아로아로벼에서 소금을

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 해수담수화 플랜트의 에너지 효율 상승 ..

영문 : Energy Efficiency Enhancement for Seawater Desalination Plants..

과제 팀명

아로아로벼에서 소금을

지도교수

장서일 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부·과 2013XXX** 최**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부·과 2013XXX** 정**

서울시립대학교 환경공학부·과 2013XXX** 권**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

● 지표수 및 지하수 등 기존 용수의 공급을 대체하기 위한 수자원의 비중이 커질 것으로 예상.

● 해수의 담수화 기술은 각종 용수 부족으로 야기되는 문제를 해결하기 위한 효과적인 기술임.

● 기후변화와 강우패턴 변동, 수자원의 지역적 편중 등에 따른 가용수자원의 확보 필요.

● 기존 전력 사용량을 개선하여 생산단가 절감을 통해 해수담수화 시설의 효율적인 운영을 실현.

● 에너지 효율성을 제고하고 환경 부하를 저감시키는 방식으로 설계목표를 설정.

개발 과제의 배경

전 세계적인 인구증가와 산업의 발달 및 오염의 확산으로 지표수 및 지하수에 의한 기존 용수의 공급은 심각한 위기를 맞을 것으로 예상되며, 점차 대체 수자원의 비중이 커질 것으로 예상하고 있다.

지구상에 존재하는 수자원 중 97.5%가 염수(그중 96.5%가 해수)로서, 특별한 처리가 없이는 음용수로서 사용이 불가하며, 담수인 2.5% 중에서 총 사용가능한 것은 지하수와 강물을 포함해 전체 수자원의 0.77% 정도이다. 중수도는 대단위 사업체를 중심으로 점차 확대되고 있으나, 음용수로 사용이 불가함에 따라 적용범위가 제한적이다. 또한, 강변여과수에 대한 개발이 확대되고 있으나 전체 취수량에 비해 극히 미비하다(5개소, 336,000 ton/d, 환경백서 2012). 지하댐은 일반 저수지보다 증발이 적고 수질오염도 적지만 유지비용이 많이 들고 대용량의 물을 확보하기는 어려워 소규모 (30,000 ton/d 내외)로 운영되며, 적용범위가 대부분 농업용수를 대상으로 한다.

● 지속가능한 수자원

현재 지속가능하면서 지구의 물 부족을 해결할 수 있는 수자원 확보 기술은 하폐수 재이용, 우수 재이용 및 해수담수화로 정의되고 있다.

하폐수 재이용 기술은 인간이 사용하고 버린 물을 다시 정화해서 사용한다는 개념으로, 기존 수처리와 고도 수처리 기술이 복합되어 사용 목적에 맞는 물을 생산할 수 있다. 우수재이용 기술은 저장되지 못하고 버려질 수 있는 빗물을 인위적으로 저장하고 여과 및 소독 등을 통해 수자원을 확보하는 방법이다. 마지막으로 해수담수화기술은 말 그대로 해수를 담수로 만드는 기술이며 지구의 물 중 97%를 차지하는 해수를 지속가능한 수자원으로 바꿀 수 있는 방법이다.

하폐수 재이용 기술은 하폐수의 오염도가 높아 먹는 물로 이용하기 위해서는 많은 기술적 제약이 따르고 우수 재이용은 비가 내리지 않는다면 실용성이 떨어지는 단점이 잇다. 하지만 바닷물은 비교적 오염도가 작고 1년 내내 언제든지 이용할 수 있다는 장점이 있어 해수담수화기술은 물부족 문제를 근본적으로 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

개발 과제의 목표 및 내용

1) 개발 과제의 내용

가) 해수담수화의 종류

● 다단증발법 (MSF, Multi-Stage Flash)

다단증발법은 해수를 압력이 다른 여러 단계의 열 교환기 내부를 거치게 하면서 발전 플랜트에서 발생하는 증기로 가열해 증발시킨 후 차가운 해수가 흐르는 관 외벽에서 증기를 응축하는 과정을 통해 담수를 생산하는 방식이다.

