1. Title & Journal
Split partial second pass design for SWRO plants

Journal: Desalination and Water Treatment (2010)

2. Background of authors
Stefan Rybar, Roman Boda*, Craig Bartels

Hydranautics - A Nitto Denko Company, Oceanside, CA 92058, United States

3. Summary
 이 논문은 SWRO 프로세스에서 Mr. D. Bary (U.S. Patent) 가 1977년에 제안했던 “split partial second pass(SPSP)”란 시스템에 대해서 보다 향상된 디자인 옵션 및 SPSP 디자인에 영향을 미치는 중요 파라미터들을 소개하고 있고, 각기 다른 방법으로의 컨트롤을 통해 두 가지 측면(여과수 수질, 에너지)에서의 개선을 다루고 있다. 여기서 수질의 개선은 보론과 염분 제거율을 대상으로 하고 있으며, 에너지 개선은 여과수 유량과 생산 에너지 절감을 대상으로 하고 있다. 
이 논문에서 split partial second pass(SPSP)의 기본 컨셉 및 개략도는 다음과 같다. 
 
일반적으로 RO 플랜트에서 1개의 RO vessel안에 8개의 membrane elements가 들어간다. 하지만 그 중 vessel 앞 부분의 4~5번째 membrane까지 보다 나은 여과수 수질(<300mg/l)과 보다 많은 유량 생산(전체 중 70-80%)이 이루어 진다고 한다. (그 이유는 일렬로 나열된 element들 중 실제적인 운전 압력이 그대로 가해지는 부분은 주로 앞 단의 element들 에서 이루어지기 때문이다.) 이 같은 사실을 이용해서 하나의 vessel에서 앞 단의 여과수는 바로 여과수 탱크로 보내고, 뒷 단의 여과수는 second pass RO로 보내서 한번 더 여과를 해서, 나중에는 두 여과수를 합해 blended 한다는 것이다. 비록 우리가 일반적으로 말하는 SWRO 시스템에서의 2 stage pass에서 생산되는 여과수 수질과 비교했을 때는 염분농도가 더 높다는 단점이 있지만, overall recovery를 올려주고 first pass 와 전처리 시설의 사이즈를 줄여주는 장점을 가지고 있다. 
이 논문에서 저자는 RO생산수의 낮은 보론 농도와 second pass 사이즈, 그리고 chemical 및 power consumption 최적화를 목적으로 개발된 Hydranautics IMSD란 SPSP 디자인 모델링 하는 소프트웨어를 이용하여 SPSP 디자인에 영향을 미치는 주요 파라미터들을 분석하였다. 주요 파라미터는 다음과 같다.
①    유입수 염분농도 및 온도 범위
②    1st 와 2st pass의 유입수 pH
③    1st 및 2st pass의 RO membrane의 선택
④    선택된 membrane 수명 및 교체 주기
⑤    선택된 디자인의 여과수 유량의 정도
⑥    요구되는 여과수 수질 

그리고 위 파라미터의 조건에 따라 SPSP 시스템에서 flow control valves (FCV)를 RO vessel의 전단과 후단에 설비하여 여과수의 분리 비율을 다르게 설정해 줌으로써, 각기 다른 조건(pH) 또는 계절적 상황(winter or summer feed temperature)에 따라 프로세스의 퍼포먼스를 최적화를 달성하고 있다. 여기서 여과수의 분리 비율을 상황에 따라 조절할 수 있는 SPSP 시스템 configuration은 다음 그림과 같다.
 
마지막으로 저자는 이 디자인을 실제 Larnaca SWRO plant를 적용하여, 생산수의 엄격한 수질조건(salinity, boron)을 만족시켰고, 운전비용 또한 절감함으로써, SPSP 프로세스 디자인의 우수성을 입증하고 있다. 결과적으로 이 SPSP 프로세스 디자인의 이점은 다음과 같이 요약할 수 있다.
 
4. Contribution
기존 전형적인 SWRO 프로세스 디자인에서 벗어나, SPSP 프로세스 디자인을 적용하여 SWRO 프로세스의 생산수 수질의 개선과 비용절감이란 두 가지 가능성을 새롭게 제시하고 있다. 또한 RO 프로세스 모델링하는 연구자 입장에서는 시뮬링크를 이용하여 SPSP 프로세스 다이나믹 모델을 구축해 보는 것도 프로세스 디자인 측면에서 좋은 시도가 될 수 있을 듯 하다.  

5. Reviewer: 정관호 jkh@gist.ac.kr