kisti 해수 담수화 기술.ppt [호환 모드]

2013-08-28

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2013. 08. 29.

TORAY / Ph.D. Lee yong Hwan

해수담수화(RO) 기술

한국과학기술정보연구원(KISTI)

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■ 해수담수화의 정의 및 종류

■ 역삼투법을 이용한 해수담수화

■ 대용량 및 소용량 담수플랜트 소개

■ 고효율 해수담수화

■ 설계 및 응용

목차

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염분을 포함하고 있는 해수 등에서음료수나 기타 용도로 이용할 수 있도록염분을 제거하여 담수를 얻는 것Na+, Cl- 뿐만 아니라 다수의 무기 염류가 제거

- 공사가 쉽고, 계절 및 기상조건에 영향을 적게 받아

다량의 수자원 확보가 가능

- 시설이 콤펙트하여 면적이 적고 운전 용이

해수담수화란?

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옛날 선원들은 바다 위 배에서 갈증을 해소하기 위해 놋쇠로 만든 항아리에 바닷물을 담아서 이를 불로 끓이고 항아리 주둥이에걸쳐 놓은 스펀지에 증발된 수증기를 모은 후 이 스펀지를 짜서그 물을 마셨다고 한다. 이것이 바로 해수담수화의 기원이라고할 수 있다.

-1940년대 제2차 세계대전 때 군부대에 물을 공급하기 위해 담수설비를 만든 것을시발점으로 하여 구체적인 담수화 기술을 개발하기 시작

-전쟁이 끝난 후 담수화 설비를 개발하고 발전시키기 위해 1950년대 초반에 미국정부가 창설한 OWS와 그 후속 단체인 OWRT가 설립되어 본격적으로 담수화설비가 만들어지게 되었다.

- 1956년에는 쿠웨이트에 설치된 일당 2,250㎥용량의 담수화 플랜트가 도입되었고,1960년에 상업적 이용이 가능한 반투막(Semi-Permeable Membrane)이 개발1965년에는 미국에서 최초의 역삼투압법을 적용한 담수화 설비가 건설되기 시작1970년대 후반부터는 본격적으로 대규모 담수화 플랜트가 공급되기 시작

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다중효용방식 (MED : Multi-Effect Distillation)

- 단순 증류기를 시리즈로 배열한 형태로 첫 번째 증발기 보일러에서 발생된 증기가다음 효용증발기의 가열원으로 작용하고 냉각 응축되어 담수가 되고,

- 두번째 증발기에서 발생된 증기는 다음 효용의 증발기에서 가열원으로 작용하여 증발기 내부의해수를 증발시킴 즉, 전단에서 받은 증기가 다음단이 열원이 됨과 동시에 이증기는 냉각 응축되어담수가 되고, 이때 재차 증발된 증기는 다음단에서 동일하게 작용

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다단플래쉬방식 (MSF; Multiple-Stage Flash Distillation)

현재 대용량 담수화장치에 가장 널리 사용되는 담수화기술로 전세계 담수화 용량의 약 60% 정도를 차지하고 있으며, 일반적인 계통은 그림처럼 점차 진공도가 높은 격실이 직렬로 이어진 형태이다.

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증발법 : 물의 증발현상을 이용- 플래시 증류법(MSF : Multi-Stage Flash Distillation) - 다중 효용 증발법(MED; Multiple-Effect Distillation) - 증기 압축법(VCD; Vapor compression Distillation)

막여과법 : 막의 차별성과 선택적 통과능력 이용- 역 삼투법(RO; Reverse Osmosis)- 정 삼투법(FO; Forward Osmosis) - 전기투석법(ED; Electrodialysis)

기타 :- 동결법(Freezing)- 막이용 증류법(Membrane Distillation) - 태양열 가습법(Solar Humidification)

증발법 (MSF)

막여과법 (역삼투법)

해수담수화 방법?

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Chemical Treatment

Biological Treatment

Physical Treatment (Filtration)

Membrane Separation

A/C Adsorption

IonExchang

eOzone

Evapora-tion

Suspended Solids

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Organics ● ● ● ● ● ●

Micro-organics

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Ions ● ● ●

Conventional water treatment methods

Background

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구 분 원 리 장. 단점

역삼투법(RO)

반투막을 사이에 두고 해수에 삼투압 보다 높은역삼투압을 가해 담수 추출

· 최근 실적이 많고, 조작이 용이하다· 증발법보다 에너지 소비량 적다· 막의 내구성에 문제가 있다· 해수 충분한 전처리가 필요하다

정삼투법(FO)

반투막을 사이에 두고 고농도의 유도용질을 해수와 접하게 하여 해수중의 담수를 유도용질로흡수시킨 후 유도 용질에서 담수 분리

· 에너지 소비율 매우 낮다.(0.5kWh/㎥ 이하)· 회수율 80% 이상으로농축수량 적다· 연구 진행 중으로 실적 없음

증

발

법

다단플래쉬법(MSF)

순차적으로 감압상태에 있는 일련의관내에 과열해수를 주입하여 자기 증발시키고, 발생하는 수증기를 해수의 가열원으로 이용하여 응축시킴

· 대규모 장치 실적 믾고, 생산수 순도가높다.· 다중목적의 장치에 유리하다.· 에너지 소비량 가장 높다· 부식 방지 필요하며, 부분부하 운전 곤란

다중효용법(MED)

연결되어 있는 각 증발장치내에 해수로부터 발생하는 수증기를 순차 감압상태에 있는 2차 증발장치의 해수의 가열, 증발에 사용하여 응축시킴

· 중규모 장치 실적 많고, 생산수 순도 높다. · 폐열이용의 경우에 유리하다.· 부식의 방지가 필요하다.

