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냉각탑 블로다운 워터 재이용을 위한 막 증류공정
Membrane distillation for cooling tower blowdown water reuse
윤택근 ( Teakguen Yun ) , 김혜원 ( Hye-won Kim ) , 김현호 ( Hyunho Kim ) , 홍승관 ( Seungkwan Hong ) , 이석헌 ( Seockheon Lee )
UCI I410-ECN-0102-2023-500-001195445
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최근 수자원 보호 및 지속가능한 수생태계 구축을 위해 물 분야에서는 폐수배출량 절감, 특정오염물질 배출규제, 물 재이용 의무화 등의 정책이 시행되고 있다. 이에 따라서 물 사용량 및 폐수 배출량이 높은 사업장(화학, 정유, 철강, 발전 등)에 적용가능한 물 재이용공정은 핵심적인 기술 개발 과제가 되고 있다. 산업에서 사용되는 공업용수의 60∼70%가 냉각탑에 사용되고 있으며, 냉각탑 내부의 염 농축을 억제를 위한 블로다운 워터(blowdown water) 폐수량도 큰 것으로 보고되고 있다. 막 증류 공정은 폐열을 활용 할 수 있으며, 높은 생산수 수질을 기대할 수 있는 공정으로 블로다운 워터 재이용에 적용할 경우 물 사용량 및 폐수배출량을 절감을 기대 할 수 있다. 본 연구에서는 블로다운 워터를 유입수로 하여 진공 막 증류공에서 온도 및 진공압력 변화에 따른 플럭스, 회수율, 막 젖음 및 오염에 대해 실험을 진행하였다. 실험실 규모의 진공 막 증류 공정(vacuum membrane distillation)을 구성하였으며 평판형 분리막 모듈을 사용하였다. 사용된 분리막은 공극 0.45μm, 공극률 73%, LEP가 138kPa이고 active layer가 PFTE, support layer가 PP인 복합막을 사용하였으며, 발전용 플랜트 냉각탑에서 취수해온 블로다운 워터를 유입수로 사용하였다. 유입수 온도는 50℃ 및 60℃로 하였으며, 진공압 5, 10, 15, 20kPa로 하였다. 생산수의 전기전도도를 실시간 측정하여 막 젖음 발생 및 생산수 수질을 모니터링 하였다. 모든 조건에서 블로다운 워터의 회수율 약 90%이상, 생산수 전기전도도는 2μS/cm 이하였으며, 막 젖음 현상은 발생하지 않았다. 유입수의 온도 60℃, 진공압 5kPa 조건에서는 운전 시간이 길어짐에 따라 플럭스가 점차 감소하는 현상이 발생하였다. 실험에 사용한 분리막 시료의 SEM-EDX 분석결과 칼슘, 마그네슘, 산화철 계열의 스케일이 관측되었다. 막 증류 공정을 이용하여 발전용 냉각탑 블로다운 워터의 재이용 가능성을 확인하였다. 생산된 물을 냉각탑 보충수 또는 플랜트 공정용수로 사용하게 될 경우 전체적인 물 사용량 및 폐수발생량을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 발생된 칼슘 및 마그네슘 스케일에 의해 막 젖음을 유발 할 수 있고, 산화철 계열의 스케일은 막 오염 뿐 만이 아니라 분리막의 물리적 손상을 야기할 수 있는 것으로 알려있기 때문에 장기운전에 대한 안정성 평가가 필요 할 것으로 판단되었다.

[자료제공 : 네이버학술정보]
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