담수화 비용

1. 1960 년대에는 담수화가 세계 각지 및 산업분야에서 수용 가능한 수질 기준을 달성하기 위해 식염수를 처리하는 가장 중요한 수단 중 하나로 부상하였습니다(가푸르,기타 물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가,물가 등)., 2012). 기후 변화,인구 증가 및 산업화의 부상은 물 부족에 중요한 역할을했으며 물 수요에 상당한 영향을 미쳤습니다. 아프리카,중동 및 아시아의 많은 국가들이 심각한 담수 스트레스를 받고 있으며 2025 년까지 물 부족의 예상 증가에 직면 해 있습니다. 또한 세계 인구의 거의 40%가 바다 또는 바다에서 100 킬로미터 이내에 살고 있다는 점도 중요합니다. 2012),따라서 해수 담수화를 물 부족에 대한 지구 반응의 필수적인 부분으로 정당화합니다.

이 논문은 담수화 비용과 관련 자본 비용(투자 비용)및 운영 및 유지 보수 비용(운영 비용)의 주요 구성 요소에 대한 개요를 제시합니다. 담수화 시설 비용의 예는 예상 할 수있는 비용의 범위를 설명하고 담수화 프로젝트의 개념적 계획 및 개발을 돕기 위해 제시되었습니다.

2. 담수화 시장 점유율 및 동향

담수화의 가장 널리 퍼진 형태는 두 가지 기술 유형으로 나눌 수 있습니다:

1. 열 담수화(열 에너지를 사용하여 고 염분 물로부터 증류 액을 분리),주로 다중 효과 증류(메드)및 다단 플래시 증류(국경없는의사회). 기계적 증기 압축은 주로 재사용이 목적이며 반드시 마실 수있는 용도는 아닙니다.
2. 역삼투막분리는 막 장벽과 펌핑 에너지를 사용하여 염분이 높은 물(일반적으로<45,000 밀리그램/리터)에서 염을 분리합니다.

담수화 기술은 소금기있는 지하수,지표수,해수 및 국내 및 산업 폐수를 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 물 공급원으로부터 물 처리를 할 수 있습니다. 담수화 기술이 개발 및 개선됨에 따라 담수화 플랜트 건설 비용이 감소했습니다. 이 비용 감소는 담수화의 수용,성장 및 성공의 주요 요인 중 하나였습니다. 1960 년대 이후,다단식 플래시 증류(국경없는의사회)가 물 담수화를 위한 비용은 약 10 배 감소했으며,1960 년대에는 대략 10.00 달러/10.00 달러/1000 갤런 당 3.79 달러 미만으로 단가가 하락했다. 현재 2017 년 일부 지역에서는 기술 개발과 낮은 에너지 가격으로 인해 국경없는의사회 비용이 2010 년에 비해 20%까지 감소했습니다. 마찬가지로,막 설계 및 시스템 통합의 기술적 개선은 지난 20 년 동안 절반 이상 소금기있는 물 담수화 비용을 감소(가푸,외., 2012). 예를 들어,2012 년 텍사스 물 개발위원회는 소금기있는 지하수를 담수화하는 총 생산 비용은 용량 3 평방 미터 당$0.29 에서$0.66(천 갤런 당$1.09 에서$2.49)(아로요,외., 2012). 그러나 2012 년 물 재사용 협회 연구에 따르면 대규모 해수 역삼 투 프로젝트의 비용 추세는 2005 년 이후 평평 해 보이지만 그 이후로 용량 당 0.79~2.38 달러(천 갤런 당 3.00~9.00 달러)의 범위에서 광범위하게 다양했습니다. 이 넓은 변화는 많은 비용 요소 및 변수에 기인하며,이는 섹션 3 에서 논의 될 것입니다.

차트(그림. 1~5)아래 유형,위치 및 최종 사용자 응용 프로그램 별 총 담수화 용량 및 성장을 보여줍니다.

2.1 총 용량

총 담수화 용량은 2010 년 6,400 만 평방 미터/일을 초과했으며 2015 년 9,800 만 평방 미터에 가깝습니다. 그림 1 은 21 세기에 용량이 어떻게 빠르게 성장했는지를 보여줍니다.

