KR102420223B1 - 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치 - Google Patents

칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 칼슘이온의 농도가 높고 칼슘이온농도의 변동이 큰 원수에 최적량의 마그네슘을 투입함으로써 칼슘계 결정의 생성을 억제시킬 수 있는 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치는 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수를 원수로 저장하는 원수조; 상기 원수조로부터 원수를 공급받음과 함께 마그네슘 공급장치로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도하는 전처리조; 상기 전처리조에 마그네슘을 공급하는 마그네슘 공급장치; 및 원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 칼슘농도 측정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치{Apparatus for inhibiting formation of calcium based crystal and Apparatus for water treatment using the same}
본 발명은 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 칼슘이온의 농도가 높고 칼슘이온농도의 변동이 큰 원수에 최적량의 마그네슘을 투입함으로써 칼슘계 결정의 생성을 억제시킬 수 있는 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치에 관한 것이다.
담수화 기술은 해수, 기수, 지표수, 지하수, 하폐수 등 다양한 처리대상원수에 대하여 이온을 제거하여 순수를 생산하는 기술로서, 해수담수화 및 하수재이용 등 원수 생산기술로 활용되고 있다. 이러한 담수화 기술은 중동, 미국, 호주, 중국, 싱가포르 등과 같은 물부족 국가들에서 주유 물 생산기술로서 활용하고 있으며, 하수를 재이용하여 식수 또는 중수 등으로 활용하고 있다.
이러한 담수화 기술은 분리막을 이용하여 불순물을 분리하거나 가열, 막증류, 전기투석 등의 공정을 이용하는데, 일정 시간 이상 공정을 진행하면 분리막 표면, 배관 등에 스케일(scale)이 형성된다.
분리막 표면, 배관 등의 형성되는 스케일은 처리대상원수에 포함되어 있는 금속이온과 염과 결합된 것으로, 담수화 공정이 진행될수록 그 크기가 커져 분리막의 여과효율을 저하시키고 배관을 막는 요인으로 작용한다. CaCO3, CaSO4 등의 칼슘계 스케일은 가장 대표적인 스케일 성분이다.
따라서, 스케일의 생성을 억제시킬 필요가 있으며, 스케일의 생성을 억제시키는 기술로는 화학약품을 이용하여 스케일의 침전을 유도하는 방법, 이온교환수지를 이용하는 방법, 가열을 통해 스케일을 열분해하는 방법 등이 이용되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 스케일 생성 억제기술은 해수담수화 공정에 효과적이지 못하다. 해수는 금속이온의 농도가 높을 뿐만 아니라 계절에 따라 금속이온의 농도가 변동됨으로 인해 상술한 공정의 장치를 적용하는 경우 장치의 공정조건 등을 수시로 조정해야 하기 때문에 스케일 생성 억제효율이 떨어진다.
또한, 최근에는 농축수의 배출을 최소화하는 수처리공정이 요구되고 있다. 농축수의 배출을 최소화함은 원수의 불순물이 최대치로 농축됨을 의미하며, 또한 이는 금속이온을 포함한 원수의 불순물 농도가 매우 높음을 의미한다. 이러한 고농도의 금속이온을 포함한 원수를 대상으로 분리막 공정을 실시하여 농축수의 배출을 최소화하는 경우, 높은 금속이온농도로 인해 스케일이 쉽게 생성되어 분리막의 파울링이 급격히 진행된다.
이러한 고농도의 금속이온을 포함한 원수를 대상으로 한 분리막 공정에 상술한 바와 같은 종래의 스케일 생성 억제기술을 적용하는 경우, 해수담수화 공정에서와 마찬가지로 높은 금속이온농도 및 금속이온농도의 변동성으로 인해 스케일 생성을 효과적으로 억제시킬 수 없다.
또한, 종래의 스케일 생성 억제기술은 스케일의 분리를 위해 스케일을 침전시키거나 여과하는 공정이 반드시 요구되어 공정의 복잡성이 뒤따르는 단점이 있다.
