KR102443359B1 - 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제1 담수 생산 부하에 따른 해수 담수화 장치의 기존의 운영 데이터를 이용하여 역삼투막 모듈의 물성치 데이터를 산출하는 단계와; 상기 제1 담수 생산 부하로부터 변경된 제2 담수 생산 부하를 담수 생산량으로 설정하고, 상기 물성치 데이터를 상기 해수 담수화 장치의 시뮬레이션 운전에 적용하여 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량을 계산하는 단계; 및 상기 에너지 사용량이 최소가 되는 회수율 조건을 선정하고, 상기 제2 생산 부하에 따른 상기 해수 담수화 장치의 운전을 선정된 상기 회수율 조건에 따라 수행하는 단계;를 포함하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 물 수요 변동에 대응하여 목표 담수 생산량을 가변적으로 설정하여 그에 따라 담수의 생산이 가능한 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법에 관한 것이다.
최근 기후 변화로 인하여 지역적ㆍ계절적 물 부족 문제가 심각하게 발생하고 있다. 예를 들어 가뭄이 발생한 경우 특정 지역에 심각한 물 부족이 발생하게 되며, 특히, 물 공급이 취약한 도서ㆍ해안 지역에서는 보다 큰 문제가 발생할 수 있다.
이와 같이 지역적ㆍ계절적으로 물 수요에 대한 변동이 발생할 수 있기 때문에, 물 수요 변동에 대응할 수 있는 가변 부하 해수 담수화 공정에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
해수 담수화 설비의 생산량을 변경시키기 위한 방법으로, 회수율 변경을 통해 생산량을 변경시키는 방법, 예비 설비 설치를 통해 생산량을 변경시키는 방법, 플럭스 변경을 통해 생산량을 변경시키는 방법 등을 들 수 있다.
회수율을 변경시키는 방법은, 회수율을 증가시킬 때 운전 압력이 증가하여 에너지 사용량을 증가시키거나 농축수의 방류량을 증가시키는 단점이 있다. 그리고, 예비 설비를 설치하여 생산량을 증대시키는 방법은 담수화 설비의 경량화 및 소형화 경향에 부합하지 않는 단점이 있다.
그에 반하여 플럭스 변경을 통해 생산량을 변경시키는 방법은 상기와 같은 방법들에 비해 에너지 사용량 증가나 대형화 등의 문제를 수반하지 않으므로, 이와 같은 방법을 기반으로 한 가변 부하 운전 기술에 대한 연구 개발이 제안되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 목표 담수 생산량의 변경시 기설정된 운전 압력이나 생산수 수질 제한 조건을 만족하면서도 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 담수 생산 부하에 따른 해수 담수화 장치의 기존의 운영 데이터를 이용하여 역삼투막 모듈의 물성치 데이터를 산출하는 단계와; 상기 제1 담수 생산 부하로부터 변경된 제2 담수 생산 부하를 담수 생산량으로 설정하고, 상기 물성치 데이터를 상기 해수 담수화 장치의 시뮬레이션 운전에 적용하여 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량을 계산하는 단계; 및 상기 에너지 사용량이 최소가 되는 회수율 조건을 선정하고, 상기 제2 생산 부하에 따른 상기 해수 담수화 장치의 운전을 선정된 상기 회수율 조건에 따라 수행하는 단계;를 포함하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법이 제공된다.
또한, 상기 에너지 사용량의 계산시, 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 운전압력, 생산수의 TDS를 함께 계산할 수 있다.
또한, 상기 운전압력과 생산수의 TDS가 기설정된 한계값을 넘지 않는 회수율 범위를 도출하는 단계;가 추가로 수행될 수 있고, 상기 회수율 조건은 상기 회수율 범위 내에서 선정될 수 있다.
또한, 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량, 운전 압력, 생산수 TDS는, 상기 역삼투막 분리 공정에 사용되는 역삼투막 모듈의 사용 연식 별로 각각 계산되며, 상기 회수율 조건은 상기 역삼투막의 현재 사용년차에 해당하는 회수율 범위 내에서 선정될 수 있다.
