KR101335445B1 - Device and Method for Desalination - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해수담수화 및 정수처리 공정에 적용되는 정삼투공정(Forward Osmosis)과 막증류 공정(Membrane distillation)을 조합한 일체형 담수생산 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 정삼투 막을 이용한 정삼투 공정에서 해수를 담수화하는 과정 중 소요되는 유도용액(Draw solution)을 막증류 장치를 이용하여 회수하고 막증류 과정에 필요한 에너지원을 태양에너지를 이용함으로써, 공정을 단순화하고 저에너지로 담수를 생산할 수 있는 특징을 가진 담수생산 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated freshwater production apparatus and method that combines forward osmosis and membrane distillation applied to seawater desalination and water purification processes, specifically, forward osmosis process using forward osmosis membrane. It is possible to simplify the process and produce fresh water with low energy by recovering the draw solution required during the desalination of seawater using the membrane distillation unit and using the solar energy as the energy source required for the membrane distillation process. It relates to a freshwater production apparatus and method having a.
Description
본 발명은 해수담수화 및 정수처리 공정에 적용되는 정삼투공정(Forward Osmosis)과 막증류 공정(Membrane distillation)을 융합시킨 일체형 담수생산 장치 및 담수생산 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 정삼투 막을 이용한 정삼투 공정에서 해수를 담수화하는 과정 중 소요되는 유도용액(Draw solution)을 막증류 장치를 이용하여 회수하되, 태양에너지를 막증류 과정에 필요한 에너지원으로 이용함으로써, 공정을 단순화하고 저에너지로 담수를 생산할 수 있는 특징을 가진 담수생산 장치 및 이를 이용한 담수생산 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an integrated freshwater production apparatus and a freshwater production method in which forward osmosis and membrane distillation are applied to seawater desalination and water purification processes, and specifically, a forward osmosis membrane is used. The draw solution used during the desalination of seawater in the osmosis process is recovered using a membrane distillation apparatus, but the solar energy is used as an energy source for the membrane distillation process, simplifying the process and producing fresh water with low energy. The present invention relates to a freshwater production apparatus having a feature and a freshwater production method using the same.
정삼투 공정은 역삼투 공정을 이용한 해수담수화 기술에 비해 매우 경제적인 기술로서 역삼투 공정과 마찬가지로 물은 통과시키지만 용질(이온성 물질)은 거의 통과시키지 않는 반투과성 멤브레인을 사용하는 공정이다. 도 1에는 정삼투 공정을 설명하는 개략도가 도시되어 있다. 이러한 정삼투 공정에서는, 운전압력으로 고압펌프에 의한 수리학적 압력을 사용하는 대신 높은 삼투압을 가진 용액을 유도용액(draw solution)으로 사용하기 때문에 에너지 비용을 줄일 수 있다. 유도용액(draw solution)은 높은 삼투압을 가진 용액으로 정삼투 공정의 운전압력을 만들어 내는 용액이다. 정삼투 공정에서 유도용액에 의해 발생되는 삼투압은 고압펌프에 의한 수리학적 압력보다 높기 때문에 이론적으로 역삼투 공정보다 높은 투과플럭스와 회수율을 얻을 수 있다. 정삼투 공정에 의해 해수를 담수화시키는 기술의 일예로는 아래의 선행기술문헌으로 기재된 대한민국 공개특허 제10-2011-67748호가 있다. The forward osmosis process is a very economical technology compared to the seawater desalination technology using the reverse osmosis process, and similarly to the reverse osmosis process, a semi-permeable membrane that passes water but hardly passes solutes (ionic materials) is used. 1 is a schematic diagram illustrating the forward osmosis process. In this forward osmosis process, energy costs can be reduced because a solution having a high osmotic pressure is used as a draw solution instead of a hydraulic pressure by a high pressure pump as an operating pressure. Draw solution is a solution that has a high osmotic pressure to create the operating pressure of the forward osmosis process. Since the osmotic pressure generated by the induction solution in the forward osmosis process is higher than the hydraulic pressure by the high pressure pump, it is theoretically possible to obtain a higher permeate flux and recovery rate than the reverse osmosis process. An example of a technique for desalination of seawater by the forward osmosis process is Korea Patent Publication No. 10-2011-67748 described in the following prior art document.