그림 1-전 세계 총 담수화 용량)

2.2 지역별 성장 및 설치 용량

지역별 최대 생산 능력은 그림 2 와 3 에서 관찰 할 수 있듯이 담수 공급원과 풍부한 에너지 자원이 부족하여 중동에 있습니다. 용량 별 가장 큰 담수화 사용자는 사우디 아라비아 왕국이며 미국,아랍 에미리트,호주,중국,쿠웨이트 및 이스라엘이 그 뒤를 잇습니다.

그림 2-국가별 담수화 능력

2007 년부터 2016 년까지 9 년 동안 상위 15 개 담수화 시장이 그림 3 에 나와 있습니다. 미국은 2012 년 이후 설치 용량이 가장 크게 증가한 것으로 나타났습니다.

그림 3-담수화 시장 점유율 2007 – 2016

2.3 기술별 설치 용량

그림 4 는 설치 용량 대 기술을 보여줍니다. 오늘날 사용되는 담수화 기술의 주된 유형은 역삼 투(로)입니다. 로의 사용은 낮은 운영 비용(전기 기계 에너지 대 일반적으로 더 비싼 열 에너지 사용)과 비교되었습니다. 높은 투자 비용(멤브레인의 비용과 상대적으로 짧은 수명 때문에 높은 교체 비용). 수년에 걸쳐,막 가격은 극적으로 감소하고 더 나은 급수 전처리와 롬 시스템 작동 방법에 대한 더 나은 이해로 인해 막 수명이 증가했습니다.

그림 4-담수화 유형별 전 세계 총 용량

2.4 그림 5 는 최종 사용자 애플리케이션에 의한 담수화 시장 점유율을 보여줍니다. 담수화를위한 시립 사용은 산업,전력,관개 및 관광 용도가 뒤 따르는 총 설치 용량의 가장 큰 부분을 손상시킵니다.

그림 5-시장 응용에 의한 글로벌 담수화 용량

용량,위치,유형 및 응용 프로그램과 같은 위에서 언급 한 요소(섹션 2)는 비용에 상당한 영향을 미칩니다. 담수화 비용에 직접적인 영향을 미치는 다른 중요한 부지 별 요인이 있으며,이는 다음 섹션에서 설명합니다.

3. 담수화 비용에 대한 주요 영향

담수화 비용에 직접적이고 주요 영향을 미치는 요인으로는 담수화 기술,원료 및 제품 수질,물 섭취 및 유출 유형,플랜트 또는 프로젝트의 위치,사용 된 에너지 회수 유형,전기 가격,처리 후 요구 사항,저장,유통,지역 인프라 비용 및 환경 규제가 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.

3.1 담수화 기술

현재 설치된 담수화 용량의 거의 95%가 열(35%)또는 멤브레인 기반(60%)기술입니다., 2012). 각 유형의 시스템은 설치 공간,건축 자재,장비,전처리 요구 사항,전력 및 증기 요구 사항 등이 크게 다릅니다. 기술 선택은 또한 운영 비용에 영향을 미치는 전처리 및 후 처리에 사용될 화학 물질의 유형을 결정합니다.

3.2 위치

담수화 설비가 건설되는 부지는 프로젝트의 전체 비용에 큰 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어,물(바닷물 역삼 투)담수화 플랜트의 경우,플랜트는 흡입 파이프 라인 및 복잡한 흡입 구조에 대한 높은 비용을 피하기 위해 해수 흡입원과 가능한 한 가깝게 위치해야합니다. 최적의 프로젝트 부지는 또한 농축 된 염수 배출 라인을 바다로 다시 감소시킵니다. 그러나,부동산 취득 비용은 토지 비용이 상대적으로 짧은 거리에서 크기 차이의 순서를 전시 할 수있다 위치에 더 큰 물 전송을 필요로 할 수있는 중요한 요인이다. 건축 관점에서,주의깊은 고려사항은 국부적으로 토양 조건(새로운 토양 충분한 양 또는 구조상 구체적인 더미를 요구할지도 모릅니다)및 송전 비용을 삭감하는 믿을 수 있는 전원에 가까운 근접과 같은 품목을 위해 추천됩니다.

