KR101078046B1 - 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속세정방법에 관한 것이다. 더 상세하기는 본 발명은 역삼투막을 오염시키는 점토 및 미생물을 효과적으로 분해할 수 있는 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제; 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 포함하는 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속세정방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속 세정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 역삼투막을 오염시키는 점토 및 미생물을 효과적으로 분해할 수 있는, 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제; 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 포함하는 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속 세정방법에 관한 것이다.
최근 산업이 급속히 발달함에 따라 환경오염이 초래되고 산업용수의 수요가 급격히 요구되고 있다. 이러한 산업용수의 부족에 따라 염류가 많이 함유된 염수(brackish water)를 담수화하여 용수로 사용하거나 폐수의 처리수를 재활용하는 방법이 이용되고 있으며, 여기에 사용되는 역삼투막 방법에 의한 탈염처리설비가 많이 공급되고 있다. 특히, 해안에 인접한 석유화학 단지나 제철단지에서는 대규모 용수가 필요로 하여 역삼투막 설비가 일일 처리용량 5만톤에서 15만톤의 대규모로 건설되어 운영하고 있다. 또한 일부에서는 폐수의 처리수를 역삼투막을 이용하여 처리하여 재활용하는 중규모 설비도 운영하고 있는데 역삼투막 처리설비의 안정한 운영을 위해서는 적절한 스케일 방지, 살균처리 및 주기적인 세정관리가 필요로 하고 있다.
역삼투막의 세정은 보통 투과수량, 수질 및 급수압력과 농축수의 압력차이가 10 ~ 15% 정도 변하면 세정을 실시한다. 이러한 세정주기는 막의 오염 정도와 종류에 따라 변하는데, 보통 막에 사용하는 급수의 오염지수인 SDI(silt density index)가 5.0 이상인 경우는 월 1회, 3.0 ~ 5.0에서는 2개월, 그리고 3.0 이하에서는 분기에 1회 정도의 주기로 세정을 실시한다.
일반적으로, 종래 오염된 막의 세정방법으로는 산세정과 알칼리 세정을 각각 별도로 실시하여 오염물을 제거하는 것이다. 먼저, 산세정은 무기산 또는 유기산으로 pH 2 내지 4의 조건에서 실시하여 무기계 스케일을 제거하나, 막의 오염상태에 따라 세정조건이 틀려지며, 온도는 세정효과를 상승시키기 위해 35 내지 40℃로 승온하여 세정하였다. 산세정이 끝난 후에는 세정폐액을 전부 세정탱크에서 배출하여 잔류한 산이 남아 있지 않도록 충분히 수세한 후, 다시 알칼리 세정을 실시한다. 알칼리 세정에는 보통 가성소다와 같은 알칼리 화합물이 사용된다. 알칼리 세정도 세정효과를 상승시키기 위해 35 내지 40℃로 세정액을 승온하여 세정하고 세정 후에는 폐액을 전부 배출하고 충분히 수세하여 세정작업을 마치게 된다. 따라서 종래의 세정방법은 산세정과 알칼리 세정을 각각 실시하여 세정작업이 번거로울 뿐 아니라, 세정폐액의 발생이 많고, 각각의 수세에 따른 세정용수의 사용량도 많은 단점이 있다. 또한 종래의 세정방법은 장시간의 세정 공정 동안 온도를 지속적으로 유지하기 위한 스팀 사용과 세정수 순환을 위한 펌프가동 등으로 인해 전력이 많이 소요되어, 전력비의 상승과 오랜 세정시간에 따른 작업인원의 소요 등 많은 문제점을 가지고 있다.
또한, 산 및 알칼리 물질로는 점토와 같은 오염물질은 쉽게 제거되지 않기 때문에, 점토로 오염된 역삼투막은 종래의 세정방법으로는 제거가 어렵다. 점토(Clay)는 알루미늄실리케이트로 대부분의 강, 호수, 바닷물에 존재하며 막의 급수에 존재하게 된다. 특히 갈수기에 들어서면 점토의 함량이 높아지기 때문에 미세한 점토성분은 전처리 설비인 마이크로 필터에서 제거가 어려워지므로 급수의 SDI를 높게 유지시켜 막을 오염시키는 주성분이 된다. 점토는 크기에 따라 바위, 침전물, 미세 미립자로 분류되지만 자연계에서 오랜 기간 동안 형성되어 온 것이다. 점토는 보통 알루미늄옥사이드층에 실리케이트가 결합되어 있는 카오리나이트(Kaolinite), 철, 마그네슘, 알루미늄, 포타슘 등 다양한 금속이 함께 결합되어 있는 일라이트(Ilite), 그리고 칼슘, 나트륨, 알루미늄 및 마그네슘이 결합한 스멕타이드(Smectite) 등 여러 가지가 있으며, 보통 30여가지 원소가 포함되기도 한다. 점토는 불수성으로, 실리카/산소/알루미늄/산소의 2층 구조에 하이드록시 작용기가 외곽에 존재하므로 오직 외곽부위만 세정제에 반응하기 때문에 종래의 산 및 알칼리 세정으로는 제거가 어렵다. 또한, 점토는 가소성이 있기 때문에 막에 가해지는 압력에 의해 막 표면에 부착하여 공극을 막아 막의 효율을 저하시킨다. 이러한 점토의 막 오염의 메커니즘은 물리적 흡착, 정전기적 부착현상으로 설명되고 있다(M.W. Armstrong, et.al., Desalination and water treatment 10(2009) 108-114). 일반적으로 점토를 제거하기 위해서는 전처리 단계에서 응집침전 처리하고 마이크로 필터에 의한 역삼투 여과처리를 하고 있으나 수 마이크로 크기의 미세한 입자상의 점토는 제거되지 않은 상태로 막의 급수에 함유되어 유입되기 때문에 오염을 가중시키고 종래의 산과 알칼리 세정작업으로는 잘 제거되지 않는 특징이 있다. 따라서 종래의 산과 알칼리 세정제로는 반응이 어려워 쉽게 제거되지 않는 점토에 대해 오염된 막에서 점토 입자를 쉽게 박리 및 분산시켜 세정효율이 개선되도록 본 발명에서 해결하고자 하였다.
미생물에 의한 막의 오염은 최근에 폴리아미드 막를 사용하기 때문에 더욱 가중되고 있는데 그 이유는 폴리아미드가 살균처리에 사용하는 산화성 염소와 반응하여 쉽게 열화하기 때문이다. 그래서 염소가 급수에 검출되지 않도록 해야 한다. 역삼투막 설비는 운전온도가 미생물이 잘 성장할 수 있는 환경이고 용존산소가 존재하기 때문에 박테리아, 조류 및 곰팡이 등의 미생물이 섭취할 수 있는 유기물로 오염되면 쉽게 성장하여 수시간 내에 막을 오염시키게 된다. 이러한 막을 오염시키는 점액성의 미생물은 더욱 막에 부착하기 쉽고 바이오 필름을 형성하여 세정으로 제거가 어렵게 된다.
