엉터리 다이빙

    - 해수를 직접 취수하는 경우 보다 관정에 의하여 원수를 취수할 경우 전 처리 부하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라
       여과막 성능을 오래 유지할 수 있어 경제적이다.

 
   <취수관 재질 선정> 

    - PVC, PE 및 화이바글라스 등은 내식성 우수하나 가벼워서 고정이 어렵다.
    - 강선삽입 PE관 또는 고밀도 PE관 성능 우수하나 고가이다.
    - 경우 도복장 강관을 내외부 코팅하여 사용하는 경우 5～10년 정도 사용이 가능 하다.
    - PVC, PE관 등의 고정은 Con'c 반괴, 와이어로프 또는 자연석에 의한 고정 방법이 있다.

   <취수펌프 설치>

    - 설치 위치는 케비테이션을 고려하여 가급적 낮게 설치 한다.
    - 취수관 유속은 1m/sec 이하로 하여 해조류 등의 이물질 유입을 억제 한다.
    - 취수구 단면적은 취수관 단면적의 2～3배 정도 크게하여 유속을 최소화 한다.
    - 원활한 취수를 위하여 후드 밸브 보다 진공펌프를 설치하는 것이 효율적이다.

<취수 방법별 비교>

취수 방법별 특징

<심층수 취수방식>

- 수심 200M이상에서 심층수를 취수관거에 의하여 끌어올리는 방식
- 유기물이나 병원균 등이 거의 없는 원수를 얻을 수 있어 전처리시설의 부하를 줄일 수 있다.
- 염분의 농도도 일부 감소되므로 고압펌프의 동력비를 줄일 수 있다.
- 연중 기온변화가 적어 시설 유지 관리에 편리하다.
- 태풍 등의 기후변화에 수질 변화 없다.

- 조수간만의 차이가 크지 않은 곳에서 사용할 수 있는 방법으로

  수중 구조물을 설치하여 해수를 시설 내로 유입시킨 후 스크린으로 부유물질의 일부를 제거하여

   수하는 방법이다.
- 대량 취수시 경제적이며, 안정된 취수량을 확보 및 침사 효과가 크다.
- 시설이 해안변 및 수중에 축조됨으로 태풍의 영향 받을 뿐 만 아니라

   해조류 등의 스크린에 걸리기 쉬움으로 대책 검토해야 한다.
- 재 질 : PE관, GRP, 도복장강관(2차 처리) 등
- 유 속 : 1m/s 이하(0.3 m/s 이하)
- 취수구 : 2개 이상 일 것(유속 최소화)
- 제 작 : Shop 제작(특히 취수구, 취수탑)
- 수 심 : 약 5m 이상 유지(태풍 등의 피해)
- 연 장 : 해안에서 적정 거리 유지 필요

- 해안의 모래밭에 투수관을 설치하여 1차 여과된 해수를 취수하는 방법으로

   조가 간단하여 시설 기간을 짧게 할 수 있다.
- 모래층에서 1차 정화 됨으로 수질이 양호한 원수를 얻을 수 있다.
- 모래 등의 투수관에 걸리기 수움으로 주기적인 역세공정이 필요하다.

ㅇ 전처리란 역삼투막에 나쁜 영향을 미치는 물질을 미리 제거하는 것으로

    물리적 방법과 원수의 성질을 조정하는 화학적 방법이 있다.
ㅇ 원수의 탁도, SDI, COD등 농도에 따라 응집침전, 응집여과, 모래여과 등을 조합하여 사용하기도 한다.

전처리 목적

    - 원수중의 현탁물질 제거와 막성능을 저하시키는 물리적, 화학적 요소 제거 및 조정으로

       막 표면의 Fouling(눈막힘), Scale 등 방지
    ☞ Fouling 제어 : 미세모래, 미생물, 콜로이드성 물질, 유지 등 제어
    ☞ Scale, Slime 제어 : 경도성분(Ca, Mg 등 2가 이온), 온도 등 제어

   <제어대상 항목>

    - 부유물질, 연안 해역의 조류, 미생물, Ca, Mg, 실리카 등 스케일 형성 물질 및 수온, pH 등이 있다.

