GS건설의 물 사업은 기존의 상수도, 하·폐수 처리 분야를 비롯해 최근에는 부산 수영공공하수처리장에 세계 최대 규모 MBR 시스템을 구축, 물재이용 분야까지 진출하고 있다. 그리고 지난해 스페인 환경업체인 Inima사 인수를 통해서 본격적으로 해수담수화 사업을 추진하고 있다.

기존에는 주요 건설사와 마찬가지로 단순 EPC 위주의 사업을 진행했으나, 최근 경쟁이 심화돼 O&M사업으로 방향을 선회했다. 국내와 중동 시장을 넘어서 유럽, 아프리카, 남미로 계속해서 시장을 확대해 나갈 계획을 가지고 있다.

경쟁력 있는 기술을 확보해야 세계 시장을 선도할 수 있기 때문에 기술 확보를 위해서 대규모 국책사업에 참여하고 있고 개발 기술의 실증을 위해서 테스트베드 구축 사업도 추진하고 있다.

GS건설은 국내뿐만 아니라 스페인, 남미, 북미 등 해외에서도 많은 사업을 하고 있다. 쿠웨이트, 바레인, 오만에서 물 관련 대행 사업을 하고 있고 알제리에서는 해수담수화 건설·운영 사업을 추진하고 있다. 기존의 해수담수화 같은 경우, 운영을 포함한 물 사업을 많이 했으나, 아직 운영을 포함한 사업을 많이 추진하지 못한 상황이다.
 

 

스페인은 수자원이 많이 확보되어 있지 않아 1965년부터 해수담수화 사업을 시작, 지금까지 약 900여 개의 해수담수화 플랜트를 건설했다. 현재 해수담수화 생산용량은 하루 150만㎥ 수준이다. 2008년부터 세계경제 위기로 인해 스페인에서는 해수담수화 사업자체가 최근까지 많이 발주가 되지 못했다. 하지만 최근 스페인 내에서도 해수담수화 사업이 많이 발주될 것으로 예상되고 있다.

알리칸테(Alicante)에는 2개의 해수담수화 플랜트가 있다. 발주처는 Alicante 지역의 환경청으로 GS건설이 인수하기 전에 시작된 사업이다. 2006년 2월부터 시작해서 2년간 해수담수화 플랜트 건설이 이루어졌고 총 시공비는 약 1억 유로가 투입됐다. 우리나라 돈으로 1천600억 원 정도이다.

2008년 완공 이후 지금까지 계속해서 운전을 하고 있는데, 연간 운영비는 약 45∼50억 원 수준이다. 총 생산용량은 하루 6만5천㎥로 약 35만 명의 소비자들에게 물을 공급하고 있다.

주요공정은 RO 방식이고 회수율은 43%이다. 계약 당시, 발주처에게 보증했던 전력소모량은 3.75㎾h/㎥이다. 현재 3.6㎾h/㎥로 운전되고 있다. 

 
수질 0.5ppm 이하로 운영

해수담수화 주요공정 중 특징이 될 수 있는 부분들을 4가지로 요약할 수 있다. 우선 취수타입이 조금 다르다. 직접 취수가 아니며, 에너지 회수장치를 사용했다. 일반적인 똑같은 멤브레인을 사용하지 않고 하이브리드 타입을 적용했다.

그리고 담수처리로 calcite beds를 사용했다. Alicante 해수담수화 플랜트에 조금 떨어진 곳에서 신재생 에너지 일부를  공급받고 있다. 전체적인  수질은 발주처의 요구에 의해서 0.5㎎/L 이하의 운영되고 있다.

주요 공정은 해수, 원수를 취수할 수 있는 취수 설비, 화학적인 전처리, 물리적인 전처리로 구성돼 있다. 이렇게 처리된 물은 고압펌프와 에너지 회수장치를 포함한 RO 프로세스를 거쳐서 담수가 생산되고 생산된 담수는 후처리 설비를 통해서 최종적으로 상수도에 공급할 수 있는 수질조건을 갖추게 된다. 그 외에 농축수는 Output 시스템을 통해서 바다에 방류하고 있다.

