KR101346384B1 - Method and apparatus for evaluating performance of forward osmosis membrane - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 활성층과 지지층을 갖는 정삼투막의 성능 평가 방법은 (a) 상기 정삼투막을 사이에 두고 상기 활성층 방향에 제1 농도의 유도 용액을 공급하고, 상기 지지층 방향에 유입수를 공급하는 단계와; (b) 기 설정된 제1 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제1 투과유량을 측정하는 제1 측정모드를 수행하는 단계와; (c) 상기 유도 용액의 농도를 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시키는 단계와; (d) 기 설정된 제2 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제2 투과유량을 측정하는 제2 측정모드를 수행하는 단계와; (e) 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량에 기초하여 상기 정삼투막의 수투과도 및 염투과도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 비가압식과 같은 정삼투 운영 조건을 만족시켜 정삼투막의 손상을 방지하면서 정삼투막의 성능 인자를 평가할 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the performance of the forward osmosis membrane. The performance evaluation method of the forward osmosis membrane having an active layer and a support layer according to the present invention comprises the steps of (a) supplying an induction solution of a first concentration in the direction of the active layer with the forward osmosis membrane interposed therebetween, and supplying inflow water in the direction of the support layer; ; (b) performing a first measurement mode for measuring a first permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset first measurement time; (c) increasing the concentration of the draw solution to a second concentration higher than the first concentration; (d) performing a second measurement mode for measuring a second permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset second measurement time; (e) calculating a water permeability and a salt permeability of the forward osmosis membrane based on the first permeate flow rate and the second permeate flow rate. Accordingly, the performance factor of the forward osmosis membrane can be evaluated while preventing the damage of the forward osmosis membrane by satisfying the forward osmosis operating conditions such as the non-pressure type.
Description
본 발명은 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 비가압식 정삼투 운영 조건에서 정삼투막의 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성과 같은 정삼투막의 성능 인자를 평가할 수 있는 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for evaluating the performance of the forward osmosis membrane, and more particularly, to evaluate the performance parameters of the forward osmosis membrane such as water permeability, salt permeability and salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane under non-pressurized forward osmosis operating conditions. A method and apparatus for evaluating the performance of an osmosis membrane.
막 여과 기술을 기반으로 하는 해수 담수화 공정이나 물 재이용 공정은 미래 물 부족 문제를 해결할 수 있는 가장 이상적인 대안으로 평가받고 있다. 이를 반영하듯 최근 수십 년간 급속도로 발전한 막 여과 공정은 해수담수화(RO/NF), 하수처리 및 물의 재이용(MBR)등 새로운 수자원 확보 뿐 아니라, 기존의 정수시스템을 대체할 신개념 수처리 공정(MF/UF)으로 적용범위를 넓혀 가고 있다.Seawater desalination or water reuse processes based on membrane filtration technology are considered the ideal alternative to address future water shortages. Reflecting this, the membrane filtration process that has developed rapidly in recent decades has not only secured new water resources such as seawater desalination (RO / NF), sewage treatment and water reuse (MBR), but also a new concept water treatment process (MF / UF) to replace the existing water purification system. The scope of application is expanding to).
특히 역삼투 공정은 기존 재래식 수처리 공법에 견줄만한 높은 경제성과 뛰어난 생산수 수질의 제공으로 인해 그 사용이 급격히 증가하고 있는 추세이다. 하지만 역삼투 공정은 막 분리를 위한 구동력으로 고압을 사용하기 때문에 많은 전력을 필요로 할 뿐 아니라 막 오염도 심하여 막의 화학세정이나 유입수의 전처리 공정이 요구되는 등의 경제적, 환경적 문제점을 안고 있다.In particular, the reverse osmosis process is rapidly increasing its use due to the high economic feasibility and excellent water quality of production compared to conventional water treatment methods. However, the reverse osmosis process uses high pressure as a driving force for membrane separation, and thus requires a lot of power, and has a lot of membrane contamination, thereby causing economic and environmental problems such as chemical cleaning of the membrane and pretreatment of influent.
이러한 관점에서 정삼투 공정은 역삼투 공정이 주로 활용되던 분야에서 기존 공정의 한계를 극복하고 그 역할을 대신할 수 있는 차세대 수처리 기술로 주목받고 있다. 정삼투 공정의 가장 큰 장점은 반투과성 막을 사이에 두고 발생하는 삼투압 차이를 처리수 생산을 위한 구동력으로 이용함에 있다.In this respect, the forward osmosis process is drawing attention as a next-generation water treatment technology that can replace the role of the existing process in the field where the reverse osmosis process was mainly used. The biggest advantage of the forward osmosis process is that the osmotic pressure difference generated between the semipermeable membranes is used as a driving force for the production of treated water.
이와 같은 공정 운영상의 특성으로 인해 정삼투 공정은 기존의 역삼투 공정과 비교하여 에너지 효율성 측면뿐 아니라 막 오염 및 세척 관점에서 유리한 장점을 지닌 것으로 알려져 있다.Due to the characteristics of the process operation, the forward osmosis process is known to have an advantage in terms of membrane contamination and cleaning as well as energy efficiency compared to the conventional reverse osmosis process.
경제적, 환경적으로 큰 이점을 지닌 정삼투 공정의 상용화를 위해 관련 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 여러 연구 분야 중에서 특히 정삼투 전용막(이하, '정삼투막'이라 함)의 개발에 대한 관심이 매우 높다.In order to commercialize the forward osmosis process, which has great economic and environmental advantages, related researches are being actively conducted, and among various research fields, interest in the development of the forward osmosis membrane (hereinafter, referred to as 'forward osmosis membrane') is Very high.
현재까지 정삼투막 개발은 공정 생산성을 저해하는 가장 큰 원인인 내부농도분극(ICP: Internal Concentration Polarization) 현상을 줄이기 위한 방향으로 진행되고 있다. 일 예로 R. Wang, L. Shi, C. Y. Tang, S. Chou, C. Qiu, A. G. Fane의 논문 『Characterization of novel forward osmosis hollow fiber membranes(J. Membr. Sci. 355 pp. 158-167)』에서는 내부농도분극 현상을 줄이기 위해 정삼투막의 지지층(Support layer)의 두께(Thickness)와 굴곡도(Tortuosity)를 줄이고, 기공도(Porosity)를 늘리는 방향으로 정삼투막의 개발을 제안하고 있다.To date, the development of forward osmosis membranes is aimed at reducing the internal concentration polarization (ICP), the biggest cause of process productivity. For example, in R. Wang, L. Shi, CY Tang, S. Chou, C. Qiu, AG Fane, `` Characterization of novel forward osmosis hollow fiber membranes (J. Membr. Sci. 355 pp. 158-167) ''. In order to reduce the internal concentration polarization phenomenon, it has been proposed to develop the forward osmosis membrane in the direction of reducing the thickness and the tortuosity of the support layer of the forward osmosis membrane and increasing the porosity.
그러나, 이와 같은 정삼투막의 이상적인 구조적 특성은 정삼투막의 생산성 증대에 기여하는 반면 동시에 정삼투막의 물리적 지지력을 감소시키는 문제를 수반하게 된다.However, such an ideal structural characteristic of the forward osmosis membrane is accompanied with the problem of reducing the physical support capacity of the forward osmosis membrane while at the same time contribute to increase the productivity of the forward osmosis membrane.
이와 같은 정삼투막의 물리적 지지력 감소는 실제 정삼투 공정 운영에 있어서 뿐 아니라 막 평가 과정에서 여러 가지 문제를 야기시킨다. 일 예로, 정삼투막의 성능 평가가 현재 역삼투막의 성능 평가와 같은 가압식 공정을 이용하는 방법으로 이루어지고 있고, 정삼투막에 가해지는 물리적인 가압은 정삼투막의 손상을 유발하여 정확한 성능 평가를 어렵게 하는 원인으로 작용하게 된다.This decrease in physical support of the forward osmosis membrane causes various problems not only in the operation of the forward osmosis process but also in the membrane evaluation process. For example, the performance of the forward osmosis membrane is currently made by using a pressurized process such as the performance of the reverse osmosis membrane, and the physical pressure applied to the forward osmosis membrane causes the damage of the forward osmosis membrane, which makes it difficult to accurately evaluate the performance. Will act as.
또한, 역삼투막의 성능 평가에 사용되었던 기존의 가압식 공정은 화학적 삼투압차 발생을 위해 유도용액을 사용하는 정삼투 운영 조건을 반영하기 어려운 한계가 있다. 이러한 정삼투 운영 조건이 갖는 특성은 고농도의 유도용액 사용으로 인해 발생하는 정삼투막 지지층 내부의 내부농도분극 현상과 염의 역확산 현상을 포함한다.In addition, the conventional pressurized process used to evaluate the performance of the reverse osmosis membrane has a limitation that it is difficult to reflect the forward osmosis operating conditions using the induction solution for the generation of chemical osmotic pressure difference. The characteristics of these forward osmosis conditions include internal concentration polarization within the forward osmosis membrane support layer and despreading of salts caused by the use of a high concentration of induction solution.
따라서, 정삼투막의 손상없이 정삼투 공정의 특성을 정확히 반영 가능한 정삼투막의 성능 평가 방법의 개발이 요구되고 있다.
