[국내논문]막 완결성 모니터링 신뢰성 향상을 위한 손상 유형별 막 손상 감도 평가 Evaluation of Membrane Damage Sensitivity by Defect Types for Improving Reliability of Membrane Integrity Monitoring원문보기
내염소성 원생동물인 크립토스포리디움, 지아디아 등 병원성 미생물의 제거에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 정수처리 공정에서 막여과 시스템이 각광받고 있으며, 이러한 신뢰성을 보증하기 위해 막 완결성에 대한 연구가 중요시되고 있다. 막 완결성 시험은 크게 직접법과 간접법으로 분류되는데, 직접법 중 압력기반의 시험은 버블포인트 이론을 근간으로 병원성 미생물의 최소 크기인 $3{\mu}m$ 크기 이상을 감지할 수 있는 감도로 USEPA Guidance Manual에서 제시하고 있다. 간접법은 온라인 상태에서 연속적인 운전이 가능하다는 점에서 널리 사용되지만, 직접법에 비해 현저히 낮은 막 손상 감지 감도를 가지고 있으며, 손상 부위를 특정 지을 수 없는 한계가 있기에 이러한 감지 감도를 개선해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 압력 손실 시험에 의한 막 완결성 시험을 통해 막 파단 형태별, 파단 개수, 초기설정압력값에 따른 압력손실률과 LRVDIT 신뢰성 범위를 상호 비교함으로써 막 손상에 따른 감도의 결과를 정량화하여 UCL 기준을 나타내어 비교 평가하였다.
내염소성 원생동물인 크립토스포리디움, 지아디아 등 병원성 미생물의 제거에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 정수처리 공정에서 막여과 시스템이 각광받고 있으며, 이러한 신뢰성을 보증하기 위해 막 완결성에 대한 연구가 중요시되고 있다. 막 완결성 시험은 크게 직접법과 간접법으로 분류되는데, 직접법 중 압력기반의 시험은 버블포인트 이론을 근간으로 병원성 미생물의 최소 크기인 $3{\mu}m$ 크기 이상을 감지할 수 있는 감도로 USEPA Guidance Manual에서 제시하고 있다. 간접법은 온라인 상태에서 연속적인 운전이 가능하다는 점에서 널리 사용되지만, 직접법에 비해 현저히 낮은 막 손상 감지 감도를 가지고 있으며, 손상 부위를 특정 지을 수 없는 한계가 있기에 이러한 감지 감도를 개선해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 압력 손실 시험에 의한 막 완결성 시험을 통해 막 파단 형태별, 파단 개수, 초기설정압력값에 따른 압력손실률과 LRVDIT 신뢰성 범위를 상호 비교함으로써 막 손상에 따른 감도의 결과를 정량화하여 UCL 기준을 나타내어 비교 평가하였다.
In order to secure the reliability of pathogenic microorganisms such as Cryptosporidium and Giaridia, which are chlorophilic protozoans, membrane filtration systems have been widely used in water purification process. hese integrity tests are classified into direct and indirect methods. Based on the...
In order to secure the reliability of pathogenic microorganisms such as Cryptosporidium and Giaridia, which are chlorophilic protozoans, membrane filtration systems have been widely used in water purification process. hese integrity tests are classified into direct and indirect methods. Based on the bubble point theory, the pressure-based test in the direct method is presented in the USEPA Guidance Manual with sensitivity to detect a minimum size of pathogenic microorganisms of $3{\mu}m$ or more. Indirect methods are widely used in that they are capable of continuous operation in on-line state, but there is a very low sensitivity of damage detection compared to the direct method, and there is a limit that can not specify the damage area, so it is necessary to improve this sensitivity. In this study, we compared the LRVDIT and UCL values according to the type of membrane defect, number of fiber breaks, and initial set pressure value through the Integrity Test by Pressure Decay Test (PDT).
