청정수에 대한 우려는 더 이상 개발도상국만의 문제가 아니며 미국 캘리포니아 주는 역사상 유례 없는 최악의 가뭄에 직면해 있다. 캘리포니아 주 수자원국(Department of Water Resources)은 주요 저수지 및 수많은 지하수 유역이 평균 이하라고 밝혔다. 수자원 공급에 대한 법률적인 규제는 두 개의 거대 수자원 시스템의 공급을 감축시켰으며, 오래된 주 전역에 배치된 수자원 시스템은 인구 증가를 따라가지 못하고 있다.

이러한 물 부족 문제를 해결하기 위하여 UCLA 헨리 사무엘 공과대학(Henry Samueli School of Engineering and Applied Science) 연구진은 새로운 M3 스마트 담수 및 여과 시스템(mini-mobile-modular (M3) "smart" water desalination and filtration system)을 개발했다.

새로운 담수화 처리장을 고안하고 건축하는데 있어서, 시범 시설의 설치 및 테스트는 고가의 비용이 소요되며 시간 소모적인 단계이다. 전통적으로 작지만 매우 고가의 고정 시범 처리장이 대규모 담수화 처리장을 위한 수자원 이용 가능성의 접근성을 평가하기 위하여 건축된다. 새로 개발된 M3 담수 시스템(water desalination system)은 비용과 시간을 줄이는데 도움을 줄 수 있다.

M3 시스템은 거의 모든 수자원(water source)을 시험하는데 이용될 수 있는 올인원 테스트 처리장을 제공한다고 시스템에서 데이터를 인식하는 컴퓨터 하드웨어 및 센서 네트워크를 고안하는데 기여한 대학원생인 Alex Bartman은 밝혔다. 이러한 종류의 시스템이 갖는 장점은 이동이 가능하기 때문에 비용을 줄일 수 있다는 점이며, M3 시스템은 다수의 수자원을 테스트하기 위하여 건축될 수 있는 유일한 최초의 시스템이라고 Bartman은 밝혔다. 또 M3 담수화 시스템은 대규모 담수 처리장을 고안하는데 이용될 수 있는 집약적인 정보를 제공할 것이다.

M3 담수 시스템은 최근 산조퀸 밸리(San Joaquin Valley)에서 수행된 현장 연구에서 효율성을 입증한 바 있다. 한 개의 역삼투(RO; reverse osmosis) 단계를 통하여 황산칼슘 염(calcium sulfate salts)으로 포화된 물을 농업용 용수로 담수로 전환하는데 성공했다.

연구진을 주도한 화학 생물 공학부 교수인 Yoram Cohen은 현장 연구를 통하여 RO 첫 단계에서 공급된 물의 약 65%가 음용수 또는 식수로 회수될 수 있었다고 밝혔다. Cohen은 UCLA에서 개발한 가속 화학 물질 탈광물 공정(accelerated chemical demineralization process)을 통하여 회수율을 95%까지 높일 수 있다고 밝혔다. M3를 적용한 최초의 현장 연구는 중요한 성과를 달성한 동시에 높은 회수율의 RO 공정 논증 프로그램의 첫 단계라고 Cohen은 밝혔다.

연구진 중 한 사람인 Andi Rahardianto는 이러한 접근 방법이 다른 수자원으로부터 물을 생산하는 방안에 대한 실현 가능성을 입증하고 평가하기 위하여 다른 시범 처리장을 건축하는 업계의 표준 관행에 상당한 도약이 될 것이라고 밝혔다.

Bartman은 부가적으로 시범 규모의 테스트 단위로 M3의 이용이 다양한 위치에 적용될 수 있을 뿐 아니라 비상 상황에서 담수를 생산하는데 이용될 수 있다고 지적했다.

이 시스템은 밴에 싣고 어디든 이동할 수 있을 만큼 작지만, 해수로부터 일일 6,000갤런(gallon)의 음용수 또는 염수 지하(brackish groundwater)로부터 일일 9,000갤런의 음용수를 생산할 수 있다. 이러한 수치는 매일 6,000~12,000명에게 음용수를 공급할 수 있는 양이라고 Cohen은 추정했다.

한편 이 시스템은 실시간으로 물의 pH, 수온, 탁도(turbidity), 염도(salinity) 등을 측정할 수 있다고 Cohen은 밝혔다. 뿐만 아니라 다양한 공정 변수를 제어할 수 있으며, 모든 밸브는 컴퓨터를 이용하여 제어되기 때문에 이 시스템이 자동으로 조정될 수 있다고 Cohen은 밝혔다. 또 소프트웨어를 통하여 얼마나 많은 에너지가 사용되는지 확인할 수 있으며, 최소 에너지 소비로 시스템을 운영할 수 있도록 시스템을 최적화하기 위한 다양한 기술을 도입할 수 있다고 Cohen은 밝혔다. 새로운 시스템은 기존의 시스템보다 1/20의 크기로 30% 더 많은 식수를 생산할 수 있다.

호주 빅토리아 대학(Victoria University)의 지속 가능성 및 혁신 연구소(Institute for Sustainability and Innovation) 소속의 Stephen Gray는 M3 시스템이 담수화 공정에 상당한 개선을 가능하게 할 것이며, 특히 멤브레인 시스템이 수질 변화를 효율적이며 신속하게 적용할 수 있게 하고 높은 수자원 회수율을 달성하게 한다고 밝혔다. 이러한 진보는 담수 부족에 직면한 호주 및 전 세계 수많은 지역에 매우 중요하다고 Gray는 밝혔다.

연구진의 미래 비전은 중앙 지역에서 전세계 모든 지역에 배치된 시스템의 작동을 모니터링하는 것이라고 Bartman은 밝혔다.

M3의 창출은 설비뿐 아니라 화학, 전기공학 및 도시 공학부 전문가들이 협력하여, 이론을 통제하고 공정 디자인, 모니터링, 전산유체역학(computational fluid dynamics), 열역학, 소프트웨어 개발 등을 최적화하여 구현됐다.

http://www.sciencedaily.com/releases/2009/07/090713144124.htm

제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.07.26 14:50

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