스페인의 해수 담수화 시설들이 용존 CO₂ 센서를 설치하는 이유는 무엇일까요?

역삼투압 방식은 염분을 제거할 뿐만 아니라 다른 모든 불순물도 제거합니다. 역삼투압 멤브레인을 통과한 물은 화학적으로 부식성이 강합니다. pH가 낮고 경도와 알칼리도가 거의 0에 가깝고, 납땜 접합부에서 납을 용출시키고 배수관의 시멘트 라이닝을 녹일 수 있는 부식성을 가지고 있습니다. 스페인의 지중해 연안 시스템에서는 담수화된 물이 해안 담수화 시설에서 노후화된 배관망을 통해 내륙 도시로 공급되는데, 이러한 부식성은 이론적인 문제가 아닙니다. 담수화 배관망에서 발생하는 파손으로 인한 유지 보수 비용이 기존 상수도망보다 훨씬 더 많이 드는 이유가 바로 여기에 있습니다.

공학적 해결책은 재광물화입니다. 생산수에 용해된 CO₂를 주입하여 pH를 낮춘 다음, 석회석 접촉기를 통과시켜 CO₂가 탄산칼슘과 반응하여 칼슘과 중탄산염을 물에 용해시킵니다. 그 결과 경도와 알칼리도가 조절된 물, 즉 배관 벽의 부식이나 스케일 형성을 방지하는 안정적인 랑겔리에 포화 지수를 가진 물을 얻을 수 있습니다.

이산화탄소 투입량은 모든 것을 좌우합니다. 이산화탄소가 너무 적으면 석회석에서 칼슘이 충분히 용해되지 않아 물이 부식성을 띠게 됩니다. 반대로 이산화탄소가 너무 많으면 과잉 가스가 접촉기를 통과하여 배수 시스템으로 유입되고, 수돗물의 pH를 낮춰 스페인의 식수 기준인 2003년 왕령 140호(최대 이산화탄소 농도 500mg/L)를 위반하게 됩니다. 용존 이산화탄소 센서는 투입 펌프가 명령하는 투입량이 아닌, 실제로 공정에 투입되는 이산화탄소량을 측정하는 유일한 장비입니다.

센서

혼데 용존 CO₂ 센서는 세버링하우스형 막 전극을 사용합니다. CO₂는 공정수에서 기체 투과성 막을 통해 내부 완충 용액으로 확산되어 pH 변화를 일으키고, 이 pH 변화를 전극이 농도로 변환합니다. 이 측정은 용존 CO₂에만 특이적이며, 중탄산염, 탄산염 또는 기타 용존 물질에는 반응하지 않습니다.

자동 온도 보정은 스페인 지중해 담수화에 있어 매우 중요한 사양입니다. 생산수의 온도는 겨울철 16°C에서 여름철 28°C까지 변동하는데, 이 12°C의 온도 변화는 보정되지 않은 용존 CO₂ 측정값에 12~15%의 오차를 발생시킵니다. 스페인의 식수 규정은 CO₂ 농도를 주변 온도와 동일한 배수 지점에서 측정하도록 요구합니다. 20°C에서 보정된 센서가 여름철 생산수의 28°C를 측정할 경우 CO₂ 함량을 약 15% 과대평가하게 되는데, 이는 일반적인 투입 설비에서 잘못된 고농도 경보를 발생시키기에 충분합니다. 온도 보정 기능은 이러한 계절적 변동을 제거해 줍니다.

후처리 공정 구성

스페인의 해수 역삼투압(SWRO) 설비에는 용존 CO₂ 센서가 두 개의 측정 지점에 설치되어 있습니다.

솔루션 아키텍처

현장 결과: 스페인 무르시아 지중해 연안 해수 역삼투압(SWRO) 플랜트, 2026년

스페인 무르시아에 위치한 18만 명의 도시 소비자에게 물을 공급하는 해수 역삼투압(SWRO) 플랜트는 2026년 1월, 두 측정 지점 모두에 혼데(Honde) 용존 CO₂ 센서를 설치하여, 교대 근무당 두 번씩 수동으로 시료를 채취하여 CO₂를 측정하던 기존 방식을 대체했습니다.

• 2025년에 기록된 7건의 정수 처리수 이산화탄소 기준치 초과 사례(각각 스페인 보건부에 보고해야 하는 규제 대상 사건)는 계측 장비 가동 첫 7개월 동안 0건으로 줄었습니다. 경보 중계 시스템이 450mg/L 기준치에 근접한 세 차례의 초과 징후를 감지하여 교대 근무 감독자에게 알렸고, 감독자는 정수 처리 지점에 영향을 미치기 전에 이산화탄소 투입량을 조정했습니다.
• 2025년에 발생한 9건의 투입 펌프 고장은 펌프의 제어 신호가 "작동 중"으로 표시되는 동안 밸브 고착으로 인해 CO₂ 공급이 차단되어 2시간 이상 감지되지 않고 샘플 검사를 통해 확인되었습니다. 2026년 시즌에는 투입구에 설치된 인라인 센서가 고장 발생 후 2분 이내에 모든 동일한 고장을 감지하여 즉시 릴레이 경보를 작동시켰습니다.
• CO₂ 투입 비용이 13% 감소했습니다. 인라인 피드백 루프를 통해 공장은 투입구에서 투입 설정값을 280mg/L에서 240mg/L로 낮출 수 있었고, 이를 통해 2교대 근무 시 채취하는 시료의 불확실성을 보정하기 위해 존재했던 안전 마진을 없앨 수 있었습니다.
• 수동 CO₂ 분석 건수가 월 720건에서 72건으로 감소했습니다. 인라인 센서가 지속적인 규정 준수 모니터링을 처리하고, 월별 채취 샘플은 검증 감사 추적 자료를 제공합니다.

선진 담수화 및 수처리 시장의 수요 지도

재광물화 제어를 위한 용존 CO₂ 센서는 도시 규모의 해수 역삼투압(SWRO) 담수화 시설을 운영하는 모든 국가에서 공통적으로 요구되는 사양입니다. 세계 최대 규모의 SWRO 시설인 이스라엘의 소렉(Sorek)과 하데라(Hadera) 담수화 플랜트는 석회석 접촉기에서 용존 CO₂를 지속적으로 모니터링합니다. 호주의 퍼스 해수 담수화 플랜트(SWDP)와 시드니의 커넬(Kurnell) 시설은 규제 준수 계측 장비의 일부로 인라인 CO₂ 센서를 명시하고 있습니다. 2022~2025년 가뭄 이후 확장된 포르투갈의 알가르베(Algarve) 담수화 네트워크는 모든 접촉기 출구에서 CO₂ 모니터링을 요구합니다. 담수화를 통해 식수를 50% 이상 공급하는 키프로스와 몰타는 용존 CO₂ 센서를 배수 네트워크의 주요 규제 준수 계측 장비로 사용하고 있습니다. 각 플랜트는 동일한 센서 요구 사항을 충족합니다. 즉, 세버링하우스(Severinghaus) 멤브레인 전극, 자동 온도 보상, 그리고 RS485/MQTT 출력입니다. 이러한 사양은 수동 샘플링으로는 불가능한 투입 제어 루프를 완성합니다.