종래의 역삼투막의 세정제로는 미국특허 제4,496,470호는 칼슘과 마그네슘 스케일뿐 아니라 철과 유기물 오염에 적용이 가능한 구연산과 사과산으로 구성된 유기산에 일인산염과 이인산염으로 완충성을 갖게 하여 세정액의 pH를 2-4 범위에 유지하고 침투제로 비이온성 계면활성제를 포함한 세정제에 대하여 기술되어 있다. 그러나 여기에 기술된 세정제는 단순히 무기성 스케일 제거만 가능하고 비이온 계면활성제로 일부 미생물을 제거가 가능하나 그 효과가 미흡하여 유기물 세정이 가능한 별도의 알칼리 세정이 요구된다.
또한, 미국특허 제4,806,259호는 금속 산화물과 실리카 스케일에 유효하도록 앞에 언급한 유기산에 유기인산과 계면할성제와 불화염을 첨가한 막 세정제에 대하여 기술되어 있으나, 단독의 산세정만으로 점토 및 미생물로 오염된 막을 세정하기에는 효과적이지 않다. 또한 미국특허 제4,895,658호는 상기 세정제에 아크릴산과 메타크릴산호모폴리머를 분산제로 첨가하였다. 이러한 막 세정방법은 주로 유기산을 기본으로 하기 때문에 점토와 미생물 주체의 유기물이 용해되지 않아 세정효과가 낮은 단점을 가지며, 이러한 유기물 제거를 위해서는 별도 과정으로 알칼리 세정이 요구된다.
특히, 무기물 제거에는 산을 사용하고 유기물 제거는 알칼리를 사용하기 때문에 반드시 산세정 후에는 반드시 잔류한 산이 존재하지 않도록 충분한 수세 후에 다음의 알칼리 세정 작업이 이루어져야 하는 단점이 있으며, 이러한 문제가 종래의 보편적으로 적용하고 있는 역삼투막의 세정방법이다.
이와 같이 역삼투막의 종래 세정방법으로는 주로 산세정과 알칼리 세정을 각각 실시하는데 점토와 미생물로 오염된 막에 대해 세정효과가 미흡하고, 세정시간이 오래 걸리며, 산 세정 후, 알칼리 세정 전에 세정액을 전부 교체하여 잔류한 산이 없도록 충분한 수세가 필요하여 세정수량이 많이 소모되며 그에 기인한 폐수 발생량이 많이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 막 세정시, 각각의 공정에서 세정액의 온도를 상승시키기 위한 스팀과 순환펌프 가동을 위한 전력비가 많이 소모되며, 세정에 필요한 작업인력이 많이 필요로 하는 단점이 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 점토 및 미생물에 대한 세정효과가 유효한 신속한 세정제 및 이를 이용한 세정방법에 대한 지속적인 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 방법으로 제거하기 어려운 점토 및 미생물 등으로 오염된 막을 보다 효율적으로 세정하고, 세정 공정을 단순화하여 인력 및 에너지를 절감할 수 있는 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 연속 세정방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제; 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 포함하는 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 역삼투막 연속 세정방법을 제공한다.
본 발명의 역삼투막 세정제 및 이를 이용한 역삼투막 연속 세정방법은 점토 및 미생물 등으로 오염된 역삼투막의 세정에 우수한 효과를 보이며, 종래의 세정방법에 비해 공정을 단순화함으로써, 세정시간을 단축시켰으며 세정수 및 세정과정 중 발생한 폐액을 감소시키고, 세정에 필요한 스팀, 전기 및 인력을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 역삼투막 세정공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 역삼투막 연속세정공정을 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 세정 공정 및 본 발명의 연속세정공정을 비교한 세정 공정도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3에 따른 종래의 막 세정공정 및 본 발명의 연속세정공정의 세정 효율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 역삼투막 연속세정공정을 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 세정 공정 및 본 발명의 연속세정공정을 비교한 세정 공정도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3에 따른 종래의 막 세정공정 및 본 발명의 연속세정공정의 세정 효율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제 및 알칼리성 화합물, 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 포함하는 역삼투막 세정제에 관한 것이다.
보다 상세하게는 상기 분해제는 분해제 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량% 과초산, 5 내지 25 중량% 과산화수소, 0.5 내지 5 중량% 음이온 계면활성제, 1 내지 10 중량% 유기산 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 분해촉진제는 분해촉진제 총 중량에 대하여 5 내지 25 중량% 알칼리성 화합물, 5 내지 30 중량% 킬레이트제 및 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 역삼투막의 세정은 상기 역삼투막 세정제를 희석하여 사용에 적절한 농도로 유통시킬 수 있다. 또한, 상기 세정제는 세정 사용시 그대로 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 적절한 농도로 희석하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1/10 내지 1/500의 농도로 희석하여 사용할 수 있다. 본 발명의 역삼투막 세정제는 세정 탱크 내에서 상기 범위로 희석하여 사용할 수 있다.
상기 과초산 및 과산화수소를 포함하는 과산화물은 막에 부착한 불용성의 점토입자를 과산화물 중의 발생기 산소가 반응하여 막으로부터 박리 및 분산시키는 기능을 하여 종래의 산세정이나 알카리세정으로는 제거하기 어려운 점토입자를 제거하는데 유효하다.
상기 과초산은 하이드록시 라디칼을 가진 산화성 물질로 살균력이 강하여 각종 막이나 여러 장비의 살균제로 사용되는데, 박테리아 등의 세포의 보효소 중의 단백질인 시스테인기와 반응하여 미생물을 사멸하는 기능이 있어 막을 오염시킨 미생물의 살균에도 유효하다. 과초산의 살균농도에서는 대부분의 폴리아미드 막에 대해 적용 가능한 것으로 알려져 있다(Web Byron Reverse osmosis a practical guide for industrial users). 과초산은 다른 일반적인 살균제에 비해 살균력이 보다 빠른 살균제 중의 하나로 최소의 산화전위로 살균력을 가진 것으로, 다른 산화성 살균제가 폴리아미드 막에 영향을 미치는 것에 비해 적용이 가능한 산화제이다. 과초산은 불안정한 물질로 보통 초산과 과산화수소를 반응시켜 생성하는데 그 반응식은 다음과 같다.
