너무 과하게 굴지 마세요: 미래의 세계에서 담수화를 실현하는 방법

비록 인간이 소비하고 농업을 하기 위해서는 물이 부족한 경우가 많지만, 이 행성의 4분의 3은 물로 덮여 있습니다. 문제는 소금을 빼내는 것인데, 이는 일반적으로 지구의 물 순환에 의해 이루어지며, 이로 인해 비와 담수의 양이 보충되는 유사한 현상이 발생합니다. 지구상의 물 중 약 3%는 담수이며, 그 중 일부는 식수입니다.

지난 수십 년 동안 특히 사우디아라비아, 이스라엘, 아랍에미리트와 같은 국가에서 담수화의 사용이 해마다 증가했지만 캘리포니아와 같은 미국의 메마른 주에서는 담수화 기술을 점점 더 연구하고 있습니다. 사용된 정확한 기술에 관계없이 담수화가 직면하는 명백한 장애물은 이러한 시스템을 운영하는 데 필요한 에너지와 다른 곳에서 수입하는 것과 비교하여 생산된 음용수의 최종 비용과 관련이 있습니다.

담수화와 관련하여 발생하는 다른 문제로는 특히 염수 폐기물과 흡입 파이프로 흡입되는 해양 생물로 인한 환경 영향이 있습니다. 담수화에 대한 필요성이 증가함에 따라 전력 수요와 환경 영향을 줄이기 위해 사용할 수 있는 옵션은 무엇입니까?

담수화의 일반적인 유형은 증류인데, 이는 본질적으로 지표수의 증발을 통해 자연에서도 발생합니다. 물이 가열되면 증발하고 염분과 기타 용해된 고체 물질은 남게 됩니다. 이 공정을 강한 열을 사용하여 단계적으로 수행하는 경우를 다단계 플래시 증류(MSF)라고 하며, 이는 가열된 단계를 사용하는 다중 효과 증류(MED)와 함께 가장 일반적인 세 ​​가지 증류 유형 중 하나입니다. 다음 단계로 연결되는 증기로 열을 효과적으로 재사용합니다. 그러나 지금까지 가장 일반적인 유형의 증류(~69% 점유율)는 역삼투(RO)로, 물 분자는 통과하지만 염분과 기타 많은 용해된 고형물은 통과하지 못하는 막을 통과하는 압력 차이를 사용합니다.

명심해야 할 중요한 점은 이러한 대규모 담수화 공정의 결과는 물과 남은 물질로 깔끔하게 분리되지 않는다는 것입니다. 대신 담수 출력(RO의 경우 ~40%)이 있으며 기본적으로 염수인 농축 흐름이 있어 섭취 염분 또는 기수에 있는 모든 오염 물질을 허용합니다. 이 농축 흐름은 취수를 끌어온 바다나 다른 수역으로 되돌아가는 흐름입니다.

이 정광 흐름의 훨씬 높은 염분 함량(해수의 약 2배) 외에도 열 담수화 플랜트의 취수수보다 온도도 훨씬 높습니다. 방출되는 염수의 온도가 상승하면 지역 해양 생물에 분명히 부정적인 영향을 미치는 반면, 염수 기둥은 일부 위치에서 방출 장소로부터 최대 5km까지 지속되는 것으로 보고되었습니다. 이로 인해 이 지역은 염수를 잘 다루지 못하는 여러 종에게 적합하지 않게 됩니다.

이 중 대부분은 Ihsanullah et al.의 2021년 8월 리뷰에서 강조되었습니다. 오늘날의 담수화 시설이 환경에 미치는 영향과 담수화를 더욱 환경 친화적으로 만드는 전략을 자세히 설명합니다. 이 검토에서는 일반적으로 취수에 첨가되고 결국 환경에 유입될 수 있는 첨가제에 대해서도 다룹니다.

또한, 폐기물 스트림에는 열 교환기 및 담수화 플랜트의 기타 구성 요소의 부식으로 인해 구리 및 니켈과 같은 다양한 기타 오염 물질이 포함될 수 있습니다. 담수화 공정의 특성상 중금속 농도도 증가합니다. 이 폐기물 흐름이 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 담수화 플랜트에서 나오는 폐기물 흐름은 환경으로 다시 방출되기 전에 점점 더 많이 처리되고 있습니다.

RO가 상업적으로 이용 가능해진 1980년대까지는 열담수화의 사용이 일반적이었습니다. RO의 엄청난 이점은 생성된 담수의 입방미터당 에너지 요구량이 훨씬 낮다는 점이며(Elsaid et al., 2020), MSF(120°C에서 작동)는 특히 열적으로 가장 많은 에너지를 필요로 합니다. MED는 연속적인 단계에서 열을 재사용하기 때문에 훨씬 적은 전력을 사용합니다. Ihsanullah et al.에서 재현한 표에서 볼 수 있듯이. (2021), RO의 경우 열 에너지 요구 사항이 부족하여 기본적으로 훨씬 더 효율적이며 멤브레인 전체에 압력 구배를 생성하는 데 전기 에너지만 필요합니다.