산업용 역삼투압 시스템의 용량 산정 방법
다음은 산업용 역삼투압 시스템의 크기를 결정하는 데 필요한 주요 매개변수 및 계산 방법에 대한 단계별 가이드입니다.
1단계: 핵심 요구사항("무엇") 정의
- 생산수 유량(Qp): 이것이 가장 중요한 요구 사항입니다. 분당 갤런(GPM) 또는 시간당 세제곱미터(m³)로 표시해야 합니다.³시간당 몇 갤런의 정제수가 지속적으로 필요합니까? (예: 제조 공장의 경우 100 GPM).
- 생산수 수질: 투과수 내 최대 허용 총 용존 고형물(TDS) 또는 특정 이온 농도(예: 실리카, 나트륨, 염화물)를 정의합니다. 이는 필요한 염분 제거율을 결정합니다.
- 급수원 및 분석: 이는 가장 중요한 데이터 세트입니다. 종합적인 수질 분석은 필수적입니다. 주요 매개변수:
◦TDS, 전도도
◦침전물 밀도 지수(SDI) 또는 탁도(오염 가능성 측정)
◦농도: 칼슘, 마그네슘(경도), 바륨, 스트론튬(스케일 형성 물질), 실리카, 철, 망간
◦pH, 온도
◦유리 염소 (막 보호를 위해 0이어야 함)
- 운영 조건: 하루 운영 시간, 주당 운영 일수, 필요한 시스템 가용성.
2단계: 주요 설계 계산 ("얼마나 필요한가")
위의 요구사항을 바탕으로 다음과 같은 계산을 수행합니다.
- 시스템 회수율(%R): 공급수가 생산수로 전환된 비율.
◦공식: R (%) = (생산물 유량 / 공급물 유량) x 100
◦제한 요소: 회수율은 원수의 스케일 형성 가능성에 의해 제한됩니다. 회수율이 높을수록 농축액(폐수) 농도가 높아져 멤브레인에 스케일 침전이 발생할 위험이 커집니다. Dow/Chemours의 ROSA와 같은 소프트웨어는 수질, 스케일 방지제 투입량, pH 조정 등을 고려하여 최대 허용 회수율을 모델링하는 데 사용됩니다.
- 농축 계수(CF): 회복과 관련됨.
◦공식: CF = 1 / (1 - R) 또는 CF = 사료 TDS / 농축액 TDS
◦예시: 회수율이 75%일 때, 농축액은 공급액보다 4배 더 농축되어 있습니다(CF = 1/(1-0.75) = 4).
- 공급 유량 요구량(Qf):
◦공식: Qf = Qp / R
◦예시: 75% 회수율(R)에서 100 GPM의 제품(Qp)이 필요한 경우, 필요한 공급 유량은 100 / 0.75 = 133.3 GPM입니다.
- 농축액(불량품) 흐름(Qc):
◦공식: Qc = Qf - Qp
◦예시: 133.3 - 100 = 33.3 GPM.
- 막 배열 설계:
◦산업용 시스템은 막 표면 전체에 적절한 교차 유속을 유지하여 오염을 최소화하기 위해 "어레이"(예: 2:1, 3:2:1 어레이) 형태로 구축됩니다.
◦압력 용기(하우징) 및 멤브레인의 수는 필요한 공급 유량과 제조업체의 유속 사양에 따라 결정됩니다.
- 플럭스(GPD/ft)² 또는 LMH): 막의 단위 면적당 투과액의 유량.
◦필요한 총 멤브레인 면적 계산 공식: 면적 = Qp / 플럭스
◦유량 지침: 공급수 수질에 따라 선택합니다(수질이 좋지 않은 물의 경우 오염을 줄이기 위해 유량을 낮춥니다).
▪역삼투압 투과수(2차 통과): 20-30 GFD
▪우물물: 12-18 GFD
▪표층수: 8-14 GFD
▪폐수: 7-12 GFD
3단계: 전처리 및 후처리 크기 조정("지지 시스템")
역삼투압 장비는 단독으로 작동할 수 없습니다. 장비의 크기에 따라 모든 지원 장비의 크기가 결정됩니다.
