UF막의 운전

Fig. 3.10 Filtration process

Fig. 3.11 Backwashing process

Fig. 3.12 Flushing process

(3) 수세

수세공정은 역세 공정 다음에 하는 공정으로 역세공정과는 다르게 원수로 세 척을하며, 이를 Fig. 3.12 에 나타내었다.

(4) 화학세정

분리막의 표면에 부착된 높은 밀도의 겔층을 제거하기 위하여 여러 세정방법 이 사용되고 있다. 가장 쉬운 방법으로는 세정액을 1~2시간 동안 막 모듈로 순 환시키는 방법이다. UF에서 가장 일반적인 오염층은 유기콜로이드, 젤라틴 형 태의 물질이며, 이들은 알칼리 온수 세정액으로 잘 제거된다. 효소세정액은 단 백질의 겔층에 특히 효과적이다. RO에도 종종 문제를 일으키는 칼슘, 망간, 실 리카 등은 UF의 경우 큰 문제를 일으키지 않는다. 왜냐하면 이러한 이온들은 UF를 통과하기 때문에다.

물리적 세정만으로 여과 능력을 회복하기 힘들기 때문에 화학세정을 실시한 다. 화학세정은 크게 2가지로 유지세정(CEB: Chemically Enhanced Backwash)와 회복세척(CIP: Cleaning In Place)가 있다. CEB(Fig. 3.13)는 염기 용액과 산 용액을 역세 공정과 동일한 방향으로 세정을 실시한다. CEB를 실시하였음에도 불구하고 막이 회복이 되지 않을 경우 CIP(Fig. 3.14)를 실시하여 세정을 한다.

Fig. 3.13 CEB process

Fig. 3.14 CIP process

Fig. 3.15 Photo of pH instrument

3.2.2 Parameter 측정방법

(1) pH

pH는 액체의 수소이온농도를 나타내는 기호이다. 원수, 디스크 필터 생산수, UF 생산수를 SDI 측정 시간에 같이 샘플링 하여 측정하였다. iSTEK사의 NeoMet pH meter pH-200L을 사용하여 측정하였으며 Fig. 3.15 에 나타내었으며, Table 3.4 에 사양을 나타내었다. pH는 수소이온지수라고도 하며, 수질을 판단하는 중요한 지표가 된다.^[7]

Table 3.4 pH-200L analyzer specifications

Range -2.00 to 19.99

Resolution 0.01

Relative accuracy ±0.02

Auto-buffer-recognition 4.00, 7.00, 10.00

(2) 탁도(Turbidity)

Table 3.5 Signet 4150 turbidimeter analyzer specifications Measurement range 0 to 100.0 NTU or 0 to 1000.0 NTU

Table 3.6 CDC 401 analyzer specifications Conductivity range 0.01 μS/cm to 200.0 mS/cm

TDS range 0 to 50,000 mg/L as NaCl

Operating temperature -10 to 110^oC (14 to 230^oF) Acceptance criteria Acceptance limits : ±1 to ±10%

Fig. 3.16 Photo of conductivity instrument

(4) ORP(Oxidation Reduction Potential)

ORP는 수중에서 주반응이 산화가 진행되고 있는지 환원이 진행되고 있는지를 나타내는 수치이다. 유기물질들이 미생물에 의하여 분해되고(이화작용) 세포로 합성(동화작용)되는 과정에 있다고 할 수 있다. 유기물이 미생물에 의하여 분 해되면서 전자수용체로서 산소를 이용한다. ORP 역시 SDI 샘플 채취하는 시간 에 샘플링을 채취하였으며, HACH사의 HQ30d portable meter에 MTC 101 센서를 연결하여 측정하였으며, Fig. 3.17 에 나타내었고, Table 3.7 에 사양을 나타 내었다.

Table 3.7 MTC 101 analyzer specifications

Range ±1200 mV

Reference potential versus

standard hydrogen electrode 207 mV at 25^oC

Operating temperature 0 to 80^oC (32 to 176^oF) Temperature accuracy ±0.3^oC (±0.54^oF)

Fig. 3.17 Photo of ORP instrument

(5) 잔류염소

잔류염소는 물속에 용존하는 유리염소 및 클로라민과 같은 결합형의 산화력을 가진 유효염소를 말한다. 이는 살균등의 목적으로 물에 가한 가스상 또는 분말 상의 염소 또는 염화화합물이 원인이 되어 수중에 용존하고 있다. 샘플링은 앞 서 다른 계측기와 같은 방법으로 채취하였으며, HACH사의 Pocket Colorimeter

Ⅱ를 이용하여 측정하였다. Fig. 3.18 에 나타내었으며, 사양은 Table 3.8 에 나타내었다. 작은 유리셀에 시료를 적당량 넣은 후 시약을 첨가하여 흔들어주 어서 측정한다.

