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문제 정의
- 이러한 NOAM] 의한 파울링은 처리수량 감소, 막 손상 등의 문제 외에 미량오염물질 (Micro-pollutants) 의 제거 기작에 영향을 미치므로 N0M과 미 량오염물질 특성과의 상관관계 연구가 막분리 공정의 효율향상에 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 막분리 공정에서 NOM에 의한 파울링과 미량오염물질 제거와의 관계를 분석함으로써 N0M/미량오염물질 제거 기작을 규명하고자 한다. (김 , 1995; Cho et al.
- 본 실험은 RO 및 NF막에서의 NOM에 의한 파울링과 이 파울링이 미량오염물질의 제거 기작에 미치는 영향을 알아보는 것으로 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
- N0M에 의한 막의 파울링이 미량오염물질의 제거에 미치는 영향을 알아보기 위해 1차 증류수에 선택된 미 량오염 물질을 각각 spil而g한 후 humic acid에 의해 파울링 된 막과 새막에서 각각 운전을 수행하여 그 제거율을 비교해 보았다(Table 4). 먼저 새 막으로 운전했을 경우 RO막에서 아트라진 97.
- 01mg/l, LN l.Omg/1 로각각 먹는물 수질기준 또는 미국 WHO 권장기준의 2배 정도의 농도로 조제하여 실험을 수행하였다.
- UV奶 흡광도는 일본-JASCO사의 UV- spectrometer를 이용하여 측정하였고, DOC 농도는 미국-KEX사의 DC-180TOC Analyzer를 사용하여 분석하였다. 또한 새 막과 파울링 된 막표면의 특성을 비 교 분석 하기 위해 Nicolet Magna-560 FTIRSpectrometer를 이용하여 FTIR 스펙트럼을 얻었고, Hitachi사의 전자현미경 모델 S55OO-N을 사용하여 SEM 사진을 찍었다.
- UV奶 흡광도는 일본-JASCO사의 UV- spectrometer를 이용하여 측정하였고, DOC 농도는 미국-KEX사의 DC-180TOC Analyzer를 사용하여 분석하였다. 또한 새 막과 파울링 된 막표면의 특성을 비 교 분석 하기 위해 Nicolet Magna-560 FTIRSpectrometer를 이용하여 FTIR 스펙트럼을 얻었고, Hitachi사의 전자현미경 모델 S55OO-N을 사용하여 SEM 사진을 찍었다. 실험에 사용된 미량오염물질은 환경 호르몬의 EPA 분류 중 확정된(known) 영역에서 아트라진과 린데인을.
- 막 파울링이 진행되는 것을 알아보기 위해 운전 기간 동안의 처리수량, 처리수의 DOC, UV254 변화를 측정하였다. UV奶 흡광도는 일본-JASCO사의 UV- spectrometer를 이용하여 측정하였고, DOC 농도는 미국-KEX사의 DC-180TOC Analyzer를 사용하여 분석하였다.
- 본 실험은 RO 및 NF막에서 NOM에 의한 파울링특성과 미량오염물질의 제거 정도를 알아보고자 humic acid 2mg/l 농도로 조제 한 원수로 각각의 막에서 323시간 운전하여 막을 파울링 시킨 후 그 특성을 분석하였고, 파울링 된 막과 새 막으로 1차 증류수에 선택된 미량오염물질을 조제한 후 운전하여 그 제거 정도를 알아보았다. 이때 압력은 RO막 최대 4bar, NF막 최대 7bar를 유지하였다.
- 제조한 물질이다. 이 humic acid를 탈염소된 수돗물에 2mg/l로 조제하여 막의 파울링을 위한 원수로 사용하였고 제거율 비교를 위한 실험에서는 1차 증류수를 사용하여 실험을 수행하였다.
- 측정된 DOC 농도를 기초로 막 모듈 내에 축적되는 탄소의 양을 물질수지로 구해보았다(Table3). 원수, 처리수 및 농축수의 DOC 농도를 기초로 탄소에 대한 물질수지를 구해본 결과 RO막에서는 축적량이 690.
대상 데이터
- 실험에 사용된 미량오염물질은 환경 호르몬의 EPA 분류 중 확정된(known) 영역에서 아트라진과 린데인을. 가능성 있는(probable) 영역에서 파라치온, 카드뮴, 납을 선택하였고, 상수 원수 중 존재 가능성이 높은 미량오염물질로 페놀과 LAS 를 선택하였다. 선택된 각 오염물질의 농도는 아트라진, 린데인 0.
- 본 연구에서는 자연유기물질의 대표적 물질로써 Aldrich 사의 humic acid를 사용하였다. 실험에 사용한 humic acid의 분자량은 2,000-500, 000 범위를 가지며, 그 구성 성분은 polysaccharide, protein, simple phenol, chelated metal ions 등이 며 crude ligniteg.
