KR101791207B1

KR101791207B1 - 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템

Info

Publication number: KR101791207B1
Application number: KR1020160047084A
Authority: KR
Inventors: 신성훈; 우달식
Original assignee: 재단법인 한국계면공학연구소
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2017-10-30
Also published as: KR20170087005A

Abstract

해수, 기수, 우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제1블랜딩조, 우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제2블랜딩조, 제1블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제1UF부, 제2블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제2UF부, 제1UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제1완충탱크, 제2UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제2완충탱크, 제1완충탱크에서 배출되는 처리수를 해수담수화 처리하는 SWRO(Sea Water Reverse Osmosis)부, 제2완충탱크에서 배출되는 처리수를 담수화 처리하는 BWRO(Brackish Water Reverse Osmosis)부, SWRO부 및 BWRO부 각각에서 배출되는 처리수를 저장하는 저장수조, 저장수조의 처리수를 배수지 또는 사용처로 배급공급하는 배급수장치, SWRO에서 배출되는 처리수를 제2완충탱크로 공급하는 보충라인 및, 유입원수의 종류 및 수질에 따라 처리수의 이동 및 SWRO부 및 BWRO부의 운전을 통한 수처리공정을 자동 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템이 개시된다.

Description

워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템{A SYSTEM FOR SEAWATER DESALINATION USING WATER BLENDING}

본 발명은 해수, 기수, 우수, 지하수를 선택 혼합하여 워터블랜딩하여 해수담수화하기 위한 해수담수화 시스템에 관한 것이다.

종래에 사용되고 있는 수처리 시설은 처리수의 제거대상 물질별, 처리수의 용도별로 처리 시설을 구축 및 운영하고 있는 실정이다.

즉, 특정 유해물질에 국한된 시설을 건설하기 때문에 상당한 투자를 하면서도 복합적인 효과를 올리지 못한다는 문제점이 있다.

또한, 종래의 수처리 시설은 각 공정에 해당하는 처리수의 요구수량, 요구수질의 충족 여부와 관계없이 모든 공정이 일률적으로 이루어진다. 따라서 수처리의 공정 운영이 효율적이지 못하며, 불필요한 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 특히, 종래의 수처리기술은 고정된 수처리공정으로 처리하거나 수동조작을 통하여 공정을 변화시키는 방법이 필요하므로, 원수의 수질(탁도, TDS)의 변화에 능동적으로 대처가 어려우며, 처리량에 비해 과대처리될 가능성이 있다.

또한, 지형적, 지리적 여건으로 인하여 용수공급에 한계가 있는 해안, 도서 지역의 경우에는 요구수량이 매우 부족한 문제점이 있다.

또한, 특정한 장소의 단일 종류의 물을 수처리할 경우에는 오염도에 따라 수처리공정에 따른 비용이 증가하고, 수처리 공정이 오래 걸리고, 최상의 수질을 얻기 어려움은 물론, 수량확보가 어려운 문제점이 있다.

이를 위해, 해수, 우수 및 기수를 혼합하여 필요한 용수로 사용하는 기술이 요구되는데, 이에 앞서 해수, 우수 및 기수를 효과적으로 혼합 즉, 워터블랜딩 처리하기 위한 장치가 요구되고 있다.

