도서지역「해수담수화시설」 효율적인 관리 방안 - 전라남도 소규모 해수담수화시설을 중심으로 -

정용문 ( Jung Yong-moon ),이정일 ( Lee Jeong-il ),윤설희 ( Yun Seol-hee ),정혜민 ( Jung Hae-min ),이예영 ( Lee Ye-yeong ),이무현 ( Lee Mu-hyeon ),차윤경 ( Cha Yoon-gyeong ),안길원 ( Ahn Gil-won ) 한국도서(섬)학회 2022 韓國島嶼硏究 Vol.34 No.1

국내 해수담수화시설 112개소 중 109개소는 1,000 ㎥/일 이하의 소규모 시설이며, 109개소 중 81 %는 100 ㎥/일 보다 작은 시설이다. 하지만 대부분의 해수담수화 연구는 중대형 규모의 해수담수화플랜트인 부산광역시 기장군 시설(45,000 ㎥/일), 포스코 광양제철소 시설(30,000 ㎥/일), 충남 서산시 시설(100,000 ㎥/일)을 대상으로 수행되어지고 있으며 소규모 해수담수화시설에 대한 조사 또는 연구는 극히 드물다. 본 연구에서는 해수담수화시설이 가장 많이 설치되어 있는 전라남도 신안지역을 대상으로 소규모 해수담수화시설의 설치, 운영, 관리 현황 등의 조사를 통해 효율적인 관리방안을 제시하였고, 풍속 분석을 통해 풍력에너지 도입 가능성 평가 및 온실가스 배출량을 분석하였다. 본 연구에 따르면 신안지역 해수담수화시설 중 물 생산량이 50 ㎥/일 보다 낮은 시설은 27개소 중 20개소로 조사되었으며 모두 하루 물 생산량이 100 ㎥ 이하의 시설들이다. 평균적으로 해수담수화시설은 육지에서부터 56 km 떨어져 있으며, 해수담수화시설이 설치된 섬들 중 29 %에서는 정기선편이 운항하지 않는 열악한 환경에 처해있다. 원수인 염지하수의 총용존고형물량이 2,000 mg/L 보다 낮은 시설은 12개소이며, 대부분의 공정이 취수펌프, 카트리지 필터, 활성탄 여과 필터, 고압펌프, 역삼투막, 소독장치로 구성되어 있으나 에너지회수장치는 설치되어 있지 않았다. 조사지역 중 가장 높은 10 m 풍속과 풍력에너지밀도는 7.39 m/s, 409.4 W/㎡로 제주지역 대표 섬들과 비교했을 때 비슷하거나 높아 풍력발전 도입이 가능할 것으로 판단된다. 현재 섬 지역에서 사용 중인 내연발전의 화석에너지를 신재생에너지로 전환한다면, 해수담수화시설에서 연간 1.99 tCO₂ ~ 2.53 tCO₂의 이산화탄소 배출량을 절감할 수 있다. 효율적인 소규모 해수담수화시설 운영을 위해서는 염분 농도가 낮은 시설에는 기수용 막을 적용해야하며, 현지 시설에서 해수담수화시설 운영에 필요한 최소한의 pH, 압력, 유량, 전기전도도 등의 디지털 계측기 설치가 필요하다. 또한 육지에서도 해수담수화시설을 체계적으로 관리할 수 있도록 원격제어시스템을 도입할 필요성이 높으며, 풍력에너지와 같은 신재생에너지 적용이 충분히 가능할 것으로 판단된다. Most of the studies regarding desalination focused on large and medium scale desalination plants recently. However, 109 out of 112 plants were small scale desalination ones under 1,000 ㎥/d and 81 % of small scale desalination plant were under 100 ㎥/d in Korea. The states of desalination plants regarding operation and maintenance were investigated in Shinan region of Jeollanam-do. Process analysis of small scale desalination plant and applicability of renewable energy to desalination plant was evaluated. Overall, 20 out of 27 desalination plants were shown to be responsible for just small water production under 50 ㎥/d. Desalination plants were located averagely 56 km from land and not operated by regular passenger ships in 29 % of islands. The total dissolved solids(TDS) of feed water was under 2,000 mg/L in 12 plants. Most of the desalination plants simply consisted of submersible pumps, cartridge filters, activated carbon filters, high pressure pumps, seawater reverse osmosis membranes, and disinfection systems without energy recovery devices. The highest wind speed and wind power density at 10 m were 7.39 m/s and 409.4 W/㎡. And it showed that wind power generators were applied in desalination plants. The carbon dioxide emissions were expected to decrease by 1.99 tCO₂ ~ 2.53 tCO₂ in each desalination plant when energy source was changed from oil to renewable energy. In order to efficiently manage small scale desalination plants, brackish water reverse osmosis facilities, accurate installation of measuring instruments and remote supervisory control system were needed. In addition, the possibility of utilizing wind power generation as renewable energy in island areas was confirmed.

