KR101892075B1 - Apparatus for treating brine discharged from desalination process of sea water - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수의 담수화, 즉 탈염 과정에서 발생하는 고온의 브라인(brine)을 처리할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 제공하는 브라인의 처리 장치 및 방법을 이용하는 경우, 해수의 담수화 과정에서 배출되는 브라인의 온도를 낮추고, 양을 현저히 감소시킬 수 있으며, 그 과정에서 추가적으로 청수를 또한 회수할 수 있는 장점이 있다.The present invention relates to an apparatus and a method for treating a high temperature brine generated in desalination of seawater, that is, desalination.
When the apparatus and method for treating brine provided in the present invention are used, the temperature of the brine discharged in the seawater desalination process can be lowered and the amount thereof can be remarkably reduced, and the fresh water can be further recovered in the process .

Description

해수의 담수화 과정에서 발생하는 브라인의 처리 장치{Apparatus for treating brine discharged from desalination process of sea water}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for treating brine,

본 발명은 해수의 담수화, 즉 탈염 과정에서 발생하는 고온의 브라인(brine)을 처리할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for treating a high temperature brine generated in desalination of seawater, that is, desalination.

물과 에너지는 인간이 삶을 영위하고 현대 사회를 유지하는 가장 기본적인 두 가지 요소이다. 물을 통해 에너지를 생산하는 한편, 물을 깨끗이 정화하고 필요한 곳으로 공급하기 위해서 에너지를 사용하기 때문에 물과 에너지는 상호의존적 관계에 있다고 할 수 있다. 물은 생명을 영위하는데 필수적임에도 불구하고 물 부족 현상은 전 세계적으로 발생하고 있다.Water and energy are two of the most fundamental factors in human life and maintenance of modern society. Water and energy are in an interdependent relationship because they use energy to produce energy through water while purifying and supplying it to where it is needed. Despite the fact that water is essential for life, water shortages occur worldwide.

지구는 표면의 70%를 바다가 차지할 정도로 물이 풍부한 생성이지만, 지구상의 전체 수자원 중 대부분이 바닷물(해수)로 존재하고 있어 인류가 이용할 수 있는 담수는 3%에 불과하다. 해수담수화(seawater desalination)는 무한한 수자원인 바닷물을 담수로 이용할 수 있다는 측면에서 물 부족 문제를 해결하는 강력한 대안으로 간주되고 있다.The Earth is water-rich enough to occupy 70% of its surface, but most of the world's total water resources exist as seawater, which accounts for only 3% of human fresh water. The seawater desalination is considered a powerful alternative to the water shortage problem in that sea water, an infinite source of water, can be used as fresh water.

이렇게 해수담수화를 하는 방법은 역삼투법(Reverse Osmosis)과 증류법(Distillation)이 주로 사용되어 왔다. 이중에서 역삼투법은 에너지 소비량이 증류법에 비해 적지만 일명 죽은 물을 만들만큼 대부분의 구성 물질들을 여과시키는 문제점이 있었다. Reverse osmosis and distillation have been mainly used for seawater desalination. Among them, reverse osmosis has a problem in that most of the constituent materials are filtered to make a dead water even though the energy consumption is smaller than the distillation method.

증류법의 경우 해수의 증류 과정에서 고온의 농염수, 즉 브라인(brine)이 발생하게 되는데 종전에는 그 처리가 어려워 바다에 방류하였으나, 온도가 47℃ 정도로 높은 편이고, 염분의 농도가 매우 높아 해수 오염의 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.In the case of distillation method, brine is generated at high temperature during the distillation of seawater. However, since it was difficult to treat it, it was discharged to the sea. However, the temperature was high at 47 ℃ and the concentration of salt was very high. There is a problem that acts as a cause.

이에, 최근에는 상기 해수의 증류 과정에서 발생하는 고온의 브라인을 처리하는 방법이 요구되는 실정이다.
(특허문헌 1) KR10-2015-0038912 A1
(특허문헌 2) KR10-1371654 B1
(특허문헌 3) KR10-2014-0114316 A1
(특허문헌 4) KR10-1403624 B1 Recently, there has been a demand for a method of treating a brine at a high temperature that occurs during distillation of the seawater.
(Patent Document 1) KR10-2015-0038912 A1
(Patent Document 2) KR10-1371654 B1
(Patent Document 3) KR10-2014-0114316 A1
(Patent Document 4) KR10-1403624 B1

본 발명의 일 목적은 증류법을 이용한 해수의 담수화 과정에서 발생한 고온 및 고농도의 브라인의 배출량을 감소시킬 수 있는 장치를 제공하고자 한다. It is an object of the present invention to provide a device capable of reducing the amount of high-temperature and high-concentration brine discharged during desalination of seawater by distillation.

본 발명의 다른 목적은 증류법을 이용한 해수의 담수화 과정에서 발생한 고온 및 고농도의 브라인의 배출량을 감소시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다. Another object of the present invention is to provide a method for reducing the amount of brine discharged at a high temperature and a high concentration generated in the process of desalination of seawater using a distillation method.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인(brine)을 처리하는 장치로서,According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for treating a brine generated during desalination of seawater,

브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기; 및 A heat exchanger that is heat exchanged between the brine and the induction solution including a temperature responsive solute; And

반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조를 포함하는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 장치에 관한 것이다.And a forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semi-permeable membrane.

본 발명에서 상기 유도용액 구간으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include an induction solution recovery tank for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section and recovering the induction solution.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조는 냉각기를 포함할 수 있다. In the present invention, the induction solution recovery tank may include a cooler.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조에서 회수된 유도용액은 열 교환기로 공급될 수 있다. In the present invention, the inductive solution recovered in the induction solution recovery tank may be supplied to a heat exchanger.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조에서 분리된 청수를 여과하는 여과조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a filtration tank for filtering fresh water separated in the induction solution collection tank.

본 발명에서 상기 여과조는 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함할 수 있다.
In the present invention, the filtration tank may include an ultrafilter or a nano-filter.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인(brine)을 처리하는 방법으로서, According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of treating a brine generated in the desalination process of seawater,

1) 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환하는 단계;1) exchanging heat between the brine and the induction solution comprising a temperature responsive solute;

2) 브라인과 유도용액을 반투막을 통해 접촉시키는 단계; 및2) contacting the brine and the inducing solution through a semipermeable membrane; And

3) 정삼투압 현상에 의해 상기 브라인 내에 포함된 청수가 반투막을 통과하여 상기 유도용액으로 이동하는 단계를 포함하는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 방법에 관한 것이다.And 3) a step of moving the fresh water contained in the brine through the semipermeable membrane to the induction solution by the positive osmotic pressure phenomenon, in a desalination process of seawater.

본 발명에서 상기 3) 단계에 후속적으로 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the step (3) may further include separating fresh water from the subsequently diluted induction solution and recovering the inducing solution.

본 발명에서 상기 유도용액을 회수하는 단계는 희석된 유도용액을 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.In the present invention, the step of recovering the inductive solution may include cooling the diluted inductive solution to a temperature below the phase separation temperature of the temperature responsive solute.

본 발명에서 상기 유도용액을 회수하는 단계에서 회수된 유도용액은 2) 단계의 브라인과 열 교환 시 사용될 수 있다. In the present invention, the recovered inductive solution in the step of recovering the inductive solution may be used in heat exchange with the brine in step 2).

본 발명에서 상기 유도용액을 회수하는 단계에 후속적으로 분리된 청수를 여과하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the present invention, the step of recovering the inducing solution may further include filtering the separated fresh water.

