Efficiency Estimation for Desalination System of Seawater Using Reverse Osmosis Membrane

역삼투압막 해수담수화 장치의 미네럴 분리 성능평가

When external pressure higher than osmosis pressure is reversely derived into solution, its solvent is moved into the solution having lower concentration, which is called 'reverse osmosis'. We investigated the desalination application of deep ocean water using reverse osmosis pressure of $40-70\;kgf/cm^2$ We observed how to operational factor j like flow rate, water temperature and pressure have effect on efficiency of reverse osmosis membrane and salts rejection. Fluxes of reverse osmosis membrane are directly proportional to water temperature and pressure. However, salts rejection rates are positively correlated with pressure and inversely proportional to water temperature. Separation efficiencies of osmosis membrane for major elements such as $Mg^{2+},\;Ca^{+2},\;Na^+\;and\;K^+$ are as follows in a strong electrolysis solution like seawater; $Ca^{2+},\;Mg^{2+}>K^+>Na^+$. Rejection rates of $Mg^{2+}\;and\;Ca^{2+}$ that have high electric charges are over 99% and show positively correlation with water temperature. Rejection rates of $Na^+$ having low electric charge is observed to be 98%-99%, which rates is much lower than those of $2^+$ charged ions like $Ca^{2+}\;and\;Mg^{2+}$. Ion rejection rates of boron, B, are much low because boron is present il free state or gas phase in seawater. Boron concentration in desalination water is over criteria of Korean drinking water, 0.3 mg/L. However, we could satisfied with the criteria of drinking water under the operation condition like temperature $5^{\circ}C$ and pressure $70kgf/cm^2$, using the relationship that rejection rates of boron is proportional to pressure and is inversely proportional to water temperature

삼투압보다 높은 외부압력을 역으로 걸어주면 용매는 용질 농도가 낮은 용액쪽으로 이동하게 되는데 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 40-70 기압의 압력구배를 구동력으로 해서 해양심층수의 담수화 적용성을 검토 조사하였다. 역삼투막의 성능에 영향을 미치는 유량과 염제거율에 관한 온도와 압력등 여러 인자들에 관하여 고찰하였다. 온도는 역삼투압 분리막의 유량에 비례하는 반면, 염제거율에 반비례하는 관계를 보이고 있다. 압력은 분리막의 유량과 염제거율에 비례하는 관계를 보였다. $Mg^{2+},\;Ca^{+2},\;Na^+,\;K^+$ 등과 같은 해수의 주성분 미네랄에 대한 역삼투 분리막의 분리특성은 해수와 같은 강전해질 용액에서 전하량이 큰 $Mg^{2+}$와 $Ca^{2+}$의 염제거율은 99% 이상으로 온도에 비례하는 관계를 보였다. 전하량이 적은 $Na^+$의 염제거율은 98%-99.5%로 2가 이온의 염제거율보다는 낮고, 전하량이 작은 $K^+$ 이온보다는 크게 나타났다. 약산이나 상온에서 기체상태나 유리상태로 존재하는 보론의 배제율은 역삼투 분리 막에서 상당히 낮게 나타나고 대부분 우리나라 먹는물의 수질 기준치를 상회한다. 그러나 보론의 배제율은 온도에 반비례하고 압력에 비례하는 관계를 이용하여 수온 $5^{\circ}C$, 압력 $70kgf/cm^2$의 운전조건에서 생산된 생산수의 보론 농도는 우리나라의 먹는물 수질 기준을 만족한다.