● 다중효용증발법 (MED, Multi-Effect Distillation)

다중호용증발법은 다단증발법의 단(stage)와 유사한 개념의 이펙트(effect)라는 기기를 사용하여 담수를 생산하는 방식이다. 다중효용증발법은 고압의 BRP Pump 설비를 필요로 하지 않아 전력 소모량이 적어 운전 비용을 줄일 수 있다는 강점이 있으며, 소형, 중형, 대형 담수화 설비 모두 공급이 가능하다.

● 역삼투압법 (RO, Reverse Osmosis)

세계담수화 시장에서의 지배적인 기술은 2000년대 이전까지 다단 플래쉬 공정이 지배적인 기술이었다. 그러나 에너지 비용의 증가는 해수담수화 기술을 증발식 기술에서 에너지 비용이 저렴한 역삼투 기술로 변화시켰다. Desalination Market 2016에 따르면, 현재 해수담수화 플랜트의 90%가 역삼투공정이다.

역삼투압법은 해수에 압력을 가한 후 반투막을 이용하여 물과 염분 등 기타 물질을 분리하는 역삼투압 방법을 이용하여 담수를 생산하는 방식이다. 운영이 비교적 용이하고 담수 생산을 위한 에너지 소비량이 낮으며, 소, 중, 대용량의 담수화 설비에 모두 적용할 수 있다.

2) 개발 과제의 목표

가) 에너지 비용 저감 ㆍ 에너지 공급을 경제적으로 설계하여 운영비용을 저감

나) 고효율화 ㆍ 조건에 맞는 해수담수 시설 설정 및 구성 변경

다) 보급정책 제안 ㆍ 지역 실정에 맞는 해수담수화 시설 보급 정책 제안 ㆍ 국내외 사례 조사를 통한 현실적이고 효율적인 정책 제안

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

1. 기술 소개 역삼투막에 의한 해수담수화는 물에 용해되어 있는 이온성 물질은 거의 배제되고 순수한 물은 통과되는 반투막(RO)에 의해 담수화하는 기술이며, 역삼투 방식(RO) 해수담수화 공정의 설계에 대한 단위는 트레인으로 규정된다. 그림 1에서처럼, 트레인은 고압펌프와 Vessel로 구성되는 Membrane bank 그리고 에너지 회수장치(ERD)로 구성되는 자체적으로 운영이 가능한 최소의 단위이다. 일반적인 역삼투 방식 해수담수화공정은 이런 트레인이 다수 모여서 하나의 플랜트를 완성한다.

2. 에너지저감 기술 개발 현황

역삼투 공정의 경제성은 건설비를 제외 하면, 에너지 비용에 의존하며, 역삼투 공정의 에너지는 트레인에서 소모되는 에너지에 크게 의존한다. 일반적으로 역삼투 공정은 트레인을 구성하는 요소 중 역삼투막 성능, 고압펌프효율, 에너지회수장치의 효율에 의해 에너지 효율성이 크게 좌우된다.

역삼투식 해수담수화 플랜트의 에너지 효율성은 자연적인 환경을 제외하면 트레인의 효율성에 의존한다. 그러나 이러한 트레인의 효율성은 기술적 한계치에 도달함에 따라 일반적인 방식으로는 트레인 설계만 가지고는 효율성 면에서 개선효과를 기대하기는 힘든 상황이다.

3. 국내 기업의 기술수준 및 격차

담수화 공정에서 유입수의 콜로이드성 물질 및 입자성 물질 등 막오염 유발 물질의 제거를 위한 전처리 기술은 최근 분리막(UF/MF)을 사용한 전처리 방식의 적용 경향이 증가하고 있다. 현재 우리나라는 선진국과 주요 핵심기자재의 기술격차가 존재하며, 국산화가 완료된 분리막은 해외기업과 차이가 없는 것으로 판단된다.하지만 에너지회수장치, 제어ㆍ평가기법 등은 선진국과 큰 격차가 존재한다.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

● 공정의 융합

각 공정에 대한 연구는 지속적으로 증가하고 있으며, 아직까지 역삼투 공정을 대체하기에는 부족하지만 상업화에 근접한 기술로 평가될 수 있다. 따라서 기존 역삼투 공정과 융합하여 에너지 사용을 저감하는 방향으로 연구가 진행되고 있다.

