분산형 물 및 하·폐수 처리 솔루션의 선두주자인 미국 플루언스 코퍼레이션(Fluence Corporation)의 공공 용수시스템 프로젝트 전문가인 재러드 갤리건(Jared Galligan, P.E.)는 ‘저압 역삼투압 기술이 어떻게 지자체의 정수처리 비용을 절감하는가(How Low-Pressure Reverse Osmosis Lowers Municipal Treatment Costs)’라는 칼럼을 플루언스 블로그에 7월 1일 게재했다. 그 내용을 소개한다.
전 세계적으로 많은 지자체가 안정적인 물 공급을 확보하는 동시에 운영비용을 관리해야 하는 압박에 직면하고 있다. 인구 증가, 노후화된 기반 시설, 가뭄, 그리고 더욱 엄격해진 수질 기준은 지자체가 제한된 자원으로 더 많은 깨끗한 물을 생산하도록 강요하고 있다.
역삼투압(RO)은 고품질 식수를 생산하고 물 재이용을 가능하게 하는 검증된 해결책으로 자리 잡았다. 오늘날 저압 역삼투막(Low-Pressure Reverse Osmosis, 이하 ‘저압 RO’) 기술의 발전은 지자체가 에너지 소비와 운영비용을 절감하면서 이러한 목표를 달성하는 데 도움을 주고 있다.
역삼투압(RO)이 중요한 이유
RO는 물에서 용해된 염분, 용해된 오염물질 및 기타 여러 용해된 불순물을 제거하는 데 사용할 수 있는 가장 효과적인 처리 기술 중 하나이다. 지자체 상수도는 염수 지하수 처리 및 해수담수화에서부터 고도화된 하·폐수 재이용에 이르기까지 다양한 용도로 RO를 사용한다.
물 부족 문제가 심화됨에 따라 많은 지자체는 안정적인 지역 수원 확보를 위해 재이용 프로그램에도 관심을 기울이고 있다. RO를 포함한 고도처리 공정은 관개, 산업용수, 지하수 충전, 그리고 식수 재이용을 위한 고도 처리 시스템에 적합한 물을 생산할 수 있다.
저압 RO 작동 원리
저압 RO는 특수 설계된 막을 사용하여 기존 RO 시스템보다 낮은 공급수 압력에서 높은 오염물질 제거율을 달성한다. 공급수 수질이 적절할 경우, 처리된 물의 수질을 저하시키지 않으면서 처리 공정을 통해 물을 이동시키는 데 필요한 펌핑 에너지가 줄어든다.
모든 용도에 저압 운전이 적합한 것은 아니다. 공급수 특성, 처리 목표, 시스템 설계 모두 낮은 운전 압력을 달성할 수 있는지 여부에 영향을 미친다. 하지만 조건이 유리할 경우, 저압 RO는 지자체에 안정적인 처리 성능을 유지하면서 에너지 소비를 줄일 수 있는 기회를 제공한다.
저압 RO의 장점
에너지 소비는 오랫동안 막 처리와 관련된 가장 큰 운영비용 중 하나였다. 적절한 수원과 막 설계 기술의 발전으로 이제 많은 저압 RO 시스템이 낮은 압력에서도 높은 오염물질 제거율을 달성할 수 있게 되었다. 수질과 원수 조건이 허락한다면, 우수한 수질을 유지하면서 처리수 생산에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.
지자체 입장에서는 낮은 운전 압력은 △에너지 소비 감소 △운영비용 절감 △막 수명 연장 △시스템 효율 향상 △물 재이용 사업의 경제성 향상 등 이점이 있다. 특히 수도요금을 크게 인상하지 않고 지속 가능한 해결책을 모색하는 중소 규모 지자체에 매우 중요하다.
지자체 물 재이용 지원
물 재이용은 더 이상 단순한 지속 가능성 계획이 아니다. 장기적인 물 안보를 위한 중요한 요소가 되고 있다. 처리된 하·폐수는 관개, 산업 공정, 지하수 충전 및 기타 지자체 용도에 사용할 수 있는 안정적인 자원으로 전환될 수 있다.