또한, 상기 물성치 데이터는, 상기 역삼투막 모듈의 물 이동계수(A) 및 염 이동계수(B)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량은, 상기 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량에 전처리 공정의 에너지 사용량을 합하여 계산될 수 있다.
또한, 상기 해수 담수화 장치는 해상을 이동하면서 담수를 생산하여 담수 공급지에 담수를 공급하기 위한 해수 담수화 선박에 탑재되고, 상기 제1 및 제2 담수 생산 부하는, 상기 해수 담수화 장치의 생산수 탱크의 수위 및 상기 담수 공급지까지의 도착 시간을 근거로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 목표 담수 생산량의 변경시 기설정된 운전 압력이나 생산수 수질 제한 조건을 만족하면서도 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 최적 회수율 조건을 선정하여 운전함으로써, 변동된 부하에 최적화된 가변 부하 운전 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 최적 회수율 조건의 선정시 막 모듈의 사용 연식도 함께 고려함으로써 운전 조건 선정의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 가변 부하 운전 방법을 선박에 탑재된 해수 담수화 장치에 적용함으로써 각 담수 공급지마다 물 수요량이 다른 경우에도 그에 대하여 유연한 대응이 가능하게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 수행하기 위한 제어 유닛의 입출력 동작을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 순차적으로 나타낸 순서도.
도 4는 고부하 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블.
도 5는 저부하 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치가 탑재된 해수 담수화 선박의 종단면을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 수행하기 위한 제어 유닛의 입출력 동작을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 순차적으로 나타낸 순서도.
도 4는 고부하 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블.
도 5는 저부하 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치가 탑재된 해수 담수화 선박의 종단면을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 의한 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 블록 구성도이다. 도 1을 참조하면, 해수 담수화 장치는, 해수를 전처리 여과하는 전처리 유닛(31)과, 전처리 유닛(31)을 통과한 해수를 역삼투막을 통해 여과하는 역삼투막 분리 유닛(32)과, 역삼투막 분리 유닛(32)에서 생산된 생산수를 저장하는 생산수 탱크(33)와, 생산수의 생산 과정에서 생성되는 농축수를 저장하기 위한 농축수 탱크(34)를 포함한다.
전처리 유닛(31)으로서 UF 멤브레인(Ultra-filtration membrane)이나 MF 멤브레인(Micro-filtration membrane)이 사용될 수 있으며, 전처리 유닛(31)에는 전처리 여과수를 저장하기 위한 전처리 여과수 탱크(41)가 연결될 수 있다.
역삼투막 분리 유닛(32)은 압력 용기 내에 역삼투막 모듈이 내장된 형태를 가지며, 전처리 여과수 탱크(34)의 배수 라인과 연결될 수 있다. 전처리 여과수 탱크(34)의 배수 라인에는 여과수의 이송을 위한 이송 펌프(39)가 설치될 수 있다. 역삼투 분리 유닛(32)의 선단에는 해수에 압력을 제공하는 고압 펌프(35)가 설치될 수 있고, 고압 펌프(35)의 선단에는 세이프티 필터(36, safety filter)가 설치될 수 있다. 역삼투막 분리 유닛(32)의 농축수 배수 라인에는 농축수의 압력을 이용하여 에너지를 회수하기 위한 에너지 회수 유닛(37, Energy recovery unit)가 설치된다. 에너지 회수 유닛(37)과 역삼투막 분리 유닛(32)의 원수 공급 라인 사이에는 부스터 펌프(38)가 설치될 수 있다.
생산수 탱크(33)는 역삼투막 분리 유닛(32)의 생산수 배수 라인에 연결되며, 역삼투막 분리 유닛(32)의 여과 작용에 의해 생산된 생산수를 저장한다. 생산수 탱크(33)에는 담수 배출을 위한 담수 배출 라인이 연결된다.
