[논문]막증류 공정의 전처리 공정으로서 천연 제올라이트 컬럼 적용

정성필; 정하윤; 윤택근; 이석헌

doi:10.11001/jksww.2016.30.3.279

[국내논문] 막증류 공정의 전처리 공정으로서 천연 제올라이트 컬럼 적용
Scalants removal from synthetic RO brine using natural zeolite 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.3, 2016년, pp.279 - 284

정성필 (한국과학기술연구원) , 정하윤 (한국과학기술연구원) , 윤택근 (한국과학기술연구원) , 이석헌 (한국과학기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Membrane distillation (MD) is the thermally driven water separation process based on the vapor pressure difference across the membrane. In order to increase the water recovery of the conventional RO process, the additional MD-PRO pocess was suggested. In this study, the syntheric RO brine was used as a feed solution of the MD process. Due to the high salinity of the RO brine, the MD membrane could be fouled by the scalants. In order to mitigate the scaling on the MD membrane surface, the pre-treatment process using the column filled by natural zeolite was applied. The roughing filter was installed between the pre-treatment process and MD system in order to prevent possible particulate fouling by the debries of the natural zeolite. Moreover, in order to enhance the CEC of the natural zeolite, the NaCl soaking was conducted. The flux and electronic conductivity were monitored under given experimental conditions. And the membrane morphology and the chemical compositions were analyzed by using the SEM-EDX.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 아직 상용화 초기 단계에 있는 막증류 기술의 전처리 기술로서, 비용 효율적으로 실공정적용이 가능할 것으로 기대되는 천연 제올라이트 소재를 이용하여 전처리 컬럼을 구성하는 연구를 수행하였다.

제안 방법

문헌에 따르면 천연 제올라이트의 양이온 교환 능력 (Cation exchange capacity, CEC)는 100-200 mg/100g 정도였으며 문헌의 특성과 CEC 및 원소구성이 비슷한 것으로 나타나, 제올라이트의 흡착 성능에 있어서는 큰 차이는 발생하지 않을 것으로 기대되었다. 천연 제올라이트의 흡착 성능을 보강하기 위하여 2 mol NaCl solution에 약 100시간 침지하여 충분한 이온 교환을 수행한 후, MD 막오염 제어에 효과가 있는지 확인해 보았다.
비용 효율적인 MD 전처리 공정을 개발하기 위하여 천연 제올라이트 기반의 전처리 공정을 제안하였다. 천연 제올라이트 기반의 전처리 공정의 안정적인 운영을 위하여 천연 제올라이트의 입자 제어가 필요하였으며, 1.

대상 데이터

입도 1-3 mm 크기의 국산 천연 제올라이트 (금농산업, 한국)를 구매하였으며, 제조사에서 제공한 상세 자료는 다음 Table 1과 같다. 문헌에 따르면 천연 제올라이트의 양이온 교환 능력 (Cation exchange capacity, CEC)는 100-200 mg/100g 정도였으며 문헌의 특성과 CEC 및 원소구성이 비슷한 것으로 나타나, 제올라이트의 흡착 성능에 있어서는 큰 차이는 발생하지 않을 것으로 기대되었다.

데이터처리

전처리 방법에 따른 효과를 확인하기 위하여 MD 농축후 SEM-EDX (XL-30, FEI, USA)를 이용하여 오염된 분리막의 표면 분석 및 이온을 측정하였다. 또한, 미국 USGS (U.
전처리 방법에 따른 효과를 확인하기 위하여 MD 농축후 SEM-EDX (XL-30, FEI, USA)를 이용하여 오염된 분리막의 표면 분석 및 이온을 측정하였다. 또한, 미국 USGS (U.S. Geological Survey)에서 제공하는 PHREEQC 프로그램을 이용하여 유입수 중 생성 가능한 scalant들의 포화 지수 (Saturation index, S.I.) 계산하였다.

성능/효과

비용 효율적인 MD 전처리 공정을 개발하기 위하여 천연 제올라이트 기반의 전처리 공정을 제안하였다. 천연 제올라이트 기반의 전처리 공정의 안정적인 운영을 위하여 천연 제올라이트의 입자 제어가 필요하였으며, 1.2 μm 공극을 갖는 roughing filter로 제어가 가능하였다. 또한, 천연 제올라이트의 성능 향상을 위하여 NaCl 용액에 침지하는 방법을 적용하였으며, 처리된 천연 제올라이트를 적용하는 경우 인공 해수 농축수를 이용한 MD 공정의 막오염을 지연할 수 있는 것으로 판단된다.
2 μm 공극을 갖는 roughing filter로 제어가 가능하였다. 또한, 천연 제올라이트의 성능 향상을 위하여 NaCl 용액에 침지하는 방법을 적용하였으며, 처리된 천연 제올라이트를 적용하는 경우 인공 해수 농축수를 이용한 MD 공정의 막오염을 지연할 수 있는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	막증류 공정은 무엇인가?	막증류 공정은 따뜻한 유체와 차가운 유체가 소수성 분리막을 사이두고 배치될 때, 따뜻한 유체에서 발생한 증기가 소수성 분리막의 공극을 기체로 통과하고 차가운 유체에서 냉각되어 이동하는 원리를 이용하는 공정이다. 증발 가능한 유체만을 이동시키기 때문에, 비휘발성 오염물질을 이론적으로 100% 제어 가능하며, 유입수 필요 온도 (60˚C 이하 가능)가 기존 증발법 담수화 공정에 비해 낮기 때문에, 폐열 또는 태양열과 같은 신재생 에너지의 적용이 가능하다는 장점이 있다 (Drioli et al.
	막증류 공정에서 비휘발성 오염물질을 이론적으로 100% 제어 가능한 이유는 무엇인가?	막증류 공정은 따뜻한 유체와 차가운 유체가 소수성 분리막을 사이두고 배치될 때, 따뜻한 유체에서 발생한 증기가 소수성 분리막의 공극을 기체로 통과하고 차가운 유체에서 냉각되어 이동하는 원리를 이용하는 공정이다. 증발 가능한 유체만을 이동시키기 때문에, 비휘발성 오염물질을 이론적으로 100% 제어 가능하며, 유입수 필요 온도 (60˚C 이하 가능)가 기존 증발법 담수화 공정에 비해 낮기 때문에, 폐열 또는 태양열과 같은 신재생 에너지의 적용이 가능하다는 장점이 있다 (Drioli et al., 2015, Alkhudhiri et al.
	현재 상용화된 해수담수화으로 공정은 무엇이 있는가?	5% 이하를 차지하는 한정된 자원이기 때문에, 지하수 및 해수를 수자원으로 활용하고자 하는 노력이 요구되고 있다. 현재 상용화된 해수담수화으로 공정에는 역삼투법 (Reverse osmosis, RO)과 증발법이 있으며, 정삼투 (Forward osmosis, FO)와 막증류 (Membrane distillation, MD)와 같은 저에너지형 또는 저비용 담수화 기술의 개발이 전 세계적으로 진행 중에 있다 (Elimelechand Phillip, 2011, McGovern and Lienhard, 2014, Drioli et al., 2015, Alkhudhiri et al.

참고문헌 (13)

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