한국등록특허 제1410910호 한국등록특허 제1601835호 (비특허문헌 1) Ayoub, G. M., Zayyat, R. M. and Al-Hindi, M. (2014) Precipitation softening : a pretreatment process for swawater desalination . Environmental Science and Pollution Research 21(4), 2876-2887.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 칼슘이온의 농도가 높고 칼슘이온농도의 변동이 큰 원수에 최적량의 마그네슘을 투입함으로써 칼슘계 결정의 생성을 억제시킬 수 있는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고농축의 수처리가 요구되는 분리막 공정의 전처리공정에 적용됨으로써 높은 금속이온농도 및 금속이온온도의 변동에도 불구하고 스케일의 생성을 효과적으로 억제시켜 분리막이 스케일로 오염되는 것을 최소화할 수 있는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치는 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수를 원수로 저장하는 원수조; 상기 원수조로부터 원수를 공급받음과 함께 마그네슘 공급장치로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도하는 전처리조; 상기 전처리조에 마그네슘을 공급하는 마그네슘 공급장치; 및 원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 칼슘농도 측정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전처리조의 원수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10으로 조절되며, 원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제된다.
제어장치;를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어장치는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치에 의한 마그네슘 공급량을 제어할 수 있다.
상기 마그네슘 공급장치에 의해 공급되는 마그네슘은 MgCl2·6H2O의 형태로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치는 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수를 원수로 저장하는 원수조; 상기 원수조로부터 원수를 공급받음과 함께 마그네슘 공급장치로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도하는 전처리조; 상기 전처리조로부터 원수를 공급받아 분리막 공정을 실시하여 처리수를 생산하는 분리막장치; 상기 전처리조에 마그네슘을 공급하는 마그네슘 공급장치; 및 원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 칼슘농도 측정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 원수는 수처리공정의 역삼투공정에 의해 배출되는 농축수일 수 있다.
상기 전처리조의 원수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10으로 조절되며, 원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제된다.
제어장치;를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어장치는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치에 의한 마그네슘 공급량을 제어할 수 있다.
상기 분리막장치는 분리막을 이용하여 농축수를 분리하는 장치이다. 또한, 역삼투막을 이용한 분리막장치, 막증류 분리막이 적용된 분리막장치 중 어느 하나이거나 분리막을 이용하여 농축수를 여과하는 제반 분리막장치가 해당될 수 있다.
본 발명에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
원수 내의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율을 최적화함으로써 칼슘계 결정의 생성을 효과적으로 억제시킬 수 있으며, 이를 통해 칼슘계 결정에 의해 분리막 또는 배관이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 해수 또는 고농도의 칼슘이온이 포함된 폐수를 대상으로 고농축 분리막공정을 실시하는 경우, 분리막의 오염을 방지할 수 있어 CIP 등의 유지세정에 소요되는 비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치
도 3은 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율에 따른 VCF 변화를 나타낸 실험결과.
도 4는 마그네슘 투입 여부에 따른 스케일 생성 변화를 나타낸 실험결과.
본 발명은 원수의 Mg/Ca 비율을 최적화함으로써 칼슘계 결정의 생성을 억제시켜 원수의 Ca 성분에 의해 스케일이 형성되는 것을 지연시키거나 방지하는 기술을 제시한다.
본 발명에서 '원수'라 함은 해수를 의미하거나, 고농도의 Ca 성분을 포함하는 폐수를 의미한다. 앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 해수는 담수에 비해 칼슘(Ca)을 포함한 금속이온의 농도가 높고 계절에 따라 금속이온의 농도가 변동되는 특성을 갖고 있다. 또한, 농축수의 배출을 최소화하기 위해 적용되는 이른 바, 고농도의 금속이온을 포함한 원수를 대상으로 한 분리막 공정에 있어서도 해당 원수는 금속이온의 농도가 높을 뿐만 아니라 금속이온의 농도가 변동성을 갖는다.
본 발명은 이러한 원수에 최적량의 마그네슘(Mg)을 투입하여 원수 내에서의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율을 6∼10으로 조절되도록 함으로써 칼슘계 결정의 생성을 억제시키고 이를 통해 분리막이 스케일에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있는 기술을 제시한다.
칼슘계 결정은 CaCO3, CaSO4 등을 의미하고, 원수 내의 칼슘이온(Ca2+)이 CO3 2-, SO4 2- 등의 염과 반응하여 CaCO3, CaSO4 등이 형성된다. 한편, 원수 내에 마그네슘이온(Mg2+)이 존재하면, Ca2+와 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)의 결합반응은 Mg2+에 의해 방해된다. 이는 Mg2+ 또한 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응이 가능하기 때문이다. 즉, Ca2+과 Mg2+는 염과의 결합반응에 있어서 경쟁관계를 이룬다. 이와 같이, 원수 내에 적정량의 Mg2+가 존재하면 Ca2+와의 경쟁관계로 인해 CaCO3, CaSO4 등의 칼슘계 결정의 생성이 억제된다.
