KR101516175B1 - 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 이용하는 해수담수화 방법 - Google Patents

역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 이용하는 해수담수화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해수담수화 방법에 관한 것으로서, 막모듈에 적용하고자 하는 막들 중 하나 이상의 막으로 구성되는 막 조합을 막모듈에 적용할 경우의 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출하는 단계, 상기 독출된 파라미터를 이용하여 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하는 단계, 상기 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 상기 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하는 단계, 및 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계를 포함함으로써, 역삼투 분리막 내부모듈 배열을 최적화할 수 있다.

Description

역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 이용하는 해수담수화 방법 {Method for Optimizing the Arrangement of RO Membrane Modules}
본 발명은 해수담수화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 이용하는 해수담수화 방법에 관한 것이다.
해수담수화 기술은 최근 대두되기 시작한 물 부족 문제를 해결할 수 있는 기술로서, 계절이나 기상조건에 상관없이 다량의 수자원의 확보가 가능한 해수를 담수화하는 기술을 말한다. 해수담수화 기술은 댐 건설에 비해 공사기간이 짧고 초기 투자비가 작으므로 지속적인 수자원 확보를 위한 대체 기술로 자리 잡고 있으며 저에너지, 대형화, 안정성, 친환경 등을 추구하는 기술이다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 '예측 모델을 이용한 해수담수화 방법 및 이를 수행하는 장치(한국등록특허 10-1187416)' 등이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 이용하는 해수담수화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 막모듈에 적용하고자 하는 막들 중 하나 이상의 막으로 구성되는 막 조합을 막모듈에 적용할 경우의 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출하는 단계; 상기 독출된 파라미터를 이용하여 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하는 단계; 상기 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 상기 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하는 단계; 및 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계를 포함하는 해수담수화 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계는, 수치 최적화를 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계는, 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 다른 막 조합을 적용할 경우의 체적유량 불균형 및 총 생산유량과 비교하여, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 체적유량 불균형은 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형이고, 상기 총 생산유량은 소정의 시점까지의 총 생산유량일 수 있고, 상기 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형은, 소정의 막모듈 위치에서의 투과유량, 역삼투 막모듈의 수, 및 최대 투과유량을 이용하여 산출되고, 상기 소정의 시점까지의 총 생산유량은, 소정의 시간에서의 역삼투 막모듈의 투과유량을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량은, 상기 독출된 파라미터에 포함된 물 투과계수 및 염 투과계수에 의해 산출되고, 상기 물 투과계수 및 염 투과계수는, 상기 각 막의 특성으로부터 산출되거나, 상충관계식을 이용하여 선형식을 추적함으로써 도출되는 상기 선형식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 도출된 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 상기 막모듈에 적용하는 단계를 더 포함하는 해수담수화 방법일 수 있다.
본 발명에 따르면, 역삼투 막여과 해수담수화 플랜트에서의 목표 수량 및 수질을 충족시킬 수 있는 비용 및 에너지 측면에서의 고효율 모듈 조합 정보를 얻을 수 있으며, 이는 곧 효율적인 플랜트 운전 방안으로 기여될 수 있다. 또한, 최적화 배열을 찾기 위한 시간·비용·노동의 한계를 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 해수담수화 방법의 흐름도이다.
도 3a 및 도 3b는 막모듈 적용 방식 및 그에 따른 결과를 도시한 것이다.
도 4는 막모듈의 각 요소를 시간과 공간을 반영하여 나타낸 것이다.
도 5는 막모듈 위치에 따른 투과유량 및 체적유량 불균형 산출을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 도시한 것이다.
도 7 내지 9는 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화의 결과이다.
