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과제기본정보

중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화플랜트 기술개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 플랜트연구사업 과제번호 18IFIP-B116951-03
국가과학표준분류 1순위 환경 | 물관리 | 양질의 상수원수 확보 유지관리기술 적용분야 환경
2순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 플랜트 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 플랜트시공기술 과제유형 개발
과제명 중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화플랜트 기술개발
주관연구기관 고려대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 홍승관
소속 고려대학교 직위 정교수
기관 대표번호 02-3290-4997 FAX 02-928-9109
총 연구기간 2016-06-30 ~ 2020-06-29
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 6,695,000,000 724,530,000 4,323,735,000 5,048,265,000 11,743,265,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 중동지역 고온, 적조 등의 영향으로 인한 대체수자원이 요구됨
○ 현재 해수담수화 시장은 EPC뿐만 아니라 O&M 기술의 중요성이 증대되고 있음
○ Main line, Auxiliary line, 현지화 O&M으로 구분하여 기존공정 운영 세부기술 및 신공정 적용 기술개발을 추진할 계획임
- [Main line] : 적조 발생 및 막오염 저감을 위해 적용되고 있는 DAF, DMF 기술을 대체할 수 있는 고효율 저에너지 전전처리, 전처리 기술 및 고회수율/고제거율 분리막/모듈/시스템 (2-1, 2-2, 2-3, 2-4 세부)
- [Auxiliary line] : 2nd pass 대체가능 CDI, IX 요소기술, 카트리지 필터 기술 (1-2, 1-3, 1-4 세부)
- [현지화 O&M] : 고플럭스막, 고효율 펌프 및 ERD를 적용한 Single pass 역삼투막공정 설계 및 O&M 효율성 증대 기술, 인터페이스 개발 (1-1, 3-1, 3-2, 3-3 세부)
최종목표 세계 최고 수준의 에너지 사용량인 3.3 kWh/m3 성능을 달성하기 위한 요소기술 개발 및 해수담수화플랜트 구축·운영
○ 세계 최대의 해수담수화플랜트 기술 수요국 중 하나인 UAE 현지에 RO 생산수 기준 2,000 m3/d 급의 파일럿 플랜트 건설하여 총 운전기간 12개월 동안 UAE Masdar와 공동으로 성능을 평가
○ UAE 현지 물 요금 대비 10% 저감
○ 에너지 사용량 목표를 달성하기 위해 개별 요소기술(부품 및 공정) 개발 및 설계/구축/운영관리에 대한 원천기술 개발
연구내용 및 범위 [1세부] UAE 현지 실증 플랜트 적용 및 차세대 해수담수화 요소기술개발
？ 1-1 주관
- UAE 현지 플랜트 설치 및 성능검증을 위한 국제공동연구 거점 관리
- UAE 현지 해수의 적정 모니터링 및 파일럿 플랜트 각 공정의 조류 거동파악과 데이터베이스 구축에 따른 최적 제어 방안 도출
- 호주 역삼투막 해수담수화 플랜트 Two pass 대체 시장용 CDI와 IX 기술 개발 및 적용성 평가
- 중동지역 대응형 카트리지필터의 교체주기연장을 위한 성능향상 방안 도출
？ 1-2
- 고효율 CDI 시스템 개발 및 50 m3/d CDI 시스템 운전 최적화
？ 1-3
- 저에너지(0.1 kWh/m3) 보론 선택적 제거(보론 농도 0.5 mg/L이하) 공정기술 개발
？ 1-4
- 고효율, 내압성(교체주기 1.5배),대용량(8”*50”) 카트리지 필터 모듈 개발