Therefore, the development of a method for evaluating the performance of the forward osmosis membrane that can accurately reflect the characteristics of the forward osmosis process without damaging the forward osmosis membrane is required.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 비가압식과 같은 정삼투 운영 조건을 만족시켜 정삼투막의 손상을 방지하면서 정삼투막의 성능 인자를 평가할 수 있는 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the performance evaluation method of the forward osmosis membrane that can evaluate the performance factor of the forward osmosis membrane while preventing the damage of the forward osmosis membrane by satisfying the forward osmosis operating conditions such as non-pressure And to provide a device.
또한, 기존의 가압식 역삼투막 평가 방법에서와 같이 수투과도와 염투과도와 같은 정삼투막의 성능 인자를 개별적으로 측정하는 방식에서 벗어나, 역삼투막의 성능 인자, 예컨대 정삼투막의 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성 등의 성능 인자를 하나의 측정 장비를 통해 측정함으로써, 측정 시간을 단축하고 다수의 성능 인자를 함께 측정할 수 있는 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
Also, as in the conventional pressurized reverse osmosis membrane evaluation method, the performance parameters of the forward osmosis membrane such as water permeability and salt permeability are separately measured, and thus, the performance factors of the reverse osmosis membrane, such as the water permeability, salt permeability, and salt diffusion resistance of the reverse osmosis membrane Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for evaluating the performance of the forward osmosis membrane which can measure the performance factor such as through one measuring device, which can shorten the measurement time and measure a plurality of performance factors together.
상기 목적은 본 발명에 따라, 활성층과 지지층을 갖는 정삼투막의 성능 평가 방법에 있어서, (a) 상기 정삼투막을 사이에 두고 상기 활성층 방향에 제1 농도의 유도 용액을 공급하고, 상기 지지층 방향에 유입수를 공급하는 단계와; (b) 기 설정된 제1 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제1 투과유량을 측정하는 제1 측정모드를 수행하는 단계와; (c) 상기 유도 용액의 농도를 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시키는 단계와; (d) 기 설정된 제2 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제2 투과유량을 측정하는 제2 측정모드를 수행하는 단계와; (e) 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량에 기초하여 상기 정삼투막의 수투과도 및 염투과도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법에 의해서 달성된다.According to the present invention, in the method for evaluating the performance of the forward osmosis membrane having the active layer and the support layer, (a) the induction solution of the first concentration is supplied to the active layer direction with the forward osmosis membrane interposed therebetween, Supplying influent; (b) performing a first measurement mode for measuring a first permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset first measurement time; (c) increasing the concentration of the draw solution to a second concentration higher than the first concentration; (d) performing a second measurement mode for measuring a second permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset second measurement time; (e) calculating the water permeability and the salt permeability of the forward osmosis membrane based on the first permeation flow rate and the second permeation flow rate.
또한, (f) 상기 수투과도 및 염투과도의 측정 후 상기 유입수의 농도를 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도로 변화시켜 유입용액을 형성하는 단계와; (g) 기 설정된 제3 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입용액의 제3 투과유량을 측정하는 단계와; (h) 상기 측정된 제3 투과유량, 상기 수투과도 및 상기 염투과도에 기초하여, 상기 정삼투막의 염 확산 저항성을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, (f) after the measurement of the water permeability and salt permeability to change the concentration of the influent to a third concentration lower than the second concentration to form an inlet solution; (g) measuring a third permeate flow rate of the inflow solution through the forward osmosis membrane for a preset third measurement time; (h) further comprising measuring the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane based on the measured third permeate flow rate, the water permeability, and the salt permeability.
여기서, 상기 염투과도는 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량 중 어느 하나를 이용하여 산출할 수 있다.Here, the salt permeability may be calculated using any one of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate.
그리고, 상기 염투과도는 수학식And, the salt permeability is the equation
(여기서, B는 상기 염투과도이고, JS는 상기 제1 측정모드 또는 상기 제2 측정모드에서의 염투과량이고, CD,b는 상기 제1 농도 또는 상기 제2 농도이고, JW는 상기 제1 투과유량 또는 상기 제2 투과유량이고, k는 물질전달계수(Mass transfer coefficient)이다)에 의해 산출될 수 있다.(Wherein, B is the salt permeability, J S is the salt permeability in the first measurement mode or the second measurement mode, C D, b is the first concentration or the second concentration, J W is the The first transmission flow rate or the second transmission flow rate, k may be calculated by the mass transfer coefficient.
그리고, 상기 수투과도는 상기 제1 투과유량 및 상기 제2 투과유량의 변화량과, 상기 제1 측정모드와 상기 제2 측정모드에서의 유효 삼투압(Effective Osmotic Pressure)의 변화량의 비율에 기초하여 산출될 수 있다.The water permeability is calculated based on a ratio of a change amount of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate and a change amount of an effective osmotic pressure in the first measurement mode and the second measurement mode. Can be.
그리고, 상기 염 확산 저항성은 수학식And, the salt diffusion resistance is
(여기서, K는 염 확산 저항성이고, JW는 상기 제3 투과유량이고, A는 상기 수투과도이고, B는 상기 염투과도이고, πD,m는 상기 활성층의 상기 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압이고, πF,b는 상기 제3 농도의 상기 유입용액에 의한 유발 삼투압이다)에 의해 산출될 수 있다.Where K is salt diffusion resistance, J W is the third permeate flow rate, A is the water permeability, B is the salt permeability, and π D, m is the effective surface of the induction solution side membrane surface of the active layer. Osmotic pressure, π F, b is the induced osmotic pressure by the inflow solution of the third concentration).
또한, 상기 유입수는 탈이온수(Deionized water)로 마련될 수 있다.In addition, the inflow water may be provided with deionized water.
또한, 상기 유도용액 및 상기 유입용액은 NaCl 용액으로 마련될 수 있다.In addition, the induction solution and the inflow solution may be prepared with NaCl solution.
한편, 상기 목적은 본 발명의 다른 실시 형태에 따라, 활성층과 지지층을 갖는 정삼투막의 성능 평가 장치에 있어서, 상기 정삼투막을 지지하는 멤브레인 셀과, 유도용액이 저장되는 제1 저장탱크와, 유입수가 저장되는 제2 저장탱크와, 상기 제1 저장탱크에 수용된 유도용액을 상기 정삼투막의 상기 활성층 방향으로 공급하기 위한 제1 공급라인과, 상기 제2 저장탱크에 수용된 유입수를 상기 정삼투막의 상기 지지층 방향으로 공급하기 위한 제2 공급라인과, 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 투과유량을 측정하기 위한 투과량 측정부와, 제1 측정모드에서 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 제1 투과유량과, 제2 측정모드에서 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 제2 투과유량에 기초하여 상기 정삼투막의 수투과도 및 염투과도를 측정하는 성능 평가부를 포함하며; 상기 제1 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 제1 농도의 유도용액이 저장되고 상기 제2 저장탱크에 상기 유입수가 저장된 상태에서 기 설정된 제1 측정 시간 동안 수행되며; 상기 제2 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 수용된 상기 유도용액의 농도를 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시키고 상기 제2 저장탱크에 상기 유입수가 저장된 상태에서 기 설정된 제2 측정 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치에 의해서도 달성될 수 있다.On the other hand, the above object is, according to another embodiment of the present invention, in the performance evaluation device of the forward osmosis membrane having an active layer and a support layer, the membrane cell for supporting the forward osmosis membrane, the first storage tank in which the induction solution is stored, and the influent The second storage tank is stored, the first supply line for supplying the induction solution contained in the first storage tank toward the active layer of the forward osmosis membrane, and the inflow water received in the second storage tank of the forward osmosis membrane A second supply line for supplying toward the support layer, a permeation measuring unit for measuring the permeate flow rate of the inflow water through the forward osmosis membrane, a first permeate flow rate measured by the permeation measuring unit in a first measurement mode, Performance evaluation unit for measuring the water permeability and salt permeability of the forward osmosis membrane based on the second permeation flow rate measured by the permeation rate measuring unit in a second measurement mode And comprising; The first measurement mode is performed for a first measurement time in which the induction solution of a first concentration is stored in the first storage tank and the inflow water is stored in the second storage tank; The second measurement mode increases the concentration of the induction solution contained in the first storage tank to a second concentration higher than the first concentration and during the preset second measurement time while the inflow water is stored in the second storage tank. It can also be achieved by the performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that performed.
또한, 상기 성능 평가부는 상기 수투과도 및 상기 염투과도의 측정 후 상기 정삼투막의 염 확산 저항성을 측정하는 제3 측정모드로 동작하며; 상기 제3 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 상기 제2 농도의 유도용액이 저장되고 상기 제1 저장탱크에 저장된 유입수의 농도를 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도로 변화시켜 유입용액을 형성시킨 상태에서 기 설정된 제3 측정시간 동안 수행되며; 상기 성능 평가부는 상기 제3 측정시간 동안 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 상기 유입용액의 제3 투과유량, 상기 수투과도 및 상기 염투과도에 기초하여 상기 정삼투막의 상기 염 확산 저항성을 측정할 수 있다.In addition, the performance evaluation unit operates in a third measurement mode for measuring the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane after the measurement of the water permeability and the salt permeability; In the third measurement mode, the induction solution of the second concentration is stored in the first storage tank, and the inflow solution is formed by changing the concentration of the influent water stored in the first storage tank to a third concentration lower than the second concentration. State for a predetermined third measurement time; The performance evaluation unit may measure the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane based on the third permeation flow rate, the water permeability, and the salt permeability of the inflow solution measured by the permeation measurement unit during the third measurement time. .