본 발명에서 상기 여과하는 단계는 한외 여과(ultra-filter) 또는 나노 여과(nano-filter)로 수행될 수 있다. In the present invention, the filtration may be performed by ultra-filtration or nano-filtration.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질은 0 내지 40℃에서 상분리 현상이 발생될 수 있다.In the present invention, the temperature-responsive solute may undergo phase separation at 0 to 40 ° C.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질은 고임계 용해온도(upper critical solution temperature, UCST)성 유도용질일 수 있다.In the present invention, the temperature responsive solute may be an upper critical solution temperature (UCST) inducing solute.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질은 이소부티르산(IBA), 이소부티르아미드(IBAm), 에틸렌글리콜모노페닐에테르(EGPE), 테트라-n-부틸포스포늄 푸마레이트(P4BF) 및 프로판 술포네이티드 폴리에틸렌이민(PS-PEI)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
In the present invention, the temperature responsive solute may be selected from the group consisting of isobutyrate (IBA), isobutyramide (IBAm), ethylene glycol monophenyl ether (EGPE), tetra-n-butylphosphonium fumarate (P4BF) and propanesulfonated polyethylene Imine (PS-PEI).

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 해수가 저장되는 해수 저장 탱크; According to another embodiment of the present invention, there is provided a seawater storage tank in which seawater is stored;

상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 증류하여 나트륨이 제거된 담수와 브라인(brine)을 분리하는 증류 챔버; A distillation chamber for distilling the seawater stored in the seawater storage tank and separating sodium fresh water from the brine;

상기 증류 챔버에서 배출되는 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기; 및 A heat exchanger that is heat exchanged between the brine discharged from the distillation chamber and an induction solution including a temperature responsive solute; And

반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조를 포함하는, 해수의 담수화 장치에 관한 것이다.And a forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semi-permeable membrane.

본 발명에서 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수에 포함된 이물질을 제거하기 위한 전처리조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a pretreatment unit for removing foreign matter contained in seawater stored in the seawater storage tank.

본 발명에서 상기 전처리조는 이중 여과 장치(Dual media filter, DMF)를 포함할 수 있다.In the present invention, the pretreatment tank may include a dual media filter (DMF).

본 발명에서 상기 증류 챔버는 증류된 기상의 해수를 액상의 담수로 응축하는 응축기를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the distillation chamber may further include a condenser for condensing distilled gaseous seawater into liquid fresh water.

본 발명에서 상기 담수를 저장하는 담수 저장 탱크를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 담수에 미네랄을 첨가하는 미네랄조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a fresh water storage tank for storing the fresh water. In the present invention, the mineral water may be further added to the fresh water.

본 발명에서 상기 유도용액 구간으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include an induction solution recovery tank for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section and recovering the induction solution.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조는 냉각기를 포함할 수 있다.In the present invention, the induction solution recovery tank may include a cooler.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조에서 회수된 유도용액은 열 교환기로 공급될 수 있다.In the present invention, the inductive solution recovered in the induction solution recovery tank may be supplied to a heat exchanger.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조에서 분리된 청수를 여과하는 여과조를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a filtration tank for filtering fresh water separated in the induction solution collection tank.

본 발명에서 상기 여과조는 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함할 수 있다.In the present invention, the filtration tank may include an ultrafilter or a nano-filter.

본 발명에서 제공하는 브라인의 처리 장치 및 방법을 이용하는 경우, 해수의 담수화 과정에서 배출되는 브라인의 온도를 낮추고, 양을 현저히 감소시킬 수 있으며, 그 과정에서 추가적으로 청수를 또한 회수할 수 있는 장점이 있다.When the apparatus and method for treating brine provided in the present invention are used, the temperature of the brine discharged in the seawater desalination process can be lowered and the amount thereof can be remarkably reduced, and the fresh water can be further recovered in the process .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라인의 처리 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 schematically shows the structure of an apparatus for treating brine according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows the structure of a seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

일반적으로 해수를 담수화하는 과정 중 증류법(Distillation)이라 하면, 해수를 증발시킨 후 이를 응축시켜 담수를 만드는 과정에 해당한다. 상기 증류법으로는 대표적으로 다단 증류법(Multi-stage flash distillation, MSF)과 다중 효용법(Multiple effect distillation, MED)으로 분류할 수 있다. 상기 다단 증류법 및 다중 효용법 과정에서 증발하지 않고 잔류하는 47℃ 이상의 고온의 농축 염수를 '브라인(brine)'이라고 한다. 상기 브라인을 그대로 바다에 방류하는 경우, 온도 및 염분의 상승으로 인하여 해양 생태계를 파괴하는 문제점이 발생한다. 본 발명에서는 간단하고 저렴한 공정으로 상기 브라인의 배출량을 최소화할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다. Generally, distillation during the process of desalination of seawater is a process of evaporating seawater and condensing it to make freshwater. The distillation method can be classified into multi-stage flash distillation (MSF) and multiple effect distillation (MED). The concentrated brine at a high temperature of 47 ° C or more which remains without evaporation in the above multi-stage distillation method and multiple utility method is called "brine". When the brine is discharged into the sea as it is, there is a problem that the marine ecosystem is destroyed due to an increase in temperature and salinity. The present invention aims to provide an apparatus and method for minimizing the amount of brine discharged in a simple and inexpensive process.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인(brine)을 처리하는 장치로서, 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기; 및 반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조를 포함하는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 장치에 관한 것이다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for treating a brine generated during desalination of seawater, comprising: a heat exchanger that is heat exchanged between an eluent including a brine and a temperature responsive solute; And a forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semipermeable membrane, and a device for treating a brine in a seawater desalination process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정삼투 수처리 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 이하 도 1을 참조하여 본 발명을 설명한다.FIG. 1 schematically shows the structure of a hydro-osmotic water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명에서 상기와 같이 증류법을 이용한 해수의 담수화 과정에서 발생한 47℃ 이상의 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액을 열 교환기(10)에 공급하여 양자 사이 열 교환시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 열 교환기(10)에서 고온의 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액이 열 교환되어, 브라인은 온도가 낮아지고 유도용액은 온도가 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이상으로 높아져 균일상을 이룰 수 있다.In the present invention, an induction solution containing a brine and a temperature-responsive solute at a temperature of 47 ° C or higher generated in the desalination process of seawater using the distillation method may be supplied to the heat exchanger 10 and heat exchange may be performed therebetween. Specifically, in the heat exchanger 10, the induction solution containing the hot brine and the temperature responsive solute is heat-exchanged so that the brine is lowered in temperature and the induction solution is heated to a temperature higher than the phase separation temperature of the temperature responsive solute It can become homogeneous.

본 발명에서는 상기와 같이 열 교환기(10)에서 상대적으로 온도가 낮아진 브라인을 정삼투 반응조(11)의 브라인 구간(11a)으로 공급하고, 열 교환기(10)에서 상대적으로 온도가 높아져 균일상을 이루는 유도용액은 유도용액 구간(11b)으로 공급하여 반투막(11c)을 매개로 접촉시킬 수 있다. 그 경우 정삼투압 현상에 의하여 브라인 구간(11a) 내의 브라인에 포함된 청수가 반투막(11c)을 통과하여 유도용액 구간(11b)으로 이동해 유도용액이 희석될 수 있다. In the present invention, a brine whose temperature is relatively lowered in the heat exchanger 10 is supplied to the brine section 11a of the forward osmosis reaction tank 11 as described above. In the heat exchanger 10, The inductive solution can be supplied to the inductive solution section 11b and contacted via the semipermeable membrane 11c. In this case, fresh water contained in the brine in the brine section 11a by the positive osmotic pressure phenomenon passes through the semipermeable membrane 11c and flows to the guided solution section 11b, whereby the induction solution can be diluted.

