탈염

탈염(desalination)

20세기의 기술자들은 담수 저장의 해결책으로 탈염에 주의를 돌렸다. 왜냐하면 지구상에 존재하는 물의 97.2％가 대양에 있으나 그 물에는 염이 높은 농도로 녹아 있어 사람이 사용하거나 공업용으로 이용하기에 부적당하기 때문이다. 해수의 탈염에 대한 생각은 고대에도 있었다.

아리스토텔레스는 BC 4세기에 그리스 항해자들이 사용한 증발 방법을 설명했으며, 8세기의 아라비아 학자는 증류에 관한 논문을 썼다. 19세기에 들어서 증기항해의 발달로 보일러에 사용하기 위한 비부식성 물에 대한 수요가 생겼다. 1869년에는 영국에서 탈염법에 대한 최초의 특허를 받았다. 그해 영국정부는 홍해의 항구에 정박하는 배에 공급할 목적으로 물을 증류하는 공장을 최초로 아덴에 세웠다. 1930년에는 물을 공급하기 위해 최초의 대규모 상업적 증류기가 베네수엘라 근처의 네덜란드령 안틸리스 제도 아루바에 세워졌다.

증류는 여전히 가장 널리 사용되는 탈염법으로, 다목적 증발기나 순간 증발기가 사용된다. 다목적 증발기는 일련의 증발기로 이루어져 있는데, 염수를 그 속에서 가열해 긴 수직관에서 기화한다. 뜨거운 증기는 다음 증발기로 들어가는 염수를 가열하는 데 사용된다. 이에 의해 증기는 냉각되며 담수로 응축된다. 다목적 증발기는 열을 재사용하기 때문에, 들어오는 물을 처리하는 데 단독 증발기보다 연료의 소모가 적다. 순간 증발기에서는 가열된 해수를 감압된 탱크 내로 분무한다.

감압하에서 물은 낮은 온도에서 증발하므로 순간 증발기는 열과 연료가 적게 든다. 염수와 강한 햇빛이 모두 풍부한 지역에서는 단순증류장치가 사용된다. 태양열로 투명한 덮개 밑에 있는 염수가 부분적으로 증발하고, 덮개 밑에서 증기는 응축되어 수집용 홈통으로 흘러들어간다. 이 과정에서 가장 큰 어려움은 태양 에너지를 좁은 영역에 모으는 것이다. 박막법은 보통 소금기가 있는 내수에 사용되는데, 이 물은 해수의 염함량보다 휠씬 낮다.

이러한 방법 중의 하나는 역삼투법으로서, 소금물이 압력에 의해 박막 쪽으로 밀려가 담수는 통과하고 농축된 무기염은 남게 된다. 전기투석은 전위를 이용해 용해된 염의 양이온과 음이온이 분리되어 있는 거름막을 통과하도록 하는 방법으로, 담수는 거름막 사이에 남는다. 염수가 얼 경우 얼음 결정에는 염이 포함되지 않는다는 사실을 이용하는 탈염법도 있다. 그러나 실제로는 결정 사이에 극소량의 염수가 갇히게 되므로, 이 염수를 씻어내는 데 필요한 담수의 양은 결정을 녹여서 얻는 담수의 양과 비슷하다.

전세계에는 1,500개 이상의 탈염공장이 육지에 건설되었다. 이 공장의 절반이 증류법을 이용해 세계 탈염수의 3/4을 생산한다. 그외의 모든 공장은 거의 박막법을 사용하고 있다. 주로 사우디아라비아·아랍에미리트·쿠웨이트에 있는 공장의 1/5 이상이 세계 탈염수의 절반을 생산한다. 유럽·아프리카·아시아에서는 세계 탈염공장의 약 1/3이 있는 미국에서와 마찬가지로 세계 탈염수의 10％가 생산된다.