- 실험에 사용된 막은 (주)새한의 polyamide로 만들어진 나권형 모듈이며, 막 표면은 (-)전하를 띄고 있고, 유효 막면적 0.44612(= 4.8), 분획 분자량은 NF막은 200 정도, RO막은 100 정도이다. 250(= recovery 10—20%, feed TDS 250ppm, 60psig, 60gpd 에서 막의 condition test 결과 RO막은 96%, NF막은 93%로 나타났다.
- 또한 새 막과 파울링 된 막표면의 특성을 비 교 분석 하기 위해 Nicolet Magna-560 FTIRSpectrometer를 이용하여 FTIR 스펙트럼을 얻었고, Hitachi사의 전자현미경 모델 S55OO-N을 사용하여 SEM 사진을 찍었다. 실험에 사용된 미량오염물질은 환경 호르몬의 EPA 분류 중 확정된(known) 영역에서 아트라진과 린데인을. 가능성 있는(probable) 영역에서 파라치온, 카드뮴, 납을 선택하였고, 상수 원수 중 존재 가능성이 높은 미량오염물질로 페놀과 LAS 를 선택하였다.
이론/모형
- 아트라진. 린데인, 파라치온의 분석은 Standard Method「6630 B. Liquid-Liquid Extraction Gas Chromatograph Method 1」에 준하여 전처리 한 후 HP 5890 GC/HP 5972 MS로 분석 하였고, ICP/MSD (ELAN 6000)< 이용하여 카드뮴과 납을 분석하였다.
성능/효과
- 1) Humic acid 2mg/l 하에서 323시간 운전 후 RO막 88%, NF막 34.8%의 플럭스 감소를 보였고 운전초기 (120시간 이내)에 플럭스의 감소가 급격하게 이루어지는 것으로 나타났다.
- 2) 파울링 전후의 막 표면을 ATR-FTIR 스펙트럼과 SEM 사진으로 관찰해본 결과 막 표면에 쌓인 humic acid에 의해 기존의 막 표면이 전혀 다른 특성을 갖게 되었음을 알 수 있었고 또, 이것이 처리 수량의 감소, UV2S4, DOC, 미량오염물질의 제거율에 영향을 끼친 주요 원인이라는 것을 확인할 수 있었다.
- 8), 분획 분자량은 NF막은 200 정도, RO막은 100 정도이다. 250(= recovery 10—20%, feed TDS 250ppm, 60psig, 60gpd 에서 막의 condition test 결과 RO막은 96%, NF막은 93%로 나타났다.
- 는 난분해성 유기물의 동향을 파악할 수 있는 간접지표이다. 323시간 운전 후 UV2S4Abs.5] RO막 평균 제거율은 87.4%, NF막은 78.5%로 나타났다.
- 경우 페놀은 RO막에서 66%. NF막에서 48 %의 제거율을 보였고, LAS는 RO, NF막에서 모두 100% 제거율을 보였다. 그러나 파울링 된 막을 사용한 경우에 페놀은 RO막에서 28%, NF막에서 13%의 제거율을 보여 , 새 막에 비해 제거율이 RO막은 66% 에서 28%로 38% 감소하였고, NF막은 48%에서 13%로 35% 감소하였다.
- 따라서 막의 파울링은 운전 초기에 대부분 발생함을 알 수 있었다. RO막에서의 처리수량 감소율은 88%(190ml/min 20ml/min), NF막 에서 는 34.8% (230ml/min 150ml/min)를 보였고, RO막의 평균 처리유량은 47.34ml/min, NF막은 162.8ml/tnin로 나타났다.
- 3은 DOC변화를 나타냈다. RO막의 DOC 제거율은 평균 42.7%, NF막 제거율은 32.9%를 나타냈다. DOC의 RO, NF막 제거율 차이가 9.
- 4에 나타낸 UV/DOC 비는 원수에 포함되어있는 유기물의 친수성 정도를 간접적으로 나타낼 수 있다. UV254/DOC값이 클수록 상대적으로 소수성이 큰 것으로 보는데 , 이 경우의 UV25/DOC는 6.8로 소수성이 비교적 크게 나타났다. 따라서 실험에 사용된 막의 표면이 polyamide 코팅처리가 되어 있어 소수성을 띄므로 Fig.
- 8%, 린데인 98%, 파라치온 100%의 제거율을 보여 모두 95% 이상의 양호한 제거율 올 보였다. 그러나 humic add에 의해 파울링 된 막에서는 RO막의 경우 아트라진 62%, 린데인 87%, 파라치온 90.3%의 제거율을 보여, 각각의 제거율이 35.2%, 13%, 5.5% 감소하였음을 볼 수 있었고, 특히 아트라진의 제거율 감소가 상대적으로 크게 나타났음을 알 수 있었다. 또, 파울링 된 NF막에서는 아트라진 52%, 린데인 87.