• 기술 로드맵

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

대우건설 D-NARO 나노여과(NF), 역삼투(RO) 및 정삼투(FO)를 접목한 기술 일반 RO공정와 동등한 담수 생산 전력비 및 약품ㆍ막교체 비용 절감에 따른 전체 공정 운영비 절감

효성굿스프링스 태양열,RO 공극제어필터(PCF)와 한외여과(UF)를 이용한 전처리, 태양열 설비와 RO시설의 조합을 이용한 기술 많은 에너지 사용량에 비해 응집제 주입량이 매우 적어 전체 약품비 및 에너지 비용 저감

LG화학 ES 역삼투(RO)를 활용한 고유량 담수화 기술 고제거율 및 고유량, 저온 해수의 효율적인 담수화 R, GR, SR 역삼투(RO)를 활용한 고염제거 담수화 기술 99.95%의 업계 최고 염제거율, 고품질 생산수 생산으로 담수설비 축소 가능

두산 중공업 MSF 해수 증발을 통해 담수화 설비 열원의 추가없이 계속적인 낮은 증기 압력하에 효율적인 에너지 사용 MED 증기 발생화 응축의 반복을 통한 담수화 설비 MSF에비해 낮은 온도(60℃~70℃)에서 운전되므로 비교적 중, 소형이고 열효율이 높음 RO 역삼투(RO)를 이용한 담수화 설비 전처리 설비, 고압펌프, 역삼투막으로 구성되며 에너지 소비량이 낮음 표 해수담수화 경쟁제품 조사 비교

• 마케팅 전략 제시

Strength (S) ● 기존 공정보다 소요되는 에너지가 적음 ● 외국과 비교하여 독자적인 설계 가능 ● 염도차 에너지 회수에 유리한 국내의 지형적 환경에 유리함 ● 정부의 R&D 분야 지원 강화 Weakness (W) ● 실용화를 위한 실규모 시스템에 적용경험 부족 ● 에너지 회수장치 등 핵심 기술격차가 존재 ● 실험실 규모의 기초 연구 단계 Opportunity (O) ● 해수담수화 플랜트의 지속적인 증가 ● 관련 기술에 대한 정부의 지원의지 ● 신개념 담수화 기술을 통한 해수담수화 플랜트의 공정효율 제고 필요성 대두 ● 국내 담수화 설비 업체와의 공동 연구 가능 Threat (T) ● 선진 업체의 기술선도 및 시장독식의 가능성 ● 신기술에 대한 경험 및 실적 부족 ● 염도차 에너지, 자원회수와 같은 관련 기술에 대한 논문 및 특허 증가

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

본 과제로 개발하는 하이브리드 해수담수화 S-DARFO 기술은 다양한 요소 기술이 모여 하나의 거대한 시스템을 이루는 형태로, 개발 요소 기술의 과학기술적인 발전에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 이 외에도 부가적인 기술적 기대효과는 다음과 같다.

● 고부가가치의 차세대 하이브리드 해수담수화 공정 핵심 기술 확보

● 지속가능한 수자원 확보와 담수화의 비용절감을 목적으로 한 수처리 기술로, 신성장동력 산업에 해당

● 차세대 담수화 기술로 활용 가능 및 담수화 미래기술 분야의 기술적 우위 확보

● 해수담수화 이외의 기타 수처리 분야에도 활용가능

● 담수화 에너지 약 40% 절감 (4 kWh/㎥ → 2.5 kWh/㎥ 이하) : 담수화 시설 관리 및 유지비용 절감

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

1. 경제적 파급효과

본 과제의 개발을 통해 우리는 기존 공정의 에너지 효율 한계로 인한 문제를 해결함으로써 새로운 시장개척 및 이를 통한 부가가치 창출을 목표로 하고 있다. 먼저, 1980년대에는 대용량 해수 담수화 플랜트에 의한 담수화 비용이 1m3 당 수 US $ 한 것이 곧 1US $ 가까이 되고, 최근에는 1US $ 이하로 되었다. 경우에 따라서는 천연수를 장거리 수송하거나, 입지 조건이 나쁜 댐을 건설하는 것보다 유리하게 된다.

