우주에서 촬영한 지구 사진을 한 번쯤 보셨을 겁니다. 푸른색의 바다, 녹색과 갈색의 땅, 흰색의 구름이 신비로움을 자아내죠. 지구는 ‘푸른 행성’으로 불릴 만큼 표면의 70% 이상이 물로 덮여 있습니다. 그리고 그 물은 끊임없이 순환하죠. 지구상에 물이 3/4을 차지하고, 순환까지 하니 무한한 자원으로 생각할 수 있지만, 그중 식수나 생활용수로 사용할 수 있는 담수는 3%도 채 되지 않습니다.

인류는 해를 거듭할수록 더 많은 담수를 필요로 합니다. 인구 증가와 산업의 발전, 수자원 오염과 기후변화 등으로 전 세계가 ‘물 부족’에 직면하고 있죠. 지난해 UN이 발표한 <UN 세계 물 개발 보고서(World Water Development Report)>에 따르면 전 세계 물 사용량은 지난 40년 동안 연간 1%씩 증가했습니다. 대한민국은 국제사회에서 ‘물 스트레스 국가*’로 분류되는데요. 반도체, 2차 전지 등 물이 많이 필요한 첨단 산업의 비율이 높아 앞으로 우리나라의 물 수요는 더욱 가파르게 증가할 것으로 전망됩니다. 심각성을 인식한 우리 정부는 최근 ‘제2차 물 관리 기술 발전 및 물 산업 진흥 기본계획’을 통해 물 관리 기술을 중점 개발한다고 발표했습니다. 현재 49조6902억원*인 물산업*의 시장 규모(매출액 기준)를 2028년까지 60조원으로 키운다는 계획이죠.

*국제인구행동(PAI)은 전 세계 국가를 대상으로 평가해 △물 기근(만성적인 물 부족) △물 스트레스(주기적인 물 압박) △물 풍요(지역적 또는 특수한 물 문제만을 경험) 국가로 분류합니다. 

*지난 3월 공개된 환경부 ‘물산업 통계조사’ 결과.

*물산업: 먹는물 생산업, 시설 용수ᆞ하수ᆞ폐수 처리시설 운영업 및 관련 건설업, 맨홀ᆞ투수(透水)블록ᆞ밸브 등의 제조업과 물 관련 연구개발 및 서비스업을 총칭.

물을 절약하는 것도 필요하지만, 더욱 중요한 것은 물이 순환할 수 있도록 돕는 것입니다. 인류의 생존과 산업의 발전에는 필연적으로 생활하수와 산업폐수가 발생합니다. 이를 정화(수처리)하여 자연으로 잘 돌려보내는 것이 사람의 의무이죠. 최근에는 사용된 물을 적재적소에서 다시금 활용할 수 있도록 하는 ‘물 재이용’ 기술이 주목받고 있습니다. 날이 갈수록 공급이 부족해지는 물을 무한히 재사용하는 것이 물 재이용 기술의 목표입니다. 물 부족을 해결하는 또 하나의 열쇠는 ‘해수담수화’ 기술입니다. <UN 세계 물 개발 보고서>는 2030년까지 담수 수요가 공급의 40%를 넘길 것으로 전망했는데요. 해수담수화 기술은 부족한 음용수와 생활ᆞ공업용수의 공급량을 확보하기 위한 방안으로 전 세계의 주목을 받고 있습니다.

물 부족 문제를 타개할 지속 가능한 해법 ‘물 재이용’

쓸모를 다해 오염된 물은 처리 과정을 거쳐야만 하천과 바다로 방류할 수 있습니다. 오염수를 처리해 방류하기 위한 일반적인 과정은 큰 이물질을 제거(스크리닝)하고, 오염 정도와 온도를 균일하게 만드는 것부터 시작합니다. 그런 다음 중력을 이용해 물 위에 뜨는 물질과 가라앉는 물질을 분리하죠. 이 과정에서 20~40%의 질소와 인, BOD(Biochemical Oxygen Demand)*와 50~65%가량의 부유물(SSᆞSuspended Solid)이 제거됩니다. 이후 미생물을 이용한 생물학적 처리 과정을 통해 물 속 유기물을 분해하고, 미처리된 부유물이나 덩어리(플록*)를 침전시킨 다음, 화학적 처리(여과 및 소독)를 거쳐 하천ᆞ바다와 같은 공공수역으로 방류합니다. 산업폐수인 경우에는 한 번 더 처리 과정을 거친 후 자연으로 다시 흘려 보내죠.

*BOD(Biochemical Oxygen Demand): 생물화학적 산소요구량. 부패성 유기물이 생물 화학적으로 산화하여 안정화하기까지 흡수하는 산소량을 말합니다.