증기압축법(VCD)

증발장치내 해수로부터 발생하는 수증기를 압축에 의해 온도를 높인 후 같은 장치내 해수의 가열 증발에 사용하여 응축시킨다.

· 소규모장치에 실적 많다.· 기동시 이외 열원 불필요· 장치의 이동 설계가 용이 하다.· 에너지 소비량이 많다.

전기투석법(ED)

음,양의 두전극 사이에교대로 배치한 양이온교환막과 음이온 교환막의 사이에 해수를 흘려 해수중의 이온을 분리 제거한다.

· 내압용기, 내압배관 불필요· 온도변화에 대응이 용이하다.· 에너지 소비량 다소 높다.· 대규모장치, 해수담수화 실적 적다.

원리 및 장단점?

10出展）IDA Desalination Yearbook 2006-2007

도입현황 (기술별)

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11Aqua Resources International, DESALINATION MARKET ANALYSYS 2001(Oct.2001)

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해수담수화 건설비용 추이

중대규모 해수담수화시설 생산단가

해수담수화 시설 현황

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일본 해수담수화시설 공사비 현황

중대규모 해수담수화시설 공사비 현황


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시도시군

(개소)시설

(개소)용량

(톤/일)급수인구

(인)취수원 설치년도

운영관리

합계 20 82 6,587 21,534 - - -

인천 옹진/연평도 1 200 559 염지하수 2007 수공

경기 화성/국화도 1 100 1,400 염지하수 2008 자체

충남 보령/홍성/당진/서산 20 645 3,522 염지하수 1998~2004 수공

전북 군산 6 290 2,401 염지하수 1998~2004 수공

전남여수/목포/고흥/무안

/영광/완도/신안41 2,954 7,838 염지하수 1997~2008 수공/자체

경북 울릉 2 28 50 해수 2007 자체

경남 진해/거제/남해 7 150 638염지하수

/해수1997~2007 자체/수공

제주 제주/서귀포 4 2,200 5,126염지하수

/해수2001~2005 자체


국내 도서지역 해수담수화시설 운영현황 2009. 01. 기준

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항목 제주 추자도 제주 우도

시설규모 (톤/일) 1,000 1,000

연간운전비용 (\) 470 336.6

- 전력비 140 (30%) 153 (45%)

- 인건비 100 (21%) 97 (29%)

- 수선비 91 53

- 소모품비 130 33

- 잡비 9 0.6

해수담수화 시설 운전 비용


설치중인 해수담수화 시설 현황 2009. 01. 기준

시도시군

(개소)시설

(개소)용량

(톤/일)급수인구

(인)취수원 설치년도

운영관리

합계 7 10 680 1,869 - - -

인천/전북/전남

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막보급의 원동력-생산 단가의 극적인 저하

막기술과 프로세스기술의 진보에 의해 막처리(특히

해수담수화)의 생산단가가 극적으로 저하, 경쟁력이 증대

막기술과 프로세스기술의 진보에 의해 막처리(특히

해수담수화)의 생산단가가 극적으로 저하, 경쟁력이 증대

막처리에 의한 생산 단가막처리에 의한 생산 단가

생산 방법 생산 단가 (원/㎥)

하천수・지하수 정화（MF막） 200 ~ 300

하수재이용（ MF+RO막 ) 200 ~ 400

RO해수담수화（ RO막） 600 ~ 800

（참고）증발법 해수담수화 900 ~ 1400

91 96 99 01

해수담수화해수담수화

하수재이용

하천수・

지하수

정화

증발법

（참고）세계의 물 소비자 가격（참고）세계의 물 소비자 가격

물의 종류 공급가격 (원/㎥)

수돗물（※） 100 ~ 7000

공업용수（※） 100 ~ 700

초순수 5000 ~ 10000

미네럴 워터 200,000 ~ 3000,000

※수돗물, 공업용수의 소비자 가격은 생산단가외에 배수비용, 서비스 비용을 반영하게 되나정책적으로 결정되어 반드시 실제 가격에산출되는 것은 아님.

