해수담화설비
짠물에서 담수를 추출하는 기술을 해수담화, 일명 해수담화라고 한다.
고대 그리스와 고대 로마에서는 바닷물을 희석시키려는 시도가 있었다. 아리스토텔레스는 닫힌 용기에 바닷물을 끓이다가 수증기에 소금이 없다는 것을 발견했다. 농축 후 증류수를 얻는 것은 순수한 민물이다. 19 세기에 영국은 증류법으로 담수를 만드는 특허를 비준했고, 아랍의 아덴 만 연해 육지에 해수 증류기를 만들어 과거의 선원들을 위해 담수를 만들었다. 2006 년까지 전 세계 120 여개 국가에서 담수화 기술을 적용했으며, 전 세계 담수화 일일 생산량은 약 3775 만 톤이다.
현재 세계의 해수담화 장치는 주로 연해 가뭄 지역, 담수 공급이 어려운 섬, 연해 물이 부족한 대형 공업도시에 분포하고 있다. 가장 집중된 지역은 이스라엘과 사우디아라비아, 쿠웨이트, 아랍에미리트이다. 이 나라들은 강이 없고 지하수가 극도로 부족하다. 과거에는 민물이 배로 외국에서 운반되어 왔다. 다행히 이들 국가는 석유가 풍부하고, 석유를 연료로 해수를 증류하여 담수 공급 문제를 해결할 조건이 있다.
주요 해수담화 기술은 증류, 역삼 투, 전기 침투이다.
증류는 실제로 아리스토텔레스가 제시한 원리를 이용하여 바닷물을 가열하여 기화시킨 다음 증기를 응축시켜 담수를 얻고, 남은 농축염수는 다른 용도로 사용한다. 증류는 물과 소금을 분리한다. 아무리 진한 바닷물이라도 순수한 담수를 증류할 수 있어 한 번의 성공으로 바닷물을 직접 담수화하기에 적합하다. 이제이 기술은 가장 중요한 담수화 방법인 대형 담수화 공장을 건설하는 데 사용할 수 있습니다.
증류하는 방법도 여러 가지가 있는데, 다단계 플래시가 가장 많이 쓰이는 방법이다. 먼저, 바닷물이 파이프에서 가열된 후, 바닷물은 압력이 기압보다 낮은 장치에 도입된다. 압력이 떨어지면 물의 끓는점도 낮아져100 C 에 도달하지 않으면 기화된다. 바닷물은 이 저압 용기에서 빠르게 증발하고, 증기는 빠르게 뜨거운 바닷물을 떠나고, 고체염류는 남은 액체에 남아 있어 열 교환 표면에 있지 않다. 생성 된 증기는 열교환 튜브 밖에서 담수로 응축되며, 해수는 흡수 튜브 내의 응축을 통해 방출되는 열을 예열합니다. 이렇게 바닷물은 차례로 여러 개의 플래시실을 통해 각 방의 응축관에 담수를 생산한다. 플래시 프로세스를 반복하면 열을 가장 효율적으로 활용하고 비용을 절감할 수 있는 실용적인 기술입니다.
플래시 챔버는 저렴한 저탄소 강철로 만들 수 있으며 부식을 방지하기 위해 스테인리스강과 같은 합금으로 보호된다. 냉응기는 가장 중요한 부품으로 온도가 가장 높고 부식되기 쉽다. 티타늄 또는 구리 니켈 합금과 같은 부식 방지 재료로 만들어야 합니다. 때를 방지하는 화학 물질도 바닷물에 첨가해야 남은 소금이 설비 벽에 붙지 않는다. 모든 수준의 플래시 챔버를 수직으로 쌓는 것이 가장 좋습니다.
해수담화설비
다효율 증발은 또 다른 증류 방식으로 열전도면 양쪽에 증기와 물이 있고, 증기는 위에서 냉각되고, 물은 아래에서 가열되어 일거양득이다. 그러나이 방법을 사용할 때 스케일링 문제는 다단계 플래시 방법보다 더 심각하므로 해결책을 찾아야합니다.
