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엔지니어링 원천소재기술 경험 및 노하우가 키워드!

국민대학교 공과대학 건설시스템공학부 부교수 이상호
KOOKMIN UNIVERSITY College of Engineering School of Civil and Environmental Engineering Professor Sangho Lee


1. 막여과 정수산업의 현황과 전망은?
기존의 정수처리시스템은 보통 응집, 침전, 모래여과, 소독이라는 네 가지 공정으로 이뤄져 이었으나, 최근 막여과 기술을 정수처리공정에 도입하고 있다. ‘막’이라는 것은 여러 가지로 정의할 수 있겠지만, 특정 성분을 선택적으로 통과시키는 공법이라고 할 수 있다.
즉, 막 소재나 막 특징 등을 고려해 제거하고자 하는 물질들을 다양하게 선택할 수 있다. 이전의 급속여과방식이 단순하고 정형화되어 있었다면, 막여과는 사용자의 수요에 맞춰 다양한 방식으로 오염물질을 처리할 수 있다.
막의 종류는 다양하며, 재질에 의해서도 분류할 수 있고, 구조나 형태, 공정방식에 의해서도 분류가 가능하다. 정수처리의 막을 보면 정밀여과막(MF, Microfiltration)과 한외여과막(UF, Ultrafiltration)이 주로 사용되고 있고, 부유성 물질이나 병원성 물질을 주로 제거한다.
그 외의 일부에서는 미량유해물질이나 용존염을 제거하기 위해나노막(NF, Nanofiltration)이나 역삼투막(RO, Reverse Osmosis) 등을 사용하기도 한다.
막여과의 특징은 여러 가지가 있지만, 무엇보다 부유성 물질과 병원성 미생물의 탁월한 제거기능을 가지고 있고, 그에 따라 화학적 처리가 감소하기 때문에 응집제 소독제의 사용을 저감시키는 특징이 있다.
시설의 효율측면에서는 설치부지를 축소시킬 수 있고 처리수질을 고급화하며, 유지관리를 단순화할 수 있다. 또 다른 중요한 측면 중에 하나는 수동운전에 의존하던 기존의 정수처리 공정을 자동화하여, 우리가 원하는 수질의 물을 원하는 방식으로 원하는 시간에 만들 수 있는 맞춤형 운전이 가능하다는 것이다.
또한 막여과 기술은 다른 기존의 수처리 공정과 결합하여 다양한 방식으로 시스템을 구성할 수 있다. 막여과 정수처리 설비분야의 세계시장은 2007년 12억 달러에 불과했으나 향후 10년간 연 평균 21%의 빠른 속도로 성장하여 2016년에는 약 83억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망되고 있다(GWI, Global Water Market, 2007).
이에 따라서 전체 정수처리 분야 중에서 막여과 정수처리 분야의 시장비율도 2007년에 5%에 불과한 것이 2016년에는 17% 이상으로 성장할 것이 전망되고 있다. 막여과 정수처리 설비시장을 세분해 보면, 막모듈 관련시장이 전체의 20%를 차지하고 있으며, 엔지니어링 분야가 44%, 스키드와 펌프 등의 장치관련 분야가 18%를 차지하고 있다.
따라서 막 제조분야 외에도 엔지니어링과 장치 분야 등이 막여과 정수처리 시장의 성장과 함께 중요하게 부각될 것으로 전망된다. 또한 막여과 정수처리 설비시장과 함께 시설의 운영 및 유지관리와 관련된 시장도 같이 성장할 것이 예상되고 있다.

2. 조선, 해양산업의 막여과 정수산업의 중요성은?
막여과 정수처리 기술은 조선, 해양분야와 밀접한 관계가 있다. 최근에는 선박평형수(Ballast water) 처리에 막여과 정수처리 기술을 응용하고자 하는 연구가 진행되고 있으며, 해수담수화 분야에서도 막여과 기술의 적용이 점차 확대되고 있다.
또한 해상플랜트 등에서도 용수공급이나 생산수(Produced water) 처리를 위하여 막여과 공정의 적용이 검토될 수 있다. 따라서 막여과 정수산업이 발전하게 되면 조선이나 해양산업 분야로 시장이 확대될 것이라 전망할 수 있다.

