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오염된 물? 역삼투압 필터만 있으면 걱정 없어요!

  • 2014.05.12.
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전 세계의 물 사용 증가 속도가 얼마나 빠른지 알고계세요? 현재 60억 세계인구의 물 사용 증가량은 인구 증가 속도의 2배에 달할 정도로 빠르다고 합니다. 하지만 한정된 수자원을 마냥 소비할 수는 없는 노릇입니다.

지금도 아프리카 등 저개발국가에서는 마음 놓고 마실 식수원마저 부족해 많은 인구가 고통을 받고 있습니다. 그래서 그 대안으로 오염된 물을 다시 깨끗하게 정화시켜 사용하는 ‘수처리’ 산업이 떠오르고 있습니다.

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수처리는 침전, 화학, 응집, 여과, 흡착, 생물학적 처리 등을 통해 오염된 물을 정화시켜 각각의 목적에 맞는 용도로 재사용할 수 있게 하는 것을 말합니다. 그런데 이 수처리 산업이 거론될 때마다 빠지지 않고 등장하는 이름이 ‘역삼투 필터’입니다.

더구나 ‘역삼투압 방식의 수처리’는 물을 끓이는 증류방식에 비해 경제적이고 친환경적인 공정이라고 합니다. 우리의 삶과 지속가능한 발전에 중요한 역할을 하고 있는 수처리 산업의 핵심 기술인 ‘역삼투압 필터’에 대해 알아보겠습니다.

 

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‘역삼투압 필터’는 일반 가정은 물론 각 산업분야에도 고루 사용될 수 있는 가장 최적화된 수처리 방식으로 알려져 있습니다. 자원 절약과 효율적인 활용이 세계적인 이슈가 되며 수처리, 그 중에서도 역삼투압 필터 관련 시장 규모는 점점 커지고 있습니다.

역삼투압 필터의 원리가 되는 삼투압현상 농도가 다른 두 용액을 반투막으로 분리했을 때, 일정 시간이 지난 뒤 농도가 낮은 용액이 농도가 높은 쪽으로 이동하는 현상을 말합니다.

역삼투압 필터는 삼투압 현상의 원리를 거꾸로 응용해 각종 불순물이 섞여 있는 물에 삼투압 이상의 압력을 가해 반투막의 격막(멤브레인)을 통과시키는 방식입니다.

그러면 이 과정에서 중금속, 방사성물질, 미생물, 바이러스, 무기물 등의 불순물들은 걸러지게 되고, 격막 반대편에 순수한 물과 용존 산소, 미량의 미네랄이 담기게 됩니다.

이렇게 오염된 물을 반투막에 통과시켜 정화하는 장치를 ‘역삼투압 설비’라 하고, 여기에 들어가는 반투막 멤브레인을 ‘역삼투압 필터’라고 부릅니다.

역삼투압 필터에서 가장 중요한 역할을 하는 ‘멤브레인’은 특정한 경계를 이루는 일종의 ‘막’을 뜻합니다. ‘멤브레인 필터’는 여러 가지 고분자 물질을 합성한 막 형태의 필터로, 그 안에는 미세하고 균일한 구멍이 있어 오염물질은 걸러지고 깨끗한 물만 통과될 수 있습니다.

 

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이해하기 조금 어려운 역삼투압의 원리를 쉽게 알기 위해서는 삼투압에 대해 더 알아볼 필요가 있습니다.

삼투압 현상은 1867년 독일 화학자 모리츠 트라우베(Moritz Traube)가 최초로 발견했습니다. 그 뒤 1877년 페퍼(Wilhelm Friedrich Philipp Pfeffer)가 인공반투과성막으로 삼투압을 측정, 연구를 통해 삼투압이론을 확립했습니다.

페퍼는 당시 세포막을 이용해 설탕용액의 삼투현상을 측정할 수 있었습니다. 또한 그는 실험을 통해 삼투압이 온도에 비례한다는 사실도 발견했습니다.

1886년에는 네덜란드의 화학자 J. H. 반트호프(Jacobus Henricus van’t Hoff)가 실험도중 용액에서의 삼투압은 용매와 용질의 종류와 상관없이 ‘용액의 농도와 절대온도에 비례’한다는 사실을 밝혀냈는데 이것이 바로 ‘반트호프 법칙’입니다.

 

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이러한 과학 현상들은 우리 주변에서 보다 쉽게 발견할 수 있습니다. 어머니들이 담그는 김치가 가장 대표적인 예인데요. 김치 만드는 과정을 살펴보면, 삼투압의 원리를 쉽게 알 수 있습니다.

김치를 담글 때 가장 먼저 손질한 배추를 소금물에 담가 숨을 죽이는 과정을 거칩니다. 배추를 소금물에 담그면 저농도의 배추 속 수분이 고농도의 소금물로 빠져나옵니다.

농도 평형을 위해 배추세포의 물이 세포막 밖인 고농도 소금물 쪽으로 빠져나오면, 자연히 수분이 빠진 배추의 부피는 줄어들어 숨이 죽습니다. 이것이 바로 삼투압의 원리입니다.

이외에도 식물의 뿌리가 물을 흡수하거나, 목욕탕에 오래 있을 때 손발의 피부가 쭈글쭈글해지는 현상도 마찬가지 원리입니다.

역삼투압 원리는 앞서 말씀드렸듯이 불순물이 담긴 물에 삼투압 이상의 압력을 가해 물을 정제하는 기술인데, 대표적으로 바닷물을 담수로 만드는 해수담수화 플랜트, 일반 수돗물에 압력을 가해 정제하는 역삼투압 정수기 등을 예로 들 수 있습니다.

 

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현재 역삼투압 필터 시장은 연평균 23%의 성장을 이어가고 있습니다. 또 2018년에는 시장규모가 약 24억 달러가 될 것이라는 전망도 나오고 있습니다.

더구나 우리나라는 국제인구행동단체(PAI)로부터 지난 1990년 물 부족 국가로 분류된데 이어, 2025년에는 물 기근 국가가 될 것이라는 바람직하지 않은 평가를 받고 있습니다. 수자원 확보와 더불어 물의 재사용 기술 확보가 더욱 절실한 이유입니다.

하지만 우리나라 정부와 각 기업이 지금과 같이 기술개발 노력을 지속적으로 펼치고, 우리국민도 수자원 절약에 나선다면 한국이 물 부족국가에 포함된다는 불유쾌한 평가도 사라지게 될 것입니다. 우리 모두 소중한 물 절약을 실천합시다.

 

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