담수화 기술인 다단계 플래시 증류 원리

담수화 기술인 다단계 플래시 증류 원리

 

 

담수화는 물에서 과도한 염분과 미네랄을 제거하는 과정 또는 해수를 식수로 바꾸는 화학적 과정으로 정의할 수 있습니다.

 

이러한 프로세스는 시립, 산업 또는 상업적 용도로 사용될 수 있습니다. 주요 담수화 방법에서는 급수를 처리하고 두 개의 물 흐름을 얻습니다.

 

하나는 소금과 미네랄이 적은 처리 된 식수, 다른 하나는 원래 급수 또는 소금물보다 염분 및 미네랄 농도가 높은 농축 물 또는 염수입니다.

 

바닷물 또는 급수원에는 해수, 기수, 우물, 지표면, 폐수, 산업 급수 및 공정 용수가 포함될 수 있습니다.

 

기술의 발전으로 담수화 공정은 증가하는 수요를 맞추기 위해 사용 가능한 물을 생산하는 다른 방법에 비해 비용 효율적이 되고 있습니다.

 

담수화 후 얻은 물은 사람이 섭취하기에 적합하도록 재광화 되어야 합니다. 담수화 과정에서 얻은 농축 소금물은 적절한 방법으로 처리해야 합니다.

 

다양한 담수화 공정이 개발되었으며 그중 일부는 현재 연구 개발 중입니다. 주로 담수화에 사용되는 두 가지 주요 기술은 다음과 같습니다. 열 담수화 기술과 막 담수화 기술입니다.

 

두 기술 모두 여러 가지 다른 공정을 포함하며, 그중 일부는 일반적으로 사용되지 않는 동결 및 이온 교환과 같은 대체 기술이 있습니다.

 

이러한 모든 기술은 작동하는 데 에너지가 필요합니다. 이러한 방법에는 일반적으로 기존 에너지 또는 재생 가능 에너지가 사용됩니다. 열 담수화 공정은 일반적으로 증류라고 합니다.

 

해수를 담수화하여 식수로 전환하는 가장 오래된 방법의 하나입니다. 이 기술은 비싸므로 기수를 담수화하는 데 거의 사용되지 않습니다.

 

이 기술은 식염수를 끓여 증발시킨 다음 응축된 증기를 수집하여 순수한 물을 얻는 원리를 기반으로 합니다. 소금이 남고 증류액이 수집됩니다.

 

 

 

열 담수화 공정은 다음과 같은 유형으로 세분됩니다. 다단계 플래시 증류, 다중 효과 증류, 증기 압축 증발로 처리됩니다. 다단계 플래시 증류 공정 원리는 많은 다단계 챔버를 통한 증류를 포함합니다.

 

여기서 플랜트의 각 연속 단계는 점진적으로 낮은 압력에서 실행됩니다. 급수는 초기에 고압으로 가열되어 첫 번째 플래시 챔버로 전달됩니다.

 

첫 번째 플래시 챔버에서 압력이 방출되어 물이 빠르게 끓어 빠르게 증발하거나 깜박입니다. 다음 단계의 압력이 이전 단계보다 적기 때문에 이 프로세스는 각 연속 단계에서 계속됩니다.

 

플래싱에 의해 생성된 증기는 각 단계에 있는 열교환기 튜브에 응축되어 담수로 변환됩니다. 튜브는 유입되는 냉각기 급수에 의해 냉각됩니다.

 

다단계 플래시 증류 공정에서 공급 수는 포화 비등 온도보다 낮은 온도에 도달할 때까지 염수 히터로 알려진 용기에서 가열됩니다.

 

그런 다음 가열된 바닷물은 일련의 용기를 통해 차례대로 흐르며 낮은 대기압으로 인해 물이 빠르게 끓고 기화됩니다. 감압실에 온수가 갑자기 유입되는 것을 `플래싱 효과`라고 합니다.

 

그 이유는 물이 거의 증기로 번쩍이기 때문입니다. 이 물의 작은 비율은 수증기로 변환되며 이 비율은 주로 무대 내부의 압력에 따라 달라집니다.

 

플래싱에 의해 생성된 증기는 각 단계를 통과하는 열교환기의 튜브에 응축되어 담수로 변환됩니다. 브라인 히터로가는 유입되는 급수는 튜브를 냉각시킵니다.

 

이는 그 대가로 급수를 가열하여 해수 온도를 높이기 위해 염수 히터에 필요한 열에너지의 양을 줄임으로써 열효율을 높입니다. 급수 또는 식염수는 히터와 플래시 챔버를 한 번만 통과한 다음 폐기됩니다.

 

이러한 모든 프로세스는 긴 튜브 또는 크로스 튜브 디자인으로 구성될 수 있습니다. 긴 튜브 디자인의 경우 튜빙은 농축 흐름과 평행하고 교차 튜브 디자인의 경우 튜빙은 농축 흐름에 수직입니다.

 

현재 전 세계 담수 수의 약 64%를 생산하고 있습니다. 이 공정은 바닷물에서 식수를 생산하는 가장 신뢰할 수 있는 원천이지만 열 및 기계적 에너지를 모두 요구하는 에너지 요구 공정으로 간주합니다.

 

 

 

MSF 설비는 스테인리스강을 사용하지 않으면 부식되기 쉽습니다. 부식 외에도 MSF 플랜트는 침식 및 충돌 공격을 받습니다. 이러한 침식은 일반적으로 한 단계에서 다른 단계로 이동할 때 플래시 챔버에서 급수의 난류로 인해 발생합니다.

 

MSF의 장단점은 다음과 같습니다. 비교적 시공이 간단하고 운영이 쉽습니다. 기존 펌프 외에는 움직이는 부품이 없으며 연결 튜브의 일부만 포함합니다.

 

폐수의 수질에는 2 ~ 10ppm의 용존 고형물이 포함되어있어 높은 수준의 정제를 의미합니다. 따라서 후처리 과정에서 물이 사람이 마시거나 소비될 수 있도록 가공이 됩니다.

 

하지만 단점도 있습니다. 더 높은 온도인 115°C 이상에서 플랜트를 운영하면 효율성이 향상되지만, 황산칼슘과 같은 염이 튜브 표면에 침전되고 튜브 막힘과 같은 열적 및 기계적 문제가 발생하기 때문에 스케일링 문제가 발생합니다.

 

이런 단점은 열에너지와 기계적 에너지가 모두 필요한 에너지 집약적 프로세스로 간주하지만 열병합 발전 시스템으로 극복할 수 있습니다.

 

바닷물에서 식수를 생산하는 가장 안전한 기술이지만, 비용 및 여러 단점을 보완이 필요한 부분도 알 수 있었습니다. 첫 번째 담수화 기술 중 하나의 원리를 알아보았습니다.

 

단순히 바닷물을 사람이 사용할 수 있는 물로 변경하는 것 외에도 에너지를 활용할 수 있는 방안도 있는 담수화 기술은 매우 혁신적인 거 같습니다.

 

하지만 복잡한 공정으로 처리시설 및 시스템이 건설되어야 하니, 쉽게 바닷물을 정화한다고는 볼 수 없습니다. 허황된 이야기이지만 누구라도 쉽게 바닷물을 사람이 사용할 수 있도록 바꿔주는 기술이 있다면 더 혁신적일 거 같다는 생각이 들었습니다. 다음 포스팅에서는 나머지 담수화 기술의 원리들을 정리해보도록 하겠습니다.