기타공법

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Ⅳ. 막 증발법 (MD)

 

contents_img MD (Membrane Distillation) 개요

   ㅇ 막 증발법(MD; Membrane Distillation)방식이란 소수성 막(Membrane)에서 Vapor Pressure의 차이로 Vapor가 이동 응축시켜 담수를 얻는 방식으로 1960년대 이미 개념이 확립된 기술로 멤브레인 기술 발달과 함께 거쳐 다시 주목받고 있는 기술이다

   ㅇ MD 공법은 MSF와 같이 플래싱(Flashing) 증발 및 응축 과정을 통해 담수가 생산되며, 높은 온도의 유입수와 낮은 온도의 처리수 사이 즉, 증발기와 응축기 사이에 설치된 소수성(Hydrophobic)의 다공성(microporous) 멤브레인(PVDF, PTFE)을 통하여 용매는 이 멤브레인 표면에서 분리되고 증기(Vapor)만이 기공을 통과해 처리수 쪽에서 응축되어 담수를 얻는 기술이다.  

   ㅇ 즉, 온도차에 기반 하여 가동되는 MD 프로세스는 다공성의 소수성 막 표면 사이에 존재하는 증기압 차이 즉 수증기 압력 차이에 의해 운용되는 분리공정이다

 

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   ㅇ MD의 장점

      - 증발법이기 때문에 별도의 압력을 필요로 하지 않으며 RO에 비해 제거율이 상당히 좋은 편이다.

      - 휘발성이 없는 이온성분인 경우 제거율이 뛰어나다.

      - 해수의 보론(Boron)에 대한 제거율도 매우 좋은 것으로 알려져 있다.

      - 물의 투과도가 유입수의 농도에 크게 영향을 받지 않는다. (RO에 비해)

      - 높은 회수율의 담수화 공정도 충분히 가능하다.

 

   ㅇ MD의 단점

      - 열원이 반드이 필요하여 폐열이나 태양열 등의 에너지와 연계하지 않을 경우 에너지 소모량이 많은 편이다

      - 열을 이용하는 것이기 때문에 반복적으로 히팅(heating)-쿨링(cooling)으로 멤브레인의 연ㄹ에대한 내구성 문제 발생 가능성 있음.

      - 휘발성이 해수 등 원수 중의 미량유해물질은 잘 제거가 되지 않는 단점이 있다.

      - 낮은 증발속도로 효율성 낮음 (MD 공정은 증발법의 하나로 물을 섭씨 100도까지 올려 끓이고 이 때 발생하는 증기를 다시 응축해 담수를 생산하는 것으로 저온에서의 증발의 경우는 증발 속도가 너무 느리기 때문에 실용화하기 어렵다는 한계점이 있음)

 

   ㅇ MD의 해결해야할 과제

      - 멤브레인이 젖는 웨팅(wetting) 현상을 예방할 수 있는 고도의 높은 소수성을 갖는 멤브레인 개발 필요 (멤브레인 세공에 물이 침투해버리면 더 이상 증발법으로서 역할을 할 수 없기 때문에 MD에 있어서 멤브레인이 젖는 웨팅(wetting)현상 없는 멤브레인 요구됨) 

    

   ※ MD 공정은 아직 실험실 수준이거나 소규모의 파일플랜트 수준으로 아직 사용화에는 최소 10년 이상은 걸릴 전망이다.

 

 

Ⅴ. 정삼투법 (FO)

contents_img FO (Forward Osmosis) 개요

   ㅇ 정삼투(FO; Forward Osmosis)방식이란 반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용질을 해수와 접하게 하여 해수중의 담수를 유도용질로 흡수시킨 후 유도 용질에서 담수를 분리 시키는 방식으로 생산

   ㅇ 유도용질을 이용하여 분리막 사이의 삼투현상으로 해수 내의 물만을 고농도 용액 쪽으로 투과시킨 후 희석된 유도용액내의 유도용질은 분리/농축하여 재사용하고 담수를 생산하는 방식이 정삼투 해수담수화이다. 정삼투를 이용한 해수담수화는 2006년에 미국 예일대학 Elimelech 교수팀에서 파일럿 규모의 해수담수화플랜트를 선보인 후, 미래형 해수담수화기술로 관심을 모으고 있다.

   ㅇ 현재 정삼투식(FO) 담수화에 관한 연구는 예일대의 Elimelech 교수팀 외에도 싱가폴 대학의 Ng 교수팀, 옥스퍼드 대학의 Hankins 교수팀, Sandia National Laboratories의 Dr. Miller,

   ㅇ 우리나라의 경우 고려대학교, KAIST, 충주대학교, 한국기계연구원, 한국화학연구원, STX종합기술원, 성진지오텍 등에서 연구되고 있다.

 

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(RO 공법과 FO 공법 원리 비교)

 

contents_img 정삼투법의 특징

    막모듈 시스템에서 고압에너지 불필요하여 에너지 소비율이 0.5kWh/m3 이하로 기존의 역삼투식에 비해 현저히 적다.

    회수율이 80%이상이기 때문에 농축수 배출량이 적다

    막모듈 시스템에서 고압에너지가 불필요하다.

    저압에서 운전하여 Fouling이 적다.

    정삼투 공정은 유도 용질의 선정에 따라 폐수처리, 농축공정 등 다양한 시스템에서 적용이 가능하다.

 

contents_img 유도용질의 선정

    높은 삼투압을 앨 수 있는 물질 (일발적으로 물에 대한 용해도가 높을 수록 좋음)

    제에너지로 물과 분리 가능한 물질 (고온에서 용해도가 낮아지는 기체의 특성고려 가능)

 

 

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(The different classifications of osmotic pressures)

 

※ 압력지연삼투(PRO) 발전

  ㅇ 담수가 삼투막을 통과하여 해수쪽으로 넘어오는 힘을 이용하여 전기 생산

  ㅇ 고성능 삼투발전용 막개발, 고효율 기기 및 발전플랜트 설계가 중요

 

 

 

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