초록 ▼

용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

지속 적인 석유자원의 소비 증가로 지속가능한 재생가능 에너지의 필요성이 증가하고 있다. 물과 에너지는 밀접한 관계를 가지고 있으며, 에너지 생산에 물이 다양한 용도로 활용되고 있다. 수력발전과 같이 물을 직접 이용하는 경우도 있으며, 화력발전과 같이 냉각수로서 다량의 물을 이용하는 경우도 있다. 이와 같이 재생 가능한 에너지로서 태양열, 수력, 바이오메스, 소수력 등의 신에너지와 하수 슬러지 연료화 등의 ...

지속 적인 석유자원의 소비 증가로 지속가능한 재생가능 에너지의 필요성이 증가하고 있다. 물과 에너지는 밀접한 관계를 가지고 있으며, 에너지 생산에 물이 다양한 용도로 활용되고 있다. 수력발전과 같이 물을 직접 이용하는 경우도 있으며, 화력발전과 같이 냉각수로서 다량의 물을 이용하는 경우도 있다. 이와 같이 재생 가능한 에너지로서 태양열, 수력, 바이오메스, 소수력 등의 신에너지와 하수 슬러지 연료화 등의 신재생에너지의 연구·개발이 꾸준히 이루어지고 있다. 특히 최근에는 해수의 삼투압을 사용한 에너지 생산이 관심을 모으고 있으며, 삼투압을 이용한 발전방식의 잠재적 가치가 태양력이나 풍력과 비교하여 3배 이상의 가치가 있다고 보고되고 있다. 기타의 에너지원들은 기후변화와 공정 운영상황에 영향을 받아 그 효율이 결정되므로 안정적이지 못하다. 하지만 압력지연삼투(Pressure Retarded Osmosis: PRO)는 해수와 담수와 삼투압의 차이를 이용하여 수압을 가진 물의 흐름을 만들어내고 이를 이용하여 터빈을 돌려 에너지를 생산하는 방법이므로 기후변화와 공정상황에 의존하지 않고 안정적인 에너지 생산이 가능하다는 장점이 있으며, 무한한 해수자원을 이용하므로 고갈될 염려 없이 연속생산이 가능하다. 반투과성막을 사이에 두고 한쪽에는 담수(저농도 용액)을 다른 쪽에는 해수(고농도용액)을 맞닿게 하면 저농도 용액에서 고농도 용액으로 물만이 이동하게 된다. 이 때 발생되는 압력을 삼투압이라 한다. 역삼투 공정의 경우 이때 고농도용액 쪽에 삼투압보다 높은 압력을 가해 줌으로서 물을 생산하게 되며, 압력지연삼투 공정의 경우 삼투압이 수압의 형태로 바뀌어 터빈을 회전시킴으로서 에너지를 생산하게 된다. 압력지연삼투 공정은 역삼투 공정의 운영으로 발생되는 해수 농축수에서 에너지 회수를 위해 사용할 수 있는 공정으로서 에너지 생산과 회수의 두 가지 의미를 갖는 공정이다. 역삼투 공정의 농축수를 유도용액으로 사용하는 것은 에너지의 회수 뿐만 아니라 농축수의 처리 문제를 해결한다. 압력지연삼투공정은 크게 두 가지의 문제점을 안고 있다. 막을 이용한 모든 공정과 마찬가지로 막오염으로 인한 문제점과 농도분극현상으로 인한 공정 효율의 감소를 들 수 있다. 막오염으로 인해 물 투과성을 감소되고 막의 수명을 단축시킴에 따라 운영 및 유지비용이 증가되며, 농도분극현상은 삼투압 감소로 인한 투과유량의 감소로 공정효율을 감소시키고 있다. 본 연구에서는 압력지연삼투 공정을 이용할 때 사용되는 유입수 용액을 전처리하여 막오염을 저감시키며, 유입수 전처리 여부에 따른 에너지 생산 효율을 비교함으로서 압력지연삼투 공정의 최적화를 이루고자 하였다. 즉, 유도용액으로 사용되는 고농도 용액은 동일하게 하고 저농도 용액으로 사용되는 유입수를 전처리 강도에 차이를 두어 에너지 생산량을 비교하였다. 이로써 입자성 물질이 압력지연삼투공정 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 하수처리수와 한강수를 정밀여과막(공경크기 0.22um, PVDF)을 이용해 전처리 정도를 달리하여 유입수를 증류수로 하였을 때와 발생하는 전력밀도를 비교하였다. 하수처리수와 한강수를 정밀여과막을 이용하여 전처리 할 경우, 발생되는 전력밀도와 유효삼투압이 증가하는 것을 관찰할수 있었으며, 전처리된 유입수와 전처리 되지 않은 유입수를 혼합한 유입수의 경우, 전처리된 유입수와 전처리 되지 않은 유입수 사이의 전력밀도를 갖는다. 또한 유입수의 입자성 오염물질에 잠재성을 예측하기 위해 막오염지수를 측정하여 압력지연삼투공정의 효율성을 예측하기 위한 방법으로의 가능성을 모색하였다. 본 연구에서 사용된 막오염지수는 역삼투공정의 전처리 여부를 결정하는 SDI(Silt Fouling Index)와 MFI(Membrane Fouling Index), 탁도를 사용하였다. 세 가지 지수 모두 정도의 차이는 있으나, 전력밀도와의 상관관계를 확인할 수 있었다. SDI와 탁도는 정확한 전력밀도를 예측하기에는 한계가 있었으나, Cake formation을 고려한 MFI는 세 가지의 변수 중 가장 높은 상관관계를 보였다. 막에 cake가 형성되면서 공정의 효율의 변화가 있다는 것에 반증이라 할 수 있으며, cake enhanced CP에 의한 유효삼투압과 전력밀도의 감소를 뒷받침해주는 결과라 판단된다. 또한 MFI에 따른 전력밀도를 나타낸 그래프 추세선의 이차방정식을 통해 유입수의 MFI 측정만으로 압력지연삼투 공정에서 발생되는 전력밀도를 가늠할 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같은 연구결과를 통해 압력지연삼투 공정의 안정적인 운영을 위한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다. 세 가지 지수 중 가장 높은 상관관계를 보인 MFI 값을 이용하여 수질 기준을 제시하는 것이 가장 적합한 것으로 보이며, 이를 통해 전처리와 공정운영 등의 비용적 문제를 감안하여 전처리 강도를 고려하는 방법으로서의 사용이 가능하다고 판단된다. 전처리 비용의 절감을 위해 공정에 사용되는 모든 유입수를 전처리할 필요 없이 적정 MFI 값을 만족할 수 있도록 일부의 유입수 만을 전처리하여 혼합 후 사용할 수 있을 것으로

