막분리공정의 효과, 막공정의 일반적 특성

막분리공정의 효과, 막공정의 일반적 특성

막여과 공정 

 분리기작 

분리막의 분리기능에 있어 주된 기작은 분리․농축 및 분획이며 그 외에도 고정․흡착과 같은 기작들이 있다. 이러한 기능들에 관련된 인자로서는 세공경과 막표면의물리/화학적인 성질이 관련된다

- 분리․농축
막여과의 기본적인 특징은 상변화를 일으키지 않으며, 응집제 등의 화학약품을 첨가하지 않고도 고/액 분리나 액/액 분리 및 가스분리가 가능하다는 것이다.

MF나 UF 는 막의 세공경의 차에 의한 체걸름(Sieving) 작용을 이용한 것이고, RO 막 등은 막의 재질이나 구조와 용질의 친수성 및 확산성(Diffusion)의 차에 의한이동속도차를 이용한 것이다.

각각의 분리막에 의한 이런 분리 작용은 반드시 하나의 종류에 국한되지는 않고 복합적인 작용에 의해 분리가 발생하는 경우도 있다.

-분획
막분리 기작에서 분획은 용질 혹은 미립자를 분자량이나 크기에 대응해서 개별적으로 분리하는 것이다.

MF에서는 이런 분획 기능을 지표균에 의한 세균 여과법(예를 들면, 공칭공경 0.2 ㎛의 막의 검증에는 Pseudomonas diminutan IF014213을 사용)이나 균일 입경혹은 입경 분포를 이미 알고 있는 입자의 여과로 확인한다.

UF의 경우에는 분획분자량(MWCO)으로 분획 성능을 평가하는데, 이는 이상적인 용질의 UF 통과와 저지로 평가한다.

분획분자량은 분자량을 알고 있는 단백질이나 폴리에틸렌글리콜(PEG), 덱스트린의 막 제거 특성으로 결정된다.

그러나 같은 분획분자량을 갖는 UF라도 제거 특성이 막의 소재나 구조에 따라 달라진다.

-격리
막분리 기작에서 격리(Isolation)라 하는 것은 다른 성질의 액체 혹은 물질이 막 사이에서 양자가 혼합되지 않게 분리상태에 있는 것을 말한다.

예를 들어 PP와 PE 등의 소수성 다공질막을 사용하면, 한편은 액상으로 다른 한편은 기상 혹은 다른 액상으로 양자가 혼합되지 않고 분리하는 특징을 가지고있다. 이런 특성을 이용하여 가스교환, 가스흡착, 액/액에서의 추출 등이 가능하다.

- 고정․흡착
UF와 MF에서는 막이 일종의 다공질인 큰 비표면적을 갖는다. 이런 큰 비표면적을 가진 막의 세공경 내표면에서 막의 분리 작용과 흡착을 동시에 행한다.

특히 전하를 띤 막에서는 막과 다른 전하 물질은 막 표면에 정전기적 결합이 생긴다. 한편, 같은 전하 물질은 정전기적 반발력이 생기므로 막 표면의 부착이 제어되어 막오염(fouling)이 방지되기도 한다.

막분리공정의 효과 

막 공정에 의한 분리 대상은 이온성 물질로부터 큰 미립자나 미생물이 있고, 각각의 제거대상에 대하여 적절한 막을 사용할 수 있다.
음용수 생산에 적용하기 위한 가장 큰 가능성을 갖는 5가지는 역삼투막(RO), 나노여과막(NF), 한외여과막(UF), 정밀여과막(UF) 및 전기투석(ED)이다.

막 공정은 원수 중의 고형물과 콜로이드성 입자들을 분리함으로써 청정한 처리수 혹은 투과수를 얻는다. 막의 공경이 작으면 작을수록 용질이나 더 작은 종까지제거될 수 있다. 역삼투막이나 전기투석법은 일차적으로 반염수(brackish water)를 탈염하기 위해 사용되었다.

나노막은 새로 개발된 막공정으로 THM 전구물질 제거나, 일반적으로 석회 연화(lime softening)에 의해 처리하는 지하수의 연수화를 위해 사용된다.

한외여과막은 산업분야에서 용액으로부터 유기분자를 분리하는데 광범위하게 사용되어 왔으며, 정밀여과막도 미세입자나 탁도를 제거하기 위하여 사용되어졌다. 막 공정은 탈염, 연화, THM 전구물질제거, 살균, 탁도제거, 특별한 유기물질 제거가 가능하다.
원생동물인 지아디아(Giardia)와 바이러스의 경우에도 나노막을 이용하여 분리, 제거가 가능하다.

다음의 표는 막공정의 일반적인 특성을 나타내었고, 그 아래의 표는 고도정수처리에 이용되는 막공정의 물리적인 특성과 운전압력 범위와, 다른 고도처리 단위공정과 결합된막여과 공정의 처리특성을 나타내었다.

 

 

 

출처 : 2004년 환경부 "고도정수처리 정책방향에 관한연구" 발췌