목차
1.막의 정의
2.막의 정의
3. 침전형 막분리 활성슬러지법
4. 이후의 전망
분리막을 이용한 오폐수처리기술
1.분리막의 정의 및 역사
2. 분리막의 종류
3. 분리막 모듈
4.막분리 공정
2.막의 정의
3. 침전형 막분리 활성슬러지법
4. 이후의 전망
분리막을 이용한 오폐수처리기술
1.분리막의 정의 및 역사
2. 분리막의 종류
3. 분리막 모듈
4.막분리 공정
본문내용
.
3. 여러 가지 복잡한 운영조건(온도, 압력, 용매, 화학약품)이 적게 요구된다.
4. 다른 처리 공정하고의 복합운영이 용이하다. 예를 들면, 기존의 정수장의 유출수에 멤브레인 공정을 추가하고, 멤브레인 여과수에 염소투입을 한 후 상수관망으로 송수할 수 있다. 혹은, 전처리 공정으로도 이용가능하다.
5. 처리공정의 공간이용율이 높은 편이다.
6. 처리 및 제거 효율이 높다.
7. 멤브레인 산업의 활성화로 인하여 무한한 개발가능성을 내재하고 있어, 운영비 및 건설비 등이 계속하여 절감될 수 있으며, 처리 효율도 향상될 수 있다.
8. 대기오염 등의 환경파괴 부산물의 생성이 적다.
멤브레인 공정의 단점
1. 멤브레인 여과수의 양이 제한되어 있어 경제성의 문제를 안고 있다.
2. 대규모의 멤브레인 공정 운영시 에너지 소비 문제가 있다.
3. 멤브레인 막힘현상
4. 적용에 제한이 있는 물질이 있다. 멤브레인의 종류에 따라서는 pH, 온도, 압력 등의 영향에 민감한 재료가 있으며, 구멍의 크기에 따라 제거되는 물질이 한정되어 있다. 폴리머멤브레인(가장 일반적)은 열악한 환경에 대개의 경우 견디지 못하는 것이 보통이다.
5. 폴리머 멤브레인의 수명은 짧은 편이다. 자주 교체해 주어야 한다.
6. 세라믹 멤브레인의 경우에는 잘 부서지고 휘는 단점이 있다.
7. 금속성 멤브레인의 경우에는 MF멤브레인에만 가능하고, 구멍이 MF보다 작은 멤브레인에는 적용이 불가능한 실정이다. (물론, 많은 연구가 진행중이다.) 특히, 스테인레스에 비하여 가격이 저렴한 타이타늄재료를 사용하는 연구도 진행되고 있어, 이 부분에 대해서는 많은 보완이 이루어질 전망이다.
1.1.5 멤브레인 공정의 제거율 및 여과율
멤브레인의 종류에 따라 또는 제거대상에 따라 그 제거율(유입수의 농도에 대한 여과수농도)과 여과율(멤브레인의 단위면적당 생산되는 여과수의 양)은 변화한다. 그러므로, 일정한 계산식을 정함으로서 서로 비교가 용이하다. 대개, 제거율(R)은 다음과 같이 계산된다.
Cf -Cp
R=
Cf
여기서, Cf 는 유입수의 농도를 나타내고, Cp는 여과수의 농도를 나타낸다. 그리고, 여과계수(permeability coeffcient; CP)은 다음과 같이 표시된다.
J×L
CP =
△P
여기서, J는 단위면적당 여과수의 양, L은 멤브레인의 두께, 그리고 △P는 적용압력을 나타낸다.
침투율 k를 이용하여 멤브레인 단면(다공성 매체로 간주)을 통과하는 유체의 유속은 darcy의 흐름법칙을 이용하여 다음 식으로 표현되기도 한다.
x △P
vo=
μ L
여기서, vo 는 단위면적당 통과하는 유체의 양, μ는 유체의 마찰점성, △P는 적용압력, 그리고 L은 멤브레인의 두께를 각각 나타낸다.
1.2 멤브레인 재료
폴리머(고분자), 세라믹, 금속 등의 재료를 이용한 멤브레인의 개발연구는 멤브레인 산업의 활성화를 뒷받침하여 왔고 계속하여 이 산업을 발전시키고 있다. 먼저, 고분자에 관한 일반적인 사항을 알아보고, 이를 이용한 멤브레인 재료를 살펴본 후 무기물질 멤브레인을 알아 보기로 한다.
1.2.1 고분자 멤브레인
멤브레인 고분자를 이루고 있는 단위구조의 분자식으로부터 해당 멤브레인의 성질(친수성 혹은 소수성, 방향족 혹은 사슬구조)을 알 수 있고, 또한 이온화가 가능한 기능족(functional group)이 있는 경우에는 음전하 혹은 양전하를 가진다는 것을 짐작할 수 있다.
(1) Polyalkenes
1) Polyethylenes
이 고분자의 반복되는 단위구조는 -(CH2-CH2)n-이다. 주 사슬구조가 매우 유연하기 때문에 유리전이온도(Tg)는 매우 낮아 -120℃이다. 용해도 변수도 상대적으로 낮은 값을 가진다. (δ=16 to 18(㎫)1/2)
2)Polypropylene
반복되는 단위구조는 -(CH2-CHCH3)n- 이다. CH3 족의 추가는 주사슬구조의 유연성을 저하시키기 때문에 Tg 또한 증가하여 -17℃로 된다.
