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KR20240135346A - Operation method for reserve osmosis seawater desalination system that can reduce fouling of reserve osmosis membrane through nanobubble-injected concentrated water cleaning - Google Patents

Operation method for reserve osmosis seawater desalination system that can reduce fouling of reserve osmosis membrane through nanobubble-injected concentrated water cleaning Download PDF

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KR20240135346A
KR20240135346A KR1020230178476A KR20230178476A KR20240135346A KR 20240135346 A KR20240135346 A KR 20240135346A KR 1020230178476 A KR1020230178476 A KR 1020230178476A KR 20230178476 A KR20230178476 A KR 20230178476A KR 20240135346 A KR20240135346 A KR 20240135346A
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KR
South Korea
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reverse osmosis
concentrated water
seawater desalination
desalination system
cleaning
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박상광
황문현
맹지성
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(주)엘에스티에스
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 기설정된 운전시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 해수로부터 담수를 추출하는 운전 단계; 상기 운전단계 후 기설정된 휴지시간 동안 상기 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하는 휴지단계; 및 상기 운전시간 경과 후 상기 해수 담수화 시스템의 역삼투 분리막에 나노버블이 주입된 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정하는 세정단계를 포함하는 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system may be provided, including an operation step of operating a reverse osmosis seawater desalination system for a preset operation time to extract fresh water from seawater; a pause step of stopping the operation of the reverse osmosis seawater desalination system for a preset pause time after the operation step; and a cleaning step of supplying concentrated water injected with nanobubbles to a reverse osmosis membrane of the seawater desalination system after the lapse of the operation time to clean the reverse osmosis membrane.

Description

나노버블이 주입된 농축수 세정을 통해 역삼투 분리막의 파울링을 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법 {Operation method for reserve osmosis seawater desalination system that can reduce fouling of reserve osmosis membrane through nanobubble-injected concentrated water cleaning}Operation method for reserve osmosis seawater desalination system that can reduce fouling of reserve osmosis membrane through nanobubble-injected concentrated water cleaning

본 발명은 해수 담수화 시스템의 운용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노버블이 주입된 농축수 세정을 통해 역삼투 분리막의 파울링을 효과적으로 저감시킬 수 있는 역삼투 해수담수화 시스템의 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for operating a seawater desalination system, and more specifically, to a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system capable of effectively reducing fouling of a reverse osmosis membrane by cleaning concentrated water injected with nanobubbles.

물은 인간의 생명 유지에 필수적인 요소일 뿐만 아니라, 물 접근성은 인간의 삶의 질에 중대한 영향을 미치는 요소이다. 국내의 경우 2009년에는 274 L였던 1인당 일평균 물 사용량이 2021년에는 302 L로 약 10% 증가하였으며, 국내를 비롯한 전 세계적인 물 사용량 증가 추세는 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 이와 같은 물 사용량의 증가 추세는 핵가족화 및 생활수준의 향상으로부터 기인한 것으로 파악되며, 최근에 발생한 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19)으로부터 비롯된 개인 위생 강화로 인하여 더욱 가속화될 것으로 예상된다.Water is not only an essential element for sustaining human life, but also accessibility to water has a significant impact on the quality of human life. In Korea, the average daily water usage per person increased by about 10% from 274 L in 2009 to 302 L in 2021, and the trend of increasing water usage in Korea and around the world is expected to accelerate further. This trend of increasing water usage is understood to be due to the nuclear family and improved living standards, and is expected to accelerate further due to the strengthening of personal hygiene resulting from the recent outbreak of the novel coronavirus infection (COVID-19).

인간 생활에 요구되는 물 사용량은 점진적으로 증가하는 반면, 산업화에 따른 환경오염 및 기후변경 등의 요인으로 인하여 인간 생활에 필요한 생활 용수(담수)의 부족 현상은 점차 심화되고 있다. 세계 각국의 학계, 연구 기관 및 정부에서는 이와 같은 담수 부족 현상을 해결하기 위한 다방면의 연구를 활발히 진행 중이다.While the amount of water required for human life is gradually increasing, the shortage of water for human life (fresh water) is gradually worsening due to factors such as environmental pollution and climate change caused by industrialization. Academic circles, research institutes, and governments around the world are actively conducting multifaceted research to solve this fresh water shortage.

특히, 도시 및 준도시 지역의 경우 상하수도 등의 기반 시설 확충을 통해 담수 용수 접근성을 일정 수준 이상으로 향상시킬 수 있는 반면, 도서 및 산간 지역의 경우 담수 접근성을 향상시키기 위해 상하수도 등의 기반 시설을 확충하는 데에는 지리적, 환경적 및 경제적 어려움이 존재한다. 따라서, 도서 및 산간 지역의 생활 담수 접근성을 향상시킬 수 있는 실효성 있는 방안에 대한 연구 개발이 필요하다.In particular, while in urban and semi-urban areas, access to freshwater can be improved to a certain level by expanding infrastructure such as water supply and sewage systems, in island and mountainous areas, there are geographical, environmental, and economic difficulties in expanding infrastructure such as water supply and sewage systems to improve access to freshwater. Therefore, research and development on effective measures to improve access to freshwater in island and mountainous areas is necessary.

한국 등록특허공보 제10-2116458호 (2020.05.22. 등록)Korean Patent Publication No. 10-2116458 (Registered on May 22, 2020)

본 발명의 일 측면은 화학 약품을 사용하지 않고 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 환경에 무해하고 경제적이며 효과적인 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system that is environmentally friendly, economical, and effective by cleaning a reverse osmosis membrane using concentrated water without using chemicals.

본 발명의 다른 일 측면은 해상 이동형 해수 담수화 시스템의 특성상 필연적으로 발생하는 휴지기에 해수 담수화 과정에서 발생한 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 역삼투 분리막의 파울링을 효과적으로 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system capable of effectively reducing fouling of a reverse osmosis membrane by cleaning the reverse osmosis membrane using the concentrated water generated during the seawater desalination process during the downtime that inevitably occurs due to the characteristics of a marine mobile seawater desalination system.

본 발명의 또 다른 일 측면은 나노버블이 주입된 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 역삼투 분리막의 파울링을 효과적으로 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system capable of effectively reducing fouling of a reverse osmosis membrane by cleaning the reverse osmosis membrane using concentrated water injected with nanobubbles.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 쉽게 이해하는데 어려움이 없을 것이다.The subject matter of the present invention is not limited to the above-described content. Those skilled in the art to which the present invention pertains will not have difficulty easily understanding additional subjects of the present invention from the overall content of this specification.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은, 기설정된 운전시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 해수로부터 담수를 추출하는 운전 단계; 상기 운전단계 후 기설정된 휴지시간 동안 상기 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하는 휴지단계; 및 상기 운전시간 경과 후 상기 해수 담수화 시스템의 역삼투 분리막에 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정하는 세정단계를 포함한다.A method for operating a reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention comprises: an operation step of operating the reverse osmosis seawater desalination system for a preset operation time to extract fresh water from seawater; a pause step of stopping the operation of the reverse osmosis seawater desalination system for a preset pause time after the operation step; and a cleaning step of supplying concentrated water to a reverse osmosis membrane of the seawater desalination system after the operation time has elapsed to clean the reverse osmosis membrane.

상기 세정단계는, 상기 농축수가 구용된 농축수 탱크에 나노버블을 주입하는 나노버블 주입단계; 및 상기 나노버블의 주입 완료 후 상기 나노버블이 주입된 농축수를 상기 역삼투 분리막에 공급하는 농축수 공급단계를 포함할 수 있다.The above cleaning step may include a nanobubble injection step of injecting nanobubbles into a concentrated water tank in which the concentrated water is used; and a concentrated water supply step of supplying the concentrated water into which the nanobubbles have been injected to the reverse osmosis membrane after the injection of the nanobubbles is completed.

상기 나노버블은 0.3 L/min 이상의 주입 속도로 상기 농축수에 주입될 수 있다.The above nanobubbles can be injected into the concentrated water at an injection rate of 0.3 L/min or more.

상기 나노버블이 주입된 농축수는 나노버블이 포화된 농축수일 수 있다.The above nanobubble-injected concentrated water may be a nanobubble-saturated concentrated water.

상기 운전시간은 4시간 내지 12시간이고, 상기 휴지시간은 8시간 내지 24시간이며, 상기 운전시간과 상기 휴지시간은 연속적으로 교차 반복될 수 있다.The above driving time is 4 to 12 hours, the above rest time is 8 to 24 hours, and the above driving time and the above rest time can be continuously and cross-repeatedly repeated.

상기 역삼투 분리막의 세정은 상기 운전시간 경과 직후에 수행될 수 있다.Cleaning of the above reverse osmosis membrane can be performed immediately after the above operating time has elapsed.

상기 세정단계에서 50분 내지 100분의 세정 시간 동안 상기 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정할 수 있다.In the above cleaning step, the reverse osmosis membrane can be cleaned by supplying the concentrated water for a cleaning time of 50 to 100 minutes.

상기 세정단계에서 2.0 L/min 내지 4.0 L/min의 세정유속으로 상기 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정할 수 있다.In the above cleaning step, the reverse osmosis membrane can be cleaned by supplying the concentrated water at a cleaning flow rate of 2.0 L/min to 4.0 L/min.

상기 운전단계에서는 상기 해수에 40 bar 내지 80 bar의 역삼투압을 적용하여 상기 담수를 추출할 수 있다.In the above operation step, the fresh water can be extracted by applying a reverse osmosis pressure of 40 bar to 80 bar to the seawater.

