해수담수화시설 계획

왜 배우는가: 해수담수화는 물부족 대응 수단으로 확대되어 도입 타당성, 공정 선택, 시설 규모 결정의 기초 개념이 된다. 상하수도기술사 시험에서는 정의, 등장 배경, 공정 분류를 묻는 문제가 반복해서 출제되므로 첫 장의 정의와 분류를 정확히 익혀야 한다.

출제 이력: 제128회 2교시 4번, 제121회 4교시 2번, 제120회 2교시 6번, 제96회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

해수담수화시설은 바닷물에서 염분 등 용존물질을 제거하여 음용·공업용으로 쓸 수 있는 담수를 얻는 수처리 시설이다.

해수담수화시설은 해수에서 염분과 용존물질을 제거해 담수를 얻는 취수 대체 수원 시설이다.

• 해수담수화(Seawater Desalination)
• 염분 제거
• 역삼투압법(Reverse Osmosis, RO)
• 다단 플래시 증발법(MSF)
• 다중 효용법(MED)
• 브라인(Brine, 농축수)
• 담수 회수율

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 바닷물을 마실 수 있는 물로 바꾸는 시설이다. 바닷물의 염분 농도는 약 3.5% 수준이라 일반 수처리로는 처리할 수 없고, 상태변화를 주거나 막을 이용해 염분을 분리해야 한다.

정식으로 정의하면, 해수담수화는 해수 중 용존 염류를 상태변화(증발, 동결) 또는 막분리(역삼투, 전기투석)로 분리하여 담수를 생산하는 공정이다. 생산된 담수와 함께 염분이 농축된 브라인이 부산물로 나온다. 따라서 해수담수화시설은 담수 생산 설비와 브라인 처리·방류 설비를 함께 가진다.

핵심 용어는 다음과 같다. 역삼투압법은 해수에 삼투압보다 높은 압력을 가해 분리막을 통과시키는 방식이다. 증발법은 해수를 가열해 증기를 만들고 응축시켜 담수를 얻는 방식이다. 담수 회수율은 공급한 해수량 대비 생산 담수량의 비율이다. 역삼투압법은 해수 투입량 대비 높은 회수율이 보고되며, 증발법은 상대적으로 낮은 회수율이 보고된다.

해수담수화는 상태변화를 동반하는 방식과 동반하지 않는 방식으로 나뉜다. 증발법과 냉동법은 상태변화를 동반하고, 막법과 이온교환수지법은 동반하지 않는다. 에너지 형태로 보면 열을 쓰는 방식(증발법), 압력을 쓰는 방식(역삼투법), 전기를 쓰는 방식(전기투석법)으로 구분된다.

역삼투압 회수율은 증발법보다 높은 편이다.

3. 등장 배경과 필요성

지구 표면의 대부분은 바다이지만, 이 물은 염분 때문에 인간이 직접 쓸 수 없다. 인구 증가, 산업 물수요 증가, 기후변화에 따른 강수 편차로 기존 하천수·지하수만으로는 수량을 확보하기 어려워졌다. 수자원 확보가 세계적 과제가 되면서 바닷물을 담수로 만드는 기술이 오랫동안 논의되었다.

해수담수화 시장은 중동과 아프리카의 만성 물부족 지역에서 먼저 형성되었고, 이후 북미, 인도, 중국 등으로 수요가 넓어졌다. 세계 물 사업 조사 기관 GWI는 해수담수화 시장이 이후 큰 폭으로 성장할 것으로 예상했다. 시장 규모는 그 이후 추정치로 바뀌었을 수 있으므로 시험에서는 성장 추세만 설명한다.

국내에서는 물부족 대책의 하나로 해수담수화가 검토되고 있다. 도서지역이나 연안 산업단지처럼 취수 가능한 담수원이 부족한 곳에서 대체 수원으로 쓰인다. 또한 대규모 플랜트 기술과 RO 분리막 기술이 발전해 수질과 생산 효율이 높아졌으며, 에너지 회수 장치를 통해 운전 에너지를 줄이는 방향으로 기술이 개선되고 있다.

수자원 확보 문제는 물 사용 증가와 함께 커지므로, 해수담수화는 기존 취수원의 한계를 보완하는 수단으로 설명하면 된다.