Table 3.8 Pocket Colorimeter Ⅱ analyzer specifications Photometric precision ±0.0015 Abs

Filter bandwidth 15 nm Absorbance range 0 to 2.5 Abs Typical precision

(95% confidence interval) 1.00±0.05 mg/L

Operating conditions 0 to 50^oC (32 to 122 ^oF):

0 to 90% relative humidity (noncondensing)

Fig. 3.18 Photo of residual chlorine instrument

(6) 용존산소(DO: Dissolved Oxygen)

용존산소는 수중에 용해되어 있는 산소량(농도)을 말한다. 물에 용해하는 산 소량은 온도 및 압력에 의하여 영향을 받는다. 물에 대한 산소의 용해도를 좌 우하는 것은 자연적 인자 외에도 수중에 존재하는 오염된 유기물등이 있다. 이 는 물에 대한 산소의 용해도를 감소시키며, 또한 산소를 소비한다. 그러므로 오염된 물에서는 소비되는 양이 많으므로 용존 산소량이 적게 나온다. 측정기 는 YSI사의 YSI-550A 제품을 이용하여 위와 같이 샘플링한 시료를 측정하였으 며, Fig. 3.19 에 나타내었고, 사양을 Table 3.9 에 나타내었다.

Table 3.9 YSI-550A analyzer specifications

Range 0 to 50mg/L

Resolution 0.01 mg/L or 0.1 mg/L: selectable

Accuracy

0 to 20 mg/L: ± 0.3 mg/L or 2% of reading, whichever is greater: 20 to 50 mg/L: ±6% of reading

Fig. 3.19 Photo of DO instrument

(7) 총유기탄소(TOC: Total Organic Carbon)

총유기탄소는 수중에 유기적으로 결합한 탄소의 합을 말하며, 수중에 존재하 는 유기적 또는 무기적으로 결합된 탄소의 합을 나타내는 총탄소(TC: Total Carbon)에서 수중에 탄산염, 중탄산염, 용존 이산화탄소 등 무기적 결합탄소를 말하는 무기탄소(IC: Inorganic Carbon)를 뺀 값이 된다. 측정에 사용된 제품 은 SHIMADZU사의 TOC-L CPH 제품과 ASI-L 제품을 이용하여 측정이 되며 Fig.

3.20 에 나타내었고, Table 3.10에 사양을 나타내었다. 680^oC 연소 촉매 산화 방식은 백금 촉매가 충전된 TC연소관내에서 충분한 산소 공급하에 680^oC 에서 가열함으로써 시료의 완전 연소를 실현하고 있다. 산화하여 발생하는 이산화탄 소는 적외선 가스 분석부에서 감지를 한다.

Fig. 3.20 Photo of TOC instrument Table 3.10 TOC-L analyzer specifications

Measurement method

680^oC combustion catalytic

oxidation-non-dispersive infrared detection(NDIR) method

Measurement range TC: 0 to 30,000 mg/L IC: 0 to 35,000 mg/L Detection limit TC, IC: 4 μg/L

Reproducibility TC, IC, NPOC: CV 1.5% max, or ±4 μg/L max Measuring time TC: approx. 3min, IC: approx. 3min

Sample injection volume 10 to 2,000 μL variable

제 4 장 실험결과 및 고찰

CEB를 하여도 차압과 저항 값은 꾸준히 증가하며, 투수율 값은 감소하는 것을 볼 수 있다. 정상 운전시 유량이 20% 정도 감소하게 되었을 때에는 회복세척인 CIP를 실시하여 막을 원래 상태에 가깝게 만들어 줘야 한다.

일정회전수조건으로 연속 실험을 먼저하고 난후 역세 및 화학세정은 실시하지 않고, 동일한 공정 조건에서 일정유량조건으로 변경해주어 연속 실험을 실시하 였다. 그 결과 막은 오염된 상태에서 실험을 하였기에 차압과 저항 값은 초기 값이 일정유량조건이 일정회전수조건 보다 증가된 상태에서 증가 하는 것을 볼 수 있었으며, 투수율은 적은 상태에서 감소하는 것을 볼 수 있다. 이 실험에서 는 차압, 투수율, 저항 값을 보았을 때 일정회전수조건보다 일정유량조건의 오 염도가 더 적은 것으로 나타났다.