여기서, 상기 제1 공급라인과 상기 제2 공급라인은 각각 상기 멤브레인 셀을 경유하여 상기 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크로 회수되는 폐루프 형태로 마련되며; 상기 투과량 측정부는 상기 제1 저장탱크에 저장된 상기 유도용액의 무게 변화에 기초하여 투과유량을 측정할 수 있다.Here, the first supply line and the second supply line is provided in the form of a closed loop to be recovered to the first storage tank and the second storage tank via the membrane cell, respectively; The permeation measurement unit may measure the permeation flow rate based on a change in weight of the induction solution stored in the first storage tank.
그리고, 상기 제1 공급라인에 설치되어 상기 제1 저장탱크로부터 상기 멤브레인 셀로 공급되는 상기 유도용액을 바이패스시키는 제1 바이패스 라인과; 상기 제1 바이패스 라인과 상기 멤브레인 셀 중 하나를 상기 제1 저장탱크와 선택적으로 연결하는 제1 경로 선택부와; 상기 제2 공급라인에 설치되어 상기 제2 저장탱크로부터 상기 멤브레인 셀로 공급되는 상기 유입수 또는 상기 유입용액을 바이패스시키는 제2 바이패스 라인과; 상기 제2 바이패스 라인과 상기 멤브레인 셀 중 하나를 상기 제2 저장탱크와 선택적으로 연결하는 제2 경로 선택부를 더 포함하며, 상기 제1 경로 선택부는 상기 제1 측정모드, 상기 제2 측정모드 및 상기 제3 측정모드로 동작할 때 상기 제1 저장탱크와 상기 멤브레인 셀을 연결하고, 상기 제1 저장탱크에 수용된 상기 유도용액의 농도 변화시 상기 제1 저장탱크와 상기 제1 바이패스 라인을 연결하며, 상기 제2 경로 선택부는 상기 제1 측정모드, 상기 제2 측정모드 및 상기 제3 측정모드로 동작할 때 상기 제2 저장탱크와 상기 멤브레인 셀을 연결하고, 상기 제2 저장탱크에 수용된 상기 유입수 또는 상기 유입용액의 농도 변화시 상기 제2 저장탱크와 상기 제2 바이패스 라인을 연결할 수 있다.A first bypass line installed in the first supply line and bypassing the induction solution supplied from the first storage tank to the membrane cell; A first path selector for selectively connecting one of the first bypass line and the membrane cell to the first storage tank; A second bypass line installed in the second supply line and bypassing the inflow water or the inflow solution supplied from the second storage tank to the membrane cell; And a second path selector for selectively connecting one of the second bypass line and the membrane cell to the second storage tank, wherein the first path selector includes the first measurement mode, the second measurement mode, and Connect the first storage tank and the membrane cell when operating in the third measurement mode, and connect the first storage tank and the first bypass line when the concentration of the induction solution contained in the first storage tank changes. The second path selector connects the second storage tank and the membrane cell when operating in the first measurement mode, the second measurement mode, and the third measurement mode, and receives the second storage tank. The second storage tank and the second bypass line may be connected when the concentration of the influent or the influent solution changes.
그리고, 상기 제1 공급라인의 상기 멤브레인 셀의 출력측에 설치되어 상기 제1 공급라인을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제1 유량 측정부와; 상기 제2 공급라인의 상기 멤브레인 셀의 출력측에 설치되어 상기 제2 공급라인을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제2 유량 측정부를 더 포함하며, 상기 성능 평가부는 상기 제1 유량 측정부 및 상기 제2 유량 측정부에 의해 측정된 유량을 상기 수투과도, 상기 염투과도 및 상기 염 확산 저항성 중 적어도 어느 하나의 측정에 반영할 수 있다.A first flow rate measuring unit installed at an output side of the membrane cell of the first supply line to measure a flow rate flowing through the first supply line; A second flow rate measuring unit installed at an output side of the membrane cell of the second supply line to measure a flow rate flowing through the second supply line, wherein the performance evaluation unit comprises the first flow rate measuring unit and the second flow rate The flow rate measured by the measuring unit may be reflected in at least one of the water permeability, the salt permeability, and the salt diffusion resistance.
또한, 상기 성능 평가부는 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량 중 어느 하나를 이용하여 상기 염투과도를 산출할 수 있다.The performance evaluation unit may calculate the salt permeability using any one of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate.
여기서, 상기 염투과도는 수학식Here, the salt permeability is a mathematical formula
(여기서, B는 상기 염투과도이고, JS는 상기 제1 측정모드 또는 상기 제2 측정모드에서의 염투과량이고, CD,b는 상기 제1 농도 또는 상기 제2 농도이고, JW는 상기 제1 투과유량 또는 상기 제2 투과유량이고, k는 물질전달계수(Mass transfer coefficient)이다)에 의해 산출될 수 있다.(Wherein, B is the salt permeability, J S is the salt permeability in the first measurement mode or the second measurement mode, C D, b is the first concentration or the second concentration, J W is the The first transmission flow rate or the second transmission flow rate, k may be calculated by the mass transfer coefficient.
그리고, 상기 성능 평가부는 상기 제1 투과유량 및 상기 제2 투과유량의 변화량과, 상기 제1 측정모드와 상기 제2 측정모드에서의 유효 삼투압(Effective Osmotic Pressure)의 변화량의 비율에 기초하여 상기 수투과도를 산출할 수 있다.The performance evaluation unit may be configured based on a ratio of a change amount of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate and a change amount of an effective osmotic pressure in the first measurement mode and the second measurement mode. Permeability can be calculated.
그리고, 상기 염 확산 저항성은 수학식And, the salt diffusion resistance is
(여기서, K는 염 확산 저항성이고, JW는 상기 제3 투과유량이고, A는 상기 수투과도이고, B는 상기 염투과도이고, πD,m는 상기 활성층의 상기 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압이고, πF,b는 상기 제3 농도의 상기 유입용액에 의한 유발 삼투압이다)에 의해 산출될 수 있다.Where K is salt diffusion resistance, J W is the third permeate flow rate, A is the water permeability, B is the salt permeability, and π D, m is the effective surface of the induction solution side membrane surface of the active layer. Osmotic pressure, π F, b is the induced osmotic pressure by the inflow solution of the third concentration).
또한, 상기 유입수는 탈이온수(Deionized water)로 마련될 수 있다.In addition, the inflow water may be provided with deionized water.
또한, 상기 유도용액 및 상기 유입용액은 NaCl 용액으로 마련될 수 있다.
In addition, the induction solution and the inflow solution may be prepared with NaCl solution.
상기와 같은 구성에 따라 본 발명에 따르면, 비가압식과 같은 정삼투 운영 조건을 만족시켜 정삼투막의 손상을 방지하면서 정삼투막의 성능 인자를 평가할 수 있는 정삼투막의 성능 평가 방법 및 장치가 제공된다.According to the present invention according to the configuration as described above, there is provided a method and apparatus for evaluating the performance of the forward osmosis membrane which can evaluate the performance factor of the forward osmosis membrane while preventing the damage of the forward osmosis membrane by satisfying the forward osmosis operating conditions such as non-pressure.
또한, 기존의 가압식 역삼투막 평가 방법에서와 같이 수투과도와 염투과도와 같은 정삼투막의 성능 인자를 개별적으로 측정하는 방식에서 벗어나, 역삼투막의 성능 인자, 예컨대 정삼투막의 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성 등의 성능 인자를 하나의 측정 장비를 통해 측정함으로써, 측정 시간을 단축하고 다수의 성능 인자를 함께 측정할 수 있다.
Also, as in the conventional pressurized reverse osmosis membrane evaluation method, the performance parameters of the forward osmosis membrane such as water permeability and salt permeability are separately measured, and thus, the performance factors of the reverse osmosis membrane, such as the water permeability, salt permeability, and salt diffusion resistance of the reverse osmosis membrane By measuring such a performance factor through one measuring device, measurement time can be shortened and multiple performance factors can be measured together.
