역삼투압(RO)은 압력을 가하여 물에서 염분 및 기타 용해된 물질을 제거할 수 있는 막 분리 기술입니다. RO는 해수 담수화, 기수 담수화, 식수 정화 및 폐수 재이용에 널리 사용되어 왔습니다.
역삼투막의 비하인드 스토리
역삼투압 막이 어떻게 작동하는지 궁금했던 적 있으신가요? 어떻게 물에서 소금과 기타 불순물을 걸러내어 안전하고 깨끗한 마실 수 있게 할까요? 이 놀라운 발명품의 배경에는 꽤 흥미로운 이야기가 있는데, 여기에는 호기심 많은 갈매기들이 관련되어 있습니다.
모든 것은 1950년대, 시드니 로브라는 과학자가 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스에서 연구하던 시절부터 시작되었습니다. 그는 삼투 현상, 즉 반투과성 막을 통해 용질 농도가 낮은 곳에서 용질 농도가 높은 곳으로 물이 자연스럽게 이동하는 현상에 관심을 가졌습니다. 그는 외부 압력을 이용하여 이 과정을 역전시켜 용질 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 물을 이동시키는 방법을 찾고자 했습니다. 이를 통해 바닷물을 담수화하여 사람이 마실 수 있는 담수를 생산할 수 있을 것이라고 생각했습니다.
하지만 그는 큰 난관에 부딪혔습니다. 바로 고압을 견디고 염분이나 기타 오염 물질에 의한 오염을 방지할 수 있는 적절한 막을 찾는 것이었습니다. 셀룰로스 아세테이트나 폴리에틸렌 등 다양한 재료를 시도해 보았지만, 어느 것도 충분히 효과가 없었습니다. 포기하려던 순간, 그는 특이한 점을 발견했습니다.
어느 날, 그는 해변을 걷다가 바다 위를 날아가는 갈매기 떼를 보았습니다. 그는 갈매기들이 물속으로 뛰어들어 물고기를 잡은 후 다시 해안으로 날아오는 것을 보았습니다. 그는 갈매기들이 어떻게 병들거나 탈수되지 않고 바닷물을 마실 수 있을지 궁금했습니다. 더 자세히 알아보기로 결심한 그는 갈매기의 눈 근처에 염분선이라는 특별한 분비샘이 있다는 것을 발견했습니다. 이 분비샘은 콧구멍을 통해 혈액에서 과도한 소금을 짠 용액 형태로 분비합니다. 이렇게 갈매기는 수분 균형을 유지하고 염분 중독을 예방할 수 있습니다.
그 이후 RO 기술은 급속한 발전기를 거쳐 점차 상용화 단계로 접어들었습니다. 1965년, 캘리포니아주 코링가에 최초의 상업용 RO 시스템이 건설되어 하루 5,000갤런의 물을 생산했습니다. 1967년, 카도트는 계면 중합법을 이용한 박막 복합막을 발명하여 RO 막의 성능과 안정성을 향상시켰습니다. 1977년, 필름텍(FilmTec Corporation)은 보관 기간이 길고 운반이 편리한 건식 막 소자를 판매하기 시작했습니다.
오늘날 RO 멤브레인은 원수 수질 및 적용 요건에 따라 다양한 유형과 크기로 제공됩니다. 일반적으로 RO 멤브레인은 나선형과 중공사막의 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 나선형 멤브레인은 다공성 튜브에 평평한 시트를 감아 원통형 요소를 형성합니다. 중공사막은 속이 빈 코어가 있는 얇은 튜브로 만들어져 번들 요소를 형성합니다. 나선형 멤브레인은 해수 및 기수 담수화에 더 일반적으로 사용되는 반면, 중공사막은 음용수 정화와 같은 저압 응용 분야에 더 적합합니다.
특정 응용 분야에 적합한 RO 멤브레인을 선택하려면 다음과 같은 여러 요소를 고려해야 합니다.
- 염 제거율: 막을 통해 제거되는 염분의 비율입니다. 염 제거율이 높을수록 수질이 우수함을 의미합니다.
- 유량(Water flux): 단위 면적당, 단위 시간당 막을 통과하는 물의 양입니다. 유량이 높을수록 생산성이 높아지고 에너지 소비가 줄어듭니다.
- 내오염성: 유기물, 콜로이드, 미생물 및 스케일링 광물에 의한 막의 오염을 방지하는 능력입니다. 내오염성이 높을수록 막의 수명이 길어지고 유지 보수 비용이 절감됩니다.
- 작동 압력: 막을 통과하는 데 필요한 압력입니다. 작동 압력이 낮을수록 에너지 소비량과 장비 비용이 낮아집니다.
- 작동 pH: 멤브레인이 손상 없이 견딜 수 있는 pH 범위입니다. 작동 pH가 넓을수록 다양한 공급원에 대한 유연성과 호환성이 향상됩니다.
다양한 RO 멤브레인은 이러한 요소 간에 서로 다른 상충 관계를 가질 수 있으므로, 성능 데이터를 비교하고 특정 적용 조건에 따라 가장 적합한 멤브레인을 선택하는 것이 중요합니다.
게시 시간: 2023년 11월 2일