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유도용액으로 혼합비료를 사용한 정삼투식 해수담수화에서 혼합비료의 성능평가
The Performance Evaluation of Blended Fertilizers as Draw Solution in Forward Osmosis Desalination 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.28 no.1, 2018년, pp.45 - 54  

김승건 (제주대학교 생명화학공학과) ,  이호원 (제주대학교 생명화학공학과)

초록
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본 연구는 비료를 이용한 정삼투식 해수담수화에서 가장 적합한 유도용액을 찾기 위한 연구이다. 이를 위하여 삼투압, 용해도 및 pH를 고려하여 20종의 혼합 비료를 선정하고, 수투과선속과 질소, 인 및 칼륨의 역용질선속과 비역용질선속을 측정하여 각 혼합비료 유도용액의 성능을 평가하였다. KCl을 함유한 혼합비료의 수투과선속이 다른 혼합비료에 비해 높게 나타났다. ${NO_3}^-$를 함유한 혼합비료 유도용액의 질소 역용질선속과 비역용질선속은 ${NO_3}^-$를 함유하지 않은 혼합비료 용액에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 또한 $NH_4H_2PO_4$ 및 $KNO_3$를 각각 함유한 혼합비료 유도용액의 인 및 칼륨에 대한 역용질선속과 비역용질선속은 $NH_4H_2PO_4$ 및 $KNO_3$를 함유하지 않은 혼합비료 용액에 비해 상대적으로 높게 나타났다. $(NH_4)_2HPO_4$와 KCl의 혼합비료 유도용액은 비료의 필수성분인 질소, 인 및 칼륨을 모두 포함하고 있고, 수투과선속이 클 뿐만 아니라 질소, 인 및 칼륨에 대한 역용질선속이 작아 정삼투식 해수담수화용 유도용액의 유도물질로서 가장 적합하다고 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study is to find the optimum draw solution in fertilizer-drawn forward osmosis desalination. Considering osmotic pressure, solubility, and pH, 20 blended fertilizers were screened. Their performance were evaluated in terms of pure water permeate flux, reverse solute flux, and specific reverse s...

주제어

#forward osmosis   #blended fertilizer   #desalination   #water permeate flux   #reverse solute flux  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구는 해수담수화용 FDFO의 유도용액을 개발하기 위한 연구로서 유도용액으로 혼합비료의 활용 가능성을 살펴보았다. 용해도, 삼투압 및 pH 등을 고려하여 20종의 혼합비료를 선정하고, 선정된 20종의 혼합비료 유도용액에 대하여 수투과선속(water flux), PR (performance ratio), 역용질선속(RSF, reverse solute flux) 및 비역용질선속(SRSF, specific reverse solute flux)을 측정하여 최적의 혼합비료 유도용액을 제시하였다.

가설 설정

  • 029 L/(m2⋅hr⋅atm)이었다. 또한 정삼투 막의 염배제(salt rejection)은 95%이상이나, 본 연구에서는 100% 배제로 가정하여 이론적 투과선속을 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
증발법은 어떻게 분류할 수 있는가? 해수담수화 방법에는 증발법과 역삼투법이 대부분을 차지하고 있다. 증발법은 증발기의 형상과 열원의 이용방법에 따라 크게 다단 플래쉬 방식(MSF, multi-stage flash)과 다중 효용 방식(MED, multi-effect distillation)으로 분류할 수 있다. 다단 플래쉬 방식은 해수의 온도에 대응하는 포화증기압 이하로 급감하면 해수는 자기증발 또는 플래쉬 증발하게 되는데, 이 원리에 의해 발생한 증기를 응축시켜 담수를 생산하는 방식이고, 다중효용 방식은 증류기를 연속으로 배열한 형태로서 이 방식의 특징은 앞에서 발생한 증기가 다음 증발기에서 가열 원으로 작용한다는 것이다[4].
물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 효과적인 해결 방법은 무엇인가? 세계적으로 물 부족 사태는 인구의 증가, 급속한 산업화 및 기후 환경 변화로 인해 매년 심각해지고 있다. 이러한 물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 효과적인 해결 방법은 해수담수화이다[1,2]. GWI (Global WaterIntelligence)에 따르면 해수담수화 시장규모는 2007년120억 달러에서 2025년 440억 달러로 성장할 것으로 전망하고 있다[3].
역삼투(RO, reverse osmosis)법의 문제점을 해결하기 위한 방안에는 어떤것이 있는가? 그러나 역삼투(RO, reverse osmosis)법은 반투막을 사이에 두고 해수의 삼투압 이상으로 압력을 가하여 담수를 생산하는 기술로서 공정은 단순하지만 고비용의 고압이 필요하고 막의 오염이 심하게 발생하여 전처리를 철저하게 해야 하는 등의 문제가 있어 앞으로 이를 대체할 수 있는 차세대 해수담수화 기술이 필요하다. 차세대 해수담수화 기술로 여겨지는 것이 정삼투에 의한 해수담수화 기술이다.
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참고문헌 (14)

