역삼투법(RO)

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Ⅳ. 역삼투시설 구성 및 설계

contents_img R/O 시설 (역삼투시설)

   ㅇ 역삼투시설은 전처리된 원수를 고압으로 멤브레인에 공급하여 해수에서 담수를 추출 분리하는 역삼투 해수담수화시설의 핵심 공정으로 R/O 시설(멤브레인,압력베셀), 고압펌프 및 에너지회수장치 등을 고압배관 등으로 시스템화 되어있다.

 

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(역삼투 해수담수화시설_호주) 

1) RO Unit 설계

    o 해수의 온도, 압력, 농도 등이 막 성능과 수명에 크게 영향을 주며, 염 배제율과 물의 투과율을 높일 수 있는 운전조건 조성이 필요하다. 특히 공급 되는 원수는 전처리공정에서 최소 SDI 5 이하, 탁도 1NTU 이하로 처리되어 공급되어져야 한다.

    o 해수담수화시설은 해수를 원수로 하고 있어 가동후에는 가동 중지와 동시에 담수에 의한 수세(15~30min/회)되어져야 산화를 최소화 할 수 있다.

    o 또한, 각 Vessel별로 수질 검사가 가능하도록 Sampling Cock을 두어 효율적인 유지관리를 기하여야 하며, Air Valve 및 Drain Valve 에는 비산 방지할 수 있도록 유도 배관을 설치하는 것이 유지관리에 편리성을 기할 수 있다.

    o 멤브레인은 Feed 쪽 오염의 심하므로 교체시 면밀한 검토 필요하며, 멤브레인 교체는 시설관리 정도에 따라 1~5년 정도 사용이 가능하며, 일반적으로는 연간 10 ~ 30% 정도 교체되고 있는 실정이다.

    o CIP(세정)은 연 2~4회 정도로 이용 빈도가 낮음에 따라 찰탁 가능하도록 간편한 배관이 경제적 일 수 있다.

 

    (1) 최근 RO Unit 설계 동향

      ① 동력비를 절감을 위한 고효율 펌프 및 에너지회수장치의 최적화 및 개발

      ② 인버터에 의한 속도 제어(VFD; variable speed drivers) 에너지 효율화

      ③ 1개 배셀에 엘러멘트 수량 증가(1~7Element/Vessel) 경제성 향상

      ④ 보다 효율적인 RO Unit 배치 ☞ Two Stages 또는 Two-Pass

      ⑤ 발전소 냉각수 이용 등 취수시설을 단순화 하는 Hybrid Type 의 담수화시설(SWRO+증발법, 발전+SWRO) 적용

      ⑥ 막 기술 발달로 UF/MF 막을 이용한 전처리 방법의 다각화 및 효율화

      ⑦ 보론 농도 한계까지 생산수량 생산 고효율 멤브레인 개발

      ⑧ 멤브레인 성능 개선을 통한 투과량 증가와 염제거율 향상 등 고효율 멤브레인 개발

      ⑨ 풍력 등 신재생 에너지 적용을 통한 에너지 다각화 및 스마트그리드를 연동한 에너지 효율적 이용

 

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  (2) RO Unit 배치 방법

      ① RO 배치 방법에는 Single Stage RO System, Two Stages RO System(2단 RO), Two Pass RO System가 있으며, 모듈의 배치 및 모듈내 엘리멘트 수는 수질, 수온, 회수 율, 운전압력 등에 따라 결정한다.

      ② 해수를 원수로 하는 담수화시설에서 Single Stage RO 시스템을 일반적으로 배치하며, 반면에 기수의 담수화 또는 전체적인 시설의 회수율을 향상시키기 위하여 시설에서는 Two Stages(2단) RO 시스템을 적용한다.

      ③ Two Pass RO 시스템은 고도의 생산수를 요구하는 시설, 즉 보일러 용수 전처리 방법 등에 이용한다.

      

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 (RO 배치 방법; Two Pass 와 Two Stages RO System)  

 

2) R/O 시설 구성 요소

      

      ① 압력베셀(멤브레인 하우징)

      ① 멤브레인(여과막)

      ① 유량조절밸브(농축수 조절 밸브)

      ① 압력 배관

      ① 각종계기(전도도계, 유량계, 압력계 등) 등

 

 3) 구성 기기별 특성

    (1) 압력베셀; 멤브레인 하우징

      o 압력 베셀은 연결Port 형태에 따라 End Port , Side Port, Multi Port 가 있다

      o 8inch 압력 베셀의 경우 멤브레인을 1~7개까지 장착할 수 있는 베셀이 있다

      o 압력 배셀의 약측면에 설치되는 Component는 제작회사 마다 다르므로 장착 및 분리가 편한 형식을 선정

      o 멤브레인의 제작회사별 엔드 Port가 조금 다를 수 있음으로 압력 베셀 선정시 고려하여야 한다.