본 발명은 실험을 통해 원수 내의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 6∼10로 조절될 때 칼슘계 결정의 생성이 최소화됨을 확인하였으며, 해수담수화 공정의 전처리공정 또는 고농도의 금속이온을 포함한 원수를 대상으로 한 분리막 공정의 전처리공정에서 원수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율을 6∼10으로 조절함으로써 분리막에 스케일이 형성되는 것을 효과적으로 억제시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치는 원수조(110), 전처리조(120), 마그네슘 공급장치(130), 칼슘농도 측정장치(140) 및 제어장치(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 원수조(110)는 스케일 생성이 억제될 필요가 있는 원수를 저장한다. 상기 원수조(110)에 저장되는 원수는 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수이다. 해수에는 고농도의 칼슘이온을 포함하여 다양한 금속이온이 포함된다.
상기 전처리조(120)는 상기 원수조(110)로부터 원수를 공급받음과 함께 상기 마그네슘 공급장치(130)로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정 예를 들어, CaCO3, CaSO4 등의 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도한다.
고농도의 칼슘이온이 포함된 원수 또는 해수가 전처리조(120)에 공급된 상태에서, 전처리조(120)에 마그네슘(Mg)이 공급되면 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)는 염과의 결합반응에서 경쟁관계를 이루게 된다. 즉, 칼슘이온(Ca2+)은 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과 결합되어 CaCO3, CaSO4 등의 칼슘계 결정을 형성하는데, 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)이 함께 존재하면 마그네슘이온(Mg2+) 또한 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응을 이루려 하기 때문에 CaCO3, CaSO4 등의 칼슘계 결정 결합반응이 방해된다. 이러한 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계로 인해 원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제 또는 지연된다.
염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응에서 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계가 최대화될수록 칼슘계 결정의 생성이 억제되며, 이러한 경쟁관계를 통해 칼슘계 결정의 생성을 억제시키기 위해 원수 내의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10로 조절되어야 한다.
[Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 6보다 작으면 칼슘계 결정의 생성 억제가 제한적이며, [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 10보다 크면 칼슘계 결정의 생성 억제효과는 증가되지 않고 마그네슘계 결정이 생성되어 침전되는 문제가 발생된다. 이러한 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율에 대한 수치한정은 후술하는 실험결과에 의해 뒷받침된다.
상기 마그네슘 공급장치(130)는 마그네슘(Mg)을 전처리조(120)에 공급하는 역할을 하며, 마그네슘의 전처리조(120)로의 공급량은 상기 제어장치(150)에 의해 제어된다. 상기 마그네슘 공급장치(130)에 의해 공급되는 마그네슘은 MgCl2·6H2O의 형태로 공급될 수 있다.
상기 칼슘농도 측정장치(140)는 원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 역할을 하며, 측정된 원수의 칼슘농도는 상기 제어장치(150)로 전달된다. 상기 칼슘농도 측정장치(140)는 물질을 구성하는 원소의 정량값을 측정할 수 있는 다양한 장치가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 제어장치(150)는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치(140)에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조(120)에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치(130)에 의한 마그네슘 공급량을 제어한다. 이 때, [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값은 전술한 바와 같이 6∼10으로 설정된다.
이와 같이, [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값이 6∼10으로 설정된 상태에서, 원수의 칼슘농도에 대응하여 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값에 부합되는 마그네슘의 양을 전처리조(120)에 공급함으로써, 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응에서 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계가 최대화시키고 이를 통해 칼슘계 결정의 생성을 억제시킬 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치에 대해 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치는 원수조(110), 전처리조(120) 및 분리막장치(160)를 구비하며, 이에 더해 마그네슘 공급장치(130), 칼슘농도 측정장치(140) 및 제어장치(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 원수조(110)는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 원수를 저장하며, 상기 분리막장치(160)는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 원수를 대상으로 분리막공정을 실시하여 농축수 배출을 최소화하는 장치이다.
상기 원수조(110)의 원수는 해수이거나 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수이며, 특히 수처리공정의 역삼투공정에 의해 배출되는 농축수가 상기 원수에 해당될 수 있다. 해수 또는 수처리공정의 역삼투공정에 의해 배출되는 농축수는 불순물이 농축된 것으로서 고농도의 칼슘이온(Ca2+)을 포함한다.