CH3COOH + H2O2 -> CH3COOOH + H2O (반응식 1)
이 반응은 비가역적으로 반응물과 생성물의 평형상태를 유지하며 평형상태에서 과초산 농도는 과산화수소 농도와 초산에 대한 과산화수소의 몰비에 의존한다. 과초산은 상업적으로 4-5%의 과초산과 약 20% 정도의 과산화수소가 함유되어 있는데, 막의 살균력을 갖기 위해서는 과초산은 400mg/l, 과산화수소는 약 2,000 mg/l 정도 까지가 유효하다. 따라서 400mg/l의 과초산이 역삼투막의 최대 허용농도로 알려져 있다. 과초산의 사용에 있어서 Mullete 등은 철과 망간 같은 전이금속을 존재하면 과초산/과산화수소의 산화력이 증가하기 때문에 마이크로 필터나 막의 세정에 적용 가능한 것으로 보고하였다(USP 2007-021002 A1). 과초산의 접촉시간은 40 내지 60분이면 충분하며 세정액의 pH는 2.0-4.0의 범위가 유효하다.
과초산을 제조하는 방법은 당업계에서 통상적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있다. 과초산의 제조방법으로는 반응식(1)이 평형반응으로 안정성을 유지하기 위해 인산이나 유기인산을 안정제로 사용하거나(대한민국특허 10-0363896), 유기산이나 킬레이트제를 안정제로 사용하기도 한다(대한민국특허 10-0597092).
상기 분해제는 안정화제를 추가로 포함할 수 있으며, 황산인 것이 바람직하다. 상기 안정화제는 분해제 총 중량에 대하여 0.5 내지 2 중량%인 것이 바람직하다.
황산을 안정화제로 첨가하면 과초산 생성반응에 영향을 끼치지 않으면서, 과초산의 생성이 보다 잘 이루어지며, 유기인산이나 킬레이트 사용에 비해 비용면에서 훨씬 저렴하다.
따라서, 본 세정방법은 막에 대한 산화제의 안정성과 점토 및 미생물에 대한 세정효율을 고려하여, 과초산 농도를 100-400mg/l, 과산화수소를 500-2,000mg/l로 사용하는 것을 검토하였는데, 이 정도의 사용농도에서 막 오염물질인 미생물에 대해 살균력을 보이고 점토에 대해 박리 및 분산 효과를 보이기 때문이다.
또한, 계면활성제는 음이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제를 이용할 수 있으나, 바람직하게는 음이온 계면활성제가 유효하며, 양이온 계면활성제는 역삼투막과 결합하므로 사용이 불가능하다.
상기 음이온 계면활성제는 막의 오염물인 점토와 미생물 표면의 표면장력을 저하시켜 막에서 쉽게 박리시키고 분산하는 기능을 한다.
상기 음이온 계면활성제로는 당 업계에서 통상적으로 사용하는 것이면 어느 것이나 이용가능하나, 바람직하게는 용해성이 우수한 알킬벤젠설포네이트(alkylbenzene sulfonate), 알킬설페이트(alkyl sulfate), 알킬페닐에테르설페이트(alkyl phenyl ether sulfate), 설포숙시네이트(sulfosuccinate) 및 에테르숙시네이트(ether succinate)로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다.
상기 음이온 계면활성제는 분해제 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%가 바람직하며, 0.5 중량% 미만일 경우에는 세정 처리효과가 나쁘며, 5 중량%를 초과하여 포함된 경우는 세정시에 거품의 발생이 많아지므로 세정작업이 어려워져 나중에 수세하는데 오랜 시간이 걸린다.
그리고 비이온 계면활성제는 폴리옥시알킬렌글리콜, 지방산에스테르, 폴리에톡시아미이드 또는 에톡시아민 등의 일부가 사용이 가능하나 전부가 유효한 것은 아니다. 그 이유는 세정액이 산성조건에서 이루어지지 때문에, 분해제를 제조할 경우에 클라우드 포인트가 40℃ 이상인 것을 사용할 필요가 있고 세정폐액의 처리시에 음이온 계면활성제보다 제거가 어려운 2차 환경영향을 고려하여 본 발명에서는 제외하였다.
따라서 과초산의 살균력과 과산화수소의 분해에 따른 산소 발생으로 인한 막 표면의 교란작용으로 오염물을 제거하고 특히, 계면활성제에 의해 세정제 성분들이 오염물질에 잘 침투하고 분산하게 하여 보다 우수한 역삼투막의 세정 효과를 얻을 수 있다.
상기 유기산은 분해제 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%인 것이 바람직하며, 칼슘계를 비롯한 산화철 등의 무기계 스케일을 용해시키는 역할을 한다.
상기 유기산이 10중량%를 초과할 경우, 분해촉진제에 사용하는 알칼리성 화합물이 많이 소요하기 때문에 어려움이 있다.
상기 유기산은 당 업계에서 사용하는 것이면 어느 것이나 사용가능 하나 바람직하게는 구연산, 옥살산, 글리콜릭산를 포함하는 카르복실기를 포함하고 있는 유기산을 이용할 수 있다. 유기산은 무기산에 비해 완충성이 우수하고, 세정시에 역삼투막에 대해 미치는 영향이 적어 사용이 가능하다.
상기 분해제는 폴리머형 분산제를 추가로 더 포함할 수 있으며, 폴리머형 분산제는 저분자 아크릴산 폴리머인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 중량평균분자량 3,000 내지 20,000을 가지는 저분자 아크릴산 폴리머를 사용할 수 있다. 상기 저분자 아크릴산 폴리머는 분해제 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 범위로 포함할 때, 세정작업 중에 박리한 오염물에 대해 장기간 분산성을 유지할 수 있다.
또한, 상기 저분자 아크릴산 폴리머는 아크릴산 호모폴리머, 아크릴산 공중합체, 무수말레익산 호모폴리머 및 무수말레익산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 아크릴산 공중합체 또는 무수말레익산 공중합체는 메칠메타크릴레이드(methyl methacrylate), 2-하이드록시에칠메타크릴레이트(2-hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate) 및 2-아크릴아미도-2-메칠프로판 설폰산(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 모노머를 하나 또는 둘을 아크릴산이나 무수말레익산으로 공중합 것으로 작용기가 카르복실기 이외에 하이드록시기나 설포네이트기를 가진 것이다.
상기 폴리머형 분산제는 박리한 오염물의 응집을 억제하고 분산시키는 기능을 갖기 때문에, 과초산과 과산화수소에 의해 막에서 박리된 오염물인 점토 및 미생물의 재부착을 방지하는 효과를 가진다. 즉, 폴리머형 분산제는 오염물에 흡착하는데, 폴리머형 분산제의 작용기 전부가 오염물에 흡착하는 것이 아니며, 일부의 작용기는 흡착에 관여하지 않고 오염물에 이온성을 주어 전기적인 반발력을 증가시켜 박리된 오염물의 분산상태를 지속적으로 유지시키는 역할을 한다.
