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 담수화란?
ㅇ 담수화란 염분을 포함하고 있는 해수 등에서 음료수나 기타 용도로 이용할 수 있도록 염분을 제거하여 담수를 얻는 것을 말하며 Cl-, Na+ 뿐만 아니라 다수의 무기 염류가 제거 된다
1) 담수화의 특징
o 해수담수화는 댐 다음으로 다량의 수자원을 확보할 수 있는 기술
o 공사기간이 짧아 조기에 다량의 수자원을 확보할 수 있다
o 계절과 기상조건에 죄우되지 않고 물의 확보가 가능하다
o 플랜트가 콤펙트하여 시설면적이 작게 든다.
향후 전망
1) 생활용수용
o 유인도서를 대상으로 지속적으로 증가 예상
o 댐 건설이 점차적으로 어려워지면서 해안지역을 대상으로 광역상수도 단위의 대용량 건설 예상
o 폐열 등을 활용하는 증발법과 수질을 고려한 역삼투법 등의 조합한 Hybrid 형태의 담수화시설 도입 예상
o 기능성 음료 등의 개발을 위하여 해양심층수를 활용한 담수화시설 도입이 예상됨
2) 공업용수용
o 국내에서는 석유화학단지에 기수를 공업용수로 이용하기 위하여 담수화 시설 이용 되고 있음
o 국내를 기반으로 중동 등 해외에서의 수주를 위하여 역삼투법에 대한 관심 고조 예상됨
o 기상 이변과 환경오염으로 인하여 물 부족과 물값 상승으로 점차 그 규모가 확대될 것으로 예상되고 있음
담수화 공법별 분류
1) 공법에 따른 분류
(1) 증발법; 물의 증발현상을 이용
o 플래시 증류법(MSF; Multi-Stage Flash Distillation)
o 다중 효용 증발법(MED; Multiple-Effect Distillation)
o 증기 압축법(VCD; Vapor compression Distillation)
(2) 막여과법; 막의 차별성과 선택적 통과능력 이용
o 역 삼투법(RO; Reverse Osmosis)
o 정 삼투법(FO; Forward Osmosis)
o 전기투석법(ED; Electrodialysis)
(3) 기타공법; 부차적 탈염 공정
o 동결법(Freezing)
o 막이용 증류법(Membrane Distillation)
o 태양열 가습법(Solar Humidification)
 
(MSF_두산중공업 and 역삼투법)
(MED and VCD_IDE-TECH)
2) 상변화에 따른 분류
(1) 상 변화법; 물질의 기-액, 고-액 간의 상변화시 물속 염분은 증기나 얼음으로 상변화 않은점 이용
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증 발 법 |
냉동법(FP; Freezing Process) |
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다단플래쉬법(MSF; Multiple Stage Flash Distillation)
증발압축법(VCD; Vapor Compression Distillation)
다중효용법(MED; Multiple Effect Distillation)
투과기화법 |
직접냉동법
간접냉동법 |
(2) 상 불변화법; 기-액, 또는 고-액으로 상변화 없이 압력차를 구동원으로하여 해수에서 담수를 분리
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막분리법 |
기 타 |
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역삼투법(RO; Reverse Osmosis)
정 삼투법(FO; Forward Osmosis)
전기투석법(ED; Electro Dialysis) |
용매 추출법
이온교환수지법(IE; Ion Exchange) |
3) 에너지 사용형태에 따라 : 열을 이용한 방법 / 압력을 이용한 방법 / 전기에너지 이용한 방법
담수화 공법별 특성 비교
1) 공법별 적정 원수 농도 및 운전온도
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담수화 공법 |
적용 원수 농도(TDS mg/ℓ) |
운전 온도(℃) |
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증 발 법 |
30,000 ~ 500,000 |
35 ~ 120 |
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역삼투법 |
500 ~ 50,000 |
0 ~ 40 |
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전기투석법 |
500 ~ 3,000 |
0 ~ 65 |
※ 역삼투법, 전기투석법의 최저 온도는 동결 없는 온도
2) 공법별 경제성 비교 (GWI 2010)
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공 법 |
MSF |
MED |
RO |
FO |
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에너지 소비(kWh/㎥) |
25 |
23 |
4.2 |
0.5 이하 |
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건 설 비($㎥/day) |
1,750 |
1,230 |
1,207 |
- |
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생산원가($㎥/day) |
1.07 |
0.83 |
0.76 |
- |
3) 공법별 원리 및 장단점
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구 분 |
원 리 |
장. 단점 |
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역삼투법(RO) |
· 반투막을 사이에 두고 해수에 삼투압 보다 높은 역삼투압을 가해 담수 추출 |
· 최근 실적이 많고, 조작이 용이하다
· 증발법보다 에너지 소비량 적다
· 막의 내구성에 문제가 있다
· 해수 충분한 전처리가 필요하다 |
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정삼투법(FO) |
· 반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용질을 해수와 접하게 하여 해수중의 담수를 유도용질로 흡수시킨 후 유도 용질에서 담수 분리 |
· 에너지 소비율 매우 낮다.(자연에너지 이용)(0.5~1kWh/㎥이하)
· 회수율 70~80% 이상으로 농축수량 적다
· 연구 진행 중으로 실적 없음 |
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증
발
법 |
다단
플래쉬법(MSF) |
· 순차적으로 감압상태에 있는 일련의관내에 과열해수를 주입하여 자기 증발시키고, 발생하는 수증기를 해수의가열원으로 이용하여 응축시킴 |
· 대규모 장치 실적 많고, 생산수 순도높다.