상기 역삼투 해수 담수화 시스템은 해상 이동이 가능한 이동형으로 제공될 수 있다.The above reverse osmosis seawater desalination system can be provided in a mobile form that can move on the sea.

본 발명의 일 측면에 따르면 화학약품을 사용하지 않고 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 환경에 무해하고 경제적이며 효과적인 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system that is environmentally friendly, economical, and effective can be provided by cleaning a reverse osmosis membrane using concentrated water without using chemicals.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면 해상 이동형 해수 담수화 시스템의 특성상 필연적으로 발생하는 휴지기에 해수 담수화 과정에서 발생한 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 역삼투 분리막의 파울링을 효과적으로 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system can be provided in which fouling of a reverse osmosis membrane is effectively reduced by cleaning the reverse osmosis membrane using the concentrated water generated during the seawater desalination process during a downtime that inevitably occurs due to the characteristics of a marine mobile seawater desalination system.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 나노버블이 주입된 농축수를 이용하여 역삼투 분리막을 세정하므로 역삼투 분리막의 파울링을 효과적으로 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법을 제공할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system can be provided that effectively reduces fouling of a reverse osmosis membrane by cleaning the reverse osmosis membrane using concentrated water injected with nanobubbles.

본 발명의 효과는 상술한 사항에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 아래의 설명으로부터 합리적으로 유추 가능한 사항을 포함할 수 있다.The effects of the present invention are not limited to the matters described above, and may include matters that can be reasonably inferred from the following description by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs.

도 1은 실시예 1의 연속운전 및 간헐운전 조건에서의 각 NaCl 농도별 단위시간 당 생산수량(Flux)을 측정하여 표시한 도면이다.
도 2는 실시예 2의 연속운전 및 간헐운전 조건에서의 각 HA 농도별 단위시간 당 생산수량(Flux)을 측정하여 표시한 도면이다.
도 3은 실시예 2의 간헐운전 조건에서의 단위 시간당 측정된 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 도면이다.
도 4는 실시예 3의 간헐운전 시 세정시간별 단위시간 당 측정된 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 4의 간헐운전 시 세정액 및 세정시간별 단위시간 당 측정된 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 도면이다.
도 6은 실시예 5의 간헐운전 시 세정유속별 단위시간 당 생산수량(Flux)을 측정하여 표시한 도면이다.
도 7은 실시예 5의 간헐운전 조건에서의 세정유속별 단위시간 당 측정된 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 표시한 도면이다.
도 8은 실시예 6의 간헐운전 및 연속운전 조건에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 측정하여 표시한 도면이다.
도 9는 실시예 7의 단순 간헐운전, 농축수 세정을 포함하는 간헐운전 및 나노버블이 주입된 농축수 세정을 포함하는 간헐운전에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 측정하여 표시한 도면이다.
Figure 1 is a drawing showing the production amount (Flux) per unit time measured for each NaCl concentration under continuous operation and intermittent operation conditions of Example 1.
Figure 2 is a drawing showing the production quantity (Flux) per unit time measured for each HA concentration under continuous operation and intermittent operation conditions of Example 2.
Figure 3 is a diagram showing the production quantity (Flux) measured per unit time under the intermittent operation conditions of Example 2 converted into a normalized production quantity (Normalized Flux) compared to the initial production quantity (Flux).
Figure 4 is a drawing showing the production quantity (Flux) measured per unit time for each cleaning time during intermittent operation of Example 3 converted into a normalized production quantity (Normalized Flux) compared to the initial production quantity (Flux).
Figure 5 is a drawing showing the production quantity (Flux) measured per unit time for each cleaning liquid and cleaning time during intermittent operation of Example 4 converted into a normalized production quantity (Normalized Flux) compared to the initial production quantity (Flux).
Figure 6 is a drawing showing the production quantity (Flux) per unit time measured at each cleaning flow rate during intermittent operation in Example 5.
Figure 7 is a diagram showing the measured production quantity (Flux) per unit time at each cleaning flow rate under the intermittent operation conditions of Example 5 converted into a normalized production quantity (Normalized Flux) compared to the initial production quantity (Flux).
Figure 8 is a drawing showing the measured production quantity per unit time (Flux) under the intermittent operation and continuous operation conditions of Example 6.
Figure 9 is a diagram showing the measured production amount (Flux) per unit time in simple intermittent operation, intermittent operation including concentrated water cleaning, and intermittent operation including concentrated water cleaning with nanobubbles injected in Example 7.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 나노버블이 주입된 농축수를 이용한 해수 담수화용 역삼투 분리막의 파울링 저감 방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 위하여 강조되거나 과장될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of a method for reducing fouling of a reverse osmosis membrane for desalination of seawater using concentrated water injected with nanobubbles according to one aspect of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. These embodiments are provided to explain the present invention in more detail to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the shape of each element shown in the drawings may be emphasized or exaggerated for a clearer explanation.

세계 각국에서는 담수 부족 현상을 해결하기 위해 다방면에서 연구가 진행 중이며, 이 중 담수 부족 현상을 해결하기 위한 현실적으로 해수 담수화 기술에 대한 연구가 활발히 진행중이다. 특히, 도서 및 산간 지역의 경우 지리적, 환경적 및 경제적 요인으로 인하여 담수 부족 현상이 심각한 수준이지만, 현재까지 도서 및 산간 지역의 담수 부족 현상을 효과적으로 해소 가능한 해수 담수화 기술이 제시되지는 못한 실정이다.In many countries around the world, research is being conducted in various fields to solve the freshwater shortage, and among these, research on seawater desalination technology to realistically solve the freshwater shortage is actively being conducted. In particular, in the case of islands and mountainous areas, the freshwater shortage is serious due to geographical, environmental, and economic factors, but to date, no seawater desalination technology has been presented that can effectively solve the freshwater shortage in islands and mountainous areas.

해수 담수화 기술은 기본 원리에 따라 크게 증류법, 냉동법 및 막여과법 등으로 구분될 수 있다. 증류법은 열원을 이용하여 가열된 해수로부터 담수를 추출하는 방법이고, 냉동법은 해수를 냉각하여 담수를 추출하는 방법이며, 막여과법은 여과재로 분리막을 이용하여 담수를 분리 및 추출하는 방법이다.Seawater desalination technology can be broadly categorized into distillation, freezing, and membrane filtration methods based on their basic principles. Distillation is a method of extracting fresh water from heated seawater using a heat source, freezing is a method of extracting fresh water by cooling seawater, and membrane filtration is a method of separating and extracting fresh water using a membrane as a filter medium.

증류법의 경우 연구 초기 단계에서부터 제안된 해수 담수화 방안 중 하나이며, 대량생산에 유리하고, 생산수의 순도가 높은 반면, 다량의 에너지가 소비되고, 다량의 온수가 유출되는 문제점이 존재한다. 냉동법은 부식 문제가 적어 플랜트 설비에 소요되는 재료비가 상대적으로 저렴하지만, 생산수의 순도가 낮고, 다량의 에너지가 소비되는 문제점이 존재한다. 특히, 증류법과 냉동법은 대규모의 설비를 요하는 해수 담수화 방안으로 지리적 및 환경적 장애 요소가 많은 도서 및 산간 지역의 해수 담수화 플랜트로는 적합하지 않다. 반면, 막여과법은 비교적 최근에 제안된 해수 담수화 방안 중 하나로서, 생산수의 수질이 양호하고, 에너지 소비량이 낮을 뿐만 아니라, 소규모 설비로 플랜트 구축이 가능하여 도서 및 산간 지역의 담수 부족 현상을 해소 가능한 방안으로 주목받고 있다. 기술 발전에 따라 막 재질이 다양화되고 막에 형성 가능한 기공(pore)의 크기 자유도가 높아졌으며, 최적의 운전 방식이 도입되고, 처리 시설이 콤팩트화 되어 글로벌 ESG(Environmental Social and Governance) 기술로서 막여과법이 크게 주목받고 있다. 도서 및 산간 지역에서 운용 가능한 막여과법 해수 담수화 플랜트는 다양한 방식으로 운용될 수 있으며, 해당 지역에 고정 설치되어 운용되는 고정형 플랜트 또는 특허문헌 1과 같이 소형 선박 등에 의해 이동하며 운용되는 이동형 플랜트 등으로 구분되어 운용될 수 있다. Distillation is one of the seawater desalination methods proposed from the early stage of research, and it is advantageous for mass production and has high purity of produced water, but there are problems that a large amount of energy is consumed and a large amount of hot water is discharged. The freezing method has less corrosion problem and the material cost required for plant facilities is relatively low, but there are problems that the purity of produced water is low and a large amount of energy is consumed. In particular, distillation and freezing are seawater desalination methods that require large-scale facilities and are not suitable for seawater desalination plants in islands and mountainous areas with many geographical and environmental obstacles. On the other hand, membrane filtration is one of the seawater desalination methods that has been proposed relatively recently, and it is receiving attention as a method that can solve the freshwater shortage in islands and mountainous areas because the quality of produced water is good, energy consumption is low, and plants can be built with small facilities. As technology advances, membrane materials have diversified, the degree of freedom in the size of pores that can be formed in the membrane has increased, optimal operation methods have been introduced, and treatment facilities have become more compact, so membrane filtration is receiving significant attention as a global ESG (Environmental Social and Governance) technology. Membrane filtration seawater desalination plants that can be operated in islands and mountainous areas can be operated in various ways, and can be operated by being classified as a fixed plant that is fixedly installed and operated in the area, or a mobile plant that is moved and operated by a small vessel, such as in Patent Document 1.