    - 전처리 방법에는 물리적 방법과 화학적 방법이 있으며,

      일반적으로 물리적 방법과 화학적 방법을 병행 처리한다.
    - 여과기 배치 순서는 : 다층여과기 → 단층여과기 → 마이크로 필터 → 역삼투막
      ☞ 다층여과기 구성 : 안트라사이트 + 여과사 +(가네트)
      ☞ 단층여과기 구성 : 여과사
      ☞ 형식 : 마이크로 플록 급속여과(여과 속도(LV)는 20㎥/㎡·hr)

  <물리적 처리 방법>

    - 응집, 여과, 흡착 등에 의하여 부유성 현탁물질 등을 제어
     ☞ 급속여과, 카트리지식 필터, MF, UF막 등 적용 

  < 화학적 처리 방법>

    - pH 조절제, 염소 등의 산화·환원을 통한 스케일 및 미생물 등 제어
    - 응집제, PH조정제, 중화제, 스케일 방지제, 염소 등을 주입 한다.
      ☞ 스케일 및 미생물 제거

약품의 종류 및 주입 위치

    - 약품 사용은 원수의 pH, 탁도, SDI, COD, 잔류염소량 등의 농도에 따라 종류와 사용량을 달리한다.
    - 주입 약품 : 차아염소산나트륨 (Naocl), 염화제이철 (FeCl3), 황 산 (H2SO4), 환원제 (SBS), 스케일방지제
      (SHMP), 수산화나트륨 (NaOH)

전처리 방법에 따른 분류

급속응집침전여과와 마이크로플록여과 비교

<급속응집침전여과>

<마이크로플록여과>

- 마이크로플록 여과법은 여과기에서 여과효과가 최적이 되도록 여과기 전단에 응집제를 주입하여 응집침전과
  급속여과를 동시에 행하는 여과방식
- 일반적으로 역삼투법 해수담수화시설 전처리로는 압력식 여과장치를 이용한 마이크로플록 여과법을 많이사용
- 마이크로여과법의 특징
  ⅰ. 응집조 및 침전조가 필요없기 때문에 설치면적을 절약할 수 있다.
  ⅱ. 통수(通水)선속도가 10~15 m/h 로서, 압력여과식보다 2배 정도 크다.
  ⅲ. 응집제의 사용량을 줄일 수 있다.
- 마이크로여과법의 설계상 주의사항
  ⅰ. 부유물질이 많은 원수에 적용할 수 없다. (탁도 5~10 NTU 이하의 원수에 적용)
  ⅱ. 역세정 선속도는 40~45 m/h 정도 요구되므로 대량의 역세펌프와 다량의 역세수가 필요하다.
  ⅲ. 공기역세용 브로아가 필요하다.

· 장시간 정치하여도 침강이 어려운 1 ㎛~1 ㎚크기의 콜로이드 입자 제거위해 응집제 사용
· 응집제를 주입하여 콜로이드 입자를 큰 플록으로 만든 후 침전이나 여과로 분리한다.
· 응집대상물질 : 콜로이드 성의 무기물질, 바이러스 등
· 응집반응 지배 인자 : 수온, pH, 알칼리도, 교반조건 및 공전물질의 영향 등
· 응집제의 선택시 고려사항
  - 응집소요시간, 침강성, 플록의 강도, 여과에 대한 영향, 수질에 대한 보편성, 장기저장에 대한 약품의 안정성
    및 경제성 등을 고려하여 결정
· 응집제의 분류 : 무기응집제와 유기응집제

  - 무기응집제의 종류와 특성

전처리 방법별 특징

- 해수중에는 유기물이 작고, 미생물 번식 등의 어려워 해수담수화시설에서는 통상 이용되지 않는다.
- 완속여과법은 충전된 미세 모래층을 통과하면서 이뤄지는 물지적 여과와 미생물막을 통한 생물학적인 분해
- 여과속도는 4~5m/day
- 세균 제거율이 98 ~ 99.5%로 높다.
- 약품을 사용하지 않아 유지관리비가 저렴하다.
- 자동화하기 어려운 결점이 있다.
- 부지가 넓고 시공비 많이 든다.(1∼4ℓ/min/㎡)