농축수 탱크(34)는 역삼투막 분리 유닛(32)의 농축수 배수 라인에 연결되며, 해수 담수화 과정에서 생성된 부산물인 농축수를 저장하는 기능을 한다. 농축수 탱크(34)에는 선박 본체(10)의 외부로 농축수를 배출하기 위한 농축수 배출 라인이 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 수행하기 위한 제어 유닛의 입출력 동작을 나타낸 도면이다.
해수 담수화 장치(30)의 각 구성 요소들, 구체적으로 전기 신호에 의해 제어 가능한 구성요소들, 예를 들어, 각종 펌프, 밸브, 그 밖의 각종 센서 및 액츄에이터 등은 제어 유닛(100)에 의해 제어된다.
특히, 본 발명과 관련하여, 제어 유닛(100)은 목표 담수 생산량이 가변되어 설정됨에 따라, 기존의 운영 데이터와 각종 제한 조건(예를 들어, 운전압력, 생산수 TDS)를 근거로 하여 에너지 사용량을 최소하여 효율적인 운전이 가능하도록 하는 최적 회수율 조건을 산출한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
본 실시예에 따른 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법은 제1 담수 생산 부하(예를 들어, 300m3/day)에 따라 운전하다가 운전 정지 후 목표 담수 생산량을 제2 담수 생산 부하(예를 들어, 450m3/day)로 가변시켜 운전하는 것을 기초로 설명한다. 본 실시예에 따르면, 제1 담수 생산 부하가 저부하이고, 제2 담수 생산 부하가 그에 비해 1.5배 증가된 고부하인 경우가 예시되어 있다.
도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 가변 부하 운전 방법에 대하여 설명하면, 먼저 제어 유닛(100)은 제1 담수 생산 부하에 따른 해수 담수화 장치의 기존의 운영 데이터를 이용하여 역삼투막 모듈의 물성치 데이터를 산출한다(S11).
여기서, 물성치 데이터는 역삼투막 모듈의 물 이동계수(A) 및 염 이동계수(B)를 포함할 수 있으며, 이는 하기 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.
(A; 물 이동계수, Pf: 막유입수 압력, △π: 삼투압, Ploss: 엘리먼트에서의 압력 손실)
(B: 염 이동계수, Cp: 생산수 염농도, Cm: 막 표면에서의 염농도)
기존의 운영 데이터로서 운전 정지되기 전 1시간 동안의 운영 데이터를 사용할 수 있으며, 운영 데이터베이스에 저장될 수 있다. 이를 이용하여 역삼투막의 물성치와 관련된 물 이동계수(A)와 염 이동계수(B)를 사용한다. 이 때 하기 [수학식 3] 내지 [수학식 6]을 이용한다.
(N: 이온화 상수, R: 이상기체 상수, T: 해수의 절대온도)
(Cb: 벌크용액에서의 염농도, k: 물질전달계수)
(dh: 동수반경, Re: 레이놀즈수)
다음 단계로서, 제어 유닛(100)은 제1 담수 생산 부하(예를 들어, 저부하)로부터 변경된 제2 담수 생산 부하(예를 들어, 고부하)를 목표 담수 생산량으로 설정하고, 물성치 데이터(A, B)를 해수 담수화 장치의 시뮬레이션 운전에 적용하여 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 해수 담수화 장치의 에너지 사용량(SEC: Specific Energy Consumption)을 계산한다(S12).
회수율은 원수 중 담수로 전환되는 물의 비율을 말하며, 해수 담수화 장치에서 구현 가능한 회수율 범위 내에서 각 회수율에 따른 담수 생산시 해수 담수화 장치의 에너지 사용량을 계산한다. 예를 들어 적용 가능한 회수율 범위가 36 내지 46%인 경우, 회수율이 36%. 38%, 40%, 42%, 44%, 46%일 때의 에너지 사용량을 각각 계산한다. 해수 담수화 장치의 에너지 사용량은 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량에 전처리 공정의 에너지 사용량을 합하여 계산될 수 있으며, 회수율과 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량은 하기 [수학식 7] 및 [수학식 8]을 통해 계산 가능하다.