소규모 해수담수화시설 물 생산량 제고 방안 - 전라남도 해수담수화시설을 중심으로 -

정용문,오은하,박현수,김민영,송승리,김학림,차윤경,한용원,황윤화,김익산,박귀님 한국도서(섬)학회 2024 韓國島嶼硏究 Vol.36 No.1

해수담수화는 무한한 수자원인 해수를 이용해 담수를 생산하는 수처리 방법이다. 국내에서는 역삼투법을 이용한 해수담수화시설이 설치되어 연간 3백만 ㎥의 담수가 생산되고 있다. 하지만 해수담수화시설의 용량 부족, 원수인 염지하수의 부존량 감소 등으로 인해 섬 지역 물 부족 문제가 완벽하게 해결되지 못하고 있다. 또한, 해수담수화시설의 낮은 회수율, 현지 운영자의 전문성 부족, 시설 수리 및 보수의 어려움, 관로 노후화로 인한 누수 및 오염 등 여러 부분에서 개선이 필요하다. 본 연구에서는 성능모사 프로그램을 이용해 소규모 해수담수화시설의 담수생산량은 높이고 전기소모량은 줄일 수 있는 공정을 비교 분석하였다. 소규모 해수담수화시설 성능모사를 위해 주요 영향인자를 조사한 결과 전라남도 지역 해수담수화시설은 대부분 ‘1st RO’공정이고, 시설 중 80 % 이상이 하루 담수생산량 50 ㎥이상 이며, 원수의 총용존고형물량은 최소 115 mg/L, 최대 28,273 mg/L, 평균 5,676 mg/L이었고 원수의 수온은 최소 5.2 ℃, 최대 28.1 ℃, 평균 17.0 ℃로 나타났다. 조사결과를 토대로 섬 지역에 보편적 설치되어 있는 해수담수화 공정 조건인 용량 50 ㎥/일, 최종 담수의 총용존고형물, 500 mg/L 이하, 원수의 총용존고형물량 6,500 mg/L, 수온 17 ℃를 성능모사를 위한 설계조건으로 정했다. 공정으로는 기존‘1st RO’공정, 에너지회수장치를 추가한 ‘1st RO + ERD’공정, 농축수를 원수로 재순환시키는‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정을 설계해 담수의 수질 및 수량 변화를 비교분석 하였다. 기존‘1st RO’공정에서는 담수 50 ㎥/일을 생산하기 위해서는 원수 200 ㎥/일이 필요했으나 ‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정에서는 소요되는 원수량을 83.3 ㎥/일, 66.7 ㎥/일로 낮출 수 있다. 공정별 전력소모량을 살펴보면 기존‘1st RO’공정은 1.47 kWh/㎥이였으나 ‘1st RO + ERD’공정에서는 0.45 kWh/㎥까지 낮아지므로 전기가 부족한 섬 지역에 필요한 공정이다. ‘1st RO + 재순환’공정은 농축수 재순환 배관만 설치하면 회수율을 60 %까지 높일 수 있기 때문에 기존 시설을 이용해 최소예산으로 담수 생산량을 높일 수 있다. ‘2nd RO + 재순환’공정은 기존 시설에 새로운 역삼투 모듈을 설치해야하기 때문에 비용이 많이 발생하지만, 회수율을 75 %까지 높일 수 있어 염지하수 자원이 부족한 섬 지역에 적합한 공정이다. 마지막으로 원수의 수온이 낮은 겨울철보다 수온이 높은 여름철에 전기에너지 소모량을 낮출 수 있다. 해수담수화시설은 섬 지역 물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 현실적이고 주민들의 물 사용에 대한 체감도가 높은 효율적인 방법이다. 기존에 노후화된 해수담수화시설을 교체하거나 신규로 설치할 때 기존‘1st RO’공정이 아닌 전기소모량을 낮출 수 있는 ‘1st RO + ERD’공정, 물 생산량을 높일 수 있는 ‘1st RO + 재순환’공정과 ‘2nd RO + 재순환’공정이 섬 지역 여건에 맞게 설치될 수 있도록 고려되어야 한다. Desalination was a water treatment process that involved converting saline water to fresh water. Desalination generated an estimated 0.03 hundred million ㎥/day of fresh water in Korea. But, water shortage problems in the island area were not solved regarding the low capacity of desalination plants, the low amount of available salinity groundwater, etc. Furthermore, the low recovery rate of freshwater, lack of expertise of local operators, water leakage and contamination by old pipelines needed to be improved. This study used a reverse osmosis system projection program to compare compared desalination processes to improve water production and decrease electricity consumption. It was investigated that over 80 % of small-scale desalination plants in Jeollanam-do produced 50 ㎥/day. The total dissolved solids of feed water were at least 115 mg/L, up to 28,273 mg/L, an average of 5,676 mg/L, and the water temperature of raw water was at least 5.2 ℃, up to 28.1 ℃, and the average of 17.0 ℃. Based on the investigation results, plant capacity and the total dissolved solids of the final freshwater for performance simulation were set at 50 ㎥/day, 500 mg/L, and the total dissolved solids and temperature of raw water were set at 6,500 mg/L, and 17 ℃. The process compared and analyzed changes in the quality and quantity of freshwater by designing the ‘1st RO’ process, the ‘1st RO + ERD’ process with an energy recovery device added, the ‘1st RO + Recirculation’ process, and the ‘2nd RO + Recirculation’ process. In the ‘1st RO’ process, 200 ㎥/day of feed water was required to produce 50 ㎥/day of fresh water, but in the ‘1st RO + Recirculation’ process and the ‘2nd RO + Recirculation’ process, the amount of feed water required could be reduced to 83.3 ㎥/day and 66.7 ㎥/day. The ‘1st RO’ process consumed 1.47 kWh/㎥. However, in the ‘1st RO + ERD’ process, it is lowered to 0.45 kWh/㎥. The recovery rate was increased by 75 % in the ‘2nd RO + Recirculation’ process. Finally, reducing the electric energy consumed in freshwater production in summer was possible. When replacing old desalination plants or installing new ones, the ‘1st RO + ERD’ process, which can lower electricity consumption, should be considered rather than the ‘1st RO’ process, the ‘1st RO + Recirculation’ process and the ‘2nd RO + Recirculation’ process, which could increase waster production.