특히, 섬지역의 경우 지하수나 우수 등이 부족하여 해수를 주된 수원으로 하여 담수화해야 하는데, TDS가 높은 해수를 담수화할 경우 처리비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 따라서 해수 담수화 과정에서 처리수의 TDS를 낮추어 주어 처리비용을 절감하고, 수처리효율을 높일 수 있도록 해수와 기타 원수들을 워터블랜딩 처리하기 위한 설비의 개발이 절실한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1469891호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 수처리 할 원수의 TDS를 낮추어 처리비용을 절감하고 처리효율을 향상시킬 수 있도록 다중수원을 워터블랜딩하여 담수화할 수 있는 해수담수화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템은, 해수, 기수, 우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제1블랜딩조; 우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제2블랜딩조; 상기 제1블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제1UF부; 상기 제2블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제2UF부; 상기 제1UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제1완충탱크; 상기 제2UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제2완충탱크; 상기 제1완충탱크에서 배출되는 처리수를 해수담수화 처리하는 SWRO(Sea Water Reverse Osmosis)부; 상기 제2완충탱크에서 배출되는 처리수를 담수화 처리하는 BWRO(Brackish Water Reverse Osmosis)부; 상기 SWRO부 및 BWRO부 각각에서 배출되는 처리수를 저장하는 저장수조; 상기 저장수조의 처리수를 배수지 또는 사용처로 배급공급하는 배급수장치; 상기 SWRO부에서 배출되는 처리수를 상기 제2완충탱크로 공급하는 보충라인; 및 유입원수의 종류 및 수질에 따라 처리수의 이동 및 상기 SWRO부 및 BWRO부의 운전을 통한 수처리공정을 자동 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 BWRO부에서 처리하고 남은 농축수를 상기 제1완충탱크로 공급하는 농축수 공급라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 SWRO부에서 해수 담수화과정에서 발생되는 농축수를 이용하여 차아염소산나트륨을 생성하여 상기 배수급수부로 공급하여 소독처리하는 차염생성부를 더 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 제1블랜딩조에서 배출되는 처리수를 상기 제2UF부로 공급하도록 분기되는 제1분기경로; 및 상기 제2UF부에 배출되는 처리수를 상기 제1완충탱크로 공급하도록 분기되는 제2분기경로;를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2UF부와 상기 SWRO부 및 BWRO부 각각은 서로 조립 및 분리 가능하도록 모듈화된 이동형 컨테이너에 설치되어 선택적으로 연결 및 분리 가능하며, 위치 및 순서의 교환배치가 가능한 것이 좋다.

삭제

본 발명의 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 공정에 따르면, BWRO공정에서 발생되는 농축수를 인터 블랜딩하여 SWRO 공정에서 처리함으로써, 별도로 농축수를 폐 처리할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있으며, 해수 담수화할 처리수의 TDS를 낮춰서 담수화 운영부하를 줄일 수 있어 비용을 절감하고, 생산효율을 높일 수 있다.

또한, SWRO 공정에서 나오는 염분을 이용하여 소독물질인 차아염소산을 발생시켜 소독제로 사용함으로써, 차아염소산 생성을 위해서 별도로 정제염 등을 준비하거나 공급할 필요가 없어 비용을 절감할 수 있고, 현장에서 차염 생성을 위한 원료공급을 안정적으로 확보할 수 있다.

또한, 각 수처리 공정별로 설비를 모듈화하여 분리 및 조립이 용이하고 가능하여, 설치 환경에 즉각적이면서도 능동적으로 대처할 수 있고, 이동, 설치 및 유지 관리에 필요한 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템에서 공정별 모듈화하기 위한 컨테이너를 설명하기 위한 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 컨테이너의 좌측면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 컨테이너의 우측면도이다.
도 5는 공정별 모듈을 조립 및 분해하여 사용하는 예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 원수의 수질별 수처리 공정을 설명하기 위한 공정 모식도이다.
도 7은 원수의 수질에 따라 제1블랜딩부를 이용하여 해수담수화하는 운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 원수의 수질에 따라 제2블랜딩부를 이용하여 담수화하는 운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템을 자세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템은, 제1블랜딩조(110), 제2블랜딩조(120), 제1UF부(210), 제2UF부(220), SWRO부(410), BWRO부(420), 저장수조(510), 배급수장치(520), 보충라인(430), 농축수 공급라인(440), 차염 생성530), 모니터링부(600) 및 제어유닛(700)을 구비한다.

