역삼투법(RO)

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Ⅴ. 고압펌프와 에너지 회수장치

contents_img 고압펌프

   ㅇ 고압펌프는 멤브레인을 투과할 수있는 높은 투과압력을 원수에 공급하는 역활을 하며, 역삼투법에서 고압펌프의 소비동력이 매우 큼으로 선정시 신중해야 한다.

   ㅇ 고압 펌프의 형식은 크게 터어보형과 용적형 펌프가 있으며, 펌프 저.후단 배관에는 안전장치 설치 필수이다.

  1) 고압펌프 기능 및 배치 방법

    (1) 고압펌프 기능

      o 고압펌프는 해수중의 순수한 물이 멤브레인을 투과할 수 있도록 높은 투과압력(역삼투압)을 원수에 공급하는 역삼투시설의 핵심시설 이다.

      o 형식 : 원심다단펌프 또는 용적식 플란저 펌프 ☞ 역삼투법인 경우 동력비가 운영 관리비의 약 40~50% 차지

      ☞ 이중 고압펌프에 의한 에너지 소비가 약 85% 정도를 차지

 

    (2) 배치 방법

      o 고압펌프 토출측과 R/O Feed 측은 가급적 직선으로 연결되도록 배치해야 하며, 고압펌프의 유효흡입수두를 유지하기 위하여 설치되는 Booster 펌프 는 고압펌프 Feed 유량의 120%, 수압 1.5bar 이상을 유지하여야 한다.

      o 펌프제어 : 인버터 제어 → 기동 충격 부하 최소화 및 동력비 절감

      o 배관 연결 방법은 후렉시블 조인트에 의하며, 고압배관 설계는 표준화, 단순화 및 Elbow 등 부속 수 최소화 한다

      o 흡·토입관의 Support는 펌프마다 독립적으로 설치할 것

      o 고압펌프 및 배관 설치는 펌프형식에 따라 다소 차이는 있으나 기본 적인 사항은 동일

 

  2) 고압펌프의 선정시 고려사항

      o 해수에 대하여 내부식성이 강할 것

      o 기계적 고장이 적고 안정적일 것

      o 소비동력이 크므로 효율이 높을 것

      o 소음, 진동이 작아 유지관리에 용이할 것

 

  3) 고압펌프의 종류 및 특성

    (1) 다단와권 펌프

      o 다단와권 펌프는 복수의 날개차를 직렬로 나란히 배치한 구조로 대형이 될수록 효율이 높다.

      o 원심 고압펌프 효율이 40 ~ 75 %로 낮으므로 에너지 회수장치와 같이 설치하며 전체적인 효율을 높일 수 있다.

      o 구조가 간단하고, 용적형에 비해 맥동이 매우 작아 유지관리 편리하다.

      o 소음은 용적형보다는 작으나 약 90dB 고음을 발하므로 기계 배치시 고려 필요.

      o 원심펌프의 경우 초기 기동전력을 낮출 수 있도록 기동반을 구성하여야 한다.


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(효성굿스프링스 원심고압펌프)

 

    (2) 플란져 펌프

      o 플란저 펌프는 유량에 따라 몇개의 플런져(Plunger)가 1개의 회전축에서 순차적으로 왕복운동을 하는 형식이다

      o 플란저 펌프 효율의 70~95%로 매우 높아 예로 부터 많이 사용하여 왔으나 최근에는 진동 등의 문제로 사용 기피

      o 플란저 펌프의 경우 플런져의 왕복운동에 따른 진동을 완충하기 위해서는 어큐뮬레이터를 반드시 설치해야 한다

      o 고압펌프 전.후단의 배관연결은 후렌지 보다는 빅토리조인트에 의한 것이 안정적이다.