해양심층수를 이용한 냉동법 담수화시스템 성능 특성

이승원(S.W.Lee),이호생(H.S.Lee,),김현주(H.J.Kim),문덕수(D.S.Moon) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

해양심층수, 해수난방시스템에서의 증발 열원으로 이용된 배출수, 해양표층수 등 해수를 열원으로 이용하여 냉동법 담수화 성능 실험을 수행하였다. 냉동법 담수화 실험 장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성되었고, 압축기는 3/4 마력이 적용되었으며, 냉동법 답수화 장치에서 해수 내 수분을 얼게 하기 위한 증발기는 20리터 용량의 해수조 형태로 제작되었다. 실험 장치 내 구동 냉매는 R-134a를 적용하였다. 여러 가지 해수를 증발열원으로 하여 냉동법 담수화시스템의 성능 특성을 실험하기 위해 해수조 내 냉매 증발온도를 -15 ~ -5℃,해수조 해수 온도를 5 ~ 26℃, 응축기 열원 온도를 15 ~ 25℃로 변화시켜 실험을 수행하였다. 동일 증발온도에서 4가지 열원의 온도 변화는 거의 비슷하게 나타났고,50분 동안의 장치 구동 후 4가지 해수열원의 해수조 내 온도변화는 거의 일정하였다. 또한, 동일 증발온도에서 해수 열원의 온도가 높아지면 실험 시간이 길어지므로 얼음 생성량 및 생성율이 증가하였으며, 증발 온도가 -5℃일 때, 여름 표층수의 경우 겨울 표층수 및 심층수에 비해 얼음 생성량이 각각 약 17.5%, 20.5% 증가하였고, 해수난방시스템 배출수의 경우 심층수에 비해 얼음 생성량은 평균 약 4.3% 감소되었다. 본 실험 결과는 향후 해수 난방시스템의 배출수를 비롯한 해수를 이용한 냉동법 담수화시스템의 설계를 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 생각된다. The paper presents an experimental study of freezing desalination system using deep seawater. The experimental apparatus is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator. The capacity of the compressor is 3/4 horse power and seawater storage tank is 20 liters. R- 134a is applied as a refrigerant. The performance characteristics of freezing desalination system such as ice productivity and seawater temperature variation, etc. were experimented on the -15 ~ -5℃ of evaporating temperature and 5 ~ 26℃ of seawater temperature. The temperature variation of seawater in the storage tank showed the similar values to each other. When the heat source is seawater heat pump discharge, the ice productivity decreased by about 4.3%.