[수학식 7]
(Qf: 막유입수 유량, Qp: 여과수 유량)
[수학식 8]
(εpump: 고압펌프 효율, εERD: 에너지회수장치 효율)
또한, 회수율에 따른 에너지 사용량의 계산시, 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 운전압력, 생산수의 TDS(Total Dissolved Solids, 총 용존 고형물)를 함께 계산한다. 운전압력, 생산수의 TDS는 특정 회수율에 따른 물 플럭스값(Jw)와, 위에서 산출한 물 이동계수(A) 및 염 이동계수(B)를 상기 [수학식 1] 내지 [수학식 6]에서 적용하여 Pf값 및 Cp 값을 계산하여 산출 가능하다.
다음 단계로서, 제어 유닛(100)은 운전압력과 생산수 TDS가 기설정된 한계값을 넘지 않는 회수율 범위를 도출한다(S13). 예를 들어, 운전 압력의 한계값을 70bar로, 생산수 TDS의 한계값을 300mg/L로 설정한 경우, 이를 초과하는 수치를 나타내는 회수율값은 제외한 회수율 범위를 도출한다.
다음 단계로서, 제어 유닛(100)은 위에서 도출한 회수율 범위 내에서 에너지 사용량이 최소가 되는 회수율 조건, 즉, 최적 회수율 조건을 선정하고(S14), 해수 담수화 장치의 운전을 선정된 회수율 조건에 따라 수행한다(S15).
이상에서는 운전압력과 생산수 TDS의 한계값을 설정하고 이를 넘지 않는 회수율 범위 내에서 최적 회수율 조건을 선정하는 방법을 근거로 설명하였으나, 본 발명은 운전압력과 생산수 TDS의 한계값에 따른 회수율 범위 도출 없이 바로 최적 회수율 조건을 선정하는 방법까지 모두 포함한다 할 것이다.
도 4는 고부하(예를 들어, 450m3/day) 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블의 일 예이다.
도 4의 (a) 내지 (d)에서 보인 테이블과 같이, 해수 담수화 장치의 운전압력, 생산수 TDS, 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량은 역삼투막 분리 공정에 사용되는 역삼투막 모듈의 사용 연식 별로 각각 계산될 수 있다. 이를 참조하면, 36%에서 46%의 회수율은 범위에서 0년 내지 5년의 사용 연식 별로 각각 수치가 계산되어 있다.
운전 압력의 한계값을 70bar로, 생산수 TDS의 한계값을 300mg/L로 설정한 경우, (a) 및 (b) 테이블에서 보인 바와 같이 운전압력 및 생산수 TDS 수치 중 한계값을 초과하는 경우가 없으므로 36%에서 46%의 회수율 전 범위를 사용할 수 있다.
(c) 및 (d)와 같이, 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량과 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량이 42%의 회수율에서 최소값을 나타내고 있으므로, 고부하 운전시 최적 회수율 조건은 42%가 되며, 제어 유닛(100)은 고부하 운전시 42%의 회수율로 담수가 생산되도록 물 플럭스를 제어하여 해수 담수화 장치를 운전한다.
도 5는 고부하 운전 예를 들어, 450m3/day) 후 다시 저부하(예를 들어, 300m3/day) 운전을 수행하고자 할 때, 저부하 운전시 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 (a) 운전압력, (b) 생산수 TDS, (c) 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량, (d) 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량을 나타낸 테이블의 일 예이다.
운전 압력의 한계값을 70bar로, 생산수 TDS의 한계값을 300mg/L로 설정한 경우, (a) 테이블에서 보인 바와 같이 운전압력은 한계값을 초과하는 경우가 없다, 그러나 (b) 테이블에서 보인 바와 같이 생산수 TDS 수치는 역삼투막 모듈의 사용 연식이 3 내지 5년차일 때 한계값을 초과하는 경우가 발생한다. 따라서 역삼투막 모듈의 사용 연식이 3년인 경우 회수율 범위는 36% 내지 44%가 되고, 4년인 경우 회수율 범위는 36% 내지 40%가 되며, 5년인 경우 36% 내지 38%가 된다.