3.3 원수 물 품질

사이트 별 원수 물 품질은 담수화 단계 자체보다 앞서 필요한 전처리 단계의 수와 유형 및 담수화 플랜트의 전체 크기에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 원료 물 염도가 증가함에 따라 일반적으로 더 높은 작동 압력 및 온도(열)가 증가해야 하므로 물 공급원의 총 용존 고형물 수준은 운영 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 더 높은 익지않는 물 염분은 또한 로와 열 체계 둘 다를 위한 익지않는 물 갤런 당 가능한 제품 물 회복을 감소시킬지도 모릅니다. 의 경우 스와로,작은 만,걸프 또는 수로,해수 흐름,그리고 더 큰 해수(즉,바다)에서 얻은 자연 혼합은 최소화 될 수 있습니다. 이 지역은 넓은 바다의 물에 비해 더 높은 국소 염분 수준,더 높은 총 부유 고형물,더 높은 온도 변화,더 높은 유기 적재 물 및 생물학적 활성을 가질 수 있습니다. 이러한 모든 요소는 설계 및 시공의 복잡성을 추가하므로 투자 비용과 운영 비용을 크게 증가시킬 수 있습니다.

또한,급수 온도는 운영 압력 비용에 큰 영향을 미치며,급수 온도가 70 고비(2012)보다 10 고비(10 고비)이하로 떨어지면 공급 압력이 10%에서 15%로 증가합니다.

롬 시스템의 경우,필요한 제품의 물 품질은 필요한 멤브레인 통과 수를 결정하여 비용에 영향을 미칩니다.

3.4 흡기 및 유출

담수화 플랜트에 대해 선택된 흡기 및 유출 유형은 플랜트의 비용 효율적인 설계 및 최적 운영을 위한 가장 중요한 기술적 고려 사항 중 하나입니다. 가장 적합한 흡기 유형(침수 대 개방 흡기),식물에 대한 흡입 거리,흡기 스크린 유형,흡기 구조 유형,흡기 파이프 라인 유형(매장 대 지상)및 해양 생물의 충돌 및 유입과 관련된 환경 고려 사항과 같은 중요한 요소를 평가해야합니다. 이러한 각 항목은 상당한 비용 영향을 미칩니다. 섭취 시스템의 비용은 오픈 섭취 용량에 대한 1,000 제곱미터/일(1,000 제곱미터/일(1,000 제곱미터/일)당 0.13 달러(1,000 제곱미터/일)의 낮은 용량에서 1,000 제곱미터/일(1,000 제곱미터/일(1,000 제곱미터/일)당 0.79 달러(1,000 제곱미터/일)까지 다양합니다.터널 및 근해 흡입구 용(2012).

흡기 및 배출 구조 비용의 잠재적 중요성을 설명하기 위해 염분 상승에 매우 민감한 해양 서식지 근처에 위치한 스와로 플랜트 배출에는 전체 담수화 프로젝트 지출의 30%를 초과 할 수있는 정교한 농축 배출 확산 시스템이 필요합니다. 대조적으로,가장 낮은 물 생산 비용을 가진 담수화 플랜트는 자연 혼합이 매우 높은 해안 지역에 집중 배출되거나 발전소 배출구 구조와 결합되어 초기 혼합 및 더 나은 배출 깃털 방산을 가능하게합니다. 이러한 플랜트의 흡입 및 배출 시설 비용은 일반적으로 총 담수화 플랜트 비용의 10%미만입니다.

3.5 전처리

전처리 비용은 전처리 시스템의 유형과 복잡성에 의해 영향을 받습니다. 필요한 전처리 유형은 프로젝트 현장의 원료 물 품질에 따라 다릅니다. 일부 원시 해수 또는 기수 표면 수원은 높은 수준의 유기 물 및 생물학적 활성을 가지며 다음과 같은보다 강력한 전처리 기술이 필요합니다. 물속에 잠긴 섭취 또는 잘 기반 섭취량을 사용하는 다른 원료 공급원은 단일 단계 매체 여과 또는 복합 여과(미세 여과)와 같은 전처리가 덜 필요할 수 있습니다.

