진공막증류 장치를 이용한 lab scale 고효율 해수 농축 시스템 성능 실험

Abstract

해양수자원의 효율적 이용 및 신산업 창출을 위해 해양심층수의 담수 생산 및 고도 농축을 통한 미네랄 농축액과 소금제조 등을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 해당 기술은 세대를 거치며 다양한 기법으로 진화했으며, 그 종류로는 증발법(1세대), 역삼투법(2세대)과 막증발법(3세대) 등이 있다. 이러한 기술들은 각각 비용이 과도하거나 일정 수준까지의 농축만이 가능하다는 제약이 있다. 그러므로 고농도 농축 공정을 활용해야 하는 산업계에서는 이러한 한계를 해소할 효율적인 농축 기법의 적용이 불가피하다. 현재, 염분농도 7%에서 11%로 농축하는 과정은 기름 또는 전기 가열식 히터를 이용한 증발 방식이 주로 이용되고 있다. 해당 방식은 농축을 위한 증발 과정에 상당한 비용이 발생하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제를 개선하고자 진공 상태에서 소수성 분리막을 이용하여 온도차에 의한 증기압을 구동력으로 사용하여 담수화 및 농축시키는 진공증류막(VMD) lab scale 실험 장치를 제작하여 실험하였다. 실험 장치로 7% 농축수를 11%로 농축하는데 소비되는 전력량을 평부가열 방식과 비교하여 에너지 저감량을 파악하였다. 실험 결과 11% 농축수 0.36 ㎥ 생산 기준 VMD 장치는 88.4 kWh, 기존 사용방식인 효율 90%의 등유보일러는 0.098 toe 만큼의 에너지를 소모하며, VMD 장치를 통해 약 50%의 에너지 절감이 가능함을 파악하였다.