막여과법은 분리막을 이용하여 물질을 분리하는 공정으로, 해수가 분리막을 통과하는 과정에서 해수 내의 물질 중 분리막의 기공(pore)보다 크기가 큰 물질은 분리막을 통과하지 못하고 분리막의 표면에 흡착 또는 부착될 수 있다. 해수에는 미립자, 유기 및 무기 오염물질 및 미생물 등의 부유 물질이 포함되어 있으므로, 분리막을 이용한 해수 담수화 공정 시 분리막의 표면에 흡착 또는 부착된 부유 물질에 의해 막처리 능력이 저감되는 파울링(fouling) 현상이 필연적으로 발생할 수밖에 없다. 도서 및 산간 지역에서 운용되는 막여과법 해수 담수화 플랜트 역시 경제성, 생산성 및 환경성을 확보하기 위해 파울링(fouling) 현상을 효과적으로 저감하는 것이 필요하다. 본 발명의 발명자는 도서 및 산간 지역에서 운용되는 소규모의 막여과법 해수 담수화 플랜트의 파울링(fouling) 현상을 효과적으로 저감 가능한 방안, 특히 이동형 해수 담수화 플랜트의 파울링(fouling) 현상을 효과적으로 저감 가능한 방안에 대해 심도 있는 연구를 수행한 결과 본 발명을 도출하게 되었다. Membrane filtration is a process that uses a membrane to separate substances. When seawater passes through the membrane, substances in the seawater that are larger than the pores of the membrane cannot pass through the membrane and may be adsorbed or attached to the surface of the membrane. Since seawater contains suspended solids such as fine particles, organic and inorganic pollutants, and microorganisms, fouling, which reduces the membrane treatment capacity due to suspended solids adsorbed or attached to the surface of the membrane, inevitably occurs during the seawater desalination process using a membrane. Membrane filtration seawater desalination plants operated in islands and mountainous areas also need to effectively reduce the fouling phenomenon to secure economic feasibility, productivity, and environmental friendliness. The inventor of the present invention has conducted in-depth research on a method for effectively reducing the fouling phenomenon of small-scale membrane filtration seawater desalination plants operated in islands and mountainous areas, and in particular, a method for effectively reducing the fouling phenomenon of mobile seawater desalination plants, and as a result, has derived the present invention.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 농축수 세정을 통해 역삼투 분리막의 파울링을 저감 가능한 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system capable of reducing fouling of a reverse osmosis membrane through concentrated water cleaning according to one aspect of the present invention will be described in more detail.

본 발명에 이용되는 해수 담수화 시스템은 역삼투 분리막을 이용하여 해수로부터 담수를 추출하는 역삼투 해수 담수화 시스템일 수 있으며, 해수 담수화에 이용되는 통상적인 역삼투 해수 담수화 시스템을 포함하는 개념으로 해석될 수 있다. 비제한적인 예로서, 본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템에서 유입 원수인 해수는 40 bar 내지 80 bar의 역삼투압이 적용되어 분리막을 통과할 수 있다. 본 발명에 이용되는 해수 담수화 시스템은 육상에 플랜트 시설이 구비된 고정형 해수 담수화 시스템일 수 있으나, 선박 등에 의해 플랜트 시설이 해상을 이동하며 운용되는 이동형 해수 담수화 시스템이 보다 적합할 수 있다.The seawater desalination system used in the present invention may be a reverse osmosis seawater desalination system that extracts fresh water from seawater using a reverse osmosis membrane, and may be interpreted as a concept that includes a conventional reverse osmosis seawater desalination system used for seawater desalination. As a non-limiting example, in the reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention, seawater, which is an inlet raw water, may pass through the membrane by applying a reverse osmosis pressure of 40 bar to 80 bar. The seawater desalination system used in the present invention may be a fixed seawater desalination system with a plant facility installed on land, but a mobile seawater desalination system in which the plant facility moves on the sea and is operated by a ship or the like may be more suitable.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은, 기설정된 운전시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 해수로부터 담수를 추출하는 운전단계; 상기 운전단계 후 기설정된 휴지시간 동안 상기 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하는 휴지단계; 및 상기 운전시간 경과 후 상기 해수 담수화 시스템의 역삼투 분리막에 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정하는 세정단계를 포함한다.A method for operating a reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention comprises: an operation step of operating the reverse osmosis seawater desalination system for a preset operation time to extract fresh water from seawater; a pause step of stopping the operation of the reverse osmosis seawater desalination system for a preset pause time after the operation step; and a cleaning step of supplying concentrated water to a reverse osmosis membrane of the seawater desalination system after the operation time has elapsed to clean the reverse osmosis membrane.

본 발명의 발명자의 실험 결과에 따르면, 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동 및 휴지를 반복하여 간헐적으로 담수를 추출하는 간헐운전에서의 가동 시 단위시간당 생산수량(Flux)과 역삼투 분리막에 지속적으로 해수를 공급하여 연속적으로 담수를 추출하는 연속운전에서의 가동 시 단위시간당 생산수량(Flux)을 비교하는 경우, 간헐운전에서의 가동 시 단위시간당 생산수량(Flux)이 연속운전에서의 가동 시 단위시간당 생산수량(Flux)과 대응하거나 상대적으로 다소 우수한 것을 확인할 수 있었다. According to the experimental results of the inventors of the present invention, when comparing the production quantity (flux) per unit time during intermittent operation in which fresh water is intermittently extracted by repeating operation and stop of a reverse osmosis seawater desalination system and the production quantity (flux) per unit time during continuous operation in which seawater is continuously supplied to a reverse osmosis membrane to continuously extract fresh water, it was confirmed that the production quantity (flux) per unit time during intermittent operation corresponds to or is relatively somewhat superior to the production quantity (flux) per unit time during continuous operation.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은 기설정된 운전시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 해수로부터 담수를 추출하는 운전단계 및 운전단계 후 기설정된 휴지시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하는 휴지단계를 포함하므로 파울링(fouling) 현상을 효과적으로 방지할 수 있다. An operating method of a reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention includes an operating step of operating the reverse osmosis seawater desalination system for a preset operating time to extract fresh water from seawater, and a resting step of stopping the operation of the reverse osmosis seawater desalination system for a preset rest time after the operating step, so that fouling can be effectively prevented.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방안은 운전단계 및 휴지단계를 포함하므로, 이동형 해수 담수화 시스템에 특히 적합하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 담수 공급이 필요한 제1 지역 인근에 정박하여 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 제1 지역에 담수 공급을 완료한 후 담수 공급이 필요한 제2 지역으로 이동하는 과정에서 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하고 제2 지역 인근에 정박하여 다시 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하므로 보다 효율적으로 시스템을 운용할 수 있다. The operation method of the reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention includes an operation phase and a stop phase, and thus can be particularly suitably applied to a mobile seawater desalination system. For example, the system can be operated more efficiently by stopping the operation of the reverse osmosis seawater desalination system during the process of anchoring near a first area requiring fresh water supply, operating the reverse osmosis seawater desalination system to complete the supply of fresh water to the first area, and then anchoring near the second area to operate the reverse osmosis seawater desalination system again.

운전단계 및 휴지단계는 하나의 세트를 이루어 복수의 사이클이 세트를 이루어 실행될 수 있다. 즉, 운전시간과 휴지시간이 하나의 시간 단위를 이루어 연속적으로 반복 진행되도록 역삼투 해수 담수화 시스템이 운용될 수 있다. 운전단계의 운전시간 및 휴지단계의 휴지시간은 특별히 제한되는 것은 아니며, 운용 환경에 따라 적절한 시간을 적용하여 운전시간 및 휴지시간을 선택하여 적용할 수 있다. 파울링(fouling) 현상 저감 측면에서 바람직한 운전시간 및 휴지시간은 4시간 내지 12시간 및 8시간 내지 24시간일 수 있으며, 보다 바람직한 운전시간 및 휴지시간은 6시간 내지 10시간 및 12시간 내지 20시간일 수 있다. The operation stage and the pause stage form one set, and multiple cycles can be executed as a set. That is, the reverse osmosis seawater desalination system can be operated so that the operation time and the pause time form one time unit and are continuously repeated. The operation time of the operation stage and the pause time of the pause stage are not particularly limited, and the operation time and the pause time can be selected and applied by applying an appropriate time according to the operation environment. In terms of reducing the fouling phenomenon, the preferable operation time and the pause time can be 4 to 12 hours and 8 to 24 hours, and the more preferable operation time and the pause time can be 6 to 10 hours and 12 to 20 hours.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은, 운전시간 경과 후 휴지시간 중에 역삼투 분리막에 세정수를 공급하여 분리막의 표면을 세정하는 세정단계를 포함할 수 있다. 휴지시간에 분리막 표면의 세정 작업을 진행함으로써 파울링(fouling) 현상 저감 효과를 보다 극대화할 수 있다. 세정작업은 휴지시간 중에 이루어지는 것이 바람직하며, 세정 효율성을 고려할 때 운전시간 직후에 분리막의 세정을 진행하는 것이 바람직하다.The operating method of the reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention may include a cleaning step of supplying cleaning water to the reverse osmosis membrane during a downtime after an operating time has elapsed to clean the surface of the membrane. By performing the cleaning operation on the membrane surface during the downtime, the fouling phenomenon reduction effect can be further maximized. The cleaning operation is preferably performed during the downtime, and considering the cleaning efficiency, it is preferable to perform the cleaning of the membrane immediately after the operating time.