저온다효율 증발법은 37 ~ 65 C 의 온도를 이용하여 해수담화를 할 수 있으며, 필요한 열량이 적어 발전소의 여열로 공급할 수 있다. 태양열을 에너지로 사용하거나 바닷물을 직접 가열하거나 태양열 풀에 열을 저장하여 재사용할 수 있으므로 화석 연료를 태울 필요가 없다. 직접 사용할 때는 연못벽을 검은색으로 칠해 태양열을 최대한 흡수하고, 물을 기화하고, 연못벽 위의 유리벽에 응축하고, 다효율 원리를 넣어 열 활용도를 높일 수 있다. 저장방식은 태양열 난방 집열관의 물을 이용하여 온수를 태양전지에 저장하는 것이다. 뜨거운 물은 아주 좋은 열원이다. 태양열 담수화 설비의 투자가 비교적 높아서 그것의 사용을 제한했다.
역삼 투 장치
역삼 투 담수화는 역삼 투막을 통해 해수를 구동하기 위해 압력을 이용하는 것입니다. 막의 미공은 작고 물의 분자는 비교적 작기 때문에 순조롭게 통과할 수 있고, 분자가 큰 소금은 막 뒤에 남아 있다. 이런 해수담화 기술은 최근 발전이 매우 빠르며, 한외 여과 기술은 바로 이 기초 위에서 발전한 것이다. 역삼투의 관건은 막에 있다. 이 막은 물에 스며들고 소금을 보존할 수 있어야 할 뿐만 아니라, 손상을 입지 않고 고압 수류를 견딜 수 있어야 한다. 이런 박막은 고분자 재료로 만든 것이다. 아세테이트 섬유막은 재료가 풍부하고 가격이 저렴하지만 내구성이 없고 담수화 효과가 좋지 않아 바닷물을 직접 담수화하기에 적합하지 않다. 폴리 아미드 필름의 기계적 강도가 높고 담수화 효과가 좋습니다. 폴리설폰 폴리머막은 복합 반투막으로, 유효층과 지지층을 함유하고 있어 성능이 좋다. 이 고분자 재료들은 섬유로 회전시켜 박막을 만들 수 있다. 플레이트로 접힌 필름은 압력을 견딜 수 없습니다. 롤 튜브 모양, 나선형 튜브는 가장 강하고 압력을 견딜 수 있습니다. 중공 사막의 효과가 가장 좋다. 바닷물은 막을 통과하기 전에 사전 처리, 살균, 오염 제거, 화학약품을 넣어 pH 값을 조절해야 한다. 그렇지 않으면 바닷물이 곧 역삼투막을 막아 작동하지 못하게 된다. 역삼 투 담수화 효과는 해수의 염도와 관련이 있습니다. 때때로 1 급 역삼 투 담수화는 자격을 갖춘 담수를 생산하기에 충분하지 않으며 2 차 담수화가 필요합니다. 역삼투법은 열원이 필요하지 않고, 전기 구동 고속 회전 고압 펌프만 있으면 바닷물에 압력을 가한다. 현재 신소재가 속출하고 있다. 더 이상적인 막 재료가 있으면 이런 담수화 방법의 효율이 높아지고 비용도 절감된다.
전기 투석도 막으로 물과 소금을 분리하는 기술이지만, 이 막은 전기장의 작용으로 탈염 능력을 가지고 있다. 음이온교환막과 칸막이를 전기 침투통에 넣고 바닷물을 주입하고 DC 전기장을 더하면 바닷물의 전해질이 전해져 안에 있는 음이온과 양이온이 각각 교환막을 통해 빠져나와 물에 소금을 남기지 않는다. 칸막이로 분리하면 하나의 전기 투석 풀이 여러 세트의 막을 설치할 수 있다. 막의 재료도 고분자 재료인 폴리스티렌 술폰산과 폴리스티렌 계아민이다. 전기 침투의 전력 소비량은 바닷물의 농도에 비례하므로 저농도의 지하 짠물 담수화에서는 이 방법을 사용하는 것이 가장 좋다. 해수를 담수화하는 데 사용하면 1 차 담수화 효과가 좋지 않아 다단계 담수화가 필요하고 비용이 많이 든다. 198 1 년, 우리나라는 서사제도 영흥도에 닛산 담수 200 톤의 전기 투석 해수담화소를 건설하여 지금까지 일해왔다.