（원/m3)

【Toray 조사】

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Global Membrane Market

1748 / Jean Nollet

막에 의한 물질의 이동현상을 최초로 발견한 사례삼투 현상에 관한 실험에서 알코올과 순수한 물사이에 존재하는 생체막에 의해서 화학포텐셜 차이에 의해 알코올수용액 측으로 순수한 물이 이동하여 형성되는 수두압차를 삼투압(osmotic pressure)으로 설명한 것에서 시초

1829 / Tomas Graham (Colloidal Chemistry의 창시자)막에 의한 물질의 분리는 Phosphoric acid와 회벽토 등의 고체물질 속에서의 기체와 액체의 확산연구가 시초

19세기 중엽 : 기초적 막제조,

20세기 중반 : 분리 실험, 막재료의 개발과 실제 적용을 통해 활성화

1940년경 - 우라늄 동위원소의 농축을 위하여 UF6를 증기상태에서 미세공막을 이용하여 235UF6 만을 농축해 냈던미국의 Manhattan Project를 시작으로 본격적으로 막분리에 의한 공정 개발이 상업화되기 시작

1950년대 - 이온교환막의 실용화와 더불어 수은격막법 대신 NaOH 및 Cl2 의 제조공정에 신기술이 적용되기 시작

1960년대 – 혈액투석막 실용화, 미국 내무부 산하의 OSW(Office of Saline Water)의 해수담수화 계획의 일환으로역삼투공정(reverse osmosis)이 개발되

1970년대 - 고분자막의 출현으로 역삼투막 상용화, 대량생산으로 실제 산업 적용 개시또한 기체 분리에 적합한 고분자막 및 모듈도 개발되어 수소가스의 회수 및 질소, 산소분리 등의 용도 전개가 가속화

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History of membrane technology

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트리하로메탄

분리

대상

1가이온

0.001mm

박테리아

대장균

Size

대상

농약・유기물

바이러스

점토

콜로이드고분자이온・저분자

막NF（나노여과）RO(역삼투） UF（한외여과） MF（정밀여과）

다가이온

0.01mm 0.1mm 1mm

휴믹 물질안료

◆ RO막 초순수 제조:반도체산업 등 IT분야에서 사용되는 산업용수 제조

해수담수화:해수(염농도 3.5%)로 부터 염분을 제거하여 담수화

◆ NF막 경수의 연수화:칼슘을 많이 포함한 물(경수)로 부터 칼슘을 제거

음용수 제조:정수장에서 농약류 등의 유해물질을 제거

◆ UF, MF막

음용수 제조:정수장에서 현탁물질, 균류, 휴믹 물질 등을 제거

하폐수 처리:하수처리장에서 현탁물질, 대장균 등을 제거

수처리용 분리막의 종류 및 용도

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Microfiltration

Ultrafiltration

Nanofiltration

Reverse Osmosis

v Suspendedpaticles

Macromolecules

SugarDivalent saltsDissociated acids

MonovalentsaltsUndissociatedacids

Water

Schematic Draw of Membrane Processes

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분리 성능에따른 분류

•정밀여과막(MF: Microfiltration Membrane)•나노여과막(NF: Nanofilitration Membrane)•한외여과막(UF: Ultrafiltration Membrane)•역삼투막(RO: Reverse Osmosis Membrane)•이온교환막(IE: Ion Exchange)

막모듈 형태에따른 분류

•나권형 모듈(Spriral-wound module)•중공사형 모듈(Hollow-Fiber module)•관상형 모듈(Tubular Type module)•평판형 모듈(Plate & Frame type module)•모노리스형 모듈(Monolith type Module)

재질에따른 분류

•고분자 막•세라믹 막•금속 막

성질에따른 분류

•생체막과 합성막•균질막과 불균질막•다공질막과 비다공질막•유기막과 무기막•대칭성막과 비대칭성막•단일막과 복합막

막 (Membrane)의 분류

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RO막 NF막 UF막 MF막 MBR

DOW ／ Filmtech （미국）◎

（Filmtech）

◎

（ Filmtech）－

○ ○

Koch （미국） ◎ △ ○ ○○

（Puron）

GE（미국）○

（Osmonics）

○

（Osmonics）

◎

(Zenon）－

◎

(Zenon）

SIEMENS (독일) －－－◎

（Memcor）

○

（Memcor）

Norit （네덜란드）－－ ◎ － ○

Toray ◎ ○ ◎ ○ ◎

Nittodenko(일본) ／

Hydranautics（믹국）◎ ◎ ○ ○ －

Toyobo(일본) ○ － △ △ －

Daicel(일본) ○ － ○ －－

Ashahikasei (일본)

／ Pall（미국）－－ ○ ◎ ○

Mitsubihirayon(일본) －－－ ○ ○

Kubota(일본) －－－－ ◎

세계의 주요 막제조사 리스트

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멤브레인 제품

음용수 제조,

하폐수 처리,

RO멤브레인 전처리,

공업용수 제조

콜로이드 입자,

박테리아,

바이러스

UF/MF 멤브레인

하폐수 처리 및재이용

해수 담수화,

기수 담수화,

하폐수 재이용,

초순수 제조

적용

먼지, 녹, 잔류 염소, 납

활성오니이온,

용존성 유기물질

제거 물질

외관

Torayvino*MBR용침지형멤브레인RO/NF 멤브레인타 입

가정용 정수기

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Containerized RO Seawater Desalination Systems ( 50 ㎥/d )UF membrane modules adopted as pretreatment of RO

해수담수화 장비 현황

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싱가폴, 음용수용(차량 탑재형), 200톤/일, MF-RO

