“ Korea's First Large-Scale Desalination Plant”
최근 역삼투법(RO, Reverse Osmosis)의 해수담수화 플랜트 시장은 대부분 5만m3/day 이상의 대형 플랜트에 집중되고 있으며, 이같은 시장 환경의 변화에 따라 우리도 이에 부합하는 설계 및 시공 기술의 확보가 필요한 실정이다. 이러한 상황에서 국내 기술로 세계 최대 단위 용량인 8 MIGD(Million Imperial Gallon per Day) RO 트레인을 개발하고 16인치 RO membrane을 적용한 본 성과는 세계 최고 수준이라 할 수 있으며, 이를 통해 설치비와 운영비를 절감시켜 세계 담수화 시장에서 기술 주도권을 확보할 수 있는 계기가 마련되었다.
해수담수화 플랜트 기술은 최근 대두되기 시작한 전 지구적 물 부족 문제를 해결할 수자원확보기술로 부각되고 있으며, 2011년 이후 세계시장은 연간 3조 원 규모로 예상되고 있다. 현재 전 세계 120여 국가에서 8500개의 설비가 운전되고 있으며, 용량 규모로는 3800만m3/day 규모의 담수화 플랜트가 운영되고 있다. 이 중에서 역삼투압 방식 해수담수화 플랜트는 1700만m3/day로 점유율은 45%에 이르고 있다. 2001년부터 2005년 사이 해수담수화 플랜트의 증가와 더불어 RO 방식의 해수담수화 플랜트 점유율은 55%로 상승하였으며 이러한 추세는 더 지속될 것으로 전망되고 있다.
최근 해수담수화 기술은 기존 방식인 증발법에서 역삼투법으로 전환되는 시점에 있으며, 또한 플랜트의 규모가 점차 대형화되고 있어 세계시장에 진출하기 위해서는 관련 기술의 확보가 시급하게 요구된다. 본 과제는 세계시장에서 경쟁하기 위한 세계 최고수준의 해수담수화 기술 확보를 목표로 하며, 대용량 해수담수화 플랜트 시스템 설계 및 시공 기술을 개발하는 것을 주요 내용으로 하고 있다.
본 성과의 핵심은 최근의 대형화 추세에 부합하게 세계 최대 규모인 8 MIGD 트레인과 16인치 Membrane을 사용하였다는 것과 우리나라 최초로 RO 방식의 해수담수화 실증플랜트를 건설하여 상용 음용수 설비로 활용한다는 것이다. 이를 위해 국내외의 역삼투압 방식 해수담수화 플랜트의 트레인 설계 및 엔지니어링 기술을 조사하고 연구하여 세계 최대 단일 용량인 8 MIGD(3만 6368m3/day) 트레인의 설계 기술을 개발하였다.
기존 역삼투압 방식 해수담수화 플랜트는 대부분 8인치 RO membrane을 적용하고 있으나 본 연구에서는 기존 8인치보다 막 면적이 4배가 큰 16인치 RO membrane을 국내 최초로 적용하여 대용량 RO 트레인 설계 기술을 확보하였다. 또한 추가로
2 MIGD(9092m3/day) 용량의 트레인을 추가로 적용하여 총 10 MIGD(4만 5460m3/day) 용량의 테스트베드를 구성하였고, 이를 활용하여 다양한 종류의 전처리 시스템 및 에너지 회수장치(ERD, Energy Recovery Device)의 성능을 비교/검증할 수 있도록 하였다.
해수 내에 존재하는 입자성 물질을 제거하기 위한 전처리 설비로서 기존의 공기부상 장치를 개량한 DABF(Dissolved Air flotation with Ball Filter) 시스템을 개발하여 적용 하였으며, 이 시스템은 자연유하 방식의 취수설비와 결합시켜 에너지 소비량을 최소화시켰다. 최근에는 국내 해양에도 적조 발생 빈도가 증가하는 추세이며, 적조가 발생할 경우 해수담수화 플랜트는 운전을 정지해야 하는 문제점이 발생하게 된다. 테스트베드에는 DABF 시스템을 적용함으로써 적조에 의한 영향을 최소화시키고, 적조가 발생하지 않는 시기에는 시스템 운전 방식을 변경하여 탄력적으로 운전할 수 있는 가변 시스템을 도입하였다. 이뿐만 아니라 DMF(Dual Media Filter), UF(Ultra Filtration) 등의 다양한 전처리 시스템을 적용하여 해수 원수 수질의 변화 등에 대처할 수 있도록 하였다.
기존 연구사업과 달리 기장 RO 플랜트(이하 테스트베드)는 일반적인 연구 설비가 아닌 상용 음용수 플랜트로 활용하기 위하여 해수담수화에 적합한 최적의 부지를 선정하였다. 해수담수화 플랜트를 필요로 하는 세 개의 도시를 후보로 선정한 후 플랜트 설치에 적합한 지리적, 사회적, 환경적 요인을 평가하여 최적의 조건을 가진 지역(부산시 기장군)을 테스트베드 부지로 선정하였다.
테스트베드 인근 해역은 양식장 등의 어로 활동이 활발한 지역이므로 테스트베드 설치로 인한 해양 환경에 대한 영향을 최소화해야 한다. 이를 위하여 농축수 배출 확산 모델링 및 농축수 해양 생태 위해성 평가 등을 사전에 수행하여 해양 환경에 영향을 최소화할 수 있는 취수(Intake) 및 배출수(Outfall) 시스템을 적용하였다.
본 성과는 ‘해수담수화 플랜트 시스템 설계 및 시공기술개발’ 과제의 결과물로 기 개발된 RO 해수담수화 플랜트의 실증플랜트이다. 또한 본 성과물은 최대 단위 용량인 8 MIGD 트레인 및 16인치 Membrane을 적용함으로써 점차 대형화되고 있는 해수담수화 플랜트 시장의 고객 요구사항에 정확하게 부합하고 있다. 이를 통해 우리나라의 해수담수화 플랜트 기술을 검증하는 계기가 되어 향후 해외시장 진출을 위한 기반이 마련되었다고 할 수 있다.
8 MIGD 규모의 트레인 설계기술을 포함한 대용량 테스트베드를 활용한 연구는 국내 외에서 수행된 바 없기 때문에 기술개발에 따른 기대성과는 매우 크며, 시장적으로도 세계시장에서 기술적 주도권을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
본 성과물은 해수담수화 시장의 최대 고객인 사우디아라비아의 해수담수청(SWCC) 및 담수기술연구원(DTRI) 등에 적극적으로 홍보하였고, 그 결과 사우디아라비아에 16인치 Membrane을 적용한 실증 사업을 제안하여 검토 중에 있으며, DTRI와는 공
동연구개발을 추진하고 있다. 또한 본 성과는 Saudi Water & Power Forum(SWPF) 에서 Innovation Award를 수상함으로써 자타공인 최고의 혁신 기술로 인정받는 쾌거를 이루었다.
해수담수화 플랜트는 기술집약적 사업이기 때문에 기술개발에 따른 기술가치가 매우 높은 사업이며, 역삼투압 방식을 이용한 해수담수화 시장의 급속한 증가추세가 예상되므로 향후 기술개발에 따른 가치 창출이 매우 큰 분야라고 할 수 있다. 미래가치
창출이라는 국가전략과 연계성 및 친환경적인 기술이라는 장점도 가지고 있기 때문에 기술개발에 따른 시장 창출 및 국가 이미지 향상 등의 부가적인 효과도 함께 거둘수 있을 것으로 기대된다.
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