Fig. 4.1 Trends of UF TMP during the experiments

Fig. 4.2 Trends of UF permeability during the experiments

Fig. 4.3 Trends of UF RT during the experiments

Fig. 4.4 Trends of turbidity and SDI

4.2 탁도와 SDI

Fig. 4.4는 실험 기간동안의 탁도와 SDI를 나타낸 그림이다. 탁도는 원수, 디스크필터 생산수, UF 생산수 3곳을 샘플링 하였으며, 일정회전수조건일 때 원수의 탁도는 샘플링 하지 못하였다. 탁도의 데이터는 10초마다 얻게 되는데 여과 공정후에도 측정이 끊기지 않게 하기 위해 수조에 채취하여 측정 하였으 나, 일정회전수조건일 때 CEB후 UF 생산수의 탁도가 튀었다. 이는 탁도계에서 흘러나오는 물의 유량 조절을 잘못한 실험 오류로서 일정유량조건일 때는 이 현상이 발생 하지 않게 조절 하였다. 원수와 디스크필터 생산수의 탁도를 보았 을 때 디스크 필터 생산수는 원수의 수질에 직접적인 영향을 받는 것을 알 수 있었으며, 이와는 상관없이 UF 생산수의 수질은 꾸준히 유지 되었다.

실험기간 동안 SDI 값은 원수와 디스크 필터 생산수는 측정 되지 않는 날이 많고 편차가 심하였으나 UF 생산수 값은 꾸준히 1.5이하의 값을 유지하였다.

pH Turbidity TDS(ppm) EC(μS/cm) ORP(mV) Remark

Present study

7.73±0.153 2.36±0.881 31,200±338 49,600±555 197±14.8 Sea water 7.82±0.071 1.55±0.537 31,300±292 49,800±438 190±13.1 DF permeate

7.85±0.068 0.099±0.027 31,300±292 49,800±441 189±14.7 UF permeate

Free Cl

(ppm) DO(ppm) TOC

(mg C/L) IC(mg C/L) Remark 0.030±0.0067 3.38±0.093 0.824±0.382 24.8±0.243 Sea water 0.024±0.0059 3.38±0.090 0.549±0.197 24.9±0.270 DF permeate

0.021±0.007 3.37±0.092 0.684±0.206 24.9±0.301 UF permeate

4.3 Parameters

Table 4.1 Physical and chemical parameters

(Mean±Standard deviation)

제 5 장 결론

실험은 일정회전수 조건 실험과 일정유량 조건 실험을 연속 운전하여 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.

(1) 실험 기간동안 UF생산수의 탁도는 0.2 NTU 이하였고, SDI15는 1.5이하로 유지 하였으므로 역삼투막의 공급수로 적합하다.

(2) 디스크 필터 생산수 탁도는 원수 수질에 직접적은 영향을 받지만 UF생산 수 탁도는 영향을 받지 않았으며, 일정하게 유지되었다.

(3) 이번 실험에서는 일정회전수조건의 실험에서 더 많은 오염을 일으켰으 며, CEB 효과 또한 일정유량조건이 우수하였다.

(4) CEB를 함으로써 비가역 오염원을 제거 할 수 있었으며 막의 오염 회복이 가능 하였다.

(5) 물리적 파라메터인 탁도와 SDI값을 통하여 수질의 상태를 알 수 있었으 며, 원수에서 디스크 필터를 지나 UF 멤브레인을 통과 하면서 수질이 좋 아지는 것을 볼 수 있었다.

(6) 화학적 파라메터인 계측기 측정을 통해 각 수질의 변화를 볼 수 있었으 며, 비교할 수 있는 계기가 되었다.

참 고 문 헌

[1] Roberto Borsani, Fundamentals and costing of MSF desalination plants and comparison with other technologies, Desalination, 182 (2005), 29-37

[2] 이병준, 해수담수화 기술 동향과 신기술 소개, 포스코엔지니어링 기술보

제28권 제1호 통권 제33호 (2012), 38-47

[3] 수자원공사, 해수담수화 사업, 2010. 7

[4] Dawn F. Halpern, John McArdle, Benjamin Antrim, UF pretreatment for SWRO:

pilot studies, Desalination, 182 (2005), 29-37

[5] A. Brehant, V. Bonnelye and M. perez, Comparison of MF/UF pretreatment with conventional filtration prior to RO membranes for suface seawater desalination, Desalination, 144 (2002) 353-360.

[6] Dwaipayan Sen, Wren Roy, Lipika Das, Sangeeta Sadhu, Chiranjib Bhattacharjee, Ultrafiltration of macromolecules using rotating disc membrane module (RDMM) equipped with vanes: Effects of turbulence promoter. Journal of Membrane Science 360 (2010), 40–7

[7] 한국수자원공사, 해수의 담수화 시스템 및 적용방안 연구(2차년도), (1997)