역삼투법(RO)

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Ⅲ. 역삼투시설의 전처리

contents_img 전처리시설

   ㅇ 역삼투 해수담수화시설의 전처리공정은 RO Membrane에 나쁜 영향을 미치는 물질을 미리 제거하는 것으로 물리적 방법과 원수의 성질을 조정하는 화학적 방법이 있으며 일반적으로 물리적, 화학적 방법이 복합적으로 이뤄진다.

   ㅇ 원수의 탁도, SDI, COD 등 농도에 따라 화학약품 주입과 함께 MF⁃UF⁃NF 막여과, 응집침전여과, 모래여과, 카트리지 필터 등을 조합하여 적용되고 있다.

   ㅇ 전처리 공정을 통하여 최소 SDI 5 이하, 탁도 1NTU 이하를 유지 시켜야 한다.

  

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(해수담수화시설의 전처리 기능 및 목적)
 

contents_img 전처리 목적 및 항목

  1) 전처리의 목적은 원수중의 현탁물질 제거하여 RO Membrane 성능을 유지시키기 위한 것과 RO Membrane 성능을 저하시킬 수 있는 요소를 제거 또는 조정하여 막 표면의 Fouling (눈막힘) 및 Scale 등을 방지하기 위함으로 이뤄진다.

    (1) Fouling 이란 철산화물, 실트 같은 입자들이 멤브레인 사이에 걸리는 것

        o Fouling 제어 : 미세모래, 미생물, 콜로이드성 물질, 유지 등 제어

    (2) Scale 이란 황산칼슘, 황산바륨 같은 용해염이 멤브레인 표면에 침전되는 것

        o Scale, Slime 제어 : 경도성분(Ca, Mg 등 2가 이온), 온도 등 제어

  2) 제어대상 항목부유물질, 연안 해역의 조류, 미생물, Ca, Mg, 실리카 등 스케일 형성 물질 및 수온, pH 등이 있다.

 

contents_img 전처리 방법

   ㅇ 전처리 방법에는 물리적 방법과 화학적 방법이 있으며, 전처리 공정은 다층여과 → 단층여과 → 카트리지 필터 순서로 이뤄져 왔으나 최근에는 막여과 공정이 대중화 되면서 MF, UF 막여과에 의한 전처리 도입이 증가하고 있다.

   ㅇ 또한 증발법의 경우에는 증발기의 스케일 방지를 위하여 NF 막에 의한 전처리가 연구되어지고 있다.

    ※ 템파베이 해수담수화시설(미국) : 응집 침전(Ferric sulfate & polymer) → DualSan Filtration → Cartridge Filtration (5 micron)

    ※ 오끼나와현 차탄 해수담수화(일본):마이크로 플럭 여과 형태 : 횡형압력식  다층여과기→횡형압력식 단층여과기→카트리지 필터

    ※ Binningup Desalination Plant (호주) : 가압식 막여과  → 카트리지 필터

 

(전처리 방법에 따른 분류) 

DMF (여과속도에 따라)

여과 방법에 따른 막여과

  ① 완속여과법(Slow Sand Filtration)

  ② 급속여과법(Rapid Sand Filtration)

        ① 정밀여과(MF)

        ② 한외여과(UF)

        ③ 용존공기부상법(DAF)

        ④ Disk Filter

        ⑤ Cartridge Filter 등

DMF (여과재 구성에 따라)

  ① 단층여과(모래 또는 안트라사이트)

  ② 다층여과(안트라사이트+모래+가네트)

 

  1) 물리적 처리 방법

     o 물리적 처리방법은 응집, 여과, 흡착 등에 의하여 부유성 현탁물질 등을 제어하는 방법으로 급속여과, 완속여과, MF․UF 막여과, 카트리지식 필터 등의 공법이 있다.