일반적으로 역삼투법을 이용한 해수담수화 공정의 회수율의 범위는 30 ~ 50 %로 낮은 수준이며 고농도로 발생되는 농축수의 배출은 심각한 환경문제를 발생시킬 수 있다. 그러나 적절한 유도용액(draw solution)과 멤브레인을 사용한 정삼투 공정에서는 높은 회수율로 공정운전이 가능하기 때문에 이러한 문제를 해결 수 있는 장점이 있다. 또한 정삼투 공정은 해수담수화 이외에 해수의 화학에너지를 회수하는 분야에 적용될 수 있다. 고유가로 인한 에너지 위기가 다가오고 대체 에너지에 대한 수요가 증가하고 있는 상황에서 정삼투 공정을 이용한 해수의 화학에너지 회수는 이산화탄소의 배출이 없고, 풍력, 태양열과 같은 외부 환경요인에 전혀 제약을 받지 않는 친환경 무공해 차세대 기술이다. In general, the recovery rate of the seawater desalination process using reverse osmosis is low, ranging from 30 to 50%, and the discharge of concentrated water generated at high concentrations can cause serious environmental problems. However, in the forward osmosis process using an appropriate draw solution and a membrane, there is an advantage that can solve this problem because the process operation is possible with a high recovery rate. In addition, the forward osmosis process can be applied to the field of recovering chemical energy of seawater in addition to seawater desalination. In the face of the rising energy crisis and increasing demand for alternative energy, the chemical energy recovery of seawater using the forward osmosis process has no carbon dioxide emissions and is not limited by external environmental factors such as wind and solar power. Eco-friendly, next generation technology.
한편, 막증류 공정은, 해수담수화에 널리 사용되고 있는 역삼투공정과는 달리 소수성 고분자 합성 분리막을 이용한다. 도 2에는 막증류 공정을 설명하는 개략도가 도시되어 있다. 60-90℃가 되는 수용액이 소수성막을 거치면 액상의 비휘발성 용매는 막표면에서 반발되고 막기공에서 일어나는 증기상만이 기공을 투과하기 때문에, 용매가 막투과부에서 곧바로 응축된다. 이 때, 막증류의 추진 구동력은 온도차인데, 그와 동시에 증기압 차가 수반되어 상분리를 촉진시킨다. 즉, 막증류 공정에서는 증류(distillation)보다 낮은 온도 및 역삼투(reverse osmosis)보다 낮은 압력의 운전 조건을 이용하므로, 막증류 공정은 열병합 발전소나 모든 화학공정에서 발생하는 폐열을 이용하여 폐수 처리, 보일러(boiler) 공급액의 탈염 등에 효과적으로 사용되고 있다. 특히 일조량이 많은 도서지역에서는 태양열을 이용한 막증류 공정에 의해 해수담수화가 가능하다. 막증류 공정에서는 다공성의 소수성 막(membrane)을 사용해야 하는데, 이러한 소수성 막의 소재로는 PTFE, PP, PVDF 등을 사용할 수 있다.On the other hand, the membrane distillation process, unlike the reverse osmosis process is widely used for seawater desalination, it uses a hydrophobic polymer composite membrane. 2 is a schematic illustrating the membrane distillation process. When the aqueous solution at 60-90 ° C. passes through the hydrophobic membrane, the liquid nonvolatile solvent is repelled at the membrane surface, and only the vapor phase in the membrane pores penetrates the pores, so that the solvent condenses immediately at the membrane permeate. At this time, the driving force of the membrane distillation is a temperature difference, and at the same time, a vapor pressure difference is accompanied to promote phase separation. In other words, the membrane distillation process uses operating conditions at temperatures lower than distillation and pressures lower than reverse osmosis, so the membrane distillation process uses waste heat generated from cogeneration plants or all chemical processes, It is effectively used for desalination of boiler feed liquids. In particular, desalination can be achieved by membrane distillation using solar heat in islands with high sunshine. In the membrane distillation process, a porous hydrophobic membrane (membrane) should be used. As the material of the hydrophobic membrane, PTFE, PP, PVDF, etc. may be used.
종래의 정삼투 공정은 담수를 생산하기 위한 유도용액을 몰농도가 높고 휘발성이 강한 유도용액을 사용하여 정삼투 모듈에서 해수에 포함된 담수를 포집한 다음에 열을 가하여 유도용액과 담수를 분리하는 과정을 거쳤으나, 유도용액의 회수율이 낮아서 음용수로 활용하기에 부적절한 기술적 특성을 가지고 있었다. 또한, 유도용액을 회수하기 위하여 가열을 해야 하기 때문에 에너지 소비가 크다는 기술적인 단점을 가지고 있었다. In the conventional forward osmosis process, an induction solution for producing fresh water is used to collect fresh water contained in the seawater in the forward osmosis module by using an induction solution having high molarity and high volatility, and then applying heat to separate the induction solution and fresh water. Although it went through the process, the recovery rate of the induction solution was low, so it had an inadequate technical characteristic to be used as drinking water. In addition, it has a technical disadvantage that the energy consumption is high because the heating to recover the induction solution.