[2세부] 적조 고염 대응 해수담수화플랜트 전처리 공정 및 초고성능 역삼투막·모듈 시스템 개발
？ 2-1 우진건설
- 세계 최고수준의 투과플럭스(최대 120 LMH) 및 UF 모듈/설계/엔지니어링 기술개발
- PVDF UF 막 평균단가 대비 50% 이하의 경제적 UF 막 개발
- 2,000 m3/d (RO 생산수, 회수율 45% 기준) 대비 에너지 사용량 0.2 kWh/m3 이하의 UF 공정 개발
- UF 공정 유출 수질 SDI 3 이하의 고효율 공정 개발
？ 2-2
- Single pass 설계 기반 고회수율/고제거율 역삼투 분리막 시스템 기술 개발
？ 2-3
- UAE 현지 맞춤형 조류 및 고탁도 유입수 용 해수 전전처리 공정 개발
？ 2-4
- 초고보론 및 염 제거율 역삼투 분리막 및 모듈 개발

[3세부] 저에너지 고효율 해수담수화플랜트 설계/구축/운영 기술개발
？ 3-1 한국수자원공사
- 해수담수화 플랜트 전력 사용량/유지관리 비용 연간 증가율 5% 저감을 위한 저전력/저비용 운영관리 기술 개발
- 지능형 VFD-머신러닝 기반 제어 및 빅데이터 기반 막오염 예측 요소기술 개발
- 담수화 공정 수압시스템 최적화 및 운영 기술 개발
- 담수화 플랜트 에너지 맵핑 시스템 개발

？ 3-2 대우건설
- 요소기술별 중동 현지 적용을 고려한 최신 설계 기법 도출과 저에너지 역삼투법 해수담화시설의 시공기술 개발
？ 3-3 울산과학기술원
- 중동현장 막오염 유발 및 기인물질 모니터링 및 막오염 예측기술 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 [1세부]
- 주관연구기관(고려대학교):
？ UAE 현지 플랜트 설치 지원 및 관리
？ 해수담수화 플랜트(pilot 플랜트) 생물독소 모니터링 공정 시스템 구축
？ 조류에 의한 막오염 현상 규명 및 세척 방법 평가
？ MTBF 공정 및 MTBF+DAF 복합 신공정의 적조 제어 성능 검증
- 공동연구기관(시온텍):
？ CDI용 이온교환막 최적화
？ 대면적 CDI전극 및 이온교환막 최적화
？ 대용량 CDI 모듈 제작
？ 저에너지 소모형 CDI 컨트롤 기판 제작 및 평가
？ 대용량 CDI 시제품 제작
- 공동연구기관(한국기계연구원):
？ 보론 선택적 제거 시스템의 핵심 설계기술 개발
- 공동연구기관(LSTS):
？ 해수담수화 전용 카트리지 필터 Modular Rack 개발
- 위탁연구기관(UTS):
？ 역삼투막 담수화 공정에서 Single pass 유출수를 이용한 보론 농도 제거를 위한 신소재 기반의 CDI와 IX 수지 개발 및 평가
- 위탁연구기관(성균관대학교):
？ 인공해수를 이용한 랩스케일 규모의 카트리지필터 교체주기연장을 위한 성능향상 방안 연구

[2세부]
- 협동연구기관(우진건설(주)):
해수담수화 전처리 전용 UF 공정 현지 플랜트 설계/시공
- 공동연구기관((주)한화건설):
초고성능 역삼투 분리막 적용 저에너지 RO 모듈/트레인/스키드 제작
- 공동연구기관(거송종합건설(주)):
망형튜브필터시스템의 설계인자 확립 및 실증플랜트 설계
- 공동연구기관(LG화학): 분리막 모듈 시제품 생산 및 평가 프로그램 개발
- 위탁연구기관(광주과학기술원):
고플럭스 고효율 막 모듈 테스트/업그레이드/기본설계
- 위탁연구기관(한국화학연구원):
첨가제를 사용한 폴리아미드 합성
- 위탁연구기관(한국과학기술원):
모사 해수를 이용한 다양한 전전처리 공정의 처리수 내 막 오염 원인물질 거동 평가

