✔︎ 고압 역삼투(HPRO)의 응용과 개발 동향

산업 폐수는 복잡한 조성물과 높은 염분 농도로 인해 처리하기 어려운 분야 중 하나입니다.

기존에는 환경오염을 최소화하고 수자원을 절약하기 위해, 폐수를 처리 후 재활용하거나 안전하게 배출하는 방법이 주로 사용되었습니다.

예를 들어 해양 석유·가스 산업에서는 생산수(produced water)를 용해성 공기 부상(Dissolved Air Flotation)이나 화학적 침전 방식으로 처리한 뒤 바다로 방류합니다.

내륙 지역에서는 이 물을 수압파쇄(hydraulic fracturing) 공정에 재활용하기도 하지만, 재활용이 어려운 경우에는 심정 주입(Deep well injection)이나 증발지(Evaporation pond) 방식을 택합니다.

그러나 이러한 방법은 비용이 높고, 토지 사용이 많으며, 지하수 오염 등의 환경 위험을 동반합니다.

이 한계를 해결하기 위해 최근 산업계는 무액체배출(Zero Liquid Discharge, ZLD) 시스템을 도입하고 있습니다.

ZLD는 모든 액상 폐수를 제거하고, 물은 회수하며, 남은 고형물은 재활용 또는 폐기 가능한 형태로 전환하는 기술입니다.

이 과정의 핵심은 **탈염(Desalination)**이며, 이를 위해 역삼투(RO) 또는 다중효과증발(MED), 다단플래시증발(MSF), 기계적 증기압축(MVC) 등의 열공정이 사용됩니다.

✔︎ 고압 역삼투(HPRO)의 원리와 도전과제

역삼투는 에너지 효율이 뛰어나 탈염 공정의 대표 기술로 자리 잡았습니다.

RO는 고압을 가해 염수를 반투막(membrane)을 통과시키면서 염분과 불순물을 제거하는 방식입니다.

그러나 기존 RO 시스템은 약 70,000 mg/L 수준의 염 농도까지만 처리 가능하며, 압력 한계(보통 80 bar 이하)로 인해 고농도 염수(250,000 mg/L 이상)는 처리할 수 없습니다.

이런 경우 열공정을 병행해야 하는데, 이는 에너지 소비와 비용을 크게 증가시킵니다.

이를 해결하기 위한 기술이 바로 고압 역삼투(High-Pressure Reverse Osmosis, HPRO) 입니다.

HPRO는 100 bar 이상의 고압에서 작동하며, 기존 RO로는 처리 불가능했던 초고염도 폐수(hypersaline brine) 를 처리할 수 있습니다.

이를 통해 ZLD 공정에서 열처리해야 하는 잔류 염수의 양을 줄여 비용과 환경 부담을 모두 낮출 수 있습니다.

다만 초고압 환경에서의 멤브레인 내구성, 에너지 회수 시스템의 효율성, 안전성 확보 등이 앞으로 해결해야 할 과제입니다.

✔︎ Sterlitech의 HPRO 연구 지원 솔루션

Sterlitech은 HPRO 공정의 연구 및 최적화를 지원하기 위한 다양한 실험 장비를 제공합니다.

• HP4750X 교반식 셀(Stirred Cell)

• Hastelloy 재질로 제작되어 내식성이 뛰어나며,

• 최대 2,500 psi(약 172 bar)의 고압 환경에서도 안정적으로 작동합니다.

• 초기 멤브레인 평가나 실험용 고염도 브라인(brine) 테스트에 이상적입니다.

• Hastelloy 크로스플로우 스키드(Crossflow Skid)

• 플랫시트(flat-sheet) 및 스파이럴와운드(spiral-wound) 멤브레인을 모두 지원

• 최대 2,000 psi까지 견디며, 장기간 실험에도 내식성과 구조적 안정성을 유지

Sterlitech의 고압 테스트 시스템은 HPRO(High-Pressure Reverse Osmosis:고압 역삼투 기술) 기술 개발 및 상용화 가속화를 목표로 설계되었습니다.

멤브레인 소재 개발, 시스템 설계, 공정 최적화 등 다양한 연구 단계에서 신뢰할 수 있는 데이터를 제공합니다.

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