수질관리기술사 기출문제 정리 129-1-2) 해수담수화 역삼투막 공정에 적용되는 ERD(Energy Recovery Device)

ERD(Energy Recovery Device)는 해수담수화(특히 역삼투 방식, RO: Reverse Osmosis)나 고압 유체 처리 과정에서 버려지는 압력을 회수하여 재활용하는 장치입니다.
쉽게 말해, 고압 펌프가 만든 에너지를 버리지 않고 다시 활용해 전력 소비를 크게 줄이는 장비입니다.

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1. ERD의 필요성

• 역삼투(RO) 해수담수화에서는 해수를 55~80 bar 정도의 높은 압력으로 막을 통과시켜 담수를 생산합니다.
• 담수화 후 남는 농축수(brine)에는 여전히 거의 동일한 고압이 남아 있습니다.
• 이 압력을 그냥 배출하면 에너지가 낭비되지만, ERD를 사용하면 이 압력을 회수해 다시 펌프에 공급할 수 있습니다.
• 결과적으로 전력 소모 30~60% 절감 가능.

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2. ERD의 주요 종류

 

구분	특징	장점	단점
터빈형 (Pelton wheel 등)	고압 농축수가 터빈을 돌려 펌프 보조	구조 단순, 유지보수 쉬움	회수 효율 80~85%
압력교환형 (PX: Pressure Exchanger)	고압 농축수와 저압 해수를 직접 압력 교환	회수 효율 95% 이상, 소형화 가능	설계 복잡, 초기비용 높음
피스톤형	피스톤을 통해 두 유체 간 압력 전달	내구성 좋음	구조 복잡, 큰 설치공간 필요

 

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3. 작동 원리 (압력교환형 예시)

1. RO 공정 후 배출되는 고압 농축수를 ERD 내부로 유입
2. 내부 로터에서 고압 농축수와 저압 해수가 직접 접촉하지 않으면서 압력만 전달
3. 압력을 받은 저압 해수가 고압 펌프로 바로 공급되어 추가 압축 없이 RO 막을 통과
4. 고압 농축수는 압력을 잃고 배출됨

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4. 장점

• 전력 절감: RO 해수담수화에서 총 전력 사용량의 약 40%를 펌프가 차지하는데, ERD로 크게 절감 가능
• 운영비 절감: 장기적으로 kWh당 전력비용 절약
• 설비 수명 연장: 펌프 부담 감소
• 환경 영향 저감: CO₂ 배출 감소

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5. 활용 분야

• 해수담수화 플랜트
• 산업용 초순수 제조
• 고압 세척 및 세정 설비
• 해양·선박용 담수화 시스템
• 브라인 농축 공정

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정리

ERD는 고압 유체의 압력을 회수하여 다시 사용하는 장치로, 해수담수화 설비의 에너지 효율을 극대화하는 핵심 기술입니다.
특히 압력교환형 ERD가 최신 해수담수화 플랜트에서 널리 쓰이고 있으며, 전력 절감과 환경 보호 효과가 큽니다.