1. Title & Journal
Reverse osmosis, a key technology in combating water scarcity in Spain
Journal: Desalination (2010)
2. Background of authors
Veronica Garcia Molinaa,*, Antonio Casanasb
a Dow Water and Process Solutions, Dow Deutschland Anlagengesellschaft mbH, Germany
b Dow Water and Process Solutions, Dow lberica S.L., Spain
3. Summary
본 논문의 저자는 Dow란 수처리기업에 소속된 인물로서, 역삼투 해수담수화 공정의 생산성(water productivity)을 늘리고 궁극적으로 소요비용 절감(cost savings)을 달성 할 수 있는 방법들에 대해 소속된 회사의 제품을 토대로 소개 및 서술하고 있다. 그 방법에는 크게 2가지로 나뉘며, 각각에 에 대한 세부내용은 다음과 같다.
I. New modules
s Low energy module (SWRO)
s High Boron rejection module (SWRO)
s Fouling resistance module (BWRO)
s Large diameter module (16 inch, SWRO)
II. Module configurations
s Internally staged designs (SWRO)
s Low energy module: Dow에서는 높은 물투과량(1000gpd)과 염제거율(99.7%)을 동시에 만족하는 SW30ULE-400i 제품을 2010년도에 상용화를 하였다. 이런 높은 생산성을 보이는 막모듈 제작은 두 가지 측면에서 이점이 있다.
- Low temperature desalination: 일반적인 상용화 막을 이용한 낮은 온도의 유입 해수 담수화는 염투과율이 상당히 낮아 요구수질을 쉽게 만족시킬 수 있지만, 그와 동시에 물투과율도 낮아짐으로써 목표 수량을 충족하기 위해 필요한 유입압력 또한 높아지는 단점이 있다.
- Seawater desalination plants with two pass: 일반적인 역삼투 해수담수화 공정에서는 높은 생산수 수질을 만족시키기 위해 two pass 시스템으로 구성되어 있다. 하지만 높은 물투과량과 염제거율을 보이는 SW30ULE-400i 제품은 결과적으로 two pass 시스템의 규모(size)를 축소함으로써 비용을 절감이 가능케 한다.
s High Boron rejection module: drinking water를 만족시키기 위한 보론 농도는 EU와 WHO에서 각각 1ppm, 0.5 ppm로 제한되어 있다. 이런 상황에서 높은 보론 제거율을 가진 SW30XHR-400i 제품은 two pass system까지 가지 않고 single pass에서 그 농도를 1ppm이하로 낮출 수 있기 때문에 operational and capital cost측면에서의 절감이 가능하다.
s Fouling resistance module: SW30XHR-400i 제품은 매끄러운 막 표면(a smooth surface), 친수성(hydrophilic), 막 표면의 강한 음전하(strongly negative surface charge)를 띄는 특징이 있다. 또한 feed spacer의 두께가 증가됨으로써 feed channel에서의 turbulence가 더욱더 조장되고, 결과적으로 막 표면에 microorganism이 쉽게 달라붙거나 증식하지 못하도록 한다. 또한 cleaning의 효율까지 높아지는 특징을 가지고 있다.
s Large diameter module: 16인치 직경을 가진 RO막모듈은 같은 운전조건에서 기존 8인치 모듈을 사용했을 때보다 약 4.3배 정도의 높은 생산량을 보여주고 있다. 결과적으로 RO 시스템의 설비에 필요한 capital cost 절감이 달성 가능하다.
s Internally staged designs (ISD): ISD는 압력용기(pressure vessel)내에서의 유입수의 염 농도 분포가 후단으로 갈수록 높아짐으로 인해, 용기 내 앞 단에 위치한 RO모듈에서 높은 flux가 발생함으로써, 상대적으로 막 오염이 진행률이 크다는 점에 착안되었다. 따라서 본 디자인은 같은 종류의 RO모듈을 배치시키는 일반적인 배열방법과 달리, 앞 단(1~2번째)에는 높은 염 제거 및 낮은 물 생산성을 보이는 제품을 배치시키고, 높은 생산성을 보이는 제품을 후단에 배치시킴으로써 압력용기 내의 모든 RO모듈 flux를 최대한 고르게 분포 시키려는 의도가 담겨 있다. 따라서 이 디자인은 앞쪽 막 모듈의 막 오염 및 농도분극(CP)에 대한 영향을 낮춤으로서 전체 물 생산성이 높아지는 장점이 있다.
4. Originality & Contribution
Technical report에 기반한 리뷰논문으로서, Dow에서 시작된 ISD개념에 대해 잘 서술되어 있으며, Fouling resistance module의 경우 막 오염에 대한 영향을 감소시키기 위해 모듈 설계를 어떻게 하였는지에 대해 잘 나타나 있다. 따라서 본 논문은 ISD에 대한 기초자료로서의 활용뿐만 아니라, 현재 진행 중인 ISD 최적화 연구에서 ISD의 장점을 부각시킬 수 있는 중요한 단서를 제공해줄 수 있다.
5. Reviewer: 정관호 jkh@gist.ac.kr