[3세부]
- 협동연구기관(K-water):
저에너지 해수담수화 공정 운영 지능화 패키지 기술 개발
단위공정 및 요소기술 국내 테스트베드 사전 현장평가 지원
- 공동연구기관((주)대우건설):
2,000 m3/d 급 UAE 현지 플랜트 설계 및 시공
- 공동연구기관(울산과학기술원):
바이오파울링을 유발하는 SOM 인덱스 및 indicator 확정
중동 해수를 이용한 유기물·미생물 분석
SWRO 수준의 고압 OCT-RO 시스템 개발 및 막 오염 예측 프로그램 개발
- 위탁연구기관(광주과학기술원):
지능형 VFD-머신러닝 기반 제어 기술 및 빅데이터 기반 막오염 예측 기술 개발
- 위탁연구기관(국민대학교):
담수화 공정 수압시스템 및 실시간 에너지 측정·분석 기술 개발 		[1세부]
- 고려대학교:
UAE 현지 플랜트 설치를 위한 연구결과 및 경과 점검
원수 내 생물독소 분석 평가시스템 구축 연구수행
해수담수화 플랜트 생물독소 모니터링 표준공정 개발
MTBF 공정, MTBF+DAF 복합 신공정의 조류 유입 농도 별 제거 성능 검증, 운영 인자 도출 및 최적화(거송종합건설-고려대 협력연구)
조류 배양 수행 및 분배
조류 농도 별 최적 공정 구성 및 운영 인자 도출
조류 막오염 현상 규, 생물학적화학적 세척 평가
Main line 개발 성과물에 대해 QA/QC 수행 및 보완
- 시온텍:
CDI 전극용 소재 생산 및 시제품 적용
대용량 CDI 모듈을 시제품에 적용
저에너지 소모형 컨트롤 기판을 시제품에 적용
대용량 CDI 시제품 적용 테스트 진행
- 한국기계연구원:
보론 선택적 제거 시스템의 핵심 설계기술 개발
24 m3/day급 보론 선택적 제거 시스템의 설계 및 제작
운전조건에 따른 성능 분석
- LSTS:
카트리지 필터 하우징 제작
카트리지 필터 Modular Rack 시험 제작 및 테스트
전용 카트리지 필터 시험 제작
국내 플랜트 RO 생산수 기준 500 m3/d Modular Rack 제작
- 위탁(UTS):
호주 SWRO Single pass 유출수 이용 CDI, IX 이용 전극 및 IX 수지 개발/평가
CDI, IX 이용 SWRO Single pass 유출수 이용 보론 농도 제거 공정 최적화
- 위탁(성균관대학교):
UF 처리수에 의한 카트리지필터 교체주기연장을 위한 성능향상 방안 연구