또한, 본 발명에서 상기 반투막(11c)은 물에 대하여는 투과성(water-permeable)이고, 분리 대상 물질에 대하여 비투과성의 성질을 갖는 막으로, 삼투법에 의한 담수화 또는 정수방법에서 통상적으로 사용되는 반투막이라면 제한없이 사용 가능하나, 예를 들면, 그 형태가 관형, 판형 또는 나권형일 수 있다. In addition, in the present invention, the semipermeable membrane 11c is water-permeable to water and impermeable to a substance to be separated. The semipermeable membrane 11c is a membrane which is generally used in desalination or water purification by osmosis But it may be, for example, a tubular shape, a plate shape, or a spiral shape.

또한, 본 발명에서 상기 반투막(11c)의 재질 역시 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 아세틸화메셀로스, 폴리아미드, 폴리아크릴니트릴 및 술폰화된 폴리술폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 및 셀룰로오스 부틸레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있다. Also, in the present invention, the material of the semipermeable membrane 11c is not particularly limited, but is selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, acetylated mesosol, polyamide, polyacrylonitrile and sulfonated polysulfone And may be made of any one material. More preferably, it may be made of one or more materials selected from the group consisting of cellulose acetate, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate and cellulose butyrate.

또한, 본 발명에서는 상기 유도용액 구간(11b)으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조(12)를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include an induction solution recovery tank 12 for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section 11b and recovering the induction solution.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조(12)는 냉각기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 상기 유도용액은 온도응답성 유도용질을 포함하므로, 희석된 유도용액을 냉각기에 공급하여 유도용액의 온도를 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 낮추면 청수와 유도용액이 상분리되고, 유도용액만을 용이하게 회수할 수 있다. In the present invention, the induction solution recovery tank 12 may include a cooler. Specifically, in the present invention, since the induction solution includes a temperature-responsive solute, when the diluted induction solution is supplied to the cooler to lower the temperature of the induction solution below the phase-separation temperature of the temperature-responsive solute, And only the induction solution can be easily recovered.

본 발명에서는 상기와 같이 유도용액 회수조(12)에서 회수된 유도용액을 열 교환기(10)로 재공급하여 고온의 브라인과의 열 교환에 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 반응조(11)의 유도용액 구간(11b)으로 재공급하여 유도용액으로 재사용할 수 있다. In the present invention, the induction solution recovered in the induction solution recovery tank 12 may be re-supplied to the heat exchanger 10 to be reused for heat exchange with the high temperature brine, and if necessary, (11b) of the solution (11) and can be reused as an inducing solution.

또한, 본 발명에서는 상기 유도용액 회수조(12)에서 분리된 청수를 여과하여 그에 잔존하는 유도용액을 추가로 회수하기 위한 여과조(13)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 여과조(13)의 구성을 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면, 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a filtration tank 13 for filtering the fresh water separated in the induction solution collection tank 12 and further recovering the remaining induction solution. In the present invention, the configuration of the filtration tank 13 is not particularly limited, but may include, for example, an ultrafilter or a nano-filter.

본 발명에서 상기 여과조(13)에서 회수된 유도용액 또한 열 교환기(10)로 재공급하여 고온의 브라인과의 열 교환에 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 정삼투 반응조(11)의 유도용액 구간(11b)으로 재공급하여 유도용액으로 재사용할 수 있다. In the present invention, the inductive solution recovered in the filtration tank 13 may be re-supplied to the heat exchanger 10 to be reused for heat exchange with the high temperature brine, and if necessary, (11b) and reused as an inducing solution.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질은 물질이 수용액 상태로 소정 몰분율 하에 있을 때 특정 온도를 기준으로 그 온도보다 높거나 낮은 영역에서는 균일한 용액상으로 존재하지만, 기준 온도의 반대편 영역에서는 급격히 용해도가 떨어지며 상분리가 일어나게 되는 물질을 의미한다. In the present invention, the temperature-responsive solute is present in a homogeneous solution phase in a region higher or lower than a specific temperature when the material is in a predetermined molar fraction under an aqueous solution state, but rapidly dissolves in a region opposite to the reference temperature It means a material that falls and phase separation occurs.

본 발명에서는 상기 온도응답성 유도용질로 상분리 온도보다 높은 온도에서는 균일상을 이루다가 상분리 온도보다 낮은 온도에서 상분리 현상이 발생되는 고임계 용해온도(upper critical solution temperature, UCST)성 유도용질인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the temperature-responsive solute is an upper critical solution temperature (UCST) -induced solute which forms homogeneous phase at a temperature higher than the phase separation temperature and phase separation occurs at a temperature lower than the phase separation temperature Do.

또한, 본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질의 상분리 온도로는 47℃ 이상의 고온의 브라인과 열 교환에 의해 온도가 높아지면 균일상을 이루었다가 냉각기에서 냉각되면 상분리가 일어날 수 있도록 상분리 온도가 0 내지 40℃의 범위에 존재하는 것이 바람직하다. In the present invention, the phase-separation temperature of the temperature-responsive solute is a homogeneous phase when the temperature is increased by heat exchange with a brine having a high temperature of 47 ° C or higher, and when the solution is cooled in the cooler, the phase- 40 < 0 > C.

본 발명에서는 온도응답성 유도용질을 이용하여 고온의 브라인의 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 연속하는 정삼투 공정에 의해 브라인의 배출량을 감소시키고, 추가로 청수를 회수할 수 있다.
In the present invention, not only the temperature of the brine at a high temperature can be lowered by using the temperature responsive solute, but also the discharge amount of the brine can be reduced and the fresh water can be further recovered by the continuous forward osmosis process.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 1) 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환하는 단계; 2) 브라인과 유도용액을 반투막을 통해 접촉시키는 단계; 및 3) 정삼투압 현상에 의해 상기 브라인 내에 포함된 청수가 반투막을 통과하여 상기 유도용액으로 이동하는 단계를 포함하는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 방법에 관한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for the preparation of a composition comprising: 1) exchanging heat between a brine and an induction solution comprising a temperature responsive solute; 2) contacting the brine and the inducing solution through a semipermeable membrane; And 3) a step of passing the fresh water contained in the brine through the semipermeable membrane to the inductive solution by a positive osmotic phenomenon, and a method for treating brine in the desalination process of seawater.

본 발명에서 증류법을 이용한 해수의 담수화 과정에서 발생한 47℃ 이상의 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환시켜 브라인의 온도는 낮추고, 유도용액의 온도는 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이상으로 높여 균일상을 이루게 할 수 있다. In the present invention, the temperature of the brine is lowered by exchanging heat between the brine of 47 ° C or higher and the induction solution containing the temperature-responsive solute induced in the seawater desalination process using the distillation method, The temperature can be raised above the phase separation temperature to form a homogeneous phase.

본 발명에서는 상기와 같이 열 교환에 의하여 상대적으로 온도가 낮아진 브라인과 열 교환에 의하여 상대적으로 온도가 높아진 유도용액을 반투막을 매개로 접촉시키면, 정삼투압 현상에 의하여 브라인 내에 포함된 청수가 반투막을 통과해 유도용액으로 이동할 수 있다. In the present invention, when the induction solution having a relatively high temperature by heat exchange with a brine whose temperature is relatively lowered by heat exchange is contacted through the semipermeable membrane as described above, fresh water contained in the brine is passed through the semipermeable membrane Solution can be moved to solution.