상기 제1블랜딩조(110)는 염분이 포함된 유입원수를 포함하여 다중수원을 미리 워터블랜딩하기 위한 것으로서, 구체적으로는 해수를 기본으로 기수, 우수, 지하수를 선택적으로 유입원수로 사용하여 미리 워터브랜딩하도록 설치된다. 여기서, 제1블랜딩조(110)로 유입되는 유입원수의 취수량을 원수별로 측정할 수 있도록 취수관(111) 마다 온도계(112), pH미터(113), TDS미터(114), 탁도계(115) 및 유량계(116)가 각각 설치되며, 제1블랜딩조(110)에는 유입되어 워터블랜딩되는 유입수의 수량을 측정하기 위한 수위계가 설치된다. 그리고 복수의 취수관(111)이 모아져서 제1블랜딩조(110)로 연결하는 유입관(117)에는 유입되는 다른 종류의 원수들을 와류를 형성하여 미리 블랜딩처리하는 인라인 블랜딩부(118)가 설치되는 것이 좋다. 유입관(117) 내에 인라인 블랜딩부(118)를 설치함으로써, 제1블랜딩조(110)로 유입되기 전에 미리 유입압력을 이용하여 미리 블랜딩하도록 함으로써, 제1블랜딩조(110)에서의 블랜딩 시간을 단축하고, 처리비용을 줄일 수 있다.

제2블랜딩조(120)는 염분이 포함되지 않은 유입원수를 유입하여 워터블랜딩하기 위한 것으로서, 보다 구체적으로는 우수 및 지하수를 유입하여 워터블랜딩하기 위한 것이다 이러한 제2블랜딩조(120)는 우수와 지하수를 각각 취수하는 취수관(121)을 통해 원수를 취수하고, 취수된 원수들은 유입관(127)에서 혼합되면서 제2블랜딩조(120)로 유입된다. 취수관들(121) 마다 온도계(112), pH미터(113), TDS미터(114), 탁도계(115) 및 유량계(116)가 각각 설치되며, 제2블랜딩조(120)에는 수위계가 설치된다. 유입관(127)에는 인라인 블랜딩부(128)가 설치되어 유입되는 우수 및 지하수를 미리 블랜딩하여 제2블랜딩조(120)로 공급할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2블랜딩조(110,120) 각각의 내부에는 교반기가 설치된다.

상기 제1UF부(210)는 제1블랜딩조(110)에서 배출된 처리수에 포함된 입자성 오염물질(현탁물질, 단백질, 다당류 고분자 물질 등)을 제거하기 위한 것으로서, 침지식 한외여과 분리막(UF)이 UF 하우징 내에 설치된 구성을 가질 수 있다. UF 하우징에는 수위계가 설치되어 유량을 측정할 수 있다. 그리고 제1UF부(210)로 유입되는 유입수의 수량, 수질을 측정하기 위해서 유입관(211)에 pH미터(212), TDS 미터(213), 탁도계(214), 유량계(215)가 설치된다.

제2UF부(220)도 제1UF부(210)와 동일한 구성을 가지되, 제2블랜딩조(120)에서 배출된 처리수에 포함된 입자성 오염물질(현탁물질, 단백질, 다당류 고분자 물질 등)을 제거한다. 제2UF부(220)로 유입되는 유입수의 수량, 수질을 측정하기 위해서 유입관(221)에 pH미터(222), TDS 미터(223), 탁도계(224), 유량계(225)가 설치된다. 물론, 제2UF부(220)의 UF 하우징 내에도 수위계가 설치된다.

또한, 제1블랜딩조(110)에서 배출된 처리수를 제2UF부(220)에서 공급받아 처리할 수 있도록, 상기 제1UF부(210)측 유입관(211)과 제2UF부(220)측 유입관(221)을 연결하는 분배관(230)이 더 설치될 수 있다. 따라서, 제1UF부(210)에 부하가 집중되거나 처리용량을 초과할 경우, 분배관(230)으로 공급함으로써 원수를 효율적으로 처리할 수 있게 된다.

그리고 제2UF부(220)에서 제2완충탱크(320)로 연결되는 유입관(321)과 제1완충탱크(310)의 유입관(411)을 연결하는 회수관(240)이 설치된다. 따라서, 해수가 포함된 처리수를 제2UF부(220)로 분배하여 여과한 뒤, 회수관(240)을 통해 제1완충탱크(310)로 공급할 수 있다.