Abstract ▼ AI-Helper

Osmotic power, which is the energy available from the difference in the salt concentration between seawater and river water, is attracting academic interest. Recently, it is reported that potential of this method is over three times higher than those of solar power and wind power. It uses a semi-per...

Osmotic power, which is the energy available from the difference in the salt concentration between seawater and river water, is attracting academic interest. Recently, it is reported that potential of this method is over three times higher than those of solar power and wind power. It uses a semi-permeable membrane to convert osmotic pressure to hydraulic pressure. The difference in osmotic pressure between fresh water and sea water corresponds to about 26 bar. However, the optimal working pressure is only half of this, 11 to 15 bar, which is used to operate a turbine or a generator. In PRO process, there are two major problems. Like other process using membrane, the first is fouling and the second is reduced process efficiency by concentration polarization (CP). Fouling decreases water permeability and shortens life time of membrane. As a consequence, the operation and maintenance costs significantly increase. Concentration polarization reduces effective osmotic pressure difference, thereby affecting flux and process efficiency. In this study, The draw solution was 1.0 M NaCl solution, which has similar osmotic pressure to RO brine. And nine kinds of feed waters were used for the experiments. They have a difference sources or different degree of pretreatment. River water and secondary effluent are used as untreated feed water. Both feed waters were pretreated using microfiltration (MF) membrane (PVDF, pore size: 0.22μm). To control the degree of pretreatment, the untreated and pretreated waters were mixed to fixed ratios (1:1 and 1:3). In addition, deionized water, which does not contain any foulants, was also used as feed water to examine the effect of membrane fouling. This thesis presents a study on control and prediction of membrane during PRO process using a laboratory-scale PRO setup. Since the power density in PRO depends on the feed water quality, it is important to predict prior to the system operation. The fouling index, which is used to predict the fouling potential, is widely used in RO and NF processes. However, little works have been done for PRO process. In this study, the fouling index to predict the power density of PRO system was explored. The main objective of this study is to investigate the prediction and control of membrane fouling during energy recovery of RO brine by PRO process. And it is evaluated on the effectiveness of pretreatment to control PRO membrane fouling.

주제어