최적 회수율 조건은 역삼투막의 현재 사용년차에 해당하는 회수율 범위 내에서 선정될 수 있다. 만약, 역삼투막 모듈의 현재 사용년차가 1년차라면 36% 내지 46%의 전체 범위에서 최적 회수율을 선정할 수 있지만, 현재 사용년차가 4년차라면 36% 내지 40%의 범위에서만 최적 회수율을 선정할 수 있게 된다.
(c) 및 (d)와 같이, 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량과 해수 담수화 전체 공정의 에너지 사용량이 38%의 회수율에서 최소값을 나타내고 있으며, 현재 역삼투막 모듈의 사용년차가 4년차인 경우라고 가정하면, 이는 위에서 운전압력과 생산수 TDS를 이용하여 제한한 회수율 범위인 36% 내지 40%의 범위 내에 있으므로, 38%를 최적 회수율 조건으로 선정한다. 제어 유닛(100)은 저부하 운전시 32%의 회수율로 담수가 생산되도록 물 플럭스를 제어하여 해수 담수화 장치를 운전한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 담수화 장치가 탑재된 해수 담수화 선박의 종단면을 나타낸 도면이다.
본 발명과 같이 가변 부하 운전이 가능한 해수 담수화 장치는 해상을 이동하면서 담수를 생산하여 담수 공급지(예를 들어, 물 공급이 취약한 도서ㆍ해안 지역)에 담수를 공급하기 위한 해수 담수화 선박(10)에 탑재될 수 있다.
도 6의 도시와 같이, 선박(10)의 선수부(11)와 선미부(12)의 사이에 갑판이 구비되고, 해수 담수화 장치의 전처리 유닛(31), 역삼투막 분리 유닛(32), 생산수 탱크(33) 및 농축수 탱크(34)는 갑판의 하부 공간에 설치될 수 있다.
전처리 유닛(31)은 선박 본체(10)의 중앙 부위를 기준으로 좌측 및 우측 공간 중 어느 하나에 배치되고, 역삼투막 분리 유닛(32)은 좌측 및 우측 공간 중 다른 하나에 전처리 유닛(31)과 대향하도록 배치될 수 있다.
생산수 탱크(33)와 농축수 탱크(34)의 경우, 이들 중 적어도 하나는 선박 본체(10)의 좌측과 우측 공간에 제1 탱크(33a, 34a)와 제2 탱크(33b, 34b)로서 한 쌍으로 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우 생산수 탱크(33)과 농축수 탱크(34) 모두 좌우 한 쌍으로 설치된 구성을 예시하고 있으며, 이들을 제1 생산수 탱크(33a), 제2 생산수 탱크(33b), 제1 농축수 탱크(34a), 제2 농축수 탱크(34b)로 지칭할 수 있다. 나아가, 전처리 여과수 탱크(41) 또한 제1 전처리 여과수 탱크(41a)와 제2 전처리 여과수 탱크(41b)로 좌우 분할 배치될 수 있다.
한편, 제1 생산수 탱크(33a), 제2 생산수 탱크(33b), 제1 농축수 탱크(34a), 제2 농축수 탱크(34b)의 외측에는 선박의 밸런싱을 위한 평형수를 저장하는 밸러스트 탱크가 배치될 수 있다.
이와 같은 해수 담수화 선박은 여러 지역을 이동하면서 각 지역에 담수를 공급할 수 있는데, 이 경우 지역별로 물 수요량이 다르므로 담수화의 생산 수량이 달라져야 한다. 만약 일정한 물 생산능력을 갖는 담수화 장치를 이용하는 경우 지역별 차이를 상쇄하기 위하여 대규모의 생산수 탱크(33)를 선박(10)에 탑재하여야 하는데, 이 경우 선박의 규모가 커지고 이동시 비용이 많이 드는 단점이 있다. 따라서 생산수의 가변 생산이 기능하고, 필요에 따라서는 일시적으로 설계 용량보다 더 많은 물을 생산할 수 있는 가변 부하 운전을 수행함으로써, 각 지역별 물 수요 변동량에 대한 유연한 대처가 가능하다.