적절한 생물학적 처리와 저압 RO를 결합함으로써 지자체는 운영비용을 최소화하면서 고품질의 재이용수를 생산할 수 있다. 이러한 접근 방식은 지역 사회가 기존 수자원의 가치를 극대화하는 동시에 전통적인 담수 공급원에 대한 의존도를 줄이는 데 도움이 된다.
효율성과 신뢰성을 위한 설계
최신 RO 시스템은 고급 제어, 최적화된 전처리 및 에너지 절약 기술을 통합하여 성능을 향상시키고 유지보수 요구사항을 줄인다. STS(스테인리스 스틸) 스키드 구조 및 고효율 막 구성과 같은 기능은 상수도 사업자가 안정적인 장기 운영을 달성할 수 있도록 지원한다.
컨테이너형 및 모듈형 처리 시스템은 설치를 더욱 간소화하여 지역사회가 수요 증가에 따라 용량을 확장하는 동시에 초기 인프라 비용을 최소화할 수 있도록 한다. 예를 들어, 미국 플로리다의 한 지자체 식수 프로젝트에서는 용존 고형물과 경도가 높은 지하수를 처리하기 위해 컨테이너형 스키드 장착 RO 시스템을 사용했다.
이 시스템은 엄격한 수질 기준을 충족하는 식수를 꾸준히 생산하는 동시에 막 용량을 간단히 추가하여 향후 성장에 대비할 수 있는 확장 가능한 설계를 제공한다. 통합된 현장 세척(CIP, Clean-In-Place) 기능은 유지보수를 간소화하고 막의 장기적인 성능을 지원한다.
물 공급 안정성 강화
지자체들이 지속 가능한 물 공급을 확보하기 위해 노력하는 가운데, 저압 RO는 식수 생산과 물 재이용 모두에 실용적인 해결책을 제시한다. 탁월한 처리 성능을 유지하면서 에너지 소비를 줄임으로써, 이러한 시스템은 상수도 시설의 물 부족 문제 해결, 운영비용 절감, 그리고 장기적인 안정성 향상에 기여할 수 있다.
난해한 지하수 처리, 식수 생산 지원, 또는 물 재이용 사업 확대 등 어떤 상황에서든 저압 역삼투압은 지자체가 안전하고 안정적인 물을 공급하는 동시에 모든 가용 자원을 최대한 활용할 수 있도록 지원한다. 물 한 방울도 낭비하지 않고 최대한 활용하고자 하는 지역사회에 저압 역삼투압은 오늘날 가장 실용적인 장기 투자 중 하나가 될 수 있다.
[Q & A]
- 저압 RO란 무엇인가?
저압 RO은 기존 RO 시스템보다 낮은 공급 압력에서 작동하면서도 높은 오염물질 제거율을 달성하는 특수 막을 사용한다. 수질이 허용하는 경우, 이 방식은 우수한 처리 성능을 유지하면서 에너지 소비를 줄일 수 있다.
- 저압 RO는 어떻게 에너지 비용을 절감하나?
원수 조건이 허용하는 경우, 시스템이 낮은 압력에서 작동하기 때문에 막을 통해 물을 펌핑하는 데 필요한 에너지가 줄어든다. 따라서 고품질의 처리수를 계속 생산하면서도 운영 비용을 절감할 수 있다.
- 저압 RO는 물 재이용에 사용할 수 있나?
저압 RO는 고급 물 재이용 처리 시스템에 통합되어 관개, 산업 공정, 지하수 충전, 그리고 경우에 따라 식수 재이용을 위한 고품질 재이용수를 생산하는 데 도움을 줄 수 있다.
- 저압 RO는 어떤 경우에 적합한가?
저압 RO는 원수 수질, 처리 목표 및 시스템 설계가 요구되는 수질 기준을 충족하면서도 낮은 작동 압력을 허용할 때 가장 효과적이다. 원수 및 처리 목표에 대한 평가를 통해 저압 RO가 적합한 솔루션인지 판단할 수 있다.
[저자 소개]
재러드 갤리건(Jared Galligan, P.E.)은 발전, 바이오 연료, 반도체, 식품 및 음료 등 다양한 산업 분야에서 18년 이상의 산업용수 처리 경력을 보유하고 있다. 그는 공공 용수 시스템 관련 프로젝트에 집중하며, 특히 물 사용량 감축 및 물 재사용 프로젝트를 전문으로 한다.
