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Multi-bore PSf 중공사막의 내화학성 및 세척 효율 특성평가
Evaluation of Chemical Resistance and Cleaning Efficiency Characteristics of Multi bore PSf Hollow Fiber Membrane 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.30 no.2, 2020년, pp.138 - 148  

임광섭 (경상대학교 나노신소재융합공학과) ,  김태한 ((주) 퓨어엔비텍) ,  장재영 ((주) 퓨어엔비텍) ,  남상용 (경상대학교 나노신소재융합공학과)

초록
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본 연구는 (주)퓨어엔비텍에서 제조한 multi-bore 형태의 중공사 막을 이용하여 오염된 원수의 투과 후 오염된 막의 재사용을 위해 화학적 세정효율에 대해 파악하고자 하였으며 이를 위해 제조된 중공사 막의 재료는 내화학성이 좋은 PSf(polysulfone) 소재를 사용하였다. 실험은 소혈청 알부민(BSA)을 이용한 내오염성 평가 및 염기성 용액인 차아염소산나트륨(NaOCl), 산성 용액인 구연산(citric acid)을 이용해 장기 함침하여 내화학성 평가를 진행하였다. 시간에 따른 수투과도와 인장강도를 측정하여 분리막의 기계적 강도와 성능의 감소에 대한 결과를 관찰하였다. 이후 소혈청 알부민으로 오염된 막의 화학적 용액에 따른 역세척 후 회복효율을 파악하였다. PSf 중공사 막은 뛰어난 내화학성을 가졌으며 화학적세척결과 차아염소산나트륨의 효율이 높음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study was to identify the cleaning efficiency of fouled multi-bore hollow fiber membranes after purification of contaminated water. The PSf (polysulfone) based hollow fiber membrane manufactured by Pure & B Tech Co., Ltd. Was used in this study. The antifouling characteristics du...

주제어

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문제 정의

  • 세척 효율 테스트는 화학적 세정의 경우 약품비용의 증가와 유지관리 비용 등의 경제성 이유로 인하여 반드시 최적화가 되어야 하며 효율을 높이기 위해 물리적 세정을 동반한 화학적 세정이 활발히 진행 중이다[23,24]. 따라서 본 실험에서는 물리적 세척을 동반한 화학적 세정을 통해 세척 효율을 테스트 하였다.
  • 본 연구에서는 분리막의 화학적 용액을 이용한 세척 효율을 파악하기 위해서 (주)퓨어엔비텍에서 비용매 유도 상분리법(Non-solvent induced phase separation)을이용해 제조한 multi-bore형 중공사 분리막을 이용하여 오염 및 화학적 안전성에 대한 테스트 및 화학적 세척을 동반한 역세척을 진행하였다. 분리막은 기계적 물성과 내화학성이 우수하다고 알려진 polysulfone (PSf)을사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
막분리 공정은 어떤 기술인가? 수처리 분리공정은 먼저, 수인성 전염병인 콜레라, 장티푸스와 같은 많은 사람들의 생명을 빼앗아간 시대에 염소가 강한 살균력을 가지며 동시에 물에 쉽게 용해된다는 특징을 이용하여 1세대 슬러지 처리나 염소와 같은 화학적 공정을 시작하였으나, 염소를 이용한 공정은 염소반응에 의해 2차 오염물질이 발생할 수 있는 문제 점을 지니고 있어 2세대 공정인 미생물을 이용하여 슬러지 및 오염물질을 제거하는 생물학적 공정으로 발전 하였고, 현재는 3세대라 불리는 막분리 공정기술로 발전하였다[8,9]. 막분리 공정은 고분자, 세라믹과 같은유⋅무기 소재들을 가공하여 다공성을 가지는 얇은 막 형태로 제조해 특정 크기 또는 성분을 서로 다른 상 (phase)으로 존재하는 물질을 사용자가 원하는 물질만을 선택적으로 분리하여 원하는 물질만을 얻어내는 친환 경적 기술이다[10,11].
수처리 분리막은 분리성능에 따라 어떻게 분리되는가? 수처리 분리막은 분리 성능에 따라 정밀여과막(microfiltration), 한외여과막(ultrafiltration), 나노여과막(nanofiltration), 역삼투막(reverse osmosis)으로 분리된다. 정밀여과막과 한외여과막의 기공크기는 각각 100~500과 2~100 nm로 입자가 작은 물질부터 수 µm 정도로 콜로 이드성 물질을 분리하는데 사용된다.
수처리 분리막공정을 세척하기 위해 사용되는 화학적 세척 용액은 무엇이 있는가? 2와 같이 역세척 방식으로 용액이 투과되는 방향의 반대 방향으로 깨끗한 증류 수와 같은 용매를 흘려주는 방식으로 화학적 세척방법 으로는 염기 혹은 산성과 같은 용액을 분리막에 흘려주어 오염물을 제거하는 방식이다. 화학적 세척 용액은 염기성 용액인 NaOH, KOH, NaOCl 등이 있고 산성용액 으로는 citric acid, HNO3 , H3PO4 , HCl 등이 있다. 이중 시중에서 쉽게 구할 수 있고 특히 막 세척에 효율이 높다고 알려진 citric acid와 NaOCl이 있다[16-18].
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참고문헌 (26)