이상과 같은 해수 담수화 선박의 가변 운전 방식에 따르면, 해수 담수화 장치의 제1 및 제2 담수 생산 부하는, 생산수 탱크(33)의 수위 및 담수 공급지까지의 도착 시간을 근거로 설정될 수 있다. 예를 들어, 생산수 탱크(33)가 비어 있는 상태에서 담수 공급지까지의 담수 생산 시간이 부족한 경우, 기본 생산 부하의 최대 1.5배까지 부하를 증가시켜 담수를 생산하도록 담수 생산 부하를 설정할 수 있다 할 것이다.
상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 선박 11: 선수부
12: 선미부
31: 전처리 유닛 32: 역삼투막 분리 유닛
33: 생산수 탱크 33a: 제1 생산수 탱크
33b: 제2 생산수 탱크 34: 농축수 탱크
34a: 제1 농축수 탱크 34b: 제2 농축수 탱크
35: 고압 펌프 36: 세이프티 필터
37: 에너지 회수 유닛 38: 부스터 펌프
39: 이송 펌프 100: 제어 유닛
12: 선미부
31: 전처리 유닛 32: 역삼투막 분리 유닛
33: 생산수 탱크 33a: 제1 생산수 탱크
33b: 제2 생산수 탱크 34: 농축수 탱크
34a: 제1 농축수 탱크 34b: 제2 농축수 탱크
35: 고압 펌프 36: 세이프티 필터
37: 에너지 회수 유닛 38: 부스터 펌프
39: 이송 펌프 100: 제어 유닛
Claims (7)
- 제1 담수 생산 부하에 따른 해수 담수화 장치의 기존의 운영 데이터를 이용하여 역삼투막 모듈의 물성치 데이터를 산출하는 단계;
상기 제1 담수 생산 부하와 다른 제2 담수 생산 부하를 담수 생산량으로 설정하고, 상기 물성치 데이터를 상기 해수 담수화 장치의 시뮬레이션 운전에 적용하여 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량을 계산하는 단계; 및
상기 에너지 사용량이 최소가 되는 회수율 조건을 선정하고, 상기 제2 담수 생산 부하에 따른 상기 해수 담수화 장치의 운전을 선정된 상기 회수율 조건에 따라 수행하는 단계;를 포함하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 에너지 사용량의 계산시, 역삼투막 분리 공정의 회수율 변화에 따른 운전압력, 생산수의 TDS를 함께 계산하는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 운전압력과 상기 생산수의 TDS가 기설정된 한계값을 넘지 않는 회수율 범위를 도출하는 단계;를 더 포함하고,
상기 회수율 조건은 상기 회수율 범위 내에서 선정되는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량, 운전 압력, 생산수 TDS는, 상기 역삼투막 분리 공정에 사용되는 역삼투막 모듈의 사용 연식 별로 각각 계산되며,
상기 회수율 조건은 상기 역삼투막의 현재 사용년차에 해당하는 회수율 범위 내에서 선정되는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 물성치 데이터는,
상기 역삼투막 모듈의 물 이동계수(A) 및 염 이동계수(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 해수 담수화 장치의 에너지 사용량은,
상기 역삼투막 분리 공정의 에너지 사용량에 전처리 공정의 에너지 사용량을 합하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 해수 담수화 장치는 해상을 이동하면서 담수를 생산하여 담수 공급지에 담수를 공급하기 위한 해수 담수화 선박에 탑재되고,
상기 제1 및 제2 담수 생산 부하는, 상기 해수 담수화 장치의 생산수 탱크의 수위 및 상기 담수 공급지까지의 도착 시간을 근거로 설정되는 것을 특징으로 하는, 해수 담수화 장치의 가변 부하 운전 방법.
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