해수담수화 막여과 공정 유지관리 기술로 물부족 문제 해결에 기여한다
- 삼투역세정을 이용한 역삼투 막여과 공정 유지관리 기술 개발 -
“역삼투 막여과 공정의 유지세정 기술 개발로
해수담수화 분야의 차별화된 원천기술을 확보하다”
[연구자 레터]
세계적으로 물 부족 문제가 심각한 가운데 세계 각국이 물산업 육성에 심혈을 기울이고 있다. 최근에는 물 부족 문제에 대한 해결책으로 바닷물을 용수로 생산하는 해수담수화 기술이 주목받고 있으며 이로인해 글로벌 기업간 시장점유 경쟁이 벌써부터 치열하다. 수처리 산업은 건설 기술 중심에서 운영관리 기술 중심으로 패러다임이 변하고 있어 건설을 위한 설계 기술뿐만 아니라 건설 후 운영 및 유지관리에 대한 핵심 기술이 매우 중요하다. 그러나 현재까지 국내에는 역삼투막 세정에 관련된 연구결과는 미비한 실정이며 운영 및 유지관리는 단순히 해외 제조사의 유지·관리 가이드를 활용하거나 약품 세정에 그치고 있어 그 수준이 높지 않다. 이에 본 연구팀은 아직 초기 단계에 머물고 있는 역삼투막의 유지세정 기술을 개발해 세계 시장에서 해수담수화 분야의 기술적 우위를 확보하고자 한다.
01 개발배경 및 현황
지구에서 물은 71%를 차지하지만 마실 수 있는 물은 3%에 불과하다. 가용 수자원의 부족 및 인구 증가 등의 이슈로 물 부족 문제는 전세계적으로 매우 심각하게 대두되고 있으며 이를 해결하기 위해 많은 노력을 하고 있다. 그 중 최근 각광받고 있는 해수담수화 공정은 바닷물의 염분 및 기타 불순물을 제거해 생활용수 및 공업용수로 사용할 수 있도록 하는 기술이다. 이스라엘의 경우 연간 생활용수의 40%를 해수담수화를 통해 공급하고 있으며 국내 도서 산간 지역에도 생활용수 확보의 수단으로 많이 활용되고 있다.
국내에서도 물산업 육성 및 발전을 위한 정책이 제시되고 있으며 두산중공업 등 해외에서 기술력을 인정받은 대기업 및 중소기업들의 적극 참여로 해수담수화 분야를 비롯한 다양한 수처리 산업이 성장하고 있다. 하지만 분리막 시장의 경우 해외 기업의 시장점유율이 우세하고 그 중 미국이 압도적으로 큰 시장 점유율(약 89%)을 차지하면서 역삼투압(RO)시장을 주도하고 있다. 우리나라의 경우 해외시장 진출 규모는 상대적으로 크지 않을 뿐만 아니라 세정 기술 등 유지관리에 필요한 기술은 해외 제조사에서 제시한 가이드를 사용하거나, 혼합된 상용 세정약품을 사용하고 있어 그 수준이 높지 않다. 반면 수처리 시장은 건설 중심에서 운영관리 중심으로 패러다임이 바뀌고, 건설 후 통상 20년 정도 운영관리를 필요로 하기 때문에 건설을 위한 설계 기술뿐만 아니라 운영·유지관리 분야의 핵심 기술이 필요하다. 이에 본 연구팀은 아직은 초기 단계인 역삼투압(RO)의 유지세정 기술을 개발해 원천 기술을 확보하고 실제 응용 가능한 수준까지 도달해 국제적으로 해수담수화 분야의 기술적 우위를 확보하고자 한다.
02 기술 개발의 특징
삼투압 현상을 이용한 막 세척기술의 개발
현재 해수담수화에서 사용되고 있는 역삼투 막여과 공정은 펌프의 운전압력을 통해 반투과성 막을 기준으로 해수가 막을 통과해 처리수 측으로 이동할 때 염분이 제거되면서 담수(Fresh Water)를 생산하는 방식이다. 이러한 여과 공정이 장기적으로 지속되면 막 표면에 쌓인 오염물질의 밀도가 높아지게 되어 해수담수화 공정의 효율을 감소시키기 때문에 오염물질을 주기적으로 제거하기 위한 유지관리 기술이 반드시 필요하다.
본 연구를 통해 개발된 삼투역세정은 압력 펌프 운전 중지로 막 표면에 가해지는 압력을 제거하여, 자연적으로 발생하는 삼투압을 통해 처리수가 해수 쪽으로 넘어가게 되는 현상을 이용한 기술이다. 처리수가 해수 측으로 이동하게 되면서 막 표면에 부착된 오염 물질들을 느슨하게 만들고, 이때 해수가 막 표면에 수평으로 흐르면서 오염 물질들을 제거하는 원리이다.
막 유지관리를 우리 기술로 실현하다
현재까지는 역삼투 막여과 공정의 막오염 저감을 위해 오염물질을 사전에 제거하는 전처리 공정을 강화하거나 막을 세척하기 위한 약품 주입량을 증가시키는 등 간접적인 방법을 통해 유지관리를 수행해왔다. 하지만 본 연구를 통해 개발된 삼투역세정 기술을 도입함으로써 막오염에 직접적이고 능동적인 대처가 가능하게 되었다.
03 기술개발 효과
유지세정 기술을 시작으로 역삼투막 원천기술을 확보하다
최근 전 세계적으로 증발법보다는 역삼투압(RO)법을 이용한 해수담수화의 상용화 및 적용(건설)이 확대되고 있는 시점에서 본 기술을 통해 계속적으로 유지 및 발전할 수 있는 원천 기술이 확보되었다. 주기적인 삼투역 세정을 할 경우, 기존 외산 기술에 의존한 간접적 막 유지관리 방식에 비해 오염물질 제거 효과가 향상되고, 막 수명 연장, 누적 처리수량 극대화, 유지관리 비용 절감 등 높은 경제성 확보가 가능하다. 현재 역삼투막 생산은 해외 선도 업체들이 시장을 주도하고 있지만 앞으로는 국내 막관련 제조사들이 개발된 유지세정 기술을 적용시킬 수 있는 전용 막을 개발한다면 해외 시장 점유 또한 가능할 것이다.
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