해수 담수화 분리막 세척 '화학약품' 없이…KIST, 무약품 분리막 세척 기술 개발

세척 기술 적용 여부에 따른 개념도

해수담수화 기술 중 막증류 공정은 바닷물을 가열해 발생한 수증기를 소수성 분리막 공극으로 이동시킨 후, 응축 과정을 거쳐 염분이 배제된 순수한 물을 얻는 기술이다.

최근 막증류 공정에서 태양열을 이용하여 해수를 가열하는 탄소중립적 방법이 시도되고 있다. 그러나 태양열은 낮 4-5시간 정도만 활용 가능해 장치가 구동하지 못하는 시간에는 해수가 분리막에 접촉한 채로 물이 증발하게 된다.

그 결과 탄산칼슘(CaCO3)이나 황산칼슘(CaSO4)이 분리막 표면에 쌓이는 막오염이 일어나 담수 생산량이 감소하거나 오염되는 문제가 발생한다.

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 정성필 물자원순환연구단 박사팀이 하루 중 변동되는 태양에너지 조건에서도 분리막 막오염 억제가 가능한 무약품 세척 기술을 개발해 해수담수화 기술의 상용화 가능성을 높였다고 밝혔다.

일반적으로 막오염 물질의 세척을 위해서 산, 염기 및 차아염소산 등의 약품을 사용하고, 세척 후에 발생하는 폐수를 처리하기 위한 환경 비용이 추가로 발생한다.

KIST 연구진은 화학약품에 대한 작업자의 안전을 확보하고, 폐수 처리 비용을 절감하기 위해 생산된 담수로 분리막을 물리적으로 세척하는 기술을 제안했다.

연구진은 막증류 공정이 중단될 때 분리막과 접촉한 채로 방치되는 농축 해수를 배수하고 생산된 담수로 세정한 후 건조했다.

그 결과 다음 운전 시작할 때 막오염과 막젖음이 발생하지 않는 것을 확인했으며, 총 96시간, 4회 반복 과정에서도 (해수 최대 2.7배 이상 농축) 분리막 성능 감소 없이 안정적으로 운영할 수 있음을 확인했다.

정성필 박사는 “전기 인프라나 운영비 지원이 부족한 개도국 또는 오지에서 태양열만으로 담수화 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것”이라며, “앞으로 막증류 공정뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정으로 적용이 확장될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 KIST 주요사업(미래원천기후환경기술개발사업사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 'npj Clean Water'에 7월 5일 게재됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com