초록
▼
1. 분석자서문
막증류법(Membrane distillation, MD)은 지속가능한 담수화 기술 중 하나로 평가받고 있으며, 비휘발성 오염물질 제거나 기타 성분 회수에 요구되는 열에너지가 작다는 장점이 있다. MD 반응조에서 수용액의 증기는 소수성 멤브레인을 지나 반대편에 응축되고, 고품질의 유출수를 얻을 수 있다. 최근에 MD의 적용 가능성에 대한 다양한 연구가 진행되어왔으며, 본 리뷰에서는 MD 담수화 시스템의 성능과 지속가능성 향상을 위해 관련된 이슈들을 살펴보았다. 또한 시스템의 지속가능성 확보 측면에서
1. 분석자서문
막증류법(Membrane distillation, MD)은 지속가능한 담수화 기술 중 하나로 평가받고 있으며, 비휘발성 오염물질 제거나 기타 성분 회수에 요구되는 열에너지가 작다는 장점이 있다. MD 반응조에서 수용액의 증기는 소수성 멤브레인을 지나 반대편에 응축되고, 고품질의 유출수를 얻을 수 있다. 최근에 MD의 적용 가능성에 대한 다양한 연구가 진행되어왔으며, 본 리뷰에서는 MD 담수화 시스템의 성능과 지속가능성 향상을 위해 관련된 이슈들을 살펴보았다. 또한 시스템의 지속가능성 확보 측면에서 태양광, 지열, 폐자원 등 다양한 에너지원을 사용하는 MD 시스템과 폐수 무배출이 가능한 하이브리드 시스템 등을 평가하였다. 마지막으로 지속가능성과 시스템 성능 향상을 위해 향후 추가적인 연구가 필요한 분야를 제안하였다.
2.목차
1. 서론
2. MD 멤브레인
2.1. 멤브레인 특성
2.2. 멤브레인 형태
3. MD 형태
3.1. 4가지 기본 MD 형태
3.2. 에너지 소비와 물 비용
4. MD 형태
4.1. 멤브레인 개선
4.2. 멤브레인 젖음과 오염
4.3. MD 형태와 모듈의 개선
4.4. 재생에너지와 폐열의 사용
4.5. 추가 처리 공정
4.6. MD 유닛의 최적화
5. 결론
MD는 지속가능한 측면에서 전 세계적인 물-에너지 문제 저감에 도움을 줄 수 있는 멤브레인 분리 공정으로, 다른 정화 기술과도 경쟁이 가능하다. 본 리뷰에서는 담수 생산 측면에서 MD가 어떻게 지속가능한 기술이 될 수 있으며, 기존 담수화 효율 향상을 위해 기존의 MD 시스템이 어떻게 개선될 수 있는지를 살펴보았다.
지속가능한 담수화를 위해 MD가 재생에너지나 폐열로부터 에너지를 공급받아야 하는 점은 분명하다. 태양광에너지는 MD에 가장 널리 이용되고 있으며, 성공적인 운전을 위해서는 위치 선정이 매우 중요하다. 태양광발전 MD의 성능에 대해 많은 연구가 이루어졌지만, 지속가능한 용수 생산의 가능성을 증명하기 위한 대규모의 파일럿 플랜트 연구가 필요하다. 지열에너지원 역시 지속적인 열에너지로서 장점을 가지고 있지만 아직까지 연구가 미진한 상황으로 어디서 어떻게 지열에너지를 이용한 MD 시스템을 연결할 것인지 추가적인 연구가 필요하다. 폐열을 이용한 MD는 MD가 RO와 경쟁력이 생기면서 성공하게 되었다. 폐열을 이용한 MD의 발전은 열발생이 있는 산업 공정에 영향을 받으므로, 이 공정의 성공은 산업 공정에 따라 달라진다.
담수화 공정 개선을 위해 새로운 멤브레인, 멤브레인 모듈, 형태, 막오염에 대한 다양한 연구가 진행되어왔다. 일반적인 고분자 멤브레인 이외에 새로운 고분자도 개발되었다. 기본적인 4개의 형태 이외에 앞서 살펴본 바와 같이 새로운 MD 모듈과 형태도 개발되었다. 이러한 형태는 용수 생산과 에너지 효율이 향상된 것처럼 보이지만, 대부분의 시스템이 10년 이상 적용된 바 없기 때문에 실험적/이론적 연구가 추가적으로 필요하다.
비록 압력 유도 분리 공정에 비해 MD가 막오염과 스케일링이 심하지 않지만, 용수 생산율 저하와 관련 처리 비용 증가를 야기하기 때문에 반드시 개선이 되어야 할 부분이다.
지난 몇 년 동안 MD는 다양한 기질 용액에서 고품질 유출수를 생산할 수 있는 가능성 있는 기술로 여겨졌다. 하지만 실험과 이론적 계산 간에 큰 불확실성이 있으므로 대규모 파일럿 플랜트에서 다양한 공정을 지속적으로 모니터링하는 연구가 필요하다.
References
1. Gonzáleza, D., Amigo, J., Suárez, F., Membrane distillation: Perspectives for sustainable and improved desalination, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 80, 238-259, 2017.
2. Camacho, L.M., Dumée, L., Zhang, J., Li, J., de, Duke, M., Gomez, J., et al. Advances in membrane distillation for water desalination and purification applications. Water., 5, 94–196, 2013.
3. Tijing, L., Woo, Y., Choi, J., Lee, S., Kim, S., Shon, H., Fouling and its control in membrane distillation-a review. J Memb Sci, 475, 215–244, 2015.
4. Camacho LM, Dumée L, Zhang J, Li J, de, Duke M, Gomez J, et al. Advances in membrane distillation for water desalination and purification applications. Water, 5, 94–196, 2013.
5. Chafidz, A., Al-Zahrani, S., Al-Otaibi, M., Hoong, C., Lai, T., Prabu, M., Portable and integrated solar-driven desalination system using membrane distillation for arid remote areas in Saudi Arabia. Desalination, 345, 36–49, 2014.
6. Mericq J-P, Laborie S, Cabassud C. Vacuum membrane distillation of seawater reverse osmosis brines. Water Res, 44, 5260–73, 2016.
7. Elsayed, N., Barrufet, M., El-Halwagi, M., Integration of thermal membrane distillation networks with processing facilities. Ind Eng Chem Res, 53, 5284–5298, 2014.
※ 이 자료의 분석은 한국생산기술연구원의 정엠마님께서 수고해주셨습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.