바닷물을 식수로 담수화 작업을 하는데 어떠한 원리로 가능한가요
안녕하세요 과거에 물을 사먹으면 무슨 소리냐고 하였는데요 지금은 물을 사먹는게 자연스러운데요 물부족으로 인해서 바닷물을 먹게 된다면 바닷물을 어떻게 해야 식수로 먹을 수 있는가요 어떠한 원리로 되는지 궁금합니다
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
과거에는 물을 사먹는 것이 자연스럽지 않았을 수도 있지만 현재는 물이 우리 생활에서 필수적인 요소이기 때문에 자연스러운 일이 되었습니다. 하지만 물 부족으로 인해 바닷물을 먹게 된다면 바닷물을 식수로 먹을 수 있는 방법이 있습니다.
바닷물은 소금뿐만 아니라 다양한 미생물과 노폐물이 포함되어 있기 때문에 그대로 마시면 우리 몸에 해로울 수 있습니다. 따라서 바닷물을 식수로 먹기 위해서는 담수화 작업이 필요합니다. 담수화란 바닷물을 담수로 변환하는 과정을 말합니다.
담수화 작업에는 여러 가지 방법이 있지만 가장 일반적인 방법은 역삼투(osmosis) 방식입니다. 역삼투란 물 분자가 더 적은 농도에서 더 높은 농도로 이동하는 현상을 말합니다. 이를 이용하여 바닷물을 담수로 변환하는 것이 가능합니다.
담수화 작업을 위해서는 역삼투를 일으키는 장치가 필요합니다. 이 장치를 역삼투막이라고 부르며 바닷물과 담수를 분리하는 역할을 합니다. 역삼투막은 바닷물 쪽에는 물 분자가 통과할 수 있도록 구멍이 있지만 노폐물과 미생물은 통과하지 못하도록 되어 있습니다. 그래서 바닷물이 역삼투막을 통과하면서 담수로 변환되는 것입니다.
하지만 역삼투막은 바닷물을 담수로 변환하는 과정에서 많은 에너지를 소비하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 따라서 현재는 역삼투막을 대신할 수 있는 신기술이 연구되고 있습니다. 예를 들어 태양열을 이용하여 역삼투를 일으키는 태양열 역삼투 시스템이나 바닷물을 증발시켜 담수로 변환하는 증발식 담수화 시스템 등이 연구되고 있습니다. 하지만 현재는 비용 문제로 인해 다양한 신기술이 연구되고 있으니 미래에는 더 효율적이고 경제적인 방법으로 바닷물을 식수로 먹을 수 있을 것입니다. 감사합니다.
도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 해수탈염(海水脫鹽)이라고도 하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 설비 또는 해수담수화 플랜트라고 한다.
담수화 설비는 지구 상의 물 중 98%나 되는 해수나 기수를 인류의 생활에 유용하게 쓸 수 있도록 경제적인 방법으로 염분을 제거하여 담수로 만드는 설비이다. 비가 땅 위에 떨어지면 여러 경로를 통해 바다로 흘러 가게 되는데, 물이 땅 위와 땅속으로 흐르는 동안 무기염류(Mineral)와 다른 물질 등이 용해되어 점점 염도가 증가한다. 바다나 저지대에 도착한 물은 태양에너지에 의해 증발하게 되며, 이 증발 과정에서 염을 남기며 순수한 물만이 구름을 형성하고 비가 되는 순환을 한다.
이것은 물리적인 분리가 이루어지는 증발과정 및 수증기가 찬 공기를 만나서 빗물로 변하는 응축과정을 잘 나타내고 있는데, 이러한 과정이 자연현상에서 볼 수 있는 대표적인 담수화(Desalination)라 할 수 있다.
해수담수화의 방식은 크게 기본원리에 따라 분류된다. 열원을 이용하여 해수를 가열하고 발생한 증기를 응축시켜 담수를 얻는 증발법과 삼투현상(Osmosis)을 역으로 이용하여 해수를 반투막(Semi-permeable Membrane)을 통과시켜 담수를 생산하는 역삼투법(Reverse Osmosis)이 해수담수화의 대표적인 방식이다.
열원을 이용하는 증발법은 유체의 흐름 양상에 따라 다단증발법(Multi-Stage Flash: MSF)과 다중효용법(Multi-Effect Distillation: MED)으로 구분된다. 이외에도 결정화법, 이온교환막법, 용제추출법, 가압흡착법 등이 해수담수화에 적용되고 있으나, 현재 널리 상용화된 해수담수화 방식은 MSF, MED와 RO의 3가지 기술이며, MSF 또는 MED와 RO를 혼용하여 담수를 생산하는 Hybrid 방식이 적용되는 경우도 있다.
하이브리드 방식이 대형 상용 플랜트에 적용된 세계 최초의 해수담수화 플랜트는 두산중공업(주)이 아랍에미리트(UAE)에 건설한 일산 454,600톤의 후자이라(Fujairah) 플랜트로, MSF와 RO의 2가지 기술이 동시에 적용되었다. 두산중공업(주)은 해수담수화 플랜트의 EPC(Engineering, Procurement, Construction) 업체로서 MSF, MED및 RO 등 해수담수화 주요 방식의 원천기술을 보유하고 있으며, 설계, 제작, 시공, 시운전 등 전분야의 기술을 보유하고 있는 해수담수화 플랜트 시장의 선두기업(Leading Company)이다.