[논문]미래 그린 해수담수화 기술

김정빈; 홍승관

doi:10.11001/jksww.2020.34.6.403

미래 그린 해수담수화 기술
Future green seawater desalination technologies 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.34 no.6, 2020년, pp.403 - 410

김정빈 (고려대학교 건축사회환경공학과) , 홍승관 (고려대학교 건축사회환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The difficulty of securing freshwater sources is increasing with global climate change. On the other hand, seawater is less affected by climate change and regarded as a stable water source. For utilizing seawater as freshwater, seawater desalination technologies should be employed to reduce the concentration of salts. However, current desalination technologies might accelerate climate change and create problems for the ecosystem. The desalination technologies consume higher energy than conventional water treatment technologies, increase carbon footprint with high electricity use, and discharge high salinity of concentrate to the ocean. Thus, it is critical to developing green desalination technologies for sustainable desalination in the era of climate change. The energy consumption of desalination can be lowered by minimizing pump irreversibility, reducing feed salinity, and harvesting osmotic energy. Also, the carbon footprint can be reduced by employing renewable energy sources to the desalination system. Furthermore, the volume of concentrate discharge can be minimized by recovering valuable minerals from high-salinity concentrate. The future green seawater desalination can be achieved by the advancement of desalination technologies, the employment of renewable energy, and the utilization of concentrate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 연구는 저에너지 미래 그린 해수담수화를 위한 기술에 대해 상세히 분석한다. 먼저 저에너지 해수 담수화 기술 개발을 위해 역삼투 기술, 유입수 염도 저감 기술, 그리고 삼투에너지 회수 기술에 대해 분석하고 평가한다.

제안 방법

먼저 저에너지 해수 담수화 기술 개발을 위해 역삼투 기술, 유입수 염도 저감 기술, 그리고 삼투에너지 회수 기술에 대해 분석하고 평가한다. 또한, 신재생에너지 연계 해수담수화 적용 사례와 분산형 소규모 패키지 플랜트에 대해 분석한다. 마지막으로 농축수 부피 저감 및 유가자원 회수기술에 대해 정리하고 분석한다.
해당 제품은 패키지 된 역삼투 시설과 더불어, 유입수 수질 및 생산수 요구 조건에 따라 전처리 비롯한 기타 설비를 제공한다. 또한, 원격 관리 및 진단 시스템을 통해 성능을 극대화하여 소규모 플랜트의 단점을 보완하였다. 동일한 패키지 플랜트를 판매하는 것이 아니라 고객의 요구에 맞는 제품을 판매한다는 점에서 경쟁력을 갖춘 것으로 판단한다.
또한, 신재생에너지 연계 해수담수화 적용 사례와 분산형 소규모 패키지 플랜트에 대해 분석한다. 마지막으로 농축수 부피 저감 및 유가자원 회수기술에 대해 정리하고 분석한다.
대해 상세히 분석한다. 먼저 저에너지 해수 담수화 기술 개발을 위해 역삼투 기술, 유입수 염도 저감 기술, 그리고 삼투에너지 회수 기술에 대해 분석하고 평가한다. 또한, 신재생에너지 연계 해수담수화 적용 사례와 분산형 소규모 패키지 플랜트에 대해 분석한다.
개발되고 있다. 특히, 내고압 역삼투막과 다단형 역삼투 공정을 새롭게 개발하였고, 50, 000 mg/L 농도의 고염의 유입수를 100,000 mg/L가 넘는 농도로 농축시킬 수 있는 기술을 확보하였다. 이러한 역삼투 기반의 농축 기술은 농축수의 부피를 크게 줄일 뿐 아니라 회수율 또한 높일 수 있다.

후속연구

기존 역삼투막을 이용할 경우 해수를 80, 000 mg/L 농도로 농축할 수 있지만, XRO를 사용할 경우 130, 000 mg/L 농도까지 농축할 수 있다. 그러나 현재 초고압 운전에 적합한 에너지 회수 장치가 존재하지 않으므로, 농축수를 순환시키는 공정에 대한 연구를 추가적으로 진행하고 있다. (XtremeRO/NF—Brine concentrator & water maker).
소규모 플랜트의 경우 관망 구축 및 설치비용을 줄일 수 있고, 물을 수송하는 과정 중에 발생할 수 있는 오염을 줄일 수 있다. 또한 각 지역의 규모 및 상황에 맞는 최적화 설계를 통해 플랜트의 성능도 향상시킬수 있다. 최근 증가하고 있는 소규모 플랜트에 대한수요를 맞추기 위해 다양한 기업들이 소규모 패키지 플랜트를 개발하고 있다.
해당 패키지는 확장성이 뛰어나 20, 000 m³/d 규모 해수 담수화 시설까지 구축할 수 있다. 또한, 염도 15,000-45, 000 mg/L의 유입수를 처리할 수 있고, 용존공기부상법 (dissolved air floatation, DAF)을 전처리로 적용할 수 있어 해수담수화 최대 수요처인 중동지역에서도 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 판단한다. (Elemental Water Source).
압력지연삼투 및 역전기투석 기술 모두 삼투 에너지를 회수할 수 있다는 장점이 있지만, 실증화 측면에서 좀 더 기술적인 진보가 필요하다. 압력지연삼투는 역 전기투석에 비해 발전량이 많지만 현실적인 제약이 존재하므로 충분한 타당성 검증이 필요하다 (Fig.
6 kWh/m3 미만으로 낮추었다. 이러한 추세를 볼 때 아랍에미리트에서도 신재생에너지를 연계한 해수담수화 적용 사례가 앞으로 더욱 증가할 것으로 판단한다. (The World Bank, 2012).
특히, 담수화 기술 고도화, 신재생에너지와의 연계성 구축, 농축수 활용을 통한 유자자원 회수 등의 전략이 필요할 것으로 판단한다. 해수담수화 시장이 전 세계적으로 크게 성장하는 만큼 앞으로 그린 해수담수화 기술적용 역시 확대될 것으로 기대한다.
특히, 담수화 기술 고도화, 신재생에너지와의 연계성 구축, 농축수 활용을 통한 유자자원 회수 등의 전략이 필요할 것으로 판단한다. 해수담수화 시장이 전 세계적으로 크게 성장하는 만큼 앞으로 그린 해수담수화 기술적용 역시 확대될 것으로 기대한다.

참고문헌 (18)

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