모바일 수처리 장치가 플랜트의 운전정지 기간 동안 대체 사용되는 중요한 수단으로 부상하고 있다. 그러나 플랜트에서 모바일 수처리 장치 설치 시 파이핑 배관을 위한 원수공급 설비는 강물 직접취수로부터 지하수, 우물 등 다양함에 따라, 이에 대한 대안을 Aquamove사의 Mark Dyson은 다음과 같이 설명한다.

Aquamove사가 모바일 장치를 개발했을 때 최초의 목적은 플랜트 가동 중단 시, 계획된 플랜트 설비 점검기간 또는 시험운전기간 동안 임시적으로 물을 공급하기 위함이었다. 이것이 주된 목적이나, 최근에는 장기간 플랜트에 대여하는 방식(long-term plant rental)으로 변하고 있다.

모바일 수처리 시스템 그룹은 RO 공정 및 이온교환의 데미워터(Demineralisation) 공정으로 구성되며, 이들 2가지의 장치그룹이 대부분 널리 사용되고 있다. 그 중에 탈이온 DI 워터(deionisation) 트레일러는 양이온, 음이온 및 혼합이온교환 장치를 사용하여 전도도 0.1us/㎝ 수준의 초순수 물을 시간당 100㎥ 규모로 생산하고 있다. 이온교환 수지 수명이 다하면 트레일러 자체로 본사의 재생 센터로 보내져 수지의 대체가 이루어진다. 이로 인해 플랜트에서는 현장의 방류가 없으며 재생용 케미칼의 취급 및 처리에 관한 부담이 발생되지 않는 이점이 있다.

한편, RO장치 장착의 트레일러는 전도도가 20us/㎝ 이하의 생산수를 시간당 25톤㎥ 용량으로 생산한다. 더 높은 품질이 요구되는 경우에는 2개의 RO장치를 직렬로 구성, double pass 공정으로 5us/㎝ 전도도 값을 갖는 생산수를 얻을 수 있다.

▲ 대여 장치는 표준크기의 40피트 트레일러에 장착, 절연된 상태로 난방과 조명설비가 공급되며, 대부분 설비가 트레일러 내부에 설치되어 있다. 트레일러 내 장치는 안전한 상태로 운전되며 필요한 계측기 및 컨트롤 장치가 구비되어 있다.

When Aquamove established its mobilewater treatment plant facility in the United Kingdom, it was aimed at providing temporarysolutions for plant breakdowns, planned maintenance and commissioning. It wasultimately for temporary requirements, and that is still the main application, but overrecent years a new trend has been developing: long-term plant rentals.
Initially the mobile fleet was equippedwith just reverse osmosis and ion exchangedemineralisation to cover mechanicalbreakdown of on-site systems, and these are still the two most widely used packages.Deionisation trailers typically provide two streams of cation, anion and mixedbed ion exchange which are capable of producing 100 m3/h of 0.1 μS/cm high purity water.
When the ion exchange resins are exhausted, the complete trailer is returned to the central regeneration facility, which means zero discharge on-site and no problems of handling or disposal of regenerant chemicals.
Since the plant footprint is bigger than ion exchange, containerised reverse osmosis units are generally capable of producing up to 25 m3/h of permeate of conductivity typically less than 2 0μS/cm in a single pass. If higher quality treated water is needed, two units can be configured in series as ‘twin pass’ giving permeate of less than 5 μS/cm.

일부 플랜트에서는 재정적인 문제로 인해 예비설비를 별도로 갖지 않는 경우가 있다. 시스템 자체의 문제, 화재, 지진 등 플랜트의 가동이 정지되는 경우 등 비상상황에서 가장 간단하고 신속한 해결책은 모바일 수처리 장치를 대여해 사용하는 것이다. 

그러나 현장에서의 원수공급체계와 네트워킹 구축이 현장마다 조건이 다르기 때문에 다양한 문제점이 발생한다. 물은 가스, 석유 및 전기와 달리, 항상 동일한 현장조건을 갖지 않는다. 예를 들면, 계절에 따른 조류물질의 성장은 유기물 농도를 증가시켜 이온교환수지 및 RO 멤브레인에 파울링을 발생시키는 원인으로 작용한다.