본 발명은 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제를 이용하여 막의 점토 및 미생물을 세정한 후, 과초산 및 과산화수소를 중화시키고, 산화철 등의 다른 무기계 물질을 세정하고, 미생물 및 유기물을 추가로 제거하기 위해 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함한 분해촉진제를 사용한다.
알칼리성 화합물은 수중에서 하이드록시 이온을 발생시켜 지방 분자구조 중의 탄소와 산소결합을 끊어 유기물 성분을 분해시키는데 유효한 성분이다.
또한, 역삼투막 세정시, 분해제가 산성 분위기에서 세정이 이루어지기 때문에 장기간 막이 산화제에 노출되어 손상되는 것을 방지하기 위해서는 빠른 중화가 필요하다. 일반적으로 과초산과 과산화수소는 pH 8 이상의 알칼리 영역에서 불안정하여 쉽게 분해되기 때문에, 상기 알칼리성 화합물을 이용하여 pH를 10 내지 12로 상승시켜 과초산과 과산화수소를 빨리 중화시킬 수 있다.
상기 알칼리성 화합물은 분해촉진제 총 중량에 대하여 5 내지 25 중량%을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 범위에서 분해제로 인한 산성 수질을 중화시키며, 과초산 및 과산화수소를 분해하고, pH를 10-12 범위로 상승시켜 알칼리세정에 적합한 영역으로 유지가 가능하다.
이러한 알칼리 화합물은 가성소다, 가성칼리, 암모니아 및 하이드라진으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 킬레이트제는 강력한 음전하를 가지고 있기 때문에 오염물 중의 양전하를 강력히 끌어 당겨 결합을 파괴시켜 나머지 오염물을 제거할 수 있다. 상기 킬레이트제를 알칼리 영역에서 사용하는 이유는 하이드록시기가 많은 알칼리 조건에서 양전하를 띄고 있는 금속염을 제거하고 나머지 성분은 음전하를 띄기 때문에 수중에서 분산시키기 때문이다.
상기 킬레이트제는 당 업계에서 통상적으로 이용하는 것이라면 어느 것이나 이용 가능하지만, 소듐트리폴리포스페이트(Sodium Tripolyphosphate)를 포함한 중합인산염, 카복실기가 있는 에틸렌디아민테트라아세트산염(ethylenediaminetetraacetic acid salts, EDTA), 니트릴로트리아세트산염(nitrilo triacetate), 하이드록시에틸렌디아민트리아세트산염(hydroxy ethylenediamine triacetate)을 포함하는 아미노카르복실산염이 바람직하다
상기 킬레이트제는 분해촉진제 총 중량에 대하여 5 내지 30 중량%인 것이 바람직하며, 5 중량% 미만으로 포함하면 사용량이 증가하고, 30중량%를 초과하여 포함되면 제조품의 안정성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 역삼투막 세정제는 점토 및 미생물 제거용인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 과초산, 과산화수소, 음이온계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 이용하여 역삼투막을 세정하는 역삼투막 연속세정방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는 역삼투막 세정방법으로서, 역삼투막이 다단으로 이루어져 있으며,
(a) 30 내지 45℃로 승온하여 분해제를 전체 단에 투입하여 40 내지 60분 동안 세정하는 1차 전체 순환 세정 단계;
(b) 상기 분해제를 각 단별로 순차적으로 투입하여 각각 40 내지 60 분 동안 세정하는 1차 단별 세정 단계;
(c) 1차 단별 세정 단계 후, 연속하여 30 내지 45℃로 승온하여 분해촉진제를 전체 단에 투입하여 40 내지 60분 동안 세정하는 2차 전체 순환 세정 단계;
(d) 상기 분해촉진제를 각 단별로 순차적으로 투입하여 각각 40 내지 60 분 동안 세정하는 2차 단별 세정 단계;및
(e) 상기 2차 단별 세정 단계 후, 수세 공정 단계를 포함하는 역삼투막 연속세정방법에 관한 것이다.
상기 역삼투막 연속세정방법에서는 본 발명에서 제조된 역삼투막 세정제를 제조된 농도 그대로 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 적절한 농도로 희석하여 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1/10 내지 1/500의 농도로 희석하여 사용할 수 있다. 이때, 희석은 세정 탱크에 분해제 또는 분해촉진제의 세정제를 첨가하여 희석률을 조절하여 이루어질 수 있다.
상기 (a) 및 (b)단계에서, 상기 분해제는 분해제 중량에 대하여 0.001 내지 0.04 중량% 과초산, 0.05 내지 0.2 중량% 과산화수소수, 0.005 내지 0.05 중량% 음이온계면활성제, 0.01 내지 0.1 중량% 유기산 및 잔량의 물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분해제 또는 분해촉진제를 승온하는 방법으로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 바람직하게는 스팀을 이용할 수 있다. 또한, 상기 역삼투막 세정제의 온도는 30 내지 45℃인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 30 내지 40℃이다. 상기 온도의 범위에서 세정 효과가 우수하다.
상기 (a)단계 및 (b)단계에서는 분해제의 pH는 2 내지 6 인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 pH의 범위는 2 내지 4이다.
상기 (c)단계 및 (d)단계에서는 분해촉진제의 pH는 9 내지 13인 것이 바람직하며, 보다 바람직한 pH의 범위는 10 내지 12이다.
또한, 상기(d)단계는 1회 내지 2회 추가로 실행할 수 있다.
본 발명의 역삼투막 연속세정공정을 도 2에 나타내었다. 본 발명의 연속 세정공정은 종래의 세정공정과 달리 세정탱크가 하나만 설치하여 운영이 가능하다. 종래의 산세정과 알칼리 세정시에는 각각의 약품이 혼합되면 산과 알칼리가 중화되어 약품의 효과를 발휘할 수 없으나 본 발명의 연속세정 공정은 분해제를 먼저 적용한 후에 잔류한 분해제를 중화할 목적으로 분해촉진제를 사용하기 때문에 종래와 달리 세정탱크가 하나만으로도 가능하기 때문이다. 본 발명의 연속세정 공정은 스팀을 사용하여 30 내지 45℃로 승온 후에 먼저 분해제를 주입하고 각 단의 밸브를 개방하여 전체 순환을 실시한다. 전체 순환이 완료되면 2단 및 3단의 밸브를 잠그고 1단을 부분 순환하고 순차적으로 2단 및 3단을 동일한 절차로 단별 부분 순환하여 세정한다. 상기 단별 부분 순환이 완료된 후에는 종래의 세정공정과는 달리 점토 및 미생물에 오염된 막에 대해 세정효과가 좋으며 과초산이 장시간 막에 접촉하는 것을 피하기 위해 부분순환을 추가로 수행하지 않고, 세정 폐액의 배출이나 수세없이 곧바로 추가로 분해촉진제를 주입한다. 분해촉진제를 투입한 이후에는 각 단의 밸브를 개방하여 전체순환 공정을 수행하고, 상기와 같이 2단 및 3단의 밸브를 잠그고 1단을 부분 순환하고 순차적으로 2단 및 3단을 동일한 절차로 각 단별로 부분 순환하여 세정을 실시한다. 바람직하게는 단별 부분 순환 공정을 일회 추가로 실시하고, 충분히 수세하여 세정을 마치게 된다. 따라서 종래의 세정공정보다 시간을 단축하고, 폐액의 배출을 감소하며, 산세정 후의 수세과정이 생략되어 연속적으로 세정이 이루어지기 때문에 종래에 비해 간편하고 우수한 세정효과를 얻을 수 있다.
