계의 티타늄 화합물은 티타늄 트리클로라이드, 티타늄 테트라클로라이드, 티타닐 설페이트, 티타늄 설페이트, 티타늄 옥시설페이트 및 티타늄 철 설페이트를 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 티타늄산화물회수단계에서 소결은 500 내지 800℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티타늄 응집제 처리공정을 이용한 담수화 방법.

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