본 발명에서 상기 유도용액은 수처리의 대상이 되는 브라인보다 높은 농도로 온도응답성 유도용질을 포함하는 것이 정삼투압 현상을 유도할 수 있어 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the induction solution contains a temperature responsive solute at a concentration higher than that of the brine to be water-treated, because it can induce a positive osmotic phenomenon.

또한, 본 발명에서 상기와 같이 정삼투압 현상에 의해 청수가 이동하여 그 농도가 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유도용액은 온도응답성 유도용질을 포함하므로, 희석된 유도용액의 온도를 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 냉각하는 경우 유도용액과 청수가 상분리되어, 유도용액만을 용이하게 회수할 수 있다. Also, in the present invention, fresh water is moved by the positive osmotic pressure phenomenon as described above, and fresh water can be separated from the induction solution in which the concentration thereof is diluted, and the induction solution can be recovered. Since the induction solution used in the present invention includes a temperature responsive solute, when the temperature of the diluted induction solution is cooled below the phase separation temperature of the temperature responsive solute, the induction solution and clear water are phase-separated, Can be recovered.

본 발명에서 상기와 같이 회수된 유도용액은 고온의 브라인과 열 교환 시 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 공정에 유도용액으로도 재사용할 수 있다. In the present invention, the above-recovered inductive solution can be reused when heat exchanged with a brine at a high temperature, and can be reused as an induction solution in a subsequent positive osmosis process, if necessary.

또한, 본 발명에서 상기와 같은 상분리 공정에 의하여 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리할 수 있으나, 그 청수에는 미량의 유도용액이 여전히 잔존할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 청수에 잔존하는 유도용액을 여과 및 회수하기 위하여 여과하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 여과 방법을 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 한외 여과(ultra-filtration) 또는 나노 여과(nano-filtration)에 의할 수 있다. Also, in the present invention, fresh water can be separated from the diluted induction solution by the phase separation process as described above, but a trace amount of the induction solution may still remain in the fresh water. Therefore, in the present invention, it is possible to further include a step of filtering, if necessary, to filter and recover the inductive solution remaining in the fresh water. Here, the filtration method is not particularly limited, but may be performed by, for example, ultra-filtration or nano-filtration.

본 발명에서 상기와 같이 여과 공정에 의해 추가로 회수된 유도용액 또한 고온의 브라인과의 열 교환 시 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 공정에서 유도용액으로 재사용할 수 있다.In the present invention, the inductive solution further recovered by the filtration process as described above can be reused at the time of heat exchange with the brine at a high temperature, and can be reused as an induction solution in a subsequent positive osmosis process, if necessary.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질은 물질이 수용액 상태로 소정 몰분율 하에 있을 때 특정 온도를 기준으로 그 온도보다 높거나 낮은 영역에서는 균일한 용액상으로 존재하지만, 기준 온도의 반대편 영역에서는 급격히 용해도가 떨어지며 상분리가 일어나게 되는 물질을 의미한다. In the present invention, the temperature-responsive solute is present in a homogeneous solution phase in a region higher or lower than a specific temperature when the material is in a predetermined molar fraction under an aqueous solution state, but rapidly dissolves in a region opposite to the reference temperature It means a material that falls and phase separation occurs.

본 발명에서는 상기 온도응답성 유도용질로 상분리 온도보다 높은 온도에서는 균일상을 이루다가 상분리 온도보다 낮은 온도에서 상분리 현상이 발생되는 고임계 용해온도(upper critical solution temperature, UCST)성 유도용질인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the temperature-responsive solute is an upper critical solution temperature (UCST) -induced solute which forms homogeneous phase at a temperature higher than the phase separation temperature and phase separation occurs at a temperature lower than the phase separation temperature Do.

또한, 본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질의 상분리 온도로는 47℃ 이상의 고온의 브라인과 열 교환에 의해 온도가 높아지면 균일상을 이루었다가 냉각기에서 냉각되면 상분리가 일어날 수 있도록 상분리 온도가 0 내지 40℃의 범위에 존재하는 것이 바람직하다. In the present invention, the phase-separation temperature of the temperature-responsive solute is a homogeneous phase when the temperature is increased by heat exchange with a brine having a high temperature of 47 ° C or higher, and when the solution is cooled in the cooler, the phase- 40 < 0 > C.

또한, 본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질의 종류를 특별히 제한하지는 않으나, 바람직하게는 하기 화학식들로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다:Further, in the present invention, the type of the temperature responsive solute is not particularly limited, but it may preferably be one or more substances selected from the group consisting of the following formulas:

Figure 112016077561108-pat00001
Figure 112016077561108-pat00001

이소부티르산(IBA); Isobutyric acid (IBA);

Figure 112016077561108-pat00002
Figure 112016077561108-pat00002

이소부티르아미드(IBAm);Isobutyramide (IBAm);

Figure 112016077561108-pat00003
Figure 112016077561108-pat00003

에틸렌글리콜모노페닐에테르(EGPE);Ethylene glycol monophenyl ether (EGPE);

Figure 112016077561108-pat00004
Figure 112016077561108-pat00004

테트라-n-부틸포스포늄 푸마레이트(P4BF); 및Tetra-n-butylphosphonium fumarate (P4BF); And

Figure 112016077561108-pat00005
Figure 112016077561108-pat00005

프로판 술포네이티드 폴리에틸렌이민(PS-PEI)
Propanesulfonated polyethyleneimine (PS-PEI)

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 해수가 저장되는 해수 저장 탱크; 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 증류하여 나트륨이 제거된 담수와 브라인(brine)을 분리하는 증류 챔버; 상기 증류 챔버에서 배출되는 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기; 및 반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조를 포함하는, 해수의 담수화 장치에 관한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a seawater storage tank in which seawater is stored; A distillation chamber for distilling the seawater stored in the seawater storage tank and separating sodium fresh water from the brine; A heat exchanger that is heat exchanged between the brine discharged from the distillation chamber and an induction solution including a temperature responsive solute; And a forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semi-permeable membrane.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수의 담수화 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 이하 도 2를 참조하여 본 발명을 설명한다. 2 schematically shows a structure of a seawater desalination apparatus according to an embodiment of the present invention, and the present invention will be described with reference to FIG.

본 발명에서는 펌프 및 취수부를 이용하여 해수를 취수한 뒤, 해수 저장 탱크(100)에 저장할 수 있다. In the present invention, seawater can be collected using the pump and the water intake unit, and then stored in the seawater storage tank 100.

또한, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 해수 저장 탱크(100)에 저장된 해수에 포함된 이물질을 제거하기 위한 전처리조(101)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 전처리조(101)의 구조는 특별히 제한하지 않으며, 브라인에 포함된 이물질을 제거할 수 있는 장치라면 제한없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 이중 여과 장치(Dual media filter, DMF)일 수 있다. In addition, the present invention may further include a pretreatment tank 101 for removing foreign matter contained in the seawater stored in the seawater storage tank 100, if necessary. In this case, the structure of the pretreatment tank 101 is not particularly limited, and any device capable of removing foreign substances contained in the brine may be used without limitation. For example, a dual media filter (DMF) have.