도 1은 정삼투막의 확대 이미지를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 정삼투막의 성능 평가 장치의 구성을 도시한 도면이고,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 정삼투막의 성능 평가 방법을 설명하기 위한 도면이고,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 정삼투막의 성능 평가 방법에서 수투과도 및 염투과도의 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view showing an enlarged image of the forward osmosis membrane,
2 is a view showing the configuration of the performance evaluation device of the forward osmosis membrane according to the present invention,
3 and 4 are views for explaining the performance evaluation method of the forward osmosis membrane according to the present invention,
5 and 6 are views for explaining the method of calculating the water permeability and salt permeability in the performance evaluation method of the forward osmosis membrane according to the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 정삼투막(3)의 성능 평가 방법 및 성능 평가 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 활성층(3a)과 지지층(3b)으로 구성된 정삼투막(3)의 성능 인자를 측정한다. 본 발명에서는 정삼투막(3)의 성능 인자 중 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성을 측정하는 것을 예로 한다. 여기서, 수투과도 및 염투과도는 활성층(3a)의 성능 인자로 투과유량과 관련하여 정삼투막(3)의 생산성을 나타내는 지표이고, 염투과도는 염제율과 관련하여 생산수질을 결정하는 지표이다. 그리고, 염 확산 저항성은 지지층(3b)의 성능 인자로, 정삼투 공정의 고유한 특성인 내부농도분극 현상의 정도를 결정하는 지표로서 염 확산 저항성이 클수록 막간 유효 삼투차가 줄어들어 결과적으로 막 생산성이 감소하게 된다.
The performance evaluation method and the
정삼투막의 성능 평가 장치Performance evaluation device of forward osmosis membrane
본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 멤브레인 셀(1), 제1 저장탱크(10), 제2 저장탱크(11), 제1 공급라인(20), 제2 공급라인(21), 투과량 측정부(30) 및 성능 평가부(40)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the
멤브레인 셀(1)은 정삼투막(3)을 지지한다. 본 발명에서는 정삼투막(3)이 기존의 역삼투막의 성능 평가에서의 가압식 방식이 아닌 비가입식 방식이 적용되는 바, 본 발명에 따른 멤브레인 셀(1)은 정삼투막(3)의 활성층(3a) 방향으로 유도용액이 지나고 정삼투막(3)의 지지층(3b) 방향으로 유입수 또는 유입용액이 지나도록 마련된다.The
제1 저장탱크(10)에는 유도용액이 수용된다. 그리고, 제2 저장탱크(11)에는 유입수 또는 유입용액이 저장된다.Induction solution is accommodated in the first storage tank (10). In addition, the
제1 공급라인(20)은 제1 저장탱크(10)에 수용된 유도용액을 정삼투막(3)의 활성층(3a) 방향으로 공급하도록 멤브레인 셀(1)과 연결된다. 그리고, 제2 공급라인(21)은 제1 저장탱크(10)에 수용된 유입수 또는 유입용액을 정삼투막(3)의 지지층(3b) 방향으로 공급하도록 멤브레인 셀(1)과 연결된다.The
본 발명에서는 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)이 각각 멤브레인 셀(1)을 경유하여 제1 저장탱크(10)와 제2 저장탱크(11)로 회수되도록 폐루프 형태로 마련된다. 즉, 제1 공급라인(20)은 제1 저장탱크(10)로부터 멤브레인 셀(1)의 활성층(3a) 방향, 그리고 후술할 히팅부를 경유하여 다시 제1 저장탱크(10)로 연결되는 폐루프를 형성한다. 마찬가지로, 제2 공급라인(21)은 제2 저장탱크(11)로부터 멤브레인 셀(1)의 지지층(3b) 방향, 히팅부를 경유하여 다시 제2 저장탱크(11)로 연결되는 폐루프를 형성한다.In the present invention, the
투과량 측정부(30)는 정삼투막(3)을 통한 유입수 또는 유입용액의 투과유량을 측정한다. 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 투과량 측정부(30)는 멤브레인 셀(1)에 의해 지지되는 정삼투막(3)의 양측, 즉 활성측 방향과 지지층(3b) 방향에 각각 위치하는 유도용액과 유입수(또는 유입용액) 간의 삼투압 차이에 의해 유입수(또는 유입용액)를 구성하는 물이 정삼투막(3)을 투과하여 유도용액 측으로 이동한 양을 측정하게 된다.The
본 발명에서는 상술한 바와 같이, 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)이 폐루프 형태로 마련되는 바, 투과량 측정부(30)가 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액의 무게 변화에 기초하여 투과유량을 측정하는 것을 예로 한다.In the present invention, as described above, the
성능 평가부(40)는 제1 측정모드와 제2 측정모드로 순차적으로 동작한다. 여기서, 성능 평가부(40)는 제1 측정모드에서 투과량 측정부(30)를 통해 제1 투과유량을 측정하고, 제2 측정모드에서 투과량 측정부(30)를 통해 제2 투과유량을 측정한다. 여기서, 제1 투과유량과 제2 투과유량은 정삼투막(3)을 통한 유입수의 투과유량이 된다.The
그리고, 성능 평가부(40)는 제1 측정모드 및 제2 측정모드를 통해 측정된 제1 투과유량 및 제2 투과유량에 기초하여, 정삼투막(3)의 활성층(3a)의 수투과도 및 염투과도를 산출하게 된다.In addition, the
또한, 성능 평가부(40)는 수투과도 및 염투과도의 측정 후에, 제3 측정모드로 동작하는데, 제3 측정모드에서 정삼투막(3)의 지지층(3b)의 염 확산 저항성을 측정하게 된다.In addition, the
여기서, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)에서, 성능 평가부(40)가 제1 측정모드, 제2 측정모드 및 제3 측정모드로의 순차적인 동작에 따라, 정삼투막(3)의 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성을 측정하는 방법에 대한 상세한 설명은 후술한다.Here, in the
한편, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 바이패스 라인(60), 제1 경로 선택부(50), 제2 바이패스 라인(61) 및 제2 경로 선택부(51)를 포함할 수 있다.On the other hand, the
제1 바이패스 라인(60)은 제1 공급라인(20) 상에 설치되어, 제1 저장탱크(10)로부터 멤브레인 셀(1)로 공급되는 유도용액을 바이패스시킨다. 마찬가지로, 제2 바이패스 라인(61)은 제2 공급라인(21) 상에 설치되어, 제2 저장탱크(11)로부터 멤브레인 셀(1)로 공급되는 유입수 또는 유입용액을 바이패스시킨다.The
제1 경로 선택부(50)는 제1 바이패스 라인(60)과 멤브레인 셀(1) 중 어느 하나를 제1 저장탱크(10)와 선택적으로 연결시킨다. 그리고, 제2 경로 선택부(51)는 제2 바이패스 라인(61)과 멤브레인 셀(1) 중 어느 하나를 제2 저장탱크(11)와 선택적으로 연결시킨다.The
여기서, 제1 경로 선택부(50)는 제1 측정모드, 제2 측정모드 및 제3 측정모드로 동작할 때 제1 저장탱크(10)와 멤브레인 셀(1)을 연결시켜, 제1 저장탱크(10)로부터의 유도용액이 멤브레인 셀(1)에 공급되게 한다. 그리고, 제1 경로 선택부(50)는 제1 저장탱크(10)에 수용된 유도용액의 농도 변화시에 제1 저장탱크(10)와 제1 바이패스 라인(60)을 연결시킴으로서, 멤브레인 셀(1) 측으로 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액이 공급되는 것을 차단하게 된다.Here, the
본 발명에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 경로 선택부(50)가 멤브레인 셀(1)의 입력측과 출력측에 각각 설치되는 한 쌍의 제1 단속 밸브(50a,50c)와, 제1 바이패스 라인(60) 상에 설치되는 제1 바이패스 밸브(50b)를 포함하는 것을 예로 한다. 이에 따라, 한 쌍의 제1 단속 밸브(50a,50c)가 개방되고 제1 바이패스 밸브(50b)가 폐쇄되는 경우 제1 저장탱크(10)과 멤브레인 셀(1)이 연결되는 유로가 형성되고, 한 쌍의 제1 단속 밸브(50a,50c)가 폐쇄되고 제1 바이패스 밸브(50b)가 개방되는 경우 제1 저장탱크(10)와 제1 바이패스 라인(60)이 연결되는 유로가 형성된다.In the present invention, as shown in Fig. 2, the
마찬가지로, 제2 경로 선택부(51)는 제1 측정모드, 제2 측정모드 및 제3 측정모드로 동작할 때 제2 저장탱크(11)와 멤브레인 셀(1)을 연결시켜, 제2 저장탱크(11)로부터의 유입수 또는 유입용액이 멤브레인 셀(1)에 공급되게 한다. 그리고, 제2 경로 선택부(51)는 제2 저장탱크(11)에 수용된 유입수 또는 유입용액의 농도 변화시에 제2 저장탱크(11)와 제2 바이패스 라인(61)을 연결시킴으로서, 멤브레인 셀(1) 측으로 제2 저장탱크(11)에 저장된 유입수 또는 유입용액이 공급되는 것을 차단하게 된다.Similarly, the
본 발명에 따른 제2 경로 선택부(51)는 제1 경로 선택부(50)의 구성에 대응하여, 멤브레인 셀(1)의 입력측과 출력측에 각각 설치되는 한 쌍의 제2 단속 밸브(51a,51c)와, 제2 바이패스 라인(61) 상에 설치되는 제2 바이패스 밸브(51b)를 포함하는 것을 예로 한다. 이에 따라, 한 쌍의 제2 단속 밸브(51a,51c)가 개방되고 제2 바이패스 밸브(51b)가 폐쇄되는 경우 제2 저장탱크(11)과 멤브레인 셀(1)이 연결되는 유로가 형성되고, 한 쌍의 제2 단속 밸브(51a,51c)가 폐쇄되고 제2 바이패스 밸브(51b)가 개방되는 경우 제2 저장탱크(11)와 제2 바이패스 라인(61)이 연결되는 유로가 형성된다.The
또한, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)는 제1 공급라인(20)의 멤브레인 셀(1)의 출력측에 설치되어 제1 공급라인(20)을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제1 유량 측정부(70)와, 제2 공급라인(21)의 멤브레인 셀(1)의 출력측에 설치되어 제2 공급라인(21)을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제2 유량 측정부(71)를 포함할 수 있다.In addition, the
그리고, 성능 평가부(40)는 제1 유량 측정부(70) 및 제2 유량 측정부(71)에 의해 측정된 유량을 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성 중 적어도 어느 하나의 측정에 반영하게 된는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.The
도 2의 미설명 참조번호 80 및 81은 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 흐르는 유도용액과 유입수(또는 유입용액)의 온도를 일정 온도, 예를 들어 20℃로 유지하기 위한 항온조(80) 및 이를 제어하는 온도 제어부(81)이다.
