[인더스트리뉴스 김관모 기자] 한국과학기술연구원(원장 직무대행 윤석진, 이하 KIST) 연구진이 해수담수화 기술에 사용되는 분리막의 오염을 억제하는 방법을 찾아냈다.

KIST 정성필 박사팀의 연구원(제1저자 김혜원)이 해수에 마그네슘을 투입해 분리막 오염을 제어하고 있다. [사진=KIST]

물자원순환연구센터 정성필, 이석헌 박사팀은 해수담수화 기술 중 하나인 막증류 공정에 적용 가능한 분리막이 오염되거나 젖지 않도록 하는 마그네슘 투입 전처리 공정을 개발했다고 4월 7일 밝혔다. 해수담수화 기술은 바닷물로부터 염분과 용해 물질을 제거해 식수와 생활용수, 공업용수를 얻는 것을 말한다.

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

KIST 연구진은 막증류 공정을 모니터링해 탄산칼슘(CaCO3)과 황산칼슘(CaSO4) 결정이 분리막 표면에 형성되는 것이 막오염의 주요 원인임을 밝혀냈다. 또한, 탄산칼슘이 운전 초기부터 형성돼 분리막의 부분 막젖음을 유발하고, 황산칼슘의 형성이 완전한 막젖음을 발생시켜 운전 중단을 유발한다는 점도 알아냈다.

왼쪽부터 이석헌 책임연구원, 정성필 선임연구원 [사진=KIST]

그동안 해수담수화 공정에서 칼슘계 결정에 의한 막오염을 방지하기 위해 스케일방지제(anti-scalant)가 대표적으로 적용돼 왔다. 또한 막증류 공정의 전처리 공정으로써 화학적 연수화(軟水化) 기술이 적용된 사례도 보고된다. 하지만, 연구진은 "스케일방지제를 사용하는 경우, 유기물인 스케일방지제가 유입수의 표면장력을 낮춰 막젖음의 발생 가능성을 증가시킨다는 보고가 있고, 화학적 연수화 기술을 적용하는 경우 연수화 과정에서 형성된 결정들을 제거하기 위한 대규모 침전 공정이 추가로 필요한 어려움이 있다"고 전했다.

이에 KIST 정성필 박사팀은 바닷물에 마그네슘을 투입하는 전처리 공정을 최초로 제안했다. 마그네슘은 바닷물 속에 존재하는 탄산 및 황산이온과 결합하려는 성질이 있어서, 탄산칼슘 및 황산칼슘의 형성을 막아 분리막 오염이 효과적으로 지연된다는 것. 또한, 박사팀은 투입되는 염화마그네슘(MgCl2)이 무기물질이기 때문에 소수성 분리막의 안정성(막젖음에 대한 저항성)도 확보할 수 있었다.

정 박사는 "소수성 분리막의 안정성이 확보돼 담수화 효율이 높아지고 분리막의 수명이 연장될 수 있을 것으로 기대된다"며, "무기물 기반의 친환경 전처리가 막 증발 공정 뿐 아니라 다양한 해수담수화 공정에서 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 환경부(장관 조명래) 플랜트연구사업과 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원 하에 KIST 주요사업으로 수행됐으며, 연구결과는 ‘Water Research’ 최신 호에 게재됐다.

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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