 

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(포트; Side Port/ End Port/ Multi Port)

 

(2) 유량조절밸브; 농축수 조절 밸브

      o 고압의 유체를 제어하여야 하므로 유체 흐름에 따라 마모, 진동이 최소화되는 재질 및 형식의 밸브를 선정하여야 한다.

 

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(유량조절밸브)

 

    (3) 압력 배관

      o 해수 담수화시설의 R/O 배관은 고압용 Steel 재로 부식 등을 고려하여 관종 선정하여야 하며,

      o 고압펌프와 배관의 연결은 진동을 고려하여 재질 및 Joint 방법을 결정하여야 하며, 압력베셀 후단 배관은 저압으로 PVC재질이 경제적이다.

    (4) 각종계기; 전도도계, 유량계, 압력계 등

      o 편리한 유지관리를 위하여 전도도계 및 유량계는 트레이별로 설치해야 유지관리에 편리하다.


4) 멤브레인 유지관리(Spiral Wound Type)

     o 역삼투막은 유지관리가 잘 되어도 운전과 더불어 멤브레인성능은 조금씩 저하된다.

     o 특히 벳셀 앞부분(유입측)의 멤브레인은 콜로이드 성분에 의한 눈막힘 현상 크고, 뒷부분의 멤브레인은 고농도염의 석출로 스케일 생성에 의한 성능 저하 발생 빈도가 높다.

     o 일반적으로 사용기간은 3~5년이며, 경우에 따라 막을 1년에 20~30% 정도씩 교환한다.

 

(역삼투설비의 이상시 원인과 대책) 

현 상

원인

대책

투과수량 저하

· 압력이 낮은 경우

· 농축수 밸브 조정(압력 조정)

· 무기물질에 의한 스케일 발생

· 멤브레인 세정

· 전처리 불량

· 전처리 역세 및 탁도 확인

염제거율 저하

(전도도 상승)

· 컨넥터 O링 파손

· 컨넥터 O링 교환

· 압력이 낮을 경우

· 농축수 밸브 조정(압력 조정)

· 멤브레인이 오염 또는 노화되었을 경우

· 멤브레인 세정 또는 교환

· 고수온 또는 유리염소 등에 의한 멤브레인 산화

· 멤브레인 교환

· 생물학적 영향이나 유기물에 의한 멤브레인 손상

투과수량 증가

(전도도 상승)

· 컨넥터 O링 파손

· 압력이 높은 경우

· 고수온 또는 유리염소 등에 의한 멤브레인 산화

· 컨넥터 O링 교환

· 농축수 밸브 조정(압력 조정)

· 멤브레인 교환

 

5) 멤브레인 교환

 

1) 교환시기 판단
     o 염소 등의 산화제에 의한 산화로 수질기준을 초과하는 경우
     o 보통 생산수의 수량 및 수질의 감시를 컴퓨터로 관리하고 세정 및 교환시기의 판단을 위한 기준치를 미리 설정
     o 모듈 중 어느 엘레멘트가 수질이 악화되어 있는가를 전용의 측정도구를 사용하여 간단하면서 정확히 측정가능
     o 표면 해수를 담수화 하는 경우 연간 20~30%를 교체하는 것이 필요, 즉 멤브레인 수명을 3~4 년으로 산정
     o 특정 이유없이 멤브레인 교체후 일부 베셀에서 수질이 초과하는 겨우 모듈 베셀 컨넥터 교체가 필요

2) 교체 방법 및 수량
     o  1개 Train에서 일부 Vessel만 교체 하는 것은 부적합 (쏠림 발생) 
     o  현장 여건을 고려하여 전량 해체 후 청소 및 교환하는 것이 가장 적합
     o  일반적으로는 Feed측에서 밀어내어 교환하며, 1번 멤브레인은 부하가 높으므로 교환 주기를 짧게 하는 것이 필요
     o  전체 해체한 경우 불량 멤브레인 색출은 일반적으로 Serial No. 고려 
     o  멤브레인을 세워고 물을 통과 시켰을 통과가 불량한 것은 오염 심한것
     o  표면해수 : 연간 30~35%, - 염지하수 : 연간 8~9%
     o  단위 단가 : 100 ~ 130만원 (전문가 교체)
     o  멤브레인 교체시에는 베셀 내의 Interconnector Seal, End Connector Seal, End Cap Seal 은 직접적인 수질 오염을 가져올 수 있음

         에 따라 세심한 주의가 요구된다. 특히, 멤브레인 Interconnector Seal 은 교체 멤브레인에 소모품으로 제공되어 주기적으로 교체되는

         반면, End Connector Seal 은 잦은 해체와 장착에도 불구하고 소모품으로 제공되지 않아 장기적으로 사용되는 경향이 있어 세심한

         관찰 후 주기적인 교체가 요구된다. (현장에서 보면 RO 시설에서 수질 불량의 경우 멤브레인 손상보다 Seal 손상에 의한 수질 오염이

         더 크게 작용함)

 

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 (End Connector  Interconnector)

 

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