선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 MD 공정에서도 여전히 막 오염은 중요한 이슈이나 (Gryta, 2008) 역삼투법과 같은 전처리 기준이 정립되어 있지 않다. 본 연구에서는 역삼투법보다 막 오염이 적은 것으로 알려진 MD공정에서 실제 해수를 유입수로 하여 막 오염 정도를 확인하고, 막 오염 방지를 위해 응집․침전 및 미디어필터 여과가 전처리로써 적용가능한지를 평가하고자 한다.
제안 방법
- 막 오염이 낮게 나타난 0.4, 5, 10 ㎛ 공극 필터여과 전처리와 응집･침전 전처리 적용 후의 해수를 샘플로 선정하여 탁도, SS, 용존유기물, 전기전도도를 측정하였다. 측정된 결과는 Table 2에 정리하였다.
- 4에 식(2)에 나타낸 것과 같이 분리막의 물질 전달계수이며, 플럭스에 영향을 미치는 인자이다. 막 오염이 발생하면 초기 overall BM 값 대비 감소하게 되며, 이를 사용하여 전처리 전후 분리막 오염정도를 정량화하여 비교하는데 활용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 PTFE 재질의 active layer와 PP 재질의 support layer로 구성된 PTFE/PP 복합막을 사용하였다. 자세한 분리막 특성은 아래 Table 1에 요약하였다.
- 유입수는 인천광역시 중구 을왕동 인근에서 직접 채수하여 연구에 사용하였다. 유입수의 전기전도도는 48 mS/cm, 탁도는 2.
데이터처리
- 0.4 ㎛ 공극 필터로 전처리한 해수를 유입수로 하여 MD 실험진행 후 농축배율(Concentration factor, CF) 4에서 분리막 샘플을 취하여 SEM-EDS을 이용한 표면 분석을 진행하였다 [Fig. 8].
- 실험에 앞서 막 증류 실험장치의 성능을 평가하고자 증류수를 이용한 pure water flux 평가를 진행하였다. Pure water flux 실험결과와 2.
- 4, 5, 10, 30, 60 ㎛인 roughing filter를 사용하였다. 응집․침전에는 염화제이철(FeCl3)을 응집제로 사용하였고, 투입량은 jar-test를 통해 적정 농도를 도출하여 적용하였다. 응집 후 1시간 동안 침전시킨 후 상징수를 취하여 막 증류 공정의 유입수로 사용하였다.
- 응집제 적정 주입농도를 선정하기 위해 jar-test를 실시하였고, Fig. 4에 그 결과를 나타냈다.
이론/모형
- 분리막 성능을 평가하기 아래 식(2)에 나타낸 플럭스 모델(Schofield et al., 1987)을 사용하였다.
성능/효과
- 4, 5 ㎛ 필터의 전처리 적용 시 대부분의 입자상 물질들이 제거 되었으며, 농축배율 2(회수율 50%)까지 안정적으로 운전이 가능하였다. 따라서 MD 공정에서도 유입수의 성상에 따라 입자상물질을 제거할 수 있는 전처리 공정적용이 MD 성능 향상에 도움이 될 것으로 판단된다.
- 4, 5, 10 ㎛ 공극의 필터로 전처리할 경우 약 10% 내외의 성능감소만이 발생하였고, 60 ㎛ 공극의 필터 전처리에 경우 control과 비교하여 큰 성능 차이가 나타나지 않았다. 따라서 본 실험에서 사용한 해수를 유입수로 하여 회수율 50% (농축배율 2)까지 MD 공정을 운전할 경우 입자상 물질을 제거할 수 있는 적절한 전처리 공정 (10 ㎛ 이하)이 필요할 것으로 판단된다.
