KR101649918B1 - 막 세정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 반투과성 막을 구연산 및 과산화수소를 포함하는 산 세정제와 접촉시키는 산 세정 공정; 반투과성 막을 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제와 접촉시키는 알칼리 세정 공정; 그리고 상기 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정이 순차적으로 실시되는 혼합 세정 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 공정을 포함하여, 우수한 막 세정 효과와 함께 막 수명을 연장시킬 수 있는 막 세정 방법이 제공된다.

Description

막 세정 방법 {METHOD FOR CLEANING MEMBRANE}

본 발명은 우수한 세정 효과와 함께 막 수명을 연장시킬 수 있는 막(membrane) 세정 방법에 관한 것이다.

역삼투막을 포함하는 역삼투압 장치의 운전시, 다양한 장애로 인해 역삼투막에 대한 세정작업이 필연적으로 요구된다. 구체적으로, 상기 세정작업은 생물학적 장애(Bio-fouling)로 세균번식을 동반할 경우, 미립 입상물질 장애(Particulate Fouling)로 경도성분 스케일(Hardness Related Scaling)이 발생할 경우, 실리카 성분 스케일(Silica Scaling)의 경우, 또는 유분과 그리스 장애(Oil & Grease Fouling)가 발생할 경우에 실시된다. 또, 역삼투막의 생물학적 오염 방지(Prevention of Biological Fouling)를 위해 살균제(Biocide)를 이용한 소독 공정이 실시되기도 한다.

이와 같은 역삼투막에 대한 세정 및 소독 공정은 그 효과를 극대화하기 위해 염산(Hydrochloric Acid) 등의 산(Acid)을 이용하여 pH 2이하의 강산 조건에서 실시되거나, 또는 가성소다(Sodium Hydroxide) 등의 알칼리를 이용하여 pH 12이상의 강염기 조건에서 실시된다. 그러나, 이와 같이 강산 및 강염기 조건에서의 세정 및 소독 공정은 역삼투막의 손상을 초래하여 막 수명을 단축시킨다. 이에 따라 세정제의 pH를 약산성 또는 약염기성로 조절하여 역삼투막의 손상을 최소화하면서도 세정 효과를 극대화할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.

또 다른 역삼투막의 수명연장을 위한 방법으로, 한국 특허공개 제2008-0082331호에는 원수를 공급받아 이를 정화시켜 사용수로서 사용하는 산업용 정수장치에 있어서, 원수의 초기 공급시, 저수탱크 내에 채워진 물을 사용한계에 다다른 상태에서 자동으로 원수의 공급과 더불어 멤브레인 필터를 통해 원수를 공급받으면서 걸러진 폐수를 배수시킴으로써, 멤브레인 필터의 정화 효율을 높이는 동시에 멤브레인 필터의 사용 수명을 연장시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나 상기 방법의 경우, 일정시간 처리수를 생산한 후에 저장탱크가 만수되면 시스템을 정지시키고 멤브레인에 존재하는 물을 배수시키기 때문에, 배수된 후에 장시간 물이 공급되지 않을 경우 멤브레인이 건조해져 정화효율이 저하되는 문제점이 있다.

한국공개특허 제 2008-0082331호(2008년09월11일 공개)

본 발명의 목적은 우수한 세정 효과와 함께 막 수명을 연장시킬 수 있는 막 세정 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면 반투과성 막(Semi-permeable Membrane)을 구연산(Citric Acid) 및 과산화수소(Hydrogen Peroxide)를 포함하는 산 세정제와 접촉시키는 산 세정 공정; 반투과성 막을 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제와 접촉시키는 알칼리 세정 공정; 그리고 상기 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정이 순차적으로 실시되는 혼합 세정 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 공정을 포함하는 반투과성 막의 세정 방법이 제공된다. 구체적으로, 상기 반투과막의 세정방법은, 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정이 순차적으로 실시되는 혼합 세정 공정으로, 상기 산 세정 공정은 반투과성 막을 구연산 및 과산화수소를 포함하는 산 세정제와 접촉시키는 공정이고, 상기 알칼리 세정 공정은 상기 반투과성 막을 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제와 접촉시키는 공정이며, 상기 산 세정 공정과 상기 알카리세정 공정에 적용되는 각각 과산화수소는 100 내지 150mM 농도의 용액으로 적용되는 것이며, 상기 반투과성 막은 셀룰로오스계 고분자를 포함하는 것일 수 있다.