도 10a 내지 10b는 물 투과계수와 염 투과계수를 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 11d는 막 파라미터 및 해당 파라미터가 적용된 막모듈 조합에서의 투과유량을 얻기 위한 과정을 도시한 것이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법은 막모듈에 적용하고자 하는 막들 중 하나 이상의 막으로 구성되는 막 조합을 막모듈에 적용할 경우의 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출하는 단계, 상기 독출된 파라미터를 이용하여 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하는 단계, 상기 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 상기 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하는 단계, 및 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
역삼투 막모듈을 이용하여 해수를 담수화하는 방법에 있어서, 생산수의 수량 및 수질 측면에서 고효율의 막성능을 달성하기 위하여, 유입수 채널에 따른 순구동력(net driving force)의 격차를 줄여야 한다. 여기에서 순구동력의 격차는 유입수 채널에 따른 염농도 차이로 인해 발생하는 유효 삼투압(osmotic pressure) 구배 및 유압저항(hydraulic resistance)으로 인한 압력강하(pressure drop) 때문에 발생하는 막간정수압(transmembrane pressure) 구배 때문에 유발된다. 막모듈의 조합을 최적화함으로써 이를 해결할 수 있다. 막모듈의 조합을 최적화하기 위해선 막의 위치에 따른 막의 성능을 정확히 측정하여야 한다. 하지만, 종래의 기술로는 막 제조사들의 자체 막모듈에 대한 성능을 평가하기 위해 개발한 소프트웨어 형태의 프로그램에 일부 기능으로 포함되어 있는 것에 불과하다. 해당 프로그램에서는 사용자가 임의로 설정한 모듈 조합에 대한 성능 평가가 가능하지만 1) 프로그램 자체적으로 최적화 모듈 배열을 찾을 수 있는 기능은 제공되지 않는다. 또한 해당 프로그램은 정상상태(steady state)에서의 공정성능 모사로 제한되어 있기 때문에, 2) 막성능 모사에서 있어서 시간에 따른 파울링의 영향이 충분히 반영되지 않았다. 따라서 해당 프로그램에서는 ISD의 주요 장점 중 하나인 “적은 파울링 잠재 가능성 (less fouling potential)“이 반영된 막성능 모사에 대한 구현이 불가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법에서는 수치최적화 기법을 적용하여, 앞서 언급한 막모듈의 위치에 따른 체적유량(volumetric flow rate)의 불균형이 최소화된 막모듈 조합을 다양한 막모듈 조합 배열 중에서 찾을 수 있다. 이를 위하여 목적함수(objective function)를 새롭게 정의하여 수치최적화에 적용하였다. 부가적으로 구축된 모델은 막투과 성능을 산출할 수 있는 현상학적으로 검증된 수학적 이론식들이 사용되었으며, 특히 막여과 시 불가피하게 발생하는 농도분극과 시간에 따른 막파울링 등과 같은 물리화학적(physicochemical) 현상을 모델에 반영함으로써 모사의 현실성을 높였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법은 역삼투 분리막 공정을 모사할 수 있는 수학적 예측 모델을 구축하고, 본 모델을 토대로 수치 최적화 기법을 적용하여, 압력용기(pressure vessel) 안에 배열된 막모듈의 최적화 조합을 제안할 수 있다. 여기서 최적화 조합이란 역삼투 해수담수화 공정에서 기존 방법 대비 낮은 소요에너지 수준으로 목표 수량 및 수질을 충족할 수 있는 막모듈 조합을 의미한다. 구축된 모델은 예측결과의 신뢰성을 높이기 위하여, 막여과 성능에 크게 영향을 미치는 주요 인자들을 고려한 수학적 식들이 반영되어 있다. 또한 압력용기 내 막 모듈들의 조합들에 대한 성능 모사를 가능하게 함으로써, 다양한 막 모듈조합 조건에서의 해당 공정에 대한 평가가 가능하다. 다양한 막 모듈들의 조합에 대한 성능 모사는 상용화된 역삼투막 모듈들에 대한 개개의 투과 성능을 반영할 수 있는 막 투과 파라미터(물 투과계수, 염 투과계수)들을 모델 입력 자료로 사용하여 구현하였다. 해당 파라미터들은 막 제조사에서 실험적으로 검증한 막성능 자료를 토대로, 수학적 예측 모델과 수치분석(numerical analysis)방법을 통해 추정 및 획득 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법을 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법은 압력용기 내 막모듈의 위치에 따른 체적유량(volumetric flow rate)의 불균형을 줄이기 위하여, 도 3a와 같이, 막모듈 위치 별 물과 염투율의 투과율이 다른 막을 배열시킨다. 종래에는 각 막모듈에 동일한 막을 배열하나(310), 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법(320)은 막모듈 위치 별 물과 염투율의 투과율이 다른 막을 배열시킨다. 이를 통해, 역삼투 분리막 모듈 배열 방법에 따른 내부 막모듈 위치별 생산유량을 비교한 도 3b와 같이, maximum flow guideline을 넘지않는 선에서 유입수 채널에 따른 순구동압력의 격차를 감소시킬 수 있다.(340) 상기와 같이, 막모듈 위치 별로 다른 막을 배열시킴에 있어서, 최적화된 막 배열을 위하여, 어떤 막들을 조합하여 막모듈에 적용할 것인가가 문제인바, 이를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 방법에서는 도 1과 같이 역삼투 분리막 내부모듈 배열을 최적화한다.