- 급속여과법은 원수에 응집제를 넣어서 약품의 작용으로 침전시키고 침전수를 모래여과하는 방법
- 급속여과법은 여과층에 부유물질이 퇴적되어 손실수두가 증가하게되면 주기적으로 여세척 필요.
- 여과속도는 120~150m/day 정도로 완속여과에 비해 매우 빠르다.
- 설치면적이 작고, 건설비 적게 든다.
- 자동제어 가능하고, 인력이 적게 필요하다.
- 약품비 및 동력비가 많이 든다.
- 탁도가 다소 높은 원수 처에 적합하다.
- 세균 처리에는 부적합하다.
- 주기적인 역세척이 필요하다.

<압력식 급속여과기>

- 압력식 여과장치는 밀폐된 용기내에 지지층(Greavel) 및 여과층(garnet, sand, Anthracite등)을 두어 여과.
- 여과층에 원수를 통과시켜 현탁물질을 제거하고, 여재층에 부착된 현탁물질은 역세척으로 밖으로 배출 시킴.
- 역세척 방법
  ⅰ. 압력식 여과기의 설정수위까지 물을 뺀다.(수발)
  ⅱ. 표면세정을 2분정도 실시하여 여재표면에 축적된 플록을 파쇄한다.(표면세정)
  ⅲ. 여재층의 하부에 공기압을 이용하여 10분 정도 공급 한다.(공세)
  ⅳ. 여층의 팽창률이 20~30 % 정도 되도록 상향류를 가하여 여재층의 부유물을 15분 정도 세정(수세)

- 설계사양 및 여재의 조성 예

ㅇ 고압펌프는 멤브레인을 투과할 수있는 높은 투과압력을 원수에 공급하는 역활을 하며,

    역삼투법에서 고압펌프의 소비동력이 매우 큼으로 선정시 신중해야 한다.
ㅇ 고압 펌프의 형식은 크게 터어보형과 용적형 펌프가 있으며, 펌프 저.후단 배관에는 안전장치 설치 필수이다.

고압펌프 기능 및 배치 방법

<고압펌프 기능>

     - 고압펌프는 해수중의 순수한 물이 멤브레인을 투과할 수 있도록

        높은 투과압력(역삼투압)을 원수에 공급하는 역삼투시설의 핵심시설
     - 형식 : 원심다단펌프 또는 용적식 플란저 펌프

        ☞ 역삼투법인 경우 동력비가 운영 관리비의 약 40～50% 차지
        ☞ 이중 고압펌프에 의한 에너지 소비가 약 85% 정도를 차지

<배치 방법>

     - 고압펌프 토출측과 R/O Feed 측은 가급적 직선으로 연결되도록 배치

     - 고압펌프의 유효흡입수두를 유지하기 위하여 설치되는 Booster 펌프는

        고압펌프 Feed 유량의 120%, 수압 1.5bar 이상 유지 필요
     - 펌프제어 : 인버터 제어 → 기동 충격 부하 최소화 및 동력비 절감
     - 배관 연결 방법은 후렉시블 조인트에 의하며, 고압배관 설계는 표준화, 단순화 및 Elbow 등 부속 수 최소화 한다.
     - 흡·토입관의 Support는 펌프마다 독립적으로 설치할 것
     - 고압펌프 및 배관 설치는 펌프형식에 따라 다소 차이는 있으나 기본 적인 사항은 동일

고압펌프의 선정시 고려사항

- 해수에 대하여 내부식성이 강할 것
- 기계적 고장이 적고 안정적일 것
- 소비동력이 크므로 효율이 높을 것
- 소음, 진동이 작아 유지관리에 용이할 것

고압펌프의 종류 및 특성

- 다단와권 펌프는 복수의 날개차를 직렬로 나란히 배치한 구조로 대형이 될수록 효율이 높다.
- 원심 고압펌프 효율이 40 ~ 75 %로 낮으므로

   에너지 회수장치와 같이 설치하면 전체적인 효율을 높일 수 있다.
- 구조가 간단하고, 용적형에 비해 맥동이 매우 작아 유지관리 편리하다.
- 소음은 용적형보다는 작으나 약 90dB 고음을 발하므로 기계 배치시 고려 필요.
- 원심펌프의 경우 초기 기동전력을 낮출 수 있도록 기동반을 구성하여야 한다.