정삼투막의 성능 평가 방법Performance evaluation method of forward osmosis membrane
이하에서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)의 동작에 따른 성능 평가 방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a performance evaluation method according to the operation of the
먼저, 제1 투과유량을 측정하기 위한 제1 측정모드로 성능 평가 장치(100)가 셋팅된다(S30). 제1 측정모드에서는 정삼투막(3)의 활성층(3a) 방향에 제1 농도의 유도용액이 공급되고, 정삼투막(3)의 지지층(3b) 방향에 유입수가 공급되는 바, 제1 저장탱크(10)에는 유도용액이 저장되고 제2 저장탱크(11)에는 유입수가 저장된다.First, the
본 발명에서는 유도용액으로 NaCl 용액으로 마련되고, 제1 농도는 0.3M, 즉 제1 측정모드에서는 0.3M의 NaCl 용액이 유도용액으로 적용된다. 그리고, 유입수는 탈이온수(Deionized water)가 적용되는 것을 예로 한다.In the present invention, a NaCl solution is provided as an induction solution, and the first concentration is 0.3M, that is, 0.3M NaCl solution is applied as the induction solution in the first measurement mode. In addition, the inflow water is an example in which deionized water is applied.
상기와 같이, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)가 제1 측정모드로의 셋팅이 완료되면, 멤브레인 셀(1)로 제1 저장탱크(10)의 유도용액과 제2 저장탱크(11)의 유입수가 흐르도록 제1 경로 선택부(50) 및 제2 경로 선택부(51)가 동작하는데, 상술한 바와 같이, 제1 단속 밸브(50a,50c) 및 제2 단속 밸브(51a,51c)가 개방되고, 제1 바이패스 밸브(50b) 및 제2 바이패스 밸브(51b)가 폐쇄된다(S31).As described above, when the
상기와 같이 제1 측정모드로의 동작 준비가 완료되면, 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액과 제2 저장탱크(11)에 저장된 유입수를 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)로 공급하게 된다(S32). 이에 따라, 제1 저장탱크(10)로부터 공급되는 유도용액은 제1 공급라인(20)을 통해 멤브레인 셀(1)의 활성층(3a) 방향으로 공급된 후 다시 제1 공급라인(20)을 통해 다시 제1 저장탱크(10)로 회수되는 방법으로, 제1 공급라인(20)을 따라 순환한다.When the preparation for the operation in the first measurement mode is completed as described above, the induction solution stored in the
마찬가지로, 제2 저장탱크(11)로부터 공급되는 유입수는 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)의 지지층(3b) 방향으로 공급된 후 다시 제2 공급라인(21)을 통해 다시 제2 저장탱크(11)로 회수되는 방법으로, 제2 공급라인(21)을 따라 순환한다. 이 때, 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)이 경유하는 항온조(80) 및 온도 제어부(81)에 의해 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 흐르는 유도용액과 유입수는 일정 온도, 예를 들어 상술한 바와 같이 20℃로 유지된다.Similarly, the inflow water supplied from the
상기와 같이, 정삼투막(3)을 사이에 두고 활성층(3a) 방향으로 제1 농도의 유도용액이 공급되고, 지지층(3b) 방향으로 유입수가 공급되는 동안 정삼투막(3)의 양측에서는 삼투압차에 의해 유입수가 정삼투막(3)을 투과하여 유도용액 방향으로 흐르게 된다.As described above, in both sides of the
상기와 같이 제1 측정모드로 기 설정된 제1 측정시간이 경과되면, 정삼투막(3)을 통한 유입수의 제1 투과유량이 투과량 측정부(30)에 의해 측정된다(S33).As described above, when the first measurement time set in the first measurement mode has elapsed, the first permeation flow rate of the inflow water through the
상기와 같이, 제1 투과유량의 측정이 완료되면, 제2 투과유량의 측정을 위한 제2 측정모드로의 셋팅을 위해 제1 단속 밸브(50a,50c) 및 제2 단속 밸브(51a,51c)가 폐쇄되고, 제1 바이패스 밸브(50b) 및 제2 바이패스 밸브(51b)가 개방된다(S34). 이에 따라, 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(11)에 저장된 유도용액 및 유입수는 멤브레인 셀(1)의 정삼투막(3)을 경유하지 않고 각각 제1 바이패스 라인(60) 및 제2 바이패스 라인(61)을 통해 순환하게 된다.As described above, when the measurement of the first permeate flow rate is completed, the first
그럼 다음, 성능 평가 장치(100)가 제2 측정모드로 셋팅(S35)되는데, 본 발명에서는 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액의 농도를 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시킨다. 상술한 바와 같이, 유도용액으로 0.3M의 NaCl 용액이 적용되는 경우, NaCl을 제1 저장탱크(10)에 추가로 투입하여 0.3M보다 높은 제2 농도, 예를 들어 0.6M의 유도용액을 형성하게 된다.Then, the
상기와 같이, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)가 제1 측정모드로의 셋팅이 완료되면, 멤브레인 셀(1)로 제1 저장탱크(10)의 유도용액과 제2 저장탱크(11)의 유입수가 흐르도록 제1 경로 선택부(50) 및 제2 경로 선택부(51)가 동작하는데, 상술한 바와 같이, 제1 단속 밸브(50a,50c) 및 제2 단속 밸브(51a,51c)가 개방되고, 제1 바이패스 밸브(50b) 및 제2 바이패스 밸브(51b)가 폐쇄된다(S36).As described above, when the
그런 다음, 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액과 제2 저장탱크(11)에 저장된 유입수를 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)로 공급하게 된다(S38). 이에 따라, 제1 저장탱크(10)로부터 공급되는 유도용액은 제1 공급라인(20)을 통해 멤브레인 셀(1)의 활성층(3a) 방향으로 공급된 후 다시 제1 공급라인(20)을 통해 다시 제1 저장탱크(10)로 회수되는 방법으로, 제1 공급라인(20)을 따라 순환한다.Then, the induction solution stored in the
마찬가지로, 제2 저장탱크(11)로부터 공급되는 유입수는 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)의 지지층(3b) 방향으로 공급된 후 다시 제2 공급라인(21)을 통해 다시 제2 저장탱크(11)로 회수되는 방법으로, 제2 공급라인(21)을 따라 순환한다. 이 때, 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)이 경유하는 항온조(80) 및 온도 제어부(81)에 의해 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 흐르는 유도용액과 유입수는 일정 온도로 유지됨은 상술한 바와 같다.Similarly, the inflow water supplied from the
상기와 같이, 정삼투막(3)을 사이에 두고 활성층(3a) 방향으로 제2 농도의 유도용액이 공급되고, 지지층(3b) 방향으로 유입수가 공급되는 동안 정삼투막(3)의 양측에서는 삼투압차에 의해 유입수가 정삼투막(3)을 투과하여 유도용액 방향으로 흐르게 된다.As described above, the induction solution of the second concentration is supplied in the direction of the
상기와 같이 제2 측정모드로 기 설정된 제2 측정시간 경과 후에, 정삼투막(3)을 통한 유입수의 제2 투과유량이 투과량 측정부(30)에 의해 측정된다(S38). 그리고, 성능 평가부(40)는 제1 투과유량과 제2 투과유량에 기초하여 정삼투막(3)의 활성층(3a)의 수투과도 및 염투과도를 측정하게 된다(S38).As described above, after the second measurement time is set in the second measurement mode, the second permeate flow rate of the inflow water through the
이하에서는 성능 평가부(40)가 투과량 측정부(30)에 의해 측정된 투과유량에 기초하여 수투과도 및 염투과도를 측정하는 방법을, 도 5 및 도 6를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a method of measuring the water permeability and the salt permeability based on the permeation flow rate measured by the permeation
수투과도는 제1 측정모드 및 제2 측정모드에서의 유효 삼투압(Effective Osmotic Pressure)과 투과유량에 기초하여 산출된다. 여기서, 유효 삼투압 PE는 [수학식 1]을 통해 산출되고, 투과유량은 투과량 측정부(30)에 의해 측정된다.