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ROWPU Mobilized Water Purification System

q Reliable Drinking Water Supply System during CBR Warfare

q Combined SW-RO & BW-RO enable to operate in land and sea


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45 톤/일 30톤/일 15톤/일


28Seawater Desalination Systems ( 150 ㎥/d )


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RO Fresh Water Generatorfor Naval Vessel

q Specially designed and optimized for submarine.

q Keeps perfect performance under highpressure of deep water environmentwhile keeping noise and vibration at minimum level

q Meets the requirement of US and Korean Military specification

Fresh Water Generator For Submarine


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RO Water Purifier, Self-powered

Gasoline engine driven 80 L/hr ROWater Purifier for leisure, emergency, small ships and remote places

Rubber water storage tank

Gasoline engine driven 40 L/hr RO Water Purifier

Self-powered shoulder-carry type RO Water Purifier is designed for emergency & rescue. It can be also specified for military-use.


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Pocket Purifier

q Minimum 250 L/unit purification capacityq Able to remove bacteria, parasite, virus,

organics, odor, color & heavy metal


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세계 최고의 역삼투 해수담수화국산화 기술 개발

OpTimization LOcalizationPractical

Application

3L-TOP

최적화 국산화 실용화

•Low Energy •Large Scale•Low Fouling

해수담수화 사업단 : 2007. 7. ~ 2012. 8. (5년), (2+8)MIGD


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해수담수화 플랜트 건설소재의 “3L-TOP” 기술 개발

3대 전략목표

세계 최고의 역삼투 해수담수화 국산화 기술 개발

SWRO용 막 및모듈 생산기술

SWRO 플랜트공정 최적화 기술

SWRO용 펌프 및에너지 회수장치

생산기술

해수담수화플랜트 국산화지원을 위한 공정최적화 기술 개발해수담수화플랜트 국산화지원을 위한 공정최적화 기술 개발

폴리아미드계 고기능성 SWRO 플랜트 건설용 국산막 (16인치) 제조 및 모듈 개발폴리아미드계 고기능성 SWRO 플랜트 건설용 국산막 (16인치) 제조 및 모듈 개발

해수담수화플랜트 건설용 저에너지/고효율 대용량(6MIGD 급) 고압펌프(70 bar) 및 에너지회수장치 개발

해수담수화플랜트 건설용 저에너지/고효율 대용량(6MIGD 급) 고압펌프(70 bar) 및 에너지회수장치 개발

연구개발 비전 달성 전략해수담수화 장비 현황

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500 Ton/day (16” SW RO )

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다중복합시스템 2,000톤/일

태양열 다중 복합 고효율 담수화 시스템 상용화모델 개발

저에너지, 고효율 복합막 담수시스템

태양열을 이용한 다중복합 담수시스템

PCF+UF를 이용한 막여과전처리 시스템

연구개발 비전 달성 전략해수담수화 장비 현황

Softner를 활용한 2단 RO담수시스템

효성에바라㈜ : 2009. 7. ~ 2010. 6.

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Toray’s Installation for Large Plant

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SeawaterDesalination

SeawaterDesalination

Brackish WaterDesalination

Brackish WaterDesalination

Waste WaterReuse

Waste WaterReuse

Daesan/Hyundai <Korea> 84,000 m3/day

Daesan/Hyundai <Korea> 84,000 m3/day

Shuaiba <KSA> 150,000 m3/day

2008 Start

Shuaiba <KSA> 150,000 m3/day

2008 Start

Seletar<Singapore>24,000 m3/day

Seletar<Singapore>24,000 m3/day

Point Lisas <Trinidad>136,000 m3/day

Point Lisas <Trinidad>136,000 m3/day

Tuas <Singapore>136,000 m3/day

Tuas <Singapore>136,000 m3/day

Palmachim <Israel>92,960 m3/day

Palmachim <Israel>92,960 m3/day

Sulaibiya <Kuwait >320,000 m3/day

Sulaibiya <Kuwait >320,000 m3/day

Hamma <Algeria>200,000 m3/day

2008 Start

Hamma <Algeria>200,000 m3/day

2008 Start

Toray research on March/2008

Changi <Singapore>228,000 m3/day

2009 Start

Changi <Singapore>228,000 m3/day

2009 Start

Luggage Point <Aus>66,000 m3/day

2008 Start

Luggage Point <Aus>66,000 m3/day

2008 Start

Cumulative installation : about 14,000,000 m3/day (as of seawater desalination over 2,500,000 m3/dayCumulative installation : about 14,000,000 m3/day

(as of seawater desalination over 2,500,000 m3/day

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Using Toray’s high boron rejection RO membranes

Production capacity is 136,000 m3/day

Using Toray’s high boron rejection RO membranes

Production capacity is 136,000 m3/day

아태지역 최대 해수담수화 플랜트 Tuas, Singapore


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Location: Ehime Pref., Japan Raw Water: SeawaterApplication: Industrial WaterTotal Capacity: 1,600 m3/dayCompletion: 2004

First MF Pre-treatment SWRO in Japan

Toray’s Scope: Engineering ProcurementCommissioningMaintenance

MF Pre-treatment Unit

RO Unit


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29. Sep. 2009.Algeria MagtaaSWRO 500'000 m3/d

Toray won world’s largest membrane-based desalination plant. The new plant build in Magtaa, Algeria will have a water production capacity of 500,000 cubic meters per day.

