역삼투, 이온교환, 축전식 탈염 공정의 보론 제거 성능 분석

김유창; 임성일; 한방우; 김상복; 박인용; 이건희; 박대훈; 홍기정

추천

검색

질문

자료유형: 학술저널

저자정보: 김유창 (한국기계연구원) 임성일 (한국기계연구원) 한방우 (한국기계연구원) 김상복 (한국기계연구원) 박인용 (한국기계연구원) 이건희 (한국기계연구원) 박대훈 (한국기계연구원) 홍기정 (한국기계연구원)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제43권 제10호

발행연도: 2021.10

수록면: 654 - 663 (10page)

이용수

📌

연구주제

📖

연구배경

🔬

연구방법

🏆

연구결과

초록· 키워드

오류제보하기

목적: 본 연구는 기수용 역삼투, 이온교환, 축전식 탈염 공정의 보론 제거 성능을 비교 분석하기 위해서 수행하였다. 역삼투식 해수담수화 공정에서는 본처리 공정인 역삼투 공정의 투과수내에 있는 보론을 추가적으로 더 제거해야 한다. 따라서, 세 공정의 보론 제거 성능과 에너지 소비량을 실험적으로 분석하여 상호 비교하였으며, 이를 통해 이 공정들이 해수담수화 공정의 생산수를 추가 처리하는 2nd pass (2차 통과) 공정으로 사용이 가능한지 여부를 분석하였다.
방법: 실험에 사용할 원수는 NaCl과 B(OH)₃를 이용하여 제조하여 사용하였으며, 역삼투 공정과 이온교환 공정은 소형 파일럿 규모(생산수량 1 m³/hr 이상), 축전식 탈염 공정은 벤치 규모(2.5 L/min 이상)의 시스템을 실험에 사용하였다. 각 공정의 원수와 처리수의 보론 농도를 Azomethine-H 방법으로 분석하였으며, 시스템의 소비 전력을 전력 분석기로 측정하여 에너지 소비량을 분석하였다.
결과 및 토의: 공정마다 보론을 제거하기 위한 운전조건이 다르다. 역삼투 공정의 경우 원수의 pH를 충분히 올려야 제거율이 좋아지며, 이온교환 공정의 경우 보론 선택성 수지(resin)의 흡착용량을 고려하여 파과점(breakthrough point) 이내에서 운전하여야 하며, 축전식 탈염 공정의 경우 보론이 다른 이온과 혼합되어 있으면 전극에 의한 이온 선택성 때문에 연속식 흐름을 갖는 시스템으로는 처리가 어려웠다. 각 공정의 에너지 소비는 가압형 공정인 기수용 역삼투 공정이 가장 컸으며, 축전식 탈염 공정도 탄소전극이 소비하는 전기량이 적지 않았다. 최근 역삼투와 축전식 탈염 공정이 관심을 많이 받는 것은 사실이지만 실제 보론 제거 성능이나 에너지 소비 측면에서는 보론 선택성 수지를 이용하는 이온교환 공정이 우수한 성능을 보이는 것으로 분석되었다.
결론: 이온교환 공정은 재생용 약품 폐수가 발생하고 운전이 쉽지 않다는 단점이 있다. 하지만 보론 제거와 에너지 소비 측면에서는 이온교환 공정이 기수용 역삼투와 축전식 탈염 공정보다 좋은 성능을 보였다. 물론 생산수의 사용처, 환경 및 에너지, 타 공정과의 연계성, 하이브리드 구성 등 다양한 측면에서 고려할 필요가 있다.

Objectives : This article provides a comparative analysis of boron removal for brackish water reverse osmosis (BWRO), boron selective ion exchange (IX), or capacitive deionization (CDI) processes. Permeate of 1st-Pass RO process has to be post-treated for additional boron removal. Hence, we experimentally analyzed the performance of boron removal and specific energy consumption (SEC) of three aforementioned processes and investigated whether the processes are suitable for 2nd pass process of RO desalination.
Methods : Raw feed water was prepared using NaCl and B(OH)₃. Semi-pilot scale RO and IX systems (over 1m³/hr capacity) and bench scale CDI system (over 2.5 L/min) were tested for performance comparison. Boron concentration was measured using Azomethine-H method for feed and product water. Energy consumption was monitored by using power quality analyzer.
Results and Discussion : Each process has its own operating conditions. The RO process required high pH of feed water for high boron removal rate, the IX process was operated below breakthrough point considering adsorption capacity of boron selective resin, and the CDI process didn’t remove boron because chloride ion has higher ion selectivity for carbon electrode than boron. In terms of SEC, the pressure-driven RO process showed the highest SEC among three processes. The CDI process based on electrical adsorption of carbon electrode showed a considerable energy consumption as well. On the other hand, the IX process was operated at low energy consumption because its removal is just based on adsorption-desorption mechanism.
Conclusions : The RO and CDI processes have received a lot of attention as leading and emerging technology while the IX process was regarded as a stubborn process because of regeneration of resin and its several segmentalized steps. However, we found that the IX process has a better performance for boron removal and energy consumption.

#boron removal #desalination #reverse osmosis #ion exchange #capacitive deionization #보론 제거 #해수담수화 #역삼투 #이온교환 #축전식 탈염

참고문헌 (13)

참고문헌 신청

K. Park, J. Kim, D. R. Yang, S. Hong, Towards a low-energy seawater reverse osmosis desalination plant: a review and theoretical analysis for future directions, J. Membra. Sci. 595, 117607(2020).

L. F. Greenlee, D. F. Lawler, B. D. Freeman, B. Marrot, P. Moulin, Reverse osmosis desalination: water sources, technology, and today’s challenges, Water Res., 43, 2317-2348(2009).

N. Voutchkov, Desalination Engineering: Planning and Design, McGraw-Hill, New York, US, pp. 413-415(2013).

N. Hilal, G. J. Kim, C. Somerfield, Boron removal from saline water: a comprehensive review, Desalination, 273, 23-35(2011).

Y. C. Kim, S. Lee, Adsorptive removal of boron from aqueous solutions with selective resins in high-depth fixed-bed columns, Desalin. Wat. Treat. 108, 152-163(2018).

함께 읽어보면 좋을 논문

논문 유사도에 따라 DBpia 가 추천하는 논문입니다. 함께 보면 좋을 연관 논문을 확인해보세요!

이 논문의 저자 정보

김유창

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학 공학 > 기계공학 > 기계공학 일반

논문수 13 이용수 2,016

임성일

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학 공학 > 기계공학 > 항공우주공학

논문수 15 이용수 544

Bangwoo Han

소속기관 Korea Institute of Machinery & Materials

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 7 이용수 255

김상복

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 자연과학 > 지구과학 > 대기과학 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 24 이용수 2,383

박인용

소속기관 환경기계연구실

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 5 이용수 284

이건희

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 5 이용수 187

박대훈

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 2 이용수 191

홍기정

소속기관 한국기계연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 1 이용수 167

이 논문과 함께 이용한 논문

적층 방향에 따른 3D 프린팅 콘크리트의 강도 특성

원희재 한국산학기술학회 논문지 2021 .02

역삼투압법에 의한 양파착즙액의 휘발성 성분 변화

심재언 , 전명희 , 이대희 외 4명 한국식품과학회지 2019 .02

최근 본 자료

전체보기

UCI(KEPA) : I410-ECN-0101-2021-539-002144529

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

AI 요약

연구주제

연구배경

연구방법

연구결과

주요내용

목차

참고문헌 (13)

함께 읽어보면 좋을 논문

이 논문의 저자 정보

이 논문과 함께 이용한 논문

최근 본 자료

댓글(0)