The water permeability is calculated based on the effective osmotic pressure and the permeate flow rate in the first and second measurement modes. Here, the effective osmotic pressure P E is calculated through [Equation 1], the transmission flow rate is measured by the transmission
[수학식 1][Equation 1]
여기서, πF,m은 활성층(3a)의 유입수 측 막 표면의 유효 삼투압이고, πD,m은 활성층(3a)의 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압이다. 그리고, 활성층(3a)의 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압 πD,m은 [수학식 2]를 통해 산출되고, 활성층(3a)의 유입수 측 막 표면의 유효 삼투압 πF,m는 유입수로 탈이온수(Deionized water)가 적용되는 경우 '0'으로 가정한다.
Here, π F, m is the effective osmotic pressure at the inflow side membrane surface of the
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, πD,b는 유도용액에 의한 유발 삼투압이고, JW는 투과유량이고, k는 물질전달계수(Mass transfer coefficient)이다. 그리고, πD,b는 유도용액에 의한 유발 삼투압으로 OLI program (Morris Plains, NJ) 등의 소프트웨어를 이용하여 구하는 것을 예로 한다.Here, π D, b is the induced osmotic pressure by the induction solution, J W is the permeate flow rate, k is the mass transfer coefficient. In addition, π D, b is an example of obtaining by using the software such as OLI program (Morris Plains, NJ) as the induced osmotic pressure by the induction solution.
상기와 같은 과정을 통해, 수투과도는 제1 측정모드에서 측정 및 산출된 제1 투과유량 JW1과 유효 삼투압 PE1, 제2 측정모드에서 측정 및 산출된 제2 투과유량 JW2과 유효 삼투압 PE2를 이용하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 투과유량과 유효 삼투압 변화량의 비율, 즉 기울기를 이용하여 산출된다.Through the above process, the water permeability is measured by the first transmission flow rate J W1 and the effective osmotic pressure P E1 measured and calculated in the first measurement mode, the second transmission flow rate J W2 and the effective osmotic pressure P measured and calculated in the second measurement mode. Using E2 , as shown in Fig. 6, it is calculated using the ratio of the permeate flow rate and the effective osmotic pressure change, that is, the slope.
한편, 염투과도 B는 [수학식 3]을 통해 산출된다.
Meanwhile, salt permeability B is calculated through
[수학식 3]&Quot; (3) "
여기서, JS는 염투과량이고, CD,b는 상기 유도용액의 농도이다. 그리고, 염투과량은 [수학식 4]를 통해 산출된다.
Here, J S is the salt permeation amount, C D, b is the concentration of the induction solution. And the salt permeation amount is calculated through [Equation 4].
[수학식 4]&Quot; (4) "
여기서, CF는 유입수의 농도이고, VF0는 유입수의 초기 부피이고, JW는 투과유량이고, Am은 정삼투막(3)의 유효면적, t는 측정시간이다.Here, C F is the concentration of the influent, V F0 is the initial volume of the influent, J W is the permeate flow rate, A m is the effective area of the
본 발명에서는 제2 측정모드에서 측정된 값들을 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 대입하여 염투과도를 산출하는 것을 예로 하며 제1 측정모드에서 측정된 값들을 이용하여 염투과도의 산출이 가능함은 물론이다. 그리고, 유입수의 농도 CF는, 도 3에 도시된 바와 같이, 유입수의 전기 전도도를 측정하는 전도도 측정부(90)에 의해 측정된 유입수의 전기 전도도의 변화에 기초하여 산출되는 것을 예로 한다.In the present invention, the salt permeability is calculated by substituting the values measured in the second measurement mode into [Equation 3] and [Equation 4], and the salt permeability is calculated using the values measured in the first measurement mode. Of course it is possible. And, as shown in FIG. 3, the concentration C F of the influent is calculated based on the change in the electrical conductivity of the influent measured by the
다시, 도 4를 참조하여 설명하면, 상기와 같이 제1 측정모드와 제2 측정모드를 통한 수투과도와 염투과도의 산출이 완료되면, 제3 투과유량의 측정을 위한 제3 측정모드로의 셋팅을 위해 제1 단속 밸브(50a,50c) 및 제2 단속 밸브(51a,51c)가 폐쇄되고, 제1 바이패스 밸브(50b) 및 제2 바이패스 밸브(51b)가 개방된다(S40). 이에 따라, 제1 저장탱크(10) 및 제2 저장탱크(11)에 저장된 유도용액 및 유입수는 멤브레인 셀(1)의 정삼투막(3)을 경유하지 않고 각각 제1 바이패스 라인(60) 및 제2 바이패스 라인(61)을 통해 순환하게 된다.Referring to FIG. 4 again, when the calculation of the water permeability and the salt permeability through the first measurement mode and the second measurement mode is completed as described above, setting to the third measurement mode for measuring the third transmission flow rate. To this end, the first
그럼 다음, 성능 평가 장치(100)가 제3 측정모드로 셋팅(S41)되는데, 본 발명에서는 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액의 농도를 제2 농도로 유지시키고, 유입수의 농도를 제2 농도보다 낮는 제3 농도로 변화시켜 유입용액을 형성한다. 여기서, 유입용액은 NaCl 용액으로 마련되는 것을 예로 하고, 유입용액의 농도는 0.3M이 되도록 NaCl을 제2 저장탱크(11)에 투입시키는 것을 예로 한다.Then, the
상기와 같이, 본 발명에 따른 성능 평가 장치(100)가 제3 측정모드로의 셋팅이 완료되면, 멤브레인 셀(1)로 제1 저장탱크(10)의 유도용액과 제2 저장탱크(11)의 유입용액이 흐르도록 제1 경로 선택부(50) 및 제2 경로 선택부(51)가 동작하는데, 상술한 바와 같이, 제1 단속 밸브(50a,50c) 및 제2 단속 밸브(51a,51c)가 개방되고, 제1 바이패스 밸브(50b) 및 제2 바이패스 밸브(51b)가 폐쇄된다(S42).As described above, when the
그런 다음, 제1 저장탱크(10)에 저장된 유도용액과 제2 저장탱크(11)에 저장된 유입용액을 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)로 공급하게 된다(S43). 이에 따라, 제1 저장탱크(10)로부터 공급되는 유도용액은 제1 공급라인(20)을 통해 멤브레인 셀(1)의 활성층(3a) 방향으로 공급된 후 다시 제1 공급라인(20)을 통해 다시 제1 저장탱크(10)로 회수되는 방법으로, 제1 공급라인(20)을 따라 순환한다.Then, the induction solution stored in the
마찬가지로, 제2 저장탱크(11)로부터 공급되는 유입용액은 제2 공급라인(21)을 통해 멤브레인 셀(1)의 지지층(3b) 방향으로 공급된 후 다시 제2 공급라인(21)을 통해 다시 제2 저장탱크(11)로 회수되는 방법으로, 제2 공급라인(21)을 따라 순환한다. 이 때, 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)이 경유하는 항온조(80) 및 온도 제어부(81)에 의해 제1 공급라인(20)과 제2 공급라인(21)을 통해 흐르는 유도용액과 유입용액은 일정 온도로 유지됨은 상술한 바와 같다.Similarly, the inflow solution supplied from the
상기와 같이, 정삼투막(3)을 사이에 두고 활성층(3a) 방향으로 제2 농도의 유도용액이 공급되고, 지지층(3b) 방향으로 유입용액이 공급되는 동안 정삼투막(3)의 양측에서는 삼투압차에 의해 유입용액의 물이 정삼투막(3)을 투과하여 유도용액 방향으로 흐르게 된다.As described above, both sides of the
상기와 같이 제3 측정모드로 기 설정된 제3 측정시간 경과 후에, 정삼투막(3)을 통한 유입용액의 물 제3 투과유량이 투과량 측정부(30)에 의해 측정된다(S44). 그리고, 성능 평가부(40)는 제3 투과유량, 그리고 기 산출된 수투과도 및 염투과도에 기초하여 정삼투막(3)의 염 확산 저항성을 산출하게 된다.(S45). 여기서, 성능 평가부(40)는 [수학식 5]를 통해 염 확산 저항성 K를 산출하는 것을 예로 한다.
As described above, after the third measurement time set in the third measurement mode has elapsed, the third water flux of the inflow solution through the
[수학식 5]&Quot; (5) "
여기서, JW는 제3 투과유량이고, A는 수투과도이고, B는 염투과도이다. 그리고, πD,m는 활성층(3a)의 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압으로 [수학식 2]를 이용하여 산출할 수 있으며, πF,b는 유입용액에 의한 유발 삼투압으로 상술한 바와 같이 OLI program (Morris Plains, NJ) 등의 소프트웨어를 이용하여 구할 수 있다.Where J W is the third permeate flow rate, A is the water permeability, and B is the salt permeability. Π D, m can be calculated using Equation 2 as the effective osmotic pressure of the membrane surface of the induced solution side of the
상기와 같은 과정을 통해, 비가압식과 같은 정삼투 운영 조건을 만족시켜 정삼투막(3)의 손상을 방지하면서 정삼투막(3)의 성능 인자를 평가할 수 있게 된다.Through the above process, it is possible to evaluate the performance factor of the forward osmosis membrane (3) while preventing the damage of the forward osmosis membrane (3) by satisfying the forward osmosis operating conditions such as non-pressure.