- 그러나 카드뮴의 경우는 납과는 다르게 새 RO막에서 제거율이 85.9%이었고 파울링 된 막에서 98.9%로 오히려 파울링 된 막으로 처리하였을 경우 제거율이 10% 이상 높다는 결과가 나왔다. 이처럼 파울링 된 막에서의 카드뮴의 제거율이 더 높은 이유는 카드뮴이 파울링 된 막의 cake 층과 complex 등을 형성하여 그 제거율이 상승하는 것으로 예상되며, 막에서의 오염물질 제거는 막의 파울링 뿐만 아니라 막의 표면 전하나 표면 거칠기 둥 다른 인자의 영향도 함께 받으므로 이러한 특성들을 고려한 추가 연구가 필요하다고 하겠다.
- NF막에서 48 %의 제거율을 보였고, LAS는 RO, NF막에서 모두 100% 제거율을 보였다. 그러나 파울링 된 막을 사용한 경우에 페놀은 RO막에서 28%, NF막에서 13%의 제거율을 보여 , 새 막에 비해 제거율이 RO막은 66% 에서 28%로 38% 감소하였고, NF막은 48%에서 13%로 35% 감소하였다. 이와 같이 페놀의 제거율이다소 떨어지는 이유는 페놀의 분자량(GHsOH-94) 이 실험에 사용된 RO막과 NF막의 분획분자량(RO: 100, NF: 200 정도)보다 작기 때문에 페놀 분자가 제거되지 않고 막을 빠져나가기 때문인 것으로 판단된다.
- 납은 RO, NF막 모두에서 새막에 비해 파울링 된 막이 근소하지만 약간 제거율이 낮음을 볼 수 있었으며, 새 RO막으로 처리하였을 때 95.3 %의 제거율을 보였고 파울링 된 막에서는 92.5%로 모두 90% 이상의 좋은 제거율을 나타냈으며 NF막에서도 역시 90% 이상의 제거효율을 보였다.
- 5% 감소하였음을 볼 수 있었고, 특히 아트라진의 제거율 감소가 상대적으로 크게 나타났음을 알 수 있었다. 또, 파울링 된 NF막에서는 아트라진 52%, 린데인 87.6%, 파라치온 82%의 제거율을 보여, 새막에 비해 각각 43.8%, 10.4%, 18%의 제거율 감소가 일어났으며 NF막에서도 RO막과 비슷하게 아트라진의 제거율 감소가 43.8%로 가장 크게 나타났다.
- 제거율을 비교해 보았다(Table 4). 먼저 새 막으로 운전했을 경우 RO막에서 아트라진 97.2%, 린데 인 100%, 파라치온 100%의 제거율을 보였고, NF 막에서는 아트라진 95.8%, 린데인 98%, 파라치온 100%의 제거율을 보여 모두 95% 이상의 양호한 제거율 올 보였다. 그러나 humic add에 의해 파울링 된 막에서는 RO막의 경우 아트라진 62%, 린데인 87%, 파라치온 90.
- 원수, 처리수 및 농축수의 DOC 농도를 기초로 탄소에 대한 물질수지를 구해본 결과 RO막에서는 축적량이 690.2mgC로 35.5%의 막 모듈내 축적 률을 보였고 NF 막은 축적량이 1632.9mgC로 33.1%의 축적률을 보였다. 이는 원수에 포함되어 있는 humic acid의 상당 부분이 막모듈 내에 축적되었고, 이것이 Fig.
- 파라치온. 페놀은 정도의 차이는 있었으나 새 막에 비해 제거율이 대체적으로 감소하였고, 특히 아트라진의 경우 제거율 감소가 RO막에서는 35.2%, NF 막에서는 43.8%로 상대적으로 큰 값을 보였다.
후속연구
- 따라서 효과적인 전처리를 통해 원수 중의 NOM을 제어한다면 막을 이용한 수처리의 경제성을향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 9%로 오히려 파울링 된 막으로 처리하였을 경우 제거율이 10% 이상 높다는 결과가 나왔다. 이처럼 파울링 된 막에서의 카드뮴의 제거율이 더 높은 이유는 카드뮴이 파울링 된 막의 cake 층과 complex 등을 형성하여 그 제거율이 상승하는 것으로 예상되며, 막에서의 오염물질 제거는 막의 파울링 뿐만 아니라 막의 표면 전하나 표면 거칠기 둥 다른 인자의 영향도 함께 받으므로 이러한 특성들을 고려한 추가 연구가 필요하다고 하겠다.
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