취수 설비 방법은 직접 치수방식과 간접치수방식이 있다. 이 플랜트를 설계하기 전 수의학적인 성능, 에너지 등을 고려했는데, 최종적으로는 간접 치수방식을 선택했다. 간접 치수방식도 복합적인 방식인데 우선 주로 직경 31.4m의 길이, 1㎏짜리 관안으로 64개의 취수관이 있어서 대부분의 물을 취수한다.

또한 원수자체가 부족할 가능성이 있기 때문에 별개의 300m의 파이프라인을 건설해서 추가적으로 원수를 취수하고 있는 형태이다. 이렇게 취수된 원수들은 예비펌프를 포함해서 8개의 원심 펌프를 통해서 플랜트로 공급되고 있다. 

 

 7개 RO 멤브레인 랙(rack) 구성

 

화학적인 전처리 시스템은 기존 해수담수화 플랜트와 거의 유사하다. 물리적인 전처리는 2가지(샌드 필터, 카트리지 필터)로 구성되어 있다. 샌드 필터는 녹색 탱크로 직경이 3m, 길이가 12m이다. 18개 정도 설치해서 기본적인 요구수질을 맞추고 있다.

하지만 샌드 필터를 통해서 다 제거되지 못한 입자는 두 번째 물리적인 전처리 설비인 카트리지 필터를 통해서 원하는 RO 멤브레인 유입수를 맞추고 있다. Alicante 6만5천㎥/일 규모 해수담수화 플랜트는 7개의 RO 멤브레인 랙(rack)으로 구성되어 있다.

해수담수화를 하다보면 고압의 농축수가 발생하는데, 이 때 나오는 압력을 해소하기 위해서 ERI사의 압력변환 모델 PX-220을 적용했다. PX-220은 전체 에너지 회수율이 95∼97%정도 된다.

하나의 랙에 생산하는 생산용량은 하루에 1만㎥ 정도 된다. 하나의 랙에 있는 베셀은 총 122개가 있다. 각각의 베셀 안에는 7개의 RO 멤브레인이 들어가 있는데 두 가지 타입을 적용했다.

여러 가지 성능과 에너지 회수장치를 고려했을 때 두 가지 타입의 멤브레인을 적용해서도 원하는 수질을 달성하고 에너지를 많이 절감할 수 있었다.

이렇게 처리된 담수는 우선 알칼리도와 경도가 굉장히 낮기 때문에 이산화탄소와 calcite beds를 통해서 미네랄을 추가했다.

처리수는 약 3천300㎥의 저장조에 저장을 시킨 다음 예비 펌프를 포함한 3개의 펌프를 가지고 있는 펌프스테이션을 통해서 플랜트에서 약 1㎞ 떨어져있는 두 개의 저장조로 물을 송수하고 있다.

플랜트에서 나오는 농축수는 하루에 8만㎥, 염분은 약 7만ppm정도 된다. 농축수 같은 경우는 Alicante, 기존에 건설된 해수담수화 플랜트에 나오는 농축수와 혼합시켜 해수와 1:6으로 해석을 한 다음 방류하고 있다.


세계 시장 규모 200억 달러 수준

 
세계 해수담수화 시장 규모는 약 200억 달러 수준으로 성장을 거듭하고 있다. 전 세계적으로 100개 이상의 담수회사들이 경쟁을 하다 보니 시장이 굉장히 과열된 부분이 있다. 그래서 EPC 영업이익률은 2%정도에 불과하다. EPC만으론 이윤을 많이 얻지 못하기 때문에 사업방식자체도 O&M을 포함한 사업들이 많이 나왔다.

해수담수화 사업경쟁력을 확보하기 위해서는 우선 해수담수화 플랜트 전체 생산비용의 50%를 차지하고 있는 에너지 소모량을 줄이는 것이 가장 핵심이다. 에너지 소모량을 줄이기 위한 차세대 해수담수화 기술로 거론되는 부분이 MD를 적용하는 해수담수화 플랜트, PRO를 적용하는 하이브리드 타입의 해수담수화 플랜트 기술 개발이 이루어지고 있다.

GS건설은 기존의 멤브레인 베이스의 해수담수화를 많이 하다 보니 PRO쪽으로 역량을 집중하고 있다. 압력지연삼투(PRO, Pressure Retarded Osmosis)는 해수와 담수간 농도차 이용 삼투현상을 유도하고 이 때 발생되는 압력을 에너지화하는 기술이다. 담수 생산뿐만 아니라 전기 생산도 가능한 것이 특징이다.