본 발명의 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은 농축수를 이용하여 분리막을 세정할 수 있다. 런던협약은 해상형 해수 담수화 시스템의 해상 오염물 배출을 금지하므로, 화학 약품을 이용하여 해상형 해수 담수화 시스템에 적용되는 분리막을 세정하는 경우 화학 약품의 처리 및 정화에 추가 설비 및 비용이 막대하게 소요될 수밖에 없다. 한편, 해수 담수화 시스템에서 생산된 생산수(담수)를 세정수로 이용하는 경우, 화학 약품의 처리 및 정화에 따른 추가 설비 및 비용 부담은 발생하지 않지만, 최종 생산물인 생산수(담수)를 분리막의 세정에 적용함에 따라 생산성 및 경제성 측면에서 바람직하지 않다. 해수 담수화 시스템의 운용 과정에서 발생하는 농축수를 분리막의 세정에 이용되는 세정수로 사용하는 경우, 화학 약품 및 생산수(담수)의 사용에 따른 경제적 및 환경적 손실을 최소화하면서도, 생산수(담수)를 세정수로 이용한 경우와 유사한 막 세정 효과를 얻을 수 있다. The method for operating a reverse osmosis seawater desalination system according to one aspect of the present invention can clean a membrane using concentrated water. Since the London Convention prohibits the discharge of marine pollutants from a marine seawater desalination system, if a chemical agent is used to clean a membrane applied to a marine seawater desalination system, additional facilities and costs for the treatment and purification of the chemical agent are inevitably required. On the other hand, if the product water (fresh water) produced in the seawater desalination system is used as cleaning water, additional facilities and costs for the treatment and purification of the chemical agent are not incurred, but since the final product, the product water (fresh water), is applied to the cleaning of the membrane, it is not desirable in terms of productivity and economy. If the concentrated water generated during the operation of the seawater desalination system is used as cleaning water used to clean the membrane, the economic and environmental losses due to the use of chemicals and the product water (fresh water) can be minimized, while obtaining a membrane cleaning effect similar to that obtained when the product water (fresh water) is used as cleaning water.

농축수는 분리막에 공급된 해수 중 분리막을 투과하지 않고 농축된 물로서, 해수 및 증류수에 비해 염도가 높고 다량의 부유물이 포함되어 있다. 본 발명의 발명자는 농축수를 이용하여 분리막을 세정하는 경우 농축수에 포함된 염분 및 부유물 등에 의한 영향을 확인하기 위한 실험을 진행하였으며, 농축수를 이용한 분리막 세정과 증류수를 이용한 분리막 세정은 막 세정 측면에서 효과의 차이가 대동소위한 것을 확인할 수 있었다. 이론적으로 명확히 규명된 것은 아니지만, 농축수에는 다량의 부유물 및 염분이 포함되어 있으므로, 이들 성분이 분리막의 표면에 막 오염 물질과 물리적 및 화학적 반응을 일으켜 막 세정 효과 향상에 기여하는 것으로 예상된다. Concentrated water is concentrated seawater supplied to the membrane without passing through the membrane, and has a higher salinity and contains a large amount of suspended matter compared to seawater and distilled water. The inventor of the present invention conducted an experiment to confirm the influence of salt and suspended matter contained in the concentrated water when cleaning a membrane using the concentrated water, and was able to confirm that there was a similar difference in the membrane cleaning effect between membrane cleaning using the concentrated water and membrane cleaning using distilled water. Although it has not been clearly identified theoretically, since the concentrated water contains a large amount of suspended matter and salt, it is expected that these components cause physical and chemical reactions with membrane contaminants on the surface of the membrane, thereby contributing to the improvement of the membrane cleaning effect.

막 세정 효과를 고려할 때 바람직한 농축수 공급 시간은 50분 이상일 수 있으며, 보다 바람직한 농축수 공급 시간은 60분 이상일 수 있다. 다만, 장시간 농축수를 공급하는 경우 농축수 내에 포함된 부유물질에 의한 분리막 표면 오염이 우려되므로 농축수 공급 시간은 100분 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 농축수 공급 시간은 90분 이하일 수 있다. 농축수를 이용한 분리막 세정 시 농축수의 공급 유속(세정유속)이 증가함에 따라 막 세정 효과도 향상되는 경향을 나타내다. 다만, 세정유속이 증가함에 따라 역삼투 해수 담수화 시스템의 에너지 소모량이 증가하게 되며, 세정유속이 일정 수준에 도달하는 경우 세정유속이 증가하더라도 막 세정 효과는 수렴하는 경향을 나타내므로, 적정 세정유속으로 농축수를 공급하는 것이 바람직하다. 막 세정 효과 및 경제성 측면에서 바람직한 세정유속은 2.0 L/min 내지 4.0 L/min일 수 있으며, 2.5 L/min 내지 3.5 L/min의 세정유속이 보다 바람직할 수 있다.Considering the membrane cleaning effect, the preferable concentrated water supply time may be 50 minutes or longer, and the more preferable concentrated water supply time may be 60 minutes or longer. However, if the concentrated water is supplied for a long period of time, there is a concern about membrane surface contamination by floating substances contained in the concentrated water, so the concentrated water supply time is preferably 100 minutes or shorter, and the more preferable concentrated water supply time may be 90 minutes or shorter. When cleaning the membrane using concentrated water, the membrane cleaning effect tends to improve as the supply flow rate (cleaning flow rate) of the concentrated water increases. However, as the cleaning flow rate increases, the energy consumption of the reverse osmosis seawater desalination system increases, and when the cleaning flow rate reaches a certain level, the membrane cleaning effect tends to converge even if the cleaning flow rate increases, so it is preferable to supply the concentrated water at an appropriate cleaning flow rate. In terms of the membrane cleaning effect and economic efficiency, the preferable cleaning flow rate may be 2.0 L/min to 4.0 L/min, and a cleaning flow rate of 2.5 L/min to 3.5 L/min may be more preferable.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법은 나노버블이 주입된 농축수를 세정수로 이용할 수 있다. 본 발명의 발명자는 세정수로 농축수를 사용하되, 화학 약품을 사용하지 않으면서도 막 세정 효과를 더욱 높일 수 있는 방안에 대해 심도 있는 연구를 진행하였으며, 나노버블이 주입된 농축수를 이용하여 분리막의 세정을 진행하는 경우 보다 우수한 파울링(fouling) 저감 효과를 확보할 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다. According to another aspect of the present invention, a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system can use concentrated water injected with nanobubbles as cleaning water. The inventor of the present invention has conducted in-depth research on a method for further enhancing the membrane cleaning effect while using concentrated water as cleaning water without using chemicals, and has experimentally confirmed that a superior fouling reduction effect can be secured when cleaning a separation membrane using concentrated water injected with nanobubbles.

일 예로서, 농축수가 수용된 농축수 탱크의 일측에는 나노버블 주입장치가 구비되며, 나노버블 주입장치에서 생성된 나노버블은 농축수 탱크 내에 수용된 농축수에 직접적으로 주입될 수 있다. 나노버블 주입장치는 운전시간의 종료 시점에 임박하여 농축수 탱크에 나노버블의 주입을 시작하며, 휴지시간의 시작 또는 역삼투막의 세정 중에 나노버블의 주입을 완료할 수 있다. 경제성 및 세정 효율을 고려하여 나노버블은 0.3 L/min 이상의 주입 속도로 농축수에 주입될 수 있으며, 나노버블이 주입된 농축수는 포화 상태까지 나노버블이 주입된 농축수를 의미할 수 있다. 나노버블 주입장치는 노즐 설계에 따라 나노버블 주입속도 및 나노버블 주입 시간 등이 여러 가지 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 위에서 설명하는 나노버블 주입장치의 운전방법에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 나노버블을 주입하기 위해 각별한 기술적 어려움 없이 적용 가능한 기술적 수단을 모두 포함하는 것으로 해석하는 것이 바람직하다.As an example, a nanobubble injection device is provided on one side of a concentrated water tank containing concentrated water, and nanobubbles generated by the nanobubble injection device can be directly injected into the concentrated water contained in the concentrated water tank. The nanobubble injection device starts injecting nanobubbles into the concentrated water tank when the end of the operating time is imminent, and can complete the injection of nanobubbles at the start of the downtime or during the cleaning of the reverse osmosis membrane. Considering economic feasibility and cleaning efficiency, nanobubbles can be injected into the concentrated water at an injection rate of 0.3 L/min or more, and the concentrated water into which nanobubbles are injected can mean concentrated water into which nanobubbles are injected up to a saturation state. Since the nanobubble injection device can be modified in various ways, such as the nanobubble injection rate and nanobubble injection time, depending on the nozzle design, the scope of the present invention is not limited to the operating method of the nanobubble injection device described above, and it is preferable to interpret it as including all technical means that can be applied by a person skilled in the art to which the present invention belongs without special technical difficulty to inject nanobubbles.

나노버블이 주입된 농축수를 이용하여 분리막의 세정을 실시하는 경우, 농축수에 포함된 부유물과 나노버블의 동시 작용에 의해 분리막 표면에 부착 및 흡착된 막 오염 물질을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.When cleaning a membrane using concentrated water injected with nanobubbles, membrane contaminants attached to and adsorbed on the membrane surface can be more effectively removed by the simultaneous action of the nanobubbles and floating substances contained in the concentrated water.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 일 측면에 따른 농축수를 이용한 해수 담수화용 역삼투 분리막의 파울링 저감 방법을 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 설명을 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 제한되는 것은 아님에 유의할 필요가 있다.Hereinafter, a method for reducing fouling of a reverse osmosis membrane for seawater desalination using concentrated water according to one aspect of the present invention will be described in more detail through examples. The following examples are provided to help explain the present invention, and it should be noted that the scope of the present invention is not limited to the following examples.