또한, 기존의 가압식 역삼투막 평가 방법에서와 같이 수투과도와 염투과도와 같은 정삼투막(3)의 성능 인자를 개별적으로 측정하는 방식에서 벗어나, 정삼투막(3)의 성능 인자, 즉 정삼투막(3)의 수투과도, 염투과도 및 염 확산 저항성 등의 성능 인자를 하나의 측정 장비를 통해 측정함으로써, 측정 시간을 단축하고 다수의 성능 인자를 함께 측정할 수 있게 된다.Also, as in the conventional pressurized reverse osmosis membrane evaluation method, the performance factor of the
전술한 실시예에서는 본 발명에 따른 정삼투막(3)의 성능 평가 방법을 도 2에 도시된 성능 평가 장치(100)를 기분 구성으로 하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 성능 평가 방법에 이에 국한되지 않음은 물론이다. 즉, 본 발명에 따른 성능 평가 방법은 활성층(3a) 방향에 유도용액을 공급하고 지지층(3b) 방향에 유도용액보다 농도가 낮은 유입수를 공급하여 정삼투 운영 조건을 형성하고, 유도용액의 농도를 변화시켜 수투과도 및 염투과도를 측정하고, 이에 더하여 유입수의 농도를 가변시켜 염 확산 저항성을 산출하는데 그 기술적 사항이 존재한다.In the above embodiment, the method for evaluating the performance of the
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
Although several embodiments of the present invention have been shown and described, those skilled in the art will appreciate that various modifications may be made without departing from the principles and spirit of the invention . The scope of the invention will be determined by the appended claims and their equivalents.
1 : 멤브레인 셀 3 : 정삼투막
3a : 활성층 3b : 지지층
100 : 성능 평가 장치 10 : 제1 저장탱크
11 : 제2 저장탱크 20 : 제1 공급라인
21 : 제2 공급라인 30 : 투과량 측정부
40 : 성능 평가부 50 : 제1 경로 선택부
51 : 제2 경로 선택부 60 : 제1 바이패스 라인
61 : 제2 바이패스 라인 70 : 제1 유량 측정부
71 : 제2 유량 측정부 80 : 항온조
81 : 온도 제어부 90 : 전도도 측정부1: membrane cell 3: forward osmosis membrane
3a:
100: performance evaluation device 10: first storage tank
11: second storage tank 20: first supply line
21: second supply line 30: permeation measurement unit
40: performance evaluation unit 50: first path selection unit
51: second path selector 60: first bypass line
61: second bypass line 70: first flow rate measuring unit
71: second flow rate measuring unit 80: thermostat
81: temperature control unit 90: conductivity measurement unit
Claims (19)
(a) 상기 정삼투막을 사이에 두고 상기 활성층 방향에 제1 농도의 유도 용액을 공급하고, 상기 지지층 방향에 유입수를 공급하는 단계와;
(b) 기 설정된 제1 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제1 투과유량을 측정하는 제1 측정모드를 수행하는 단계와;
(c) 상기 유도 용액의 농도를 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시키는 단계와;
(d) 기 설정된 제2 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 제2 투과유량을 측정하는 제2 측정모드를 수행하는 단계와;
(e) 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량에 기초하여 상기 정삼투막의 수투과도 및 염투과도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.In the performance evaluation method of the forward osmosis membrane having an active layer and a support layer,
(a) supplying an induction solution having a first concentration in the direction of the active layer with the forward osmosis membrane interposed therebetween, and supplying inflow water in the direction of the support layer;
(b) performing a first measurement mode for measuring a first permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset first measurement time;
(c) increasing the concentration of the draw solution to a second concentration higher than the first concentration;
(d) performing a second measurement mode for measuring a second permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane for a preset second measurement time;
(e) calculating a water permeability and a salt permeability of the forward osmosis membrane based on the first permeation flow rate and the second permeation flow rate.
(f) 상기 수투과도 및 염투과도의 측정 후 상기 유입수의 농도를 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도로 변화시켜 유입용액을 형성하는 단계와;
(g) 기 설정된 제3 측정 시간 동안 상기 정삼투막을 통한 상기 유입용액의 제3 투과유량을 측정하는 단계와;
(h) 상기 측정된 제3 투과유량, 상기 수투과도 및 상기 염투과도에 기초하여, 상기 정삼투막의 염 확산 저항성을 측정하는 제3 측정모드를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.The method of claim 1,
(f) forming the influent solution by changing the concentration of the influent water to a third concentration lower than the second concentration after the measurement of the water permeability and the salt permeability;
(g) measuring a third permeate flow rate of the inflow solution through the forward osmosis membrane for a preset third measurement time;
(h) forward osmosis, the method comprising: performing a third measurement mode for measuring the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane based on the measured third permeate flow rate, the water permeability, and the salt permeability; Method for evaluating the performance of the membrane.
상기 염투과도는 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량 중 어느 하나를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.3. The method of claim 2,
The salt permeability is a performance evaluation method of the forward osmosis membrane, characterized in that calculated using any one of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate.
상기 염투과도는 수학식
(여기서, B는 상기 염투과도이고, JS는 상기 제1 측정모드 또는 상기 제2 측정모드에서의 염투과량이고, CD,b는 상기 제1 농도 또는 상기 제2 농도이고, JW는 상기 제1 투과유량 또는 상기 제2 투과유량이고, k는 물질전달계수(Mass transfer coefficient)이다)
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.The method of claim 3,
The salt permeability is a mathematical formula
(Wherein, B is the salt permeability, J S is the salt permeability in the first measurement mode or the second measurement mode, C D, b is the first concentration or the second concentration, J W is the Is the first transmission flow rate or the second transmission flow rate, and k is a mass transfer coefficient.)
A method for evaluating the performance of the forward osmosis membrane, characterized in that it is calculated by.
상기 수투과도는 상기 제1 투과유량 및 상기 제2 투과유량의 변화량과, 상기 제1 측정모드와 상기 제2 측정모드에서의 유효 삼투압(Effective Osmotic Pressure)의 변화량의 비율에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.3. The method of claim 2,
The water permeability is calculated based on a ratio of a change amount of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate and a change amount of an effective osmotic pressure in the first measurement mode and the second measurement mode. Performance evaluation method of forward osmosis membrane.
상기 염 확산 저항성은 수학식
(여기서, K는 염 확산 저항성이고, JW는 상기 제3 투과유량이고, A는 상기 수투과도이고, B는 상기 염투과도이고, πD,m는 상기 활성층의 상기 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압이고, πF,b는 상기 제3 농도의 상기 유입용액에 의한 유발 삼투압이다)
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.3. The method of claim 2,
The salt diffusion resistance is
Where K is salt diffusion resistance, J W is the third permeate flow rate, A is the water permeability, B is the salt permeability, and π D, m is the effective surface of the induction solution side membrane surface of the active layer. Osmotic pressure, π F, b is the induced osmotic pressure by the inflow solution at the third concentration)
A method for evaluating the performance of the forward osmosis membrane, characterized in that it is calculated by.
상기 유입수는 탈이온수(Deionized water)로 마련되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.3. The method of claim 2,
The inflow water is a performance evaluation method of the forward osmosis membrane, characterized in that provided with deionized water (Deionized water).
상기 유도용액 및 상기 유입용액은 NaCl 용액으로 마련되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 방법.3. The method of claim 2,
The induction solution and the inflow solution is a performance evaluation method of the forward osmosis membrane, characterized in that the NaCl solution.
상기 정삼투막을 지지하는 멤브레인 셀과,
유도용액이 저장되는 제1 저장탱크와,
유입수가 저장되는 제2 저장탱크와,
상기 제1 저장탱크에 수용된 유도용액을 상기 정삼투막의 상기 활성층 방향으로 공급하기 위한 제1 공급라인과,
상기 제2 저장탱크에 수용된 유입수를 상기 정삼투막의 상기 지지층 방향으로 공급하기 위한 제2 공급라인과,
상기 정삼투막을 통한 상기 유입수의 투과유량을 측정하기 위한 투과량 측정부와,
제1 측정모드에서 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 제1 투과유량과, 제2 측정모드에서 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 제2 투과유량에 기초하여 상기 정삼투막의 수투과도 및 염투과도를 측정하는 성능 평가부를 포함하며;
상기 제1 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 제1 농도의 유도용액이 저장되고 상기 제2 저장탱크에 상기 유입수가 저장된 상태에서 기 설정된 제1 측정 시간 동안 수행되며;
상기 제2 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 수용된 상기 유도용액의 농도를 상기 제1 농도보다 높은 제2 농도로 증가시키고 상기 제2 저장탱크에 상기 유입수가 저장된 상태에서 기 설정된 제2 측정 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.In the performance evaluation device of the forward osmosis membrane having an active layer and a support layer,
A membrane cell for supporting the forward osmosis membrane,
A first storage tank in which the induced solution is stored;
A second storage tank in which influent is stored;
A first supply line for supplying the induction solution contained in the first storage tank toward the active layer of the forward osmosis membrane;
A second supply line for supplying the inflow water received in the second storage tank toward the support layer of the forward osmosis membrane;
A permeation measuring unit for measuring the permeate flow rate of the influent water through the forward osmosis membrane;
The water permeability and the salt permeability of the forward osmosis membrane are measured based on the first permeation flow rate measured by the permeation measurement unit in a first measurement mode and the second permeation flow rate measured by the permeation measurement unit in a second measurement mode. A performance evaluation unit to perform;
The first measurement mode is performed for a first measurement time in which the induction solution of a first concentration is stored in the first storage tank and the inflow water is stored in the second storage tank;
The second measurement mode increases the concentration of the induction solution contained in the first storage tank to a second concentration higher than the first concentration and during the preset second measurement time while the inflow water is stored in the second storage tank. Performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that carried out.