현재 국내에서 운영되고 있는 역삼투 방식 해수담수화 플랜트의 전력소모는 4 kWh/㎥의 수준으로 본 기술 개발을 통해 에너지를 약 40%로 저감시켜 2.5 kWh/㎥의 전력소모를 목표로 한다. 본 공정의 경제적인 파급효과를 예측하기 위해 플랜트의 용량은 1,000m3/d로 가정한다. (※ 전력계산은 사용량만을 계산한 것이며, 비교의 편의를 위해 고압A, 선택3의 여름철 최대부하를 기준(178.7원/kWh) 으로 가장 요금이 높은 항목을 기준으로 계산하였다.)

2. 사회적 파급효과

● 안정적인 수자원의 확보

우리나라의 기후는 아열대성으로 변화되고 있으며, 시간이 지남에 따라 가용 수자원의 부족이 예측되고 있어 다양한 대체 수자원의 개발 및 확보가 시급한 상황이다. 그러나 현재까지 제시된 다양한 방법들은 강수량에 의존하는 것으로 근본적인 대안으로 채택되기에는 다소 어려움이 있다. 하지만 해수담수화 기술은 계절과 기상조건에 좌우되지 않고 양질의 수자원의 확보 및 물 부족 해소를 가능케 하며, 생활용수 및 공업용수의 부족으로 인하여 야기되는 문제를 해결하기에 매우 효과적인 기술이다.

● 환경개선

2015년 신기후체제로의 전환과 더불어 세계적으로 이산화탄소 배출량 감소 및 에너지 사용 저감추세가 세계화되고 있다. 전기를 생산하기 위한 화력발전소에서 화석연료사용으로 인해 이산화탄소 발생 및 대기오염이 예상되는 가운데 S-DARFO는 현재 담수화 기술 전력 사용량 4 kWh/㎥에서 40% 절감한 2.5 kWh/㎥로 저감함으로써 담수에 필요한 에너지 사용량을 저감시킨다. 이를 통해 전기 생산을 위한 에너지 소요를 저감시켜 환경개선에 도움이 될 수 있다.

● 일자리 창출 및 삶의 질 개선

대체 수자원 확보의 수단으로 그 중요성이 증가하는 해수담수화 기술은 그 중요도가 날이 갈수록 상승하고 있으며, 본 기술의 적용을 통해 지어진 플랜트의 유지 관리 및 운영에 필요한 관련 분야의 전문인력 양성 및 신규고용의 증대시키는 효과가 기대된다. 또한 S-DARFO의 안정적 수자원 확보와 에너지 사용량 저감을 통해 시간별, 지역별 수자원 확보를 안정화 시켜 국민들의 물 공급 불안을 해소시킨다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

제품 요구사항

1. 기존 전력 및 에너지 대비 경제성 본 과제의 핵심 목표인 에너지 효율 상승에 대한 필수적인 요구사항으로 중요도는 매우 높다.

2. 정삼투 공정에서의 유도용액 회수율 기존의 정삼투 공정은 유도용액의 비효율적인 처리 및 회수가 요인이 되어 따로 쓰이지 못하였다. 하지만 본 설계에서 다른 공정과 융합하여 유도용액의 효율적인 처리 및 회수를 필수적인 요소로 사용한다.

3. 염분 제거율 및 담수화 정도 본 과제의 목적이 해수의 담수화이므로 염분의 제거는 필수적이다. 하지만 기존의 공정에서 염분의 제거율은 97 – 99%를 이루었기 때문에 그에 대한 중요도는 낮게 산정하였다.

