해수담수화 기술, 마그네슘으로 안정성 확보
해수담수화 기술, 마그네슘으로 안정성 확보
  • 함예솔
  • 승인 2020.04.12 22:10
  • 조회수 700
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

요약

 

바닷물로부터 염분과 용해 물질을 제거하여 식수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 해수담수화 기술에 사용되는 분리막의 오염을 억제하는 방법을 찾아냈습니다. 바닷물에 마그네슘을 투입하는 전처리 공정을 최초로 제안했습니다. 마그네슘은 , 탄산칼슘 및 황산칼슘의 형성을 막아 분리막 오염이 효과적으로 지연되는 것으로 확인됐습니다. 이는 향후 해수담수화 안정성을 확보해 공정 효율을 높이고 분리막 수명 연장될 수 있을 것으로 기대됩니다.

바닷물을 담수로?! 출처: AdobeStock
바닷물을 담수로?! 출처: AdobeStock

한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터 정성필, 이석헌 박사팀은 해수담수화 기술 중 하나인 막증류 공정에 적용 가능한 분리막이 오염되거나 젖지 않도록 하는 마그네슘 투입 전처리 공정을 개발했습니다. 이는 향후 해수담수화나 고농축 폐수 등에서 발생하는 Ca 스케일들을 제어하는 전처리로 적용할 수 있을 전망입니다. 이번 연구는 <Water Research>에 게재됐습니다. 

 

막오염 주요 원인 찾아 문제 해결


해수담수화 기술 중 하나인 막증류 공정은 해수를 가열해 발생된 수증기를 소수성 분리막을 통과시켜 해수와 수증기를 분리한 후 응축해 담수를 생산하는 기술입니다. 막증류 공정에서는 분리막 표면에서 막오염이 발생하며 막증류 공정에서의 독특한 현상인 막젖음이 발생합니다. 막 오염에 의하여 담수 생산 속도가 감소하거나, 분리막의 교체 주기가 짧아지는 경우 담수 생산 비용이 증가되는 문제점이 있었습니다.

 

KIST 연구진은 막증류 공정을 모니터링해 탄산칼슘(CaCO3)과 황산칼슘(CaSO4) 결정이 분리막 표면에 형성되는 것이 막오염의 주요 원인임을 확인했습니다. 또한, 탄산칼슘은 운전 초기부터 형성돼 분리막의 부분 막젖음을 유발하고 황산칼슘의 형성은 완전한 막젖음을 발생시켜 운전 중단을 유발함을 규명했습니다.

 

해수담수화 공정에서 칼슘계 결정에 의한 막오염을 방지하기 위하여 스케일방지제(anti-scalant)가 대표적으로 적용되어 왔으며 막증류 공정의 전처리 공정으로써 화학적 연수화 기술이 적용된 사례도 보고되고 있습니다. 하지만, 스케일방지제를 사용하는 경우, 유기물인 스케일방지제가 유입수의 표면장력을 낮춰 막젖음의 발생 가능성을 증가시킨다는 보고가 있습니다. 또한, 화학적 연수화 기술을 적용하는 경우 연수화 과정에서 형성된 결정들을 제거하기 위한 대규모 침전 공정이 추가로 필요한 어려움이 존재합니다.

  •  막 오염

유입수에 포함되어 있는 오염물질이 분리막 표면에 쌓이거나 내부로 침투하여 공극을 막는 현상을 말합니다. 

  • 막 젖음

건조상태로 유지되어야 하는 소수성 분리막이 액체에 의해 채워지는 현상을 말합니다. 부분 막 젖음은 일부 공극에 물이 침투하였으나, 모두 채워지지는 않은 상태를 말하며 완전 막 젖음은 일부 공극 전체가 물로 채워진 상태를 일컫습니다. 

막 젖음. 출처: KIST
막 젖음. 출처: KIST

 

바닷물에 마그네슘을 투입하는 전처리 공정. 출처: KIST
바닷물에 마그네슘을 투입하는 전처리 공정. 출처: KIST

KIST 정성필 박사팀은 바닷물에 마그네슘을 투입하는 전처리 공정을 최초로 제안했습니다. 마그네슘은 바닷물 속에 존재하는 탄산 및 황산이온과 결합하려 하므로, 탄산칼슘 및 황산칼슘의 형성을 막아 분리막 오염이 효과적으로 지연되는 것으로 확인됐습니다. 또한, 투입되는 염화마그네슘(MgCl2)이 무기물질이기 때문에 소수성 분리막의 안정성(막젖음에 대한 저항성)도 확보할 수 있었습니다. 

마그네슘이 추가 전처리가 적용된 경우, 막 증류 공정 분리막의 막오염이 제어되는 기작 개요도. 출처: KIST
마그네슘이 추가 전처리가 적용된 경우, 막 증류 공정 분리막의 막오염이 제어되는 기작 개요도. 출처: KIST
정성필 박사. 출처: KIST
정성필 박사. 출처: KIST

 

 

 

KIST 정성필 박사는 "소수성 분리막의 안정성이 확보되어 담수화 효율이 높아지고 분리막의 수명이 연장될 수 있을 것으로 기대된다"라고 말하며 "무기물 기반의 친환경 전처리가 막 증발 공정 뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정에서 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다.

 

 

 

 

 


##참고자료##


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2020 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트