| 연구개발개요 |
□ 1세부역삼투식 해수담수화플랜트 기술은 세계적인 물 부족 현상 문제를 해결할 수 있는 수자원 확보 기술이며 국가적으로도 새로운 성장동력 창출 산업이 될 수 있는 핵심기술임. 그러나 역삼투식 해수담수화플랜트는 높은 에너지 소비와 비가역적 막오염이라는 큰 단점을 가지고 있음. 그에 따라 본 과제는 ‘정삼투-역삼투 메카니즘 규명 및 수질제어 운영엔지니어링 고도화 기술’로 고에너지의 한계 및 비가역적 막오염이라는 단점을 갖는 역삼투 공정과 유도용액분리 및 플럭스와 같은 기술적 문제를 갖고 있는 정삼투 공정의 기술적 한계를 극복하기 위해 제안됨. 본 과제를 통하여 정삼투와 역삼투 공정을 융합함으로써 효율적인 담수 생산이 가능하며 다양한 원수 및 운전조건에 대한 최적인자를 도출 및 가역적/비가역적 막오염 포텐셜을 낮출 수 있음. 그에 따라 본 과제를 통하여 국내 물 관련 산업을 활성화시켜 전반적인 수처리 기술 향상을 가져올 것이며 또한 국내 수처리 기업이 해외 시장으로 진출하는 기초를 제공하고 세계적인 선도기업과의 기술격차를 감소시켜 수처리 분야의 국제 경쟁력을 강화할 것임□ 2세부[2-1 세부]- 정삼투-역삼투 융합플랜트 엔지니어링 기술』은 기존 역삼투 공정의 처리부하 경감을 목적으로 저에너지 공정으로 알려진 정삼투 기술을 융합함으로써 에너지 절감함과 동시에 해양 환경을 보전하는 신개념 해수담수화 기술임. - 시장 주도형 기술인 역삼투 공정의 처리 원수와 농축수를 희석함으로써, 처리부하 경감을 통한 에너지 절약과 해양으로 버려지는 농축수를 줄여주는 기술임.- 본 과업의 연구개발 범위는 정삼투와 역삼투 공정의 융합을 위한 핵심 엔지니어링을 위한 기반 기술, 설계 기술을 개발하고 공정 운영 플랫폼 및 시스템의 성능검증 기술을 개발하는데 있음.- 융합 플랜트의 구축을 위해서 타세부 과제와의 협력을 통해서 완성도 있는 공정을 구축하고 체계적인 운영/유지관리를 위한 기반기술을 개발함으로써 에너지를 절감하 며, 톤당 생산단가를 저감할 수 있는 방안을 개발함.[2-2 세부]- 가압형 정삼투-역삼투 융합기술개발 연구는 정삼투-역삼투 공정의 경제성을 향상시키고, 새로운 시장을 선도하는 기술의 확보 및 선점에 그 목표를 두고 있으며, 공정의 최적화, 세부화, 실질적인 공정적용을 통한 실용화를 중심으로 하는 핵심기술 개발과제임□ 3세부- FO-RO 조합공정은 역삼투식 해수담수화(Sea Water Reverse Osmosis, SWRO)의 경제성 및 지속가능성의 한계를 극복하기 위한 신개념 해수담수화 기술로서, 역삼투식 해수담수화 공정과 마찬가지로 전처리 성능이 전체 공정의 성능에 영향을 미치므로, 효율적이고 안정적인 전처리 공정의 개발이 필수적임- FO와 RO는 막오염 메커니즘이 상이하므로, 하수처리수에 대한 FO 전처리와 해수(또는 적조가 발생하였을 때 해수)에 대한 RO 전처리에 대한 각각의 전처리 공정 개발이 필요하며, 이를 통해 지속가능하고 경제적인 수자원을 확보할 수 있는 친환경적인 기술을 개발하고자 함- 이산화염소는 기존의 염소 소독법보다도 살균효과가 뛰어나 염소 주입 농도의 1/3-1/4 수준으로도 소독이 가능하여 효율성이 우수한 반면에 상대적으로 소독부산물, 특히 브로메이트 생성량이 적으므로 전극 개발을 통한 새로운 형태의 차세대 차아염소산나트륨 발생 장치와 현장 발생형 이산화염소 발생 장치를 개발하고자 함□ 4세부정삼투-역삼투 융합 플랜트 기술？？