다양한 원수에서 역삼투 공정 성능모델 적합도 비교 = Comparison of accuracy of RO process models at various influent water

국문 초록 (Abstract)

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 나눠지며, 데이터 기반 모델은 대표적으로 다음과 같다; (1) J(t)=J0/(1+2φJ0t)^1/2, (2) f(x)=x^m, (3)　f(x)=a*exp[b/(x+c)], (4) f(x)=α*exp(-x/β)+γ*exp(-x/n). 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.