110 단계는 막모듈에 적용하고자 하는 막들 중 하나 이상의 막으로 구성되는 막 조합을 막모듈에 적용할 경우의 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 막모듈에 적용하고자 하는 막이 하나 이상인 경우 적용할 수 있는 다양한 막 조합이 가능하다. 이들의 조합 중 하나를 막모듈에 적용하였을 때, 상기 막 조합의 성능이 최적인지를 판단하기 위하여, 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출한다. 상기 각 막의 특성을 나타내는 파라미터들은 미리 산출되어 저장되어 있는 데이터로써, 막 조합으로 선택되면, 데이터베이스에서 선택된 막에 해당하는 파라미터들을 독출할 수 있다. 상기 파라미터는 막의 면적, 유입수 채널의 스페이서 두께, 막의 물 투과계수, 막의 염 투과계수를 포함할 수 있다. 상기 각 막모듈은 서로 다른 두 개 이상의 막이 적용될 수 있다. 모든 막모듈이 동일한 막을 이용하지 않고, 두 개 이상의 막을 이용하여 서로 다른 막을 이용하는 막모듈이 존재하도록 한다. 예를 들어, 첫 번째 막모듈과 두 번째 막모듈에 상이한 막을 적용하고 두 번째 막모듈과 세 번째 막모듈은 동일한 막을 적용 할 수 있고, 모든 막모듈에 상이한 막을 적용할 수 있다.
상기 파라미터에 포함된 물 투과계수 및 염 투과계수는 상기 각 막의 특성으로부터 산출되거나, 상충관계식을 이용하여 선형식을 추적함으로써 도출되는 상기 선형식에 따라 산출될 수 있다. 즉, 막 제조사에 의해 제공되는 막의 특성 정보를 이용하여 산출하거나, 물 투과계수와 염 투과계수의 상충관계식을 이용하여 선형식을 추적하여, 도출된 선형식에 따라 상기 물 투과계수와 염 투과계수를 산출할 수 있다. 이에 대해서는 도 10a 내지 도 10b에서 자세히 다루도록 한다.
120 단계는 상기 독출된 파라미터를 이용하여 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 110단계에서 독출된 파라미터를 이용하여 110단계의 막 조합이 적용되었을 때의 물 투과량 및 염 투과량을 산출한다. 동일한 막이라도 막모듈의 위치에 따라 물 투과량 및 염 투과량이 달라질 수 있는바, 110단계에서 독출된 파라미터와 해당 막이 적용된 막모듈의 위치를 이용하여 전체 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출한다.
130 단계는 상기 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 상기 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 120단계에서 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 내부모듈 배열 최적화를 위한 목적함수인 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출한다. 상기 체적유량 불균형은 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형이고, 상기 총 생산유량은 소정의 시점까지의 총 생산유량이다.