(실험예 1)(Experimental Example 1)

역삼투 분리막을 이용한 해수 담수화 공정에 있어서 연속운전과 간헐운전 시 염도 변화에 따른 생산수량(Flux) 변화량을 실험실 규모에서 평가하였다. 해상이동형 해수 담수화 시스템은 여러 지역을 이동하며 해수 담수화 처리를 실시하므로, 해수 담수화 시스템으로 유입되는 해수의 농도가 상이할 수 있으므로, 염도 변화에 따른 생산수량(Flux)의 변화량을 확인하기 위해 다양한 NaCl 농도에서의 연속운전 및 간헐운전 시의 생산수량(Flux) 변화를 평가하였다. In a seawater desalination process using a reverse osmosis membrane, the change in the production amount (Flux) according to salinity change during continuous and intermittent operation was evaluated in a laboratory scale. Since the marine mobile seawater desalination system moves to various regions to perform seawater desalination treatment, the concentration of seawater flowing into the seawater desalination system may be different. Therefore, in order to confirm the change in the production amount (Flux) according to salinity change, the change in the production amount (Flux) during continuous and intermittent operation at various NaCl concentrations was evaluated.

역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW20ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였다. 순수에 NaCl을 각각 5,000 mg/L, 15,000 mg/L, 25,000 mg/L, 35,000 mg/L, 45,000 mg/L 및 55,5000 mg/L의 농도로 용해하여 유입수를 제조하였으며, 이 때 NaCl은 삼전순약공업주식회사의 CAS No. 7647-14-5를 사용하였다. 표 1에 기재된 바와 같이 연속운전 조건과 간헐운전 조건을 각각 적용하여 역삼투 분리막을 이용한 해수 담수화 공정을 운영하였다. 각 운전 조건에서 생산수량(Flux)을 측정하여 그 결과를 도 1에 도시하였다. 생산수량(Flux)은 '막여과 정수시설의 설치기준'에 의거하여 여과수량을 측정한 후 측정된 여과수량을 생산수량(Flux)으로 변환하여 계산하였다. 연속운전은 60 bar의 역삼투압을 지속적으로 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 3일 동안 진행하였다. 간헐운전은 8시간 가동 및 16시간 휴지를 반복하여 3일간 진행하였으며, 간헐운전의 가동 시에는 연속운전과 마찬가지로 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW20ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm. The influent was prepared by dissolving NaCl in pure water at concentrations of 5,000 mg/L, 15,000 mg/L, 25,000 mg/L, 35,000 mg/L, 45,000 mg/L, and 55,5000 mg/L, and NaCl (CAS No. 7647-14-5 of Samjeon Pure Chemical Industry Co., Ltd.) was used. The seawater desalination process using the reverse osmosis membrane was operated under continuous and intermittent operation conditions, as described in Table 1. The production amount (Flux) was measured under each operation condition, and the results are shown in Fig. 1. The production amount (Flux) was calculated by measuring the filtered amount according to the 'Installation Standards for Membrane Filtration Water Treatment Facilities' and converting the measured filtered amount into the production amount (Flux). Continuous operation was performed for 3 days at a cross flow rate of 1.0 L/min by continuously applying 60 bar of reverse osmosis pressure. Intermittent operation was performed for 3 days by repeating 8 hours of operation and 16 hours of rest. During intermittent operation, 60 bar of reverse osmosis pressure was applied as in continuous operation and a cross flow rate of 1.0 L/min was performed.

NaCl
농도
변화
시험
NaCl
density
change
test
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
가동 조건Operating conditions NaCl 농도
(mg/L)
NaCl concentration
(mg/L)
33 1.01.0 6060 연속운전
(Continuous)
Continuous driving
(Continuous)
5,0005,000
15,00015,000 25,00025,000 35,00035,000 45,00045,000 55,00055,000 간헐운전
(Intermittent)
Intermittent operation
(Intermittent)
5,0005,000
15,00015,000 25,00025,000 35,00035,000 45,00045,000 55,00055,000

도 1에 도시된 바와 같이, 연속운전과 간헐운전의 가동시간 당 생산수량(Flux)을 비교하는 경우, 16시간의 휴지기를 적용하는 간헐운전의 경우 휴지기를 적용하지 않는 연속운전에 비해 대등하거나 더 높은 생산수량(Flux)을 확보하는 것을 확인할 수 있다. 또한, NaCl의 농도와 무관하게 간헐운전이 연속운전에 비해 대등하거나 더 높은 가동시간 당 생산수량(Flux)을 확보하며, 해수의 평균 염도와 유사한 35,000 mg/L의 NaCl 농도에 있어서도 간헐운전이 연속운전에 비해 대등하거나 더 높은 가동시간 당 생산수량(Flux)을 확보하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실제 담수화 플랜트 운영 시 간헐운전을 적용하는 경우 연속운전을 적용하는 경우에 비해 대등하거나 더 높은 가동시간 당 생산수량(Flux)을 확보할 수 있으며, 이와 같은 기술적 이점은 해수의 염도와 무관하게 확보 가능하다는 점을 용이하게 유추할 수 있다.As illustrated in Fig. 1, when comparing the production volume (Flux) per operating hour of continuous operation and intermittent operation, it can be confirmed that intermittent operation with a 16-hour rest period secures a production volume (Flux) equivalent to or higher than continuous operation without a rest period. In addition, regardless of the NaCl concentration, intermittent operation secures a production volume (Flux) equivalent to or higher than continuous operation, and even at a NaCl concentration of 35,000 mg/L, which is similar to the average salinity of seawater, it can be confirmed that intermittent operation secures a production volume (Flux) equivalent to or higher than continuous operation. Therefore, it can be easily inferred that when intermittent operation is applied in actual desalination plant operation, a production volume (Flux) equivalent to or higher than when continuous operation is applied can be secured, and that such technical advantage can be secured regardless of the salinity of seawater.

(실험예 2)(Experimental Example 2)

역삼투 분리막을 이용한 해수 담수화 공정에 있어서 연속운전과 간헐운전 시 휴믹산(HA, humic acid) 농도에 따른 생산수량(Flux) 변화량을 실험실 규모에서 평가하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW20ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였다. 순수에 휴믹산(HA, humic acid)을 각각 1.0 mg/L, 3.0 mg/L 및 5.0 mg/L의 농도로 용해하여 유입수를 제조하였으며, 이 때 휴믹산(HA, humic acid)은 Sigma-Aldrich사의 CAS No. 7647-14-5를 사용하였다. 유입수 내 유기물의 양에 따른 분리막 오염 양상을 보다 자세히 확인하기 위해, 각각의 유입수가 동일한 35,000 mg/L의 NaCl 농도를 만족하도록 휴믹산(HA, humic acid)가 첨가된 유입수에 NaCl을 추가적으로 첨가하였다. 이 때 NaCl은 삼전순약공업주식회사의 CAS NO. 7647-14-5를 사용하였다. 표 2에 기재된 바와 같이 연속운전 조건과 간헐운전 조건을 각각 적용하여 역삼투 분리막 공정을 운영하였다. 각 운전 조건에서 생산수량(Flux)을 측정하여 그 결과를 도 2에 도시하였다. 도 3은 간헐운전 조건에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 결과이다. 연속운전은 60 bar의 역삼투압을 지속적으로 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 3일 동안 진행하였다. 간헐운전은 8시간 가동 및 16시간 휴지를 반복하여 3일간 진행하였으며, 간헐운전의 가동 시에는 연속운전과 마찬가지로 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다.In a seawater desalination process using a reverse osmosis membrane, the change in production volume (Flux) according to the concentration of humic acid (HA) during continuous and intermittent operation was evaluated in a laboratory scale. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW20ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm × 9.1 cm. The influent was prepared by dissolving humic acid (HA) in pure water at concentrations of 1.0 mg/L, 3.0 mg/L, and 5.0 mg/L, and the humic acid (HA) used was CAS No. 7647-14-5 from Sigma-Aldrich. To examine in more detail the membrane fouling pattern according to the amount of organic matter in the influent, NaCl was additionally added to the influent containing humic acid (HA) so that each influent satisfied the same NaCl concentration of 35,000 mg/L. At this time, NaCl (CAS NO. 7647-14-5 of Samjeon Pure Chemical Industry Co., Ltd.) was used. The reverse osmosis membrane process was operated under continuous and intermittent operation conditions, as described in Table 2. The production amount (Flux) was measured under each operation condition, and the results are shown in Fig. 2. Fig. 3 shows the results of converting the production amount (Flux) per unit time under the intermittent operation condition into the normalized production amount (Normalized Flux) versus the initial production amount (Flux). Continuous operation was performed for 3 days at a cross flow rate of 1.0 L/min by continuously applying a reverse osmosis pressure of 60 bar. Intermittent operation was performed for 3 days by repeating 8-hour operation and 16-hour rest. During intermittent operation, reverse osmosis pressure of 60 bar was applied and flow rate of 1.0 L/min (cross flow rate) was performed as in continuous operation.