본 발명에서는 상기와 같이 전처리조(101)를 더 포함함으로써 그 후단에 배치되는 증류 챔버(102)에 이물질이 침적되는 것을 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있다. The present invention further includes the pretreatment vessel 101 as described above, so that foreign substances are prevented from being deposited in the distillation chamber 102 disposed at the rear end thereof, and the service life thereof can be extended.

본 발명에서는 상기와 같이 전처리조(101)에서 이물질이 제거된 해수를 증류 챔버(102)로 공급하여 상기 해수를 증류시킬 수 있다. 이때, 상기 해수의 상당 부분은 증류되어 기상으로 되지만, 일부는 증류되지 않고 고온의 농축 염수, 즉 브라인으로 증류 챔버(102)의 하부에 잔류하게 된다. In the present invention, as described above, the seawater having foreign substances removed from the pretreatment tank 101 may be supplied to the distillation chamber 102 to distill the seawater. At this time, a considerable portion of the seawater is distilled and becomes vapor phase, but a part of the seawater is not distilled but remains in the lower portion of the distillation chamber 102 with high-temperature concentrated brine, that is, brine.

본 발명에서 상기 증류 챔버(102)는 증류된 기상의 해수를 액상의 담수로 응축하는 응축기(103)를 더 포함할 수 있다. In the present invention, the distillation chamber 102 may further include a condenser 103 for condensing distilled gaseous seawater into liquid fresh water.

본 발명에서 상기 응축기(103)에서 응축된 담수는 담수 저장 탱크(104)에 저장된 뒤 식수로 사용될 수 있다.In the present invention, fresh water condensed in the condenser 103 may be stored in the fresh water storage tank 104 and then used as drinking water.

본 발명에서는, 필요에 따라 상기 담수 저장 탱크(104)에 저장된 담수에 미네랄을 첨가하는 미네랄조(105)를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include a mineral tank 105 for adding minerals to the fresh water stored in the fresh water storage tank 104, if necessary.

한편, 본 발명에서는 상기 증류 챔버(102)의 하부에 잔류하는 브라인을 열 교환기(110)로 공급하고, 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 또한 상기 열 교환기(110)에 공급하여 양자 사이 열 교환시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 열 교환기(110)에서 고온의 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액이 열 교환되어, 브라인은 온도가 낮아지고 유도용액은 온도가 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이상으로 높아져 균일상을 이룰 수 있다.Meanwhile, in the present invention, brine remaining in the lower part of the distillation chamber 102 is supplied to the heat exchanger 110, and an induction solution including a temperature responsive solute is also supplied to the heat exchanger 110, Exchangeable. Specifically, in the heat exchanger 110, the induction solution containing the hot brine and the temperature responsive solute is heat-exchanged so that the brine is lowered in temperature and the induction solution is heated to a temperature higher than the phase separation temperature of the temperature responsive solute It can become homogeneous.

본 발명에서는 상기와 같이 열 교환기(110)에서 상대적으로 온도가 낮아진 브라인을 정삼투 반응조(111)의 브라인 구간(111a)으로 공급하고, 열 교환기에서 상대적으로 온도가 높아져 균일상을 이루는 유도용액은 유도용액 구간(111b)으로 공급하여 반투막(111c)을 매개로 접촉시킬 수 있다. 그 경우 정삼투압 현상에 의하여 브라인 구간(111a) 내의 브라인에 포함된 청수가 반투막(111c)을 통과하여 유도용액 구간(111b)으로 이동해 유도용액이 희석될 수 있다. In the present invention, as described above, the brine having a relatively lower temperature in the heat exchanger 110 is supplied to the brine section 111a of the forward osmosis reaction tank 111, and the inductive solution having a relatively high temperature in the heat exchanger, The solution may be supplied to the induction solution section 111b and contacted through the semipermeable membrane 111c. In this case, fresh water contained in the brine in the brine section 111a by the positive osmotic pressure phenomenon passes through the semipermeable membrane 111c and flows to the guided solution section 111b, so that the guiding solution can be diluted.

또한, 본 발명에서 상기 반투막(111c)은 물에 대하여는 투과성(water-permeable)이고, 분리 대상 물질에 대하여 비투과성의 성질을 갖는 막으로, 삼투법에 의한 담수화 또는 정수방법에서 통상적으로 사용되는 반투막이라면 제한없이 사용가능하나, 예를 들면, 그 형태가 관형, 판형 또는 나권형일 수 있다. In addition, in the present invention, the semipermeable membrane 111c is a membrane that is water-permeable to water and impermeable to a substance to be separated. The semipermeable membrane 111c is a membrane that is commonly used in desalination or water purification But it may be, for example, a tubular shape, a plate shape, or a spiral shape.

또한, 본 발명에서 상기 반투막(111c)의 재질 역시 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면 셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 아세틸화메셀로스, 폴리아미드, 폴리아크릴니트릴 및 술폰화된 폴리술폰으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트 및 셀룰로오스 부틸레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있다. Also, in the present invention, the material of the semipermeable membrane 111c is not particularly limited, but is selected from the group consisting of cellulose, polyvinyl alcohol, acetylated mesosol, polyamide, polyacrylonitrile and sulfonated polysulfone And may be made of any one material. More preferably, it may be made of one or more materials selected from the group consisting of cellulose acetate, cellulose diacetate, cellulose triacetate, cellulose propionate and cellulose butyrate.

또한, 본 발명에서는 상기 유도용액 구간(111b)으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조(112)를 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include an induction solution recovery tank 112 for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section 111b and recovering the induction solution.

본 발명에서 상기 유도용액 회수조(112)는 냉각기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 상기 유도용액은 온도응답성 유도용질을 포함하므로, 희석된 유도용액을 냉각기에 공급하여 유도용액의 온도를 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 낮추면 청수와 유도용액이 상분리되고, 유도용액만을 용이하게 회수할 수 있다.In the present invention, the induction solution recovery tank 112 may include a cooler. Specifically, in the present invention, since the induction solution includes a temperature-responsive solute, when the diluted induction solution is supplied to the cooler to lower the temperature of the induction solution below the phase-separation temperature of the temperature-responsive solute, And only the induction solution can be easily recovered.

본 발명에서는 상기와 같이 유도용액 회수조(112)에서 회수된 유도용액을 열 교환기(110)로 재공급하여 고온의 브라인과의 열 교환에 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 반응조(111)의 유도용액 구간(111b)으로 재공급하여 유도용액으로 재사용할 수 있다. In the present invention, the induction solution recovered in the induction solution recovery tank 112 may be re-supplied to the heat exchanger 110 to be reused for heat exchange with the high temperature brine, and if necessary, The solution may be re-supplied to the inductive solution section 111b of the electrode 111 and reused as an induction solution.

또한, 본 발명에서는 상기 유도용액 회수조(112)에서 분리된 청수를 여과하여 그에 잔존하는 유도용액을 추가로 회수하기 위한 여과조(113)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 여과조(113)의 구성을 특별히 제한하지는 않으나, 예를 들면, 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a filtration tank 113 for filtering the fresh water separated in the induction solution recovery tank 112 and further recovering the remaining induction solution. In the present invention, the structure of the filtration tank 113 is not particularly limited, but may include, for example, an ultrafilter or a nano-filter.

본 발명에서 상기 여과조(113)에서 회수된 유도용액 또한 열 교환기(110)로 재공급하여 고온의 브라인과의 열 교환에 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 정삼투 반응조(111)의 유도용액 구간(111b)으로 재공급하여 유도용액으로 재사용할 수 있다. In the present invention, the inductive solution recovered in the filtration tank 113 may be re-supplied to the heat exchanger 110 to be reused for heat exchange with the hot brine. If necessary, the induction solution in the forward osmosis reaction tank 111 may be re- (111b) and reused as an inducing solution.