*플록(Floc): 물 속의 현탁물질이나 유기물, 미생물 등의 미립자를 응집제로 응집시킨 큰 덩어리.

[ 환경부의 상하수도 정화 과정 영상. 오염된 물이 상하수도 정화 과정을 거쳐 깨끗하고 안전한 물이 되기까지의 여정을 담고 있습니다 ]

물을 재이용 하기 위해서는 한 번의 과정을 더 거쳐야 합니다. 물 재이용 시설을 통해 정화된 물은 수질 등급에 따라 생활용수, 산업ᆞ공업용수 등 다양한 목적으로 다시 활용되는데요. 하천으로 유입되는 오염부하량*을 감소시켜 수질 개선에 도움을 줄 뿐 아니라, 가뭄 등으로 인한 지역적 물 부족 해소에도 크게 기여합니다. 

*온배수: 발전소를 가동하는 과정에서 발생하는 열을 식히기 위해 냉각수로 사용된 후 따뜻해진 물.

*오염부하량: 사용된 물에 함유된 오염 물질의 단위 시간당 배출량.

현대건설의 물 재이용 기술 HANT & 차세대 MBR

기술이 발전할수록 물 사용량도 증가합니다. 발전소에서 발생하는 열을 식힐 때도, 반도체와 2차 전지를 제조하는 과정에도 모두 물이 필요하죠. 늘어나는 물 사용량에 따른 부족 현상에 대비하기 위해 물 재이용 기술의 중요성은 점차 높아지고 있습니다. 

현대건설은 고도의 하ᆞ폐수처리 기술 ‘HANT(Hyundai Advanced Nutrients Treatment)’를 개발해 도시의 물 순환 체계 구축에 일조하고 있습니다. 현대건설이 개발한 HANT는 3세대 하수처리 방식입니다. 1세대는 유기물을 제거해 BOD를 낮추는 데 초점을 맞추었고, 2세대는 부영양화*의 원인이 되는 질소와 인의 처리가 가능한 기술이었습니다. HANT는 반응조 내 미생물을 고농도로 유지해 질소와 인, BOD의 제거효율을 혁신적으로 높인 기술로, 재이용이 가능한 수질의 물을 생산해낼 수 있는 것이 특징입니다.

*부영양화: 강ᆞ바다ᆞ호수 등 수중생태계에 영양물질이 증가하여 조류가 급속히 증식하는 현상. 

HANT에서 주목해야 하는 기술은 호기조에 설치된 ‘분리막’입니다. 무산소조와 호기조(생물반응조)에는 고농도로 배양된 미생물이 존재하며, 이러한 미생물들은 생물반응조를 반복적으로 순환하면서 인과 질소, 유기물을 제거합니다. 생물학적으로 처리된 물은 호기조 내 초미세 분리막 표면에 형성돼 있는 0.4μm(마이크로 미터) 크기의 기공을 통과하며 최종적으로 정화되는데, 이때 오염물질의 99% 이상이 제거됩니다. 이렇게 처리된 물은 비음용 생활용수(농업ᆞ조경용수 등)로 재활용할 수 있습니다.

현대건설의 기술적 성취는 HANT에서 그치지 않았습니다. 한 단계 더 진화된 기술인 ‘차세대 MBR(Membrane Bioreactor)‘을 개발한 것이죠. 차세대 MBR은 HANT 대비 적은 에너지로 더욱 깨끗하게 물을 정화할 수 있는 기술입니다. 환경부로부터 기술의 혁신성과 우수성을 인정받아 신기술 인증(환경신기술 인증 552호)과 기술 검증*(환경신기술 검증 228호)은 물론, 4개의 특허까지 받았죠. 현대건설은 분리막조 유입부에 오염물질을 이중으로 제거할 수 있는 ‘하부개방형 분리막 세정장치’를 적용하여 막의 오염까지 예방했습니다. 또한 간헐적으로 거대한 공기방울을 만들어 막 오염을 효율적으로 방지하는 요소기술도 개발해 적용했습니다.

*신기술의 기술 검증: 새로운 기술이 기능이나 성능을 충족하는지 실제로 확인하는 과정. 신기술 인증이 사회적ᆞ경제적 가치를 인정받아 공식적으로 사용될 수 있음을 증명하는 것이라면, 신기술의 기술 검증은 기술의 성능이 실제 조건에서 약속된 대로 작동하는지 평가하는 데 중점을 둡니다.

해외에서도 인정! 블루골드를 만드는 현대건설의 해수담수화 기술

석유가 ‘블랙골드’라면, 물은 ‘블루골드’입니다. 블루골드란 물이 높은 가치를 지닌 중요한 자원이라는 뜻으로, 해수의 무한한 가능성에 특히 주목합니다. 실제로 물 부족을 겪는 많은 나라가 해수담수화 기술 개발에 열을 올리고 있습니다. 사우디아라비아, 아랍에미리트(UAE)와 같은 중동국가 외에도 지하수 고갈과 수원지 오염 등의 이유로 남미, 아시아 등지에서 많은 관심을 보이고 있죠.