휴믹산
농도
변화
시험
Humic acid
density
change
test
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
NaCl
농도
(mg/L)
NaCl
density
(mg/L)
가동 조건Operating conditions HA 농도
(mg/L)
HA concentration
(mg/L)
33 1.01.0 6060 35,00035,000 연속운전
(Continuous)
Continuous driving
(Continuous)
1.01.0
3.03.0 5.05.0 간헐운전
(Intermittent)
Intermittent operation
(Intermittent)
1.01.0
3.03.0 5.05.0

도 2에 도시된 바와 같이, 16시간의 휴지기를 적용하는 간헐운전의 경우 휴지기를 적용하지 않는 연속운전에 비해 더 높은 가동시간 당 생산수량(Flux)을 확보하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 휴믹산(HA, humic acid) 농도에서 간헐운전이 연속운전에 비해 대등하거나 더 높은 가동시간 당 생산수량(Flux)을 확보하는 것을 확인할 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 휴믹산(HA, humic acid)의 농도에 따른 간헐운전에서의 생산수량(Flux) 감소 경향은 가동 및 휴지 사이클을 거듭할수록 차이가 크게 나타나므로, 유입수 내 염분 농도에 비해 유입수 내 유기물의 양이 간헐운전 적용 시 생산수량(Flux)에 미치는 영향이 더 큰 것을 확인할 수 있다.As illustrated in Fig. 2, it can be confirmed that in the case of intermittent operation applying a 16-hour rest period, a higher production amount (Flux) per operating hour is secured compared to continuous operation without applying a rest period. In addition, it can be confirmed that in the case of the same humic acid (HA) concentration, intermittent operation secures a production amount (Flux) per operating hour that is equivalent to or higher than continuous operation. Meanwhile, as illustrated in Fig. 3, the decrease in the production amount (Flux) in intermittent operation according to the concentration of humic acid (HA) shows a large difference as the operation and rest cycles are repeated, and therefore, it can be confirmed that the amount of organic matter in the influent has a greater effect on the production amount (Flux) when applying intermittent operation than the salt concentration in the influent.

(실험예 3)(Experimental Example 3)

간헐운전 시 휴지기에 농축수를 이용하여 세정을 진행하는 경우의 효과를 확인하기 위해 농축수를 이용한 세정 시 세정 시간에 따른 생산수량(Flux) 변화량을 실험실 규모에서 평가하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW20ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였다. 실제 해수를 사용하여 8시간 동안 가동한 후 16시간 동안 가동을 중단(휴지)하는 간헐운전을 3일간 반복 진행하였다. 가동 시 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였으며, 가동 종료 후 3.0 L/min의 세정 유속(flushing flow rate)으로 표 3에 기재된 바와 같이 0분, 10분, 20분, 30분, 60분, 90분 및 120분의 세정 시간 동안 농축수를 공급하여 각각 분리막 세정을 실시하여 가동 및 휴지를 반복하였다. 0분의 세정시간은 분리막 세정을 실시하지 않은 경우를 의미한다. 이 때 사용된 농축수는 4.5%의 염분농도를 가지며, 25℃의 온도로 유지되는 농축수를 이용하였다. 각 세정 조건에서의 생산수량(Flux)을 측정하였으며, 도 4는 각 조건에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 결과이다. In order to verify the effect of performing flushing using concentrated water during the idle period during intermittent operation, the change in production volume (Flux) according to the flushing time during flushing using concentrated water was evaluated on a laboratory scale. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW20ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm. Intermittent operation was repeated for 3 days, with actual seawater used for 8 hours of operation and 16 hours of stoppage (rest). During operation, a reverse osmosis pressure of 60 bar was applied and the system was operated at a cross flow rate of 1 L/min, and after the operation was terminated, the concentrated water was supplied for flushing times of 0, 10, 20, 30, 60, 90, and 120 minutes at a flushing flow rate of 3.0 L/min, as shown in Table 3, to perform membrane cleaning, and operation and rest were repeated. A cleaning time of 0 minutes means that no membrane cleaning was performed. The concentrated water used at this time had a salt concentration of 4.5% and was concentrated water maintained at a temperature of 25℃. The production amount (Flux) under each cleaning condition was measured, and Fig. 4 shows the result of converting the production amount (Flux) per unit time under each condition into the normalized production amount (Normalized Flux) compared to the initial production amount (Flux).

가동
조건
behavior
condition
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
세정 유속
(L/min)
Washing flow rate
(L/min)
세정 시간
(min)
Cleaning time
(min)
간헐운전
(intermittent)

8시간 가동/
16시간 휴지
Intermittent operation
(intermittent)

8 hours of operation/
16 hours of rest
33 1.01.0 6060 3.03.0 00
1010 2020 3030 6060 9090 120120

도 4에 도시된 바와 같이, 농축수를 이용하여 세정을 적용한 경우가 세정을 적용하지 않은 경우에 비해 생산수량(Flux) 감소 경향이 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 세정시간이 증가함에 따라 생산수량(Flux) 감소 경향이 작아지는 양상을 보이며, 60분 및 90분의 세정시간을 적용한 경우 가장 우수한 생산수량(Flux)이 확보되는 것을 확인할 수 있다. 다만, 세정시간이 90분을 초과하는 경우, 장시간 세정을 진행함에도 불구하고 오히려 생산수량(Flux)이 확연히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 간헐운전 시 농축수를 이용하여 적정 시간 분리막 세정을 진행하는 경우 생산수량(Flux)의 감소 경향을 효과적으로 완화시킬 수 있는 반면, 과도하게 장시간 동안 농축수를 이용하여 분리막 세정을 진행하는 경우 농축수에 포함된 오염물질이 분리막 표면에 흡착되어 오히려 생산수량(Flux)의 감소 경향을 증가시키는 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 4, it can be confirmed that the decrease in the production quantity (Flux) is smaller in the case where cleaning is applied using concentrated water compared to the case where cleaning is not applied. In addition, it can be confirmed that the decrease in the production quantity (Flux) becomes smaller as the cleaning time increases, and the best production quantity (Flux) is secured when cleaning times of 60 and 90 minutes are applied. However, when the cleaning time exceeds 90 minutes, it can be confirmed that the production quantity (Flux) is significantly reduced despite the long-term cleaning. In other words, when the membrane is cleaned for an appropriate amount of time using concentrated water during intermittent operation, the decrease in the production quantity (Flux) can be effectively alleviated, whereas when the membrane is cleaned for an excessively long period of time using concentrated water, the contaminants contained in the concentrated water are adsorbed to the membrane surface, which increases the decrease in the production quantity (Flux).

(실험예 4)(Experimental Example 4)

간헐운전 시 휴지기의 분리막 세정에 있어서, 세정액의 종류에 따른 분리막 세정 효과를 확인하기 위해 농축수를 이용한 분리막 세정 및 증류수를 이용한 분리막 세정의 생산수량(Flux) 변화량을 실험실 규모에서 평가하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW20ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였다. 실제 해수를 사용하여 8시간 동안 가동한 후 16시간 동안 가동을 중단(휴지)하는 간헐운전을 3일간 반복 진행하였다. 가동 시 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였으며, 가동 종료 후 3.0 L/min의 세정 유속(flushing flow rate)으로 표 4에 기재된 바와 같이 농축수 및 증류수를 각각 60분 및 90분의 세정 시간 동안 공급하여 분리막 세정을 실시하여 가동 및 휴지를 반복하였다. 이 때 사용된 농축수는 4.5%의 염분 농도를 가지며, 농축수 및 증류수는 25℃의 온도로 유지되는 조건에서 공급되었다. 각 세정 조건에서의 생산수량(Flux)을 측정하였으며, 도 5는 각 조건에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 결과이다.In order to confirm the membrane cleaning effect according to the type of cleaning liquid in the membrane cleaning of the idle period during intermittent operation, the change in production amount (Flux) of membrane cleaning using concentrated water and membrane cleaning using distilled water was evaluated on a laboratory scale. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW20ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm. Intermittent operation was repeated for 3 days, with actual seawater used for 8 hours of operation and 16 hours of stoppage (stop). During operation, a reverse osmosis pressure of 60 bar was applied and the process was conducted at a cross flow rate of 1 L/min, and after the operation was terminated, concentrated water and distilled water were supplied for 60 minutes and 90 minutes, respectively, as described in Table 4, at a flushing flow rate of 3.0 L/min to perform membrane cleaning, and operation and stoppage were repeated. The concentrated water used at this time had a salt concentration of 4.5%, and the concentrated water and distilled water were supplied under conditions where the temperature was maintained at 25℃. The production amount (Flux) under each cleaning condition was measured, and Fig. 5 shows the result of converting the production amount (Flux) per unit time under each condition into a normalized production amount (Normalized Flux) compared to the initial production amount (Flux).