“해수 담수화 비용”이라는 제목의 물 재사용 협회의 기사에 따르면 전처리 비용은 일반적으로 천 평방 미터 당 0.13 달러에서 0.40 달러 사이입니다. 이 범위의 하단에는 종래의 단일 단계 매체 여과 시스템이 적절하다. 2 단계의 미디어 필터 또는 미디어 여과와 같은 추가 전처리 단계가 추가되면 전처리 비용이 증가합니다.

전처리 비용은 일반적으로 물 공급원이 폐수 인 경우 더 큽니다. 이는 높은 칼슘 및 마그네슘(경도)수준을 제거해야 할 필요성,미생물을 파괴하기위한 염소 처리 및 탈 염소 처리 단계의 추가 또는 고 분자량 유기 화합물을 제거하기 위해 미크로폼을 사용할 필요성과 같은 많은 요인 때문일 수 있습니다.

3.6 에너지 회수

로 시스템은 고압 펌프를 사용하여 원료 공급수의 삼투압을 극복합니다. 예를 들어,일부 플랜트는 최대 70 바(1000 사이지)공급 압력을 요구할 수 있습니다. 이 과정에서 롬 농축 소금물 스트림은 전체 롬 시스템 에너지 요구 사항을 줄이기 위해 복구 할 수 있습니다 압력 에너지가 포함되어 있습니다. 에너지 회수 기술은 전체 에너지 투입량을 줄여 운영 비용을 줄입니다.

3.7 전력

지역 에너지 가격,전송 거리,연결 수수료 및 담수화 시설의 제안 된 위치에서의 관세는 연결된 전력의 공급 가격을 결정하는 데 중요한 역할을합니다. 매우 큰 열 담수화 플랜트의 경우,발전소와 시설을 공동 배치하는 것에 대한 고려는 그러한 조합의 고유 한 장점으로 인해 유망 할 수 있습니다.

3.8 후처리

최종 제품 물 품질은 필요한 후처리의 특정 유형을 결정합니다. 치료 후 단계는 추가 비용을 추가합니다. 두 번째 롬 패스에 대한 필요성은 매우 낮은 티드 레벨을 달성하거나 붕소 또는 염화물과 같은 특정 이온의 농도를 허용 가능한 수준으로 감소시키는 것은 값 비싼 옵션이 될 수 있습니다. 두 패스 롬 시스템은 일반적으로 될 것입니다 15 퍼센트에 30 단일 패스 롬 시스템보다 더 많은 비용이 많이 드는 퍼센트(미국,2012).

또한,물 제품의 안정화는 통상적으로 산도 조절 및 중탄산 알칼리도의 첨가를 필요로하며,이는 이산화탄소,석회 및/또는 수산화 나트륨의 조합을 사용하여 수행 될 수 있으며,다시,이것은 추가 비용을 추가한다.

물 사용 지역 사회에 가까운 해안에 위치한 담수화 플랜트의 경우,토지는 일반적으로 프리미엄에 가격이 책정됩니다. 사용 지점과 적절한 전원에 가까운 시설을 찾는 데 드는 비용은 추가 흡입 및 배출 파이프 라인의 방법 권리,파이프 라인 비용,자재 운송,허가,해안 또는 배전 서비스 지역에서 더 멀리 떨어진 플랜트 이동과 관련된 노동 및 유지 보수와 관련된 비용에 비중을 두어야합니다(미국,2012).

물 공급원이 폐수 인 경우 일반적으로 후 처리 비용이 더 큽니다. 이는 바이러스를 비활성화하기위한 처리 후 산화 및 폐 염수 또는 고형물 처리에 대한 높은 비용과 같은 많은 요인 때문일 수 있습니다.