또한, 모바일 장치 공급자들은 원수의 공급원을 강변 지표수로부터 지하수로나 현장 상황에 따라 변경해야 함에 따라, 이때 용존성 고형물질의 농도가 급격히 변화하는 현상이 발생된다. 즉, 지표수 처리로 설계된 이온교환 시스템에서 경도가 높은 지하수를 처리하게 되면 충분한 생산물량을 가질 수 없으며, 지하수 처리용의 시스템에서 강변 지표수를 처리하면 다량의 자연발생 유기물질 유입으로 파울링이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 모바일 수처리 그룹(mobile fleet)으로 처리, coagulation flocculation, clarification, filtration, activated carbon adsorption, softening 등의 전처리 설비를 모듈구조로 장착 가능하도록 하여 어떠한 원수를 처리하더라도 적절한 공정구성 및 배합으로 올바른 처리공정을 거쳐 사용자가 요구하는 수질과 생산물량을 얻을 수 있다.

▲ 멤브레인을 이용한 모바일 수처리 장치(mobile water treatment plant)

Financial constraints often mean that there is no standby capacity in the on-site water treatment plant, so when a vessel internal fails, or there’s a fire in the plant room, production
is at risk. When an emergency like this does occur the simplest solution is to hire a trailer mounted mobile water treatment system while repairs are carried out. But the introduction of common carriage and extended water supply networks has brought a different kind of problem. Mains water, unlike gas, oil and electricity, is not always the same: seasonal algal growth on a reservoir can increase the organic content causing rapid fouling of ion exchange resins and reverse osmosis membranes.
Another possibility is that the water supplier may have to change the source of the water supply from river to borehole or vice versa, with a sudden and dramatic change in total dissolved solids. The water still meets the requirements for drinking water but the effect on an industrial water treatment plant can be devastating: Ion exchange plants designed for thin, upland waters may have insufficient capacity to treat thicker borehole waters whilst those designed for hard, borehole waters may suffer from fouling by higher concentrations of natural organic matter in supplies derived from moorland reservoirs.
To meet this demand, the mobile fleet was expanded to include a range of pretreatment processes including coagulation and flocculation, clarification, filtration, activated carbon adsorption and softening, all in modular configurations to provide the right process route to treat any raw water quality to achieve any treated water quality and quantity required.

일부 플랜트는 비즈니스 환경에 따라 전혀 예상하지 못한 상황에서 급히 생산량을 증가시켜야 되는 요구가 있을 때, 영구적으로 플랜트의 생산량 증가에 대한 투자가 이루어질 때까지 필요로 하는 추가의 물량에 적합한 모바일장치를 대여받아 사용할 수 있다.

또한, 생산량 증가에 대한 설비투자가 합당한지 판단을 하기 위한 임시적·경제적 수단으로 모바일 장치가 사용되기도 한다. 대부분의 모바일 장치를 사용하는 사용자들은 플랜트 설비의 예정된 예방정비 기간에도 플랜트의 정지 기간에 물의 원할한 공급을 위해 모바일 장치를 대여 받아 사용한다.

그러나 놀랍게도, 대부분의 모바일장치 사용자들은 단기간 사용이 아닌 매우 오랜 기간 대여방식으로 사용하고 있다. 플랜트의 새로운 투자는 프로젝트의 수명 기간에 환수되기가 어렵다는 판단 때문일 수도 있다. 이러한 모바일 장치의 또 다른 장점은 생산수의 수질이 충분히 보증·인증되도록 운영되고 있으며, 채택된 처리 공정은 사용자의 수질요구사항을 준수하도록 고객 지향적으로 설계·설치되어 있는 점이다. 또한 처리 생산수의 수질에 대한 요구가 높아져 공정의 개선이 요구되는 경우 기존 트레일러 설비를 고도처리 가능한 새로운 트레일러 설비로 교체하여 추진할 수 있다.

While many of the applications for mobile units are emergencies, not all of them are about the nasty things in life. An unexpectedly full order book often creates an urgent need to expand production quickly, and a mobile plant can provide the additional treated water you need while you’re waiting for a permanent plant to be installed. Sometimes companies need to carry out production trials, and may want to look at the effects of water quality on their production processes.
Temporary deionisation plants provide a cost-effective means of finding out if it is worthwhile making substantial capital investment in a permanent plant. And, of course, many mobile customers hire temporary plants to provide treated water during planned maintenance shutdowns of the water treatment plant and similar ‘non-emergency’ situations. Over the last year the service has provided, among many others, a filtration and reverse osmosis plant to treat an unexpectedly large volume of landfill leachate resulting from high rainfall; a reverse osmosis system to upgrade a poorly performing river water treatment plant; and a reverse osmosis and deionisation plant to feed a power and steam utilities plant at a major chemical complex during a planned outage.
But, perhaps surprisingly, an increasing number of customers are making a case for long-term hire. This may be because the capital investment in a permanent plant would not pay back within the life of the project-a nuclear power station decommissioning project and a limited life power station refurbishment were real examples where this approach proved to be cost-effective.
The temporary plant approach also provides other advantages. The quality of the treated water is guaranteed and the treatment process is tailored to meet current water quality needs, whether that is for dealkalised water for soft drinks manufacturing, purified water for pharmaceuticals, demineralised water for high pressure boilers or even ultrapure water for semiconductor manufacturing. If the treated water quality needs to be upgraded, it is an easy matter to change the trailer for one using a more advanced treatment process.