상기 각 성분에 대한 기재는 앞의 기재를 원용한다.
상기 음이온 계면활성제로는 당 업계에서 통상적으로 사용하는 것이면 어느 것이나 이용가능하나, 바람직하게는 용해성이 우수한 알킬벤젠설포네이트, 알킬설페이트, 알킬페닐에테르설페이트, 설포숙시네이트 및 에테르숙시네이트로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다.
상기 유기산은 분해제 총 중량에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%인 것이 바람직하며, 칼슘계를 비롯한 산화철 등의 무기계 스케일을 용해시키는 역할을 한다.
상기 유기산은 당 업계에서 사용하는 것이면 어느 것이나 사용가능 하나 바람직하게는 구연산, 옥살산, 글리콜릭산를 포함하는 카르복실기를 포함하고 있는 유기산을 이용할 수 있다.
상기 분해제는 안정화제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 안정화제는 황산인 것이 바람직하다. 이때, 상기 안정화제는 분해제 총 중량에 대하여 0.005 내지 0.02 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분해제는 폴리머형 분산제를 추가로 더 포함할 수 있으며, 폴리머형 분산제는 저분자 아크릴산 폴리머인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 중량평균분자량 3,000 내지 20,000을 가지는 저분자 아크릴산 폴리머를 사용할 수 있다. 상기 저분자 아크릴산 폴리머는 분해제 총 중량에 대하여 0.01 내지 0.1 중량%로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저분자 아크릴산 폴리머는 아크릴산 호모폴리머, 아크릴산 공중합체, 무수말레익산 호모폴리머 및 무수말레익산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 상기 아크릴산 공중합체 및 무수말레익산 공중합체는 메칠메타크릴레이드, 2-하이드록시에칠메타크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트 및 2-아크릴아미도-2-메칠프로판 설폰산로 이루어진 군으로부터 선택된 모노머를 하나 또는 둘을 아크릴산이나 무수말레익산으로 공중합 것으로 작용기가 카르복실기 이외에 하이드록시기나 설포네이트기를 가진 것이다.
상기 분해촉진제는 분해촉진제 총 중량에 대하여 0.05 내지 0.2 중량% 알칼리성 화합물, 0.05 내지 0.3 중량% 킬레이트제 및 잔량의 물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 화합물은 가성소다, 가성칼리, 암모니아 및 하이드라진으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 킬레이트제는 당 업계에서 통상적으로 이용하는 것이라면 어느 것이나 이용 가능하지만, 소듐트리폴리포스페이트를 포함한 중합인산염, 카복실기가 있는 에틸렌디아민테트라아세트산염, 니트릴로트리아세트산염, 하이드록시에틸렌디아민트리아세트산염을 포함하는 아미노카르복실산염이 바람직하다.
본 발명의 역삼투막 연속세정방법은 점토 및 미생물을 제거용인 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
제조예 1 내지 3 : 분해제 제조
제조예 1
분해제는 탈염수 210g에 구연산(시약용 순도99.5%) 15g을 넣고 교반하여 용해한 후에 초산(삼성BP 순도99.5%) 80g을 가하여 혼합하였다. 이후에 계면활성제로 알킬벤젠설포네이트계의 일본 라이온사의 Lipon LS-250을 40g 첨가하여 교반하고 최종적으로 과산화수소(OCI 순도35%) 655g를 가하였고, 상온에서 1주일간 안정화시켜 3.0 중량%의 과초산 수용액을 만들었다. 분해제의 최종 잔류한 과산화수소 농도는 21.3 중량%였고, 과초산과 과산화수소의 농도분석은 세릭설페이트와 티오설페이트염으로 적정하여 구하였다(13)(Envirotech chemical service, inc. determination of hydrogen peroxide and peracetic acid in solutions) 이 분해제는 제조 1개월 후에도 안정한 과초산 농도를 유지하였다.
제조예 2
분해제는 탈염수 160g에 황산(시약용 순도95%) 15g을 넣고 혼합하여 서서히 냉각한 후에 초산(삼성BP 순도99.5%) 80g을 가하여 혼합하였다. 이후에 구연산(시약 순도99.5%)을 50g 가하여 용해시키고 음이온 계면활성제 Lipon LS-250을 40g 첨가하여 교반하고 최종적으로 과산화수소(OCI 순도35%) 655g를 가하였고, 상온에서 1주일간 안정화시켜 3.8 중량%의 과초산 수용액을 만들었다. 분해제의 최종 잔류한 과산화수소 농도는 21.1 중량%였고, 과초산과 과산화수소의 농도분석은 세릭설페이트와 티오설페이트염으로 적정하여 구하였다. 이 분해제는 제조 1개월 후에도 안정한 과초산 농도를 유지하였다.
제조예 3
분해제는 탈염수 130g에 황산 15g을 넣고 혼합하여 서서히 냉각한 후에 초산 80g을 가하여 혼합하였다. 이후에 구연산 50g을 첨가하여 용해하고 아크릴산, 2-하이드록시에칠메타크릴레이트, 2-아크릴아미도-2-메칠프로판설폰산을 7:2:1 몰비로 합성한 아크릴산 공중합물 SA-300 (삼성고분자 중량 평균 분자량(Mw) 8500)을 폴리머형 분산제로 30g 첨가 후에 음이온 계면활성제 Lipon LS-250을 40g 첨가하여 교반하고 최종적으로 과산화수소(OCI 순도35%) 655g를 가하였고, 상온에서 1주일간 안정화시켜 3.8 중량%의 과초산 수용액을 만들었다. 이 분해제의 최종 잔류 과산화수소 농도는 21.1 중량%였고, 제조 1개월 후에도 안정한 과초산 농도를 유지하였다.
제조예 4 : 분해 촉진제 제조
분해촉진제는 탈염수 660g에 알칼리제로 가성소다(OCI 순도95%)를 150g 가하여 용해 및 냉각 후에 킬레이트제로 에틸렌디아민테트라아세틱산4나트륨염 (동서석유 순도95%) 150g을 용해하여 제조하였다.
