소규모 해수담수화시설 물 생산량 제고 방안 - 전라남도 해수담수화시설을 중심으로 - (A Study on the Improvement of Water Production in Small-Scale Desalination Plants)

서지정보

· 발행기관 : 한국도서(섬)학회
· 수록지 정보 : 한국도서연구 / 36권 / 1호 / 111 ~ 127페이지
· 저자명 : 정용문, 오은하, 박현수, 김민영, 송승리, 김학림, 차윤경, 한용원, 황윤화, 김익산, 박귀님

초록

해수담수화는 무한한 수자원인 해수를 이용해 담수를 생산하는 수처리 방법이다. 국내에서는 역삼투법을 이용한 해수담수화시설이 설치되어 연간 3백만 ㎥의 담수가 생산되고 있다. 하지만 해수담수화시설의 용량 부족, 원수인 염지하수의 부존량 감소 등으로 인해 섬 지역 물 부족 문제가 완벽하게 해결되지 못하고 있다. 또한, 해수담수화시설의 낮은 회수율, 현지 운영자의 전문성 부족, 시설 수리 및 보수의 어려움, 관로 노후화로 인한 누수 및 오염 등 여러 부분에서 개선이 필요하다. 본 연구에서는 성능모사 프로그램을 이용해 소규모 해수담수화시설의 담수생산량은 높이고 전기소모량은 줄일 수 있는 공정을 비교 분석하였다.
소규모 해수담수화시설 성능모사를 위해 주요 영향인자를 조사한 결과 전라남도 지역 해수담수화시설은 대부분 ‘1st RO’공정이고, 시설 중 80 % 이상이 하루 담수생산량 50 ㎥이상 이며, 원수의 총용존고형물량은 최소 115 mg/L, 최대 28,273 mg/L, 평균 5,676 mg/L이었고 원수의 수온은 최소 5.2 ℃, 최대 28.1 ℃, 평균 17.0 ℃로 나타났다. 조사결과를 토대로 섬 지역에 보편적 설치되어 있는 해수담수화 공정 조건인 용량 50 ㎥/일, 최종 담수의 총용존고형물, 500 mg/L 이하, 원수의 총용존고형물량 6,500 mg/L, 수온 17 ℃를 성능모사를 위한 설계조건으로 정했다. 공정으로는 기존‘1st RO’공정, 에너지회수장치를 추가한 ‘1st RO + ERD’공정, 농축수를 원수로 재순환시키는‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정을 설계해 담수의 수질 및 수량 변화를 비교분석 하였다.
기존‘1st RO’공정에서는 담수 50 ㎥/일을 생산하기 위해서는 원수 200 ㎥/일이 필요했으나 ‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정에서는 소요되는 원수량을 83.3 ㎥/일, 66.7 ㎥/일로 낮출 수 있다. 공정별 전력소모량을 살펴보면 기존‘1st RO’공정은 1.47 kWh/㎥이였으나 ‘1st RO + ERD’공정에서는 0.45 kWh/㎥까지 낮아지므로 전기가 부족한 섬 지역에 필요한 공정이다. ‘1st RO + 재순환’공정은 농축수 재순환 배관만 설치하면 회수율을 60 %까지 높일 수 있기 때문에 기존 시설을 이용해 최소예산으로 담수 생산량을 높일 수 있다. ‘2nd RO + 재순환’공정은 기존 시설에 새로운 역삼투 모듈을 설치해야하기 때문에 비용이 많이 발생하지만, 회수율을 75 %까지 높일 수 있어 염지하수 자원이 부족한 섬 지역에 적합한 공정이다. 마지막으로 원수의 수온이 낮은 겨울철보다 수온이 높은 여름철에 전기에너지 소모량을 낮출 수 있다.
해수담수화시설은 섬 지역 물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 현실적이고 주민들의 물 사용에 대한 체감도가 높은 효율적인 방법이다. 기존에 노후화된 해수담수화시설을 교체하거나 신규로 설치할 때 기존‘1st RO’공정이 아닌 전기소모량을 낮출 수 있는 ‘1st RO + ERD’공정, 물 생산량을 높일 수 있는 ‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정이 섬 지역 여건에 맞게 설치될 수 있도록 고려되어야 한다.

영어초록

Desalination was a water treatment process that involved converting saline water to fresh water. Desalination generated an estimated 0.03 hundred million ㎥/day of fresh water in Korea. But, water shortage problems in the island area were not solved regarding the low capacity of desalination plants, the low amount of available salinity groundwater, etc. Furthermore, the low recovery rate of freshwater, lack of expertise of local operators, water leakage and contamination by old pipelines needed to be improved. This study used a reverse osmosis system projection program to compare compared desalination processes to improve water production and decrease electricity consumption.
It was investigated that over 80 % of small-scale desalination plants in Jeollanam-do produced 50 ㎥/day. The total dissolved solids of feed water were at least 115 mg/L, up to 28,273 mg/L, an average of 5,676 mg/L, and the water temperature of raw water was at least 5.2 ℃, up to 28.1 ℃, and the average of 17.0 ℃. Based on the investigation results, plant capacity and the total dissolved solids of the final freshwater for performance simulation were set at 50 ㎥/day, 500 mg/L, and the total dissolved solids and temperature of raw water were set at 6,500 mg/L, and 17 ℃. The process compared and analyzed changes in the quality and quantity of freshwater by designing the ‘1st RO’ process, the ‘1st RO + ERD’ process with an energy recovery device added, the ‘1st RO + Recirculation’ process, and the ‘2nd RO + Recirculation’ process.
In the ‘1st RO’ process, 200 ㎥/day of feed water was required to produce 50 ㎥/day of fresh water, but in the ‘1st RO + Recirculation’ process and the ‘2nd RO + Recirculation’ process, the amount of feed water required could be reduced to 83.3 ㎥/day and 66.7 ㎥/day. The ‘1st RO’ process consumed 1.47 kWh/㎥. However, in the ‘1st RO + ERD’ process, it is lowered to 0.45 kWh/㎥. The recovery rate was increased by 75 % in the ‘2nd RO + Recirculation’ process. Finally, reducing the electric energy consumed in freshwater production in summer was possible.
When replacing old desalination plants or installing new ones, the ‘1st RO + ERD’ process, which can lower electricity consumption, should be considered rather than the ‘1st RO’ process, the ‘1st RO + Recirculation’ process and the ‘2nd RO + Recirculation’ process, which could increase waster production.

참고자료

· 없음