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SWRO 생산수의 부식성 제어를 위한 목표 수질 연구 및 소규모 Pilot Plant 적용
Corrosive control of the water produced by SWRO and Application to small dimensional Pilot Plant 원문보기

한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집, 2009 Dec. 04, 2009년, pp.1042 - 1045  

김민철 ((재)한국계면공학연구소) ,  황규원 ((재)한국계면공학연구소) ,  우달식 ((재)한국계면공학연구소) ,  윤석민 (포항산업과학연구원) ,  문정기 (포항산업과학연구원) ,  곽명화 (포항산업과학연구원)

초록
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역삼투식 해수담수화 (Sea Water Reverse Osmosis, SWRO) 공정에 의한 생산수는 pH가 낮고, 해수 내 존재하는 경도성분인 Ca, Mg 이온이 대부분 제거되기 때문에 상대적으로 매우 강한 부식성을 지니고 있다. 이를 음용수 및 공업용수로 이용 시 설비 및 배관계통에 심각한 부식문제를 유발할 수 있으며, 이를 방지하기 위한 처리공정과 부식성 제어 기술의 지속적인 개발이 요구되는 실정이다. SWRO 1단으로 처리 시 생산수의 전기전도도는 $150{\mu}S/cm$ 정도의 범위를 보이며, 2단 SWRO 과정을 거칠 시 전기전도도는 $100{\mu}S/cm$ 이하의 범위를 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 SWRO 2단 처리수를 가정한 $20{\mu}S/cm{\sim}25{\mu}S/cm$ 범위의 전기전도도를 지닌 물을 실험 원수로 사용하여, 기존 방식제의 성분과 생산수의 특성을 고려한 효율적인 알칼리성 수처리제를 적용하고 그에 대한 부식성 제어 연구를 수행하였다. SWRO 생산수를 대상으로 부식방지기술을 개발하기 위해서는 부식제어와 관련된 수질 인자인 pH, 칼슘경도, 알칼리도의 조절과 LSI(Langelier Saturation Index)를 설정하는 것이 무엇보다도 중요하다. 본 연구에서는 해수담수화 공정의 생산수를 음용수 및 공업용수로 이용하기 위한 목표 수질을 pH 7.5~7.8, LSI 0 이상, 부가적으로 전기전도도는 $250{\mu}S/cm$ 이하로 설정하였으며, 연구목표 수질을 달성할 수 있는 부식억제제 및 알칼리성 수처리제의 적용을 통해 목표 수질에 대한 설정 근거를 마련하고자 하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 SWRO 2단 처리수의 부식성 제어를 연구하기 위해서 SWRO 1단 처리수에 증류수를 희석하여 원수의 특성을 임의적으로 조절하였고 부식억제제와 알칼리성 수처리제를 첨가하여 실험 목표수질인 pH7.5~7.8, 전기전도도 250μS/cm 이하, LSI 지수 0 이상을 실현하기 위한 연구를 진행하였다.
  • 본 연구의 목표는 2단으로 처리된 역삼투막 해수담수화 공정 생산수의 부식방지 기술로서, SWRO 2단 처리 생산수에 부식억제제 및 알칼리성 수처리제를 투입하여 부식억제와 미네랄 보충 효과를 동시에 실현하고자 하였다..
  • 알칼리성 수처리제를 투입하여 물의 부식성을 조절하기에 앞서 액상소석회(Ca(OH)2 의 투입량을 결정하기 위한 연구를 진행하였다. 200ppm부터 점차 주입량을 늘여가면서 그에 따른 전기전도도의 변화 및 LSI지수를 측정하였으며, 첨가된 액상소석회와 SWRO 2단 처리수로 가정된 물의 총량은 1L가 되도록 계산하였다.
  • 하지만, Na 이온의 증가는 담수화의 목적에 상반되는 결과를 초래함으로 수산화칼륨(KOH)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 같은 알칼리제를 첨가하여 알칼리도 증가에 따른 부식성 제어를 이루고자 하였다. 이와 더불어 상대적으로 미네랄이 부족한 2단 SWRO 생산수의 단점을 보완하고 칼륨(K+)이온과 마그네슘(Mg+)이온을 보충하는 Remineralization의 목적을 포함하고 있다.
  • )과 등과 같은 알칼리제를 첨가함으로써 부식을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 하지만, Na 이온의 증가는 담수화의 목적에 상반되는 결과를 초래함으로 수산화칼륨(KOH)과 수산화마그네슘(Mg(OH)2)과 같은 알칼리제를 첨가하여 알칼리도 증가에 따른 부식성 제어를 이루고자 하였다. 이와 더불어 상대적으로 미네랄이 부족한 2단 SWRO 생산수의 단점을 보완하고 칼륨(K+)이온과 마그네슘(Mg+)이온을 보충하는 Remineralization의 목적을 포함하고 있다.

가설 설정

  • 실험에서 사용된 SWRO 2단 처리수는 730μS/cm~740μS/cm범위의 전기전도도 값을 지닌 SWRO 1단 처리수에 증류수를 희석하여 전기전도도의 범위가 20μS/cm~25μS/cm로 조절된 것을 가정하여 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
한 해에 인간이 사용 가능한 지구의 물 공급량은 얼마인가? 물은 모든 생명의 근원이며 지구에서 가장 풍부한 자원이다. 인간이 사용 가능한 지구의 물 공급량은 한 해 9000km2 으로 알려져 있으며, 이 중 인간이 실제 쓰는 양은 4,300km2 에 불과한 것으로 알려져 있으므로 절대량만으로 보면 아직 물은 여유가 있다고 생각할 수 있다. 하지만, 지속적인 인구증가 및 급속한 산업화로 인해 전 세계적인 물 부족 현상은 매년 심각해지고 있다.
해수담수화시설 중 역삼투법 해수담수화의 특징은 무엇인가? 역삼투법 해수담수화(Sea Water Reverse Osmosis, SWRO)를 이용한 공정은 멤브레인의 특성상 생산수 중 해수 내 존재하는 미네랄성분(특히 경도성분을 구성하는 Ca, Mg 이온)이 대부분 제거되며, pH가 낮고 생산수의 부식성이 강한 특성을 나타내고 있다. 이에 따라 음용수 및 공업용수로 이용 시 설비 및 배관계통에 심각한 부식문제를 유발할 수 있다.
전 세계적으로 물 부족 현상이 심해지는 이유는 무엇인가? 인간이 사용 가능한 지구의 물 공급량은 한 해 9000km2 으로 알려져 있으며, 이 중 인간이 실제 쓰는 양은 4,300km2 에 불과한 것으로 알려져 있으므로 절대량만으로 보면 아직 물은 여유가 있다고 생각할 수 있다. 하지만, 지속적인 인구증가 및 급속한 산업화로 인해 전 세계적인 물 부족 현상은 매년 심각해지고 있다. 현재 전 세계 인구 중 40%가 식수난을 겪고 있는 상황이며, 물 부족국가로 분류된 우리나라도 해마다 국부적인 갈수 문제와 더불어 지표수 및 지하수의 오염 등의 문제를 극복하고 새로운 물 공급원을 개발하는 것이 시급한 당면 과제로 대두되고 있다.
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