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문제 정의
- 본 연구에서는 해수담수화용 폴리아미드계 역삼투 분리막 모듈 내에 자체 설계한 미세기포 발생기를 발생에 따른 유기물 오염 세정 효율을 평가하였다.
제안 방법
- 5 ppm 농도로 제조하여 역삼투막(RO)을 오염시켰다. 무기물 오염은 세정이 원활하게 이루어지기 때문에 유기물 오염만 실험 실시하기로 했다.
- RO 공정으로 전환하여 각각 세정 효율을 판단한다. 물리/화학적 세정 후 투과수량(플럭스) 회복정도를 관찰하기 위해 세정 효율을 식 (1)과 같이 계산하여 화학 세정효율을 평가하였다.
- 미세기포의 약품역세 및 화학세정 조합이 세정 효율이 좋아 막여과 성능의 향상뿐만 아니라 저농도의 약품 사용으로 막 수명을 연장시켜 막여과 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다[8-9]. 본 연구는 미세기포를이용하여 평막 실험한 결과를 가지고 RO vessel 장치에 유기물 오염에 대한 가성소다와 micro-bubble를 이용한 세정 실험을 수행하였다. 유기물 오염을 세정 조건에 따라 flux를 비교하여 세정 효율 실험을 진행하였다.
- 세정 방법을 달리하여 세정 효율과 염 제거율, flux 개선효과를 알아보았다. 가성소다로만 세정할 때보다 가성소다와 micro-bubble로 사용한 세정 방법이 효과적으로 나타내었다.
- 미세기포 발생 장치는 자체적으로 압력 3 bar, 유량 6~9 m3/h으로 운전을 할 수 있는 장치를 설치하였다. 세정 시간 및 조건은 RO막 회사에서 제시하는 조건으로 실시하였으며, 화학세정으로 세정할 때 세정이 끝나고 DI Water의 pH, 도전율이 나올 때까지 순환을 시켜준다. DI Water는 공업용수를 사용하였다.
- SWRO module에 오염시키기 위해 해수와 같은 조건으로 Table 1과 같이 유기물 오염 약품과 무기물 오염 약품을 사용하였다. 유기물 오염에 사용된 약품들은 각각 4.5 ppm 농도로 제조하여 역삼투막(RO)을 오염시켰다. 무기물 오염은 세정이 원활하게 이루어지기 때문에 유기물 오염만 실험 실시하기로 했다.
- 본 연구는 미세기포를이용하여 평막 실험한 결과를 가지고 RO vessel 장치에 유기물 오염에 대한 가성소다와 micro-bubble를 이용한 세정 실험을 수행하였다. 유기물 오염을 세정 조건에 따라 flux를 비교하여 세정 효율 실험을 진행하였다.
- 세정 조건은 압력 3 bar 이하, 유량 6~9 m3/hr 정도의 펌프를 사용한다. 이때 미세기포 발생 장치는 용존 공기 부상법(DAF)을 응용해서 공기를 진공 또는 가압 후 압력차에 의한 수중의 과포화된 기포가 석출되는 방식을 선택하였다. 미세기포 발생 장치는 자체적으로 압력 3 bar, 유량 6~9 m3/h으로 운전을 할 수 있는 장치를 설치하였다.
대상 데이터
- SWRO module에 오염시키기 위해 해수와 같은 조건으로 Table 1과 같이 유기물 오염 약품과 무기물 오염 약품을 사용하였다. 유기물 오염에 사용된 약품들은 각각 4.
- 본 연구에 사용된 역삼투막은 8” Vessel 2set를 이루어졌으며, 폴리아미드계 역삼투 분리막(SWC4+, Composite PA, Nittodenko)으로 구성하였고, 모듈 내에 자체 설계한 미세기포 발생기(Micro-bubble Generator, (주)한국아쿠오시스)를 장착하였다.
성능/효과
- 4는 세정 후 Flux를 비교한 그림이다. DI Water로만 세정했을 시에는 Flux 회복률이 1.3% 증가하였고, 미세기포를 동시에 사용했을 시에는 Flux 회복률이 5.1% 증가하였다. DI Water+NaOH 세정액으로 사용했을 경우에 일반적인 Chemical CIP 효과로 11.
- 세정 방법을 달리하여 세정 효율과 염 제거율, flux 개선효과를 알아보았다. 가성소다로만 세정할 때보다 가성소다와 micro-bubble로 사용한 세정 방법이 효과적으로 나타내었다. 하지만 micro-bubble로만 세정할 경우 효과적이지 못하다.
- 가성소다로만 사용했을 때와 가성소다 + micro-bubble 사용은 초기 SWRO Flux에 가깝게 회복이 되어진 걸 확인할 수 있다. 세정 결과는 기존 가성소다 사용했을 때 대비해서 가성소다와 micro-bubble를 주입한 경우 비교하여 약 13% 이상 향상됨을 확인하였다. Flux 회복률은 가성소다와 micro-bubble 동시에 사용하였을 때 세정이 가장 좋은 효율이 보여진다.
후속연구
- 하지만 micro-bubble로만 세정할 경우 효과적이지 못하다. 가성소다를 저농도로 세정시간을 길게 했을 경우 어떠한 영향을 작용할 것인지와 동력없이 micro-bubble를 발생하는 Ventury를 이용하여 세정 효율과 경제성을 판단하는 추가 실험이 필요하다.
- 이는 막여과 공정의 경제성과 직결되므로 해결책이 필요하다. 막여과 공정의 적용으로 필연적으로 수반되는 지속적인 막오염 증가 문제를 해결하기 위한 물리/화학적 세정 기법 연구가 반드시 필요하다. 미세기포의 약품역세 및 화학세정 조합이 세정 효율이 좋아 막여과 성능의 향상뿐만 아니라 저농도의 약품 사용으로 막 수명을 연장시켜 막여과 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다[8-9].
- 세계 담수화 설비는 2010년 말 기준 6,000만 톤/일이 운영되고 있으며 향후 10년간 지속적으로 성장하여 확대될 것으로 전망되고 있다. 해수담수화 시장은 중동지역을 비롯하여 중국, 미국 및 인도 등을 중심으로 큰 성장을 보일 것으로 기대된다. 2015년에서 2020년까지 더욱 크게 확대되어 연평균 약 15% 대의 성장률을 이룰 것으로 전망(GWI, 2008)되고있으며, 이 중 역삼투(RO) 방식은 2005년 전체 담수화 시장의 48%를 점유하고 있으나 향후 2020년에는 71%까지 증가할 것으로 예상되고 있다[1].
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