국내 및 해외의 해수담수화 기술 비교분석

황문현(Moon Hyun Hwang),김인수(In S. Kim) 大韓環境工學會 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.5

기후변화는 현재 사용되고 있는 지표수 및 지하수 등의 담수자원 외에도 새로운 수자원을 확보해야할 필요성을 증가시켰다. 해수담수화 시장은 이러한 변화에 따라서 매년 급증하고 있는 상황이며, 이에 발맞추어 2007년 해수담수화 플랜트 사업단이 국내에서 출범하였다. 2014년에 종료된 해수담수화플랜트 사업단은 증발식 해수담수화 기술에 치우친 국내 기술을 역삼투방식 해수담수화 기술로 선회할 수 있도록 이끌었다. 현재 세계 최고의 역삼투방식 해수담수화 기술 에너지 효율성은 약 3.5 kWh/m3 전후로 조사된다. 기장 플랜트의 수준은 3.8~4.0 kWh/m3 수준으로 비록 세계 최고 수준에는 미치지 못하나, 선두권이라 하기에는 부족함이 없는 것으로 사료된다. 한편, 세계 역삼투방식 해수담수화 기술은 평준화 수준에 이른 것으로 사료되며, 에너지 저감을 위해 새로운 기술을 개발하고자 경쟁중이다. 미래 해수담수 시장에서 경쟁할 것으로 예상되는 기술로 정삼투공정, 막증발법 등이 있으며, 이를 위해 국내에서도 정역삼투 융합공정 개발, 막증발법 및 얍력지연삼투등의 기술개발을 진행중에 있다. 이를 통하여 국내 기술수준을 2.5 kWh/m3까지 낮출 것으로 기대된다. Climate change has increased the need to secure a new water resource in addition to the traditional water resources such as surface water and ground water. The seawater desalination market is growing sharply in accordance with this situation in Korea, “seawater engineering & architecture of high efficiency reverse osmosis (SEAHERO)” program was launched in 2007 to keep pace with world market trend. SEAHERO program was completed in 2014, contributed to turn the domestic technology in evaporative desalination technology to RO desalination technology. Currently, it is investigated that the average specific energy consumption of the whole RO plant is around 3.5 kWh/m3. The Busan Gi-jang plant has shown 3.7~4.0 kWh/m3, including operational electricity for plant and maintenance building. Although not world top level, domestic RO technology is considered to be able to compete in desalination market. Separately, many researchers in the world are developing new technologies for energy savings. Various processes, forward osmosis (FO), membrane distillation (MD) process are expected to compete with RO in the future market. In Korea, FO-RO hybrid process, MD and pressure retarded osmosis (PRO) process are under development through the research program in Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT). The desalination technology level is expected to decrease to 2.5 kWh/m3.

간척지의 담수화 기술연구를 위한 기술 분석

홍성하 ( Sungha Hong ),최규홍 ( Kyu-hong Choi ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