상기 분리막장치(160)는 이러한 수처리공정의 역삼투공정에 의해 배출되는 농축수 또는 해수를 대상으로 분리막공정을 실시함에 따라, 스케일이 쉽게 형성될 수 있으며 분리막 표면이 스케일에 의해 오염될 수 있다. 상기 분리막장치(160)는 역삼투막을 이용한 분리막장치, 막증류 분리막이 적용된 분리막장치 중 어느 하나이거나 분리막을 이용하여 농축수를 여과하는 제반 분리막장치에 해당될 수 있다.
분리막장치(160)의 분리막이 고농도 원수를 대상으로 한 공정 실시로 인한 스케일 오염을 억제하기 위해, 상기 전처리조(120) 그리고 마그네슘 공급장치(130), 칼슘농도 측정장치(140) 및 제어장치(150)의 구성이 적용된다. 상기 전처리조(120), 마그네슘 공급장치(130), 칼슘농도 측정장치(140) 및 제어장치(150)의 구성은 상기 칼슘계 결정 생성 억제장치의 그것도 그 역할이 실질적으로 동일하다.
상기 전처리조(120)는 상기 원수조(110)로부터 원수를 공급받음과 함께 상기 마그네슘 공급장치(130)로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시킨다.
고농도의 칼슘이온이 포함된 원수 또는 해수가 전처리조(120)에 공급된 상태에서, 전처리조(120)에 마그네슘(Mg)이 공급되면 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)는 염과의 결합반응에서 경쟁관계를 이루게 된다. 이러한 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계로 인해 원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제 또는 지연된다.
염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응에서 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계가 최대화될수록 칼슘계 결정의 생성이 억제되며, 이러한 경쟁관계를 통해 칼슘계 결정의 생성을 억제시키기 위해 원수 내의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10로 조절되어야 한다. [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 6보다 작으면 칼슘계 결정의 생성 억제가 제한적이며, [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 10보다 크면 마그네슘계 결정이 생성되어 침전되는 문제가 발생된다.
상기 마그네슘 공급장치(130)는 마그네슘(Mg)을 전처리조(120)에 공급하는 역할을 하며, 마그네슘의 전처리조(120)로의 공급량은 상기 제어장치(150)에 의해 제어된다. 상기 마그네슘 공급장치(130)에 의해 공급되는 마그네슘은 MgCl2·6H2O의 형태로 공급될 수 있다.
상기 칼슘농도 측정장치(140)는 원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 역할을 하며, 측정된 원수의 칼슘농도는 상기 제어장치(150)로 전달된다. 상기 칼슘농도 측정장치(140)는 물질을 구성하는 원소의 정량값을 측정할 수 있는 다양한 장치가 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 제어장치(150)는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치(140)에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조(120)에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치(130)에 의한 마그네슘 공급량을 제어한다. 이 때, [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값은 전술한 바와 같이 6∼10으로 설정된다.
이와 같이, [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값이 6∼10으로 설정된 상태에서, 원수의 칼슘농도에 대응하여 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값에 부합되는 마그네슘의 양을 전처리조(120)에 공급함으로써, 염(CO3 2- 또는 SO4 2-)과의 결합반응에서 칼슘이온(Ca2+)과 마그네슘이온(Mg2+)의 경쟁관계가 최대화시키고 이를 통해 칼슘계 결정의 생성을 억제시킬 수 있게 된다. 이러한 원리에 의해 원수 내에서 칼슘계 결정의 생성이 억제된 상태에서 분리막장치(160)에 의한 분리막공정이 진행됨에 따라, 고농도의 칼슘이온이 포함된 원수를 대상으로 분리막공정을 실시하더라도 분리막 표면의 스케일 생성을 억제 또는 지연할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼슘계 결정 생성 억제장치 및 이를 이용한 수처리장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
<실험예 1 : [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율에 따른 막투과율 변화>
해수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 5, 6, 7, 10이 되도록 해수에 MgCl2·6H2O를 투입한 후, 막투과율 변화를 살펴보았다.
도 3을 참조하면, [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 5인 경우 VCF가 3.4인 시점에서 막투과율이 0.2로 감소된 반면, [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 6이상인 경우 막투과율이 0.2이 되는 시점이 VCF 3.6 이상으로 증가되었다. 구체적으로, [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율이 6인 경우에는 VCF 3.6, [Mg2 +]/[Ca2 +] 몰비율이 7과 10인 경우에는 VCF 4.1로 증가되었다.
<실험예 2 : 마그네슘 투입 여부에 따른 스케일 생성 변화>
해수, 해수에 Na2CO3 및 NaOH를 투입한 경우, 해수에 MgCl2를 투입한 경우 각각에 대해 VCF를 증가시키면서 분리막 표면의 스케일 생성 변화를 살펴보았다.