가동
조건
behavior
condition
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
세정 유속
(L/min)
Washing flow rate
(L/min)
세정액Detergent 세정 시간
(min)
Cleaning time
(min)
간헐운전
(intermittent)
8시간 가동/
16시간 휴지
Intermittent operation
(intermittent)
8 hours of operation/
16 hours of rest
33 1.01.0 6060 3.03.0 증류수Distilled water 6060
9090 농축수Concentrated water 6060 9090

도 5에 도시된 바와 같이, 초기(1일차) 날의 생산수량(Flux) 감소량은 증류수와 농축수 두 가지 조건의 차이가 미비하게 나타났으나, 시간이 경과할수록(2일 및 3일차) 생산수량(Flux)의 감소 경향에 있어서 점진적으로 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 60분의 세정 시간을 적용하는 경우 증류수를 이용하는 세정이 농축수를 이용하는 세정에 비해 생산수량(Flux) 감소를 다소 억제하였으며, 90분의 세정 시간을 적용하는 경우 농축수를 이용하는 세정이 증류수를 이용하는 세정에 비해 생산수량(Flux) 감소를 보다 억제하는 것을 확인할 수 있다. As shown in Fig. 5, the decrease in the production amount (Flux) on the initial day (Day 1) showed little difference between the two conditions of distilled water and concentrated water, but as time passed (Days 2 and 3), it could be confirmed that there was a gradual difference in the decrease trend of the production amount (Flux). When a cleaning time of 60 minutes was applied, cleaning using distilled water somewhat suppressed the decrease in the production amount (Flux) compared to cleaning using concentrated water, and when a cleaning time of 90 minutes was applied, it could be confirmed that cleaning using concentrated water suppressed the decrease in the production amount (Flux) more compared to cleaning using distilled water.

(실시예 5)(Example 5)

간헐운전 시 농축수를 이용한 휴지기의 분리막 세정에 있어서, 세정 유속(flushing flow rate)에 따른 분리막 세정 효과를 확인하기 위해 농축수를 이용한 세정 시 세정 유속(flushing flow rate)에 따른 생산수량(Flux) 변화량을 실험실 규모에서 평가하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW20ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였다. 실제 해수를 사용하여 8시간 동안 가동한 후 16시간 동안 가동을 중단(휴지)하는 간헐운전을 3일간 반복 진행하였으며, 비교를 위해 실제 해수를 사용하여 3일간 연속운전을 진행하였다. 간헐운전의 가동 시에는 연속운전과 마찬가지로 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였으며, 연속운전 시에는 60 bar의 역삼투압을 지속적으로 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다. 표 5에 기재된 바와 같이 간헐운전 시 가동 종료 후 60분 동안 농축수를 이용한 분리막 세정을 실시하였으며, 0 L/min, 1.0 L/min, 3.0 L/min 및 5.0 L/min의 세정 유속(flushing flow rate)를 각각 적용하였다. O L/min의 세정 유속(flushing flow rate)는 간헐운전의 가동 종료 후 농축수 세정을 실시하지 않은 경우를 의미한다. 이 때 사용된 농축수는 4.5%의 염분 농도를 가지며, 농축수 및 증류수는 25℃의 온도로 유지되는 조건에서 공급되었다. 각 세정 조건에서의 생산수량(Flux)을 측정하여 그 결과를 도 6에 도시하였다. 도 7은 간헐운전 조건에서의 단위시간 당 생산수량(Flux)을 초기 생산수량(Flux) 대비 정규화된 생산수량(Normalized Flux)으로 전환하여 도시한 결과이다.In order to confirm the membrane cleaning effect according to the flushing flow rate in the membrane cleaning of the idle period using concentrated water during intermittent operation, the change in the production amount (Flux) according to the flushing flow rate during cleaning using concentrated water was evaluated on a laboratory scale. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW20ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm. Intermittent operation, in which actual seawater was used for 8 hours of operation and then 16 hours of stoppage (idle), was repeated for 3 days, and continuous operation was also performed for 3 days using actual seawater for comparison. During intermittent operation, a reverse osmosis pressure of 60 bar was applied and the operation was performed at a cross flow rate of 1.0 L/min, as in continuous operation. During continuous operation, a reverse osmosis pressure of 60 bar was continuously applied and the operation was performed at a cross flow rate of 1.0 L/min. As shown in Table 5, membrane cleaning using concentrated water was performed for 60 minutes after the end of intermittent operation, and flushing flow rates of 0 L/min, 1.0 L/min, 3.0 L/min, and 5.0 L/min were applied, respectively. A flushing flow rate of 0 L/min indicates that concentrated water cleaning was not performed after the end of intermittent operation. The concentrated water used at this time had a salt concentration of 4.5%, and the concentrated water and distilled water were supplied under conditions maintained at a temperature of 25℃. The production amount (Flux) under each cleaning condition was measured, and the results are shown in Fig. 6. Figure 7 shows the result of converting the production quantity per unit time (Flux) under intermittent operation conditions into the normalized production quantity (Normalized Flux) compared to the initial production quantity (Flux).

가동
조건
behavior
condition
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
세정 시간
(min)
Cleaning time
(min)
세정액Detergent 세정 유속
(L/min)
Washing flow rate
(L/min)
간헐운전
(intermittent)
8시간 가동/
16시간 휴지
Intermittent operation
(intermittent)
8 hours of operation/
16 hours of rest
33 1.01.0 6060 6060 농축수Concentrated water 00
1.01.0 3.03.0 5.05.0 연속운전
(continuous)
Continuous driving
(continuous)
-- -- --

도 6에 나타난 바와 같이, 연속운전 조건에서의 생산수량(Flux) 감소량이 간헐운전 조건에서의 생산수량(Flux) 감소량보다 더 큰 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7에 나타난 바와 같이, 간헐운전 시 농축수 세정을 실시하는 경우가 농축수 세정을 실시하지 않은 경우에 비해 생산수량(Flux)의 감소량이 더 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 세정 유속(flushing flow rate)가 증가할수록 생산수량(Flux)의 감소량이 더 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 다만, 세정 유속(flushing flow rate)의 변화량에 비해 생산수량(Flux) 감소량의 변화량은 미미한 차이이므로, 에너지 효율 측면에서 과도하게 높은 세정 유속(flushing flow rate)을 적용하는 것을 불필요한 것으로 예상된다.As shown in Fig. 6, it can be confirmed that the decrease in the production amount (Flux) under continuous operation conditions is greater than the decrease in the production amount (Flux) under intermittent operation conditions. In addition, as shown in Fig. 7, it can be confirmed that the decrease in the production amount (Flux) is lower in the case where concentrated water flushing is performed during intermittent operation compared to the case where concentrated water flushing is not performed, and it can be confirmed that the decrease in the production amount (Flux) is lower as the flushing flow rate increases. However, since the change in the decrease in the production amount (Flux) is minimal compared to the change in the flushing flow rate, it is expected that it is unnecessary to apply an excessively high flushing flow rate in terms of energy efficiency.

(실험예 6)(Experimental Example 6)

실제 담수화 플랜트에서의 간헐운전의 효과를 확인하기 위해, 플랜트 규모에서 표 6의 조건으로 연속운전 및 간헐운전을 실시하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW30XLE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였으며, 실제 해수를 사용하여 실험을 진행하였다. 연속운전은 60 bar의 역삼투압을 지속적으로 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다. 간헐운전은 8시간 가동 및 16시간 휴지를 반복하여 5일간 진행하였으며, 간헐운전의 가동 시에는 연속운전과 마찬가지로 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다. 간헐운전은 가동 직후 60분간 농축수 세정을 실시하는 조건과 농축수 세정을 실시하지 않는 조건을 적용하였으며, 농축수 세정 시 4.5%의 염분 농도를 가지며 25℃로 유지된 농축수를 3.0 L/min의 세정 유속(flushing flow rate)으로 공급하여 분리막 세정을 진행하였다. 각 운전 조건에서의 생산수량(Flux)을 측정하여 그 결과를 도 8에 도시하였다.To verify the effect of intermittent operation in an actual desalination plant, continuous and intermittent operations were performed on a plant scale under the conditions of Table 6. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW30XLE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm, and the experiment was conducted using actual seawater. Continuous operation was performed at a cross flow rate of 1.0 L/min while continuously applying a reverse osmosis pressure of 60 bar. Intermittent operation was performed for 5 days by repeating 8-hour operation and 16-hour rest periods. During intermittent operation, a reverse osmosis pressure of 60 bar was applied as in continuous operation and a cross flow rate of 1.0 L/min was performed. Intermittent operation applied the conditions of performing concentrated water cleaning for 60 minutes immediately after operation and the conditions of not performing concentrated water cleaning. During concentrated water cleaning, concentrated water with a salt concentration of 4.5% and maintained at 25℃ was supplied at a flushing flow rate of 3.0 L/min to clean the membrane. The production amount (Flux) under each operating condition was measured and the results are shown in Fig. 8.

가동
조건
behavior
condition
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
세정 시간
(min)
Cleaning time
(min)
세정액Detergent 세정 유속
(L/min)
Washing flow rate
(L/min)
간헐운전
(intermittent)
8시간 가동/
16시간 휴지
Intermittent operation
(intermittent)
8 hours of operation/
16 hours of rest
55 1.01.0 6060 6060 농축수Concentrated water 3.03.0
-- -- 연속운전
(continuous)
Continuous driving
(continuous)
33 -- -- --

도 8에 도시된 바와 같이, 플랜트 규모에서도 간헐운전이 연속운전에 비해 생산수량(Flux) 감소 경향이 작게 나타났으며, 간헐운전 시 농축수 세정을 실시하는 경우가 농축수 세정을 실시하지 않는 경우에 비해 생산수량(Flux) 감소 경향이 더욱 작게 나타난 것을 확인할 수 있다. 연속운전 시 실제 해수에 존재하는 입자성 물질을 포함한 유기물질들이 집합체(aggregation)를 이루어 역삼투 분리막의 표면에 젤-케이크층(gel-cake layer)을 형성하므로 생산수량(Flux)이 현저히 감소하는 반면, 특히 농축수 세정을 실시하는 간헐운전의 경우, 이와 같은 젤-케이크층(gel-cake layer)의 형성을 효과적으로 억제하여 생산수량(Flux)의 감소를 효과적으로 방지하는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 8, even at the plant scale, intermittent operation showed a smaller tendency to decrease in the production amount (Flux) than continuous operation, and it can be confirmed that the tendency to decrease in the production amount (Flux) was even smaller in the case of performing concentrated water washing during intermittent operation than in the case of not performing concentrated water washing. During continuous operation, organic substances including particulate matter present in actual seawater form aggregates to form a gel-cake layer on the surface of the reverse osmosis membrane, which significantly decreases the production amount (Flux), whereas intermittent operation, especially performing concentrated water washing, effectively suppresses the formation of such gel-cake layer, thereby effectively preventing the decrease in the production amount (Flux).