In order to secure the reliability of pathogenic microorganisms such as Cryptosporidium and Giaridia, which are chlorophilic protozoans, membrane filtration systems have been widely used in water purification process. hese integrity tests are classified into direct and indirect methods. Based on the bubble point theory, the pressure-based test in the direct method is presented in the USEPA Guidance Manual with sensitivity to detect a minimum size of pathogenic microorganisms of $3{\mu}m$ or more. Indirect methods are widely used in that they are capable of continuous operation in on-line state, but there is a very low sensitivity of damage detection compared to the direct method, and there is a limit that can not specify the damage area, so it is necessary to improve this sensitivity. In this study, we compared the LRVDIT and UCL values according to the type of membrane defect, number of fiber breaks, and initial set pressure value through the Integrity Test by Pressure Decay Test (PDT).
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문제 정의
본 연구의 목적은 완결성 시험인 PDT에 의한 막 손상 유형별 압력손실률(Pressured Decay Rate; PDR)을 측정하고, 손상된 분리막 개수 및 손상 형태에 따른LRVDIT 값을 도출하여 막 손상에 따른 감도의 결과를 정량화하고자 하였다.
본 실험은 막 손상 유형별 PDT를 병원성 물질의 제거 능력을, 입자성 물질에 대한 로그제거율로서 정성적으로 파악하고자 하였다. 손상 유형은 0~3개까지의 Fiber 파단 개수에 따른 조건 및 Fig.
제안 방법
1과 같다. 측정 방법은 여과운전 중지 후 유입 벨브와 여과벨브를 차단한다. 유입 라인에 분지된 배관으로 에어컴프레셔 공기를 주입하며, 여과수 측의 물이 나오지 않는 것을 확인 후 목표로 하는 초기설정압력값까지 가압한다.
유입 라인에 분지된 배관으로 에어컴프레셔 공기를 주입하며, 여과수 측의 물이 나오지 않는 것을 확인 후 목표로 하는 초기설정압력값까지 가압한다. 마지막으로 모든 벨브를 차단한 후에 압력 손실여부를 관찰한다.
손상 유형은 0~3개까지의 Fiber 파단 개수에 따른 조건 및 Fig. 2의 손상 형태별로 선정하였으며, 정량적인 실험을 위하여 인공 원수는 입자성만 존재한다고 가정하여 1,000 cm3의 증류수에 Kaolin을 1 g의 비율로 분산시켜 100 NTU로 제조한인공원수를 사용하였다.
본 연구는 USEPA에서 제시하고 있는 LRVDIT 이론식을 적용하여 실제 분리막 및 막여과 공정의 실제 경험값을 대입하여 손상 및 파단 유형별 탁질 물질에 대한 LRVDIT와 UCL의 변화를 관찰하였으며, 그 식의 도출 과정은 다음과 같다.
를 알아보기 위하여 100~200 kPa의 범위로 5 kPa씩 점차적으로 가압하여 압력손실을 테스트한 결과 확산에 의한 압력손실은 없는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 100, 150, 200 kPa 3가지 조건에 따른 PDT 측정 및 감도평가를 실시하였다.
주요 인자로써 Ptest의 설정범위로써 100, 150,200 kPa 각 세 가지 조건을 선정하였고, 이에 따른 손상 개수 및 형태별 PDR 변화를 LRVDIT, UCL에 적용함으로써 막 완결성 시험 모니터링을 위한 감지 감도를 정량화하였다.
분리막의 손상 유형에 따른 손상 감지 감도를 평가하기 위해 분리막 Fiber의 파단 개수를 변화시키며 측정하였고, 또한 손상 형태별 PDR 및 감도인자를 비교 평가하였다. 주요 인자로써 Ptest의 설정범위로써 100, 150,200 kPa 각 세 가지 조건을 선정하였고, 이에 따른 손상 개수 및 형태별 PDR 변화를 LRVDIT, UCL에 적용함으로써 막 완결성 시험 모니터링을 위한 감지 감도를 정량화하였다.
대상 데이터
본 연구에 적용한 분리막은 MF 분리막을 사용하였으며 그 사양은 Table 1과 같다. PDT 시험은 USEPA에서 제시하는 방법을 적용하였으며 모식도는 Fig.
이론/모형
PDT 시험은 USEPA에서 제시하는 방법을 적용하였으며 모식도는 Fig. 1과 같다.
압력손실시험에서 UCL은 ALCR 산정법을 이용하여계산될 수 있다. UCL을 구하는 식은 다음과 같다[10]
성능/효과
Ptest 변화량은 파단개수가 증가할수록, 결손 면적이 큰 형태일수록 크게 나타났으며, 모든 조건에서 초기압력값을 크게 설정할수록 크게 측정되었다.