제1완충탱크(310)에는 제1블랜딩조(110)에서 블랜딩 된 뒤 여과처리된 처리수가 공급되어 저장되며, 유입된 처리수를 혼합하기 위한 교반기가 설치된다. 또한, 제1완충탱크(310)에는 상기 BWRO부(420)에서 담수화 처리하고 남은 농축수가 농축수 공급라인(440)을 통해 공급되어 제1블랜딩조(110)에서 블랜딩 된 뒤 공급된 처리수와 혼합될 수 있다. 이를 위해 BWRO부(420)와 제1완충탱크(310)를 연결하는 농축수 공급라인(440)이 설치되며, 해수보다 TDS가 낮은 농축수를 제1완충탱크(310)로 공급할 수 있게 된다. 따라서 제1완충탱크(310)에서 혼합되어 SWRO부(410)에서 담수화 처리하는 공정에서의 처리부하를 줄일 수 있어 비용을 줄이고, 처리효율을 높일 수 있게 된다.

또한, BWRO부(420)에서 우수 및 지하수의 워터블랜딩된 처리수를 담수화하는 과정에서 나오는 농축수를 폐기처리하기 위한 별도의 폐기처리비용을 절감할 수 있게 된다. 상기 농축수 공급라인(440)에는 제어유닛(700)에 의해 제어되는 밸브 및 공급펌프가 설치되고, 유량계 및 수질감지를 위한 센서들이 설치될 수 있다.

상기 제2완충탱크(320)는 제2블랜딩조(120)에서 블랜딩 뒤 제2UF부(250)에서 여과처리된 처리수를 수용하여 저장하며, 유입된 처리수를 혼합하기 위한 교반기가 설치될 수 있다. 또한, 제2완충탱크(320)에는 SWRO부(410)에서 해수담수화 공정을 거친 처리수가 보충라인(430)을 통해 보충되어 공급될 수 있다.

상기 SWRO부(410)는 제1완충탱크(310)에서 배출된 처리수를 해수담수화처리 하여 담수를 생성한다. 이러한 SWRO부(410)는 미도시된 SWRO 분리막과, 처리수를 SWRO막으로 강제 공급하는 고압펌프를 포함할 수 있다. 따라서 SWRO 분리막에서는 처리수에 포함된 염분을 포함하여, 이온물질, 미네랄 등을 제거할 수 있다. 이러한 SWRO 분리막은 역삼투막과 나노필터를 포함할 수 있다. 또한, SWRO부(410)로의 유입수와 생성수의 수질을 분석하기 위한 pH미터, TDS미터가 유입측 및 배출측 각각에 설치될 수 있으며, 공급 및 생산유량을 제어하기 위해서 유량계가 유입측 및 배출측에 각각 설치될 수 있다.

상기 BWRO부(420)는 제2완충탱크(320)에서 배출된 처리수를 담수화과정을 통해 처리수를 생성하는 것으로서, 처리수의 이온물질, 현탁물질 등을 확실하게 제거할 수 있도록 BWRO막과 고압펌프 등을 포함할 수 있다. BWRO부(420)의 유입측 및 배출측 각각에도 유입수 및 생성수의 수질을 측정하기 위한 pH미터, TDS미터 및 유량계가 설치된다. BWRO부(420)에서 담수화과정에서 남은 농축수는 농축수 공급라인(440)을 통해 제1완충탱크(310)로 공급되어 제1완충탱크(310)에서 인터블랜딩이 가능하게 된다.

상기 SWRO부(410)와 BWRO부(420) 각각에서 생성된 생성수들은 저장수조(510)로 공급되어 저장된다. 저장수조(510)에는 설정 수질을 만족하는 지하수가 직접 공급되어 저장될 수 있고, 제2UF부(250)에서 처리된 우수 및 지하수가 직접 공급되어 저장될 수 있다. 또한, 저장수조(510)에 저장되는 생성수는 배급수장치(520)에 의해 배수지(현지시설)로 공급된다. 이때 배급수장치(520)에서 배수지로 공급되는 과정에서 소독제인 차아염소산이 배관에 투입되어 혼합되어 공급수를 소독처리하여 공급할 수 있다. 또한, 배급수장치(520)에서는 소석회가 배관에서 공급수와 혼합될 수 있도록 공급함으로써, 배관의 부식을 방지하도록 할 수 있다.