세계적으로 간척지 개발은 농지확보, 택지 및 관광지 개발 등의 목적으로 진행되었으며, 간척농지의 경우, 대규모 용수를 확보해야 하는데, 해수 및 염지하수의 담수화 기술 적용에 따른 경제성이 농업경영에 절대적인 영향을 준다. 해수담수화는 해수의 증발 및 응축과정에서 용해물질을 제거하여 생활용수 등을 얻는 수처리 과정이다. 기술 분류는 크게 증발법, 역삼투압법, 전기투석법, 냉동법 등이 있고, 세계적으로 증발법이 70% 정도인데 에너지가 많이 소요되는 단점이 있다. 국내는 도서지역 식수원개발 목적으로 진행되고 있는데, 운영관리체계/전문성·기술력/시설성능 부족으로 고비용 운영관리 및 낮은 유수율 등이 문제이다. 현재, 전국 유인도서 482개소(인구: 818천명, 면적: 3,766km2)에는 101개 해수담수화시설이 설치되어 있다(krila, 2015). 기술의 원수농도(mg/L)와 운전온도(℃)는 증발법(30,000-500,000, 35-120), 역삼투압법(500-50,000, 0-40) 및 전기투석법(500-3,000, 0-65) 수준이다. 가장 보편적으로 이용되는 증발법의 기술에 따른 에너지소비(kWh/m3)·건설비(USD/m3)·생산원가(USD/m3)는 MSF(25, 1,750, 1.07), MED(23, 1,230, 0.83) 수준(GWI, 2010)이다. 여기에서 MSF는 고압의 열교환기서 가열된 해수가 저압격실로 분출되면서 원수의 잉여에너지가 잠열 변환되는 것이다. 구조는 진공도가 높은 격실이 직렬로 이어지는 형태로 자기증발 발생 원리를 이용하는 것이다. 또한, MED는 보일러 고온증기로 첫 증류기에서 해수를 증발시키고, 발생된 증기는 다음의 증발기에서 응축되는 복수의 과정으로 담수가 되는 원리를 이용하는 것이다(stxhi, 2019). 국내 해수담수화 설비용량은 생활용수 6,333m3/day, 공업용수 137,420m3/day 규모인데, 적용된 기술구성은 증발법 50%, 역삼투압법 45% 수준이며, 담수생산에 소요되는 에너지는 7-20kWh/m3(역삼투압법 7, 전기투석법 18, 증발법 20)수준이다(krila, 2015). 개발 중인 새만금간척지의 원예용지 3,055ha(농업용지 8,570ha의 35.7%)는 향후 농업용수 공급대책의 일환으로 상당수준의 해수담수화설비 검토 및 화석연료를 대체할 신재생에너지 연료원의 검토가 필요하다. 전북지역에서는 대규모 시설단지의 개발에 대응하여 활용도가 낮은 볏짚 808천 톤/년(kosis, 2019)과 새만금 간척지 일부에서 생산되는 조사료의 활용처 발굴 및 연소·열전환 기술개발이 필요하다(본 결과물은 전주대학교 농생명융합연구소의 재원으로 지원(과제번호 46190009)에 의해 이루어진 것임).

농축수 무방류를 최소화하기 위한 환경친화형 정삼투 공정 적용

장암 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

분리막 기반 해수담수화 공정은 가격효율성, 부지면적, 공정효율, 처리수질 등의장점을 바탕으로 증발법 기반 해수담수화공정의 대체기술로 각광받고 있다. 역삼투 기반 해수담수화 공정은 증발법 기반 해수담수화공정에 비해 낮은 에너지 비용(2.2-3.5 kWh/m3)으로 공정운영이 가능하다. 하지만, 여전히 역삼투 기반 해수 담수화 공정은 높은 운전에너지 사용량, 농축수의 환경부하량 등의 문제점을 가지고 있다. 이러한, 역삼투 기반 해수담수화 공정의 한계점을 해결하고자 다양한 신개념 기술과의 융합을 통해 운전에너지의 저감, 추가 에너지 생산 그리고 농축수 처리 등의 연구가 활발히 수행되었다. 그 중, 정삼투 공정은 타공정에 비해 에너지와 농축수 저감 측면에서 각광받고 있는 기술이나, 여전히 전처리공정과 농축수 배출의 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 에너지비용과 농축수 무방류 측면에서의 정삼투-역삼투-침지식 정삼투 분리막 기반 해수담수화 운영기술을 제안하고, 다양한 운전조건에서의 공정성능평가 및 사례별 경제성 검토를 통해 공정의 실용화 가능성을 제시하고자 한다.