    (1) 모래여과 공정 : 다층여과기 → 단층여과기 → 마이크로 필터 → 역삼투막

       o 다층여과기 여재  : 안트라사이트 + 여과사 +(가네트)

       o 단층여과기 여재 : 여과사

       o 형식 : 마이크로 플록 급속여과(여과 속도(LV): 20㎥/㎡·hr)

    (2) 막여과 공정 : 오토스트레이너 → 막여과 (→ 카트리지 필터) → 역삼투막

 

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(막여과 전처리용 오토스트레이너)
 

  2) 화학적 전처리 방법

     o 화학적 처리 방법은 pH 조절제, 염소 등의 산화·환원을 통한 스케일 및 미생물 등 제어하는 방법으로 응집제, PH조정제, 중화제, 스케일 방지제, 염소 등을 주입하는 방법으로 스케일 방지 및 미생물 제거가 주 목적으로 실제 현장에서는 물리 화학적인 공정에 의하여 이뤄진다.

     o 주입 약품은 원수의 pH, 탁도, SDI, COD, 잔류염소량 등의 농도에 따라 종류와 사용량을 달리한다.

 

    (1) 목적 : pH 조절제, 염소 등의 산화·환원을 통한 스케일 및 미생물 등 제어

    (2) 약품의 종류 및 주입 위치

       o 주입 약품 : 차아염소산나트륨 (Naocl), 염화제이철 (FeCl3), 황산 (H2SO4), 환원제 (SBS), 스케일방지제(SHMP), 수산화나트륨 (NaOH)  

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 (역삼투 해수담수화의 약품 주입 위치)

 

contents_img 전처리 방법별 특징

  1) 완속여과법(Slow Sand Filtration)

     o 완속여과법은 충전된 미세 모래층을 통과하면서 이뤄지는 물지적 여과와 미생물막을 통한 생물학적인 분해하여 여과하는 공정이다.

     o 해수중에는 유기물이 작고, 미생물 번식 등의 어려워 해수담수화시설에서는 통상 이용되지 않는다.

  

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(모래여과 여재 구성 및 여과층 사료채취기)

   2) 급속여과법(Rapid Sand Filtration)

     o 급속여과법은 원수에 응집제를 넣어서 약품의 작용으로 침전시키고 침전수를 모래여과 하는 방법이다.

     o 급속여과법은 여과층에 부유물질이 퇴적되어 손실수두가 증가하 게되면 주기적으로 역세척 필요하다.

      (1) 역세척 방법

         ① 수발 : 압력식 여과기의 설정수위까지 물을 뺀다.(수발)

         ② 표면세정 : 여재표면에 축적된 플록을 파쇄 하는 공정으로 2분 정도 실시

         ③ 공세 : 여재층의 하부에 공기압을 이용하여 10분 정도 공급 한다.

         ④ 수세 : 여층의 팽창률이 20~30 % 정도 되도록 상향류를 가하여 여재층의 부유물을 15분 정도 세정

      (2) 특징

         ① 여과속도는 120~150m/day 정도로 완속여과에 비해 매우 빠르다.

         ② 설치면적이 작고, 건설비 적게 든다.

         ③ 자동제어 가능하고, 인력이 적게 필요하다.

         ④ 약품비 및 동력비가 많이 든다.

         ⑤ 탁도가 다소 높은 원수 처에 적합하다.

         ⑥ 세균 처리에는 부적합하다.

         ⑦ 주기적인 역세척이 필요하다.

 

      (3) 압력식 급속여과기

        o 압력식 급속여과기는 밀폐된 용기 내에 지지층(Greavel) 및 여과층(garnet, sand, Anthracite 등)을 두고 여과층에 원수를 통과시켜 현탁물질을 제거하고, 여재층에 부착된 현탁물질은 역세척으로 밖으로 배출시킨다.

