김인수(왼쪽) 지스트 지구환경공학부 교수 연구팀. 연구팀은 하수처리수 재이용과 해수담수화를 융합한 차세대 친환경 저탄소 공정 기술인 가압형 정삼투·역삼투 기술의 원천 기술을 세계 최초로 확보했다. /사진제공=지스트지스트(광주과학기술원)는 지구환경공학부 김인수 교수 연구팀이 하수처리수 재이용과 해수담수화를 융합한 차세대 친환경 저탄소 공정 기술인 가압형 정삼투·역삼투 기술의 원천 기술을 세계 최초로 확보했다고 24일 밝혔다.
역삼투 공정은 1950년대에 처음 개발된 이후 50년 이상 해수담수화 시장을 독점해왔으나 많은 에너지 사용이 걸림돌이 돼 왔다. 2000년대 이후로 기술 성숙기에 접어들어서도 더 이상의 소요에너지 절감을 기대하기 어려운 상황이다.
이에 최근에는 정삼투 공정을 통해 해수를 하수처리수로 희석하는 공정을 기존 역삼투 공정과 융합한‘정삼투-역삼투 공정’이 주목받고 있다.
가압형 정삼투는 약간의 압력으로 생산수량을 2배 이상 올릴 수 있는 기술로 실제 분리막 기반 수처리 플랜트의 경제성에서 가장 중요한 막면적을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대됐으나 가압으로 인해 막오염의 정도가 심해 실용적이지 못하다는 지적을 받아왔다.
김인수 교수 연구팀은 실제 현장에서 안정적인 장기운전을 통해 1톤 생산 에너지를 시간당 2.2 kW까지 낮추는 데 성공했다.
연구팀은 하수와 해수를 이용한 가압형-정삼투 역삼투 실증 파일럿 시설 장기운전을 통해 하수 유량, 해수 유량, 멤브레인 투과 압력 등 핵심 운전조건들이 복합적으로 막오염으로 인한 성능 저하에 미치는 영향을 실험적으로 평가했다. 또 실제 데이터와 공정 시뮬레이션을 통해 전체적인 에너지 소비량과 경제성도 비교분석 했다.
분석 결과 가압형 정삼투의 막오염으로 인한 에너지 소비 증가량은 전체공정에서 보면 정삼투 대비 비슷한 것으로 나타났으나 전체적인 공정의 소요 에너지와 소요 막 면적을 고려했을 때 오히려 더 경제적이란 사실을 확인했다.
김인수 교수는 “이번 연구 성과는 국내의 공업용수가 부족한 산업단지에 적용 가능성이 높을 뿐만 아니라 현재 사우디아라비아의 담수청 산하 담수화 기술 연구소(DTRI)에서도 실증 시설 설치 및 운영에 대한 공동연구를 제안받고 있다”면서 “향후 산업용수용 담수화 융합공정 플랜트 시장에서 국내 기술의 해외 수출 판로를 개척해 나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
이번 연구는 환경부가 지원하는 플랜트 연구사업(해수담수화)의 지원을 받아 수행됐으며 연구 성과는 물 분야 최고의 국제학술지인 ‘워터 리서치(Water research)’에 지난 3일자로 온라인 게재됐다. /광주=김선덕기자 sdkim@sedaily.com
