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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 유기물의 성상에 따른 RO막의 운전 특성을 평가하고, pH 와 2가양이온의 농도 등의 원수의 화학 특성에 따른 유기 막오염에 대한 경향에 대해 연구를 하고자 한다.
- (SA) 제품을 사용하여 조제하였다. 또한 기수 조건인 TDS 2, 000mg/L로 조제하여 투과성능을 비교하고자하였다. HA는 일정농도를 3차 증류수에 녹인 후 0.
제안 방법
- 그리고 해수에서처리수를 생산하기 위해서 펌프는 해수에서 부식되지 않는재질의 고압펌프를 사용하였고 모든 관은 부식을 막기 위해 SUS-316 재질로 구성하였다. SEPA Cell로 유입 직전에 relief valve를 설치하고 by pass line을 만들어 장시간 운전 시에도 정압 운전이 가능하도록 하였다. 농축라인은 다시 원수조로 들어가도록 하였으며 처리수도 원수조로 순환하는 것이 가능하도록 밸브를 설치하였다.
- 45 um필터로 여과하여 사용하였다. 또한 2가양이온으로 인한 유기 막오염의 심화에 대한 실험을 위해 CaSO4 를 이용하여 Ca2+와 HA, SA를 혼합하여 사용하였다. 또한 원수의 pH 에 따른 유기 막오염을 파 악하기 위해, HCl과 NaOH를 이용해 pH 4, 7, 10으로 조정하였다.
- 또한 2가양이온으로 인한 유기 막오염의 심화에 대한 실험을 위해 CaSO4 를 이용하여 Ca2+와 HA, SA를 혼합하여 사용하였다. 또한 원수의 pH 에 따른 유기 막오염을 파 악하기 위해, HCl과 NaOH를 이용해 pH 4, 7, 10으로 조정하였다.
- 막표면 특성에 따른 유기 막오염이 어떻게 나타나는지를알아보기 위해 막 표면분석과 유기물 HA, SA를 이용하여유기 막오염 실험을 수행하였다.
- 존재 유.무에 따른 유기물 성상에 대한 RO막의 투과성능 등의 운전특성 및 RO막 표면 특성을 평가하였다. 1.
- 본 연구에 사용된 RO막 실험 장치는 Fig. 1에서와 같이연속식 lab-scale SEPA CFn (G사)과 고압펌프를 사용하여 cross-flow 방식으로 구성하였다. 그리고 해수에서처리수를 생산하기 위해서 펌프는 해수에서 부식되지 않는재질의 고압펌프를 사용하였고 모든 관은 부식을 막기 위해 SUS-316 재질로 구성하였다.
- 유기물은 HA와 SA를 사용하였고 pH 4, 7, 10으로 조정하였다. 그리고 사용된 막은 초기 zeta potential이 가장 높고 FDR이 가장 큰 B 막과 zeta potential 가장 작고 FDR이가장 낮은 C막을 사용하였다.
- 해수조건 원수의 화학적 성질에 따라 유기 막오염의 특성을 알아보기 위해 2가양이온의 변화에 따른 플럭스의 변화를 살펴보았다.
- 해수조건 원수의 화학적 성질에 따라 유기 막오염의 특성을 알아보기 위해 pH 변화에 따른 플럭스의 변화를 살펴보았다.
대상 데이터
- 그리고 사용된 막은 초기 zeta potential이 가장 높고 FDR이 가장 큰 B 막과 zeta potential 가장 작고 FDR이가장 낮은 C막을 사용하였다. Fig.
- 1에서와 같이연속식 lab-scale SEPA CFn (G사)과 고압펌프를 사용하여 cross-flow 방식으로 구성하였다. 그리고 해수에서처리수를 생산하기 위해서 펌프는 해수에서 부식되지 않는재질의 고압펌프를 사용하였고 모든 관은 부식을 막기 위해 SUS-316 재질로 구성하였다. SEPA Cell로 유입 직전에 relief valve를 설치하고 by pass line을 만들어 장시간 운전 시에도 정압 운전이 가능하도록 하였다.
- 본 연구에서는 세계 RO막 시장의 70% 이상을 점유하고있는 국내 ■ 외 polyamide (PA) 해수용 RO막(SSWRO 을대상으로 연속식 lab-scale RO 실험 장치에서 사용하기위해 상용 8 inch 나권형(spiral wound type) 모듈을 분해하여 평막형 (sheet type) 형태로 막을 잘라서 사용하였고자세한 막사양은 Table 1과 같다. RO막의 보관은 4개막모두 PA 재질로 Cl- 에 약하고, 미생물의 번식에 취약하기때문에 보관 기간 동안 프로필렌글리콜 20% 와 Sodium bi-sulfate (SBS) 1%를 혼합하여 만든 보존액에 넣어 냉장 보관하였다.
- 실험에 사용된 원수는 인공해수로 해수조건을 모사하기위해서 고품질의 S사의 sea salt를 사용하여 표준해수의 total dissolved solids (TDS) 인 35, 000mg/L으로 맞추고유기 막오염원은 S사의 humic acid (HA)와 sodium alginate (SA) 제품을 사용하여 조제하였다. 또한 기수 조건인 TDS 2, 000mg/L로 조제하여 투과성능을 비교하고자하였다.
