[호주] 원거리 지역에 물을 공급하기 위한 친환경 담수화 기술
과거 담수화(Water Desalination) 기술은 대량의 에너지가 필요한 산업 규모의 설비에 적용되어 왔으나 호주 웨스턴 오스트레일리아(Western Australia) 주의 한 연구진은 멀리 떨어진 고립 지역에서 담수화 기술을 적용하는 방안에 대해 연구하고 있다.
UTS(University of Technology Sydney), 머독대학(Murdoch University) 그리고 웨스턴오스트레일리아 주택부(Department of Housing )로 이루어진 팀은 칼굴리(Kalgoorlie)에서 800km 떨어진 Tjuntjuntjara 지역에 태양발전을 활용하는 담수화 설비 시제품을 설치하였다. NCED(National Centre of Excellence in Desalination)가 지원하는 이번 프로젝트는 에너지 효율적이면서 화학제품을 사용하지 않은 전처리 공정을 개발하는 것을 목표로 한다. 이러한 기술이 실생활에 적용된다면 잦은 가뭄으로 고통받고 있는 지역에 지속적으로 물을 공급할 수 있을 것으로 기대된다.
연구진은 담수화 시스템의 운영 조건을 최적화하고 고립된 지역에서 유지 및 보수를 최소화하면서 시스템 운영이 가능한가에 중점을 두고 있다. NCED가 제공한 초기 데이터에 따르면 Tjuntjuntjara 지역은 Donga 지하수 저장소라고 알려진 내부 배수 시설을 통해 물을 공급받고 있다. 그런데 이 배수 시설은 마을에서 약 4km나 떨어져 있다. 만약 폭우가 내리면 Donga 시설에 유입되어 지층에 스며든다. 그리고 마실 수 있는 물에 얇은 검은색 층을 형성하고 고염수(Hypersaline Water) 위로 떠오르게 된다.
이번 프로젝트에 참여하고 있는 UTS의 Gayathri Naidu는 "이 지역의 물 염도는 매우 높다. 해수의 염도보다 약 두 배 이상 높은 것으로 나타났다. 또한 철과 질산염(Nitrate)에 오염되고 있으며, 유아 및 임산부에게 적절한 수준을 초과함을 확인하였다"고 밝혔다. 그는 "Donga의 안전한 생산량은 하루 평균 23 kl이다. 그러나 가뭄이 오면 생산할 수 있는 양이 줄어들게 된다. 이렇게 되면 트럭으로 물을 운반해야 하는데 Tjuntjuntjara까지는 너무 먼 거리이다. 도착까지 적어도 3일 이상이 소요된다"고 덧붙였다.
이번 시제품은 고염수(Hypersaline water)를 이용하며, 멤브레인 증류 시스템(Membrane Distillation System)을 통해 처리한다. 연구진은 현재 MemSYS 시스템을 개조하여 Tjuntjuntjara 지역사회에서 필요로 하는 깨끗한 식수를 생산하는 최상의 방안을 도출할 수 있었다. MemSYS 시스템은 태양전지판을 통해 열에너지를 이용하여 물을 처리하며, 철을 제거하기 위해 간단한 필터를 사용한다. UTS의 Saravanamuth Vigneswaran 교수는 "MemSYS 멤브레인 담수화 기술은 소규모 식수 생산을 위한 유망한 대체 기술이 될 수 있다. 시스템은 소형이면서 쉽게 정수처리가 가능하며, 적은 양의 폐수를 생산하기 때문"이라고 설명하였다.
Naidu는 "연구진은 시스템을 위한 최적 온도를 밝혀냄으로써 조건을 최적화할 수 있었다. 이제 필요한 공정은 철 등을 제거하는 일이다. 설비가 원거리 지역에서 위치하고 있기 때문에 화학물질을 사용하는 방안은 고려되지 않는다. 연구진은 유지 비용은 낮으면서, 경제적인 면에서 경쟁력을 보유하고 있으면서 친환경적인 소규모 담수화 시스템을 개발하였다"고 밝혔다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 30일]
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Remote project a proof of concept for eco-friendly desalination
In the past water desalination has been identified with industrial-scale, energy hungry plants but researchers working at a remote Indigenous community In Western Australia have proved portable, solar-powered desalination can provide cost-effective water security for a small community.
A team from UTS, Murdoch University and the Western Australia Department of Housing implemented a prototype solar-powered portable desalination plant in the community of Tjuntjuntjara, located 800km northeast of Kalgoorlie.
The project, funded by the National Centre of Excellence in Desalination (NCED), was aimed at developing an energy-efficient and chemical free pre-treatment process that would sustainably deliver water to the drought-prone area and growing community. The research team was pivotal in optimising the conditions for the desalination system and determining whether a system with low maintenance requirements would be feasible in such an isolated location.
Initial background data by NCED found that Tjuntjuntjara obtains its water supply from an area of internal drainage, known as a donga groundwater catchment, roughly four kilometres from the town. Stormwater flows into the donga and percolates down through the strata, forming a thin blackish lens of drinkable water, floating atop of hypersaline water.
"Their existing water source has a very, very high content of salt – roughly twice the levels of saline as seawater. We also found it to be contaminated with iron and nitrate, exceeding the recommended level for infants and pregnant women," said Gayathri Naidu, a UTS PhD student working on the project.
"The safe yield of the donga is thought to be about 23 kilolitres per day, but the lens shrinks during periods of drought. Who knows what the community would do then. Trucking in water is too difficult because Tjuntjuntjara is too remote. It would take at least three days to get there."
The prototype tapped the hypersaline water and treated it via a membrane distillation system. Modifying an existing MemSYS system, the team were able to build a prototype to best meet the Tjuntjuntjara community's requirements to produce clean, drinkable water. The MemSYS system treats water with thermal energy, sourced from the solar panels, which was tested by Murdoch University. A simple filter is used to remove the iron.
"The memSYS membrane desalination technology proved to be a promising alternative technology for small-scale drinking water production. It is compact, produces less waste water and is easy to clean," said Professor Saravanamuth Vigneswaran, Director of the UTS School of Civil and Environmental Engineering and UTS supervisor for the project.
"We were able to optimise the conditions by identifying the best temperature for the system, how to wash it, what processes we needed to remove the iron, etc," said Naidu. "We also didn't want to use anything that required chemicals, because of the remoteness of the plant.
"In the end, we've got a desalination system that is technically robust, low-maintenance, economically competitive and eco-friendly for small-scale application."
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