상기 세정 방법에 있어서, 상기 구연산은 pH 3±0.5(pH 2.5 내지 3.5)의 산성 용액으로 포함될 수 있다.

또, 상기 가성소다는 pH 10±0.5(pH 9.5 내지 10.5)의 알칼리성 용액으로 포함될 수 있다.

삭제

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 반투과성 막을, pH 3±0.5의 구연산 함유 산성 용액과 과산화수소를 포함하는 산 세정제와 접촉시키는 산 세정 공정 후, pH 10±0.5의 가성소다 함유 알칼리성 용액과 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제와 접촉시키는 알칼리 세정 공정을 포함하는 반투과성 막의 세정 방법이 제공된다. 구체적으로, 상기 반쿠과성 막의 세정방법은, 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성용액 및 알카리성 용액 투입 라인을 통해 각각의 용액을 순차적으로 투입하여 셀룰로오스계 고분자를 포함하는 역삼투막을 통과시키는 역삼투막에 대한 세정공정으로; 1) 상기 역삼투막을 상기 산성용액과 접촉시키는 공정은, 산 세정제로서 구연산을 포함하는 상기 산성용액을 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성 용액 투입라인을 통하여 유입하고, 과산화수소 용액은 과산화수소 용액 투입라인을 통하여 유입하여 상기 역삼투막을 통과하며, 상기 산성용액과 역삼투막과의 접촉은 30분 이상 진행되는데, 상기 산성 용액과 상기 과산화수소 용액을 동시에 15분 이상 상기 역삼투막과 접촉하도록 하고, 이후 남은 시간 동안은 상기 산성용액만을 투입하는 방법으로 실시되고; 2) 상기 역삼투막을 상기 알카리 용액과 접촉시키는 공정은, 알카리 세정제로서 가성소다를 포함하는 상기 알카리 용액을 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 알카리 용액 투입라인을 통하여 유입하고, 상기 과산화수소 용액은 상기 과산화수소 용액 투입라인을 통하여 유입하여 상기 역삼투막을 통과하며, 상기 알카리 용액과 상기 역삼투막과의 접촉은 30분 이상 진행되는데, 상기 알카리 용액과 상기 과산화수소 용액을 동시에 15분 이상 상기 역삼투막과 접촉하도록 하고, 이후 남은 시간 동안은 상기 알카리용액만을 투입하는 방법으로 실시되고; 상기 1) 공정과 2) 공정에서 각각 적용되는 상기 과산화수소 용액은 100 내지 150mM 농도인 것일 수 있다.
상기 산 세정제로서 구연산을 포함하는 산성용액은 pH 2.5 내지 3.5의 구연산 용액을 포함하는 것이고, 상기 알카리 세정제로서 가성소다를 포함하는 알카리 용액은 pH 9.5 내지 10.5의 가성소다 용액을 포함할 수 있다.

기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명에 따른 막 세정 방법에 의해 막의 수명을 연장시킬 수 있다. 그 결과 막의 교체 주기가 연장됨으로써 유지관리비를 크게 절약할 수 있다. 또 상기 막 세정 방법에 의해 산 및 알칼리 세정제의 비용을 절감할 수 있으며, 이들 세정제가 배수되어 폐수 처리장으로 유입될 경우 수처리 장치에 대한 부하를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 반투과성 막의 세정 방법을 이용한 막 세정 장치를 나타낸 개략 구조도이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서의 반투과성 막 세정시 막 세정 공정의 실시 횟수에 따른 압력증가율 변화를 관찰한 결과를 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 수처리에 사용되는 반투과성 막 등의 막 세정시 과산화수소를 이용함으로써 약산성 또는 약염기성 조건에서도 종래 강산 또는 강염기성 조건에서의 막 세정시와 동등 이상의 우수한 세정 효과를 얻을 수 있고, 또 약산 또는 약염기성의 세정제 사용으로 막 손실을 방지하여 막 수명 특성을 현저히 개선시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 반투과성 막의 세정 방법은, 반투과성 막을, 구연산 및 과산화수소를 포함하는 산 세정제와 접촉시키는 산 세정 공정; 반투과성 막을 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제와 접촉시키는 알칼리 세정 공정; 그리고 상기 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정이 순차적으로 실시되는 혼합 세정 공정으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 공정을 포함한다.