대형해수담수화 RO 플랜트

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Country Plant Site Capacity* (m3/d) Operation manufacturer

1 Israel Ashkelon 330,000 2005 Dow

2 UAE Taweelah 227,300 （2009） (to be determined)

3 Saudi Arabia Rabeeg 205,000 （2008） Toyobo

4 Algeria Hamma 200,000 （2006） Toray

5 California, USA Huntington Beach 190,000 （2006） Hydra

6 UAE Fujairah 170,000 2003 Hydra

7 Saudi Arabia Shuaibah III 150,000 (2009) Toray

8 Trinidad and Tobago Point Lisas 136,000 2002 Toray

9 Singapore Tuas 136,000 2005 Toray

10 Australia Perth 130,000 （2006） Dow

11 Saudi Arabia Yanbu 128,000 1998 Toyobo

12 Spain Carponeras 120,000 2001 Hydra

13 Saudi Arabia Jeddah 113,600 1994 Toyobo

14 Florida, USA Tampa Bay 95,000 （2006） Dow

15 Israel Palmachim 92,250 （2006） Toray

16 Saudi Arabia Al Jubail 91,000 2000 DuPont／Toray (25%)

대형해수담수화 RO 플랜트

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삼투현상과 역삼투현상

저농도 용액 고농도 용액

반투막삼투압

고압

저농도 용액 고농도 용액

반투막

역삼투현상삼투현상

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해수담수화 일반공정

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Energy Recovery Devices

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Energy Recovery Devices 원리

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Energy Recovery Devices 효과

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LP BW

SW

Ultra HPSW

UPW

Hyper LPBW

Ultra LPBW

１９９０１９９５２０００

RO Membrane Sturucture（1）Ultra Thin Composite

Cross-linked Aromatic PolyamideThickness 0.2μm

（2）Substrate

（3）Support

Non-woven Fabric100μm

PolySulfone45μm

Low FoulingWW Reuse

High B-RejSW

History of RO Membrane Development

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Development of New Products for Large Projects

16 inch element

◆ Adventages설비투자비 & 유지관리비 : 15~20%Smaller foot print : 15%

◆ TorayTMUS is ready for production by Auto-Winder1st Installation at Catalina lsl. CA in 2008

52

Forward Osmosis (정삼투)

- 에너지 소비율이 0.5kWh/m3이하- 회수율이 80%이상이기 때문에 농축수 배출량이 적다는 점

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27

53

Preparation of Carbon

Membranes Spreading carbon mixture powder on a aluminum foil

Hot Rolling (60~100℃)

Drying(at room temp.)

Cabon Powder + PVDF(95 : 5 wt %)

Carbon Membrane

Solvent : NMP (N-Methylpyrrolidone)

Carbon Membrane

54

Preparation of Carbon Membrane Cell

–+Carbon MembraneSpacer

graphite

Carbon Membrane

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28

55

The SEM image of the Carbon Membrane

Cross-section Surface

Carbon Membrane

56

Separation Principle of Carbon Membrane System

Carbon Membrane

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29

57

58

Flow Diagram of BCSFlow Diagram of BCS

( ) Water Flow Ratio( ): Water Flow Ratio

WaterRecovery

60%

BrineWater (60)

Product Water(40)

Seawater(100)

High PressurePump

RO Element

1st Stage

Conventional System

Pretreatment

66㎏/㎠

25㎏/㎠up

66 → 85～92 ㎏/㎠

Brine Conversion Two Stage RO Seawater Desalination System

C=3.5% SW

C=5.8% SWRO Element

2nd Stage

Booster Pump Product Water (20)

BrineWater (40)

C=8.7% SW

TotalProduct Water

(40+20)

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30

59

Flow Diagram of Brine Conversion Two stages RO Seawater Desalination System ( BCS )Flow Diagram of Brine Conversion Two stages RO Seawater Desalination System ( BCS )

( ) : Water Flow RatioConventional SystemRecovery 40%

(250)

(150)

(100)

Brine Conversion 2 Stage System Recovery 60%

(167)

(67)

(100)

Intake Water Flow : 2/3Discharge Water Flow : less than 1/2

Rec.

Rec.

40%

33%

60

Operating Pressure for BCS

Osmotic Pressure

Operating Pressure

Pre

ssur

e (㎏

/㎠)

85

60

25

0

Net Driving Pressure

(3.5%)

(8.8%)

Feed Brine

1st Stage 2nd Stage

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31

61

Max. allowable Operating PressureConventional RO : 70 kg/cm²BCS M/B : 100 kg/cm²

Structure of RO Membrane

Structure of RO Element

Ultra High Pressure RO Membrane Elementfor Seawater Desalination ( BCS M/B )