상기 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형은 소정의 막모듈 위치에서의 투과유량, 역삼투 막모듈의 수, 및 최대 투과유량을 이용하여 산출될 수 있다. 상기 최대 투과 유량은 파울링의 영향을 저감시킬 수 있는 막제조사로부터 추천되는 최대 투과유량일 수 있다. 이는 도 4를 참조하여, 다음 수학식 1 또는 2로 나타낼 수 있다.
Figure 112014021637682-pat00001
Figure 112014021637682-pat00002
여기서, Y는 목적함수이고, N은 역삼투 분리막의 총 수이고, Qp,max는 maximum permeate flow rate이며, Qp,guide는 maximum flow rate giudeline이다. 이는 도 5와 같이, 나타낼 수 있다. 즉, 수학식 1은 510과 같이 나타낼 수 있고, 수학식 2는 520과 같이 나타낼 수 있다.
상기 소정의 시점까지의 총 생산유량은 소정의 시간(T)에서의 역삼투 막모듈의 투과유량을 이용하여 산출될 수 있다. 이는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014021637682-pat00003
140 단계는 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계이다.
보다 구체적으로, 110 단계에서 막모듈에 적용할 막 조합은 다양한 조합이 가능하다. 상기 다양한 막 조합 중 최적화된 막 조합을 도출하기 위하여, 130단계에서 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용한다. 즉, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출한다.
상기 막 조합을 도출하는데 필요한 시간을 줄이기 위하여, 수치 최적화를 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출한다. 상기 수치 최적화는 패턴 서치(pattern search)를 이용할 수 있다. 또는, 상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 다른 막 조합을 적용할 경우의 체적유량 불균형 및 총 생산유량과 비교하여, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출할 수 있다.
도 2의 210 단계는 도출된 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 상기 막모듈에 적용하는 단계이다.
보다 구체적으로, 140단계에서 도출된 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 상기 막모듈에 적용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화를 도시한 것이다.
역삼투 분리막들로부터 역삼투 분리막 모듈 최적화를 위해 필요한 막 파라미터들을 구축(610)한다. 상기 막 파라미터는 물 투과계수 및 염 투과계수를 포함할 수 있다. 상기 막의 물 투과계수 및 염 투과계수를 추출을 위해 2 가지 방법을 이용할 수 있다.
먼저, 상용화 막의 성능을 이용하여 상기 물 투과계수 및 염 투과계수를 추출할 수 있다. 상용화 막의 물 투과계수 및 염 투과계수를 추출하기 위하여, 해당 막에 대한 특정운전조건에서의 막성능 데이터와 막모듈정보(스펙)가 필요하다. 막제조사에서 제공하는 막모듈정보 및 막성능을 예측 및 평가하는 막성능예측 프로그램을 사용하여 추정한 막성능 데이터를 이용하여, membrance mass transport 식을 이용하여 물 투과계수 및 염 투과계수를 추출할 수 있다. 이를 통해, 추출되는 물 투과계수 및 염 투과계수는 도 10a와 같다.
이와 다르게, 물 투과계수와 염 투과계수 간의 상충관계식(tradeoff relation)을 이용하여 선형식을 추적함으로써 도출되는 상기 선형식에 따라 추출할 수 있다. 이를 통해, 불규칙으로 분포한 막 들의 물 투과계수 및 염 투과계수를 선형적인 관계로 일반화시킬 수 있고, 이를 통해, 최적화 막 조합을 도출시 수렴성이 증가된다. 이는 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112014021637682-pat00004
상기 수학식을 통해 추출되는 선형적 관계식은 도 10b와 같다.
막모듈에 적용할 막들의 조합이 결정되면, 해당 막들의 파라미터들을 독출(630)하여, 해당 막모듈에 적용(620)한다. 상기 막모듈에 적용되는 막들의 파라미터들을 이용하여 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하고, 이를 통해, 목적함수(640) 값을 산출한다.