여기서 상기 배급수장치(520)에서 소독제로 사용되는 차아염소산은 차염생성부(530)에서 생성되어 공급되는 것이 바람직하다. 상기 차염생성부(530)는 SWRO부(410)에서 해수담수화공정에서 생성되는 염분을 전달받아 전기분해에 의해 차아염소산을 생성하고, 생성된 차아염소산을 배급수장치(520)로 공급한다. 이와 같이 소독제로 사용되는 차아염소산을 해수담수화 공정에서 생성되는 염분을 이용하여 생산하여 공급함으로써, 별도 염분을 공급할 필요가 없게 되어 비용을 절감할 수 있다.

또한, 상기 배급수장치(520)에서 배수지로 공급되는 생성수의 수질을 측정할 수 있도록 탁도계, pH 미터, conductivity 미터가 설치될 수 있다.

상기 모니터링부(600)는 해수, 기수, 우수 및 지하수 취수원에서 취수되는 원수의 수질과 유량을 측정하기 위한 측정센서 및 유량계와, 제1 및 제2블랜딩조(110,120)의 수위계, 제1 및 제2UF부(210,220)로 유입되는 유입수의 수질을 측정하기 위해 설치되는 각종 수질 측정용 센서 및 유량계를 포함할 수 있다. 또한, 모니터링부(600)는 제1 및 제2완충탱크(310,320)의 수위계, 수질센서, 유입량을 측정하는 유량계를 포함할 수 있다. 또한, SWRO부(410) 및 BWRO부(420)에서 생성된 생성수가 배수지까지 공급되는 과정에서의 수질과 유량을 각각 측정하기 위한 각종 수질센서 및 유량계를 포함할 수 있다. 이와 같이, 모니터링부(600)는 원수의 취수과정에서, 워터블랜딩공정, 여과공정, 완충 탱크에서의 인터블랜딩 및 혼합공정, 담수화공정(SWRO, BWRO), 소독, 소석회 투입 공정 및 배급공정상에서의 수질을 측정하고, 유량 및 수위를 측정할 수 있는 구성을 가지며, 측정된 데이터는 수집되어 제어유닛(700)으로 전달된다.

제어유닛(700)은 모니터링부(600)에서 전달된 각종 측정데이터를 근거로 하여, 미리 설정된 담수화 처리 기준에 따라서 해수, 기수, 우수, 지하수를 선택적으로 취수하여 워터블랜딩한 후, 여과, 인터블랜딩, 담수화(SWRO, BWRO)공정을 거쳐 담수를 생성하도록 전체 시스템을 제어하게 된다.

이때, 제어유닛(700)은 역삼투 담수화 공정에서, 유입수질에 따른 선택적 공정 적용(SWRO 또는 BWRO)을 위하여 간헐적, 불연속적으로 운전하기 위한 막 절전 공정을 적용하여 제어함으로써, RO 멤브레인의 손상을 줄일 수 있다.

즉, SWRO 공정만 진행하는 도중에도, 보충라인(430)을 통해 간헐적으로 또는 불연속적으로 제2완충탱크(320)에 원수를 공급하여 보충하도록 함으로써, BWRO부(420)에서 간헐적 또는 불연속적으로 BWRO 공정을 수행하도록 제어함으로써, BWR부(420)의 RO 막을 오랜 시간 사용중지할 때 발생되는 손상을 방지할 수 있게 된다. 물론, 제어유닛(700)은 BWRO부(420)만을 이용한 수처리 공정 중에서 SWRO부(410)를 간헐적 또는 불연속적으로 구동하여 RO 막을 사용하도록 하여 RO 막의 손상을 방지하여 유지 관리 비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템은 수처리공정별로 공정에 필요한 플랜트시설을 모듈화함으로써, 모듈화된 유닛들을 필요에 따라 분리 및 조립하여 사용할 수 있도록 구성할 수 있다. 따라서, 해수담수화설비기능만이 필요할 경우, 기수처리기능만이 필요할 경우, 지하수 및 우수처리 기능만이 필요할 경우 각각에 대해서 필요한 설비들만을 조립하여 사용하도록 할 수 있다. 따라서, 필요한 따른 맞춤형 조합이 가능하여 이동, 설치, 해체할 수 있고, 그에 따른 설치 비용, 운반비용, 운영비용 등을 절약할 수 있다.