- 전처리 (반드시 원수 분석 결과를 바탕으로 설계해야 함):
◦다매체 필터: 부유물질 제거용. 일반적인 사용 유량인 5-10 GPM/ft³의 공급 유량(Qf)에 맞춰 설계되었습니다.².
◦연수제 또는 스케일 방지제 주입: 스케일 발생을 제어하기 위해 사용됩니다. 연수제는 공급 유량(Qf)과 경도에 따라 용량이 결정됩니다.
◦활성탄 필터 또는 아황산나트륨 주입기: 염소 제거용. Qf 용량에 맞춰 제작되었습니다.
◦카트리지 필터(5)µ 안전 필터): Qf에 맞게 크기가 조정되었습니다.
- 고압 펌프 선택:
◦농축액의 삼투압과 시스템 압력 손실을 극복하기 위해 필요한 압력으로 Qf를 공급해야 합니다.
◦일반적으로 기수(염분이 섞인 물)의 압력은 150~300psi이고, 해수의 압력은 800~1200psi입니다.
- 치료 후:
◦탈기 장치 또는 멤브레인 접촉기: CO₂ 제거용₂ pH가 조절되었다면.
◦혼합층 폴리셔(CEDI/EDI): 초고순도 정제수용. Qp 용량에 적합합니다.
4단계: 시스템 레이아웃 및 준비
- 단일 통과 vs. 이중 통과: 단일 통과로도 충분할 수 있습니다. 매우 낮은 TDS(총 용존 고형물) 농도가 필요한 경우(예: 고압 보일러, 반도체), 첫 번째 통과에서 나온 투과수를 두 번째 역삼투압 시스템의 공급수로 사용할 수 있습니다.
- 농축액 단계별 처리: 전체 회수율을 높이기 위해 첫 번째 멤브레인 뱅크에서 나온 농축액을 두 번째 뱅크의 공급액으로 사용합니다. 이것이 바로 "2:1 어레이" 개념입니다.
요약: 사이즈 선택 체크리스트
매개변수 기호 결정 방법
제품 흐름 Qp 최종 사용자 프로세스 요구 사항
급수 분석 - 실험실 테스트. 설계의 기초.
시스템 복구 R은 확장성(소프트웨어 모델링을 통해)에 의해 제한됩니다.
공급 유량 Qf Qp / R
농축 유량 Qc Qf - Qp
원수 수질에 따른 플럭스율 J (지침)
막 영역 Am Qp / J
막 개수(N Am) / 막당 면적(예: 400 ft²)²)
압력 용기 개수 - N / (용기당 멤브레인 개수, 일반적으로 6-7개)
배열 예: 4:2:1은 유량과 속도의 균형을 맞추도록 설계되었습니다.
고압 펌프 - 요구되는 압력에서 Qf를 공급해야 합니다.
중요 경고 및 권고 사항
- 절대 대충 하지 마십시오. 전처리 용량이 부족하거나 회수율을 지나치게 높게 설정하면 막 오염이나 스케일링이 빠르게 발생하여 만성적인 가동 중단과 높은 운영 비용을 초래합니다.
- 전문 소프트웨어를 사용하십시오. 멤브레인 제조업체(듀폰, 하이드라노틱스, LG)는 수질, 회수율, 유량 및 스케일링 간의 모든 상호 작용을 모델링하는 무료 설계 소프트웨어(예: ROSA, IMSDesign)를 제공합니다.
- 전문가와 상담하십시오. 실제 산업용 애플리케이션(분당 유량 50갤런 이상)의 경우, 수처리 시스템 엔지니어 또는 시스템 통합업체와 협력하는 것이 일반적입니다. 이들은 실제 공급수를 대상으로 파일럿 테스트를 수행하여 설계 위험을 최소화하고 최적의 용량을 확보합니다. HID는 전문 RO 멤브레인 및 RO 시스템 제조업체입니다. 전문적인 솔루션이나 제안이 필요하시면 HID에 문의하십시오.