따라서 정삼투 공정의 효율을 높이고 안정적인 음용수의 생산을 위해서는 보다 효율적인 유동용액 회수 방법이 고려되어야 하나 아직까지 효과적으로 유도용액을 회수하는 방법이 제시되지 않고 있다. Therefore, in order to increase the efficiency of the forward osmosis process and produce stable drinking water, a more efficient fluid solution recovery method should be considered.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 해수담수화 공정에 적용되는 정삼투 공정에서 유도용액을 효율적으로 회수하기 위하여 막증류 공정을 융합하고, 이러한 정삼투 공정을 수행하는 모듈과 막증류 공정을 수행하는 모듈을 일체화함으로써, 부피를 줄임으로써 부지절감 효과와 더불어 장치의 단순화에 의한 경비 절감 효과를 발휘할 수 있으며, 막증류 공정에 필요한 열을 태양에너지를 이용함으로써 저비용으로 고효율의 해수담수화 효과를 발휘할 수 있는 담수생산 장치 및 담수생산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above, specifically, fusing the membrane distillation process in order to efficiently recover the induction solution in the forward osmosis process applied to seawater desalination process, such forward osmosis process By integrating the module to perform the membrane distillation process with the module to perform, it is possible to reduce the site and reduce the cost by simplifying the device by reducing the volume, and low cost by using solar energy for the heat required for the membrane distillation process. It is an object of the present invention to provide a fresh water production apparatus and a fresh water production method that can exhibit a high efficiency seawater desalination effect.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 정삼투 모듈, 유도용액 저장조, 막증류 모듈과 태양열 발열판이 일체형으로 구성되어 부지절감, 제작경비 감소 및 저에너지의 특징을 가지는 해수담수화 기술을 제공하며, 유도용액의 회수율을 높여서 안정적인 담수의 생산 효과를 발휘할 수 있는 기술이 제공된다. In order to achieve the above object, in the present invention, forward osmosis module, induction solution storage tank, membrane distillation module and solar heat generating plate is integrally configured to provide a seawater desalination technology having the characteristics of site saving, manufacturing cost reduction and low energy, induction It is possible to increase the recovery rate of the solution to provide a technique for producing a stable fresh water production effect.
구체적으로 본 발명에서는 해수로부터 담수를 생산하는 담수생산 장치로서, 정삼투 공정을 수행하는 정삼투 모듈과, 유도용액에 대해 막증류 공정을 수행하는 막증류 모듈이 하나의 장치로 일체화되어 있는데; 상기 정삼투 모듈은, 선택적 투과성질을 가지고 있는 정삼투 막을 구비하고 있어서, 상기 정삼투 막에 의하여 해수가 공급되는 유입수 공급부와, 유도용액이 유입되는 유도용액 공급부로 구분되며; 상기 막증류 모듈은, 소수성 성질을 가지는 막증류 막을 구비하고 있어서, 상기 막증류 막에 의해 상기 막증류 모듈은 유도용액 가열부와, 생산수 수집부로 구분되고; 상기 유도용액 가열부에는 태양에너지를 모아서 막증류 공정에 열을 공급하게 되는 태양열 발열판이 구비되어 있으며; 상기 유입수 공급부로 해수가 공급되고, 상기 유도용액 공급부로 유도용액이 공급되어, 정삼투 막에서 정삼투작용이 일어나게 되어, 담수가 정삼투 막을 통과하여 유도용액 공급부로 유입되며, 담수가 유입되어 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 가열부로 공급되고, 태양열 발열판을 통해 얻어진 열을 에너지원으로 하여 막증류 막에 의한 막증류 과정에 의해, 유도용액 가열부의 유도용액으로부터 담수가 막증류 막을 통과하여 생산수 수집부로 모이게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치가 제공된다. Specifically, in the present invention, as a freshwater production device for producing fresh water from seawater, an forward osmosis module performing a forward osmosis process and a membrane distillation module performing a membrane distillation process for an induction solution are integrated into one device; The forward osmosis module is provided with an forward osmosis membrane having a selective permeability, and is divided into an inflow water supply portion through which seawater is supplied by the forward osmosis membrane, and an induction solution supply portion through which an induction solution is introduced; The membrane distillation module includes a membrane distillation membrane having a hydrophobic property, and the membrane distillation module is divided into an induction solution heating unit and a production water collection unit by the membrane distillation membrane; The induction solution heating unit is provided with a solar heating plate that collects solar energy and supplies heat to the film distillation process; Sea water is supplied to the inflow water supply unit, and an induction solution is supplied to the induction solution supply unit, so that the forward osmosis occurs at the forward osmosis membrane, and fresh water flows into the induction solution supply unit through the forward osmosis membrane, and the fresh water is introduced and mixed. The induced induction solution is supplied to the induction solution heating unit, and by the film distillation process of the membrane distillation membrane using heat obtained through the solar heating plate as an energy source, fresh water from the induction solution of the induction solution heating unit passes through the membrane distillation membrane to produce water. Provided is a convergent integrated freshwater production apparatus of a forward osmosis process and a membrane distillation process having a configuration that is collected in a collecting unit.