일례로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 운전제어모듈(10), 전처리모듈(20), SWRO 모듈(30), BWRO 모듈(40), 약품 처리 모듈(50), 후처리 모듈(60) 등으로 이루어진 모듈을 순서대로 연결하여 사용하도록 수처리 설비를 조합하여 운영할 수 있다. 이때, 각 모듈(10~60)은 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일정한 사이즈와 형태를 갖는 컨테이너(100)에 의해 구성되며, 기본적인 설비들은 모듈화된 컨테이너(100) 내에 설치됨으로써, 필요한 컨테이너(100)를 조합하여 연결함으로써 필요한 수처리설비를 운영할 수 있게 된다.

즉, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 모듈형 컨테이너(100)는 정면 또는 후방에 출입구(101)와 창문(102)이 설치되고, 좌측 및 우측 각각에는 셔터형 도어(104,104)가 각각 설치되어 있어서 서로 연결되는 컨테이너(100)를 연결하여 연통되도록 하고, 관리자가 이동할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 좌측 및 우측벽면의 하단 모서리부 각각에는 관통홀(105,106)이 각각 형성되어 있어서, 인접한 컨테이너들(100)을 서로 전기적으로 연결할 수 있도록 할 수 있다.

이와 같이 모듈화되 규격화된 컨테이너(100) 내부에 공정별 모듈을 설치할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 처리할 원수에 따라서 각 설비의 조합을 다양하여 조립 및 분리하여 필요한 공정모듈만을 조립하여 사용할 수 있게 되어 물 부족 지역(도서, 상간 등)에 필요공정을 선택적으로 바로 구성하여 설치운영하는 것이 가능하여 물부족 상황에 대해 즉각적으로 대처할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템을 이용하여 취수원의 수질에 따른 시나리오별 시스템 운영방법에 대해 자세히 설명하기로 한다.

본 발명은 원수를 수질에 따라 선택적으로 취수하는 공정 -> 워터블랜딩에 의해 취수한 원수를 혼합하는 공정 -> 워터블랜딩된 혼합원수를 여과 막을 이용하여 여과처리하는 공정 -> 여과처리된 처리수를 담수화는 공정(SWRO,BWRO) -> 생산수조에 저장 -> 배급수하는 공정(소독제 공급, 소석회 공급)을 단계적으로 수행할 수 있으며, 공정별로 모듈화되어 유닛별로 분리 및 조립하여 사용하거나, 필요한 공정의 유닛만을 이용하여 운영할 수 있다.

즉, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 모니터링부(600)에 의해 원수의 수질(TDS) 및 취수원의 종류에 따라서 대략 6가지 운영시나리오로 수처리공정을 운영할 수 있다.

6가지 운영시나리오 중에서 원수에 염도가 포함되어 있는 경우에는 제1블랜딩조(110)를 이용하여 블랜딩 과정을 거친 후 해수담수화과정을 거치는 시나리오 A, B, C가 있으며, 제2블랜딩조(120)를 이용하여 블랜딩 과정을 거친 후 담수화과정을 거치는 시나리오 D, E, F로 구분할 수 있다.

먼저, 현장 및 환경에 따라서 취수원으로서 해수를 포함하여 기수, 지하수, 우수 중에서 선택적으로 취수하고, 취수된 원수는 제1블랜딩조(110)로 공급되어 혼합된다.

제1블랜딩조(110)에서 블랜딩된 처리수의 TDS를 측정하고, 측정된 TDS가 25,000mg/L 이상인 경우 즉, 시나리오 A 공정을 통해 처리한다. 즉, 제1블랜딩조(110)에서 배출되는 처리수를 제1UF부(210)로 공급하여 막여과 처리하여 입자성 오염물질(현탁물질, 단백질, 다당류 고분자 물질 등)을 제거한다. 그리고 제1UF부(210)에서 배출되는 처리수는 SWRO부(410)로 공급되어 해수 담수화공정을 거치고, SWRO부(410)에서 처리된 처리수는 BWRO부(420)로 공급되어 담수화공정을 거처 처리한 뒤, 재탄산화 처리과정을 거쳐 원하는 사용처로 공급하게 된다.

