원심분리형 역삼투압 정수기

해외과학기술동향 628호 작성일 2004-06-23
⊙ 원심분리기의 원리와 역삼투압(reverse osmosis) 기능을 혼합해 만든 원심분리 역삼투압 정수장치가 미국 NASA 소속 Lyndon B Johnson 연구소에서 개발됐다. 원심분리기의 원리는 혈액이나 기타 미생물 응고액의 성분을 분해하는데 많이 사용되어 왔고 역삼투압 원리는 정수장치에 오래 전부터 사용되어 왔다. 역삼투압 정수기에 사용되는 막은 성분물질의 농도를 양극화하는 단점이 있는 것으로 잘 알려져 있다.

⊙ 삼투막 부근에 특정한 화학 성분들이 집중적으로 모여 있는 특징이 있다. 원심분리 원리와 삼투압 원리가 혼합된 이유는 이런 특정한 화학성분들의 양극화 현상을 방지하고 보다 원활한 정수 효과를 얻는데 있다. 이 형식을 이용한 정수장치는 일반정수기뿐만 아니라 상수원 탈염과정(desalination), 제약용 상수원 정수, 가정이나 공업용 폐수처리장치 등 많은 응용제품에 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
⊙ 원심분리기는 고정된 두 개의 원통 사이에서 회전하는 원통형 다공질(porous) 여과장치(filter)로 구성되어 있다. 원문의 그림에 보이는 것과 같이 액체가 원심분리기의 상단부로 유입되면 회전하는 중력에 의해 밑으로 흐르며 다공질 여과장치 사이로 삼투압에 의해 내부 원통으로 유입된다. 여과장치를 통과하지 못한 불순물들은 원통형 용기의 하단부에 설치된 출구로 유출된다.
⊙ 기존의 역삼투압 장치와 달리 원심분리기형 정수장치에서는 회전하는 여과장치의 전단력(shear force)이 회전하는 유동형태인 Taylor 와동(vortex)을 형성하고 이 와동에 의해 특정한 화학성분이 여과장치에 부착되는 것이 방지된다.
⊙ 역삼투압 원리에 따라 높은 압력으로 여과장치에 유입되는 유체에 포함된 불순물들이 물보다 여과장치를 통과하는 속도가 몇 십 배로 느려지고 결국에는 여과장치를 포화상태로 만들게 된다. 특정한 화학성분이 삼투막 부근에 집중되는 현상을 피하기 위해 여과장치의 길이 방향으로 유체를 유입시키는 방법도 있으나 전체적인 여과속도가 현저하게 감소되는 비효율적인 면이 있다.
⊙ 현재 진행중인 연구는 원심력으로 인한 부가적인 압력 차이를 효과적으로 극복할 수 있는 시스템을 개발하는데 집중되고 있다. 기존의 여과장치를 대신한 삼투막 또한 압력 차이를 30~50배 높게 요구하고 있기 때문에 유체를 공급하는 펌프의 출력이 증가되어야 하는 부담이 있고 시스템의 가격과 유지비용이 상승할 것으로 예상되고 있다.