4. 수질 오염제어 기술 담수화 과정에서 발생하는 오염물질 및 기존 해수에 존재하는 오염물질에 대한 처리기술을 선정하였다.

5. 가용 처리 수량 및 플랜트 크기 담수화 플랜트의 용량은 설치 장소의 환경에 따라 달라지므로 이에 대한 요구사항은 낮게 산정하였다.

설계 사양

설계 사양은 크게 플랜트 크기, 전력 소비량, 염분 제거율로 나눈다. 기존의 4 kWh/㎥의 전력소비량에서 40% 절감한 2.5 kWh/㎥ 이하의 전력 소비량을 목표로한다. 플랜트 크기는 1000m3/d로 시험용 플랜트를 목표로한다. 염분 제거율은 97 ~ 99%이상으로 기존과 동일하거나 이상의 효과를 내도록 설계한다.

개념설계안

가. 전처리 공정 (UF 멤브레인, 한외여과막)

전처리 공정에 사용되는 UFㆍMF 멤브레인은 분리경 및 제거대상물질에 의하여 분리되고 있으나 일반적으로 거의 동일하게 적용되며 체걸음 작용에 의해 여과되며, 정수처리, 하수처리, 해수담수화 전처리 등의 공정에 적용되어 부유물질 제거에 사용되고 있다. 또한, DAF 기술이 UF 기술과 공동으로 사용되기도 하며 조류물질 제거의 경우에는 DMF 기술의 대체 공정으로 적용되기도 한다. 본 과제에서 도입할 전처리 기술은 한외여과막(UF)을 사용하며 DMF 전처리 기술과 같이 이행한다.

나. 정삼투 공정(FO)

기존의 정삼투 공정은 유도용액의 회수공정이 발목을 잡아 역삼투 공정과의 경쟁에서 뒤처지게 되었다. 따라서 정삼투 공정을 독자적으로 사용하기 보단 역삼투 공정과 융합하여 활용하는 하이브리드식 해수담수화가 개발되고 있다. 따라서 본 과제에서 도입할 정삼투 공정은 기본 원리는 정삼투와 같으나 사용되는 유도용액을 회수하기 어려운 화학물질이 아니라 취수한 해수를 이용하며, 증발식에서 발생한 농축수 또한 사용한다.

다. 역삼투 공정(RO)

앞서 정삼투 공정에서 처리된 희석된 해수는 역삼투 과정에서 필요한 압력을 낮춰준다. 그만큼 역삼투에 필요한 에너지 및 전력 소모가 감소하며 이는 비용적인 측면에서 경쟁력을 높여준다.

1. 에너지 회수장치

현 에너지 회수장치 효율은 등압교환방식 기준으로 95% 이상으로 극대화된 상황이므로 효율성 면에서는 더 이상 증대시킬 방법이 없는 것으로 판단된다. 따라서 현재 널리 사용되는 에너지 회수장치를 설계에 도입하기로 하며, 현재 널리 사용되고 있는 등압교환방식인 Isobarix XPR의 XPR-309SS모델을 사용한다.

2. 고압펌프

고압 펌프의 효율은 펌프의 대형화 정도에 직접적으로 비례하다. 따라서 플랜트 전체의 규모에 의해 좌우되며 이에 따른 효율성 증가는 이미 극대화되어 있는 것으로 판단된다. 하지만 설치 및 유지 비용을 고려하여 국내 생산업체의 고압펌프를 사용하기로 하였다.

라. 태양열 증발식(MD)

본 설계에서는 태양열을 이용한 MD 시스템을 사용하며, 이 기술은 해수를 증발시키기 위해 필요한 열에너지를 태양열 집열기를 통해 획득한 열에너지를 사용함으로 기존의 화석에너지를 사용하는 열 구동 방식의 담수화 시스템과 달리 온실가스 배출이 없는 친환경 담수화 기술이다. 또한, 앞서 정삼투 공정에서 담수화를 거친 농축수를 이용하여 담수화함으로서 불필요한 유량의 손실을 줄인다. 이후 담수화한 물은 후처리 후 정수장으로 이동하며, 공정 후 추가처리가 필요한 물은 회수하여 정삼투 공정에서 이용한다.