하나의 사례로, 폐수처리장에서는 수처리 보일러에 사용하기 위한 용도로 섭씨 400도의 스팀을 발생시키기 위하여 연간 22만5천 톤의 생활폐기물을 소각하고 있다. 여기서 발생된 스팀은 터빈을 작동시켜 전기를 생산하여 국가 전력 그리드망에 공급하고 있으며 이러한 보일러 용수는 현장에 설치된 이온교환수지 기술의 데미워터 플랜트(demineralisation plant)에서 생산되는데, 양이온수지탑, 음이온수지탑 및 혼상식 폴리싱 장치로 구성되나 필요로 하는 20㎍/L 실리카 수질을 맞추지 못하고 있었다.

이에 대한 초기의 해결책은 기존의 데미워터 플랜트의 혼상탑 발생의 생산수에 3가지 형태의 모바일용 혼상식 폴리싱 장치를 공급하여 처리하는 방식을 채택, 실리카 농도를 10㎍/L 이하로 낮추는 것이다. 최종 생산수에 대하여 지속적으로 전도도 및 실리카 농도 값을 모니터링 했다. 모바일 장치에 대한 이온물질 유입은 매우 적었으며 수지의 소비도 불규칙적이었다. 현장에서 재생과정이 이루어지지 않았으나 별도의 재생설비로 보내어져 재생이 가능했다. 이러한 임시적인 조치에도 안정적·경제적인 공정으로 확인됐으며, 이 방법으로 12개월 이상 안정적으로 사용됐다.

장기간의 대여방식의 모바일 수처리 장치는 사용자가 즉각 사용을 결정할 수 있으며, 관련한 별도의 설비투자비용이 들지 않는다. 또한, 별도 설치를 위한 건축물의 건설이 필요하지 않는 장점을 갖고 있다. 즉, 대여 장치는 표준크기의 40피트 트레일러에 장착, 절연된 상태로 난방과 조명설비가 공급되며 대부분 설비가 트레일러 내부에 안착 설치되어 있다. 트레일러 내 장치는 안전한 상태로 운전되며, 필요한 계측기 및 컨트롤 장치가 구비되어 있다. 트레일러는 사용자의 사용위치에 최적의 장소에 설치 가능하며 기존의 파이프 관망과 플렉시블 호스로 용이하게 연결된다.

공정기술면에서는 원수의 적용범위에 대한 제한이 없다. 모바일 장치는 모듈화된 시스템으로 적용 현장의 어떤 적용분야에도 적절한 공정의 구성으로 통합시스템 구축이 가능하며 지하수 채수, 강물사용 및 댐·호수 물 사용의 경우에도 용이하게 대처할 수 있다. 모바일 장치의 공정 구성은 일반적으로 MMF 필터, 유기물 응집 혹은 GAC 흡착 등에 의한 전처리용 트레일러, RO 장치에 의한 2차 트레일러, 그리고 혼상 이온교환 폴리싱 장치에 의한 3차 트레일러로 구성된다. 이와 관련된 탱크 및 펌프 등이 내부 연결용 플렉시블 호스, 계측기 및 배관 연결 피팅류와 함께 공급되며 모두 트레일러 내에 안장, 설치된다.

▲ 트레일러는 사용자의 사용위치에 최적의 장소에 설치 가능하며, 기존의 파이프 관망과 플렉시블(flexible) 호스로 용이하게 연결된다.