- 플란저 펌프는 유량에 따라 몇개의 플런져(Plunger)가 1개의 회전축에서 순차적으로 왕복운동을 하는 형식이다.
- 플란저 펌프 효율의 70~95%로 매우 높아 예로 부터 많이 사용하여 왔으나

   최근에는 진동 등의 문제로 사용 기피
- 플란저 펌프의 경우 플런져의 왕복운동에 따른 진동을 완충하기 위해서는 어큐뮬레이터를 반드시 설치해야 한다.
- 고압펌프 전.후단의 배관연결은 후렌지 보다는 빅토리조인트에 의한 것이 안정적이다.

고압펌프의 용량 결정

<펌프 대수 결정>

  - 펌프 대수 결정은 원칙적으로 경제성 및 유지관리성을 고려하여 결정
  - 대용량 소수 :건설비는 저렴하나 유지관리비 증가, 고장시 부분가동 불가
  - 소용량 다수 :건설비는 증가하나 유지관리비 저렴, 고장시 부분가동 가능

<펌프 용량 결정>

  - 펌프의 운전에 필요한 축동력의 계산

- 담수 1㎥을 생산하는데 필요한 동력량의 계산

ㅇ 에너지회수장치는 고압펌프에서 48~63bar 정도 가압된 원수는

    R/O 시설에서 수력 마찰로 1~2bar 정도 손실된 후

    고압의 압력을 유지한 채 버려지는 농축수에서 압력에너지를 회수하기 위한 장치이다.

ㅇ 발전기를 이용 전기에너지로 전환시키는 방법과 직접 고압펌프 보조동력으로 사용하는 방법 등이 있다.

형식에 따른 분류

<터빈방식> → 대용량에 실적이 많다
  - Pelton Wheel Type (터빈형)
  - Hydraulic Turbo Charger(HTC)
  - Hydraulic Turbo Booster(HTB)
  - Hydraulic Pressure Booster(HPB)

<실린더방식> → 최근 대용량시설 적용
  - Pressure Exchanger Type

<복합방식> → 터빈방식 + 실린더방식

- 물레방아와 비슷한 원리로 회전축에 달려 있는 다수의 버킷에

   고압의 농축수를 분사시켜 모터의 회전축을 회전시킴으로써

   에너지 회수 - 농축수량에 관계없이 효율곡선이 일정하다는 장점은 있으나,
- 농축수가 대기압 으로 배출됨에 따라 농축수 확산배출을 위해서는 추가 배수펌프 설치가 요구된다.
- 고압펌프 + 모터+ 터빈을 설치하고, 농축수를 터빈에 공급하여 직접 고압펌프의 보조동력으로 사용

※ 자료 : 일본 에이스워터사

ㅇ 역삼투시설은 전처리된 원수를 고압으로 멤브레인에 공급하여 해수에서 담수를 추출 분리하는 공정
ㅇ 고압이 작용하는 공정으로 고압에 견디도록 멤브레인과, 압력베셀 및 고압배관 등으로 구성된다.

- 해수의 온도, 압력, 농도 등이 막 성능과 수명에 크게 영향을 주며,

  염 배제율과 물의 투과율을 높일 수 있는 운전조건 조성이 필요하다.
- 전처리 공정을 통하여 SDI 5 이하, 탁도 1NTU 이하 유지
- 가 동 후 : 가동 중지와 동시에 담수에 의한 수세 실시(15～30min/회)
- CIP(세정) : 연 2~4회, 찰탁 가능하도록 간편한 배관이 경제적
- Sampling Cock : 각 Vessel별 수질 검사 실시로 수질관리 효율화
- 멤브레인 연간 10~20%, 표면 해수의 경우 20~30% 정도 교체 필요
- 특히, 멤브레인은 Feed 쪽 오염의 심하므로 교체시 면밀한 검토 필요
- Air Valve 및 Drain Valve에는 비산 방지할 수 있도록 유도 배관 설치