제1블랜딩조(110)에서 처리된 처리수의 TDS가 15,000mg/L 이상 25,000mg/L 미만일 경우 즉, 해수 단독 /또는 기수, 지하수 및 우수를 해수와 혼합하여 블랜딩된 경우에는 시나리오 B에 따라 처리한다. 즉, 제1블랜딩조(110)에서 블랜딩 된 처리수를 제1UF부(210)로 공급하여 막여과하고, 이어서 SWRO부(410)로 공급하여 해수 담수화 공정을 거친 뒤 재탄산화 처리과정을 거쳐 사용처로 공급할 수 있다.

다음으로, 시나리오 C에 의하면, 제1블랜딩조(110)에서 처리된 처리수의 TDS가 400mg/L 이상 15,000mg/L 미만일 경우 즉, 해수, 기수, 지하수 및 우수가 블랜딩된 경우에는 제1블랜딩조(110)에서 처리된 처리수를 제1UF부(210)로 공급하여 막여과 처리한다. 그리고 제1UF부(210)에서 배출되는 처리수는 BWRO부(420)로 공급하여 담수화 공정을 거쳐 처리한 뒤, 재탄산화 처리과정을 거쳐 사용처로 공급할 수 있다. 즉, TDS가 낮은 경우 해수담수화 공정을 거치지 않고 담수화공정(BWRO) 만을 거쳐 처리할 수 있어 비용을 절감하고 처리공정을 단순화할 수 있다.

한편, 도 6 및 도 8을 참조하면, 취수 원수로서 지하수와 우수만을 사용하는 경우에는 유입원수를 제2블랜딩조(120)로 공급하여 블랜딩처리하게 된다. 제2블랜딩조(120)에서 블랜딩된 처리수의 TDS가 100mg/L 이하이고, 탁도 0.5NTU 이상일 경우, 지하수와 우수를 블랜딩한 것으로서 시나리오 D에 따라 처리한다. 즉, 제2블랜딩조(120)에서 배출된 처리수를 BWRO부(420)로 공급하여 담수화공정을 거처 처리한 뒤, 재탄화 처리과정을 거처 사용처로 공급하게 된다.

또한, 제2블랜딩조(120)에서 블랜딩된 처리수의 TDS가 100mg/L 이하이고, 탁도 0.5NTU 미만일 경우 지하수와 우수를 블랜딩처리한 것으로서, 시나리오 E에 따라 처리한다. 즉, 제2블랜딩조(120)에서 블랜딩 된 처리수를 이온교환 처리공정 및 재탄화 처리과정을 거쳐 사용처리 공급하게 된다.

또한, 취수원이 지하수 단독취수인 경우에는 별도의 처리 공정 없이 재탄화 처리과정 후 사용처로 공급할 수 있다(시나리오 F).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 해수담수화 시스템 및 그 운용방법에 따르면 다음과 같은 작용효과를 기대할 수 있다. 즉, 소위 one-skid 형태로 구성되어 모듈화 및 독립적으로 구성되어 있지 않던 종래의 설비는 수자원 중심으로 조립되어 설치되므로 현장 유입수질 및 장소의 변화에 따라서 공정변경이 불가능하여 가변적으로 대처하지 못하던 것에 비하여, 본 발명은 처리공정마다 설비가 모듈화되어 있기 때문에 물 생산 공정을 필요한 공정 및 유입수질에 따라 최적공정으로 선택적으로 구성하여 운영함으로써 상황 및 환경변화에 따라 능동적으로 대응할 수 있고, 다중수원의 이용에 매우 적합하다. 또한, 공정 모듈화를 통해서 처리시설의 무게, 부피를 감소시킬 수 있어 운송비용을 절감할 수 있고, 시설 부지면적을 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 에너지 절약을 위한 Pre-blending 및 Inter blending 기술을 적용하였으며, 유입원수인 해수, 기수, 지하수, 우수를 Pre-blending하여 해수 염도의 척도인 Total Dissolved Solids(TDS)를 낮추어 공정 가동시 발생하는 해수역삼투압의 감소 효과 및 SWRO 공정의 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 회수율 향상을 통한 필요생산수량의 신속한 확보를 통해 운영시간을 단축하여 운영유지비를 절감할 수 있다.

