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문제 정의
- 즉, 수동적인 입장에서 워터 블렌딩(생산수 블렌딩)의 영향을 분석하였다. 그러나, 본 연구에서는 관점을 바꾸어 능동적인 입장에서, 워터 블렌딩을 활용한 기존 수자원 시스템의 개선 가능성에 초점을 맞추고자 한다. 기존 해외 사례처럼 각각 다른 원수로부터 생산된 정수를 혼합하는 경우에는 수자원 시스템의 전체 공급량이 증가되지만, 이 이상의 효과를 기대할 수 없다.
- 다만, 워터 블렌딩에 사용될 담수가 상수 원수이므로 기존 정수장에서 생산되는 정수량이 부족해지고, 이를 보충하기 위해 RO 플랜트의 용량이 커지는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 장단점을 정량적으로 분석하여, 해안 도시 물 부족 발생 시 보조수원 확보 방안으로 해수담수화를 도입할 때 최적 설계 방안에 대해서 다루고자 한다.
가설 설정
- 식 1에서 Qf, Cf는 원수 유량과 TDS 농도, Qp, Cp는 생산수 유량과 TDS 농도, Qc, Cc는 농축수 유량과 TDS 농도를 각각 나타낸다. 계산의 편의를 위해 생산수의 농도(RO 막에 의한 이온 제거율을 100%로 가정)는 0으로 가정한다. 시나리오 3을 예로 들면, 담수 10만톤/일과 해수를 블렌딩하여 18만톤/일을 생산하는데, 농축수의 TDS 농도가 해수의 2배 수준이 되도록 해수의 블렌딩 양을 식 1을 이용해 계산하면 16만톤/일이 되고.
- 1은 담수 상수원을 사용하는 해안 도시에서 물부족이 발생한 경우의 대응 방안을 가상으로 설정한 것이다. 도시의 물 수요량은 90만톤/일, 상수원 공급량은 100만톤/일, 정수장의 회수율은 90%로 가정하였다. 기후변화 등으로 인해 상수원 공급량이 10만톤/일 감소하게 되면 정수장 생산량은 81만톤/일이 되어 9만톤/일의 물 부족량이 발생하게 된다.
- 해수와 담수 상수원의 수질은 부산 기장 지역의 계절별 해수 수질 모니터링 데이터와 부산시 정수장(명장, 화명, 덕산, 범어사)의 원수 수질 데이터를 참고하여 결정하였다(MOLIT, 2012; Busan water authority web page). 해수의 경우 기존 모니터링 데이터에서 빠진 항목은 RO 막 제조사인 Dow 사에서 제시하는 표준 해수 수질 데이터로부터 보충하였고(Dow liquid separations, 2005), 담수 상수원의 경우는 최근 1년간 부산시 정수장 원수 TDS 평균 농도가 약 100 mg/l이고 보론은 검출되지 않았음에 착안하여 Na와 Cl 이온만으로 100 mg/l를 구성하는 것으로 가정하였다(Table 2 참조).
- 각 시나리오별로 RO 플랜트를 설계한 결과가 Table 4에 요약되어 있다. 해수의 온도 범위는 부산 기장의 해수 수온 모니터링 결과를 바탕으로 5-25˚C로 가정하였다. 저온에서는 해수의 점성이 높아지고 막의 공극이 축소되기 때문에, RO 막에 걸리는 압력이 높아지고 생산수 수질이 향상된다.
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