(2) Cellulosics(셀룰로우즈계열)
자연적으로 발생할 수 있는 고분자인 셀룰로우즈는 굉장히 많은 수의 anhydroglucose 단위구조가 합쳐져서 이루어진 것이다. 단위구조에 위치하고 있는 세 개의 하드록시족(-OH) 때문에 이 셀룰로우즈 자체는 매우 정형의 구조를 가지고 있으나, 이러한 정형도 여러 가지 삽입되는 반응에 의하여 비정형구조를 띨 수 있다. 이 셀룰로우즈로 만들어 질 수 있는 변형된 셀룰로우즈는 셀룰로우즈 질산(cellulose nitrate), 셀룰로우즈 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로우즈 트라이아세테이트(cellulose triacetate)등이 있다.
1) 셀룰로우즈 질산
이 고분자 멤브레인은 상품적으로는 "celluloid"라고 불리어 지기도 하며, 멤브레인 폴리머로서 처음으로 쓰여지던 것 중의 하나이다. Tg 와δ는 각각, 53℃,21(㎫)1/2 이다. 셀룰로우즈 질산 멤브레인은 오늘날에도 여전히 MF멤브레인에 쓰이고 있다.
2) 셀룰로우즈 아세테이트
셀룰로우즈 아세테이트는 실제로는 cellulose diaetate이다. 이 물질은 cellulose triacetate로부터 아세테이트를 일부 떼어내는 과정으로부터 만들어진다. 보통 아세테이트 수는 2.3-2.5정도이다. Tg 와δ는 각각, 68.6℃, 23.2(㎫)1/2 이다. 이 물질은 MF, UF, NF, RO 등 모든 종류의 멤브레인에 쓰이고 있으며 아세테이트로 치환되지 않은 하이드록시 그룹이 많을수록 친수성이 강하여 RO 멤브레인 제작이 용이하다. 이러한 높은 친수성으로 인하여 많은 장점을 가지고 있지만, 또한 이 멤브레인은 용매, 수화작용, 생물학적 분해, UV등에 약한 단점을 가지고 있다.
3) 셀룰로우즈 트라아세테이트
아세테이트 수는 약 2.8정도이므로, 셀룰로우즈 아세테이트보다 아세테이트의 하이드록시족과의 치환정도가 높은 편이다. 그러므로, 셀룰로우즈 아세테이트보다 친수성은 약하다. 용해도 변수는 약 21.5(㎫)1/2 이다. 구조자체가 셀룰로우즈 아세테이트에 비하여 보다 정형화되어 있기 때문에 여과율이 낮은 편이다.
3. 여러 가지 복잡한 운영조건(온도, 압력, 용매, 화학약품)이 적게 요구된다.
4. 다른 처리 공정하고의 복합운영이 용이하다. 예를 들면, 기존의 정수장의 유출수에 멤브레인 공정을 추가하고, 멤브레인 여과수에 염소투입을 한 후 상수관망으로 송수할 수 있다. 혹은, 전처리 공정으로도 이용가능하다.
5. 처리공정의 공간이용율이 높은 편이다.
6. 처리 및 제거 효율이 높다.
7. 멤브레인 산업의 활성화로 인하여 무한한 개발가능성을 내재하고 있어, 운영비 및 건설비 등이 계속하여 절감될 수 있으며, 처리 효율도 향상될 수 있다.
8. 대기오염 등의 환경파괴 부산물의 생성이 적다.
멤브레인 공정의 단점
1. 멤브레인 여과수의 양이 제한되어 있어 경제성의 문제를 안고 있다.
2. 대규모의 멤브레인 공정 운영시 에너지 소비 문제가 있다.
3. 멤브레인 막힘현상
4. 적용에 제한이 있는 물질이 있다. 멤브레인의 종류에 따라서는 pH, 온도, 압력 등의 영향에 민감한 재료가 있으며, 구멍의 크기에 따라 제거되는 물질이 한정되어 있다. 폴리머멤브레인(가장 일반적)은 열악한 환경에 대개의 경우 견디지 못하는 것이 보통이다.
5. 폴리머 멤브레인의 수명은 짧은 편이다. 자주 교체해 주어야 한다.
6. 세라믹 멤브레인의 경우에는 잘 부서지고 휘는 단점이 있다.
7. 금속성 멤브레인의 경우에는 MF멤브레인에만 가능하고, 구멍이 MF보다 작은 멤브레인에는 적용이 불가능한 실정이다. (물론, 많은 연구가 진행중이다.) 특히, 스테인레스에 비하여 가격이 저렴한 타이타늄재료를 사용하는 연구도 진행되고 있어, 이 부분에 대해서는 많은 보완이 이루어질 전망이다.
