해수담수화의 정의, 방법의 종류 그리고 활용

desalination

 

해수담수화는 해수(海水)에서 담수(淡水)를 만드는 과정이다. 즉, 해수를 담수로 처리하여 사용 가능한 식수나 산업용 수로 만드는 과정을 말한다. 전 세계적으로 심각한 식수부족 문제를 해결하기 위해 매우 중요한 기술로 주목받고 있다. 해수담수화란 무엇인지, 방법에는 어떠한 것들이 있는지, 어떻게 적용되는지에 대해 알아보도록 하겠다.

해수담수화의 정의

해수담수화란 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물을 소금을 포함한 용해물질을 제거하여서 순도 높은 먹을 수 있는 물, 생활용수 그리고 공업용수 등을 얻어내는 일련의 물처리 과정을 말한다. 해수탈염이라고도 하며, 해수를 담수로 생산하는 데 사용되는 설비를 해수담수화 설비 또는 해수담수화 플랜트라고 한다. 담수화 설비는 지구상의 물 중 97.5%나 되는 해수나 기수를 인류의 생활에 유용하게 사용할 수 있도록 경제적인 방법으로 염분을 제거하여 담수로 만드는 설비이다. 하늘에서 비가 만들어져서 땅 위에 떨어지면 여러 경로를 통해 바다로 흘러가게 되는데, 물이 땅 위와 땅속으로 스며드는 동안 미네렐(Mineral)과 다른 물질 등이 용해되어 점점 염도가 증가하게 된다. 바다나 낮은 지대에 도착한 물은 태양에너지에 의해 증발하게 되며, 이러한 과정에서 염을 남기며 순수한 물만이 구름을 형성하고 비가 되는 순환을 하게 된다. 하루 10톤가량의 바닷물을 정수가 가능하며 이것은 물리적인 분리가 이루어지는 증발과정 및 수증기가 찬 공기를 만나서 빗물로 변하는 과정을 잘 나타내고 있는데, 이러한 과정이 자연현상에서 볼 수 있는 대표적인 담수화(Desalination)라고 할 수 있다.

방법의 종류

해수 담수화 방법에는 몇가지가 있다. 수한 막을 이용하는 역삼투압법 및 전기투석법, 해수를 증기로 변화시켜 담수화하는 증발법(다단 플래시 증발법, 다중 효용법, 증기 압축법), 그 외에 냉동법, 태양열 이용법 등이 있다. 첫 번째, 증류법(distillation)은 해수를 증발시켜 증기를 만든 뒤 다시 응결시켜 담수를 만드는 방법이다. 현재 전 세계 담수화 생산용량 중 약 70%를 증발법이 차지하고 있다. 가장 역사가 오래된 기술로서 현재까지 가장 널리 사용되고 있다. 증발기의 구성과 작동 원리 및 열원의 이용 방법이 따라 다중 효율방식, 다단 플래시 방식, 증기압축식, 등으로 분류한다. 이 밖에도 태양열등의 자연에너지를 이용한 증류기가 있다. 바닷물 투입량의 20%대에서 담수 회수율이 보고되고 있다.

다중효용 방식(ME: Multi-Effect Distillation)

다단 플래시 방식(MSF: Multiple-Stage Flash Distillation)

증기 압축식(VC: Mechanical Vapor Compression Distillation)

태양열 담수 플랜트(Solar driven desalination)

두 번째, 역삼투압법(Reverse Osmosis)은 1990년대 이후는 주가 되는 해수담수화 방식으로 채택하고 있다. 바닷물 투입량의 40%대 이상에서 담수 회수율이 보고되고 있다.

세 번째, 전기투막 법(Electrodialysis membrane)은 해수를 전기분해하여 산소와 수소로 분리한 뒤 수소만 모아 물을 만드는 방법이다.

네 번째, 냉동법(Freeze-Thaw, Freezing method)은 해수를 그 빙점(약 -1.8 degC) 이하로 냉각하면 얼음의 결정을 분리하고 해수 중의 염분은 결정 성장계면에서 배제되어 해수는 농축된다. 결정 표면과 결정 사이에 있는 염분이 농축된 염분액(brine water)을 분리 세정하고 얼음을 녹이면 담수를 얻을 수 있다. 이러한 해수담수화 기술은 전 세계적으로 심각한 식수부족 문제를 해결하는데 아주 중요한 기술로 주목받고 있다.

적용

해수담수화 기술은 매우 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 그 중요성과 적용범위는 점점 증가하고 있다. 많은 해양도서국가나 아열대지방에서는 해수담수화를 통해 주된 식수원으로 사용하고 있다. 큰 분야는 식수와 산업용수의 생산이다. 또한 원자력발전소나 석유화학공장 등에서는 산업용 수로 사용하기 위하여 해수담수화 과정을 거친다. 이런 용도로 사용되는 담수의 양은 지속적으로 증가하고 있다. 두 번째로는 농업용수로의 사용이다. 농업에 사용되는 관개용수는 담수여야 하기 때문에 많은 지역에서는 해수담수화를 통해 농업용수를 생산하고 있다. 전 세계적으로 농업용수 수요가 증가함에 따라 해수담수화의 중요성도 더욱 커지고 있다. 세 번째로는 환경보전용수로의 사용이다. 조류보전구역이나 습지보호구역 등의 환경보전을 위해 필요한 수질기준을 충족시키기 위해 해수담수화 과정을 거치는 경우가 있다. 환경오염 및 기후변화로 인한 환경보전의 중요성이 더욱 부각됨에 따라, 해수담수화를 통한 환경보전용수의 생산이 더욱 필요하게 되고 있다. 네 번째로는 소금생산을 위한 사용이다. 증류법을 이용한 해수담수화 과정에서 생기는 염분액(brine)은 소금을 생산하는 데 사용된다. 전 세계적으로 소금 수요가 지속적으로 증가하고 있기 때문에, 해수담수화를 통한 소금생산의 중요성도 더욱 커지고 있다. 이 외에도 발전용수, 금속가공용수, 세정용수 등의 산업용수로 다양한 용도로 해수담수화 기술이 사용되고 있다. 또한 최근에는 에너지 생산을 위한 바이오연료 재배에 사용되는 농업용 수로도 해수담수화 기술이 활용되고 있다. 해수담수화 기술은 점점 발전하면서 더 많은 분야에서 더 넓은 범위에서 활용이 가능해지고 있다. 향후에도 해수담수화 기술의 중요성과 적용가능성은 더욱 확대될 것으로 기대된다.