최근 RO Unit 설계 동향

- 동력비를 절감을 위한 고효율 펌프 및 에너지회수장치의 최적화
- 인버터에 의한 속도 제어(VFD; variable speed drivers)
- 1개 배셀에 엘러멘트 수량 증가(1~7Element/Vessel)
- 보다 효율적인 RO Unit 배치 ☞ Two Stages 또는 Two-Pass
- 발전소 냉각수 이용 취수시설의 단순화
- 막 기술 발달로 UF/MF 막을 이용한 전처리 방법의 다각화
- 보론 농도 한계까지 생산수량 생산
- 멤브레인 성능 개선을 통한 투과량 증가와 염제거율 향상 등

- RO 배치 방법에는 Single Stage RO, Two Stages(2단) RO, Two Pass RO 가 있으며,

   모듈의 배치 및 모듈내 엘리멘트 수는 수질, 수온, 회수 율, 운전압력 등에 따라 결정
- 해수담수화시설에서 가장 일반적인 배치는

   Single Stage RO 시스템 반면에 Two Stages(2단) RO 시스템은 기수의 담수화 또는 전체적인 시설의 회수율을 향상시키기 위하여 적용
- Two Pass RO 시스템은 고도의 생산수를 요구하는 시설, 즉 보일러 용수 전처리 방법 등에 이용한다.
- 배치방법에는 Single Stage RO System, Two Stages RO System(2단 RO), Two Pass RO System가 있다.

<Two Stages RO System>

- Two Stages RO System(2단 RO)은 1단 RO에서 배출되는 농축수가 2단 RO의 원수가 되는 형태로

   보통 기수의 담수화에 적합 - 생산수량, 즉 회수율을 증가시킬 목적으로 이용

<Two Pass RO System>

- Two Pass RO System은 2열(Series) RO는 1열 RO 생산수가 2열 RO 원수가 되어

   재처리 형으로 생산수의 염농도를 낮게 하기 위한 목적

R/O 시설의 구성

- 압력베셀(멤브레인 하우징)
- 멤브레인(여과막)
- 유량조절밸브(농축수 조절 밸브)
- 압력 배관
- 각종계기(전도도계, 유량계, 압력계 등)

구성 기기별 특성

<압력베셀; 멤브레인 하우징>

- 압력 베셀은 연결Port 형태에 따라 End Port , Side Port, Multi Port 가 있다
- 8inch 압력 베셀의 경우 멤브레인을 1~7개까지 장착할 수 있는 베셀이 생산됨
- 압력 배셀의 약측면에 설치되는 Component는 제작회사 마다 다르므로 장착, 분리가 편한 형식을 선정
- 멤브레인의 제작회사별 엔드 Port가 조금 다르므로 압력 베셀 선정시 고려

<유량조절밸브; 농축수 조절 밸브>

- 고압의 유체를 제어하여야 하므로 유체 흐름에 따른 진동이 최소화되는 형식의 밸브 설치

<압력 배관>

- 해수 담수화시설의 R/O 배관은 고압용 Steel 재로 부식 등을 고려하여 관종 선정
- 고압펌프와 배관의 연결은 진동을 고려하여 재질 및 Joint 방법을 결정
- 압력베셀 후단 배관은 저압으로 PVC재질이 적합

<각종계기; 전도도계, 유량계, 압력계 등>

- 편리한 유지관리를 위하여 전도도계 및 유량계는 트레이별로 설치

- 역삼투막은 유지관리가 잘 되어도 운전과 더불어 멤브레인성능은 조금씩 저하되며,
- 특히 벳셀 앞부분(유입측)의 멤브레인은 콜로이드 성분에 의한 눈막힘 현상 발생
- 벳셀 뒷부분의 멤브레인은 고농도염의 석출로 스케일 생성에 의한 성능 저하 발생
- 일반적으로 사용기간은 3~5년이며, 경우에 따라 막을 1년에 20~30% 정도씩 교환한다.

역삼투설비의 이상시 원인과 대책