3. 국내 막여과 정수산업의 경쟁력은?
2000년 초반만 해도 국내 막 관련 업체들은 대체로 영세한 중소기업들이었으나, 중반부터 대기업들이 본격적으로 시장에 진입하기 시작했다. 특히 해수담수화 산업이 최근 부각됨에 따라 해수담수화를 중심으로 막 분야에 대한 관심이 높아지고 있다.
최근 국내에서는 막여과 기술개발과 관련해 2004년부터 ‘중대형 막분리 고도정수처리시스템 기술개발 및 상용화’ 사업을 실시했다. 이 사업을 통해 정수용 막모듈이 국산화되었고, 성공적인 모델을 바탕으로 후발업체에서 정수용 막모듈을 자체적으로 개발하는 움직임이 커졌다.
막여과 기술의 국내 수준은 외형적 기준으로는 이미 세계적인 수준에 도달한 것으로 추정된다. 국내에서 개발한 기술이 성능기술개발 목표를 만족시키고 있으며 상용운전이 가능한 수준이기 때문이다.
하지만 사실상 세계 최고가 되기 위해서는 엔지니어링 원천소재기술 경험 및 노하우 등이 모두 갖춰져야 하고, 이것이 앞으로의 중요한 기술개발 목표라고 할 수 있다.

4. 막여과 정수산업이 해외현황과 최근 기술개발방향은?
막여과 정수산업은 미국과 유럽 등 선진국에서 주로 시작되었다. 90년대에는 주로 소규모 정수장에 막여과 공정이 도입되었으나, 2000년대 이후에는 중대규모 정수장에 막여과 공정이 활발하게 도입되고 있으며 막모듈과 장치도 점차 대형화되는 추세이다.
정수용 분리막의 경우 상위 4개 회사(GE, Siemens, Asahi Kasei, Pentair)가 전세계시장의 약 70%를 점유하고 있는 것으로 보고되고 있다.
막여과 기술은 여러 가지 기술들이 복합적으로 결합되어 있는 기술의 집합체로, 소재기술부터 공정기술, 프로그램, 운영관리기술까지 종합적, 포괄적인 기술이라 정의할 수 있다.
먼저 소재 분야에서의 기술개발 방향으로는 기존의 막이 가지고 있는 내구성이나 내화학성을 강화하는 방향으로 기술개발이 진행되고 있으며, 이를 위하여 다양한 종류의 유·무기 재료들이 적용되고 있다.
공정기술 분야에서는 막의 오염을 억제하고 생산성을 향상시킬 수 있는 설계와 운전, 유지관리 기술이 개발되고 있는 추세이다. 또한 유가상승과 에너지 위기 등으로 인하여 막여과 공정에서도 에너지 효율성을 높이는 것이 중요해지고 있다.
이를 위해서 IT 융합과 첨단소재기술, 엔지니어링 측면에서의 시스템을 최적화하는 방향으로 기술이 개발되고 있다. 고투과성 막의 개발과 에너지 효율 향상으로 운영비를 절감하고, 에너지 실시간 관리를 통하여 비효율적으로 낭비되는 에너지를 절약하고 회수하는 연구가 현재 진행 중이다.

5. 국내 막여과 정수산업의 당면과제는?
전 세계적으로 막여과 고도정수처리는 기존 정수처리에 비해 빠른 속도로 시장이 성장하고 있다. 따라서 이에 대응하기 위해서는 막 소재와 모듈의 제조분야뿐만 아니라 엔지니어링 분야에서도 기술개발과 사업화 추진의 노력이 필요한 실정이다.
또한 향후 비용 경쟁뿐만 아니라 편리성 측면에서 경쟁이 있을 것이기 때문에 국내 업체들은 성능과 편리성의 경쟁에도 앞서기 위하여 부단히 노력해야 할 것으로 사료된다.

6. 국내 막여과 정수산업의 발전을 위한 육성방안이 있다면?
막여과 정수처리 공정은 기존 정수처리 공정의 한계를 극복하기 위한 방법으로서 최근 국내뿐 아니라 전 세계적으로 주목을 받고 있으며, 앞으로 지속적인 시설 도입의 확대가 예상되고 있다.
따라서 막여과 정수처리의 핵심기술을 개발하여 국내 막여과 기술을 발전시키고 나아가 해외시장에 진출하기 위한 기반을 마련하는 것이 필요한 시점이라고 판단된다.
한편, 국내 막여과 정수처리 시장이 성장하고 산업이 발전하기 위해서는 정부와 산학연 공동의 노력이 필요하다. 기술적인 측면에서 볼 때 아직까지 국내의 막여과 정수처리는 지속적인 연구개발이 필요한 분야이다.
특히 고성능의 정수용 막모듈 제조기술과 원수특성과 정수장 상황에 적합한 막여과 정수처리 공정 설계 및 운영기술은 중점적으로 개발해야 할 핵심기술이라고 할 수 있다. 또한 개발된 기술이 현장에 적용되고 조기에 사업화되는 것도 중요하다.
이를 위해서는 정부의 정책적인 지원이 필수적이며, 산업체의 사업화 노력과 학연의 기술개발 노력이 반드시 필요한 것으로 생각된다.

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