국내 역삼투 방식 해수담수화 플랜트 시설 용량별 에너지 사용량 기반 경제성 분석

최창규,김창민,임주환,김동호,김인수 대한환경공학회 2019 대한환경공학회지 Vol.41 No.7

목적:역삼투 방식의 해수담수화플랜트 생산수 단가는 건설비와 O&M (Operation & Maintenance) 비용으로 결정되는데, 직접비, 간접비, 전력비, 기타 O&M 비용으로 구성되며, 국가별 및 지역별로 다르기 때문에 구체적 수치를 제시할 수 없는 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 국내에 설치된 중형급 해수담수화플랜트를 대상으로 한 연간 TDS 농도 및 에너지 사용량 등의 운전 결과를 도출하고, 이를 기반으로 시설 용량별 건설비 및 유지관리비를 산정함으로써, 최종적으로 구체적 생산수 단가를 제시하고자 하였다. 방법: 본 플랜트는 생산수 기준 총 10 MIGD (45,000 m3/일) 규모의 역삼투 해수담수화플랜트로 2 MIGD (9,000 m3/일)와 8 MIGD (36,000 m3/일)로 구성되었으며, 2 MIGD 공정은 전처리로 DABF (Dissolved air bio-ball filter)와 UF (Ultrafiltration) 거친 후 역삼투 공정으로 유입되며, 8 MIGD는 DABF와 DMF (Dual media filtration) 처리를 통해 역삼투 공정으로 유입된다. 해수담수화플랜트의 생산 단가 추정을 위해서는 건설비와 유지관리비가 우선적으로 산정되어야 하며, 이는 GWI의 Desaldata의 cost estimator를 통해 산정하였다. Desaldata의 비용 추정방법은 생산용량 및 유입 해수 TDS 농도, 해수 온도, 회수율을 기반으로 한 EPC (Engineering, Procurement and Construction)의 CAPEX (Capital expenditure)와 생산용량 및 설치 국가, 에너지 사용량, 전력단가 등을 기반으로 한 OPEX (Operating expenditure)를 계산하고, 이를 기반으로 이자율과 대출상환 기간, 부채비율을 고려하여 생산수 단가를 추정하였다. 결과 및 토의: 현장에 설치된 EMS (Energy Management System)를 통한 각 공정별 에너지 사용량 분석에서는 SLC (9,000 m3/일)는 5.48 kWh/m3이었고, MLC (45,000 m3/일)은 3.4 kWh/m3로 분석되었다. 이를 기반으로 GWI의 Desaldata의 cost estimator를 이용하여 CAPEX 및 OPEX를 산정하여 최종적으로 생산수 단가를 추정하였다.생산수 기준 9,000 m3/일(SLC), 45,000 m3/일(MLC), 100,000 m3/일(LLC) 규모의 CAPEX 비용 측면에서 SLC에 비해 MLC가 395,954 원/m3만큼 줄어들었고, MLC에 비해 LLC가 192,019 원/m3 가량 줄어들어 플랜트 규모가 커지더라도 생산수량 당 CAPEX는 줄어드는 것으로 나타났으며, 10,000-50,000 m3/일 범위의 소규모 플랜트에서는 생산수량 당 CAPEX가 크게 차이나지만, 100,000 m3/일 이상의 중대규모 플랜트에서는 큰 차이를 보이지 않는 것으로 추정되었다. 연간 생산수량에 대한 OPEX는 SLC에서 742.3 원/m3, MLC에서 636.5 원/m3, LLC에서 580.3 원/m3으로 큰 차이를 보였으며, 세부적으로는 OPEX에 가장 큰 영향을 미치는 것이 전력비로 나타났다. 전체적으로 생산수 단가는 이자율(3%와 5%)에 따라 SCL에서 1,326-1,384 원/m3, MLC에서 1,163-1,209 원/m3, LLC에서 1,023-1,070 원/m3으로, 전세계적으로 제시되는 생산수 단가의 평균값인 1.0 US$/m3과 유사한 결과를 보였으며, 생산용량이 증가할수록 생산수 단가가 감소하는 것으로 나타났다. 결론: 생산수량 당 CAPEX 및 OPEX를 기반으로 Desaldata cost estimator를 이용하여 산정한 생산수 단가는 생산용량이 증가할수록 생산수 단가가 감소하는 경향을 보였으며, 100,000 m3/일 이상에서는 50,000 m3/일이 증가할 때마다 40 원/m3 가량 감소하는 경향을 보여 생산수 단가의 차이가 줄어들었다. 이상의 결과에서 일반적으로 해수담수화플랜트의 규모가 100,000 m3/d 이상으로 건설되는 점을 고려한다면, 해수담수화를 통한 수돗물 생산단가는 1,023-1,070 원/m3으로 추정됨으로써, 2017년 국내 수돗물 평균 요금인 776.5원과 부산시 수돗물 요... Objectives: The production cost of reverse osmosis (RO) seawater desalination plant is determined by the CAPEX (Capital expenditure) and OPEX (Operating expenditure). In detail, CAPEX and OPEX are composed of direct cost, overhead cost, electricity cost, and other O&M costs. However, CAPEX and OPEX may vary by country and region. Therefore, this study tries to estimate the production cost by calculating the construction and maintenance costs depending on production capacities based on the operation results such as TDS concentration and the energy consumption from a seawater desalination plant in Korea. Methods: A two-stage RO based seawater desalination plant with a capacity of 10 MIGD (45,000 m3/d) was used in this study. The plant consists of a 2 MIGD (9,000 m3/d) unit having DABF (Dissolved air bio-ball filter) and UF (Ultrafiltration) as pretreatment processes, and another 8 MIGD (36,000 m3/d) unit having DABF and DMF (Dual media filtration) as pretreatment processes. To estimate the production cost, construction and maintenance costs were calculated by using GWI's Desaldata cost estimator. CAPEX (Capital expenditure) was calculated based on production capacity, recovery rate, TDS concentration and temperature of seawater, while OPEX (Operating expenditure) was calculated based on production capacity, country, energy consumption, and electricity unit price. Results and Discussion: The energy consumptions from EMS (Energy Management System) were 5.48 kWh/m3 at SLC (9,000 m3/d) and 3.4 kWh/m3 at MLC (45,000 m3/d), respectively. In the CAPEX, MLC was reduced by 395,954 ￦/m3 compared to SLC, and the LLC was lower by 192,019 ￦/m3 than MLC. Overall, CAPEX decreased as the production capacity increased. The CAPEX of small plants with production capacity between 10,000 and 50,000 m3/d was significantly different; however, there was no significant difference in larger plants having a capacity above 100,000 m3/d. The OPEX for the annual production capacity showed a sizable difference with 742.3 ￦/m3, 636.5 ￦/m3 and 580.3 ￦/m3 for SLC, MLC, and LLC, respectively. The electricity cost was a substantial portion of OPEX. Also, the production costs based on the interest rates (3% and 5%) were 1,326-1,384 ￦/m3, 1,163-1,209 ￦/m3, and 1,023-1,070 ￦/m3 for SLC, MLC, and LLC, respectively. The results were consistent with 1.0 US$/m3, which is the average production costs presented from other references. Conclusions: The production cost estimated using the Desaldata cost estimator based on the CAPEX and OPEX tends to decrease as the capacity increases. However, when the capacity increased over 50,000 m3/d, the production cost decreased by an average of 40 ￦/m3. Thus the decrement of production cost reduced. From these results, the production cost of tap water through seawater desalination was estimated between 1,023 ￦/m3 and 1,070 ￦/m3 above 100,000 m3/d. Therefore, it is difficult to introduce a large-scale desalination plant in Korea, because the average tap water price was 834.6 ￦ in Korea in 2017. However, It is expected that the seawater desalination will be introduced as an alternative water source whenever drinking water price rises, or when the quantity of available drinking water sources reduce due to climate change and water pollution, or whenever energy consumption is reduced as a result of the steady development of the component technologies such as the reverse osmosis membrane, high-pressure pump, and energy recovery device.

