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김혜원 ( Hye-won Kim ),윤택근 ( Taekgeun Yoon ),홍승관 ( Seungkwan Hong ),이석헌 ( Seockheon Lee ),정성필 ( Seongpil Jeong ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
막증류법은 막간 증기압차를 이용하여 유입수의 수증기를 소수성 분리막을 통해 분리한 후 저온의 처리수로 응축·회수하는 담수화 기술이다. 막증류 운전 중 분리막의 소수성이 저하되거나 친수화 되면 분리막의 공극 내부가 액체로 채워지는 막젖음(wetting) 현상이 발생한다. 막젖음의 발생은 오염물질을 포함하고 있는 유입수가 처리수로 직접 유입되어 처리 수질의 악화를 초래한다. 장기 운전에서 스케일링이 막젖음을 유발한다는 것이 선행연구를 통해 확인되었으나, 정확한 기작과 유발 물질에 관해서는 지속적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 분리막 표면 관측을 통해 스케일링과 막젖음을 감지할 수 있는 시각화 시스템을 적용하여 해수 대상의 막증류법에서 스케일링에 의해 발생하는 막젖음 현상에 대한 정밀한 분석을 수행하였다. 막증류법 실험에서는 공극 0.45μm, 공극률 75%, LEP 105KPa의 PVDF 분리막(HVHP, Durapore, USA)을 사용하였으며, 실험실에서 제조한 인공해수를 유입수로 하였다. 운전 온도는 유입수 70℃와 처리수 20℃로 하였으며, 유량은 유입수 0.8L/m과 처리수 0.5L/m으로 하여 막 처짐을 방지하였다(압력차 7KPa 이하). 막 젖음의 발생을 감지하기 위해 처리수 측의 전기전도도를 5분 간격으로 측정하였다. 또한 유입수 측에 CCD 카메라, 처리수 측에 LED 광원을 설치하여 스케일과 막젖음을 실시간으로 관측하였다. 관측 이미지는 카메라와 연결된 컴퓨터를 통해 5분 간격으로 저장하였다. 실험 결과, CaCO<sub>3</sub>와 CaSO<sub>4</sub> 스케일이 순차적으로 발생하는 것을 확인하였다. 운전 초기부터 플럭스의 급격한 감소 이전에는 CaCO<sub>3</sub>의 형성으로 분리막에 부분적인 막젖음(partial wetting)이 발생하였다. 그 이후 CaSO<sub>4</sub>의 형성으로 플럭스가 급격하게 감소하였고, 최종적으로 분리막의 완전한 막젖음(full wetting)이 발생하였다. 또한 시각화 시스템을 통해 플럭스의 급격한 감소 부근에서 분리막 표면에 스케일이 형성되는 것을 확인하였고, 스케일이 형성된 지점에서 막젖음이 발생하는 것을 관측하였다. 막젖음이 발생한 지점에서 SEM-EDS 분석을 수행한 결과, CaSO<sub>4</sub> 스케일이 공극 내부로 침투되어 있음을 확인하였다. 따라서 표면에 형성된 CaSO<sub>4</sub> 스케일이 공극 내부로 침투하면서 완전한 막젖음(full wetting)을 유발하는 것을 알 수 있었다.
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