역삼투압 원리를 적용한 해수담수화 장치의 성능평가

Abstract

삼투란 반투과성막으로 격리된 두 용액사이에서 용매가 용질의 농도가 낮은 용액에서 높은 용액쪽으로 분리막을 통과하여 이동하는 현상을 말한다. 이동의 구동력은 용질의 농도차에 의한 chemical potential이고, 용매의 이동으로 용질의 농도가 높은 용액쪽으로 작용하는 압력을 삼투압이라고 한다. 그런데 역으로 삼투압보다 높은 외부압력을 걸어주면 용매는 용질의 농도가 낮은 용액쪽으로 이동하게 되는데 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 40 - 70 기압의 압력구배를 구동력으로 해서 해양심층수의 담수화 적용성을 검토 조사하였다. 역삼투막의 성능에 영향을 미치는 유량과 염배제율에 관한 온도와 압력등 여러 인자들에 관하여 고찰하였다. 온도는 역삼투압 분리막의 유량에 비례하는 반면, 염배제율에 반비례하는 관계를 보이고 있다. 압력은 분리막의 유량과 염배제율에 비례하는 관계를 보였다. Mg2+, Ca2+, Na+, K+등과 같은 해수의 주성분 미네랄에 대한 역삼투 분리막의 분리특성은 해수와 같은 강전해질 용액에서 전하량이 큰 Mg2+와 Ca2+의 염배재율은 99% 이상으로 온도에 비례하는 관계를 보였다. 전하량이 적은 Na+의 염배제율은 98% -99.5 %로 2가 이온의 염배제율보다는 낮고, 전하량이 작은 K+ 이온보다는 크게 나타났다. 약산이나 상온에서 기체상태나 유리상태로 존재하는 보론의 배제율은 역삼투 분리막에서 상당히 낮게 나타나고 대부분 우리나라 먹는물의 수질 기준치를 상회한다. 그러나 보론의 배제율은 온도에 반비례하고 압력에 비례하는 관계를 이용하여 수온 5 ℃, 압력 70 kgf/cm2의 운전조건에서는 보론에 대한 우리나라의 먹는물 수질 기준을 만족한다.