FE-SEM Photograph of RO Membrane(UHR-FE-SEM) x 50,000

Seawater

Product Water

Ultra-thin Salt Rejection LayerCrosslinked Fully Aromatic Polyamide

0.3μm

Supporting LayerPolysulfone

45μm

Base FabricNon-woven Polyester

100μm

62

High Pressure Turbo

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32

63

Advantage of Brine Conversion 2 StagesRO Seawater Desalination System

(1) 33% 감소 (생태계에 미치는 영향이 적음)(2) 50% 이상 감소 (생태계에 미치는 영향이적음)

• 환경적 측면

(1) 바닷물 취수

(2) 농축수 방출

(1) 33% 감소 (전처리 용량) (2) 30% 이상 감소

(3) 15～25% 절감

(4) 15% 절감

(5) 16% 절감

Comparison with Conventional System• 경제적 측면

(1) 취수설비 용량

(2) 설치면적

(3) 부대경비

(4) 유지비용

(5) 총 비용

Items

64

Consideration of Environmental Influence

0 5 10 15Horizontal Distance from Discharge (m)

0

5

10

0

5

0

5

Recovery 60%

Discharge salinity 8.8%

Recovery 50%


Recovery 40%


Discharge Nozzle3m from sea bottom



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33

65

Comparison of Water Production Cost

46

부대경비36

54 9

전력비용

멤브레인교체비용

약품비용

기타

부대경비

전력비용멤브레인교체비용

약품비용

Others 37

30

6

8.5

16

2.5

Saving

Total100

Total84

Conventional SWRO System(Recovery 40%)

BCS(Recovery 60%)

66

Pilot Plant of Brine Conversion 2 Stage Seawater Desalination System

Capacity : 1st Stage：140m3/d，2nd Stage：70m3/d，Total：210m3/d

Seawater

PPP

NaOCl

FeCl3

SBS

SeawaterTank

SandFilter

PolishingFilter

Feed WaterTank Safety Filter

High Pressure Pump

H2SO4

1st Stage RO

2nd Stage RO

DischargeWater Tank

Product Water

Energy RecoveryTurbine

Chemicals

RO(behind the Chemicals)

High Pressure PumpChemicals PretreatmentControl Panel

SandFilter

PolishingFilter

ROControl Panel

SeawaterTank

Feed WaterTank

Product WaterTank

Japan/ Ehime Prefec.

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34

67

Brine Conversion 2 Stage Seawater Desalination System: Installation in Japan

일본 고지현 “Ａ”社 해수담수화시설

생산량 ： 350m³/d 가동개시 ：２０００年３月

68

Commercial Plants of BCS

Mas Palomas (Spain Canary Island)No.1 Plant 4,500 m3/d

Mas Palomas (Spain Canary Island)No. 2, 3 Plant 9,000 m3/d

Tortola (Caribbean Sea Island)690 m3/d

Curacao (Caribbean Sea Island)11,400 m3/d

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35

69

70

27m x 18m

2013-08-28

36

71

27m x 18m

72

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37

73

74

2013-08-28

38

75

TDS(mg/l)

Feed Pressure (kgf/cm2)

Flow Rate(m3/d)

Permeate Flow Rate(m3/d)

Permeate TDS(mg/l)

Permeate Water Recovery

(%)

1st RO 2nd RO 1st RO Feed

2nd RO Feed

2nd RO Conc 1st RO 2nd RO Total 1st RO 2nd RO Total 1st RO 2nd RO Total

3,500 15.6 16.3 507 297 157 210 140 350 13.5 32.3 21.0 41.4 27.6 69.0

5,000 17.3 18.8 538 328 188 210 140 350 19.0 42.3 28.3 39.0 26.0 65.1

10,000 23.0 27.5 583 373 233 210 140 350 38.5 77.9 54.3 36.0 24.0 60.0

15,000 30.0 36.8 583 363 233 220 130 350 59.5 130.2 85.8 37.7 22.3 60.0

20,000 36.2 46.9 583 363 233 220 130 350 83.5 178.2 118.7 37.7 22.3 60.0

25,000 43.2 56.8 583 358 233 225 125 350 108.9 238.1 155.0 38.6 21.4 60.0

30,000 50.5 66.6 583 353 233 230 120 350 136.8 305.4 194.6 39.5 20.6 60.0

35,000 58.0 76.5 583 348 233 235 115 350 167.5 381.2 237.7 40.3 19.7 60.0

Temp = 20 deg-C

시 설 운 전 내 용

76

현 장 사 진

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39

77

현 장 사 진

78

현 장 사 진

2013-08-28

40

79

현 장 사 진

80

Kochi

Ibiza

Mas Palomas 1(Spain Canary Island)

4,500 m3/day

Mas Palomas 2, 3(Spain Canary Island)

9,000 m3/day

：BCS Plant：Other commercial RO plant

Tortola (British Virgin Islands)

690 m3/day

KAE Curacao(Netherlands Antilles)

11,400 m3/day

Commercial Plant Using Toray’s BCS TechnologyCommercial Plant Using Toray’s BCS Technology

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41

81

Plant Type Capacity(m3/day)