마. 후처리 공정

1. 미네랄 주입

성장이나 정상인의 생리적인 기능을 유지하기 위해서, 체내에서 합성할 수 없는, 즉 음식물로부터 섭취해야 하는 영양성분을 미네랄이라고 하는데, 칼슘, 염소, 마그네슘, 인, 칼륨, 나트륨, 크롬, 코발트, 구리, 요소, 철, 망간, 몰리브덴, 셀렌, 아연, 비소, 니켈, 바나듐 등이 필수미네랄이다. 해수담수화 과정을 거친 담수를 음용수로 활용하고자 할 때, 미네랄 주입조를 활용하여 필수 미네랄성분을 첨가하여 맛과 건강을 챙길 수가 있다.

2. PH조정

인체 내의 pH의 정상수치는 대략 7.0~7.5이다. 그렇기 때문에 음용수로 사용하기 위해서는 이에 pH를 맞출 필요가 있는데, S-DARFO의 공정을 거친 담수을 목적에 맞게 활용하기 위해 pH조정조를 통해 적정pH를 조절을 할 필요가 있다.

3. 소독

해수담수화 공정을 거친 후 적절한 약품을 살균작용에 이용하여 가정에 보급되는 과정에서 병원균을 멸살하는 과정을 말한다. 이때 약품으로 주로 염소를 사용하며 염소주입량은 지역 수질을 고려하여 결정할 필요가 있다.

4. 부식방지 약품주입

해수담수화 공정으로 생산된 물이 급수관을 부식하는 것을 방지하는 것으로 대표적으로 인산염계 부식억제제를 주입하는 단계 그 후 액상의 수산화칼슘을 주입하는 단계 및 탄산가스를 주입하는 단계로 수성된다. 이를 통해 배관 설비의 수명단축 및 배관의 교체비용을 최소화하고 수질을 향상시킬 수 있다.

바. 처리순서

① 해수 및 하수에서 끌어온 물을 전처리하고 먼저 정삼투 공정을 시행한다. ② 해수는 유도용액의 역할을 하며, 하수의 물을 통해 희석되고 역삼투 공정으로 이동한다. ③ 정삼투 공정을 거친 하수는 증발식 공정을 통해 담수화되며 남은 물은 역삼투 공정에 사용한다. ④ 희석된 해수로 인하여 역삼투 공정의 요구 압력이 낮아지고 이에 따라 에너지 요구량도 낮아진다.. ⑤ 담수화된 물은 후처리 공정을 거쳐 정수지로 이동하여 저장한다. ⑥ 역삼투 공정 이후 남은 물은 재사용 여부를 판단하여 배수하거나 재이용한다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

현재 국내에서 운영되고 있는 역삼투 방식 해수담수화 플랜트의 전력소모는 4 kWh/㎥의 수준으로 본 기술 개발을 통해 에너지를 약 40%로 저감시켜 2.5 kWh/㎥의 전력소모를 목표로 한다. 본 공정의 경제적인 파급효과를 예측하기 위해 플랜트의 용량은 1,000m3/d로 가정한다. (※ 전력계산은 사용량만을 계산한 것이며, 비교의 편의를 위해 고압A, 선택3의 여름철 최대부하를 기준(178.7원/kWh) 으로 가장 요금이 높은 항목을 기준으로 계산하였다.) 계산 결과 기존 역삼투식 해수담수화(RO)에 비해 본 과제에서 개발한 하이브리드 해수담수화(S-DARFO)가 연간 약 9천 6백만원의 비용이 감소되는것으로 확인됐다. 국토해양부에서 작성한 「정ㆍ역삼투융합 해수담수 플랜트 고도화기술 개발 연구단 기획보고서」「정ㆍ역삼투융합 해수담수 플랜트 고도화기술 개발 연구단 기획보고서」, 국토해양부, 2012 에서 각 공정의 전력비를 비교하였다. 보고서에 따르면 각 공정별 전력비 비교 결과 위 생산수의 필요 조건에서 C Type 즉, FO/RO Hybrid 공정이 톤당 전력비가 2.64kWh/m3으로써 A, B Type 대비 각각 10%, 3% 정도의 절감 효과를 보인다. 각 공정 타입별 수질의 경우 공통적으로 적용되는 후단 BWRO공정의 유입 수질의 각각 다르므로 최종 생산수의 수질은 TDS기준으로 C Type < A Type < B Type 순이다. 또한, 총 3가지의 경우를 비교하면 운영비 면에서 하이브리드가 유리한 것은 명백하나, 공정이 건설되는 입지적인 면에서 (특히 배관 등) 두 개의 수원에 대한 거리가 멀 경우에는 경제성 검토면에 배관건설비등을 추가해서 재 검 토해야할 가능성이 존재한다고 명시되었다.

