2018년 환경부에서 발표된 수도정비기본계획에 따라 다양한 수자원 활용의 중요성이 증가하고 있으며, 여러 수원 을 혼합하여 원수 또는 생산수로 활용하는 워터 블렌딩 방식은 미국, 호주를 비롯한 여러 나라에서 시도되고 있다. 본 연구에 서는 공업용수 공급 목적으로 100,000 m3/일 규모 해수담수화 사업이 추진되고 있는 충남 대산 지역을 대상으로, 해수와 호 소수, 침전수, 폐수 방류수 등 타 수원을 블렌딩할 때 수종 및 혼합비율에 따른 영향을 분석하였다. 타 수원 혼합비율 10~50% 조건에서 혼합수 염분농도는 약 50%까지 감소하였지만, 탁질 및 유기물 농도는 1.6~2.0배 수준으로 증가하는 것을 확인하였 다. 실험실 규모 역삼투 공정 성능평가 결과, 해수의 단독활용 대비 원수 혼합 시 막오염 경향이 증가하였으며 혼합비율 10~50%에서 평균 4.1배의 플럭스 저감률을 나타내었다. 성능모사를 통한 역삼투 공정 성능분석에 따르면 혼합비율 50% 조 건에서 역삼투 공정 에너지 사용량이 평균 39% 절감될 수 있을 것으로 기대되나, 운영비용 등 혼합수 활용에 대한 전반적인 영향분석을 위해서는 모형플랜트 규모에서 장기간 성능평가가 필요하다.

기후변화로 인해 가속화되고 있는 충남 지역 가뭄현상에 대응하고 대산 임해산업단지의 증가하는 용수 수요를 만족하기 위해서, K-water에서는 100,000 m3/일 규모 역삼투 해수담수플랜트 건설 사업을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 해수담수플랜트 운영비용의 70% 이상을 담당하는 역삼투 공정 성능에 영향을 미치는 주요 인자에 대한 성능 분석을 수행하였다. 대산 지역 해수 염분농도 및 수온 변화 조건에서 RO 공정의 전력소모는 2.39 ± 0.13 kWh/m3로 나타났으며, 막여과유속과 회수율이 낮을수록 전력소모가 절감되어 연간 운영비용이 감소하였다. 주요 막 제조사별 고유량 막의 성능 비교 결과, 전량 2단 여과공정(full two pass) 기준 생산수 TDS는 평균 3.84 mg/L로 양호하였고, 전력소모는 2.22 ± 0.13 kWh/m3 수준으로 확인되었다. 역삼투 공정 구성을 전량 2단 여과방식에서 partial 또는 split partial 방식으로 변경함에 따라 전력소모는 최대 0.29 kWh/m3, 막모듈 설치비용은 최대 15.6% 절감 가능할 것으로 기대된다.

해수담수화는 지구 수자원의 97%에 해당하는 해수를 활용하기 때문에 물부족 문제를 해결할 지속가능한 대안으로 평가받고 있다. 최근에는 증발식 해수담수화 대비 에너지 소모가 낮은 분리막 방식이 널리 적용되고 있으며, 에너지 소모는 3-4 kWh/m3 정도이다. 해수담수화 플랜트 소요비용 중 운영비용이 약 35~65%를 차지하므로 해수담수화 기술의 확대 적용을 위해서는 비용 절감형 운영 기술 개발이 필수적이다. 이에 K-water에서는 ‘중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화플랜트 기술개발’ 과제 참여를 통해 저에너지⋅고효율 해수담수화 운영 기술을 개발하고 있으며, UAE에 구축될 1,000m3/d 규모 플랜트에 적용할 계획이다. 본 기술 적용을 통해 해수담수플랜트 연간 운영비용 증가율을 5% 이내로 유지하는 것을 목표로 한다.

Pressure-retarded osmosis (PRO) is one of the promising candidates to reduce the reliance on fossil fuels by harnessing energy from the salinity gradient between high-saline and low-saline water. Based on recent advances in the membrane technologies, PRO has re-emerged as a potentially viable energy option. However, several challenges still remain before PRO can reach the commercial stage. Within this context, the objective of this research was to assess the techno-economic feasibility of PRO and PRO-hybrid processes. In particular, model-based performance analysis were conducted for the PRO-hybrid systems. In addition, the influence of colloidal fouling on the performance of PRO process was further investigated. It is expected that this research would help comprehensively understand the PRO-hybrid processes thereby activate further development.