또한, 본 발명에서 상기 여과조(113)에서 여과된 청수는 상기 미네랄조(105)로 이송되어 미네랄이 추가된 뒤 식수로 이용할 수 있다. In the present invention, the fresh water filtered in the filtration tank 113 is transferred to the mineral tank 105, and added with mineral, and then used as drinking water.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액은 상기 브라인의 처리 방법에 기재된 바와 중복되어 이하 생략한다.
In the present invention, the induction solution containing the temperature responsive solute is the same as that described in the above-mentioned brine treatment method and will be omitted herein.

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 1) 해수를 증류하여 증류된 기상의 해수와 브라인을 얻는 단계; 2) 상기 증류된 기상의 해수를 응축하여 액상의 담수를 얻는 단계; 3) 상기 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환하는 단계; 4) 브라인과 유도용액을 반투막을 통해 접촉시키는 단계; 및 5) 정삼투압 현상에 의해 상기 브라인 내에 포함된 청수가 반투막을 통과하여 상기 유도용액으로 이동하는 단계를 포함하는, 해수의 담수화 방법에 관한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of producing a distilled water, comprising the steps of: 1) distilling sea water to obtain distilled sea water and brine; 2) condensing the distillated gaseous seawater to obtain liquid fresh water; 3) exchanging heat between the brine and an induction solution comprising a temperature responsive solute; 4) contacting the brine and the inducing solution through a semipermeable membrane; And 5) a step of moving fresh water contained in the brine through the semipermeable membrane to the inductive solution by a positive osmotic phenomenon.

본 발명에서는 우선 펌프 및 취수부를 이용하여 해수를 취수할 수 있고, 필요에 따라서는 취수된 해수에 포함된 이물질을 제거하기 위한 전처리하는 단계를 수행할 수 있다. 여기서, 상기 전처리 공정의 수행 방법은 특별히 제한하지 않으며, 해수에 포함된 이물질을 제거할 수 있는 방법이라면 제한없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 이중 여과 공정(Dual media filtration, DMF)에 의할 수 있다. In the present invention, the seawater can be taken out first by using the pump and the water intake part, and if necessary, the pretreatment step for removing the foreign substances contained in the seawater can be performed. Here, the method of performing the pretreatment process is not particularly limited, and any method that can remove foreign substances contained in seawater can be used without limitation. For example, a dual filtration process (DMF) have.

본 발명에서는 상기와 같이 전처리하는 단계를 더 포함함으로써 그 후단에 수행되는 증류 공정 시 챔버 내에 이물질이 침적되는 것을 방지하여 그 수명을 연장시킬 수 있다. In the present invention, it is possible to prevent foreign substances from being deposited in the chamber during the distillation process performed at the subsequent stage, thereby extending the service life.

본 발명에서는 상기와 같이 전처리 공정에 의해 이물질이 제거된 해수를 증류할 수 있다. 이때 해수의 상당 부분이 증류되어 기상으로 되지만, 일부는 증류되지 않고 고온의 농축 염수, 즉 브라인으로 잔류하게 된다. In the present invention, seawater from which foreign substances have been removed can be distilled by the pretreatment process as described above. At this time, a considerable part of the seawater is distilled and becomes a gas phase, but a part of the seawater is not distilled but remains as a hot concentrated brine, that is, brine.

본 발명에서는 상기 증류된 기상의 해수를 응축하여 액상의 담수를 얻은 뒤 이를 식수로 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 상기 담수에 미네랄을 첨가하는 단계를 수행할 수 있다. In the present invention, the distillated gaseous seawater can be condensed to obtain liquid fresh water, which can then be used as drinking water. If necessary, the step of adding minerals to the fresh water can be performed.

한편, 본 발명에서는 상기 증류 공정에서 부산물로 얻어진 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환시킬 수 있고, 이로써 별도의 냉각수를 사용하지 않고도 브라인의 온도를 낮출 수 있으며, 유도용액은 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이상으로 온도가 높아져 균일상을 이룰 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the heat can be exchanged between the brine obtained as a by-product in the distillation step and the induction solution containing the temperature-responsive solute, thereby lowering the temperature of the brine without using any additional cooling water, The solution can be homogenized by increasing the temperature above the phase separation temperature of the temperature responsive solute.

본 발명에서는 상기와 같이 열 교환에 의하여 상대적으로 온도가 낮아진 브라인과 열 교환에 의하여 상대적으로 온도가 높아진 유도용액을 반투막을 매개로 접촉시키면 정삼투압 현상에 의하여 브라인에 포함된 청수가 반투막을 통과해 유도용액으로 이동할 수 있다. In the present invention, when the induction solution, which has relatively higher temperature by heat exchange with the brine whose temperature is lowered by the heat exchange as described above, is contacted through the semipermeable membrane, the clear water contained in the brine passes through the semipermeable membrane Lt; / RTI > solution.

본 발명에서 상기 유도용액은 처리의 대상이 되는 브라인보다 높은 농도로 온도응답성 유도용질을 포함하는 것이 정삼투압 현상을 유도할 수 있어 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the induction solution contains a temperature responsive solute at a higher concentration than the brine to be treated, because it can induce the positive osmotic phenomenon.

또한, 본 발명에서 상기와 같이 정삼투압 현상에 의해 청수가 이동하여 그 농도가 희석된 유도용액으로부터 유도용액을 회수하고 청수를 분리할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 유도용액은 온도응답성 유도용질을 포함하므로 희석된 유도용액의 온도를 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 냉각하는 경우, 유도용액과 청수가 상분리되어 유도용액만을 용이하게 회수할 수 있다. In addition, in the present invention, the fresh water is moved by the positive osmotic pressure phenomenon as described above, and the inductive solution can be recovered from the inductive solution whose concentration is diluted, and the fresh water can be separated. Since the inducing solution used in the present invention includes a temperature responsive solute, when the temperature of the diluted inducing solution is cooled below the phase separation temperature of the temperature responsive solute, the inducing solution and fresh water are phase-separated, can do.

본 발명에서 상기와 같이 회수된 유도용액은 고온의 브라인과의 열 교환 시 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 공정에 유도용액으로도 재사용할 수 있다. In the present invention, the above-recovered inductive solution can be reused at the time of heat exchange with the brine at a high temperature, and can be reused as an induction solution in a subsequent forward osmosis process, if necessary.

또한, 본 발명에서 상기와 같은 상분리 공정에 의하여 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리할 수 있으나, 그 청수에는 미량의 유도용액이 여전히 잔존할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 필요에 따라 상기 청수에 잔존하는 유도용액을 여과 및 회수하기 위하여 여과하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 여과 방법을 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면 한외 여과(ultra-filtration) 또는 나노 여과(nano-filtration)에 의할 수 있다. Also, in the present invention, fresh water can be separated from the diluted induction solution by the phase separation process as described above, but a trace amount of the induction solution may still remain in the fresh water. Therefore, in the present invention, it is possible to further include a step of filtering, if necessary, to filter and recover the inductive solution remaining in the fresh water. Here, the filtration method is not particularly limited, but may be performed by, for example, ultra-filtration or nano-filtration.