상기 성능 평가부는 상기 수투과도 및 상기 염투과도의 측정 후 상기 정삼투막의 염 확산 저항성을 측정하는 제3 측정모드로 동작하며;
상기 제3 측정모드는 상기 제1 저장탱크에 상기 제2 농도의 유도용액이 저장되고 상기 제1 저장탱크에 저장된 유입수의 농도를 상기 제2 농도보다 낮은 제3 농도로 변화시켜 유입용액을 형성시킨 상태에서 기 설정된 제3 측정시간 동안 수행되며;
상기 성능 평가부는 상기 제3 측정시간 동안 상기 투과량 측정부에 의해 측정된 상기 유입용액의 제3 투과유량, 상기 수투과도 및 상기 염투과도에 기초하여 상기 정삼투막의 상기 염 확산 저항성을 측정하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.10. The method of claim 9,
The performance evaluation unit operates in a third measurement mode for measuring the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane after the measurement of the water permeability and the salt permeability;
In the third measurement mode, the induction solution of the second concentration is stored in the first storage tank, and the inflow solution is formed by changing the concentration of the influent water stored in the first storage tank to a third concentration lower than the second concentration. State for a predetermined third measurement time;
The performance evaluation unit measures the salt diffusion resistance of the forward osmosis membrane based on the third permeation flow rate, the water permeability and the salt permeability of the inflow solution measured by the permeation measurement unit during the third measurement time. Performance evaluation device of forward osmosis membrane.
상기 제1 공급라인과 상기 제2 공급라인은 각각 상기 멤브레인 셀을 경유하여 상기 제1 저장탱크 및 제2 저장탱크로 회수되는 폐루프 형태로 마련되며;
상기 투과량 측정부는 상기 제1 저장탱크에 저장된 상기 유도용액의 무게 변화에 기초하여 투과유량을 측정하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.The method of claim 10,
The first supply line and the second supply line are each provided in the form of a closed loop to be returned to the first storage tank and the second storage tank via the membrane cell;
The permeation measuring unit is a performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that for measuring the permeate flow rate based on the change in the weight of the induction solution stored in the first storage tank.
상기 제1 공급라인에 설치되어 상기 제1 저장탱크로부터 상기 멤브레인 셀로 공급되는 상기 유도용액을 바이패스시키는 제1 바이패스 라인과;
상기 제1 바이패스 라인과 상기 멤브레인 셀 중 하나를 상기 제1 저장탱크와 선택적으로 연결하는 제1 경로 선택부와;
상기 제2 공급라인에 설치되어 상기 제2 저장탱크로부터 상기 멤브레인 셀로 공급되는 상기 유입수 또는 상기 유입용액을 바이패스시키는 제2 바이패스 라인과;
상기 제2 바이패스 라인과 상기 멤브레인 셀 중 하나를 상기 제2 저장탱크와 선택적으로 연결하는 제2 경로 선택부를 더 포함하며,
상기 제1 경로 선택부는 상기 제1 측정모드, 상기 제2 측정모드 및 상기 제3 측정모드로 동작할 때 상기 제1 저장탱크와 상기 멤브레인 셀을 연결하고, 상기 제1 저장탱크에 수용된 상기 유도용액의 농도 변화시 상기 제1 저장탱크와 상기 제1 바이패스 라인을 연결하며,
상기 제2 경로 선택부는 상기 제1 측정모드, 상기 제2 측정모드 및 상기 제3 측정모드로 동작할 때 상기 제2 저장탱크와 상기 멤브레인 셀을 연결하고, 상기 제2 저장탱크에 수용된 상기 유입수 또는 상기 유입용액의 농도 변화시 상기 제2 저장탱크와 상기 제2 바이패스 라인을 연결하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.The method of claim 10,
A first bypass line installed in the first supply line and bypassing the induction solution supplied from the first storage tank to the membrane cell;
A first path selector for selectively connecting one of the first bypass line and the membrane cell to the first storage tank;
A second bypass line installed in the second supply line and bypassing the inflow water or the inflow solution supplied from the second storage tank to the membrane cell;
And a second path selector for selectively connecting one of the second bypass line and the membrane cell to the second storage tank,
The first path selector connects the first storage tank and the membrane cell when operating in the first measurement mode, the second measurement mode, and the third measurement mode, and the induction solution contained in the first storage tank. Connecting the first storage tank and the first bypass line when the concentration of
The second path selector connects the second storage tank and the membrane cell when operating in the first measurement mode, the second measurement mode, and the third measurement mode, and the influent water received in the second storage tank or When the concentration of the influent solution changes, the performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that for connecting the second storage tank and the second bypass line.
상기 제1 공급라인의 상기 멤브레인 셀의 출력측에 설치되어 상기 제1 공급라인을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제1 유량 측정부와;
상기 제2 공급라인의 상기 멤브레인 셀의 출력측에 설치되어 상기 제2 공급라인을 통해 흐르는 유량을 측정하는 제2 유량 측정부를 더 포함하며,
상기 성능 평가부는 상기 제1 유량 측정부 및 상기 제2 유량 측정부에 의해 측정된 유량을 상기 수투과도, 상기 염투과도 및 상기 염 확산 저항성 중 적어도 어느 하나의 측정에 반영하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.The method of claim 12,
A first flow rate measuring unit installed at an output side of the membrane cell of the first supply line and measuring a flow rate flowing through the first supply line;
A second flow rate measuring part installed at an output side of the membrane cell of the second supply line to measure a flow rate flowing through the second supply line,
The performance evaluation unit forward osmosis, characterized in that for reflecting the flow rate measured by the first flow rate measuring unit and the second flow rate measuring unit in at least one of the water permeability, the salt permeability and the salt diffusion resistance Membrane performance evaluation device.
상기 성능 평가부는 상기 제1 투과유량과 상기 제2 투과유량 중 어느 하나를 이용하여 상기 염투과도를 산출하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
And the performance evaluator calculates the salt permeability using any one of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate.
상기 염투과도는 수학식
(여기서, B는 상기 염투과도이고, JS는 상기 제1 측정모드 또는 상기 제2 측정모드에서의 염투과량이고, CD,b는 상기 제1 농도 또는 상기 제2 농도이고, JW는 상기 제1 투과유량 또는 상기 제2 투과유량이고, k는 물질전달계수(Mass transfer coefficient)이다)
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.15. The method of claim 14,
The salt permeability is a mathematical formula
(Wherein, B is the salt permeability, J S is the salt permeability in the first measurement mode or the second measurement mode, C D, b is the first concentration or the second concentration, J W is the Is the first transmission flow rate or the second transmission flow rate, and k is a mass transfer coefficient.)
The performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that it is calculated by.
상기 성능 평가부는 상기 제1 투과유량 및 상기 제2 투과유량의 변화량과, 상기 제1 측정모드와 상기 제2 측정모드에서의 유효 삼투압(Effective Osmotic Pressure)의 변화량의 비율에 기초하여 상기 수투과도를 산출하는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
The performance evaluating unit calculates the water permeability based on a ratio of a change amount of the first permeate flow rate and the second permeate flow rate and a change amount of an effective osmotic pressure in the first measurement mode and the second measurement mode. The performance evaluation apparatus of the forward osmosis membrane characterized by calculating.
상기 염 확산 저항성은 수학식
(여기서, K는 염 확산 저항성이고, JW는 상기 제3 투과유량이고, A는 상기 수투과도이고, B는 상기 염투과도이고, πD,m는 상기 활성층의 상기 유도용액 측 막 표면의 유효 삼투압이고, πF,b는 상기 제3 농도의 상기 유입용액에 의한 유발 삼투압이다)
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.14. The method according to any one of claims 10 to 13,
The salt diffusion resistance is
Where K is salt diffusion resistance, J W is the third permeate flow rate, A is the water permeability, B is the salt permeability, and π D, m is the effective surface of the induction solution side membrane surface of the active layer. Osmotic pressure, π F, b is the induced osmotic pressure by the inflow solution at the third concentration)
The performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that it is calculated by.
상기 유입수는 탈이온수(Deionized water)로 마련되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.14. The method according to any one of claims 9 to 13,
The inflow water is a performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that provided with deionized water (Deionized water).
상기 유도용액 및 상기 유입용액은 NaCl 용액으로 마련되는 것을 특징으로 하는 정삼투막의 성능 평가 장치.14. The method according to any one of claims 10 to 13,
The induction solution and the inflow solution is a performance evaluation device of the forward osmosis membrane, characterized in that the NaCl solution.
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