3.9 지역 인프라 비용

인프라 비용에는 토공사,콘크리트,철강,구조물,배수 및 건축 자재와 같은 품목이 포함됩니다. 플랜트의 위치에 따라 이러한 각 항목에 대한 비용이 크게 다를 수 있습니다. 산업 도시에서 멀리 떨어진 원격 플랜트 위치는 일반적으로 콘크리트 생산 시설 근처에 건설되는 플랜트 및 건축 자재를 충분히 공급하는 산업 구역보다 높은 건설 비용이 발생해야합니다.

3.10 환경 규정

각 지역마다 고유 한 환경 규칙 및 규정이 있으며 이는 단일 국가 내에서 주마다 다를 수 있습니다. 예를 들어,캘리포니아 프로젝트에 대한 허용 비용은 플로리다에서 거의 4 배 일반적인 허용 비용입니다(미국,2012). 캘리포니아는 물 담수화 프로젝트에 규제 비용을 추가 텍사스 나 플로리다에 비해 식수 생산을위한 더 엄격한 규정 및/또는 지침을 가지고있다. 더 긴 환경 검토 기간은 또한 일반적으로 더 높은 프로젝트 비용 또한 귀착되는 프로젝트 일정을 길게 할 수 있습니다. 사실,매우 엄격한 규제로 캘리포니아와 같은 주에서 프로젝트를 개발하고 허용하는 데 필요한 년수는 공장을 건설하고 시동을 시작하는 데 필요한 시간보다 훨씬 길어질 수 있습니다. (, 2012)

4.0 비용 구성 요소-자본 투자

자본 투자는 직접 및 간접 비용의 두 가지 주요 범주로 세분된다. 직접 비용에는 장비,건물 및 기타 구조물,파이프 라인 및 부지 개발이 포함되며 일반적으로 전체 투자 비용의 50%에서 85%범위입니다. 나머지 간접 비용에는 자금 조달이자 및 수수료,엔지니어링,법률 및 관리 비용 및 우발 사고가 포함됩니다., 2012). 대부분의 담수화 플랜트의 일반적인 투자 비용 및 구성 요소는 다음과 같이 9 개 부분으로 더 나눌 수 있습니다:섭취 및 원수 운반;전처리;담수 처리;후 처리;제품 물 물 펌핑 및 저장; 전기 및 계측 시스템;플랜트 건물,현장 및 토목 공사 및 플랜트의 균형;염수 배출 및 고형물 처리;기타 엔지니어링 및 개발 비용. 금융 수수료 및 기타 상업 관련 수수료와 같은 기타 비용도 고려해야합니다. 그림 6 은 플랜트에 대한 투자 비용 고장의 한 예를 보여줍니다.

그림 6-전형적인 스와로 담수화 플랜트 설비 설비 고장(출처: 디비안과)

설비는 규모에 따라 크게 달라지며,더 큰 담수화 플랜트는 설치 용량 100 만 갤런 당 비용이 적게 듭니다. 아래 그림 7 에 따르면,중간 크기의 10 백만 달러 규모의 공장 건설 비용은 약 8 천만 달러이고 샌디에고 근처의 35 백만 달러 규모의 칼스 배드 스와 같은 대형 공장은 2 억 5 천만 달러의 비용이 소요될 것으로 예상됩니다. 참고:환경,허용 및 건설 문제로 인해 그 공장은 훨씬 더 많은 비용이 들었습니다.

그림 7–단위 건설 비용 대. 3446>

5.0 비용 구성 요소-운영 비용

운영 비용(운영 비용)은 일반적으로 고정 비용(예:노동,행정,장비 및 멤브레인 교체 비용,부동산 수수료/세금 등)의 두 가지 범주로 나뉩니다.)그리고 변하기 쉬운 비용(힘 화학물질 및 다른 소모품과 같은. (아로요,등., 2012). 대부분의 담수화 플랜트의 일반적인 운영 비용 및 구성 요소는 다음을 포함하는 9 개의 부분으로 더 세분화 될 수 있습니다: 전력 소비,소모품,고형 폐기물,화학 물질,노동,유지 보수,장비 보증,플랜트의 균형&유틸리티 및 기타 고정 비용(관리,예비 부품,비상 사태 등)),그림 8 에 도시 된 바와 같이.