- 모델 예측 값과 실험결과를 비교해보면, 초기 플럭스는 유사하게 나타났으나 농축배수가 능가함에 따라 플럭스 감소율에 차이가 발생하였다. 모델에는 막 오염에 대한 것이 고려되어 있지 않기 때문에 실험값과 모델값의 차이는 분리막 오염에 따른 것으로 볼 수 있으며, 분리막 스케일이 급격하게 발생하기 전인 농축배수 2에서 계산을 통해 추론한 분리막의 BM값은 6.022×10-7m/s로 3.1에서 도출한 Overall BM값인6.692×10-7m/s과 비교하여 약 10% 감소하였다. 이 감소폭은 막 오염에 의한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 막 증류법을 이용한 해수담수화 공정에서 발생하는 막 오염 현상을 관찰하였으며, 응집･ 침전과 여과를 이용한 유입수 전처리를 실시할 경우 MD 공정에서 막 오염이 감소되는 것을 확인하였다. 특히 본 연구에서 사용한 해수의 경우 응집･침전 전 처리 및 0.
- 사용된 전처리 필터에 따라 농축배율 2에서의 계산식을 통하여 추론한 BM을 Overall BM과 비교하여 분리막 성능 감소율을 살펴보면 공극 사이즈 0.4 ㎛경우 BM이 6.794×10-7m/s로 5.2%, 5 ㎛에서 6.423×10-7m/s로 7.85%, 10 ㎛에서 6.141×10-7m/s로 11.83%, 30 ㎛에서 5.488×10-7m/s로 21.2%, 60 ㎛ 4.279×10-7m/s로 38.5%, control 3.92×10-7m/s로 43.7%로 나타났다. 특히 0.
- 실험결과와 모델예측 값이 잘 맞는 것을 확인 할 수 있으며, 유입수와 유출수 온도를 사용하여 계산한 overall BM값이 6.692×10-7 m/s로 확인되었다. Overall BM은 2.
- 응집･침전 전처리 전의 원수와 전처리 후의 처리수에 대한 성상분석을 실시하였고, 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 응집･침전 전처리 실시 후 원수대비 탁도, SS 모두 감소한 것으로 보아 대부분의 입자상 물질들이 제거된 것으로 판단되었다. 또한, DOC의 감소는 해수에 포함된 유기물 일부도 제거되었음을 나타낸다.
- 5사이)에 플럭스 감소가 크게 발생하였다. 적용된 전처리 공정은 유입수의 입자상 물질을 제거하는 필터의 평균 공극이 작을수록 더 많은 입자 상물질이 제거되어 실험 초기에 막 오염을 줄여주는 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 막 증류법을 이용한 해수담수화 공정에서 발생하는 막 오염 현상을 관찰하였으며, 응집･ 침전과 여과를 이용한 유입수 전처리를 실시할 경우 MD 공정에서 막 오염이 감소되는 것을 확인하였다. 특히 본 연구에서 사용한 해수의 경우 응집･침전 전 처리 및 0.4, 5 ㎛ 필터의 전처리 적용 시 대부분의 입자상 물질들이 제거 되었으며, 농축배율 2(회수율 50%)까지 안정적으로 운전이 가능하였다. 따라서 MD 공정에서도 유입수의 성상에 따라 입자상물질을 제거할 수 있는 전처리 공정적용이 MD 성능 향상에 도움이 될 것으로 판단된다.
후속연구
- 즉, 본 연구 결과는 지역적 환경적 조건에 따른 MD 성능 변화를 보여주지는 못한다. 따라서 MD 공정에 서 해수 성상에 따른 막 오염 및 전처리 정도 가늠할 수 있는 지표가 필요할 것으로 판단되고, 추후 이를 개발하고자 한다.
- 하지만 농축배수 3이후부터 응집･침전 및 여과 전처리의 적용 유무와 관계없이 스케일링에 의해 급격하게 플럭스가 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구에서 적용한 전처리 공정은 분리막 스케일링의 원인인 용존 무기물을 제거할 수 없는 한계가 있으며, 고회수율(고농축) MD의 경우 분리막 스케일링을 방지하기 위한 추가적인 전처리가 필요할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.