아울러, 본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 상기한 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치를 이용하여 담수를 생산하는 방법이 제공된다. In addition, the present invention provides a method for producing fresh water using the fusion-type integrated freshwater production apparatus of the forward osmosis process and the membrane distillation process in order to achieve the above object.
본 발명에 의하면, 본 발명에 의하면, 기존의 해수담수화 공정에 적용되는 역삼투 공정은 고압의 압력이 필요하여 높은 에너지 소비가 필요하지만, 정삼투 공정을 적용함으로써 용액의 농도차를 이용하여 해수에서 담수를 생산하기 때문에 낮은 에너지로 담수를 생산할 수 있으며, 정삼투 공정에 적용되는 유도용액을 일체형의 막증류 공정을 적용함으로써, 유도용액을 지속적으로 공급가능하며, 따라서 담수 생산의 안정성과 효율성을 확보할 수 있다.According to the present invention, according to the present invention, the reverse osmosis process applied to the existing seawater desalination process requires high pressure and high energy consumption, but by applying the forward osmosis process in the seawater using the concentration difference of the solution Since fresh water is produced, it is possible to produce fresh water with low energy, and by applying an integrated membrane distillation process to the induction solution applied in the forward osmosis process, it is possible to continuously supply the induction solution, thus securing stability and efficiency of fresh water production. can do.
또한, 막증류 공정에 필요한 열을 일체형의 태양열 발열판을 이용함으로써, 기존 기술과 비교할 때 매우 낮은 에너지로 담수를 생산할 수 있는 효과가 있다. In addition, by using the integrated solar heat generating plate heat required for the film distillation process, there is an effect that can produce fresh water with very low energy compared to the existing technology.
특히, 종래의 개별적인 공정을 일체형으로 구성함에 따라 장치를 단순화하고 부피를 줄임으로써, 비용절감효과를 아울러 확보할 수 있는 효과가 있다. In particular, by configuring the conventional individual process as an integrated unit, by simplifying the device and reducing the volume, there is an effect that can be secured with the cost-saving effect.
따라서 본 발명은 해수가 존재하는 환경에서 순환펌프만 가동시켜 주면 태양열을 이용하여 자동으로 해수를 담수화할 수 있는 특징을 가지고 있다. Therefore, the present invention has a feature of automatically desalination of seawater using solar heat if only a circulating pump is operated in an environment where seawater exists.
도 1은 정삼투 공정을 설명하는 개략도이다.
도 2는 막증류 공정을 설명하는 개략도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치에 구비된 정삼투 모듈과 막증류 모듈의 조립체를 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 3에서 각종 용액 공급라인이 추가적으로 도시되어 있는 개략도이다.
도 6은 본 발명에 다른 일체식 담수생산 장치의 개략적인 구성도이다.
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 일체식 담수생산 장치에 의해 담수가 생산되는 과정을 정삼투 공정과 막증류 공정으로 구분하여 설명하는 개략적인 흐름도이다. 1 is a schematic diagram illustrating a forward osmosis process.
2 is a schematic diagram illustrating a membrane distillation process.
3 and 4 are schematic perspective views showing different directions of the assembly of the forward osmosis module and the membrane distillation module provided in the fusion-type integrated freshwater production apparatus of the forward osmosis process and the membrane distillation process using solar energy according to the present invention, respectively. to be.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating various solution supply lines in FIG. 3.
6 is a schematic configuration diagram of an integrated freshwater production device according to the present invention.
7 and 8 are schematic flow charts illustrating the process of freshwater production by the integrated freshwater production apparatus according to the present invention divided into a forward osmosis process and a membrane distillation process.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is to be understood that the technical idea of the present invention and its essential structure and operation are not limited thereby.