성능/효과
- 2. Roughness, contact angle, zeta potential의 RO막 표면 분석 결과와 FDR의 상관관계를 비교해 본 결과, B 막이 roughness와 contact angle이 다른 3종의 RO막에 비해 큰값을 가지고 zeta potential이 상대적으로 높아서 FDR이 높은 것을 알 수 있다. 이는 유기물이 해리되면 음전하를 가진산성작용기가 되기 때문에 표면전하가 음일수록 척력이 작용하여 오염이 덜 되기 때문으로 판단되고, contact angle과 FDR의 관계에서는 소수성 경향의 막과 소수성 유기물 사이의 hydrophobic interaction 때문에 친수성 유기물인 SA보다 소수성 유기물인 HA의 FDR이 높다고 판단된다.
- 3. pH 가 높을수록 플럭스가 향상되는 경향을 보였다. 이는 pH 가 높을수록 막표면의 zeta potential이 음을 띄고 유기물의 functional group이 해리되어 유기물의 전하도 음의 경향을 띄기 때문으로 판단된다.
- 4. HA와 SA 모두 Ca2+ 농도가 증가할수록 막오염이 가중되었다. 또한 HA 보다는 SA가 Ca2+에 의해 막오염에 더큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- Fig. 3에서와 같이 HA와 SA를 오염원으로 하여 운전한결과 A막은 flux decline rate (FDR) 이 HA일 때 38.8%, SA일 때 40.2%, B 막은 FDR이 HA일 때 44.1%, SA일 때 44.6%, C막은 FDR이 HA일 때 32.4%, SA일 때 30.8%, D막은 FDR이 HA일 때 38.6%, SA일 때 44%로 측정되었다. 특히, b 막의 경우에는 Table 1에서와 같이 고플 럭스 의제 원을 갖고 있지만, 다른 막에 비해 유기 막오염에 쉽게 일어나 내오염성이 취약한 것으로 나타내고 있는데 이는 윤성로 등(2004)의 연구에서 RO막의 제조 시 막표면적을 높이기 위해 roughness를 크게 했다는 결과로 볼 때, 초기 RO막 선정 시 막 제원에 맹신하는 것은 바람직하지 않을 수 있다는 점을 시사해준다.
- 기수조건 (TDS 2, 000mg/L) 및 해수조건 (TDS 35, 000mg/L)의 RO막의 기초 성능을 실험한 결과, 운전초기 B 막이 다른 RO막에 비해 월등하게 높은 투과성능을 나타내었다. HA와 SA를 오염원으로 하여 운전한 결과, B 막이 다른 3종의 RO막에 비해 유기 막오염에 취약한 것으로보이고, C막은 유기 막오염이 상대적으로 덜 일어나는 나타났다. 이 결과로 B 막은 고 투과성 막이지만 내오염성이 낮은 편이고, C막은 내오염성이 강한 막이라 판단된다.
- SWRO막의 성능을 시험하기 위한 플럭스를 측정한 결과 Fig. 2에서와 같이 기수조건(TDS 2, 000mg/L)과 해수조건(TDS 35, 000mg/L) 모두 B 막이 다른 RO막에 비해 월등하게 높은 투과성능을 나타내었다. 또한 TDS 가 높을 때, 즉 이온강도가 높은 해수조건에서 4개 제조사 모두 기수조건보다 약 2.
- 1. 기수조건 (TDS 2, 000mg/L) 및 해수조건 (TDS 35, 000mg/L)의 RO막의 기초 성능을 실험한 결과, 운전초기 B 막이 다른 RO막에 비해 월등하게 높은 투과성능을 나타내었다. HA와 SA를 오염원으로 하여 운전한 결과, B 막이 다른 3종의 RO막에 비해 유기 막오염에 취약한 것으로보이고, C막은 유기 막오염이 상대적으로 덜 일어나는 나타났다.
- HA와 SA 모두 Ca2+ 농도가 증가할수록 막오염이 가중되었다. 또한 HA 보다는 SA가 Ca2+에 의해 막오염에 더큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 SA가 HA에 비해친수성 고분자 물질이기 때문에 RO막 표면과 유기물 사이의 “hydrophobic interaction” 이 적고 HA보다 낮은 carboxylic acidity를 가지고 있기 때문에 전기적 반발력이낮아서 HA보다 막오염이 높게 나타난 것으로 판단된다.
- 2에서와 같이 기수조건(TDS 2, 000mg/L)과 해수조건(TDS 35, 000mg/L) 모두 B 막이 다른 RO막에 비해 월등하게 높은 투과성능을 나타내었다. 또한 TDS 가 높을 때, 즉 이온강도가 높은 해수조건에서 4개 제조사 모두 기수조건보다 약 2.5 배 정도 낮은 투과성능을 나타내었다.
- 한편, C막의 경우는 B 막에 비해 초기 투과유량은 높지않으나 유기 막오염이 상대적으로 덜 일어나는 것으로 내오염성에 갖고 있는 것으로 나타났다. C막의 경우는 운전시간에 따른 플럭스 감소가 적어서 일정시간이 지나면 A막보다더 높은 투과유량을 보였고, 더 긴 운전시간이 경과한다면 B 막보다 더 높은 투과유량을 나타낼 것으로 예상된다.
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