상세설계 내용

1. 전체 공정

① 해수와 하수를 취수하여 전처리한 후 정삼투(FO)공정을 거치도록 정삼투 시스템을 설치한다. ② 희석된 해수를 역삼투(RO)하기 위한 시스템(에너지 회수장치, 고압펌프)을 설치하고 파이프로 연결한다. ③ 정삼투 공정을 거친 하수는 태양열 증발식 공정을 거쳐 정수장 및 역삼투 공정으로 이동하도록 설치한다. ④ 담수화 공정을 거친 물을 정수장으로 이동할 수 있도록 정수장을 설치한다. ⑤ 담수화 공정에서 발생한 농축수는 재이용 여부를 판단하여 배수할 수 있도록 배수시설을 설치한다.

2. 전처리 공정

3. 역삼투 공정

4. 소프트웨어 설계

해수담수화 플랜트에서 축적된 데이터를 기반으로 예측 모델을 이용하여 에너지 효율을 극대화할 수 있는 해수담수화 방법 및 이를 수행하는 알고리즘을 개발한다. 해수담수화 방법은, ① 제1 유입원수 운전값과, 제1 생산수 실 유량 및 제1 생산수 실 수질 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 데이터와 학습 알고리즘을 이용하여 예측 모델을 생성하는 단계와, ② 생산수 목표 유량 및 생산수 목표 수질 중 적어도 하나를 입력 받는 단계와, ③ 유입되는 유입원수 특성을 측정하는 단계, ④ 측정된 상기 유입원수 특성을 생성된 상기 예측 모델에 대입하여 도출된 생산수 예측 유량 및 생산수 예측 수질 중 적어도 하나와, 상기 생산수 목표 유량 및 상기 생산수 목표 수질 중 적어도 하나를 비교하여 제2 유입원수 운전값을 산출하는 단계 및 ⑤ 산출된 상기 제2 유입원수 운전값으로 상기 유입원수 특성을 조절하는 단계를 포함한다. 따라서 생산수의 목표 수질 및 목표 수량을 만족시키기 위한 최적의 압력 및 온도 조건을 도출하여 운전함으로써, 압력과 온도 조절을 통해 SWRO 공정의 효율을 최적화할 수 있다.

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

향후계획

● 수요 증가와 기술 발전으로 생산단가는 절감되고 가격경쟁력이 상승할 것이다. ● 담수를 얻기 어려운 섬, 해안 도시의 안정적인 상수 공급과 자립 가능, 온실가스 감축에 기여한다. ● 상수의 공급은 하천, 호소수 등의 담수에서 벗어나 지구의 대부분을 차지하는 무한에 가까운

 수자원인 해수를 이용해서 상수를 확보하는 방향으로 나아가야 한다.

● 모든 해수담수화 설비의 부품을 국산화 할 수 있는 기술력 확보가 필요하다. ● 해수담수화 기술 분야는 역삼투, 정삼투, 태양열증발식의 통합 기술로 발전할 것으로 예측된다. ● S-DARFO 기술은 국내의 수자원 문제뿐만 아니라 세계의 물 부족국가에 적용되어 국제적 문제를

 해결해줄 영향을 끼칠 것으로 기대된다.