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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

최신연구성과

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제목 분리막 오염 관측하여 차세대 담수화 기술 상용화 앞당긴다
연구팀 물자원순환연구센터 정성필, 이석헌 박사팀 조회수 936
파일첨부
- '막 증발법' 담수화 기술에서 유발되는 분리막 오염의 실시간 관측 시스템 개발

- 향후 막 젖음과 막 오염 현상의 연관성을 규명할 것으로 기대


한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권물자원순환연구센터 정성필이석헌 박사팀은 바닷물을 담수화 하는 기술 중 하나인 막 증발법*에서 막 젖음을 유발하는 막 오염을 실시간으로 관측하는 시스템을 개발했다고 밝혔다.
*막 증발법(Membrane distillation,MD) : 해수를 가열하여 발생된 수증기를 소수성 분리막을 통과시켜 해수와 수증기를 분리한 후 응축하여 담수를 생산하는 기술
 
물 부족 문제로 인해 1970년대부터 해수를 담수화 하는 기술이 상용화되었으며이 기술의 에너지 및 비용을 절감하기 위한 노력이 지속되고 있다그 중 막 증발법은 태양열 및 지열과 같은 신재생에너지를 적용하여 막 증류 공정을 상용화 하게 된다면 해수담수화 비용을 약 0.3 $/m3까지 절감할 수 있을 것으로 보여 차세대 담수화 기술로 주목받고 있다.
 
막 증발법으로 담수를 생산하는 과정에서 해수와 접촉하는 분리막에 오염 물질(입자·무기물 등)이 부착 또는 침투하게 되면분리막의 틈이 막혀 담수 생산 속도가 느려지거나 수증기만 통과해야하는 소수성 분리막을 해수가 직접 통과하게 되어 생산된 담수의 수질이 나빠질 수 있다.
 
이렇게 분리막이 막히는 것을 막 오염(fouling)’이라고 하며해수가 소수성 분리막을 직접 통과하는 것을 막 젖음(wetting)’이라고 한다막 오염과 막 젖음은 서로 연관이 있는 것으로 많은 연구를 통하여 알려져 왔으나막 젖음이 막 오염이 일어난 지점에서 발생하는 지에 대해서는 확인된 바가 없었다.
 
막 젖음을 확인하는 기존 기술은 생산된 담수에 해수가 섞이는 경우 이온의 농도가 증가하는 것을 측정하는 방식이었기 때문에 분리막의 어느 지점에서 막 젖음이 발생했는지에 대한 확인이 불가능하였다
 
KIST 연구진은 막 증류 분리막에 막 오염이나 막 젖음 현상이 발생하는 경우 광원이 있을 때 막 오염은 어둡게막 젖음은 밝게 나타나는 광학적인 차이가 있는 것을 확인하고이를 이용하여 실시간으로 모니터링 가능한 장치를 개발하였다
 
이 장치를 이용하면 실시간 모니터링 장치를 부착하여 분리막을 지속적으로 관찰하였을 때막 젖음이 확인되는 시점에 막 젖음이 분리막의 어느 위치에서 발생하고 어떻게 변화하는지 시각적으로 확인할 수 있다또한서로 다른 막 오염 및 막 젖음이 발생할 수 있는 다양한 온도 조건에서 실험을 수행하여막 오염과 막 젖음 현상을 실시간으로 확인 가능하다.
 
KIST 정성필 박사는 다양한 조건에서 실험을 하여 분리막의 막 젖음이 주로 발생하는 원인을 규명하여 막 오염과 막 젖음을 최소화할 수 있는 막 증류 공정 운영 조건을 확보하여 막 증류 공정의 상용화에 기여할 수 있을 것이라고 밝혔다.
 
이 연구는 환경부(장관 조명래플랜트연구사업과 KIST 기관고유사업으로 수행되었으며연구결과는 ‘Desalination’ (IF 6.603, JCR 분야 상위 1.667%)에 최신호에 게재되었다.
 
* (논문명Evaluation of a real-time visualization system for scaling detection during DCMD, and its correlation with wetting
- (저자한국과학기술연구원 김혜원 연구원
- (교신저자) 한국과학기술연구원 정성필 선임연구원이석헌 책임연구원


<그림설명>

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<그림 1> 
막증발법과 관측시스템의 통합 모식도


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<그림 2> 
관측시스템의 초기 이미지와 20시간 이후의 이미지 결과



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