공공갈등의 제도적 프레임 분석

김창수(Kim, Chang-Soo) 서울행정학회 2016 한국사회와 행정연구 Vol.27 No.3

부산광역시 해수담수화사업은 기장군에 사업비 1,954억 원을 투입하여 부산광역시, 국토교통과학기술진흥원, 광주과학기술원 그리고 두산중공업 등이 참여하는 국책사업이다. 기장해수담수화플랜트는 일일 4만 5천 톤 규모로서 2010년 12월 공사를 시작하여 2014년 12월 완공한 후 2015년부터 본격 공급하고자 했지만 기장지역주민과의 갈등에 직면하면서 교착상태에 빠져있기 때문에 합의형성과 해결방안의 모색이 시급한 실정이다. 본 연구는 제도적 프레임 분석틀을 활용하여 기장해수담수화 사업을 둘러싼 공공갈등을 분석하였다. 첫째, 상황조건을 분석한 결과 기장해수정수센터로부터 11㎞ 인근 지역에 고리원전이 입지해있다는 점을 간과하고 입지선택을 하면서 심각한 반대상황에 직면했다는 사실을 발견하였다. 둘째, 제도적인 측면에서는 비록 국가 R&D 사업이지만 이해관계가 광범위하고 환경영향의 가능성이 있다고 판단될 경우 갈등영향분석과 환경영향평가 그리고 예비타당성 분석 등 제도적 장치를 내재하는 것이 필요함을 알 수 있었다. 셋째, 프레임 충돌과정에서 이해관계자들과 사업의 경제성, 음용안전성, 환경위해성, 그리고 절차적 정당성 등 네 가지 쟁점이 명확하게 드러났으며 음용안전성을 중심으로 인식상의 갈등을 해소하는 것이 요구됨을 발견할 수 있었다. 넷째, 소송이 진행되는 가운데 합의형성을 위한 조정의 필요성을 제안하였다. The purpose of this paper is to analyse public conflict around Gijang Seawater Desalination Project in Busan Metropolitan city through institutional frame analysis. The findings are as follows. Firstly, Gijang area is located near in danger of being damaged by the 6 nuclear power plants. So it was very difficult for the residents to get desalinated water and reach an agreement in terms of internal-situational conditions based on the attributes of the community affecting the structure of action arena. Secondly, Lee Government"s DAD(Decide-Announce-Defense) approach based on the deficit institutions aggravated conflicts and antagonism among the residents in Gijang regions. Thirdly, the frame conflict between the Busan Water Authority and will-be desalinated water-supplied residents made disagreements more deepened. Lastly, the related actors failed in building the consensus through mediation without any kinds of authentic discourse, and the litigation began. So I suggest that the revision of the unfair game rules about conflict and environment assessment, and the introduction of the fair-and-representative committee be needed for the mediation and consensus-building. I also suggest that cognitive conflicts about the economic validity of the desalination project, water safety for drinking, environmental assessment, and procedural legitimacy should be resolved through the revision of the unfair and deficit game rules.