은 수자원 확보 및 물공급 기술로서 시장지배적 역삼투 해수담수화 공정기술 탈피를 통한 세계시장 다변화 및 기술 선도형 정？역삼투 융합 해수담수화 플랜트의 설계, 시공, 생산 및 유지관리 기술을 포함하는 시스템 기술임본 연구과제는 정삼투-역삼투 융합 플랜트 기술 연구단의 최종목표 달성을 위한 각 공동연구과제의 협력 및 관리를 위한 총괄과제임
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| 최종목표 |
[1세부]해수, 농축수, 하수의 조합을 적용한 정삼투-역삼투 융합 공정에서의 작동 메카니즘 규명, 막오염 예측/제어 기술 개발, 생물학적 막오염 규명 및 세척 기술 개발을 통해 정삼투막 세정주기 1년 이상 운전조건 확립, 전체 공정의 효율을 향상시키는 것을 최종 목표로 함[2세부]1. 정삼투-역삼투 융합플랜트 설계 및 성능평가(1,000㎥/day 데모 플랜트) - ㎥당 전력량 목표 : 2.5 kWh/㎥ (인테이크부터 최종 생산수까지 기준) - 농축수 : 기존 SWRO 대비 수량 20% 이상, 염도 25% 이상 저감 - 톤당 생산단가: 역삼투 방식 해수담수화 공정 세계 평균 단가(2012년 현재 0.7 $/ton 기준)의 25% 저감 이상2. 가압형 정？역삼투 융합공정 설계·운영기술 개발 - 최종 역삼투 공정 생산수량 고정 시, FO-RO 대비 사용되는 정삼투막 20% 이상 저감 - 압력상승 대비 정삼투 회수율 30% 증대 - 가압형 정？역삼투 융합공정 기본 설계인자 도출 - 가압형 정？역삼투 융합공정의 막오염 인자 도출을 기반 한 O&M 요소기술 인자 도출[3세부]○ 정삼투-역삼투 조합공정의 저에너지 고효율 전처리를 위한 고도 수처리/막여과 공정기술 개발 - 공정개발을 통한 전처리 시설비 10% 절감 (CAPEX 10% 절감) - 전처리공정 총 사용량 0.15 kWh/m3 이하○ 브로메이트 생성량을 최소화 하는 전해소독설비 개발 - Yield 95% 이상, 순도 99% 이상, 박테리아 및 원생동물 사멸률 99.9% 이상 - 브로메이트 : 생산수 내 0.02mg/L 이하, 전해질 소독설비 대비 10% 운영비 절감[4세부]○ 정삼투-역삼투 융합 플랜트 기술의 성공적인 추진을 위하여 공동연구과제의 관리 및 성과의 통합, 성능평가와 사업화 전략 개발, 해외 및 국내 파일럿 부지 선정의 지원 - 각 공동연구과제로부터 도출된 성과물에 대한 성능점검 - 1,000 m3/day 파일럿 플랜트 부지 선정 지원 및 성능평가 - 연구단 전체 목표 달성을 위한 적절한 공동연구 과제별 최종 성과물 조합안 도출○ 정량적 목표는 “정삼투-역삼투 융합기술개발”(2-1 공동연구과제)과 공유 - 역삼투 방식 해수담수화 공정 세계 평균 단가 대비 25% 저감 (2012년 현재 0.7 $/ton 기준) - 취수(Intake)부터 최종 생산수까지 전력소요량 총 2.5 kWh/ton
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| 연구내용 및 범위 |