[2세부]
- 우진건설(주):
CFD 분석 및 구조 최적화
역세척 평가 및 최적화
화학 세정기법 확립 및 운영인자 도출
300 m3/d (UF 모듈 4개 적용)의 해수 전용 UF 모듈과 스키드를 이용한 UF 시스템 개발
2,000 m3/d (RO 생산수 기준) 규모의 UAE 현지 플랜트를 위한 UF 스키드 설계, 납품, 시스템 설계
- (주)한화건설:
초고성능 역삼투 분리막 기반 RO 모듈 제작 기술 확보
RO 트레인 효율 증대를 위한 최적 설계 기법 확보(분리막 선정시 국산막 우선 적용 검토)
저에너지 고효율 RO 분리막 모듈/트레인/스키드 제작 및 효율 평가 비교
- 거송종합건설(주):
Pilot 실험을 통한 설계인자 확립: 소비전력 0.05 kW/m3이하, 선속도 10 m3/m2？hr 이상, 여재체류시간 20분 이하, 수리학적체류시간 60분 이하
설계인자를 통한 실증플랜트 설계 및 제작
- LG화학:
분리막 연속 제조 기술 개발 및 공정기술 최적화
모듈 시제품 생산 및 평가 프로그램 개발 유량 >9000GPD, 염제거율 99.90%, 보론 제거율 95% (8x40 인치 32,000ppm NaCl, 5ppm Boron, @ 800 psi, pH=8, 8% Recovery)
2,000 ton/d 파일럿 플랜트용 역삼투 완제품 공급
- 위탁(광주과학기술원):
기존 UF 막의 특성분석을 기반으로 한 성능 업그레이드
CFD를 활용한 막 모듈 및 시스템 시뮬레이션 기본 설계
- 위탁(한국화학연구원):
보론 제거율 향상을 위한 첨가제 발굴 (폴리아미드 합성 시 수용액 내 첨가제 발굴) (보론 제거율 향상율 > 6% (32,000ppm NaCl, 5ppm as a Boron, @ 800 psi, pH=8)
- 위탁(한국과학기술원):
전전처리 유입/유출수 분석을 통한 공정 별 유기물 성상 변화 상관관계 도출
조류에 의해 생산되는 막오염 원인물질(TEP 등)에 의한 UF 막 파울링 가능성 평가
오염된 UF 막 해체분석을 통한 전전처리수내 막오염 원인물질 규명

[3세부]
- K-water:
실시간 플랜트 가동량, 전력비용, 유입수질 영향이 고려된 운영 최적화 프로그램 개발
구축된 자가진단 알고리즘을 프로그램에 반영 및 성능 보완
국내 테스트베드 사전 현장평가 부지 확보
개발된 단위공정 및 요소기술 국내 테스트베드 사전 현장평가
- (주)대우건설:
1st pass RO 설계기술 개발
전체 플랜트 설비 최적화 요소 개발 및 시스템화
2,000 m3/d 급 UAE 현지 플랜트 설계, 제작, 설치
제공받는 설비(전전처리 설비 일체, UF 막, UF SKID, RO막 등)와의 최적 구성
- 울산과학기술원:
중동 해수 분석을 통한 막 오염 유발 SOM 인덱스 확정
바이오필름 유발 해수 내 특정 미생물과의 연계 기반 인덱스 확정
SWRO 규모의 고압을 견디는 OCT-RO 시스템 개발
OCT-RO 시스템을 통한 확정 index 및 indicator의 막 오염 영향 평가
SOM 인덱스·생물학적 indicator를 파라미터로한 바이오파울링 예측 프로그램 개발
- 위탁(광주과학기술원):
VFD 제어, brine 벨브 제어, 에너지회수장치의 동시 제어를 위한 통합 제어 알고리즘 및 소프트웨어 개발 및 국내 파일럿 검증
지능형 VFD-머신러닝 기반 제어 알고리즘 활용을 위한 알고리즘-제어 장치 인터페이스 기술 및 소프트웨어 개발 및 국내 파일럿 검증
막오염 예측 기술이 적용된 역삼투 해수담수화 동적 공정 모델 개발 및 국내 파일럿 검증
- 위탁연구기관(국민대학교):
배관 내 압력손실 최소화를 위한 장치 배치 및 설계 방법론 개발
실시간 에너지 측정망의 담수화 플랜트 적용을 위한 AEMI 하드웨어 및 소프트웨어 개발
연구성과 기술적 기대성과 1세부: 13개의 핵심 성과물을 목표로 한다.
- UAE 현지 플랜트 공정별 조류 영향성 데이터베이스
- 적조 발생시 최적 저에너지 조류 제어 매뉴얼 구축
- 저에너지 고효율 신재생에너지-해수담수화 UAE 현지 플랜트 현장 검증 보고서
- 대용량 CDI 공정 시스템
- 보론 선택적 제거 IX시스템
- 보론 제거 IX시스템 설계 프로그램
- 보론 제거 관련 효율향상 기술
- 대용량 카트리지 필터 기술
- 카트리지 최적화 Modular Rack 기술
- 신소재 하우징 기술 및 공정 (설계 프로그램)
- 실증플랜트의 카트리지필터 성능향상을 위한 운영기법 매뉴얼 작성
- 중동연안 해수의 특성 기초조사 데이터베이스 구축
- 중동지역 카트리지필터 교체주기연장을 위한 성능향상 방안 도출