Recovery(%) Start-up Date

Ehime, Japan Full Plant 210 60 Oct-96

Mas Palomas, Spain Retrofit 270 60 Oct-97

Ibiza, Spain Retrofit 270 60 Jan-99

Mas Palomas 1, Spain Retrofit 4,500 60 Mar-99

KAE Curacao 1, Netherlands Antilles Full Plant 5,700 57 Sep-99

KAE Curacao 2, Netherlands Antilles Full Plant 5,700 57 Oct-99

Tortola, Caribbean Retrofit 690 60 Nov-99

Mas Palomas 2, Spain Retrofit 4,500 60 Nov-99


Kochi, Japan Full Plant 480 60 Mar-00

Mas Palomas 4, Spain Retrofit 9,360 60 Aug-00


Ehime, Japan Full Plant 1,600 60 Dec-03

Yeosu, Korea Full Plant 700 60 May-06

Plants Utilizing Brine Conversion Two Stage System (BCS)

8282

Category Normal Surface Water

Turbidity (NTU) 3~7 (Max. 20)

Color, Mn, TOC, Fe, … …

Operation Conditions With coagulant Without coagulant

Filtration Flux (m3/m2,day) 2 (83 lmh) 1.5 (63 lmh)

Flow Rate / Module (m3/h) 6 (100 l/min) 4.5 (75 l/min)

System Recovery (%) 92.9 92.4

Guideline for MF/UF Membrane

2013-08-28

42

8383

[Operation Conditions]Filtration Flux: 1.768 m/d 30 minBackwash Flux: 2.652 m/d 30 sec Air Scrubbing Air: Standard; 100 NL/min/pc 30 secDrain 45 secRefill 45 secControl Loss 45 secCycle 43.308 cycles/d

[Calculation of Water Balance]Permeate = 1.768 m/d * 72m2 * 15pcs * 2skids * 30/60/24d * 43.308cycles/d = 3,446 m3/dBW Water = 2.652 m/d * 72m2 * 15pcs * 2skids * 0.5/60/24d * 43.308cycles/d = 86 m3/dDrainage = 1.768 m/d * 72m2 * 15pcs * 2skids * 0.75/60/24d * 43.308cycle/d

+ 86m3/d = 172 m3/dProduct = Permeate – BW Water = 3,446 m3/d – 86 m3/d = 3,360 m3/dFeed Water = Product + Drainage = 3,446 m3/d + 172 m3/d = 3,532 m3/dRecovery = Product / Feed Water = 3,360 m3/d / 3,532 m3/d * 100 = 95.1 %

Water Balance of UF Process - 3,360 m3/d -

Product3,360 m3/d

Feed Water3,532 m3/d

Permeate3,446 m3/d

BW Water86 m3/d

Overflow, Drainage172 m3/d

Water Recovery: 95.1 %

HFU-202015pcs*2skids

= 30pcs

BW Tank

BW NaClO10mg/L as Cl2

July 16th, 2009

PACl (0.5-1mg/L as Al)

8484

Time Chart for the Operation of PVDF Hollow Fiber Membrane Module

V6-Drain

V4-Vent

Air VentBW Over Flow

Drainage

P2-BW BW Tank

ProductV2-Perm.

V3-BW

V1-FeedFeed Water

P1-Feed

P3-NaClO

NaClO

V8-Air Vent O.F.

V5-ASRegulatorAir compressor Air tank

V7-Air Vent Perm.

P1-Feed O OP2-Backwash OP3-NaClO OV1-Feed O OV2-Permeate OV3-Backwash OV4-Vent O O O OV5-Air Scrubbing OV6-Drain OV7-Air Vent Perm.V8-Air Vent O.F. O O O O O

Operation Cycle (32.50 + 0.75 (Control Loss Time) = 33.25 min)

Filtration(30min)Refill(45sec)

Backwash(30sec)

Drain(45sec)

Air scrubbing(30sec)

Cl2 Dose(20sec)

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43

8585

Time Chart for the Toray Maintenance Cleaning (TMC)

P1-FeedP2-Backwash O O O OP3-NaClO O OP4-SBS OV1-FeedV2-PermeateV3-Backwash O O O OV4-Vent O O O O O O O O O O O OV5-Air Scrubbing O O OV6-Drain O O O O OV7-Air Vent Perm.V8-Air Vent O.F. O O O O O O O O O O O O

Operation Time (28.75 + 5.58 (Control Loss Time) = 34.33 min)

PreBackwash(30sec) *1)

Soak(20min)

BW(60sec)

ChemicalBackwash(60sec) *1)

Drain(45sec)

Drain(45sec)

Drain(45sec)

Drain(45sec)

V6-Drain

V4-Vent

Air VentBW Over Flow

Drainage

P2-BW BW Tank

ProductV2-Perm.

V3-BW

V1-FeedFeed Water

P1-Feed

NaClO

V8-Air Vent O.F.

V5-ASRegulatorAir tank

V7-Air Vent Perm.