[1세부]1세부 기관인 성균관대학교는 역삼투식 해수담수화플랜트에 정삼투 공정을 조합한 저에너지 통합 수처리 시스템의 효율적인 설계 및 운영을 위하여 파일럿플랜트를 통합 최적인자를 도출하고 이를 통하여 세계 정삼투 분리막 및 해수담수화 시장선점, 표준화 선도를 최종목표로 지향하고 있음. 정삼투 막 세정 주기 2년 이상의 운전조건 확립, 다양한 수자원을 이용 정삼투-역삼투 융합공정 설계 및 운영인자를 도출을 통해 기존 해수담수화 공정의 고에너지 한계를 극복하기 위한 설계 및 운영인자를 도출하고자 하며, 1-2세부 기관인 고려대학교는 정삼투-역삼투 융합공정에서의 막오염 메커니즘 규명 및 예측기술 개발을 위하여 하수 및 해수내 이온성, 입자성, 유기, 생물 막오염 발생특성 평가 및 영향 분석 진행하고 다양한 운전조건하에서 정삼투막 정밀분석 및 성능을 평가, 정삼투막 정밀분석 기술 DB 구축 및 원천기술 확보 및 원수 특성에 따른 정삼투막 활성층 및 지지층 막오염 특성 평가 및 메커니즘 규명을 진행함, 또한 정삼투 내오염 모듈에 대한 테스트를 진행하였으며 스케일업 대비 압력 조건에서의 막오염현상을 분석함. 1-3세부 기관인 경희대학교는 정삼투-역삼투 융합공정에서의 바이오 파울링 규명 및 제어 및 세척기술 개발을 하기 위하여 하수방류수를 이용하여 정삼투 분리막 바이오파울링 연구 및 화학세정제 개발을 위하여 실험실 규모 평가 및 최적화를 진행함을 동시에 생물세정제를 이용하여 바이오파울링 저감가능성 평가를 진행함.[2세부]○ 2-1세부 효림산업(주) - FO 분리막 성능평가 - FO/RO 최적 운전조건 도출 - BWRO or LPRO 분리막 적용 (저에너지 및 고회수율 목적) - 플랜트 설계 및 엔지니어링 (P&ID, 설계인자, 시뮬레이션 도출) - Capex & Opex 비용 분석 (UF-SWRO VS FO-BW/LPRO) ○ 2-2세부 광주과학기술원 - 상세설계를 기반한 1톤/일 파일럿 설비 구축 - 융합공정의 유지관리 및 운영 인자 도출 - 실제 하수 및 해수를 이용한 현장적용성 평가 연구 - 표준 공정에 대한 경제성 및 신뢰성 검증 연구 - 1톤/일 파일럿 공정에 대한 막오염 시나리오별 운영관리 매뉴얼 확보[3세부]○ 적조 발생시 조류에 의해 급격이 증가하는 용존 유기물질(AOM)은 해수담수화 전처리 공정의 가동중단의 주요원인 물질이며, 산화철을 이용하여 AOM을 제거하는 공정을 랩규모에서 평가 ○ 전처리 공정별 (100μm, 1μm, 01μm) FO막 오염 경향 분석○ 개발 기술의 성능을 평가하기 위한 Pilot Plant 의 제작○ 현장발생형 이산화염소 발생장치, 차세대 NaOCl 발생장치의 개발 [4세부](1차년도) 연구개발 지원 시스템 구축(2차년도) 최적의 파일럿 부지 및 공정조합안 도출방법 연구 - 성능평가 기술 및 파일럿 부지 선정 기법 개발 - 최적의 공정조합안 도출 - 정삼투-역삼투 융합 공정 시스템 최적화를 위한 전용모델 구축 및 조합공정 성능 비교분석(3차년도) 개별기술의 성능평가 및 통합시스템 구축방법 연구 - 개별기술의 성능평가 기술 적용 - 통합시스템 구축방안 도출(4차년도) 파일럿 공정 성능평가 및 비즈니스 모델 도출(5차년도) 글로벌 사업화 기반구축을 위한 기술개발 및 전략 수립
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