(실험예 7) (Experimental Example 7)

간헐운전 시 나노버블을 주입한 농축수를 이용하여 분리막 세정을 실시하는 경우의 생산수량(Flux) 감소 억제 효과를 확인하기 위해 실험실 규모의 실험을 진행하였다. 역삼투 분리막은 FilmTec사의 SW30ULE-400i (11,000 GPD)를 14.1 cm * 9.1 cm의 크기로 가용하여 사용하였으며, 유입수는 인천 영종도 부근에서 채취한 해수를 이용하였다. 실험에 이용된 해수의 성분은 아래의 표 7에 기재된 바와 같다. 표 8에 기재된 바와 같이, 단순 간헐운전, 농축수 세정을 포함하는 간헐운전 및 나노버블이 주입된 농축수 세정을 포함하는 간헐운전의 세 가지 조건에서 역삼투 분리막 공정을 운영하였으며, 각각의 조건에서 측정된 단위시간 당 생산수량(Flux)을 도 9에 도시하였다. 간헐운전은 8시간 가동 및 16시간 휴지를 반복하여 9일간 진행하였으며, 간헐운전의 가동 시 60 bar의 역삼투압을 적용하여 1.0 L/min의 유속(cross flow rate)으로 진행하였다. 농축수를 이용한 세정 및 나노버블이 주입된 농축수를 이용한 분리막 세정은 가동 종료 후 60분간 3.0 L/min의 세정 유속(flushing flow rate)으로 농축수 및 나노버블이 주입된 농축수를 공급하여 진행하였다. 농축수가 수용된 농축수 탱크에 5분간 나노버블을 0.4 내지 0.5 L/min의 주입 속도로 주입하여 나노버블을 포화시킨 후 60분간 나노버블이 주입된 농축수를 분리막에 공급하여 분리막 세정을 진행하였다.A laboratory-scale experiment was conducted to verify the effect of suppressing the decrease in production amount (Flux) when performing membrane cleaning using concentrated water injected with nanobubbles during intermittent operation. The reverse osmosis membrane used was FilmTec's SW30ULE-400i (11,000 GPD) with a size of 14.1 cm x 9.1 cm, and the influent used was seawater collected from Yeongjong Island, Incheon. The components of the seawater used in the experiment are listed in Table 7 below. As listed in Table 8, the reverse osmosis membrane process was operated under three conditions: simple intermittent operation, intermittent operation including concentrated water cleaning, and intermittent operation including nanobubble-injected concentrated water cleaning. The production amount (Flux) per unit time measured under each condition is shown in Fig. 9. Intermittent operation was performed for 9 days with 8-hour operation and 16-hour rest repeating. During intermittent operation, reverse osmosis pressure of 60 bar was applied and the separation membrane was cleaned at a cross flow rate of 1.0 L/min. Cleaning using concentrated water and membrane cleaning using concentrated water injected with nanobubbles were performed for 60 minutes after the end of operation by supplying concentrated water and concentrated water injected with nanobubbles at a flushing flow rate of 3.0 L/min. Nanobubbles were injected into the concentrated water tank containing the concentrated water for 5 minutes at an injection rate of 0.4 to 0.5 L/min to saturate the nanobubbles, and then the membrane was cleaned by supplying the concentrated water injected with nanobubbles to the separation membrane for 60 minutes.

pHpH EC
(ms/cm)
EC
(ms/cm)
TDS
(mg/L)
TDS
(mg/L)
SS
(mg/L)
SS
(mg/L)
TOC
(mg/L)
TOC
(mg/L)
탁도
(NTU)
Turbidity
(NTU)
7.97.9 32,24032,240 29,88229,882 6262 2.22.2 7.887.88

가동
조건
behavior
condition
운전 기간
(일)
Driving period
(Day)
역삼투 유속
(L/min)
Reverse osmosis flow rate
(L/min)
역삼투압
(bar)
Reverse osmosis
(bar)
세정
조건
sejung
condition
세정 시간
(min)
Cleaning time
(min)
세정
유속
(L/min)
sejung
Flow rate
(L/min)
간헐운전
(intermittent)
8시간 가동/
16시간 휴지
Intermittent operation
(intermittent)
8 hours of operation/
16 hours of rest
99 1.01.0 6060 XX -- --
농축수Concentrated water 6060 3.03.0 농축수
+나노버블
Concentrated water
+Nanobubble

도 9에 도시한 바와 같이, 단순 간헐운전, 농축수 세정을 적용한 간헐운전 및 나노버블이 주입된 농축수 세정을 적용한 간헐운전 순으로 생산수량(Flux) 감소 경향이 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 운전 기간이 장기화됨에 따라 생산수량(Flux)의 감소량의 차이 역시 증가하는 것을 확인할 수 있다.As shown in Figure 9, it can be confirmed that the tendency of decrease in the production quantity (Flux) decreases in the order of simple intermittent operation, intermittent operation with concentrated water cleaning, and intermittent operation with concentrated water cleaning injected with nanobubbles, and it can be confirmed that the difference in the decrease in the production quantity (Flux) also increases as the operation period is prolonged.

이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail above through examples, other forms of examples are also possible. Therefore, the technical spirit and scope of the claims described below are not limited to the examples.

Claims (7)

4시간 내지 12시간의 운전시간 동안 역삼투 해수 담수화 시스템을 가동하여 해수로부터 담수를 추출하는 운전 단계;
상기 운전단계 후 8시간 내지 24시간의 휴지시간 동안 상기 역삼투 해수 담수화 시스템의 가동을 중단하는 휴지단계; 및
상기 운전시간 경과 직후 상기 해수 담수화 시스템의 역삼투 분리막에 나노버블이 주입된 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정하는 세정단계를 포함하되,
상기 운전시간과 상기 휴지시간은 연속적으로 교차 반복되는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
An operating step of extracting fresh water from seawater by operating a reverse osmosis seawater desalination system for an operating time of 4 to 12 hours;
A rest stage in which the operation of the reverse osmosis seawater desalination system is stopped for a rest period of 8 to 24 hours after the above operation stage; and
Including a cleaning step of cleaning the reverse osmosis membrane by supplying concentrated water injected with nanobubbles to the reverse osmosis membrane of the seawater desalination system immediately after the above-mentioned operating time has elapsed.
An operating method of a reverse osmosis seawater desalination system, wherein the above-mentioned operating time and the above-mentioned rest time are continuously and cross-repeatedly repeated.
제1항에 있어서,
상기 세정단계는,
상기 농축수가 구용된 농축수 탱크에 나노버블을 주입하는 나노버블 주입단계; 및
상기 나노버블의 주입 완료 후 상기 나노버블이 주입된 농축수를 상기 역삼투 분리막에 공급하는 농축수 공급단계를 포함하는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the first paragraph,
The above cleaning step is,
A nanobubble injection step for injecting nanobubbles into a concentrated water tank containing the concentrated water; and
An operating method of a reverse osmosis seawater desalination system, comprising a concentrated water supply step of supplying concentrated water injected with nanobubbles to the reverse osmosis membrane after the injection of the nanobubbles is completed.
제2항에 있어서,
상기 나노버블은 0.3 L/min 이상의 주입 속도로 상기 농축수에 주입되는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the second paragraph,
A method for operating a reverse osmosis seawater desalination system, wherein the nanobubbles are injected into the concentrated water at an injection rate of 0.3 L/min or more.
제1항에 있어서,
상기 나노버블이 주입된 농축수는 나노버블이 포화된 농축수인, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the first paragraph,
A method for operating a reverse osmosis seawater desalination system, wherein the above nanobubble-injected concentrated water is a nanobubble-saturated concentrated water.
제1항에 있어서,
상기 세정단계에서 50분 내지 100분의 세정 시간동안 2.0 L/min 내지 4.0 L/min의 세정유속으로 상기 농축수를 공급하여 상기 역삼투 분리막을 세정하는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the first paragraph,
A method for operating a reverse osmosis seawater desalination system, wherein the reverse osmosis membrane is cleaned by supplying the concentrated water at a cleaning flow rate of 2.0 L/min to 4.0 L/min for a cleaning time of 50 to 100 minutes in the above cleaning step.
제1항에 있어서,
상기 운전단계에서는 상기 해수에 40 bar 내지 80 bar의 역삼투압을 적용하여 상기 담수를 추출하는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the first paragraph,
An operating method of a reverse osmosis seawater desalination system, wherein, in the above-mentioned operating step, a reverse osmosis pressure of 40 to 80 bar is applied to the seawater to extract the fresh water.
제1항에 있어서,
상기 역삼투 해수 담수화 시스템은 해상 이동이 가능한 이동형으로 제공되는, 역삼투 해수 담수화 시스템의 운용방법.
In the first paragraph,
The above reverse osmosis seawater desalination system is provided as a mobile type that can move on the sea, and is a method for operating a reverse osmosis seawater desalination system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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