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정삼투 공정의 저에너지 고효율 세정을 위한 최적 유속 평가
Optimal Flow Rate Evaluation for Low Energy, High Efficiency Cleaning of Forward Osmosis (FO) 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.29 no.6, 2019년, pp.339 - 347  

김이향 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부) ,  김정빈 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부) ,  잔민 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부) ,  민다혜 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부) ,  홍승관 (고려대학교 공과대학 건축사회환경공학부)

초록
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정삼투 공정(forward osmosis, FO)역삼투 공정(reverse osmosis, RO)에 비해 저압으로 운영되므로 오염 제어, 유지 보수, 막 세정 및 잠재적 에너지 저감 측면에서 큰 이점이 있어 다양한 분야에 적용할 수 있는 기술이다. 특히, 정삼투 공정의 막오염층이 비교적 느슨하고 분산된 특성을 가지므로 역삼투 공정과 달리 물리세정만으로도 충분한 막오염 제어가 가능하다. 하지만 기존 연구들의 경우 정삼투 물리세정에 적합한 세정 유속을 적용하지 않아 최적화 운전을 하지 못했다는 한계가 있다. 따라서 이 연구는 경제적인 에너지량으로 높은 효율의 세정을 보일 수 있는 적절한 유속의 정당성 평가를 목적으로 한다. 정삼투 공정 막오염 실험을 8.54 cm/s 순환 유속으로 유지하고 세 가지 세정유속으로 회복률과 SEC (specific energy consumption) 비교 평가하였다. 이 실험의 결과로 2배속 세정이 3배속 세정의 수투과도 회복률 만큼의 높은 효율을 보이는 동시에, 2배속 세정이 높은 세정효율 및 경제적인 SEC를 보이는 적절한 유속이라는 것을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Forward osmosis (FO) is operated at a lower pressure than reverse osmosis (RO), which has great advantages in terms of fouling control, maintenance, membrane cleaning, and potential energy reduction. In particular, since the membrane fouling layer of the forward osmosis process has a relatively loos...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존 연구에서는 세정에 필요한 유속보다 더 높은 유속으로 세정을 진행하였으므로 불필요하게 에너지가 많이 소모되었다(Table 1). 높은 유속의 효율성과 비슷한 고효율을 가지는 동시에 경제적인 에너지까지 고려된 세정유속의 평가를 위해서 각각의 생산수량에 따른 에너지 소모량을 확인했다.
  • 본 연구에서는 정삼투 공정에서 경제적인 에너지로 높은 효율의 세정을 보일 수 있는 적절한 유속 정당성 평가를 한다. 정삼투 공정 막오염 실험을 8.
  • 본 연구에서는 정삼투 공정에서 경제적인 에너지로 높은 효율의 세정을 보일 수 있는 적절한 유속의 정당성을 평가하고자 했다. 이를 위해 장기간 운영으로 연속 5사이클의 막 오염 실험을 수행하였다.
  • 54 cm/s 순환 유속으로 유지하고, 세 가지 세정유속으로 회복률을 비교 평가하며, 동시에 생산수량에 비해 소모되는 에너지량을 확인했다. 이로써 높은 회복률을 달성하며 에너지 절감효과로 세정할 수 있는 세정유속을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
정삼투 공정이란 무엇인가? 정삼투 공정(forward osmosis, FO)은 역삼투 공정(reverse osmosis, RO)에 비해 저압으로 운영되므로 오염 제어, 유지 보수, 막 세정 및 잠재적 에너지 저감 측면에서 큰 이점이 있어 다양한 분야에 적용할 수 있는 기술이다. 특히, 정삼투 공정의 막오염층이 비교적 느슨하고 분산된 특성을 가지므로 역삼투 공정과 달리 물리세정만으로도 충분한 막오염 제어가 가능하다.
정삼투 공정의 특징은 무엇인가? 정삼투 공정(forward osmosis, FO)은 역삼투 공정(reverse osmosis, RO)에 비해 저압으로 운영되므로 오염 제어, 유지 보수, 막 세정 및 잠재적 에너지 저감 측면에서 큰 이점이 있어 다양한 분야에 적용할 수 있는 기술이다. 특히, 정삼투 공정의 막오염층이 비교적 느슨하고 분산된 특성을 가지므로 역삼투 공정과 달리 물리세정만으로도 충분한 막오염 제어가 가능하다. 하지만 기존 연구들의 경우 정삼투 물리세정에 적합한 세정 유속을 적용하지 않아 최적화 운전을 하지 못했다는 한계가 있다.
정삼투 공정이 주목 받게 된 배경은 무엇인가? 특히, 역삼투(reverse osmosis, RO) 공정을 이용한 담수화는 고염의 유입수 조건에서도 고품질의 음용수를 제공할 수 있으므로 산업 전반에 걸쳐 적용되고 있다[2]. 그러나 역삼투 공정은 고압으로 운영되므로 막오염이 자주 발생하며 이로 인한 에너지 소비가 증가한다는 단점이 있다[3]. 특히, 여러 종류의 오염 물질이 막 표면에 증착 및 흡착되어 수투과도가 감소하게 되고 케이크 강화 삼투압이 발생하며[4-6], 이로 인해 분리막을 통한 순 구동력이 감소되어 운영비용 또한 증가하게 된다[2,4,7].
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참고문헌 (35)

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  33. N. T. Hancock, P. Xu, M. J. Roby, J. D. Gomez, and T. Y. Cath, "Towards direct potable reuse with forward osmosis: Technical assessment of long-term process performance at the pilot scale", J. Membr. Sci., 445, 34 (2013). 

  34. B. G. Choi, M. Zhan, K. Shin, S. Lee, and S. Hong, "Pilot-scale evaluation of FO-RO osmotic dilution process for treating wastewater from coal-fired power plant integrated with seawater desalination", J. Membr. Sci., 540, 78 (2017). 

  35. M. Zhan, G. Gwak, D. I. Kim, K. Park, and S. Hong, "Quantitative analysis of the irreversible membrane fouling of forward osmosis during wastewater reclamation: Correlation with the modified fouling index", J. Membr. Sci., DOI:10.1016/j.memsci.2019.117757. 

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