  

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(플란저 펌프)

  4) 고압펌프의 용량 결정

    (1) 펌프 대수 결정

      o 펌프 대수 결정은 원칙적으로 경제성 및 유지관리성을 고려하여 결정

      o 대용량 소수 :건설비는 저렴하나 유지관리비 증가, 고장시 부분가동 불가

      o 소용량 다수 :건설비는 증가하나 유지관리비 저렴, 고장시 부분가동 가능

 

  (2) 펌프 용량 결정>

      o 담수 1㎥을 생산하는데 필요한 동력량의 계산

     Pe = 0.72× 0.01×ρH/φη   (φ : 회수율 (%))

   o 펌프의 운전에 필요한 축동력의 계산

     P = 0.72× 0.01×ρQH/η

        (P: 축동력(kW),  ρ: 밀도(kg/㎥),  Q : 유량(㎥/hr),  H : 압력(전양정 m),  η: 펌프효율 (%))

 

contents_img 에너지 회수장치

   ㅇ 에너지회수장치는 고압펌프에서 48~63bar 정도 가압된 원수는 R/O 시설에서 수력 마찰로 1~2bar 정도 손실된 후 고압의 압력을 유지한 채 버려지는 농축수에서 압력에너지를 회수하기 위한 장치이다.

   ㅇ 발전기를 이용 전기에너지로 전환시키는 방법과 직접 고압펌프 보조동력으로 사용하는 방법 등이 있다.

 

  1) 형식에 따른 분류

    (1) 터빈 방식 → 대용량에 실적이 많다

      o Pelton Wheel Type (터빈형)

    (2) 터보차져 방식 → 최근 대용량시설 적용

      o Hydraulic Turbo Charger(HTC)

      o Hydraulic Turbo Booster(HTB)

      o Hydraulic Pressure Booster(HPB)

    (3) Isobaric 방식 → 최근 대용량시설 적용

      o Pressure Exchanger Type

    (4) 복합방식 → 터빈방식 + Isobaric 방식

 

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(터빈형 에너지 세이빙 장치 & 터보챠져형 에너지 세이빙 장치) 

  2) 형식별 특징

    (1) 터빈형 에너지 세이빙 장치

       o 물레방아와 비슷한 원리로 회전축에 달려 있는 다수의 버킷에 고압의 농축수를 분사시켜 모터의 회전축을  회전시킴으로써 에너지 회수 - 농축수량에 관계없이 효율곡선이 일정하다는 장점은 있으나, 농축수가 대기압 으로 배출됨에 따라 농축수 확산배출을 위해서는 추가 배수펌프 설치가 요구된다.

       o 고압펌프 + 모터+ 터빈을 설치하고, 농축수를 터빈에 공급하여 직접 고압펌프의 보조동력으로 사용


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 (터빈형 에너지 세이빙 장치)

 

(에너지회수터빈 장치의 유무에 따른 소비전력; 터빈 펌프 용량 : 500 ㎥/일)

회수율(%)

터빈장착

해수공급량(ℓ/분)

축동력(kW)

사용모타(kW)

1㎥당 소비전력(kW)

30

 

1.16

176.47

8.47

6.48

 

1.16

93.28

4.48

4.48

35

 

0.99

150.61

7.23

7.23

 

0.99

79.61

3.82

3.82

37

 

0.94

143.01

6.86

6.86

 

0.94

75.59

3.36

3.36

40

 

0.87

132.36

6.35

6.35

 

0.87

69.96

3.36

3.36 

          ※ 자료 : 일본 에이스워터사

 

    (2) 터보챠져형 에너지 세이빙 장치(HPB; Hydraulic Pressure Booster)

       o R/O 가압수에 보조 압력원으로 사용하는 방법으로 R/O에서 요구하는 압력의 약 70% 정도를 고압펌프에서 공급하고 나머지 30%는 농축수에서 회수하여 원수를 승압 시킨다. 

 

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(터보챠져형 에너지회수장치)

    (3) Isobaric 방식

       o 세라믹 재질의 회전체가 회전하면서 회전체에 연결되어 있는 채널을 통해 역삼투막 유입수와 농축수가 직접 접촉하여 농축수 압력을 유입수 측에 전달해주는 원리이다.

       o 농축수의 고압을 기계적인 에너지로 변환 없이 유입수의 압력을 높여 줄 수 있어 수력 효율이 94~96%로 높은 정점은 있으나 유입수 가압 을 위한 별도의 Booster Pump를 필요로 한다.  

  

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(Pressure Exchanger Type)

 

 

 contents_img R/O 시설에서의 주요 고장

 

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