최근 국내외에서는 수질안정성 향상 및 부지면적 저감을 위해 막여과 공정도입이 활발한 추세이며 특히, 정수처리 분야에서는 정밀여과(Microfiltration) 및 한외여과(Ultrafiltration) 공정이 많이 적용되고 있다. 막여과 공정의 경제성 향상을 위해서는 세정 시점의 예측 및 세정 주기 연장이 매우 중요한 요소이다. 따라서, 본 연구에서는 인공신경망(Artificial neural network)을 활용하여 UF 공정차압(Transmembrane pressure) 예측 모델을 개발하고자 한다. 입력변수로는 유입수 온도, pH, 탁도 등의 일평균값을 이용하였다.

기후변화에 따른 수자원 불균형 문제의 해결을 위해 최근 역삼투막 공정을 이용한 해수 담수화 시설 등이 다양하게 고려되고 있다. 본 연구에서는 역삼투 막의 막오염을 제어하기 위해 화학세정을 실시할 때, 세정효율과 오염막 표면의 잔류물질과의 상관관계를 규명하고자 공업용수 생산에 사용된 RO 막의 화학세정 전⋅후의 막표면 분석을 진행하였다. 막표면에 존재하는 주요 오염물은 미생 물에서 유래된 유기물로 나타났으며, 전형적인 화학세정 결과 대부분의 막표면 유기물이 제거되어 RO 막의 초기 성능이 회복되었다. 그러나 고분자 구조의 방 향족 유기물 특성을 나타내는 미생물 유래물질은 세정후에도 막표면에 잔류하는 것으로 나타나 장기적인 역삼투막 운전을 저해할 것으로 판단된다.

Temperature correction trans-membrane pressure (TC-TMP) is frequently used as a fouling index in membrane water treatment plants. TC-TMP equation is derived based on an assumption that the total membrane resistance (i.e. the sum of the intrinsic membrane resistance and fouling resistance) is not affected by temperature. This work verified the validity of this assumption using microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) membranes with and without fouling. The foulants used in the work were kaolin (inorganic) and humic acid (organic). The intrinsic resistances of MF and UF membranes remains at constant values regardless of temperature change. When the same amount of foulants were accumulated on the membrane, inorganic fouling resistance with kaolin was constant regardless of temperature change while organic fouling resistance with humic acid decreased at higher temperatures, which means that TC-TMP cannot be used as a fouling index when organic fouling occurs in a real field application. Since TC-TMP underestimates the amount of fouling at higher temperatures, more attention should be necessary in the operation of membrane water treatment plant in a hotter season like summer.

최근 정수 수질 고도화 및 시설 운영 효율화를 위해 분리막 정수처리시설 도입이 활발히 진행되고 있지만 여과효율을 감소시키는 막오염은 분리막 기술 도입에 중요한 문제점 중에 하나이다. 막오염을 제어하기 위해 분리막 세정과정이 처리공정에 적용된다. 본 연구에서는 6년 이상 운전된 막여과 정수처리 공정에서 세정 후 PVDF재질의 한외여과 분리막의 특성 변화를 분석 하였다. 장기사용에도 불구하고 PVDF 막의 물리적 강도 및 연신율에는 거의 변화가 없었으며, 화학세정 후 분리막 표면에 잔류하는 물질은 대부분 소수성의 휴믹산 계열의 유기물로 나타났다. 장시간의 세정으로 인한 막 표면 구조의 변화는 관찰되지 않았으나 사용전막 대비 평균 막 표면 공극 크기가 증가하고 표면 공극율이 감소하는 현상이 확인되었다.

This study assessed the removal efficiency of NOM which is known as the precursors of DBPs in advanced water treatment using the ceramic membrane filtration, introduced the first in the nation at the Y water treatment plant (WTP). It is generally well-known that the removal of NOM by MF Membrane is very low in water treatment process. But, the result of investigation on removal efficiency of NOM in advanced water treatment using the ceramic membrane was different as follows. The removal rate of organic contaminant by the ceramic membrane advanced water treatment was determined to be 65.5% for the DOC, 85.8% for UV254, and 77 to 86% for DBPFP. The removal rate of pre-ozonation was found to be 6 to 15% more effective compared with the pre-chlorination. The removal rate of DOC and UV254 in biological activated carbon(BAC) process was over 50% and 75%, respectively although the rate was decreased 10 ~ 20% according to analysis items in converting from GAC to BAC.