해수를 담수화하는 방식에는 여러 가지가 있지만 대표적으로 증발법과 역삼투법이 있습니다. 증발법은 해수를 가열하여 수증기를 생성시키고, 이를 응축하여 담수를 생산하는 전통적인 방법입니다. 역삼투법은 삼투현상*을 역으로 이용하는 방식으로, 높은 압력을 가했을 때 해수 안의 이온들이 역삼투막의 작은 구멍을 통해 분리되어 담수를 생산합니다. 기존 방식에 비해 경제적이고 배관 부식의 문제도 없으나, 높은 수준의 기술을 요구하는 것이 특징입니다.

*삼투현상: 농도가 다른 용액이 반투막(반만 투과하는 막)을 사이에 두고 구분되어 있을 때 농도가 낮은 쪽의 용매가 높은 쪽으로 옮겨가는 현상. 목이 마를 때 소금물을 마시면 더 갈증이 나고, 배추를 소금에 절였을 때 물이 생기는 것도 이와 같은 원리입니다.

[ 해수담수화 방식에는 대표적으로 증발법과 역삼투법이 있습니다 ]

해수에는 염분 외에도 무수히 많은 부유물과 바이러스, 박테리아 등 미세입자가 존재합니다. 이를 여과하기 위해서는 ▷전처리(입자성 오염원 제거) ▷주처리(이온성 오염원 분리ᆞ제거) ▷후처리(사용 목적에 따라 오염물질 추가 제거 및 필요 물질 첨가) 등 단계별로 수많은 필터링 과정을 거쳐야 하죠. 현대건설은 주처리 과정에서 역삼투법 기술을 활용하여 고순도의 공업용수 생산이 가능한 ‘RO(Reverse Osmosis)’ 기술을 보유하고 있습니다. RO는 바닷물에 인위적인 압력을 가한 뒤 수처리 여과막(RO필터)을 통과시켜 염분을 제거합니다. 발전 담수시설 중 에너지 소비가 가장 낮아 친환경 고도기술로 알려져 있죠.

역삼투 담수화 기술은 복잡한 처리 과정과 정교한 관리가 필요합니다. 오염물질과 염분을 철저히 제거하는 것은 기본, 물의 온도와 미네랄 수준까지 일정하게 유지해야 하죠. 또한 취배수부터 후처리에 이르기까지 모든 과정에서 첨단 관리와 운영 노하우가 필요합니다. 현대건설은 해수담수화 기술을 확보한 데 이어, 담수화 플랜트를 설계 및 건설하고, 저에너지·고효율로 운영하는 기술까지 보유하고 있습니다.

세계 각지에서 해수담수화 프로젝트를 성공적으로 수행하고 있는 현대건설은 그 기술력과 경쟁력을 일찍이 인정받아 왔습니다. 대표적인 예가 현대건설이 설계부터 시공까지 맡은 UAE 미르파 담수 복합발전소(이하 미르파)입니다. 물 부족 국가인 UAE는 걸프만 바닷물을 담수로 바꾸는 프로젝트를 진행하고 있는데요. 현대건설은 이곳에 1600㎿급 발전 설비와 RO 기술을 적용하여 2억 3800만ℓ/일의 담수를 생산하는 플랜트를 성공적으로 준공했습니다. 이는 수도 아부다비의 전기와 식수량의 약 10%(2017년 준공 기준)를 책임질 수 있는 규모입니다. 화력발전소와 담수화 시설 공사를 동시에 수행한 미르파는 중동에 새로운 발전(發電) 모델을 제시했다는 데 큰 의미가 있습니다.

카타르 라스라판 C 복합발전소 역시 바닷물을 이용해 생활용수로 만드는 프로젝트입니다. 천연가스 매장량 세계 3위인 카타르는 ‘에너지 강국’임에도 여타의 중동 국가처럼 물이 절대적으로 부족합니다. 현대건설은 천연가스를 이용하여 전력을 생산하고, 이 과정에서 바닷물을 이용해 생활용수로 만드는 담수ᆞ발전 플랜트를 성공적으로 건설했습니다. 특히 담수 플랜트에는 스팀터빈발전기에서 전기를 생산하고 남은 고온의 잔여 열기(스팀)를 이용해 바닷물을 증류수로 만드는 설비들이 갖춰져 있는데요. 이곳에서 생산되는 2억 8640만ℓ/일의 물은 카타르 인구의 절반이 사용 가능한 규모입니다. 

현대건설이 그리는 물 순환 기술 로드맵