또한, 지하수, 기수, 우수의 오염물질을 BWRO에서 처리할 경우, 농축수가 발생이 되며, 이와 같이 발생된 농축수는 종래는 별도의 폐수처리시설을 통해 재처리해야 하였으나, 본 발명은 다시 SWRO공정으로 Inter Blending을 하여, 별도로 재처리를 하지 않고 이용이 가능하며, 해수 Blending을 통해 TDS를 낮추어 SWRO 회수율을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 제어유닛(700)에 의한 의사결정 프로그램의 적용으로 원수수질에 따라 SWRO, BWRO, 이온교환 공정의 선택적 운영을 통하여 기존 SWRO 공정 대비 운영관리비, 유지관리비를 절감할 수 있다.

또한, 역삼투 담수화 과정에서 유입수질에 따른 선택적 공정 적용을 위하여 간헐적, 불연속적으로 운전하기 위하여 막 절전기술을 적용하고, 본 기술 적용을 통하여 RO 멤브레인 손상률을 평가하여, 운영관리비, 유지보수비를 절감할 수 있다.

또한, 실시간 LI제어(액상소석회 투입)을 통한 관 부식 억제 및 스케일 방지기술 적용을 통하여 관 교체 및 관 갱생 비용을 절감할 수 있다.

또한, 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수를 이용하여 소독물질인 차아염소산을 발생시켜 염소투입을 위한 차아염소산 비용을 절감할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

100..컨테이너 110..제1블랜딩조
120..제2블랜딩조 210..제1UF부
220..제2UF부 310..제1완충탱크
320..제2완충탱크 410..SWRO부
420..BWRO부 430..보충라인
440..농축수 공급라인 510..저장수조
520..배급수장치 530..차염 생성부
600..모니터링부 700..제어유닛

Claims

해수, 기수, 우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제1블랜딩조;
우수 및 지하수를 유입하여 혼합하는 제2블랜딩조;
상기 제1블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제1UF부;
상기 제2블랜딩조에서 배출된 처리수에 대하여 오염물질을 제거하도록 설치되는 제2UF부;
상기 제1UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제1완충탱크;
상기 제2UF부에서 배출된 처리수를 수용하는 제2완충탱크;
상기 제1완충탱크에서 배출되는 처리수를 해수담수화 처리하는 SWRO(Sea Water Reverse Osmosis)부;
상기 제2완충탱크에서 배출되는 처리수를 담수화 처리하는 BWRO(Brackish Water Reverse Osmosis)부;
상기 SWRO부 및 BWRO부 각각에서 배출되는 처리수를 저장하는 저장수조;
상기 저장수조의 처리수를 배수지 또는 사용처로 배급공급하는 배급수장치;
상기 SWRO부에서 배출되는 처리수를 상기 제2완충탱크로 공급하는 보충라인;
유입원수의 종류 및 수질에 따라 처리수의 이동 및 상기 SWRO부 및 BWRO부의 운전을 통한 수처리공정을 자동 제어하는 제어유닛;
상기 SWRO부에서 해수 담수화과정에서 발생되는 농축수를 이용하여 차아염소산나트륨을 생성하여 상기 배급수장치로 공급하여 소독처리하는 차염생성부;
상기 제1블랜딩조에서 배출되는 처리수를 상기 제2UF부로 공급하도록 분기되는 제1분기경로; 및
상기 제2UF부에 배출되는 처리수를 상기 제1완충탱크로 공급하도록 분기되는 제2분기경로;를 포함하며,
상기 제1 및 제2UF부와 상기 SWRO부 및 BWRO부 각각은 서로 조립 및 분리 가능하도록 모듈화된 이동형 컨테이너에 설치되어 선택적으로 연결 및 분리 가능하며, 위치 및 순서의 교환배치가 가능한 것을 특징으로 하는 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 BWRO부에서 처리하고 남은 농축수를 상기 제1완충탱크로 공급하는 농축수 공급라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 워터블랜딩을 이용한 해수담수화 시스템.
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