도 3 및 도 4에는 각각 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치(이하, "일체식 담수생산 장치"라고 약칭함)(1)에 구비된 정삼투 모듈과 막증류 모듈의 조립체를 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3에서 각종 용액 공급라인이 추가적으로 도시되어 있는 개략도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명에 다른 일체식 담수생산 장치의 개략적인 단면 구성도가 도시되어 있다. 3 and 4, respectively, in the forward osmosis process and membrane distillation process using the solar energy in accordance with the present invention, the integrated integral freshwater production apparatus (hereinafter referred to as "integrated freshwater production apparatus") (1) A schematic perspective view is shown showing the assembly of the osmosis module and the membrane distillation module in different directions, and FIG. 5 is a schematic view showing various solution supply lines in FIG. 3, and FIG. A schematic cross-sectional schematic diagram of an integrated fresh water production apparatus is shown.
도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 일체식 담수생산 장치(1)는, 정삼투 공정을 수행하는 정삼투 모듈(100)과, 유도용액에 대해 막증류 공정을 수행하는 막증류 모듈(200)이 하나의 장치로 일체화되어 있는 구성을 가진다. As shown in the drawings, the integrated freshwater production apparatus 1 according to the present invention includes a
구체적으로 상기 정삼투 모듈(100)에는 선택적 투과성질을 가지고 있는 정삼투 막(2)을 구비하고 있으며, 상기 정삼투 막(2)에 의하여 해수가 공급되는 유입수 공급부(13)와, 유도용액이 유입되는 유도용액 공급부(12)로 구분된다. 즉, 정삼투 모듈(100)은 그 내부가 정삼투 막(2)을 사이에 두고 유입수 공급부(13)와 유도용액 공급부(12)가 형성되어 있는 것이다. 상기 유입수 공급부(13)에는 해수공급라인(130)이 연통되어 상기 해수공급라인(130)을 통해서 해수가 공급되는데, 해수의 공급을 위해 상기 연통된 해수공급라인(130)에는 해수를 저장하는 유입수 저장조(3) 및 유입수 순환펌프(4)가 구비될 수 있다. 한편, 상기 유도용액 공급부(12)에는, 유도용액 공급라인(120)이 연통되어 있다. 또한 유도용액 공급부(12)에는 유도용액을 배출하는 유도용액 배출라인(210)이 연통되어 있다. 상기 유도용액 배출라인(210)에는 유도용액 순환펌프(11)가 구비될 수 있으며, 상기 유도용액 배출라인(210)은 후술하는 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)와 연통되어 있다. Specifically, the
유입수 저장조(3) 및 유입수 순환펌프(4)를 거쳐 해수공급라인(130)을 통해서 상기 유입수 공급부(13)로 해수가 공급되고, 상기 유도용액 공급라인(140)을 통해서 유도용액 공급부(12)로 유도용액이 공급되면 정삼투 막(2)에서 정삼투작용이 일어나게 되어, 담수가 정삼투 막(2)을 통과하여 유도용액 공급부(12)로 유입되고, 유도용액 공급부(12)로 공급되어 있던 유도용액과 상기 정삼투 막(2)을 통과한 담수가 혼합된다. 담수가 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 순환펌프(4)에 의해 순환하여 유도용액 배출라인(210)을 통해서 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)로 공급된다. Seawater is supplied to the inflow
막증류 모듈(200)은, 0.1~0.4 ㎛의 세공을 가지는 소수성 성질을 가지는 막증류 막(21)을 구비하고 있는데, 상기 막증류 막(21)에 의해 상기 막증류 모듈(200)은 유도용액 가열부(24)와, 생산수 수집부(23)로 구분된다. 즉, 상기 막증류 모듈(200)에는, 막증류 막(21)을 사이에 두고 유도용액 가열부(24)와 생산수 수집부(23)가 형성되어 있는 것이다. 상기 유도용액 가열부(24)에는 태양에너지를 모아서 막증류 공정에 열을 공급하게 되는 태양열 발열판(22)이 구비되어 있다. 상기 태양열 발열판(22)은 상기 유도용액 가열부(24)의 벽면을 이루어서 구비될 수 있다. The
도 7 및 도 8에는 각각 본 발명에 따른 일체식 담수생산 장치에 의해 담수가 생산되는 과정을 정삼투 공정과 막증류 공정으로 구분하여 설명하는 개략적인 흐름도가 도시되어 있다. 7 and 8 are schematic flowcharts illustrating the process of freshwater production by the integrated freshwater production apparatus according to the present invention divided into a forward osmosis process and a membrane distillation process.