  1. S. H. Kim, J. G. Lee, and W. S. Kim, "A numerical study for the maximizing water vapor flux and thermal efficiency in direct contact membrane distillation (DCMD) process", Membr. J., 22, 369 (2012). 

  2. H. Y. Hwang, H. C. Koh, and S. Y. Nam, "Preparation and properties of cellulose triacetate membranes for reverse osmosis", Membr. J., 17, 277 (2007). 

  3. Global Water Intellgence, "Desalination markets 2010" (2010). 

  4. E. O. Ko, J. D. Moon, and J. M. Park, "Status-of-arts of desalination technology", Membr. J., 20, 185 (2010). 

  5. S. G. Kang, J. K. Moon, S. J. Jin, K. Y. Kim, and B. J. Lee, "Lower energy seawater desalination technology using reverse osmosis", RIST journal, 26, 32 (2012). 

  6. T. S. Chung, S. Zhang, K. Y. Wang, J. Su, and M. M. Ling, "Forward osmosis processes: Yesterday, today and tomorrow", Desalination, 287, 78 (2012). 

    상세보기

  7. S. Phnuntsho, H. K. Shon, S. Hong, S. Lee, S. Vigneswaran, and J. Kandasamy, "Fertilizer drawn forward osmosis desalination: the concept, performance and limitation for fertigation", Rev. Environ. Sci. Biotechnol., 11, 147 (2012). 

    상세보기 crossref

  8. S. Phuntsho, H. K. Shon, T. Majeed, I. E. Saliby, S. Vigneswaran, J. Kandasamy, S. Hong, and S. Lee, "Blended fertilizers as draw solutions for fertilizer-drawn forward osmosis desalination", Environ. Sci. Technol., 46, 4567 (2012). 

    상세보기 crossref

  9. Y. C. Kim, Y. Kim, S. J. Park, and U. S. Yun, "Technology development trend of desalination/generation plant using forward osmosis", State of the art report, 21, 28 (2009). 

  10. B. J. Lee, "Introduction of desalination trend and new technology", Engineering & Construction Technology, 28, 38 (2014). 

  11. S. Phnuntsho, H. K. Shon, S. Hong, S. Lee, and S. Vigneswaran, "A novel low energy fertilizer driven forward osmosis desalination for direct fertigation: Evaluating the performance of fertilizer draw solutions", J. Membr. Sci., 375, 172 (2011). 

    상세보기 crossref

  12. N. Jeong, S. G. Kim, D. K. Kim, and H. W. Lee, "The effect of draw solution concentration on forward osmosis desalination performance using blended fertilizer as draw solution", Membr. J., 23, 343 (2013). 

  13. N. Jeong, S. G. Kim, and H. W. Lee, "Evaluation the performance of draw solutions in forward osmosis desalination using fertilizer as draw solution", Membr. J., 24, 400 (2014). 

    원문보기 상세보기 crossref

  14. R. H. Perry and D. H. Green, "Perry's chemical engineers' handbook", pp. 121-123, McGraw Hill, New York, NY (1997). 

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