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다양한 원수에서 역삼투 공정 성능모델 적합도 비교
학술지명 물환경학회 저자 김지혜,권순범,임재림
발표일 2020-11-05

물 부족 문제가 심각해짐에 따라 다양한 대체수자원을 활용한 안정적인 수자원 확보의 중요성이 지속해서 강조되고 있다. 특히, 무한한 자원인 해수를 활용하는 해수담수화 기술, 하천 오염부하 저감과 물 확보를 동시에 충족하는 하·폐수 재이용 기술 등이 크게 관심을 얻고 있다. 해수담수화 및 공업용수 공급 목적의 하·폐수 재이용 시설의 경우 역삼투법(Reverse osmosis, RO)이 주 공정으로 활용된다. 이 때, 분리막 공정의 특성상 역삼투 공정에서 막오염은 피할 수 없는 현상이기 때문에, 막오염 영향을 고려한 성능분석 및 예측은 매우 중요하다. 역삼투 공정의 성능을 모사하는 모델은 이론 기반의 모델과 데이터 기반의 모델로 나뉘며, 데이터 기반 모델은 대표적으로 다음과 같다; (1) J(t)=J0/(1+2φJ0t)1/2, (2) f(x)=xm, (3) f(x)=a*exp[b/(x+c)], (4) f(x)=α*exp(-x/β)+γ*exp(-x/n). Ruiz-Garcia, (2017). Short review on predicting fouling in RO desalination. Membranes, 7(4), 62.
 역삼투 공정의 원수 수질 및 운전 조건에 따라 모델 적합도에 차이가 있을 수 있으므로, 조건에 맞는 정확한 모델 선정이 중요하다.
   본 연구에서는 해수, 해수와 다양한 수원(정수장 침전수, 폐수방류수, 대호지 침전수)의 혼합수, 폐수방류수, 폐수방류수 농축수를 원수로 Lab-scale 역삼투 평막 장치에서 성능평가 한 실험 데이터를 활용하여 역삼투 성능모델의 정확도 비교 분석하였다. 실험 데이터를 위의 4가지 모델에 적용하여 정확도를 분석한 결과, 3, 4번 모델식이 각각 정확도(R2) 0.70 이상으로 높게 나타났으며, 1, 2번 모델식은 각각 평균 정확도 0.60 이하로 확인되었다. Lab-scale 실험 장치에서 장기간(7일) 평가한 데이터를 4가지 모델과 비교한 결과에서도 3, 4번 모델식이 정확도 0.8 이상으로 높게 나타났다. 따라서, 데이터 기반의 역삼투 공정 성능예측 모델 중 역삼투 성능모사를 위해 적합한 모델은 3번과 4번 모델로 판단되며, 비슷한 수준의 정확도를 보이면서 피팅 계수가 적은 3번 모델이 더 적합한 모델이라 사료된다.

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