실시 예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 10
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 10의 세정액은 하기 표 1에 기재된 성분 및 함량으로 포함하고, 잔량의 물을 포함하는 세정액을 제조하여 역삼투막 세정하였다. 실시예 1 내지 6의 경우, 분해제를 먼저 1시간 적용한 후에 세정액을 교체하지 않고 추가로 분해촉진제를 첨가하여 계속적으로 실험하였다. 비교예 1 내지 6, 비교예 9 및 10은 2시간 동안 침적하였으며, 비교예 7 및 8은 1시간 후에 세정액을 교체하여 실험하였다.
| 성분(함량: 중량%)* | |
| 실시예 1 | 제조예 1의 분해제(1) +제조예 4의 분해촉진제(1) |
| 실시예 2 | 제조예 1의 분해제(2) +제조예 4의 분해촉진제(2) |
| 실시예 3 | 제조예 2의 분해제(1) +제조예 4의 분해촉진제(1) |
| 실시예 4 | 제조예 2의 분해제(2) +제조예 4의 분해촉진제(2) |
| 실시예 5 | 제조예 3의 분해제(1) +제조예 4의 분해촉진제(1) |
| 실시예 6 | 제조예 3의 분해제(2) +제조예 4의 분해촉진제(2) |
| 비교예 1 | 구연산(1) |
| 비교예 2 | 구연산(1)+도데실벤젠설폰산나트륨(0.05) |
| 비교예 3 | EDTA-4Na(1) |
| 비교예 4 | EDTA-4Na(1)+도데실벤젠설폰산나트륨(0.05) |
| 비교예 5 | 제조예 2의 분해제(1) |
| 비교예 6 | 제조예 2의 분해제(2) |
| 비교예 7 | 구연산(1) + EDTA-4Na(1) |
| 비교예 8 | 구연산(1)+도데실벤젠설폰산나트륨(0.05) + EDTA-4Na(1) |
| 비교예 9 | 설파민산(1) |
| 비교예 10 | 설파민산(1) +LS-250(0.05) |
* 상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 10은 상기 표의 성분 및 함량을 함유하며, 물을 첨가하여 100중량%을 맞추었다.
실험예 1
점토 및 미생물에 오염된 실제 오염막에 대해 세정실험을 실시하였다.
막은 Toray TM720-430으로 공업용수를 담수화하는데 2년간 사용한 것으로, 막을 분해하여 오염물의 부착량을 측정하여 본 결과, 오염물이 2.32g/m2 부착하였고 그 중에 강열감량이 45.7중량%로 미생물을 포함한 유기물에 해당하였으며 나머지가 무기물이었다. 무기물은 EDX분석으로 환산한 결과, SiO2가 19.7중량%, Al2O3가 18.9중량%로 대부분을 차지하여 대부분이 점토성분인 것으로 확인되었고 일부 Fe2O3, K2O, MgO, CaO가 소량 차지하였다.
실험예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 10의 세정액을 이용하여 세정효과 실험을 하였다. 세정실험은 40℃로 유지되는 수욕조에 오염된 역삼투막을 15x15cm크기로 잘라 1리터 세정액이 담긴 비이커에 넣고 침적하였다.
비교예 1 내지 6, 비교예 9 및 10은 2시간 동안 침적하였으며, 비교예 7 및 8은 1시간 후에 세정액을 교체하여 실험하였다. 실시예 1 내지 6은 분해제를 1시간 적용한 후에 세정액을 교체하지 않고 분해촉진제를 추가로 첨가하여 계속적으로 실험하였다. 세정효율은 하기 식 1에 나타낸 것과 같이 세정 막에 부착된 오염물 무게와 세정 후 제거된 오염물의 무게로부터 산출하는데, 그 결과를 표 1에 나타냈다. 이때, wf는 세정전 오염막을 105℃ 드라이오븐에서 30분간 건조하여 측정한 무게이며, wc는 세정후에 건조하여 측정한 무게이고 wo는 오염이 되지 않은 원래의 막의 무게이다.
wf - wc
세정효율(%)= ----------------------- x 100 (식 1)
wf - wo
| 세정시간(hr) | pH | 세정효율(%) | 비고 | |
| 실시예 1 | 1+1 | 11.2 | 92.3 | |
| 실시예 2 | 1+1 | 11.1 | 95.1 | |
| 실시예 3 | 1+1 | 11.2 | 95.6 | |
| 실시예 4 | 1+1 | 11.2 | 98.6 | |
| 실시예 5 | 1+1 | 11.1 | 96.3 | |
| 실시예 6 | 1+1 | 11.0 | 98.5 | |
| 비교예 1 | 2 | 2.1 | 32.1 | |
| 비교예 2 | 2 | 2.1 | 48.6 | |
| 비교예 3 | 2 | 11.2 | 33.1 | |
| 비교예 4 | 2 | 11.1 | 46.7 | |
| 비교예 5 | 2 | 3.2 | 55.6 | |
| 비교예 6 | 2 | 3.3 | 68.2 | |
| 비교예 7 | 1+1 | 11.2 | 83.8 | 세정액 교체 |
| 비교예 8 | 1+1 | 11.2 | 88.1 | 세정액 교체 |
| 비교예 9 | 2 | 1.2 | 30.4 | |
| 비교예 10 | 2 | 1.2 | 47.9 |
점토 및 미생물로 오염된 오염막에 대해 구연산(비교예 1) 및 설파민산(비교예 9)의 산세정 효과는 낮게 나타났으며, 각각에 계면활성제를 추가로 사용한 비교예 2 및 비교예 10의 경우에는 세정효율은 다소 증가되었다. 그 이유는 계면활성제의 첨가로 오염물에 대한 계면 활성력이 저하되고 적심현상이 좋아져 세정제가 오염물에 잘 반응하기 때문이다.
비교예 3과 같이 킬레이트제인 에틸렌디아민테트라아세틱산-4-나트륨염 (Ethylenediaminetetraacetic Acid, tetrasodium Salt, EDTA-4Na)의 단독으로 세정하는 경우보다도 계면활성제가 첨가된 비교예 4의 경우에 세정효율이 역시 증가하였다. 반면, 비교예 5 내지 6의 분해제를 사용한 경우는 산세정 또는 알칼리 세정 단독으로 시행한 대조구(비교예 1 내지 4 및 비교예 9 내지 10)보다도 세정효율이 우수하게 나타났다. 그 이유는 과초산과 과산화수소가 미생물을 살균하여 점성을 저하시키고 분해하는 작용이 상기 대조구보다 우수하며 점토 등의 무기물 스케일에 대해 과초산과 과산화수소에 의한 박리현상을 보이며, 특히 계면활성제에 의해 박리효과가 보다 개선되었기 때문이다.