 

(압력식 급속여과기 여재조성) 

여 재

유효경 (㎜)

두께 (㎝)

비중

통수/역세 (m/hr)

적용범위

안트라사이트

모 래

0.9~1.5

0.5~1.0

60

40

1.55

2.67

6~10/35~40

 * 용수처리·폐수의 3차처리

 * 활성탄의 전처리

안트라사이트

모 래

0.4~1.6

0.3~0.4

60

40

1.55

2.67

5~7/25~30

 * UF여과의 전처리

안트라사이트

모 래

2~3

1~2

60

40

1.55

2.67

20~40/50~70

 * 부유물질의 제거

 * 고속여과·대용량형

안트라사이트

모 래

0.9~1.5

0.5~1.0

0.2~0.5

60

30

10

1.55

2.67

3.50

10~15/40~50

 * 마이크로플록여과

 * 고속여과

 * 공기역세필요

    

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      (4) 급속응집침전여과와 마이크로플록여과 비교

        ① 급속응집침전 여과

         o 급속응집침전여과기(Clarifier)는 여과공정 전단에 응집침전조를 거친후 압력식 급속여과기에서 여과하는 방식으로 응집침전처리에서 응집제의 주입량은 침전공정에서 최대효과를 얻을 수 있도록 결정 한다.

         o 기능은 혼합, 응집, 침전의 세 공정을 단일 설비 내에서 이루어지도록 한 시설이다 (고탁도에 적용)

    

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        ②  마이크로플록 여과

         o 마이크로플록 여과법은 여과기에서 여과효과가 최적이 되도록 여과기 전단에 응집제를 주입하여 응집침전과 급속여과를 동시에 행하는 여과방식으로 일반적으로 역삼투법 해수담수화시설 전처리로는 압력식 여과장치를 이용한 마이크로플록 여과법을 많이 사용한다.

       ※ 마이크로여과법의 특징

         o 응집조 및 침전조가 필요없기 때문에 설치면적을 절약할 수 있다.

         o 통수(通水)선속도가 10~15 m/h 로서, 압력여과식보다 2배 정도 크다.

         o 응집제의 사용량을 줄일 수 있다.

         o 부유물질이 많은 원수에 적용할 수 없다.(탁도 5~10 NTU 이하 원수에 적용)

         o 역세정 선속도는 40~45 m/h 정도 요구되므로 대량의 역세펌프와 다량의 역세수가 필요하다.

         o 공기역세용 브로워가 필요하다.

 

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(응집침전여과와 마이크로플록 여과) 

  3) 막여과 전처리

   o 막여과(Membrane Filtration)란 막(Membrane)을 여재로 하여 물을 통과시켜 수중에 존재하는 오염물질이나 불순물을 여과하는 기술로 고액분리, 이온분리, 가스분리 등을 행하는 분리기술로써 정수처리, 하폐수처리, 해수담수화, 식품 및 의료분야 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

   o 해수담수화 전처리 공정에는 일반적으로 MF, UF 멤브레인을 이용한 정밀여과법 또는 한외여과법이 적용된다.

   o MF, UF 멤브레인은 분리경 및 제거대상물질에 의하여 분리되고 있으나 일반적으로 거의 동일하게 적용되며 체걸음작용에 의해 여과되며, 정수처리, 하수처리, 해수담수화 전처리 등의 공정에 적용되어 부유물질 제거에 사용되고 있다

 

(MF 막과 UF막 특성 비교) 

사용막

여과법

분리경

여과성능

탁도 제거성능

제거가능물질

정밀여과막(MF)

정밀여과법

공칭공경

0.01 μm이상

0.5 ㎥/㎡일

이 상

0.05 NTU

이하

부유물질, 콜로이드, 세균, 조류, 바이러스, 크립토스포리디움 포낭(包囊), 지아디아 포낭 등

한외여과막(UF)

한외여과법

분획 분자량

100,000Dalton이하

0.5 ㎥/㎡일

이 상

0.05 NTU

이하

부유물질, 콜로이드, 세균, 조류, 바이러스, 크립토스포리디움 포낭, 지아디아 포낭, 부식산, 등

 

(정밀여과법과 한외여과법 특성 비교) 

구분

분리대상

막구조(막형태)

조작압력(MPa)

정밀여과법

입자 지름

0.025∼10㎛

균질막/비대칭막

1Kgf/㎠ (감압∼0.1)

한외여과법

분획분자량

1,000∼300,000Da

비대칭막

2~5Kgf/㎠ ( 0.2∼0.5)

 

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Reverse Osmosis Desalination - Veolia Water Technologies 2017-04-01
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