진공막증류 장치를 이용한 lab scale 고효율 해수 농축 시스템 성능 실험 (Performance Test of High Efficiency Seawater Concentrate System Using Lab-scale Vacuum Membrane Distillation)

서지정보

· 발행기관 : 한국해양환경·에너지학회
· 수록지 정보 : 한국해양환경•에너지학회지 / 25권 / 4호 / 183 ~ 189페이지
· 저자명 : 윤지원, 임승택, 이호생, 김현주

초록

해양수자원의 효율적 이용 및 신산업 창출을 위해 해양심층수의 담수 생산 및 고도 농축을 통한 미네랄 농축액과 소금 제조 등을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 해당 기술은 세대를 거치며 다양한 기법으로 진화했으며, 그 종류로는 증발법(1세대), 역삼투법(2세대)과 흡착식 담수화 방식(3세대) 등이 있다. 이러한 기술들은 각각 비용이 과도하거나 일정 수준까지의 농축만이 가능하다는 제약이 있다. 그러므로 고농도 농축 공정을 활용해야 하는 산업계에서는 이러한 한계를 해소할 효율적인 농축 기법의 적용이 불가피하다. 현재, 염분농도 7%에서 11%로 농축하는 과정은 기름 또는 전기 가열식 히터를 이용한 증발 방식이 주로 이용되고 있다. 해당 방식은 농축을 위한 증발 과정에 상당한 비용이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하고자 진공 상태에서 소수성 분리막을 이용하여 온도차에 의한 증기압을 구동력으로 사용하여 담수화 및 농축시키는 진공증류막(VMD) lab scale 실험 장치를 제작하여 실험하였다. 실험 장치로 7% 농축수를 11%로 농축하는데 소비되는 전력량을 평부가열 방식과 비교하여 에너지 저감량을 파악하였다. 실험 결과 11% 농축수 0.36m3 생산 기준 VMD 장치는 88.4kWh, 기존 사용방식인 효율 90%의 등유보일러는 0.098toe만큼의 에너지를 소모하며, VMD 장치를 통해 약 50%의 에너지 절감이 가능함을 파악하였다.

영어초록

The production technology of desalination and extracting mineral salts and other extracts from deep seawater concentrates has been studied worldwide for sustainable supply of fresh water and high val-ue-added industries. This industry has evolved itself through various types of technologies from genera-tion to generation starting with the thermal-based method (1st generation), reverse osmosis (2nd genera-tion), and membrane desalination (3rd generation), etc. These technologies respectively have a certain degree of concentration limit. Thus, facilitating multiple concentrate methods is inevitable for industries that handle a high portion of seawater concentrates. Especially, for the salinity from 7% to 11%, oil/electrical heaters are mainly used in industries to vaporize and increase the salinity of the feedwater. However, this method costs a considerable price of electricity/oil and loss of vaporized steam (which could be turned into desalinated water) when it comes to a significant amount of mineral extraction. To improve this situation, a performance evaluation of a lab-scale VMD (Vacuum Membrane Distillation) module is used to concentrate 7% feedwater to 11% feedwater and freshwater production. The desali-nated water components, 11% concentrate and performance data results of the lab-scale VMD module are examined. Results show that the VMD showed a power consumption rate for 0.36 m3 feedwater con-centration while the evaporation method using a coal oil boiler with 90% efficiency showed 0.098toe, which lead to approximately 50% price saving.

참고자료

· 없음