앞서 설명한 것처럼, 상기 정삼투 모듈(100)에서의 정삼투 과정을 거치면서 담수가 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 순환펌프(11)에 의해 유도용액 배출라인(210)을 통해서 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)로 공급된다. As described above, the induction solution mixed with fresh water through the forward osmosis process in the
유도용액 가열부(24)로 유입된 유도용액은, 약 0.4 ~ 약 0.5 ㎛의 세공을 가지는 소수성 성질의 막증류 막(21)에 의하여 막증류 과정을 거치게 되는데, 유도용액 가열부(24)에는 태양열 발열판(22)이 구비되어 있으므로, 태양열 발열판(22)을 통해 얻어진 열을 이용하여 막증류 막(21)에 의한 막증류 과정에 필요한 에너지원을 공급받게 된다. 즉, 막증류 막(21)에 의한 막증류 과정을 진행하려면 열이 필요한데, 이러한 열을 본 발명에서는 유도용액 가열부(24)의 외면에 구비된 태양열 발열판(22)으로부터 공급받는 것이다. The induction solution introduced into the induction solution heating unit 24 is subjected to a membrane distillation process by a hydrophobic membrane distillation membrane 21 having a pore of about 0.4 to about 0.5 μm, the induction solution heating unit 24 Since the solar
이러한 막증류 막(21)에서의 막증류 과정에 의해, 유도용액에 포함되어 있던 담수는 막증류 막(21)을 통과하여 생산수 수집부(23)로 모이게 되고, 이렇게 모인 생산수 수집부(23)는 생산수 배출라인(230)을 통해서 생산수 저장조(28)로 보내어진다. By the membrane distillation process in the membrane distillation membrane 21, the fresh water contained in the induction solution passes through the membrane distillation membrane 21 and is collected in the production
한편, 막증류 막(21)에서의 막증류 과정에 의해 담수가 빠져나간 유도용액은 유도용액 공급라인(140)을 통해서 다시 정삼투 모듈(100)의 상기 유도용액 공급부(12)로 공급된다. 즉, 상기 정삼투 모듈(100)의 유도용액 공급부(12)에 연통된 유도용액 공급라인(140)은, 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)에도 연통되어 있는 것이다. 따라서 유도용액 가열부(24)에서의 막증류 과정에 의해 담수가 빠져나간 유도용액은 유도용액 공급라인(140)을 통해서 정삼투 모듈(100)의 유도용액 공급부(12)로 다시 공급되는 것이다. 상기 유도용액 공급라인(140)에도 유도용액 순환펌프(11)가 구비될 수 있다. On the other hand, the induction solution from the fresh water by the membrane distillation process in the membrane distillation membrane 21 is supplied to the induction
이와 같이, 본 발명에서는 유도용액은, 정삼투 모듈(100)의 유도용액 공급부(12)로부터 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)로 공급되고, 막증류 공정을 마친 후에는 다시 유도용액 공급부(12)로 되돌아오는 순환흐름을 가지는 것이다. 따라서 유도용액의 손실이 발생하지 않게 되므로, 별도의 유도용액의 보충 없이도 유도용액이 일정한 농도를 유지한 채로 지속적으로 순환하게 된다. As described above, in the present invention, the induction solution is supplied from the induction
또한 본 발명에서는 해수담수화 공정에 적용되는 정삼투 공정에 막증류 공정을 융합함으로써, 유도용액을 효율적으로 회수하여 순환시킬 수 있게 되며, 막증류 공정에 필요한 열을 태양에너지로부터 공급받아 사용하므로, 저비용으로 고효율의 해수담수화 효과를 발휘할 수 있게 된다. In addition, in the present invention, by fusing the membrane distillation process to the forward osmosis process applied to the seawater desalination process, it is possible to efficiently recover and circulate the induction solution, and because the heat required for the membrane distillation process is supplied from solar energy and used, low cost As a result, the seawater desalination effect of high efficiency can be exhibited.