2세부: 9개의 핵심 성과물을 목표로 한다.
- 고플럭스 고효율UF 모듈 기술
- UF 스키드 설계 기술
- UF 공정 운영 매뉴얼 (설계 프로그램)
- 실제 플랜트의 UF 전처리막의 핵심막오염물질 결정을 통한 막오염 제어방안 제시
- ISD + Split partial 기반의 저에너지 RO 유닛 설계 기술
- 초고성능 역삼투 분리막을 적용한 저에너지 RO 모듈/트레인/스키드 제작 기술
- 저에너지 RO 시스템 설계·운영·평가 매뉴얼
- 저에너지 RO 시스템 성능 평가 데이터베이스
- 저에너지 RO 시스템 현지맞춤형 최적 설계·운영 가이드라인

3세부: 9개의 핵심 성과물을 목표로 한다.
- 저전력·저비용 기반의 해수담수화 운영 최적화 프로그램
- UAE 해수담수화 시운전 및 정상운전을 통한 운전(관리) 매뉴얼
- VFD 지능형 제어장치 및 로직 패키지
- 담수화 플랜트 수압시스템 (배관, 펌프, ERD, 모듈 등) 설계 매뉴얼 및 소프트웨어
- 담수화 플랜트 에너지 맵핑 시스템(소프트웨어)
- 담수화 플랜트 문제해결을 위한 원격진단 및 지원 시스템
- 2,000 m3/d 급 저에너지 해수담수화 플랜트
- Optical Coherence Tomography (OCT) - RO 실시간 모니터링 시스템
- 중동 해수 막오염 유발인자를 통한 막오염 예측 프로그램
사회 경제적 파급효과 ○ 중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화 플랜트에 대한 최적화된 표준기술을 확보하여, 기술의 주요 수요국을 포함한 유사 지역의 시장 진출 교두보 확보
○ 단·중장기 원천기술 확보 가능 과제를 기획/발굴함에 따라 해수담수화 시장 진입을 위한 단계별 기술 개발 지속성 확보
○ 해수담수화/에너지/정보통신 등 다학제적 기술 연구·개발을 통해 관련 산업을 활성화시키고, 국내외 일자리를 확대시킴으로써, 청년 신규 일자리 창출 가능
○ UAE를 포함한 중동지역을 대상으로 지속가능 수자원 확보 기술을 통해 물 부족 문제를 해결하는데 기여함으로써 국가위상 제고 가능
활용방안 ○ 중동시장 현지 조사를 통한 기술개발의 방향과 규모의 적정성 평가
- 100,000 m3/d 규모 실 플랜트 사업에 대한 타당성 조사를 위한 경제성 평가
○ UAE 현지 실증화/상용화를 위한 해외수출 촉진용 사업화 모델/매뉴얼로서 활용
- 최저 에너지 소비율을 통한 최저 수도요금을 달성하여, 중동시장 진입을 위한 UAE 마스다르(Masdar)내 실 플랜트 사업 계약 추진(입찰 참여/수주)
○ 핵심요소기술에 대한 기업 공동 개발 및 기술 이전
○ 핵심요소기술에 대한 설계·제작·개발 시, 검토용 참고자료로 활용
- 100,000 m3/일 이상 급 대규모 해수담수화 플랜트의 핵심요소기술 설계 인자 제공
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 역삼투공정 고도화 국내기술 originality 확보 현지 맞춤형 기술 개발 국제 해수담수화 시장 진출 -
영문 Advanced SWRO Root technology for desalination Site-specific desalination for UAE and Middle East Business success in global desalination market -
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