도 4의 a-1, a-2는 해수가 적용된 분리막의 표면에 대한 SEM 사진이며, 도 4의 b-1, b-2는 해수에 Na2CO3 및 NaOH를 투입한 경우에서의 분리막의 표면에 대한 SEM 사진이며, 도 4의 c-1, c-2는 해수에 MgCl2를 투입한 경우 에서의 분리막의 표면에 대한 SEM 사진이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 해수보다 해수에 Na2CO3 및 NaOH를 투입한 경우에 있어서 분리막 표면의 스케일이 줄어듦을 확인할 수 있으며, 해수에 MgCl2를 투입한 경우 그 보다 더 스케일 생성이 억제됨을 알 수 있다.
이러한 결과는 EDS결과를 통해서도 확인할 수 있다. 아래의 표 1에 나타낸 바와 같이, 해수에 MgCl2를 투입한 경우 VCF 3.0에서 칼슘(Ca) 성분이 0.1%로 극소량 검출되었고 산소(O) 성분이 검출되지 않았으며, 이는 CaCO3, CaSO4와 같은 칼슘계 결정이 거의 형성되지 않음을 반증하는 결과이다.
<해수, 해수에 Na2CO3 및 NaOH를 투입한 경우, 해수에 MgCl2를 투입한 경우 각각의 해수 성분>
d) Normal
seawater (NS)
(Atomic %)		 Softened NS
(Atomic %)		 Mg added NS
(Atomic %)
VCFs 2.0 3.5 2.0 6.2 3.0 4.1
Ca 19 17 - 4 0.1 18
Mg - - 8 4 - -
C 19 - 40 46 46 -
F 8 - 35 14 52 -
O 54 68 16 27 - 66
S - 15 - 1 - 16
Cl - - 1 3 0.2 -
Na - - - - 0.2 -
110 : 원수조 120 : 전처리조
130 : 마그네슘 공급장치 140 : 칼슘농도 측정장치
150 : 제어장치 160 : 분리막장치

Claims (11)

  1. 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수를 원수로 저장하는 원수조;
    상기 원수조로부터 원수를 공급받음과 함께 마그네슘 공급장치로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도하는 전처리조;
    상기 전처리조에 마그네슘을 공급하는 마그네슘 공급장치; 및
    원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 칼슘농도 측정장치;를 포함하여 이루어지며,
    상기 전처리조의 원수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10으로 조절되며,
    원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제되는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 제어장치;를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제어장치는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치에 의한 마그네슘 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 마그네슘 공급장치에 의해 공급되는 마그네슘은 MgCl2·6H2O의 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치.
  5. 해수 또는 고농도의 칼슘이온(Ca2+)이 포함된 폐수를 원수로 저장하는 원수조;
    상기 원수조로부터 원수를 공급받음과 함께 마그네슘 공급장치로부터 마그네슘을 공급받아 원수 내에 칼슘계 결정이 생성되는 것을 억제시키는 반응을 유도하는 전처리조;
    상기 전처리조로부터 원수를 공급받아 분리막 공정을 실시하여 처리수를 생산하는 분리막장치;
    상기 전처리조에 마그네슘을 공급하는 마그네슘 공급장치; 및
    원수에 포함되어 있는 칼슘의 농도를 측정하는 칼슘농도 측정장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 원수는 수처리공정의 역삼투공정에 의해 배출되는 농축수인 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 전처리조의 원수의 [Mg2+]/[Ca2+] 몰비율은 6∼10으로 조절되며,
    원수 내의 Ca2+, Mg2+, CO3 2-, SO4 2-는 이온상태로 유지되어 칼슘계 결정의 생성이 억제되는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 제어장치;를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 제어장치는 [Mg2+]/[Ca2+] 최적 몰비율값을 저장함과 함께, 최적 몰비율값과 상기 칼슘농도 측정장치에 의해 측정된 원수의 칼슘농도를 이용하여 전처리조에 투입될 마그네슘의 양을 계산하며, 계산된 마그네슘의 양에 기반하여 마그네슘 공급장치에 의한 마그네슘 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 마그네슘 공급장치에 의해 공급되는 마그네슘은 MgCl2·6H2O의 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 분리막장치는 분리막을 이용하여 농축수를 분리하는 장치인 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 분리막장치는 역삼투막을 이용한 분리막장치, 막증류 분리막이 적용된 분리막장치 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 칼슘계 결정 생성 억제장치를 이용한 수처리장치.
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