이 결과를 토대로 LRVDIT는 손상 개수와 설정 Ptest 두 가지 인자에 모두 영향을 받지만 UCL의 경우는 손상이 개수와는 상관없이 설정 Ptest에만 영향을 받음을 확인할 수 있다.
PDT 결과 Fiber의 손상 개수가 증가함에 따라 LRVDIT는 감소하지만 UCL은 손상 개수와 상관없이 일정함을 확인할 수 있다.
는 감소하지만 UCL은 손상 개수와 상관없이 일정함을 확인할 수 있다. 또한 같은 손상 개수 조건에서 설정 Ptest가 클수록 모든 UCL이 증가함을 확인할 수 있었다. 이 결과를 토대로 LRVDIT는 손상 개수와 설정 Ptest 두 가지 인자에 모두 영향을 받지만 UCL의 경우는 손상이 개수와는 상관없이 설정 Ptest에만 영향을 받음을 확인할 수 있다.
PDT의 설정 Ptest를 알아보기 위하여 100~200 kPa의 범위로 5 kPa씩 점차적으로 가압하여 압력손실을 테스트한 결과 확산에 의한 압력손실은 없는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
이를 통해 막 여과수의 병원성 미생물에 대한 절대적인 제거보증을 확인함과 동시에 막여과 공정의 유지관리 기술 분야에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
막여과 시스템의 장점은 무엇인가?
산업화에 의한 유해물질의 증가와 더불어 맛⋅냄새 물질과 소독부산물 그리고 정수처리에 관한 기준의 제정으로 인해 내염소성을 가진 원생동물인 크립토스포리디움(Cryptosporidium)과 지아디아(Giardia)와 같은 병원성 미생물 제거에 대한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 정수처리공정 중에 막여과 시스템이 각광받고 있는데, 기존의 정수처리공정보다도 병원성 미생물 제거 능력이 뛰어난 장점을 가지고 있기 때문이다[1-5]. 이러한 제거능력의 우수성은 기본적으로 막의 손상이나 결함이 없어야 보장할 수 있는데, 이러한 막손상을 진단할 수 있는 막 완결성 평가가 매우 중요하다[6-9].
막여과 시스템에서 막 완결성 평가가 중요한 이유는 무엇인가?
이에 따라 정수처리공정 중에 막여과 시스템이 각광받고 있는데, 기존의 정수처리공정보다도 병원성 미생물 제거 능력이 뛰어난 장점을 가지고 있기 때문이다[1-5]. 이러한 제거능력의 우수성은 기본적으로 막의 손상이나 결함이 없어야 보장할 수 있는데, 이러한 막손상을 진단할 수 있는 막 완결성 평가가 매우 중요하다[6-9].
막여과 시설에 적용되는 정밀여과막 및 한외여과막의 막 완결성 시험은 어떻게 분류되는가?
막여과 시설에 적용되는 정밀여과막(MF), 한외여과막(UF)의 막 완결성 시험은 크게 직접법과 간접법으로 분류 된다. 직접법은 두 가지 방법(압력시험, 추적자시험)이 일반적으로 사용되고 있으며, 압력시험은 버블포인트 이론을 근간으로 크립토스포리디움과 같은 병원성 미생물의 최소 크기인 3 µm 크기 이상을 감지할 수 있는 감도로 USEPA Guidance Manual에서 제시하고 있다[10].
참고문헌 (12)
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J. Naismith, "Membrane integrity-direct turbidity measurement of filtrate from MF membrane modules at an operating potable water treatment plant", Desalination, 179, 25 (2005).
H. Guo, Y. Wyart, J. Perot, F. Nauleau, and P. Moulin, "Low-pressure membrane integrity tests for drinking water treatment: A review", Water Res, 44, 41 (2010).
J. H. Lee, S. K. Hong, H. C. Hur, K. J. Lee, and Y. J. Choi, "Sensitivity analysis of initial pressure and upper control limit on the pressure decay test for membrane integrity evaluation", Sujil Bojeon, 179, 793 (2008).
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