물은 매우 특별한 성질을 가지고 있는데, 기화할 때는 용질을 꺼내지 않고, 동결할 때도 용질을 꺼내지 않는다. 이 특성을 이용하여 증류와는 달리 바닷물은 증발보다는 냉동을 통해 희석할 수 있다. 얼음이 물로 녹는 데 필요한 열량은 물이 증기로 증발하는 데 필요한 열량의 13% 에 불과하여 대량의 에너지를 절약할 수 있다. 또 저온에서 소금에 의한 용기 부식은 고온에서 심각하지 않아 향후 냉동법이 발전할 수 있다. 만약 우리가 다효율 증류법을 모방하여 냉동과 증발을 결합한다면, 우리는 열량을 더욱 효율적으로 이용할 수 있을 것이다.
지금 해수담화의 진짜 문제는 비용이 높다는 것이다. 최초의 해수담화는 1 톤오일 교환 1 톤수였으니 담수를 운반하는 것이 낫다. 부득이하지 않으면 아무도 담수를 살 수 없다. 위에서 언급한 신기술이 생기면서 상황이 이미 많이 좋아졌다. 2006 년 말까지 우리나라의 일일 담수화 능력은 654.38+0 만 5000 톤에 육박하여 담수화 비용이 점차 하락하여 5 원 /m3 에 육박했다. 해수담화를 더욱 실용적으로 만들기 위해서는 신기술을 지속적으로 개발하고, 더욱 효율적이고 내구성이 높은 막을 개발하고, 기술적으로 다단계 다효율 방법을 교묘하게 활용하고, 에너지를 더욱 효율적으로 이용하고, 태양에너지, 풍력, 지열, 해양에너지 등 재생에너지를 동력으로 이용해야 한다.
빙산
대륙붕에는 많은 오래된 강이 있는데, 해수면이 상승할 때 바닷물에 잠겼다. 이 오래된 강 아래의 모래층에는 대량의 담수가 있다. 일부 지방에는 고대 수로가 없지만 해저 지층에는 지하수가 있고 중요한 담수원이기도 하다. 위성 원격 감지를 이용하여 해저 담수가 어디에 저장되어 있는지 파악한 다음 얕은 층 지층 프로파일러를 이용하여 해저 지층을 탐사하여 퇴적물에서 담수의 분포를 상세히 조사할 수 있다. 잠수펌프로 노두에서 담수를 직접 뽑고, 노두가 없는 지층에서 수분 구조를 찾은 다음 우물을 파서 담수를 뽑을 수 있다. 이런 수원은 해수담화보다 더 경제적일 수 있다. 미국 해저담수의 개발은 하와이의 도시용수를 해결했고, 그리스는 에게 해에서 닛산 담수 1 만 입방미터 이상의 해저샘을 성공적으로 개발해 연안 3 만 헥타르의 가뭄지를 관개했다. 우리나라 장강구 고대 수로에는 풍부한 해저 담수가 매장되어 있다. 현재, 자원에 대한 철저한 조사를 실시하고 장강구 외곽의 여라군도에서 개발을 시작했다. 미래에 이 담수자원에 대한 종합 개발은 저우산 제도의 담수 공급 문제를 해결할 것이다.
지구상의 담수의 대부분은 남극, 그린란드 등 북극섬의 빙상 속에 얼어붙어 빙상 가장자리가 끊임없이 빙산으로 부러져 밖으로 표류하고 있다. 전 세계 빙상의 담수량은 지표수와 지하수 총량의 3.35 배에 해당한다. 빙산은 예인선으로 물이 부족한 연해 항구로 끌고 녹여 담수로 사용할 수 있습니까? 어떤 사람들은 남극 대륙 근처의 빙산을 남아메리카로 끌고 가는 실험을 한 적이 있다. 사람들은 빙산의 담수를 이용하는 데 많은 어려움이 있다는 것을 발견했다. 불규칙한 빙산은 끌 때 저항이 크다. 목적지로 끌고 가면 녹기 어렵고 녹은 물을 모으기도 쉽지 않다. 그것들이 녹을 때, 대량의 열량을 흡수하여 기후를 변화시키고 현지의 생태 환경을 파괴한다.
해양으로부터 담수를 구하는 많은 방법과 생각에도 불구하고, 우리는 완벽하고 효과적이고 경제적인 방법을 찾지 못했다. 이 문제는 나중에 해결할 수밖에 없다.