기술분야 에너지,자원
기술명 압력지연삼투용 반투과막의 세정이 가능한 해수담수화-발전 시스템 및 그 세정 방법
특허권자 한국건설기술연구원
출원번호 10-2015-0077901

-배경

전세계적으로 급증하는 에너지 수요와 화석연료의 단점을 극복하기 위해 지속가능하고 환경 친화적이며 경제적인 대 체 에너지 개발이 시급한 실정이다. 삼투압을 이용하는 염도차 발전은 기존의 태양열, 풍력 등의 에너지와 달리 날씨, 계절의 영향을 받지 않고, 이러한 염 도차 발전은 무한한 해수자원을 이용하므로 고갈될 염려가 없는 무한한 해수자원을 이용하여 연속 생산이 가능하며, 이산화탄소의 배출이 없는 무공해 공정이다. 압력지연삼투 공정의 경우, 파울링된 막은 투과도가 투과도가 39%까지 떨어져서 플럭스가 46%까지 낮아지며, 생산 가능한 전력밀도도 26%까지 떨어진다. 분리막의 파울링은 분리막 성능의 효율에 미치는 영향이 크므로 빈번한 세정이 필요하며, 이러한 분리막의 지속적인 성능을 유지하기 위해서는 화학적 세정이 필수적이지만 빈번한 세정은 분리막을 영구 손상시킴에 따라 부가적인 비용 을 발생시킬 수 있기 때문에 전술한 화학적 세정을 대체할 수 있는 압력지연삼투용 반투과막의 세정 방법이 필요하다. 종래의 기술에 따른 고압 막여과공정의 삼투 역세정 방법 및 이를 이용하는 고압 막여과장치의 경우, 주로 고압 막여과 공정에서의 세정 방법만 제시하고 있을 뿐이며, 종래의 기술에 따른 정삼투와 압력지연삼투와 막증류 공정을 이용한 해수로부터의 용수 및 에너지 생산장치 및 방법의 경우, 단지 압력지연삼투의 운전 방법만 개시되어 있고, 압력지연삼 투 공정의 반투과막 세정 방법에 대해서 개시되어 있지 않다.종래의 기술에 따르면, 압력지연삼투 공정에 대한 보편화 된 분리막 세정 가이드라인을 제시하지 못하고 있는 바, 저압 또는 고압을 사용하여 구동으로 하는 통상적인 막여과 공 정과 달리 압력지연삼투 공정의 운전 특성상 무기물질뿐만 아니라 유기물에 의한 분리막 오염 시, 이에 대응할 수 있는 보편화된 분리막 세정 방법이 제시되지 않고 있다. 

 

-기술성

역삼투막 모듈 및 역삼투용 고압막을 구비하며, 해수를 공급수로 하여 역삼투막 모듈을 통해 담수를 생산하고, 해수 농 축액을 배출하는 역삼투 유닛, 역삼투막 모듈을 통해 생산된 담수를 저장하는 생산수조, 역삼투막 모듈을 통해 배출되 는 해수 농축액을 저장하는 농축수조, 압력지연삼투 모듈, 압력지연삼투용 반투과막 및 전력발생장치를 구비한다. 에너지 생산 모드에서 농축수조에 저장된 해수 농축수를 유도용액으로 사용하고 생산수조에 저장된 담수를 공급수로 하여, 압력지연삼투막 모듈과 전력발생장치를 통해 전력을 생산하는 압력지연삼투 유닛, 압력지연삼투 모듈의 전단 또 는 후단에 각각 설치되어 담수 및 해수 농축수의 관로 방향을 절환시키는 제1 내지 제4 방향전환 밸브 및 압력지연삼 투 모듈의 후단에 각각 설치되어 담수 및 해수 농축수의 관로를 개폐하는 제1 및 제2 개폐 밸브를 포함한다. 에너지 생산 모드에서 반투과막 세정 모드로 절환되면, 압력지연삼투 모듈을 오프시키고,  제1 내지 제4 방향전 환 밸브 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브를 각각 절환시킨 상태에서, 압력지연삼투 유닛은 압력지연삼투용 반투과막을 농도차에 의한 자연적인 삼투 현상을 이용하여 세정한다. 압력지연삼투 모듈로부터 발생된 압력을 용하여 터빈을 가동하여 에너지를 발생시키는 전력발생장치를 포함하되, 압 력지연삼투용 반투과막 및 압력지연 밸브에 의해 0~30bar의 압력으로 전력을 생산한다.압력지연삼투 유닛은 상기 반 투과막 세정 모드에 따라 가역적 막오염 상태에서 주 1회 이상의 주기로 상기 역삼투 유닛에서 배출되는 해수 농축액 을 세정수로 하여 압력지연삼투용 반투과막을 세정한다.

 

-경제성

반투과막을 통해 증가한 유량이 터빈을 회전시켜 에너지를 생산하는 압력지연삼투 유닛의 장기운전 중에 발생하는 막 오염 현상으로 인해 반투과막의 성능이 감소한 경우, 농도차에 의한 자연적인 삼투 현상을 이용하여 압력지연삼투 반 투과막을 세정함으로써 성능을 회복할 수 있다.압력지연삼투 유닛의 장기운전 시 압력지연삼투용 반투과막의 성능을 유지함으로써 압력지연삼투 공정의 운전 성능을 향상시키고, 공정의 안정성을 확보할 수 있으며, 이에 따라 전력생산 을 극대화함으로써 유지관리 비용을 절감할 수 있다. 

 

-시장성

국내 해수담수화 시설은 도서지방에 설치되어 있는 하루 생산량 1천톤 이하의 소규모 시설이 대부분으로 2010년 기준 72개소에 총 6,333톤/일 시설규모를 갖고 있음. 공업용수용 담수화 시설은 석유화학단지 등에 사용되는 시설로 총 137,420톤/일의 시설규모를 갖고 있다.세계 해수담수화 시장은 2010년 기준 연간 126억불 수준(설비투자 60억불, 운 영비용 66억불)으로, 전체 물산업 시장의 2.5%를 차지하고 있음. 1965년 이후 연평균 15%정도로 급속한 성장세를 보 이고 있고, 시장규모는 2016년 300억불에 이를 것으로 전망하고 있다.


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