구체적으로, 상기 막 세정 방법은 반투과성 막에 포함된 오염물 종류에 따라 다양한 방법으로 실시될 수 있다. 일례로, 반투과성 막의 오염물이 무기물, 구체적으로는 수처리 공정에서 걸러진 중금속 등의 무기물인 경우 구연산 및 과산화수소를 포함하는 산 세정제에 의한 산 세정 공정이 실시될 수 있다. 한편, 반투과성 막의 오염물이 유기물, 구체적으로는 수처리 공정에서 발생한 탄화수소계 물질, 유분 등의 유기물인 경우, 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제에 의한 알칼리 세정 공정이 실시될 수 있다. 또, 상기 반투과성 막의 오염물이 유기물과 무기물 둘 모두를 포함하는 경우에는, 상기한 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정이 모두 실시될 수 있다. 이때, 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정의 실시 순서는 특별히 한정되지 않으나, 세정 효과 및 막 수명 연장 효과 면에서 산 세정 공정 후 알칼리 세정 공정이 실시되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 반투과성 막은 통상 수처리에 사용되는 반투과성 막, 구체적으로는 역삼투막(Membrance for Reverse Osmosis)일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 반투과성 막은 셀룰로오스계(예를 들면, 에틸 셀룰로오스, 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트-셀룰로오스 트리아세테이트 블렌드 등), 폴리(피롤리돈)계(예를 들면, 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(비닐피롤리돈)-(비닐 아세테이트) 공중합체 등), 아크릴레이트계(예를 들면, 폴리메틸 메타크릴레이트 등), 폴리아민, 폴리이미드, 폴리(에테르 이미드), 방향족 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리벤즈이미다졸론, 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트) 또는 그 공중합체, 폴리비닐알코올, 폴리올레핀(예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 등), 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴로니트릴-폴리(비닐 클로라이드) 공중합체, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리(디메틸페닐렌 옥시드), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 젤라틴과 폴리(비닐피롤리돈)의 블렌드, 젤라틴, 글루코오스, 당류, 포비돈, 카포비돈, 또는 실리콘 등을 포함하는 것일 수 있다. 이중에서도, 세정 효과의 현저함 면에서 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트-셀룰로오스 트리아세테이트 블렌드 등과 같은 셀룰로오스계 고분자를 포함하는 반투과성 막이 보다 바람직할 수 있다.

또, 상기 막 세정 방법에 있어서, 산 세정 공정은 구연산 및 과산화수소를 포함하는 산 세정제에 의해 실시될 수 있다.

상기 구연산은 물 중에 용해시킨 산성 용액으로서 사용될 수 있으며, 이때 구연산 함유 산성 용액의 pH가 3±0.5인 것이 바람직할 수 있다. 상기 구연산을 포함하는 산성 용액의 pH가 2.5 미만이면 막 손상에 따른 막 수명 감소의 우려가 있고, pH가 3.5를 초과할 경우 막 세정 효과가 저하될 우려가 있다.

상기 과산화수소 역시 물 중에 희석되어 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 과산화수소는 100 내지 150mM의 농도로 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 과산화수소의 농도가 100mM미만일 경우 과산화수소 투입에 따른 효과가 미미하고, 150mM을 초과할 경우 과량의 과산화수소로 인해 반투과성 막이 손상될 우려가 있다.