본 발명에서 상기와 같은 여과 공정에 의해 추가로 회수된 유도용액 또한 고온의 브라인과의 열 교환 시 재사용할 수 있고, 필요에 따라서는 이후의 정삼투 공정에서 유도용액으로 재사용할 수 있다.In the present invention, the inductive solution further recovered by the filtration process as described above can be reused at the time of heat exchange with the brine at a high temperature, and can be reused as an induction solution in a subsequent positive osmosis process, if necessary.

본 발명에서 잔량의 유도용액이 제거된 청수를 식수로 사용하기 위하여 필요에 따라서는 상기 청수에 미네랄을 첨가하는 단계를 추가로 더 포함할 수 있다. In the present invention, the method may further include the step of adding minerals to the fresh water if necessary in order to use the fresh water from which the remaining amount of the inducing solution has been removed as drinking water.

본 발명에서 상기 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액은 상기 브라인의 처리 방법에 기재된 바와 중복되어 이하 생략한다.
In the present invention, the induction solution containing the temperature responsive solute is the same as that described in the above-mentioned brine treatment method and will be omitted herein.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of specific examples. The following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

[실시예 1][Example 1]

해수를 도 2에 나타낸 해수의 담수화 장치를 사용하여 수처리하였다. 구체적으로는 해수(TDS: 35,000~40,000ppm)를 펌프로 취수하여 해수 저장 탱크(100)에 저장한 뒤 전처리조(101)로 공급하여 그에 포함된 이물질을 제거하고, 이어서 증류 챔버(102) 내로 공급하였다. 상기 증류 챔버(102)에서 해수를 증류시켜 기상의 해수와 47℃ 이상의 고농축 염수인 브라인을 얻었다. 상기 기상의 해수는 응축기(103)로 응축시켜 나트륨이 제거된 담수(TDS: 10ppm 미만)로 얻었고, 미네랄조(105)에서 상기 담수에 미네랄을 첨가하였다. 한편, 상기 증류 챔버(101)의 하부에 잔류하는 브라인(61,000~63,000ppm)은 열 교환기(110)로 공급하고, 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 또한 상기 열 교환기(110)에 공급하여 열 교환시켰다. 그 결과, 브라인의 온도는 41℃ 정도로 낮아지고, 유도용액은 온도가 높아져 균일상을 이루었다. 이후, 상기 브라인을 정삼투 반응조(111)의 브라인 구간(111a)으로 공급하고, 상기 유도용액을 유도용액 구간(111b)으로 공급하면 반투막(111c)을 매개로 정삼투압 현상이 발생하였다. 즉, 브라인에 포함된 청수가 반투막(111c)을 통과해 유도용액 구간(111b)으로 이동하여 유도용액이 희석되었다. 상기 유도용액 구간(111b)으로부터 배출되는 희석된 유도용액을 유도용액 회수조(112)로 공급하여 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 냉각시키자, 고농도의 유도용액(30℃)과 청수로 상분리되었다. 이때 고농도의 유도용액만을 회수하여 열 교환기(110)로 재공급해 고온의 브라인과 열 교환시켰다. 한편, 상기 유도용액 회수조(112)에서 분리된 청수는 여과조(113)로 공급하여, 상기 청수 내에 잔존하는 미량의 유도용액(30℃)을 추가로 회수하였다. 이때 회수된 유도용액은 유도용액 회수조(112)에서 회수된 고농도의 유도용액과 함께 열 교환기(110)로 재공급하였고, 여과된 청수는 미네랄조(105)에서 미네랄을 첨가하였다. 상기 과정을 통하여 일반적으로는 폐기될 브라인으로부터 청수를 40부피% 이상의 회수율로 회수할 수 있었다. The seawater was subjected to water treatment using a seawater desalination apparatus shown in Fig. More specifically, the seawater (TDS: 35,000 to 40,000 ppm) is taken by a pump and stored in the seawater storage tank 100, and then supplied to the pretreatment tank 101 to remove foreign substances contained therein and then into the distillation chamber 102 Respectively. The seawater was distilled in the distillation chamber 102 to obtain gaseous seawater and a brine which was highly concentrated at a temperature of 47 ° C or higher. The gaseous seawater was condensed in a condenser 103 to obtain sodium-free fresh water (TDS: less than 10 ppm), and minerals were added to the fresh water in the mineral tank 105. The remaining brine (61,000 to 63,000 ppm) remaining in the lower portion of the distillation chamber 101 is supplied to the heat exchanger 110 and the induction solution containing the temperature responsive solute is also supplied to the heat exchanger 110 Heat exchanged. As a result, the temperature of the brine was lowered to about 41 ° C, and the induction solution became homogeneous as the temperature increased. Thereafter, the brine was supplied to the brine section 111a of the forward osmosis reaction tank 111, and the induction solution was supplied to the inductive solution section 111b. As a result, a positive osmotic phenomenon occurred through the semipermeable membrane 111c. That is, fresh water contained in the brine moved through the semipermeable membrane 111c to the induction solution section 111b, and the induction solution was diluted. The diluted induction solution discharged from the induction solution section 111b is supplied to the induction solution recovery tank 112 to be cooled to a temperature lower than the phase separation temperature of the temperature responsive solute so that a high concentration induction solution (30 ° C) . At this time, only the high-concentration inductive solution was recovered and re-supplied to the heat exchanger 110 to perform heat exchange with the hot brine. On the other hand, the fresh water separated from the induction solution recovery tank 112 was supplied to the filtration tank 113 to further recover a trace amount of the induction solution (30 DEG C) remaining in the fresh water. At this time, the recovered induction solution was re-supplied to the heat exchanger 110 together with the high concentration induction solution recovered in the induction solution recovery tank 112, and the filtered fresh water was added with minerals in the mineral tank 105. Through the above process, it was possible to recover the fresh water from the brine to be discarded at a recovery rate of 40 vol% or more in general.

상기와 같이 본 발명의 담수화 장치에 의하는 경우, 고온의 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액의 열 교환을 통해 별도의 냉각수를 사용하지 않고도 브라인의 온도를 낮출 수 있고, 상기 열 교환 과정에서 온도가 증가된 유도용액은 균일상을 이루어 바로 정삼투 공정에 이용할 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 종전에는 방출 및 폐기될 브라인으로부터 상당량의 청수를 회수하여 식수 생산량을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 브라인의 방출로 인한 해양 생태계를 파괴의 문제점을 해결할 수 있다.
As described above, according to the desalination apparatus of the present invention, it is possible to lower the brine temperature without using any additional cooling water through heat exchange between the induction solution containing the brine and the temperature responsive solute, The induction solution with increased temperature during the process can be used for the positive osmosis process immediately after forming the homogeneous phase. Furthermore, in the present invention, it is possible to recover a considerable amount of clean water from the brine to be discharged and discarded in the past to increase the production volume of drinking water, and to solve the problem of destroying the marine ecosystem due to the release of the brine.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

10, 110: 열 교환기 11, 111: 정삼투 반응조
11a, 111a: 브라인 구간 11b, 111b: 유도용액 구간
11c, 111c: 반투막 12, 112: 유도용액 회수조
13, 113: 여과조 100: 해수 저장 탱크
101: 전처리조 102: 증류 챔버
103: 응축기 104: 담수 저장 탱크
105: 미네랄조10, 110: heat exchanger 11, 111: positive osmosis reaction tank
11a, 111a: brine section 11b, 111b: induction solution section
11c, 111c: Semi-permeable membrane 12, 112: Inductive solution recovery tank
13, 113: Filtration tank 100: Seawater storage tank
101: Pretreatment tank 102: distillation chamber
103: condenser 104: fresh water storage tank
105: Mineral salt