)

6.0 물 담수화 총 비용

수명주기 비용(단위 생산 비용 또는 연간 비용이라고도 함)은 담수화를 통해 천 갤런 또는 입방 미터의 물 생산 비용이며 모든 투자 비용(부채 서비스 포함)및 운영 비용을 고려하며 예측 또는 실제 공장 운영 계수로 조정할 수 있습니다. 관련된 모든 변수 때문에 이러한 연간 비용은 매우 복잡 할 수 있으며 프로젝트 간의 단위 생산 비용 차이는 직접 비교되지 않을 수 있습니다. 기껏해야 과거 플랜트 비용 정보를 사용하여 미래 비용을 예측하는 것은 일반적으로 야구장 추정치 만 초래합니다.

그림 9 는 완료된 롬 프로젝트의 다양한 유형에 대한 연간 비용이 매우 다양하다는 것을 보여줍니다. 표시된 데이터에서 가장 적합한 선으로 표시되는 평균 비용은 매우 큰 식물(325,000 평방 미터/일)의 경우 약 0.70 달러/(천 갤런 당 2.65 달러)이며 작은 식물(10,000 평방 미터/일)의 경우 1.25 달러/(천 갤런 당 4.75 달러)로 상승합니다.

그러나 비용은$3 만큼 높을 수 있습니다.매우 작은 용량의 공장(4,000 평방 미터/일 또는 1 평방 미터 미만)의 경우 비용이 많이 드는 현장 별 섭취,배출 및 운반 특성이 있습니다. 물 공급,배출 및 운반의 효과를 제거하면 연간 비용 범위가 0.53/밀리 3 에서 1.58/밀리 3(2.00/천갤론 당 6.00 달러),소금기있는 물 공급 공장의 경우 0.11-1.10 달러(0.40-천갤론 당 4.00 달러)로 감소하고 좁아집니다.

그림 9-로 플랜트 단위 생산 비용 대 프로젝트 용량

재사용을 위해 산업 폐수를 담수화하는 데 드는 비용은 이보다 훨씬 클 수 있습니다. 예를 들어,월리파슨/디비안은 아라비안 걸프 지역에 위치한 35,000 평방 미터/일 담수화 플랜트용 설비 및 운영 시설을 개발하기 위한 연구를 수행했으며 유전 생산된 물 공급과 보일러 공급용 물 생산을 위한 연구를 수행했다. 이 연구에서 발생한 예산 투자 비용과 운영 비용을 기반으로 단위 생산 비용은 그림 9 를 사용하여 예측 한 것보다 약 4 배 높았습니다.

아래 그림 10 은 하루 물 1 입방 미터(264 갤런)를 생산하는 국경없는의사회,의료진,의료진 및 의료진의 일반적인 수명 주기 비용 비교를 보여줍니다. 이와 같이,국경없는의사회와 의료기관은 담수화 기술로서 전기 에너지 외에 증기(열에너지)를 필요로 하고 있으며,이는 수자원에 비해 총 물 수명 주기 비용이 더 높은 주된 이유입니다.

그림 10-담수화 기술용 물 단위 생산 비용

7.0 담수화 설비 비용의 예

본 논문에서 언급한 바와 같이,담수화 설비의 개발,건설 및 운영 비용은 플랜트의 위치,물 종류 및 품질,흡입 및 유출 유형,사용되는 담수화 기술 및 에너지 회수 시스템,전력 비용,필요한 후처리 및 저장,유통 비용 및 환경 규정에 따라 달라집니다. 이러한 차이는 세계의 한 지역에 건설 된 대형 공장을 세계의 다른 지역에 건설 된 소형 공장보다 더 비싸게 만들 수 있으며 운영 비용면에서 상당한 차이를 초래할 수 있습니다. 이는 미국,중동 및 호주와 같은 세계 여러 지역에 위치한 3 개의 스와로 플랜트에 대한

표 1 에 표시된 프로젝트에 의해 설명됩니다.

*1 지불을 포함 소유자에게 총 단위 비용,파이프 라인에 금융 수수료,기타. 건설 개선,기타. 운영 비용,관리 비용. *2 추정

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