· 다중목적의 장치에 유리하다.
· 에너지 소비량 가장 높다
· 부식 방지 필요하며, 부분부하 운전 곤란 |
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다중효용법
(MED) |
· 연결되어 있는 각 증발장치내에 해수로부터 발생하는 수증기를 순차 감압상태에 있는 2차 증발 장치의 해수의가열, 증발에 사용하여 응축시킴 |
· 중규모 장치 실적 많고, 생산수 순도 높다.
· 폐열이용의 경우에 유리하다.
· 부식의 방지가 필요하다. |
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증기압축법
(VCD) |
· 증발장치내 해수로부터 발생하는 수증기를 압축에 의해 온도를 높인 후같은 장치내 해수의 가열 증발에 사용하여 응축시킨다. |
· 소규모장치에 실적 많다.
· 기동시 이외 열원 불필요
· 장치의 이동 및 설계가 용이 하다.
· 에너지 소비량이 많다. |
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전기투석법
(ED) |
· 음,양의 두전극 사이에교대로 배치한양이온교환막과 음이온 교환막의 사이에 해수를 흘려 해수중의 이온을 분리 제거 |
· 내압용기, 내압배관 불필요
· 온도변화에 대응이 용이하다.
· 에너지 소비량 다소 높다.
· 대규모장치, 해수담수화 실적 적다. |
4) 공법별 실용성 비교
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구 분 |
역 삼 투 법 |
증 발 법 |
전 기 투 석 법 |
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기술의 완성도 |
· 최신 공법으로 기술의 완성도가 높다. |
· 초기 개발된 담수화 방법으로 기술 완성도가 높다. |
· 기수 담수화 실적 있지만,
· 해수담수화 실적이 적다. |
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대규모 시설의 실적 |
· 최근 대규모 실적 증가
· 유니트 5천∼6천㎥/일 |
· 중동지역 대규모시설의 주 방식으로 실적이 많다. |
· 해수 담수화용의 대규모시설은 없다. |
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경제성
(에너지 소요) |
· 해수담수화 기술중 에너지
소비 가장 적다 |
· 에너지 소비량 높아 에너지 비용이 높은 곳 부적합
· 발전소 등과 2중목적의 플랜트에 적합 |
· 해수담수화와 같이 원수의 TDS 농도가 높으면 에너지 소비 많아서 비경제적이다. |
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유지관리성 |
· 운전온도가 상온으로 저압부분 PVC재료 사용 가능
· 부식문제가 비교적 적다
· 운전기기는 펌프 중심으로 운전유지 관리 비교적 용이
· 막모듈 교환 비교적 많다 |
· 고온에서 운전하여 재료 부식이 많다.
· 보일러, 펌프, 진공장치 등 유지관리 복잡 |
· 상온, 상압에서 운전을 하므로 PVC 재료의 사용 가능
· 부식문제는 비교적 적다.
· 정류기, 펌프의 운전이 중심이므로 유지관리가 쉽다.
· 막 세정 교환주기 약간 빠름 |
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Technical Photos
