[논문]해수담수화 전처리공정 비교 및 적용 방법

임환규; 김승현

doi:10.11001/jksww.2019.33.6.437

해수담수화 전처리공정 비교 및 적용 방법
Comparison and application method of seawater desalination pre-treatment process 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.33 no.6, 2019년, pp.437 - 446

임환규 (경남대학교 토목공학과) , 김승현 (경남대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Reverse osmosis seawater desalination facilities can extend the cleaning cycle and replacement time of the reverse osmosis membrane by pretreatment process. Selection of pretreatment process depends on water quality. It was attempted in this study to select approriate pretreatment process for the Masan bay, which was high in particles and organic content. For this purpose, performances of pretreatment processes such as filter adsorber (FA), pore controllable fiber (PCF), and ultrafiltration (UF) were compared based on the silt density index (SDI). The SDI value of the filtrate should be less than 3. The study results showed that UF can produce the filtrate quality satisfying the requirement. However, the transmembrane pressure (TMP) of UF increased quickly, reaching 0.6 bar within 4 days. In order to secure stable operation, FA and PCF were combined with UF. The study results showed that combination of PCF and UF was able to extend the filtration duration (more than 2 months) until to reach TMP of 0.6 bar.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 경상남도 마산만의 해수를 이용하여 다양한 전처리 공정을 비교하여 SDI 3 이하 수준의 공급수를 생산하는 데 목적을 둔다. 또한 안정적인 해수 담수화 전처리 공정 처리수를 생산하는 방법과 그에 따른 타당성을 검토하려고 한다.
본 연구는 경상남도 마산만의 해수를 이용하여 다양한 전처리 공정을 비교하여 SDI 3 이하 수준의 공급수를 생산하는 데 목적을 둔다. 또한 안정적인 해수 담수화 전처리 공정 처리수를 생산하는 방법과 그에 따른 타당성을 검토하려고 한다.
본 연구에서는 해수담수화 공정에서 역삼투막에 미치는 무기물과 유기물 제거에 따른 막 오염 지수와 전처리 공정 개선에 따른 경제성을 평가하였다. 도출된 결론은 다음과 같다.

제안 방법

UF 막 오염으로 인한 전전처리 공정을 도입 후 수질 평가로는 SDI, particle, SDI, particle, UV₂₅₄를 측정하였다. SDI 평균값은 Fig.
이중 여과 장치 또는 저압 막 여과 공정에 따른 각 공정별 평가된 자료를 토대로 비교해 보았다. 기본적인 FA를 통해 역삼투 해수담수화에 관한 경제성 평가를 UF 공정과 비교하였다. 수질 부분은 Fig.
, 2003). 이에 따라 본 연구에서는 한외 여과 전처리 공정으로 흡착여과와 섬유사 여과를 도입하여 RO 공급수로 적합한지 평가하였다.
무기물 측정은 탁도와 입자수 측정기를 사용하였다. 이외 유기물의 특성을 파악하기 위해 UV 254 와 용존유기탄소를 측정하였고, GF/F(Whatman, USA)로 여과시킨 후 분석 장비를 이용하여 측정하였다. 분석 장비에 대한 정보는 Table 4과 같다.
해수담수화 전처리 공정에 따라 경제성 평가는 해수의 성상과 시설의 규모, 공정의 차이로 정확한 수치로 표현하기는 어렵다. 이중 여과 장치 또는 저압 막 여과 공정에 따른 각 공정별 평가된 자료를 토대로 비교해 보았다. 기본적인 FA를 통해 역삼투 해수담수화에 관한 경제성 평가를 UF 공정과 비교하였다.

대상 데이터

본 실험에서 해수는 취수 시설을 통해 파일럿 플랜트 내에 배치된 스크린을 통과 한 후에 해수 탱크 내에 저장되어 각 전처리 공정으로 공급된다. 취수 시설과 이송중 발생되는 해조류와 어패류의 유입을 막기 위해 1차적으로 스크린을 거친 후 해수 탱크 내, 파일럿 플랜트 성장을 억제하기 위해 통과된 해조류와 어패류에 NaOCl 6 ppm을 주입하였다.
3에 제시하였다. 본 실험은 내경 29 cm, 높이 2.5 m의 아크릴 여과지와 2가지의 여재를 사용하였다. 사용된 여재는 모래, Norit 사의 GAC 1240 순으로 각 50 cm 충진 하였다.
본 연구에서는 경상남도 창원시 두산중공업 내에 설치된 취수 시설을 이용하여 마산만 해수를 사용하 였다. 마산만의 해수 수질은 2007년 12월부터 2012년 12월까지 월 단위로 수온, 탁도, UV흡광도, pH, 화학적 산소요구량, 전기전도도, 엽록소-a, 용존 고형 물질, 입자수를 측정한 결과 Fig.
5 m의 아크릴 여과지와 2가지의 여재를 사용하였다. 사용된 여재는 모래, Norit 사의 GAC 1240 순으로 각 50 cm 충진 하였다. 사용된 여재의 특성은 체 분석을 통해 분석한 결과 Table 2에 제시하였다.
실험에 사용된 NITTO DENKO 사의 HYDRANAUTICS HYDRAcap40-LD 동일 막 2개를 사용하였고, 막힘형 (Dead end) 형태의 Inside to outside 방식을 따랐다. 막면적은 19.
6 bar에서 약품 세정을 하였다. 약품 세정은 무기세정과 유기세정으로 나누어 진행하였고, 사용된 약품은 H₂SO₄와 NaOH이다. 약품 세정 방법은 산 세정(pH 2)과 염기 세정(pH 12) 순으로 진행하였고, 순환 세정 2분, 휴지 2분씩 5회 반복하였다.
본 연구에서 해수 및 전처리 공정 처리수질 값은 2011년 12월부터 2012년 3월까지의 최저, 최대 평균값이다. 이후 전전처리 공정이 적용된 UF 공정은 2012년 3월부터 6월까지이다. 전처리 공정 운영 시점의 해수 수질은 Table 1과 같고, 타 지역 해수 수질과 비교한 결과 Fig.

