해수담수화 처리기술

왜 배우는가: 해수담수화는 물 부족 국가의 핵심 취수원 확보 수단이며, 증발식과 역삼투식의 에너지·농축수 문제가 함께 얽혀 있어 기술사 시험에서 계획, 처리기술, 방식 비교를 묶어 반복해서 묻는다. 개념의 정의와 등장 배경을 정확히 잡아야 이후 공정과 장단점을 흔들림 없이 쓸 수 있다.

출제 이력: 제135회 2교시 4번, 제126회 1교시 8번, 제112회 3교시 6번, 제108회 4교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

해수담수화는 해수에서 염분과 용존물질을 제거하여 음용·공업용 담수를 얻는 처리기술이다.

• 해수담수화, 증발식(열법), 역삼투식(RO)
• 염분 제거율, 농축수(브라인), 에너지 소비량
• 다단순간증발(MSF), 다중효용증발(MED)
• 전처리(SDI·탁도 관리), 막오염
• 정삼투(FO), 에너지 회수장치

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 바닷물에서 소금을 빼서 마실 물을 만드는 기술이다. 바닷물의 염분 농도는 대략 3.5% 수준으로, 일반 원수 기준으로는 매우 높은 염분이다. 이 염분을 제거하는 방법에 따라 기술이 나뉜다.

정식 정의는 다음과 같다. 해수담수화는 해수를 열에너지로 증발·응축시키거나 반투막의 선택 투과성을 이용해 염분을 분리하고, 그 결과 얻은 담수와 염분이 농축된 농축수(브라인)를 나누는 공정이다. 분리 원리에 따라 열적 방식과 막 방식으로 구분된다.

열적 방식은 바닷물을 가열하여 수증기를 만들고 이를 응축하여 담수를 얻는다. 염분은 증발하지 않으므로 남은 액이 농축된다. 증발 원리를 이용하므로 열에너지가 많이 든다.

막 방식은 역삼투(RO) 가 대표적이다. 삼투 현상은 농도가 낮은 쪽의 물이 높은 쪽으로 이동하는 현상이며, 이때 발생하는 압력이 삼투압이다. 농도가 높은 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 가하면 물 분자만 반투막을 통과하고 염 이온은 막에 남는다. 이 원리가 역삼투다.

핵심 원리는 두 가지로 요약된다. 열 방식은 상변화(증발·응축)로 물을 분리하고, 막 방식은 압력으로 물 분자만 통과시킨다. 두 방식 모두 염분이 농축된 농축수가 부산물로 생기므로 처리 계획에서 농축수 처리가 함께 검토된다.

3. 등장 배경과 필요성

지구 표면의 대부분은 바다이지만 사람이 쓸 수 있는 담수는 극히 일부다. 기후변화와 인구 증가로 하천과 지하수만으로 수요를 감당하기 어려운 지역이 늘었다. 이 때문에 바닷물을 취수원으로 쓰는 해수담수화가 물 부족 대응 수단으로 확대되었다.

초기에는 중동 산유국을 중심으로 열 방식(다단순간증발, MSF)이 상용화되었다. 열원을 발전소의 폐열과 함께 쓸 수 있어 대규모 플랜트에 적합했기 때문이다. 이후 역삼투 분리막의 성능이 향상되면서 막 방식의 비중이 커졌다. 막 방식은 열원 없이 전기만으로 운전할 수 있어 설치와 운전 측면에서 유리하다.

에너지 문제는 기술 발전의 가장 큰 동기다. 열 방식은 증발에 많은 열을 쓰고, 역삼투 방식도 고압펌프 전력이 운전비의 큰 부분을 차지한다. 따라서 에너지 회수장치, 고효율 펌프, 정삼투 같은 저에너지 기술이 연구되고 있다. 농축수 배출이 해양 환경에 미치는 영향도 함께 관리해야 할 문제로 떠올랐다.