바닷물 담수화 시설에서 미세플라스틱 제거하기: 가능성과 과제

1. 바닷물 담수화(Desalination) 시설의 필요성(Essential Need)과 미세플라스틱 오염(Plastic Pollution) 우려

전 세계가 물 부족 문제에 직면하면서, 해수를 식수나 생활용수로 바꾸는 담수화(Desalination) 시설이 점차 보편화되고 있습니다. 중동 지역처럼 강우량이 적거나 지하수 고갈이 심각한 지역에서는 이미 대규모 해수 담수화 플랜트를 통해 도시 전체에 식수를 공급하는 사례가 흔합니다. 더 나아가 기후변화로 인한 가뭄, 인구 증가로 인한 수요 급증으로 인해, 아시아·아프리카·호주 등 다양한 지역에서도 담수화 기술 의존도가 높아질 전망입니다.

문제는 최근 주목받고 있는 미세플라스틱(Microplastics) 오염이 해양을 중심으로 빠르게 확산되면서, 바닷물을 원수로 쓰는 담수화 시설 역시 미세플라스틱의 잠재적 위험에 노출된다는 사실입니다. 해상에 떠다니는 대형 플라스틱 쓰레기가 오랜 시간 자외선·마찰·화학 반응 등을 거치면서 잘게 부서져, 5mm 이하(심지어 수μm 이하)의 미세 입자로 분해됩니다. 이 입자들이 바닷물 곳곳에 퍼져 있는 탓에, 담수화 공정에서 얼마나 제거될 수 있는지, 제거 후 부산물은 어떻게 처리해야 하는지 등 구체적 논의가 필요해졌습니다. 그리고 미세플라스틱이 설령 낮은 농도라도 최종 담수에 남아 있게 된다면, 장기적으로 인체·생태계에 어떤 영향을 미칠지 아직 명확히 밝혀지지 않은 상태입니다.

 

2. 담수화 공정의 원리(Desalination Process)와 미세플라스틱 제거(Filtering Efficiency)

해수 담수화는 주로 역삼투압(RO, Reverse Osmosis), 다단 증발(MED), 다단 플래시(MSF) 같은 방법으로 진행되며, 그중에서 가장 흔히 쓰이는 방식이 RO 멤브레인 공정입니다. RO 공정은 바닷물에 고압을 가해, 물 분자는 막(멤브레인)을 통과시키고 염분·이온·중금속 등 상대적으로 큰 분자·이온은 뒤에 남게 만듭니다. 이론적으로 RO 멤브레인의 공극 크기가 나노 단위이므로, 미세플라스틱 제거(Filtering Efficiency)에서도 상당한 효율을 기대할 수 있다는 연구 결과가 있습니다.
다만, 미세플라스틱의 크기가 수백 나노미터(nm) 이하의 초미세 입자라면, RO 멤브레인을 일부 통과할 가능성도 제기됩니다. 또한 공정 운영 환경(압력, 막 오염도, 막 손상 여부)에 따라 제거 효율이 달라질 수 있으며, 전처리(모래·응집·중공사막 등) 단계를 어떻게 구성하느냐에 따라서도 차이가 발생합니다. 만약 담수화 과정에서 미세플라스틱이 막 표면에 쌓여 막 오염(Fouling)을 가중시키면, 운전 비용과 유지보수 부담이 커지는 문제도 생길 수 있습니다. 결국 담수화 공정에서 미세플라스틱 제거를 극대화하기 위해서는, 전처리·고성능 RO 멤브레인·정기적 세정이 유기적으로 결합된 종합적인 접근이 요구됩니다.

3. 부산물 처리(Brine Disposal)와 2차 오염(Secondary Pollution) 이슈

담수화 시설에서 바닷물을 정수한 뒤 남는 농축 배염수(Brine)에는 염분과 이온, 미량의 금속, 그리고 미세플라스틱을 비롯한 다양한 오염 물질이 고농도로 축적될 수 있습니다. 만약 이 농축수(Brine)를 해양으로 다시 방류한다면, 2차 오염(Secondary Pollution) 문제가 제기될 수 있습니다. 예컨대 해양 생태계가 염분 농도 변화와 함께, 농축된 미세플라스틱을 다시 맞닥뜨리게 되어 지역적 생물 다양성을 해칠 가능성이 있다는 우려가 나오고 있습니다.
이를 해결하기 위해 일부 선진 시설에서는 브라인을 별도 처리해 염·광물 등을 회수하거나, 고농도 용액을 재활용하는 방법을 연구 중이지만, 추가 설비와 에너지가 요구돼 경제성이 낮을 수 있습니다. 더 나아가 브라인에 포함된 미세플라스틱을 걸러내어 회수·처리하는 기술도 아직 개발 초기 단계에 머물러 있습니다. 스크린·필터를 통한 물리적 차단, 응집·플로큐레이션 등을 활용한 화학적 처리 방안이 제안되지만, 대규모 플랜트에 적용할 만한 상용화 사례는 많지 않습니다. 결국 부산물(Brine) 처리에서 미세플라스틱 문제를 어떻게 통합적으로 접근하느냐가, 담수화 시설의 친환경성을 판단하는 주요 지표가 될 전망입니다.

 

4. 가능성과 과제(Future Challenges): 에너지 효율·정책·국제협력

그렇다면 “바닷물 담수화 시설에서 미세플라스틱 제거하기: 가능성과 과제”는 무엇일까요? 우선 가능성 측면에서는, 이미 RO 멤브레인 공정이 미세·초미세 입자를 상당 부분 걸러낼 수 있는 기술적 기반을 갖추고 있다는 점이 고무적입니다. 과학계·산업계가 협력해 초저오염 막 소재, 전처리 공정 강화, 막 세정 자동화 시스템 등을 지속적으로 개발·도입한다면, 담수화 플랜트에서 배출되는 최종 물속 미세플라스틱 농도를 현저히 줄일 수 있을 것으로 보입니다.
반면 에너지 효율과 비용 부담은 여전히 대표적인 과제로 꼽힙니다. 담수화 자체가 많은 전력(고압 펌프, 증발 장치 등)을 필요로 하는 고에너지 공정이기 때문에, 여기에 추가적인 미세플라스틱 처리 장치나 강화된 막 관리 시스템이 더해지면 운영 비용이 급증할 수 있습니다. 따라서 재생에너지 사용, 에너지 회수 장치(ERD) 도입, 막 수명 연장 기술 등이 함께 진화해야 합니다. 또한, 각국의 정책·규제가 미세플라스틱 배출 기준이나 브라인 방류 규제를 강화한다면, 담수화 플랜트 운영사들도 친환경 설계를 도입할 인센티브가 생길 것입니다. 마지막으로, 해양오염은 국경을 가리지 않는 문제인 만큼, 국제협력(International Cooperation)을 통해 담수화 기술 표준, 해양 모니터링, 공동 연구개발 등을 추진하면, 전 지구적 해양 환경 보호에 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.