역삼투(RO) 설비

역삼투의 정의

역삼투는 삼투압보다 큰 압력을 가해 용매만 막으로 통과시키는 분리 공정이다.

반투막은 물 분자는 통과시키고 이온과 용질 입자는 통과시키지 않는다.

용질은 막에서 걸러지고 순수한 용매만 막을 통과하는 것이 역삼투의 핵심이다.

삼투와 역삼투의 방향

자연 상태에서 물은 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 반투막을 넘어 이동한다.

이 흐름을 되돌리려면 고농도 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 가해야 한다.

이렇게 가하는 압력이 역삼투압이며, 역삼투 설계의 출발점이 된다.

원수별 운전 압력

역삼투 운전 압력은 원수 종류에 따라 다르다. 담수와 염분이 적은 물은 8~14bar다.

해수는 자연 삼투압이 약 24bar이므로 40~70bar의 운전 압력이 필요하다.

해수 역삼투는 구동압력이 커서 동력비가 전체 운영비의 큰 비중을 차지한다.

구동압력 계산 예제

해수의 자연 삼투압은 약 24bar다. 여기에 순수 구동압력을 더해 운전 압력을 구한다.

운전 압력은 삼투압과 구동압력의 합이다. 구동압력은 약 16bar로 잡는다.

대입하면 24 + 16 = 40bar가 된다.

40bar는 해수 운전압 40~70bar의 하한이므로 상식 범위 안에 있다.

막오염과 세정

막 오염의 주된 원인은 농도분극과 스케일링이다. 두 현상은 구분해 써야 한다.

농도분극은 막 표면에 용질이 농축되어 투과 유량이 떨어지는 현상이다.

스케일링은 난용성 염이 막 표면에 치밀하게 쌓이는 현상이다.

정기 세정은 플러싱과 CIP를 병행한다. 플러싱은 물리 세정, CIP는 화학 세정이다.

정리와 직접 풀기

역삼투는 삼투압보다 큰 압력으로 용매를 막에 통과시키는 분리 공정이다.

막오염은 농도분극과 스케일링을 나누어 쓰고 각각의 대책을 짝지어야 한다.

정리하면 해수 역삼투는 40~70bar 범위의 운전 압력이 필요하다.

정답은 40bar다. 삼투압 24bar에 구동압력 16bar를 더한 값이다.