해수담수화공정 브라인을 이용한 CO₂의 광물화

방준환,채수천,이승우,송경선 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

수자원 확보를 위한 해수담수화공정은 해수의 염분을 제거한 탈이온수와 제거된 염분이 농축된 브라인을 발생한다. 높은 염분 농도는 플랑크톤 등 해양 생물에 치명적인 영향을 미치기 때문에 염분 농도를 낮추는 방법이 필요하다. 한편 해수담수 화공정은 운영비 중 40%를 전력비가 차지할 만큼 많은 전력을 소모한다. 따라서 많은 CO₂를 배출하여 가뭄을 더욱 악화시킨다. CO₂ 광물화 반응을 이용하면 해수담수화공정이 배출하는 CO₂ 양과 브라인의 염분 농도를 낮출 수 있다. 역삼투해수담수화 공정의 브라인의 pH를 조절하고 CO₂ 미세기포를 주입하였다. 주입한 CO₂양의 52%가 Ca와 Mg의 탄산염광물로 전환되었고, 브라인 중의 Ca는 전량이, Mg는 74%가 CO₂와 반응하였다. 브라인의 pH 조절을 위해 Na를 활용하는 연구를 할 예정이다.

해수담수화에서 생성되는 농축수의 환경적 영향과 평가

김태윤 ( Taeyun Kim ),맹준호,서진성,박선영 한국환경정책평가연구원 2017 기본연구보고서 Vol.2017 No.-

국내의 경우, 강수량 변동 폭이 점진적으로 증가하고 있으며 홍수기(6~9월)에 강수량이 편중되는 수자원 특성을 가지고 있다. 지역과 유역별 강수량의 편차가 심하며 기후변화로 인한 가뭄 빈도가 증가하고 있는 추세이다. 이에 대체수자원 확보 측면에서 해수담수화가 부각되고 있다. 하지만 기존에 해양으로 배출되는 온·냉배수에 대한 거동 및 해양환경에 미치는 연구는 지속적으로 수행되어 왔으나 고농도의 염분을 포함한 배출수의 연구는 거의 전무한 상태이다. 본 연구는 해수담수화에서 생성되는 농축수의 환경적 영향을 평가하기 위해 국내외 사례조사를 통하여 해수담수화 시설 및 법적 규제 현황을 분석하고 해수담수화 시설에서 배출되는 농축수의 해양환경적 문제를 고찰하였다. 아울러 고염분의 농축수가 해역에서 확산되는 크기와 범위를 수치모형실험을 통하여 정량적으로 도출하고 우리나라 해역에서의 농축수거동을 파악하여 국내 해역에 적합한 확산 예측기법을 제시하였다. In Korea, water resource are characterized by a gradual increase in precipitation and concentration of rainfall during the flood season(June to September). There is a large deviation in precipitation by region and watershed and drought frequency is increasing due to the climate change. The need for seawater desalination is increasing in term of securing various water resources, but there is almost no studies on hypersaline concentrated water (brine) discharged from desalination plants. In this study, we investigated domestic and foreign case studies on situation of seawater desalination plants, regulatory standard and environmental impact of hypersaline concentrated water. In addition, we conducted numerical simulations to estimate the behavior of brine in eastern sea and western sea in Korea, Based on the results of numerical simulations, we suggested an appropriate method for predicting the behavior of brine.