본 연구는 국내 최초로 도입된 Y 정수장의 세라믹막 고도정수처리를 위한 최적 운영 인자를 도출하기 위하여 수행되었다. 경제성과 수질조건을 만족하면서도 세라믹막 여과성능을 지속⋅유지할 수 있는 최적 운영조건을 도출한 결과, Y 정수장의 평상시 수질 조건에서 막역세척으로 인한 배출수 발생량을 최소화시키면서도 막여과성능을 유지할 수 있는 최적 여과지속시간(역세척 주기)은 시설용량(16,000 m3/일) 기준 시 4.0시간으로 조사되었다. 또한 화학세척(CIP)에 따른 막차압 회복력을 조사한 결과, 구연산을 이용한 산세정을 통하여 철, 망간, 알루미늄 등의 막 파울링을 일으키는 무기오염물질은 제거되지만 막 회복률은 낮았다. 반면 차아염소산나트륨을 사용한 알칼리 세정을 통해서는 막 운영 초기 막차압으로 회복되는 것으로 나타났다. 막차압을 발생시키는 파울링 주요 원인물질은 친수성 고분자 유기오염물인 polysaccharides로 조사되었으며, 화학세척(CIP)시 막성능 회복률은 세척약품 온도에 의한 영향이 매우 크며, 온도가 높은수록 막성능 회복률이 향상되는 것으로 조사되었다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 약품세척 조건을 도출하고자 수행되었다. 세라믹 막 공정의 전처리로 오존과 응집공정이 있는 A계열의 경우 응집공정만 있는 B계열에 비해 9배 정도 잦은 약품세척(CIP)를 실시하였다. 이는 전처리 공정의 차이로 인하여 A와 B계열의 막오염현상이 다르게 나타난 근본적인 원인 이외에 막제조업체가 제시한 CIP 방법이 부적절한 것으로 조사되었다. 즉, CIP 회복률이 보정여과유속이 아니라 보정차압을 기준으로 계산되어 과대평가되었을 뿐만 아니라 구연산이 철산화물에 의한 파울링을 효과적으로 제거하지 못했기 때문이었다. 따라서 1단계 산세척 약품종류를 달리하여 CIP 효율을 평가한 결과 황산(0.1 N)과 구연산(1%)를 혼합하여 사용한 경우 회복률이 가장 높았고, 황산(0.1 N)만을 사용한 경우 회복률이 가장 낮은 것으로 나타났다. 그러나 황산의 농도를 0.3 N로 높인 결과 산세척 효율은 증가하였으나 알칼리세척 회복률이 낮아져 총회복률은 0.1 N 황산을 사용한 것과 유사하였다. 산과 알칼리세척 순서를 바꿔서 CIP를 수행한 결과 산세척을 먼저 수행시 CIP 효율이 더 높은 것으로 나타났다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 응집 조건을 도출하고자 수행되었다. 쟈테스트 결과 Y댐 원수의 pH를 7로 조정 시 응집효율이 가장 우수하였으며, 원수 탁도가 10 NTU 이하인 평상시 탁도 조건하에서 최적 응집제 주입량은 3 mg/L (as Al2O3)인 것으로 나타났다. 최적 응집제를 선정하기 위하여 응집제 종류(PAC, PACS (II), PAHCS)별로 미니모듈 실험장치를 이용하여 평가한 결과 PAC를 주입하고 원수 pH를 7로 조정한 경우 비여과유속 감소율이 가장 낮은 것으로 나타났다. 원수 탁도를 10~150 NTU로 변화시키며 미니모듈에서 비여과유속 감소율을 평가한 결과 원수탁도 10~30 NTU 조건에서는 응집제 주입량 증가에 따라 비여과유속 감소율이 크게 감소하였으나 원수탁도가 50 NTU 이상에서는 응집제 주입량을 증가시켜도 비여과유속 감소율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 Y 정수장을 위해서 는 원수탁도 10 NTU 이하에서는 PAC (11% as Al2O3) 30 mg/L, 10~50 NTU에서는 30~50 mg/L, 50 NTU 이상에서는 50 mg/L이 적절하다.