P4-SBS

Air compressor

SBS

P3-NaClO

Air Scr.(60sec)

BW(60sec)

Air Scr.(60sec)

Air Scr.(60sec)

86

Capacity 30,000m3/d

Application Waterworks

Module Type HFS-2020 (72m2)

Raw Water Surface Water

Operation Start July 2009

Location :

Gongju City, South Korea

Drinking Water Plant in South KoreaDrinking Water Plant in South Korea

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44

87

88

2013-08-28

45

89

Click

90

P-1INPUT OUTPUT OUTPUT

Click

2013-08-28

46

91

Click

92

INPUT OUTPUT OUTPUT

Click

2013-08-28

47

93Click

INPUT OUTPUT OUTPUT

94

Click

INPUT OUTPUT OUTPUT

2013-08-28

48

95

INPUT OUTPUT OUTPUT

Click

96

Click

INPUT OUTPUT OUTPUT

2013-08-28

49

97

ClickClick

9898

농도분극층

원수의 흐름

투과수

박테리아

고분자물질

현탁질

미립자

난용해성분농도

(실리카, 탄산칼슘 등)

흡착성물질(예, 계면활성제 등)

침전농도

스케일층 흡착 겔층

케이크층

2차오염

막

투과수

막오염(Fouling) 원인 및 종류

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50

99

원인현상

점검항목 대책생산유량 제거율 차압

원수

및

전

처

리

온도변화높 계절영향, 펌프효율 압력조정, 냉각

낮 계절영향, 히터 압력조정, 히터

압력변화높 펌프, 밸브 압력조정

낮 펌프, 밸브, 필터 압력조정

농축용량 변화증가 공급유량, 밸브 유량조정

감소 공급유량, 밸브, 차압 유량조정

pH 높거나 낮을 경우

(막의 퇴화 발생 유발)pH 조절 pH 조정

농도높 수질체크 압력조정

낮 수질체크 압력조정

난불용성 물질 과량존재 원수수질, 회수율, pH압력조정, 회수율조정,조정전 전처리 확인

과산화수소, 염소 존재 원수수질, 약품주입펌프 약품주입상태

Note : : 증가, : 감소 ( 진한것 : 주 발생 현상)

운전 현상 및 대책

Type of Seawater Intake Facilities

Open Intake System Beach Well System

Seabed Filtration System Open Channel System

Ｐ

Screen

Intake Basin

Ｐ

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51

TORAY MEMBANE TECHNLOGY & PRODUCT DEVELOPMENT

April 1st, 2011

(1) New Lineup of SWRO (400ft2)

：Basic Line up

99.70

99.75

99.80

99.90

4000 6000 8000 10000 12000Flow (GPD)

NaC

l R

eje

ction (%)

820A

820F

820E820C

820R

13000

820V 820L(NEW)

820M

: New Product

99.85820K(NEW)

Type REJ(%) Flow(GPD) B REJ(%) Feature

TM820R-400 99.80 8,500 95 Highly balanced rejection & flow. High Boron rejection.

TM820K-400 99.86 5,800 96 Suit to high temperature and high salinity area like Middle East.

TM820L-400 99.80 12,200 92 Best energy saving

820S

Test Condition :

32,000ppmNaCl, 800psi, 8%RC, 25℃, pH8

2013-08-28

52

(2)New Lineup of SWRO (440ft2)

：Basic Line up

6000 8000 10000 12000 14000Flow (GPD)

NaC

l R

eje

ction (%)

820S

820R 820V 820L(NEW)820M

:New Product

99.70

99.75

99.80

99.90

99.85

820K(NEW)

Type REJ(%) Flow(GPD) B REJ(%) Feature

TM820R-440 99.80 9,400 95 Highly balanced rejection & flow. High Boron rejection.

TM820K-440 99.86 6,400 96 Suit to high temperature and high salinity area like Middle east.

TM820L-440 99.80 13,500 92 Best energy saving

Test Condition :

32,000ppmNaCl, 800psi, 8%RC, 25℃, pH8

(3)Comparison of Toray New SWRO (400ft2) with other suppliers

：Basic Line upFlow (GPD)

NaC

l R

eje

ction (%)

820R

4000 6000 8000 10000 12000 13000

820V 820L(NEW)

820M

: Toray New product

99.70

99.75

99.80

99.90

99.85820K(NEW)

+ +SWC4

SWC5 SWC6+×SW30XHR

×SW30HRLE

SW30XLE

×SW30ULE

×

Test Condition :

32,000ppmNaCl, 800psi, 8%RC, 25℃, pH8 (Toray, Dow)

32,000ppmNaCl, 800psi, 10%RC, 25℃, pH7 (Hydra)

× : Dow

+ : HY

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53

(4)SWRO product line up(as of April 1st , 2011)

ElementType

Spec Sheet Applicable database No. in

Toray DS I

Applicability for pilot plant

study

Applicability forproject

TM820R-400 Available @ website by Apr

4th, 2011

Available on Database No.2558

Available to any project


TM820R-440 Available @ website by Apr

4th, 2011




TM820K-400 Available @ website by Apr

4th, 2011



Available to the project selected by

HQ.

TM820K-440 Available @ website by Apr

4th, 2011



TM820L-400 Available @ website by Apr

4th, 2011

Available on Database No.xxxx

Available to selected project

TM820L-440 Available @ website by Apr

4th, 2011

Available on Database No.xxxx

Available to selected project

106

2013-08-28

54

107

108

2013-08-28

55

감사합니다.

여러분 행복하세요.

109

kisti 해수 담수화 기술.ppt [호환 모드]

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