Claims (26)

해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인(brine)을 처리하는 장치로서,
브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기;
반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조;
상기 유도용액 구간으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조; 및
상기 유도용액 회수조에서 분리된 청수를 여과하는 여과조;를 포함하고,
상기 유도용액 회수조에서 회수된 유도용액은 열 교환기로 공급되는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 장치.An apparatus for treating a brine generated in the desalination process of seawater,
A heat exchanger that is heat exchanged between the brine and the induction solution including a temperature responsive solute;
A forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semipermeable membrane;
An induction solution recovery tank for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section and recovering the induction solution; And
And a filtration tank for filtering fresh water separated in the induction solution collection tank,
Wherein the inductive solution recovered in the induction solution recovery tank is supplied to a heat exchanger, and the brine treatment device generated in the desalination process of the seawater. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유도용액 회수조는 냉각기를 포함하는, 브라인의 처리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the inductive solution recovery tank includes a cooler. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 여과조는 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함하는, 브라인의 처리 장치. The method according to claim 1,
Wherein the filtration tank comprises an ultra-filter or a nano-filter. 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인(brine)을 처리하는 방법으로서,
1) 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열을 교환하는 단계;
2) 브라인과 상기 유도용액을 반투막을 통해 접촉시키는 단계; 및
3) 정삼투압 현상에 의해 상기 브라인 내에 포함된 청수가 반투막을 통과하여 상기 유도용액으로 이동하는 단계를 포함하고,
상기 3) 단계에 후속적으로 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 단계를 더 포함하며,
상기 유도용액을 회수하는 단계에서 회수된 유도용액은 상기 1) 단계의 브라인과 열 교환 시 사용되고,
상기 유도용액을 회수하는 단계에 후속적으로 분리된 청수를 여과하는 단계를 더 포함하는, 해수의 담수화 과정에서 발생한 브라인의 처리 방법.A method of treating a brine generated in the desalination process of seawater,
1) exchanging heat between the brine and the induction solution comprising a temperature responsive solute;
2) contacting the brine with the derivatizing solution through a semipermeable membrane; And
And 3) the fresh water contained in the brine by the positive osmotic phenomenon passes through the semipermeable membrane and moves to the inductive solution,
Further comprising separating fresh water from the subsequently diluted derivatized solution and recovering the inducing solution in step 3)
The inductive solution recovered in the step of recovering the inductive solution is used for heat exchange with the brine in the step 1)
Further comprising the step of filtering the subsequently separated fresh water in the step of recovering the inductive solution. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 유도용액을 회수하는 단계는 희석된 유도용액을 온도응답성 유도용질의 상분리 온도 이하로 냉각하는 단계를 포함하는, 브라인의 처리 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step of recovering the inductive solution comprises cooling the diluted inductive solution to a temperature below the phase separation temperature of the temperature responsive solute. 삭제delete 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 여과하는 단계는 한외 여과(ultra-filter) 또는 나노 여과(nano-filter)로 수행되는, 브라인의 처리 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the filtering is performed by ultra-filtration or nano-filtration. 제7항에 있어서,
상기 온도응답성 유도용질은 0 내지 40℃에서 상분리 현상이 발생되는, 브라인의 처리 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the temperature responsive solute causes a phase separation phenomenon at 0 to < RTI ID = 0.0 > 40 C. < / RTI > 제7항에 있어서,
상기 온도응답성 유도용질은 고임계 용해온도(upper critical solution temperature, UCST)성 유도용질인, 브라인의 처리 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the temperature responsive solute is an upper critical solution temperature (UCST) inducing solute. 제7항에 있어서,
상기 온도응답성 유도용질은 이소부티르산(IBA), 이소부티르아미드(IBAm), 에틸렌글리콜모노페닐에테르(EGPE), 테트라-n-부틸포스포늄 푸마레이트(P4BF) 및 프로판 술포네이티드 폴리에틸렌이민(PS-PEI)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 브라인의 처리 방법. 8. The method of claim 7,
The temperature responsive solute may be selected from the group consisting of isobutyric acid (IBA), isobutyramide (IBAm), ethylene glycol monophenyl ether (EGPE), tetra-n-butylphosphonium fumarate (P4BF) and propanesulfonated polyethyleneimine -PEI). ≪ / RTI > 해수가 저장되는 해수 저장 탱크;
상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 증류시켜 나트륨이 제거된 담수와 브라인(brine)을 분리하는 증류 챔버;
상기 증류 챔버에서 배출되는 브라인과 온도응답성 유도용질을 포함하는 유도용액 사이에 열 교환되는 열 교환기;
반투막에 의하여 브라인 구간과 유도용액 구간으로 구분되는 정삼투 반응조;
상기 유도용액 구간으로부터 배출되는 희석된 유도용액으로부터 청수를 분리하고 유도용액을 회수하는 유도용액 회수조; 및
상기 유도용액 회수조에서 분리된 청수를 여과하는 여과조;를 포함하고,
상기 유도용액 회수조에서 회수된 유도용액은 상기 열 교환기로 공급되는, 해수의 담수화 장치.A seawater storage tank in which seawater is stored;
A distillation chamber for distilling the seawater stored in the seawater storage tank to separate sodium from the fresh water and a brine;
A heat exchanger that is heat exchanged between the brine discharged from the distillation chamber and an induction solution including a temperature responsive solute;
A forward osmosis reaction tank divided into a brine section and an induction solution section by a semipermeable membrane;
An induction solution recovery tank for separating fresh water from the diluted induction solution discharged from the induction solution section and recovering the induction solution; And
And a filtration tank for filtering fresh water separated in the induction solution collection tank,
Wherein the inductive solution recovered in the induction solution recovery tank is supplied to the heat exchanger. 제16항에 있어서,
상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수에 포함된 이물질을 제거하기 위한 전처리조를 더 포함하는, 해수의 담수화 장치. 17. The method of claim 16,
Further comprising a pretreatment vessel for removing foreign matter contained in seawater stored in the seawater storage tank. 제17항에 있어서,
상기 전처리조는 이중 여과 장치(Dual media filter, DMF)를 포함하는, 해수의 담수화 장치.18. The method of claim 17,
Wherein the pretreatment vessel comprises a dual media filter (DMF). 제16항에 있어서,
상기 증류 챔버는 증류된 기상의 해수를 액상의 담수로 응축하는 응축기를 더 포함하는, 해수의 담수화 장치. 17. The method of claim 16,
Wherein the distillation chamber further comprises a condenser for condensing distilled gaseous seawater into liquid fresh water. 제19항에 있어서,
상기 담수를 저장하는 담수 저장 탱크를 더 포함하는, 해수의 담수화 장치. 20. The method of claim 19,
Further comprising a fresh water storage tank for storing the fresh water. 제19항에 있어서,
상기 담수에 미네랄을 첨가하는 미네랄조를 더 포함하는, 해수의 담수화 장치. 20. The method of claim 19,
Further comprising a mineral bath for adding minerals to the fresh water. 삭제delete 제16항에 있어서,
상기 유도용액 회수조는 냉각기를 포함하는, 해수의 담수화 장치. 17. The method of claim 16,
Wherein the induction solution recovery tank includes a cooler. 삭제delete 삭제delete 제16항에 있어서,
상기 여과조는 한외 여과기(ultra-filter) 또는 나노 여과기(nano-filter)를 포함하는, 해수의 담수화 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the filtration tank comprises an ultra-filter or a nano-filter.
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