1.1.5 멤브레인 공정의 제거율 및 여과율
멤브레인의 종류에 따라 또는 제거대상에 따라 그 제거율(유입수의 농도에 대한 여과수농도)과 여과율(멤브레인의 단위면적당 생산되는 여과수의 양)은 변화한다. 그러므로, 일정한 계산식을 정함으로서 서로 비교가 용이하다. 대개, 제거율(R)은 다음과 같이 계산된다.
Cf -Cp
R=
Cf
여기서, Cf 는 유입수의 농도를 나타내고, Cp는 여과수의 농도를 나타낸다. 그리고, 여과계수(permeability coeffcient; CP)은 다음과 같이 표시된다.
J×L
CP =
△P
여기서, J는 단위면적당 여과수의 양, L은 멤브레인의 두께, 그리고 △P는 적용압력을 나타낸다.
침투율 k를 이용하여 멤브레인 단면(다공성 매체로 간주)을 통과하는 유체의 유속은 darcy의 흐름법칙을 이용하여 다음 식으로 표현되기도 한다.
x △P
vo=
μ L
여기서, vo 는 단위면적당 통과하는 유체의 양, μ는 유체의 마찰점성, △P는 적용압력, 그리고 L은 멤브레인의 두께를 각각 나타낸다.
1.2 멤브레인 재료
폴리머(고분자), 세라믹, 금속 등의 재료를 이용한 멤브레인의 개발연구는 멤브레인 산업의 활성화를 뒷받침하여 왔고 계속하여 이 산업을 발전시키고 있다. 먼저, 고분자에 관한 일반적인 사항을 알아보고, 이를 이용한 멤브레인 재료를 살펴본 후 무기물질 멤브레인을 알아 보기로 한다.
1.2.1 고분자 멤브레인
멤브레인 고분자를 이루고 있는 단위구조의 분자식으로부터 해당 멤브레인의 성질(친수성 혹은 소수성, 방향족 혹은 사슬구조)을 알 수 있고, 또한 이온화가 가능한 기능족(functional group)이 있는 경우에는 음전하 혹은 양전하를 가진다는 것을 짐작할 수 있다.
(1) Polyalkenes
1) Polyethylenes
이 고분자의 반복되는 단위구조는 -(CH2-CH2)n-이다. 주 사슬구조가 매우 유연하기 때문에 유리전이온도(Tg)는 매우 낮아 -120℃이다. 용해도 변수도 상대적으로 낮은 값을 가진다. (δ=16 to 18(㎫)1/2)
2)Polypropylene
반복되는 단위구조는 -(CH2-CHCH3)n- 이다. CH3 족의 추가는 주사슬구조의 유연성을 저하시키기 때문에 Tg 또한 증가하여 -17℃로 된다.
(2) Cellulosics(셀룰로우즈계열)
자연적으로 발생할 수 있는 고분자인 셀룰로우즈는 굉장히 많은 수의 anhydroglucose 단위구조가 합쳐져서 이루어진 것이다. 단위구조에 위치하고 있는 세 개의 하드록시족(-OH) 때문에 이 셀룰로우즈 자체는 매우 정형의 구조를 가지고 있으나, 이러한 정형도 여러 가지 삽입되는 반응에 의하여 비정형구조를 띨 수 있다. 이 셀룰로우즈로 만들어 질 수 있는 변형된 셀룰로우즈는 셀룰로우즈 질산(cellulose nitrate), 셀룰로우즈 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로우즈 트라이아세테이트(cellulose triacetate)등이 있다.
1) 셀룰로우즈 질산
이 고분자 멤브레인은 상품적으로는 "celluloid"라고 불리어 지기도 하며, 멤브레인 폴리머로서 처음으로 쓰여지던 것 중의 하나이다. Tg 와δ는 각각, 53℃,21(㎫)1/2 이다. 셀룰로우즈 질산 멤브레인은 오늘날에도 여전히 MF멤브레인에 쓰이고 있다.
2) 셀룰로우즈 아세테이트
셀룰로우즈 아세테이트는 실제로는 cellulose diaetate이다. 이 물질은 cellulose triacetate로부터 아세테이트를 일부 떼어내는 과정으로부터 만들어진다. 보통 아세테이트 수는 2.3-2.5정도이다. Tg 와δ는 각각, 68.6℃, 23.2(㎫)1/2 이다. 이 물질은 MF, UF, NF, RO 등 모든 종류의 멤브레인에 쓰이고 있으며 아세테이트로 치환되지 않은 하이드록시 그룹이 많을수록 친수성이 강하여 RO 멤브레인 제작이 용이하다. 이러한 높은 친수성으로 인하여 많은 장점을 가지고 있지만, 또한 이 멤브레인은 용매, 수화작용, 생물학적 분해, UV등에 약한 단점을 가지고 있다.
3) 셀룰로우즈 트라아세테이트
아세테이트 수는 약 2.8정도이므로, 셀룰로우즈 아세테이트보다 아세테이트의 하이드록시족과의 치환정도가 높은 편이다. 그러므로, 셀룰로우즈 아세테이트보다 친수성은 약하다. 용해도 변수는 약 21.5(㎫)1/2 이다. 구조자체가 셀룰로우즈 아세테이트에 비하여 보다 정형화되어 있기 때문에 여과율이 낮은 편이다.