산세정을 실시하고 추가로 알칼리세정을 실시한 비교예 7 및 8은 실제 현장에서 역삼투막에 행해지는 종래의 세정방법으로 세정효율은 대체로 양호한 것으로 나타났다. 그러나 실시예 1 내지 6의 분해제를 적용한 후에 곧바로 분해촉진제를 첨가한 경우는 세정액의 pH도 안정한 알칼리 영역으로 유지하였고, 비교예 7 및 8의 종래의 세정방법에 비해 세정 효율이 5 내지 10% 더 향상되었다. 본 발명의 실시예 1 내지 6 세정액을 이용한 세정방법은 오염된 역삼투막을 살균력이 우수한 과초산으로 미생물에 대해 신속한 살균을 실시하고, 과초산, 과산화수소 및 계면활성제가 점토와 미생물을 막에서 박리 및 분산을 시키는 기능이 보다 우수하다. 이와 같이 먼저 미생물에 대한 살균으로 미생물이 본래가 가진 점성을 저하시키고 과산화수소와 계면활성제에 의한 박리 및 분산시킨 이후에 세정액을 교체하지 않고 분해촉진제를 첨가하여 알칼리성 화합물로 잔류한 과수 및 과초산을 중화하고 킬레이트제로 나머지 무기물과 유기물을 세정하는 방법이 점토와 미생물로 오염된 막을 세정하는데 보다 효과적임이 나타났다.
실험예 2
냉연공장의 각종 폐수를 처리하여 재활용하는 재생 역삼투막을 이용하는 오염막에 대해 분해제 및 분해촉진제의 세정효율을 평가하였다. 재생 역삼투막은 약 6개월 정도 사용하는데 오염물의 분석결과, 오염물이 5.27g/m2으로 많이 부착하였고, 그 중에 강열감량이 63.7중량%로 유기물에 해당하였으며 나머지가 무기물이었다. 무기물의 EDX성분 분석결과, SiO2가 13.7중량%, Al2O3가 11.9중량%, Fe2O3가 6.2중량%로 대부분을 차지하였다. 세정방법은 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 8의 세정액을 이용하여 실험예 1과 동일하게 시행하였고 그 결과를 표 2에 나타냈다.
| 세정시간(hr) | pH | 세정효율(%) | 비고 | |
| 실시예 1 | 1+1 | 11.2 | 87.6 | |
| 실시예 2 | 1+1 | 11.1 | 92.3 | |
| 실시예 3 | 1+1 | 11.2 | 93.6 | |
| 실시예 4 | 1+1 | 11.2 | 95.7 | |
| 실시예 5 | 1+1 | 11.1 | 93.6 | |
| 실시예 6 | 1+1 | 11.0 | 96.1 | |
| 비교예 1 | 2 | 2.1 | 21.7 | |
| 비교예 2 | 2 | 2.1 | 32.5 | |
| 비교예 3 | 2 | 11.2 | 32.6 | |
| 비교예 4 | 2 | 11.1 | 52.4 | |
| 비교예 5 | 2 | 3.2 | 65.4 | |
| 비교예 6 | 2 | 3.3 | 71.6 | |
| 비교예 7 | 1+1 | 11.2 | 76.2 | 세정액 교체 |
| 비교예 8 | 1+1 | 11.2 | 80.2 | 세정액 교체 |
주된 오염물이 미생물인 경우, 비교예 1 내지 4와 같이 각각의 산세정이나 알칼리 세정만으로는 세정력이 대단히 낮다. 그러나 비교예 7 및 비교예 8과 같이 종래의 산세정과 알칼리 세정을 각각 실시할 경우에는 76 내지 80%정도의 세정효율을 보였다. 반면 분해제만을 사용한 비교예 5 및 비교예 6의 경우도 약 65-72%의 세정효율을 보였으나, 실시예 1 내지 6과 같이 분해제 및 분해촉진제를 사용한 경우는 세정을 완료하면 87% 이상의 매우 우수한 세정효율을 보이며 거의 완벽하게 세정이 이루어짐을 보였다. 즉, 과초산과 과산화수소 그리고 계면활성제의 적용은 미생물의 분해에 대단히 탁월한 기능을 보여주었다.
실험예 3
현장에서 실제 운영중인 역삼투막에 대해 종래의 세정방법과 본 발명의 연속세정방법을 테스트하였다.
공업용수는 갈수기에 접어 들어 오염도가 높아 점토에 의한 부유물질이 증가하여 급수의 SDI가 5.5-6.6 범위를 유지하여 처리효율이 감소하여 세정주기가 짧아지는 어려움이 있었다. 따라서 막의 급수압력과 3단 농축수의 압력차이가 약 6.5kg/cm2 정도 되는 시점에서 세정을 실시한다.
종래의 세정방법은 구연산 1.0중량%로 용해하여 먼저 산세정을 실시하고 다음에 알칼리 세정으로 에틸렌디아민테트라아세트산-4-나트륨염(EDTA-4Na) 1%와 음이온 계면활성제를 0.05% 첨가하여 세정을 하였고, 상세 세정공정과 방법은 도 1에 나타냈다.
먼저 역삼투막이 4x2x1로 배열된 한 블록을 세정하는데 산세정 탱크의 용량 18m3에 희석수를 채우고, 스팀을 사용하여 40℃로 승온한 후에 구연산 180kg을 가하여 1.0중량%로 희석한 다음 전체 순환세정을 60분간 실시하였다. 이후 전체 순환이 완료되면 2단과 3단 밸브를 잠근 후 1단 세정을 45분간 실시한 다음, 순차적으로 2단과 3단 부분세정을 실시한다. 1차로 각 단별 순환 세정이 완료되면, 추가로 1회를 추가하여 세정을 동일하게 진행하고 세정이 완료되면, 수세하여 잔류한 산을 전부 제거한다. 이후 알칼리 세정제 탱크에 무기세정과 동일한 방법을 이용하여 40℃로 다시 승온한 다음에 에틸렌디아민테트라아세트산-4-나트륨염 (EDTA-4Na) 180kg와 음이온 계면활성제 LS-250 9kg를 첨가하여 산세정과 동일한 절차로 알칼리 세정을 하였다. 세정 후에 차압은 초기 6.3kg/cm2에서 4.8kg/cm2으로 복구하여 정상 상태를 유지하였다. 이때, 차압은 막의 급수압력과 3단 농축수의 압력차이로부터 구하였다.