특히, 본 발명에서는 정삼투 공정을 수행하는 정삼투 모듈(100)과, 막증류 공정을 수행하는 막증류 모듈(200)이 하나의 장치로 결합되어 있으므로, 장치의 규모 및 구성이 간소화되는 장점이 있다. In particular, in the present invention, since the
2 : 정삼투 막
100: 정삼투 모듈
200: 막증류 모듈2: forward osmosis membrane
100: forward osmosis module
200: membrane distillation module
Claims (8)
정삼투 공정을 수행하는 정삼투 모듈(100)과, 유도용액에 대해 막증류 공정을 수행하는 막증류 모듈(200)이 하나의 장치로 일체화되어 있는데;
상기 정삼투 모듈(100)은, 선택적 투과성질을 가지고 있는 정삼투 막(2)을 구비하고 있어서, 상기 정삼투 막(2)에 의하여, 해수가 공급되는 유입수 공급부(13)와, 유도용액이 유입되는 유도용액 공급부(12)로 구분되며;
상기 막증류 모듈(200)은, 소수성 성질을 가지는 막증류 막(21)을 구비하고 있어서, 상기 막증류 막(21)에 의하여, 유도용액 가열부(24)와 생산수 수집부(23)로 구분되고;
상기 유도용액 가열부(24)에는 태양에너지를 모아서 막증류 공정에 열을 공급하게 되는 태양열 발열판(22)이 구비되어 있으며;
상기 유입수 공급부(13)로 해수가 공급되고, 상기 유도용액 공급부(12)로 유도용액이 공급되어, 정삼투 막(2)에서 정삼투작용이 일어나게 되어, 담수가 정삼투 막(2)을 통과하여 유도용액 공급부(12)로 유입되며;
태양열 발열판(22)을 통해 얻어진 열을 에너지원으로 하여 막증류 막(21)에 의한 막증류 과정에 의해, 유도용액 가열부(24)의 유도용액으로부터 담수가 막증류 막(21)을 통과하여 생산수 수집부(23)로 모이게 되며;
상기 유입수 공급부(13)에는 해수가 공급되는 해수공급라인(130)이 연통되어 있고;
상기 유도용액 공급부(12)에는 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24)와 연통되어 유도용액을 상기 유도용액 가열부(24)로 배출하여 순환시키는 유도용액 배출라인(210)이 연통되어 있어서, 상기 정삼투 모듈(100)에서의 정삼투작용에 의해 담수가 유입되어 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 배출라인(210)을 통해서 상기 유도용액 공급부(12)로부터 상기 유도용액 가열부(24)로 공급되고;
상기 정삼투 모듈(100)의 유도용액 공급부(12)와 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24) 사이에는 유도용액 공급라인(140)이 구비되어 있어서, 상기 막증류 모듈(200)에서의 막증류 과정에 의해 담수가 빠져나간 유도용액은 상기 유도용액 공급라인(140)을 통해 상기 유도용액 가열부(24)로부터 다시 정삼투 모듈(100)의 상기 유도용액 공급부(12)로 공급되어 순환하게 되는 구성을 가지며;
상기 태양열 발열판(22)은 상기 유도용액 가열부(24)의 벽면을 이루어서 구비되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치.
As freshwater producing device to produce freshwater from seawater,
The forward osmosis module 100 performing the forward osmosis process and the membrane distillation module 200 performing the membrane distillation process for the induction solution are integrated into one device;
The forward osmosis module 100 is provided with a forward osmosis membrane (2) having a selective permeability, by the forward osmosis membrane (2), the inflow water supply portion 13 to which seawater is supplied, and the induction solution It is divided into the induction solution supply portion 12 to be introduced;
The membrane distillation module 200 is provided with a membrane distillation membrane 21 having a hydrophobic property, and the membrane distillation membrane 21 serves as an induction solution heating unit 24 and a production water collection unit 23. Separated;
The induction solution heating part 24 is provided with a solar heat generating plate 22 which collects solar energy and supplies heat to the film distillation process;
The seawater is supplied to the inflow water supply unit 13, the induction solution is supplied to the induction solution supply unit 12, and forward osmosis occurs at the forward osmosis membrane 2, so that fresh water passes through the forward osmosis membrane 2. Flows into the draw solution supply unit 12;
Fresh water is passed through the membrane distillation membrane 21 from the induction solution of the induction solution heating unit 24 by the membrane distillation process by the membrane distillation membrane 21 using heat obtained through the solar heat generating plate 22 as an energy source. Gathered into the production water collection unit 23;
The inflow water supply unit 13 is in communication with the seawater supply line 130 is supplied with sea water;
The induction solution supply unit 12 is in communication with the induction solution heating unit 24 of the membrane distillation module 200 is connected to the induction solution discharge line 210 for discharging the induction solution to the induction solution heating unit 24 to circulate The induction solution mixed with fresh water introduced by the forward osmosis in the forward osmosis module 100 is mixed with the induction solution heating unit from the induction solution supply unit 12 through the induction solution discharge line 210. 24);
An induction solution supply line 140 is provided between the induction solution supply unit 12 of the forward osmosis module 100 and the induction solution heating unit 24 of the membrane distillation module 200, so that the membrane distillation module 200 is provided. Induction solution drained by fresh water by the membrane distillation process from the induction solution supply line 140 through the induction solution heating unit 24 is supplied back to the induction solution supply unit 12 of the forward osmosis module 100 Have a configuration to circulate;
The solar heat generating plate 22 is a fusion-type integrated freshwater production apparatus of the forward osmosis process and the membrane distillation process, characterized in that it has a configuration provided by forming the wall surface of the induction solution heating unit 24.
