지구의 기후온난화로 인해서 곳곳에서 이상기후들이 나타나고 있다. 어느 곳에서는 홍수가 어느 곳에서는 가뭄이 나타나 이전의 전통적 농업마저 위협하고 있다. 부족 국가 특히, 중동에서는 오랫동안 해수담수화를 통해 물부족 사태를 해결하고 있다. 해수담수화가 무엇이고, 원리와 방법에 대해 알아보자
목차
1. 해수담수화란?
2. 해수담수화 원리
3. 해수담수화 기술 및 방법
4. 해수담수화 방법 역삼투입이란?
5. 마무리
1. 해수담수화란?
담수 부족은 인간의 삶, 농업, 산업 및 생태계에 광범위한 영향을 미치는 세계적인 딜레마입니다. 담수에 대한 수요는 지속적으로 가용 공급량을 초과하므로 격차를 해소할 혁신적인 솔루션이 절실하다. 해수 담수화는 이러한 위기를 완화할 수 있는 유망한 방법을 제공합니다.
2. 해수담수화 원리
해수담수화는 바닷물에서 염분과 불순물을 분리해 먹기에 적합한 담수를 얻는 방법이 기본 원리이다.
여과 -> 담수화 과정-> 후처리 3단계로 정리된다.
여과 : 해수담수화의 첫 단계는 여과를 통해 큰 입자와 불순물을 제거
담수화 과정 : 역삼투압, 증류, 전기투석 등 다양한 방법을 사용하여 바닷물에서 염분과 불순물을 제거
후 처리 : 담수화 후 담수는 후처리 공정을 거쳐 품질과 맛을 더욱 향상시킵니다. 식수로 사용하기 위해 재광물화가 포함된다.
3. 해수담수화 기술 및 방법
담수화 기술의 선택은 장비 가격 책정에 있어 중추적인 역할을 합니다. 에너지 효율적인 최첨단 시스템은 초기 비용이 더 높지만 장기적으로 비용을 절감할 수 있다. 위치 해수 접근성, 에너지 비용, 인프라 등 지리적 요인이 전체 장비 비용에 영향을 미친다.
해수 담수화 방법
1. 역삼투 역삼투(RO)는 해수 담수화의 가장 널리 사용되는 방법 중 하나인데, 이 공정은 염분과 불순물을 차단하면서 물 분자는 통과시킬 수 있는 반투막을 사용합니다. RO 시스템은 바닷물에서 신선하고 식수를 생산하는 효율성으로 유명합니다.
2. 다단계 플래시 증류(MSF) MSF는 해수 담수화 분야의 또 다른 주목할 만한 기술입니다. 바닷물을 가열하여 증기를 생성한 후 담수로 응축시키는 과정이 포함됩니다. MSF는 에너지 집약적이지만 저비용 에너지원에 대한 접근성이 풍부한 지역에서 널리 사용되었습니다.
3. 다중 효과 증류(MED) MED는 여러 단계의 열교환기를 활용하여 물을 증발 및 응축시키는 열담수화 방법입니다. MSF에 비해 에너지 효율적이며 전 세계의 다양한 담수화 플랜트에 적용되었습니다.
4. 전기투석은 이온 교환막과 전기장을 활용하여 해수에서 이온을 선택적으로 제거하여 담수를 생성합니다. 이 방법은 확장성과
상대적으로 낮은 에너지 소비로 알려져 있습니다.
4. 해수 담수화 방법 역삼투압이란?
가장 많이 사용하는 해수 담수화 방법은 역삼투압이다. 보다 자세히 알아보면, 역삼투압이란 바닷물이나 기수에서 염분, 기타 오염물질 등의 불순물을 제거하여 음용 및 기타 용도에 적합하게 만드는 수질정화 공정인데 반투막을 사용하여 순수한 물과 불순물을 분리하는 방식으로 작동합니다. 예를 들어 바닷물이 담긴 용기가 있다고 상상해 보자. 바닷물에는 물 분자뿐만 아니라 고농도의 염분과 기타 다양한 용존 고형물도 포함되어 있는데, 이 바닷물을 직접 마시면 염분 함량이 높아 탈수 현상이 일어날 수 있어 해롭다.
보다 자세히 역삼투 과정을 소개하면 아래와 같다.
사전 여과: 바닷물이 역삼투압 시스템에 들어가기 전에 일반적으로 사전 여과 단계를 거칩니다. 이 단계에서는 민감한 역삼투막의 손상을 방지하기 위해 물에서 더 큰 입자와 잔해물이 제거됩니다.
역삼투막: 역삼투압 시스템의 핵심은 반투막입니다. 이 막은 매우 미세하여 물 분자만 통과시키고 소금, 미네랄, 불순물과 같은 더 큰 분자는 차단합니다. 초미세 필터라고 생각하시면 됩니다.
압력: 역삼투막을 통해 바닷물을 밀어내기 위해서는 고압 펌프를 사용합니다. 이 압력은 막 양쪽의 용질 농도를 동일하게 만들려는 힘인 자연 삼투압을 극복하는 데 필요합니다.
분리: 가압된 해수가 역삼투막을 통과하면서 막의 작은 구멍을 통해 물 분자만 통과할 수 있습니다. 소금과 기타 불순물은 막의 한쪽 면에 남아 농축된 염수 용액을 형성합니다.
순수한 물 출력: 멤브레인 반대편에서는 순수한 담수가 나옵니다. 이 담수는 수집되어 식수, 요리, 관개 또는 기타 목적으로 사용될 수 있습니다.
그 결과 처음에는 염분 함량이 높아 마실 수 없었던 바닷물을 깨끗하고 신선한 식수로 전환시킬 수 있다. 역삼투압은 해수 담수화는 물론 수돗물 정화, 각종 산업폐수 처리 등에도 널리 활용되는 공법이다. 요약하면, 역삼투압은 특수한 막과 압력을 사용하여 바닷물이나 기타 불순물 수준이 높은 수원에서 순수한 물을 분리하는 공정으로, 세계 여러 지역에서 안전하고 깨끗한 식수를 제공하는 데 필수적인 기술입니다.
5. 마무리
해수 담수화 장비의 가치는 초기 가격을 훨씬 뛰어넘습니다. 그러나 물안보 차원에서 해수 담수화는 날씨에 의존하는 천연자원에 대한 의존도를 줄여 지속적이고 안전한 담수 공급원을 확보해야 한다. 또한 담수화는 농업, 산업, 주거용으로 신뢰할 수 있는 담수 공급원을 제공함으로써 경제 성장을 촉진할 수 있고, 환경 지속 가능성 효율적인 담수화 기술은 담수 추출이 환경에 미치는 영향을 줄여 지속가능성을 촉진할 수 있다.
해수 담수화는 담수 부족 문제를 해결하는 데 있어 희망의 등대와 같다. 지구 이상 기후가 점점 심해지고 있고 물부족 상황은 더욱 심해질 것으로 예상된다. 전 세계적으로 담수에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 해수 담수화 장비에 대한 투자는 재정적 고려 사항일 뿐만 아니라 가장 귀중한 자원을 보호하기 위한 노력으로 지속되어야 한다.