막모듈에 적용할 다양한 막 조합들을 적용하여 비교함으로써 최적의 막 조합을 도출함에 있어서, 모든 막 조합을 비교하는 대신, 수치 최적화를 이용하여 빠르게 최적의 막 조합을 도출할 수 있다. 상기 수치 최적화로 패턴 서치(pattern search)를 이용할 수 있다. 수치 최적화 방법 중 하나인 패턴 서치를 이용함으로써 빠르게 최적화된 막 조합을 도출할 수 있다.
선택된 막 조합이 막모듈에 적용하였을 때, 모델링 및 목적함수 등을 산출하기 위하여 필요한 값들인 Membrance mass transport, Feed channel condition, Hydraulic resistance due to cake layer, Cake Enhanced Concentration Polarization (CECP), Mass transfer coefficient (k) 등은 도 11a 내지 11b와 같이 얻을 수 있다. 막모듈을 시간에 따라 나타내면 도 11c와 같고, 도 11d의 흐름도에 따라 상기 값들을 업데이트하면서 구축할 수 있다.
도 7 내지 9는 본 발명의 실시예에 따른 역삼투 분리막 내부모듈 배열 최적화의 결과이다.
본 발명의 실시예에 따른 해수담수화 방법(740)에서는 도 7과 같이, 다른 기술들(710, 720, 및 730)에 비하여 그래프의 기울기가 일정함을 알 수 있고, 이를 통해, 역삼투 분리막의 위치에 따른 역삼투유량이 일정함을 알 수 있다. 또한, 도 8과 같이, 다른 기술들에 비하여, 각 막모듈에서의 물 생산량은 증가하고, 시간에 따른 물 생산량 또한, 시간에 따라 감소하지 않음을 알 수 있다. 이를 통해, 최적화된 막 조합을 도출하여 적용하는 효과를 알 수 있다. 아울러, 도 9와 같이, 분리막의 표면에 생성되는 염 농도가 줄어드는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 장치는 막 파라미터들을 저장하고 있는 저장부, 및 역삼투 분리막 모듈의 최적배열을 도출하는 처리부를 포함하고, 상기 처리부는 상기 저장부로부터 막 파라미터를 독출하고, 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하고, 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하며, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해수담수화 장치에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 2의 해수담수화방법에 대한 상세한 설명에 대응한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 막모듈에 적용하고자 하는 막들 중 하나 이상의 막으로 구성되는 막 조합을 막모듈에 적용할 경우의 상기 적용된 막 조합을 구성하는 각 막의 특성을 나타내는 파라미터를 독출하는 단계;
    상기 독출된 파라미터를 이용하여 상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량을 산출하는 단계;
    상기 산출된 물 투과량 및 염 투과량을 이용하여 상기 막모듈의 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계를 포함하는 해수담수화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계는,
    수치 최적화를 이용하여 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수치 최적화는 패턴 서치(pattern search)를 이용하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 단계는,
    상기 산출된 체적유량 불균형 및 총 생산유량을 다른 막 조합을 적용할 경우의 체적유량 불균형 및 총 생산유량과 비교하여, 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 도출하는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 체적유량 불균형은 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형이고, 상기 총 생산유량은 소정의 시점까지의 총 생산유량인 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 막모듈의 위치에 따른 체적유량 불균형은,
    소정의 막모듈 위치에서의 투과유량, 역삼투 막모듈의 수, 및 최대 투과유량을 이용하여 산출되고,
    상기 소정의 시점까지의 총 생산유량은,
    소정의 시간에서의 역삼투 막모듈의 투과유량을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 막모듈의 물 투과량 및 염 투과량은,
    상기 독출된 파라미터에 포함된 물 투과계수 및 염 투과계수에 의해 산출되고,
    상기 물 투과계수 및 염 투과계수는,
    상기 각 막의 특성으로부터 산출되거나, 상충관계식을 이용하여 선형식을 추적함으로써 도출되는 상기 선형식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도출된 상기 체적유량 불균형이 최소가 되고, 상기 총 생산유량이 최대가 되는 막 조합을 상기 막모듈에 적용하는 단계를 더 포함하는 해수담수화 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 막모듈은 서로 다른 두 개 이상의 막이 적용되는 것을 특징으로 하는 해수담수화 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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