http://chineseinput.net/에서 pinyin(병음)방식으로 중국어를 변환할 수 있습니다.
변환된 중국어를 복사하여 사용하시면 됩니다.
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.
독립적 유기단량체 적층방식으로 제조된 선택층을 이용한 정삼투 분리막
권순범 ( Soon-bum Kwon ),정성필 ( Seong Pil Jeong ),이석헌 ( Seockheon Lee ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
현재 대표적인 정삼투 (Foward osmosis, FO)공정 적용 분리막은 폴리아마이드 (Polyamide, PA) 박막 복합체 (Thin film composite, TFC)형태이다. 정삼투 공정에 적용되는 PA-TFC 분리막은 지지층 내부에서 수투과유속을 저해하는 내부 농도분극 현상이 발생하는데, 이 현상을 최소화하기 위해서 친수성 및 다공성의 지지층을 이용한 분리막 제조가 주목 받고 있다. 하지만 가장 상용화된 선택층 제막 방법인 계면중합법은 in-situ 형태로 지지층에 영향에 영향을 받는다. 특히, 친수성 및 다공성의 지지층에서 폴리아마이드 층이 불균일하게 제조되기 때문에 새로운 선택층 제조 방법을 제시하고자 한다. 제시하는 방법은 일반적으로 지지층 위에서 선택층을 제조하는 방법이 아닌, PA 선택층과 지지층을 따로 제조한 후 결합하는 방법이다. 이 기법은 각 층이 독립적으로 제조 된 후 결합되기 때문에 지지층의 영향을 전혀 받지 않고 균일하고 밀도가 높으며 얇은 선택층을 제조 할 수 있을 뿐만 아니라 높은 지지층의 선택도로, 다양한 결합을 통해 적용하고자 하는 공정에 알맞은 분리막을 제조할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 제조 방법으로 전 처리된 유리기판 위에 유기 단량체 적층을 10cycle로 고정하여 선택층을 제조하였으며, 폴리아크릴로나이트릴 (Polyacrylonitrile, PAN)의 농도 (8, 12, 16 wt%)에 전 처리를 하여, 공극율과 공극 사이즈를 다양화한 친수성 지지층을 제조하였다. 제조된 두 층은 결합하여 TFC 분리막을 제조하였으며, 이후 정삼투 공정 테스트를 진행하였다. 동일한 공정 조건에서 가장 높은 성능을 나타낸 분리막은 mLbL_8wt% PAN 분리막으로서, 상용화된 분리막인 HTI사 CTA 분리막 및 계면 중합 방법으로 제조된 분리막과 비교 시 염투과유속 (Reverse salt flux, J<sub>s</sub>)은 비슷하지만 수투과유속 (Water flux, J<sub>w</sub>)에서 약 4 - 4. 5배 정도가 높음을 보였다. 또한, mLbL_8wt% PAN 분리막을 통하여 정삼투 공정의 변화 (FO & PRO mode)를 진행하였을 때, 두 공정의 수투과유속 차이가 크지 않음에 따라 지지층의 공극률 변화에 따른 ICP 현상이 현저히 감소하는 것을 직접적으로 확인하였다. 결과를 정리하자면, 첫 번째, 새로운 제막 기법을 통하여 지지층의 영향을 받지 않기 때문에 결함이 적고, 선택성이 높은 조밀한 구조의 선택층을 제조함. 두 번째, 선택층 제조상에 영향을 미치지 않기 때문에 ICP 최소화에 초점을 둔 친수성·다공성 지지층을 사용함. 이 두 가지 장점을 통해 정삼투 공정에 더 적합한 분리막을 제조할 수 있는 새로운 방법으로 제시한다.