본 발명의 분해제 및 분해촉진제에 의한 연속세정방법의 공정은 도 2에 나타냈고, 도 3은 앞서 시행한 종래의 세정방법과의 차이를 비교한 세정 공정도이다. 본 발명의 연속 세정공정은 종래의 세정공정과 달리 세정탱크가 하나만 설치하여 운영이 가능하다. 종래의 산세정과 알칼리 세정시에는 각각의 약품이 혼합되면 산과 알칼리가 중화되어 약품의 효과를 발휘할 수 없으나 연속세정은 분해제를 먼저 적용한 후에 잔류한 분해제를 중화할 목적으로 분해촉진제를 사용하기 때문에 종래와 달리 세정탱크가 하나만으로도 가능하기 때문이다. 따라서, 세정 탱크에 세정액의 온도를 40℃로 승온한 다음 제조예 2의 분해제를 1.0중량%가 되도록 180kg 주입한 후 전체순환을 45분간 실시한 다음 전체순환이 완료되면 2단과 3단 밸브를 잠근 후 1단 세정을 45분간 실시한다. 1단 세정 후에 순차적으로 1단과 3단 밸브를 잠근 후 2단 세정을 45분간 실시하고, 1단과 2단 밸브를 잠근 후 3단 세정을 45분간 실시하여 각 단 별로 부분세정을 실시하여 분해제에 의한 세정을 완료하였다. 부분 세정을 1차 완료한 후에는 수세와 세정액을 교체하지 않고 곧바로 제조예 4의 분해촉진제를 1.0중량%가 되도록 180kg를 첨가하여 상기 분해제를 포함하여 세정한 방법과 동일한 절차에 따라 전체 순환 세정 및 단별 세정 공정을 실시하였다. 분해촉진제 투입 후, 단별 부분 세정은 추가적으로 1회 더 실시하였다. 분해촉진제 세정완료 후에는 충분히 수세하여 세정작업을 완료하였고 세정효율은 세정전의 차압이 6.4kg/cm2에서 세정 후에 4.4kg/cm2으로 개선되어 종래의 방법과 비교하여 우수한 효율을 보였다. 그리고 종래의 세정방법에 비해 본 발명의 연속세정공정을 실시하여 얻어진 효과를 표 4 및 도 4에 나타냈다. 도 4는 실제 현장에 운영중인 역삼투막에 대해 종래의 세정방법과 연속세정방법을 적용하여 세정효율의 지표인 차압의 개선과 변화를 구한 그래프이다.
이와 같이 본 발명의 분해제 및 분해촉진제를 사용한 연속세정방법은 산세정과 알칼리세정을 각각 행하는 종래의 세정방법에 비해 점토 및 미생물로 오염된 역삼투막의 세정효과가 우수하여 세정절차가 간편하며 세정시간이 단축되고, 세정에 필요한 세정용수와 세정폐액을 절감할 뿐 아니라 스팀과 전력과 인력 등을 절약할 수 있는 방법임이 확인되었다.
| 구 분 | 종래의 산세정 및 알칼리 세정제 적용 결과 | 분해제 및 분해촉진제 적용 결과 |
| 차압 (kg cm2 ) | 6.3 → 4.8 | 6.4 → 4.4 |
| 유입압력 (kg cm2 ) | 11.8 → 9.8 | 11.6 → 9.7 |
| 세정시간 (분) | 940 분 | 630분 |
| 세정용수 (m3) | 1220 | 610 |
| 폐수 발생량 (m3) | 1380 | 688 |
| 스팀 사용량 (m3) | 160 | 78 |
| 전력 사용량 (KW) | 1100 | 667 |
Claims (15)
- 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제; 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 이액형 역삼투막 세정제로서,
상기 분해제는 분해제 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량% 과초산, 5 내지 25 중량% 과산화수소, 0.5 내지 5 중량% 음이온 계면활성제, 1 내지 10 중량% 유기산 및 잔량의 물을 포함하며,
상기 분해촉진제는 분해촉진제 총 중량에 대하여 5 내지 25 중량% 알칼리성 화합물, 5 내지 30 중량% 킬레이트제 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이액형 역삼투막 세정제. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 분해제는 안정화제로서 분해제 총 중량에 대하여 0.5 내지 2 중량% 황산을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이액형 역삼투막 세정제.
- 청구항 1에 있어서, 상기 분해제는 분해제 총 중량에 대하여 중량평균분자량 3,000 내지 20,000인 저분자 아크릴산 폴리머 1 내지 10 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이액형 역삼투막 세정제.
- 과초산, 과산화수소, 음이온 계면활성제 및 유기산을 포함하는 분해제; 및 알칼리성 화합물 및 킬레이트제를 포함하는 분해촉진제를 이용하여 역삼투막을 세정하는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법으로서,
역삼투막이 다단으로 이루어져 있으며,
(a) 30 내지 45℃로 승온하여 분해제를 전체 단에 투입하여 40 내지 60분 동안 세정하는 1차 전체 순환 세정 단계;
(b) 상기 분해제를 각 단별로 순차적으로 투입하여 각각 40 내지 60 분 동안 세정하는 1차 단별 세정 단계;
(c) 상기 1차 단별 세정 단계 후, 연속하여 30 내지 45℃로 승온하여 분해촉진제를 전체 단에 투입하여 40 내지 60분 동안 세정하는 2차 전체 순환 세정 단계;
(d) 상기 분해촉진제를 각 단별로 순차적으로 투입하여 각각 40 내지 60 분 동안 세정하는 2차 단별 세정 단계;및
(e) 상기 2차 단별 세정 단계 후, 수세 공정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법으로,
상기 분해제는 분해제 총 중량에 대하여 0.001 내지 0.04 중량% 과초산, 0.05 내지 0.2 중량% 과산화수소, 0.005 내지 0.05 중량% 음이온계면활성제, 0.01 내지 0.1 중량% 유기산 및 잔량의 물을 포함하며,
상기 분해촉진제는 분해촉진제 총 중량에 대하여 0.05 내지 0.2 중량% 알칼리성 화합물, 0.05 내지 0.3 중량% 킬레이트제 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법. - 삭제
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- 청구항 6에 있어서, 상기 음이온 계면활성제는 알킬벤젠설포네이트, 알킬설페이트, 알킬페닐에테르설페이트, 설포숙시네이트 및 에테르숙시네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 알칼리성 화합물은 가성소다, 가성칼리, 암모니아 및 하이드라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 킬레이트제는 중합인산염, 카르복실기를 가지는 킬레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분해제는 안정화제로서 분해제 총 중량에 대하여 0.005 내지 0.02 중량% 황산을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 분해제는 분해제 총 중량에 대하여 중량평균분자량 3,000 내지 20,000인 저분자 아크릴산 폴리머 0.01 내지 0.1 중량%를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 저분자 아크릴산 폴리머는 아크릴산 호모폴리머, 아크릴산 공중합체, 무수말레익산 호모폴리머 및 무수말레익산 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 역삼투막 연속 세정방법.
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