Energy from one waste plant incinerates 225,000 tonnes per year of non-recyclable domestic waste to produce 400°C superheated steam in a 46 bar water tube boiler. This steam drives a turbine which generates electricity for export to the National Grid.
Make-up water for the boiler is produced in an on-site ion exchange demineralisation plant consisting of a cation exchanger, anion exchanger and mixed bed polishing but this was failing to meet the 20μg/l silica water quality required. The initial solution was to provide three mobile temporary mixed bed polishers to polish the water from the demineralisation plant mixed beds and reduce the silica to less than 10μg/l.
Continuous treated water quality monitoring for conductivity and silica was also provided. The ionic load on to the mobile units is very low and exhaustion is infrequent. They are not regenerated on site but returned to the central regeneration station in exchange for a regenerated unit. The “temporary” solution proved so reliable and cost-effective that it is still in use more than twelve months later. Long-term rental of mobile water treatment solutions means that the plant is available immediately, has no associated capital cost and does not require any housing: the equipment is all installed in a standard 40ft trailer which is insulated and supplied with heating and lighting so that, inside the container, the environment is just like most plant rooms. The trailers are also maintained with the appropriate safety equipment and complete with all necessary instrumentation and controls. They can be positioned to make the best use of available space and connected to existing pipework using flexible hoses.
In terms of process technology, the range is almost unlimited. Mobile units are completely modular, so any configuration of processes can be combined to make up a complete system to suit any application, which means that borehole, river and reservoir waters can be handled as easily as mains waters. A typical temporary or mobile plant might consist of pre-treatment by multi-media filtration, organic scavenging or granular activated carbon adsorption in pre-treatment trailers; reverse osmosis in a second trailer and even mixed bed ion exchange polishing in a third. Temporary tanks and pumps can also be provided in trailers together with all interconnecting flexible hoses, water meters and fittings, and, of course, mobile generators to make the system completely stand-alone.

공정의 마지막 단계로 추가되는 Remox 공정은 물속의 이산화탄소 및 산소를 제거하는 목적의 멤브레인 탈기공정(membrane degassing process)으로 물속의 용존상태의 이산화탄소는 이온교환 공정 및 EDI 공정에서의 성능효율을 떨어트린다. 멤브레인 탈기공정은 기체투과막 (gas-permeable membrane)에 물을 통과시킴으로써 작동이 되며 용존성 이산화탄소 농도를 0.3㎍/L 이하로 줄이는 기능을 한다.

산소는 보일러 시스템에 부식을 일으키는 물질로 sulphite 또는 carbohydrazide 등의 산소제거용 케미칼을 주입하여 제거한 후 보일러 유입용수로 사용되어야 한다. 이러한 케미칼 사용으로 산소농도를 0.01㎎/L 이하로 제거 가능하다. 용존산소가 존재하면 반도체 공정에서는 웨이퍼 표면에 불량을 가져오며, 음식 및 주류 제품에서는 보존기간 및 맛에 영향을 줄 수 있다.

Remox 장치는 렌탈 시장에 적합한 최초의 멤브레인 탈기공정으로 시간당 100㎥ 이상의 물을 처리할 수 있다. 이러한 탈기장치는 운전의 안전성을 보장하기 위하여 자동화된 장치로 온라인 모니터링이 가능하며, 압축공기, 질소 및 진공 공급 설비 등과 일체화되어 있다.

결론적으로, 모바일 플랜트의 운전상의 문제점은 매우 적은 편으로, 케미칼 주입이 필요하지 않아 케미칼의 취급 및 처리에 대한 어려움도 발생되지 않는다. 임대차 계약상에 주기적인 유지보수 업무가 공급자의 임무로 포함되어 있으므로 사용자 자체의 연간 운전비용 예산산출에 정확성을 가질 수 있다. 또한 원수의 수질 등 원수 상태의 변화가 발생되면 이에 따라 적절하게 모바일 플랜트의 변경을 가질 수 있다.

▲ 모바일 하수 재이용 장치(mobile wastewater recycling system)

  
The latest addition to the range is Remox, a membrane degassing process which removes carbon dioxide and oxygen from water. Dissolved carbon dioxide reduces the efficiency of ion exchange and continuous electrodeionisation processes. Membrane degassing works by passing the water across a gas-permeable membrane, on the other side of which is a flow of atmospheric air. Carbon dioxide transfers across the membrane from the gas rich water to the carbon dioxide lean inert gas.
The process reduces dissolved carbon dioxide to less than 0.3 mg/l. Replacing the air with an inert gas-either nitrogen or water vapour generated under vacuum-allows dissolved oxygen to be removed. Oxygen causes corrosion in boiler systems so it has to be removed from boiler feed water by adding oxygen scavenging chemicals like sulphite or carbohydrazide. Remox removes dissolved oxygen to less than 0.01 mg/l, dramatically reducing the consumption of oxygen scavengers. Dissolved oxygen in semiconductor rinse water can result in wafer surface defects and, in food and beverage products; it can impair shelf life and taste. Remox is the first membrane degasser to be available on the rental market and can treat up to 100 m3/h of water.
The degassing system is fully automatic with on-line monitoring for complete operational security and is complete with all necessary compressed air, nitrogen and vacuum equipment. Operational problems with mobile plants are rare, there are hardly any chemical additions and no chemical handling and disposal issues, and regular maintenance service visits are included in the hire contract. This means that total operational costs can be forecast with a high level of certainty, and with no requirement for capital investment. If the raw water quality changes, the mobile plant can easily be reconfigured. No wonder that more temporary solutions are becoming permanent.