  1. S. M. Lee and S. S. Kim, "Structural changes of PVDF membranes by phase separation control", Korea Chem. Eng. Res., 54, 57 (2016). 

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  3. B. M. Jun, E. T. Yun, S. W. Han, N. T. P. Nga, H. G. Park, and Y. N. Kwon, "Chlorine disinfection in water treatment plants and its effects on polyamide membrane", Membr. J., 24, 88 (2014). 

  4. Y. H. Park and S. Y. Nam, "Characterization of water treatment membrane using various hydrophilic coating materials", Membr. J., 27, 60 (2017). 

  5. C. H. Woo, "Research trend of membrane for water treatment by analysis of patent and papers publication", Appl. Chem. Eng., 28, 410 (2017). 

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  10. J. F. Kim, J. T. Jung, H. H. Wang, S. Y. Lee, T. Moore, A. Sanguineti, E. Drioil, and Y. M. Lee, "Microporous PVDF membranes via thermally induced phase separation (TIPS) and stretching methods", J. Membr. Sci., 509, 94 (2016). 

  11. K. M. Kyung and J. Y. Park, "Effect of pH in hybrid water treatment process of PVdF nanofibers spiral wound microfiltration and granular activated carbon". Membr. J., 25, 358 (2015). 

  12. H. N. Jang, S. J. Kim, Y. T. Lee, and K. H. Lee, "Progress of nanofiltration hollow fiber membrane", Appl. Chem. Eng., 24, 456 (2013). 

  13. C. H. Yun, J. H. Kim, K. W. Lee, and S. H. Park, "Water treatment application of a large pore micro-filtration membrane and its problems", Membr. J., 24, 194 (2014). 

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  15. J. M. Yang, C. W. Park, B. H. Lee, and S. Y. Kim, "Textile wastewater treatment by MF-UF combined membrane filtration", Clean Tech., 12, 151 (2006). 

  16. T. Mohammadi, S. S. Madaeni, and M. K. Moghadam, "Investigation of membrane fouling", Desalination, 153, 155 (2002). 

  17. W. S. Ang, S. Y. Lee, and M. Elimelech, "Chemical and physical aspects of cleaning of organic-fouled reverse osmosis membrane", J. Membr. Sci., 272, 198 (2006) 

  18. A. Maartens, E. P. Jacobs, and P. Swart, "UF of pulp and paper effluent: membrane fouling prevention and cleaning", J. Membr. Sci., 209, 81 (2002). 

  19. J. H. Kim, "State of art of membrane processes for water re-use", Membr. J., 10, 175 (2000). 

  20. D. L. Cho and J. Lee, "Membrane fouling in mircofiltration process and its control by surface modification of membrane", Polym. Korea., 21, 142 (1997). 

  21. B. H. Moon, K. S. Yoo and C. C. Ho, "Fouling study with binary protein mixtures in microfilration", Korean Chem. Eng. Res., 43, 236(2005). 

  22. E. D. Mackey, "Fouling of ultrafiltration and nanofiltration membranes by dissolbed organic matter, dissertation, Rice University", Envi. Sci. & Eng., Houston (1999) 

  23. N. Porecelli and S. Judd, "Chemical cleaning of potable water membranes: A review", Sep. Purif. Technol., 71, 137 (2010). 

  24. E. J. Lee, J. S. Kwon, S. H. Park, W. H. Ji, and A. Jang, "Influence of sodium hypochlorite used for chemical enhanced backwashing on biophysical treatment in MBR", Desalination, 316, 104 (2013). 

  25. T. Y. Son, J. S. Yun, S. I. Han, and S. Y. Nam, "Electrokinetics evaluation of poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) based anion exchange membrane", Membr. J., 27, 399 (2017). 

  26. B. Beykal, M. Herzberg, Y. Oren, and M. S. Mauter, "Influence of surface charge on the rate, extent, and structure of adsorbed bovine serum albumin to gold electrodes", J. Colloid. Interface. Sci., 460, 321 (2015). 

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