멤브레인(Membrane) 개요 (RO/UF/NF/MF)

 

안녕하세요 H&K Environment의 K입니다.

 

많이들 알고 계시는 수처리 공정 중 멤브레인에 대해서 말씀드리고자 합니다.

 

멤브레인이란 선택적으로 용질을 분리하는 막으로써 체거름 및 확산작용에 의해 유체 안의 특정 물질들을 분리합니다.

- 합성재질의 반투과 물질

- 어떤 성분에 대해서는 높은 투과성을 가지고, 다른 어떤 성분은 낮은 투과성을 가짐

- 유체 안에 물질을 분리하기 위해, 막 표면에 유체를 가압해야 함

 

1. 분류기준

- 멤브레인 공극 사이즈

- Molecular Weight Cut Off (90%의 용질을 걸러주는 고분자물질의 분자량)

- 멤브레인 재질 및 구조

- 목표 분리물질

- 처리수 수질

 

2. 멤브레인 종류

- RO&NF: 연수화 담수화에 사용 (수중 이온 제거)

- RO(Reverse Osmosis): 대게 담수화 적용

- NF(Nano Filtration): 경도, 살균부산물 제거

- MF(Micro Filtration)&UF(Ultra Filtration): 부유물질 분리 (콜로이드, 바이러스, 미세유기물), 전통적인 수처리, RO/NF의 전처리용, 철/망간 제거 (산화 후)

멤브레인 종류, 공극크기 및 제거물질(오른쪽)

3. 멤브레인 재질

<요구사항>

- 높은 표면공극

- 넓은 표면기공 다면적

- 높은 통수성, 선택성

- 기계적 강도

- 열, 화학적 내성

 

<주재질>

- 고분자/세라믹

 

4. 멤브레인 설치 시 고려사항

- 멤브레인 용적률 (부피 대 면적비) → (Packing Density, 충진밀도)

- 유입수의 물질전달 향상을 위한 강한 난류

- 낮은 에너지 소모

- 막 세척이 용이한 설계

- 모듈러 설계(Modular Design): 각 단계별로 세분화해 독립적으로 설계하는 방식

 

5. 운전방법

가. Dead-end

- 공급수 전량 여과 (높은 유량)

- 저항은 케이크 두께, 여과된 부피에 비례함

- 급격한 투수성 감소

- 주기적인 세척이 요구됨

 

나. Cross-flow

- 공급수가 막면을 따라서 여과

- 높은 액체 제거율

- 유입수는 유동성 있는 슬러리 형태로 보존됨 (상대적으로 막의 공극이 덜 막힘)

- 다른 사이즈의 입자들을 분별하는 것이 가능함

Short Review on Predicting Fouling in RO Desalination, Alejandro Ruiz-Garcia, 2017

 

6. 회수율

- 막 공급수량에 대한 막 여과수량의 비. 처리효율을 나타내는 지표

- R = 100% (Qp / (Qp + Qc))

- Qp: 여과수량

- Qc: 농축수량

- R: 회수율 %

PURETEC Industrial Water (puretecwater.com)

 

7. 저지율

- 특정 용질이 막에 의해 투과가 저지되는 비율. 실질적인 제거율

- R = (Cfeed – Cpermeate) / Cfeed × 100%

- Cfeed: 유입수의 용질농도

- Cpermeate: 유출(여과)수의 용질농도

 

8. 세척

가. 물리적 세척

- 역세척

- 일시적으로 막이 막혔을 때 사용 (Reversible)

 

나. 화학적 세척

- 영구적으로 막이 막혔을 때 사용

- 산, 가성소다, 하이포아염소산나트륨

 

감사합니다.