상기 유입수 공급부(13)로 해수가 공급되고, 상기 유도용액 공급부(12)로 유도용액이 공급되어, 정삼투 막(2)에서 정삼투작용이 일어나게 되어, 담수가 정삼투 막(2)을 통과하여 유도용액 공급부(12)로 유입되며, 담수가 유입되어 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 가열부(24)로 공급되고;
태양열 발열판(22)을 통해 얻어진 열을 에너지원으로 하여 막증류 막(21)에 의한 막증류 과정에 의해, 유도용액 가열부(24)의 유도용액으로부터 담수가 막증류 막(21)을 통과하여 생산수 수집부(23)로 모이게 되며;
상기 정삼투 모듈(100)의 상기 유도용액 공급부(12)와 상기 유도용액 가열부(24) 사이에는 유도용액 배출라인(210)이 연통되어 있어서, 상기 정삼투 모듈(100)에서의 정삼투작용에 의해 담수가 유입되어 혼합된 유도용액은 상기 유도용액 배출라인(210)을 통해서 상기 유도용액 공급부(12)로부터 상기 유도용액 가열부(24)로 공급되고, 상기 정삼투 모듈(100)의 유도용액 공급부(12)와 상기 막증류 모듈(200)의 유도용액 가열부(24) 사이에는 유도용액 공급라인(140)이 연통되어 있어서 상기 막증류 모듈(200)에서의 막증류 과정에 의해 담수가 빠져나간 유도용액은 상기 유도용액 공급라인(140)을 통해 상기 유도용액 가열부(24)로부터 다시 정삼투 모듈(100)의 상기 유도용액 공급부(12)로 공급되어 순환하게 되며;
상기 담수생산 장치에서 상기 태양열 발열판(22)은 상기 유도용액 가열부(24)의 벽면을 이루어서 구비되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 정삼투 공정과 막증류 공정의 융합식 일체형 담수생산 장치를 이용한 담수생산 방법.
Equipped with a forward osmosis membrane (2) having a selective permeability, it is divided into an inflow water supply unit 13, which is supplied with seawater by the forward osmosis membrane (2), and an induction solution supply unit 12, the induction solution is introduced And the forward osmosis module 100 to perform the forward osmosis process; The membrane distillation membrane 21 having a hydrophobic property is provided, and the membrane distillation membrane 21 is divided into an induction solution heating part 24 and a production water collecting part 23, and the induction solution heating part 24 is provided. The solar heating plate 22 is provided to collect heat and supply heat to the film distillation process, the film distillation module 200 for performing a film distillation process for the induction solution; Produce freshwater from seawater using a freshwater production device integrated into one device;
The seawater is supplied to the inflow water supply unit 13, the induction solution is supplied to the induction solution supply unit 12, and forward osmosis occurs at the forward osmosis membrane 2, so that fresh water passes through the forward osmosis membrane 2. The induction solution supply unit 12 is introduced into the induction solution supply unit 12, and the induction solution mixed with fresh water is supplied to the induction solution heating unit 24;
Fresh water is passed through the membrane distillation membrane 21 from the induction solution of the induction solution heating unit 24 by the membrane distillation process by the membrane distillation membrane 21 using heat obtained through the solar heat generating plate 22 as an energy source. Gathered into the production water collection unit 23;
Induction solution discharge line 210 is communicated between the induction solution supply unit 12 and the induction solution heating unit 24 of the forward osmosis module 100, the forward osmosis action in the forward osmosis module 100 Fresh water introduced and mixed by the induction solution is supplied from the induction solution supply unit 12 to the induction solution heating unit 24 through the induction solution discharge line 210, the induction of the forward osmosis module 100 The induction solution supply line 140 is connected between the solution supply unit 12 and the induction solution heating unit 24 of the membrane distillation module 200, so that the fresh water is discharged by the membrane distillation process in the membrane distillation module 200. The induction solution exited is supplied from the induction solution heating unit 24 to the induction solution supply unit 12 of the forward osmosis module 100 through the induction solution supply line 140 to be circulated;
In the fresh water production apparatus, the solar heating plate 22 is formed by forming a wall surface of the induction solution heating unit 24. Freshwater production method.
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