이론/모형

막 오염 가능성을 예측할 수 있는 silt density index (SDI; ASTM standard D4189-07)는(Robert, 2007) 0.45 ㎛ 막을 통과하여 500 ㎖를 여과하는데 걸리는 시간(T₀) 과 15분(T)을 여과한 후 같은 부피를 여과하는데 걸리는 시간(T_f)을 계산하여 다음의 식으로 구하였다. 해수의 SDI 값은 막 표면 입자성 fouling이 심각하여 15분뒤 500㎖ 여과수를 투과되지 않아 측정이 불가능하였다.
최적의 전처리 공정 선정은 처리수의 수질 평가 방법인 막 오염 지수(silt density index, SDI)를 이용해 평가하 였다. 역삼투법 해수담수화의 공급수는 SDI 3 이하 또는 탁도 0.

성능/효과

1) 3가지 전처리 공정에서 흡착 여과, 섬유사 여과, 한외 여과 장치의 처리수 수질을 분석해 본 결과 UF 공정만 SDI 3이하로 측정되었고 역삼투막 공정 전처리 공정으로 적합하다고 판단된다. 그러나 잦은 물리 세정과 화학 세정이 요구되며 전단의 전처리 공정이 필요하다.
2) UF 공정의 전전처리 공정으로 FA와 PCF 공정을 적용하였을 경우 입자성 물질과 유기물 제거에 용이한 PCF 공정이 FA 공정 적용보다 약 3배가량 장시간 운전이 가능하였다. 그러나 해수의 수질이 좋지 않은 2012년 3월부터 6월까지 운전된 결과에서는 UF 처리 수의 SDI 값이 3이하로 측정되지 않은 경우가 많았다.
3) 전전처리 공정을 추가적으로 도입한 결과 시설비 부분에서 전처리 공정 시설비가 25%에서 46%로 많은 비용이 발생하지만, RO의 생산수량 증가, 약품 세정 비용 절감 그리고 막 교체시기를 절감할 수 있다. 또한 전전처리 공정이 도입된 저압 막 여과 공정 또한 운영비가 절감되어 해수담수화 전처리 공정으로 긍정적인 결과를 기대할 수 있을 것이다.
Table 5는 해수 수질 성상과 각 전처리 공정에 따른 수질 분석 결과이다. 각 공정별 막 오염 지수로 SDI를 측정한 결과, 운전기간 동안 원수와 각 처리수의 SDI 값은 FA 4.5, PCF 3.3, UF 2.6으로 점차적으로 낮아졌고 한외여과가 가장 낮아 역삼투법 해수담수화 공급수로 적합하였다. 해수의 평균 탁도는 5.
06로 측정되었다. 전처리 공정의 FA 공정은 유기물 제거로 효과적이나 본 연구에서는 78.4%로 나타났다. 앞서 실험한 FA 공정의 유기물 제거율에 비해 낮지만 해수의 유기물 농도가 상이하여 나타난 결과이다.
즉, UF 공정에서 전전처리 공정 도입하여 안정적인 처리수질과 높은 회수율로 운전하는 것이 경제적으로 유리해 보였다.

후속연구

3) 전전처리 공정을 추가적으로 도입한 결과 시설비 부분에서 전처리 공정 시설비가 25%에서 46%로 많은 비용이 발생하지만, RO의 생산수량 증가, 약품 세정 비용 절감 그리고 막 교체시기를 절감할 수 있다. 또한 전전처리 공정이 도입된 저압 막 여과 공정 또한 운영비가 절감되어 해수담수화 전처리 공정으로 긍정적인 결과를 기대할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해수담수화 공정의 종류	현재 해수담수화 시장이 점차 증가하는 추세이다. 대표적인 해수담수화 공정에는 증발법과 막 여과 공정이 있지만, 전기투석법, 이온교환과 같은 다른 방법도 있다. 본 연구에서는 역삼투막을 이용한 해수담수화 공정에 대해 연구하였다.
	역삼투 공정의 단점	, 2008). 그러나 역삼투 공정은 공극이 작기 때문에 막오염으로 인한 막힘 현상이 발생한다. 막힘 현상에 주요 장애가 되는 인자는 무기물, 유기물 등으로 나타난다.
	여과 시간이 지남에 따라 손실수두 및 여과 압력이 상승되는 이유	여과 시간이 지남에 따라 손실수두 및 여과 압력이 상승하는 것으로 나타났다. 이는 응집제와 해수에 포함된 물질이 플록을 형성하여 공극을 막아 여과 되지 못한 결과이다. 본 전처리 공정에 따라 여과의 특성은 정밀한 여과일수록 역세척 주기가 짧아 하루 기준 FA는 1회(회수율 99.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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