PRO 공정 이후 원수(해수 혹은 염수)는 염도차에너지를 포함하는 희석수가 되며, 터빈 등을 통해 전력으로 회수가능하다. SWRO-PRO 공정기술은 터빈을 이용한 전력생산(일반기술)과 압력교환장치를 이용한 에너지 회수 기술이 있다.
 

PRO기술, 담수·전기 생산도 가능


GS-Inima사는 기존 SWRO Plant의 농축수를 유도용액으로 하여 PRO 에너지 발전·회수 공정기술을 개발 중에 있으며, 현재 1∼3W/㎡ 생산이 가능한 수준이다.

PRO 시스템의 경제성은 PRO막 및 모듈의 성능에 가장 크게 좌우되며, PRO막 유도용액·전처리 기술·에너지 회수 기술 또한 중요한 요소이다.

개발 중인 PRO막의 성능은 현재 삼투 유도용액으로 해수를 사용했을 때, 3∼4W/㎡ 수준이며, RO 농축수를 사용할 경우 7W/㎡ 이상 가능하다.

전체적인 일반 해수담수화 공정과 PRO를 접목한 해수담수화 공정을 비교했을 때, 에너지 소모량은 이론적으로만 35∼40%까지 적용할 수 있지만 실제로 25%까지 절감할 수 있을 것으로 예상된다. 대신에 추가적인 PRO막, PX으로 인해 설계비는 25%정도 증가할 것 같다. 

 하지만 에너지를 절감할 수 있기 때문에 OPEX 부분에 절감이 있을 것이고 생산단가도 절감할 수 있을 것이다. 25년간 계약을 했을 때는 공사비+운영비로 총 700억 원 정도를 절감할 수 있을 것으로 예상되고 있다.

실증·실용화 위한 재원·정책 지원 필요


2010년부터는 차세대 해수담수화 기술에 대해서 투자와 노력을 많이 하고 있다. 현재 사우디아라비아에 있는 KAUST (King Abdhulla University of Science and Technology)와 공동연구를 하고 있고, Inima에서 파일럿 플랜트를 2010년부터 수행해왔다.

그리고 앞으로는 국토교통부의 지원을 받아 실증플랜트를 만들어서 국내뿐만 아니라 해외에서도 파일럿 플랜트를 운전할 계획을 갖고 있다. 개발된 기술은 실용화되어야 한다. 실용화를 위해서 별도로 노력을 하고 있다.

요소기술인 전처리 기술, 막 모듈 기술, 패키지화 할 수 있는 기술을 개발, 파일럿 플랜트에 대해서 운전·실증 통해 실질적으로 가능성 있는 사업까지도 발굴해야 하는 책임을 가지고 있다.

해수담수화 시설과 함께 하수처리장 건설 등 복합적인 플랜트를 많이 건설하고 있는 추세이다.

해수담수화 사업 기술력, 국가적인 경쟁력을 제고하기 위해서는 우수한 기술 개발 및 실증이 꼭 필요하고, 이러한 기술개발은 독자적으로 진행할 수 없는 부분이기 때문에 해외에서도 네트워크를 연계해서 기술개발, 시장개척을 같이 해야 한다.
 
PX기술은 연구과제 범위 안에서 개발을 하지 않는다. ERI사에서 가지고 있는 기술력이 우수해 단기간에 기술을 개발하기 쉽지 않기 때문이다. 그래서 그런 기술을 가지고 있는 기업과 연계를 해야 하는 상황이다.

지난달에 ERI사와 PRO에 대한 기술협력에 대해서 MOU를 체결한 바 있다. 정부에서도 여러 가지 지원이 필요한 부분인데 금전적인 부분뿐만 아니라 정책적인 부분에 있어서도 많은 지원이 필요하다.

중동, 남미, 아프리카 등 해수담수화 사업이 있는 곳에서는 공적 네트워크를 통해서 외교적인 지원도 절실히 필요한 부분이다. 마지막으로 국내 차세대 해수담수화 기술의 해외시장 진출 활성화를 위해서 관·산·학·연의 국가적인 협의체가 필요하다.