상기와 같은 구연산과 과산화수소를 포함하는 산 세정제와 막과의 접촉 시, 구연산 함유 산성 용액은 막과 약 30분 이상, 혹은 30 내지 40분 동안 접촉하는 것이 바람직하고, 상기 과산화수소는 막과 약 15분 이상, 혹은 15 내지 20분 동안 접촉하는 것이 바람직하다. 이에 따라 산 세정제와 막과의 접촉시, 구연산 함유 산성 용액과 과산화수소를 동시에 과산화수소 접촉 시간 동안 막과 접촉하도록 투입 하고, 이후 과산화수소의 투입이 완료되면, 남은 시간 동안은 산성 용액만을 투입하는 방법으로 실시하는 것이 바람직할 수 있다. 일 례로, 상기 과산화수소와 막의 접촉 공정이15분간 실시되는 경우에는, 먼저 산성 용액과 과산화수소를 초기 15분 동안 함께 투입하여 막과 접촉하도록 한 후, 과산화수소의 투입이 완료되고 나면, 산성용액만을 남은 15분 동안 투입하여 막과 접촉하도록 하는 것이 바람직하다.

또, 상기한 산 세정제와 막의 접촉 공정은, 투과 세정, 순환 투과 세정, 순환 비투과 세정, 침지 세정, 역류 세정, 역류 침지 세정 또는 동시 공기 세정 등 방법에 의해 실시될 수 있으며, 이중에서도 막 세정 효과 및 수명 연장효과의 현저함을 고려할 때 투과 세정에 의한 접촉 방법이 보다 바람직할 수 있다.

한편, 상기 막 세정 방법에 있어서 알칼리 세정 공정은 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제를 이용하여 실시될 수 있다.

상기 가성소다는, 가성소다를 물 중에 용해시켜 제조한 알칼리성 용액으로 포함될 수 있다. 이때, 가성소다 함유 알칼리성 용액의 pH는 10±0.5 인 것이 바람직하다. 알칼리성 용액의 pH가 9.5 미만이면 막 세정 효과가 미미하여 막 중에 유기 오염물이 잔류할 우려가 있고, 또 pH가 10.5를 초과할 경우 강염기성으로 인해 막이 손상될 우려가 있다.

상기와 같은 가성소다 및 과산화수소를 포함하는 알칼리 세정제는 막과 약 30분 이상, 혹은 30 내지 40분 동안 접촉하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 가성소다를 포함하는 알칼리성 용액은 막과 약 30분 이상, 혹은 30 내지 40분 동안 접촉하는 것이 바람직하고, 상기 과산화수소는 막과 약 15분 이상, 혹은 15 내지 20분 동안 접촉하는 것이 바람직하다. 이에 따라 알칼리 세정제와 막과의 접촉시, 가성소다 함유 알칼리성 용액과 과산화수소를 동시에 과산화수소 접촉시간 동안 막과 접촉하도록 투입하고, 이후 과산화수소의 투입이 완료되면, 남은 시간 동안은 가성소다 함유 알칼리성 용액만을 투입하는 것이 바람직할 수 있다.

또, 상기한 알칼리 세정제와 막의 접촉 공정은 앞서 산 세정 공정에서 설명한 바와 동일한 접촉 방법으로 실시될 수 있다.

상기와 같은 막 세정 방법은 막의 압력이 초기 압력 대비 약 15% 이상, 혹은 15 내지 20% 증가할 경우 실시되는 것이 막 세정 효과 및 막 수명 연장 효과면에서 보다 바람직할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 막 세정 방법을 이용한 막 세정 장치를 나타낸 개략 구조도이다. 도 1에 제시된 막 세정 장치는 막 세정 시스템(CIP system)과 함께 수처리 시스템(RO System)을 함께 포함함으로써 수처리 공정과 막 세정 공정이 함께 이루어질 수 있으며, 또 수처리 장치내 반투과성 막으로서 역삼투막을 포함한다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 례일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 막 세정 방법을 설명한다.

수처리 공정으로서 역삼투막 유입 라인(1)을 통하여 물이 유입되면, 유입된 물은 고압펌프(2)에 의해 높은 압력으로 가압된 후 역삼투압 장치의 역삼투막(3)을 통과함으로써 수처리된다. 역삼투막에 의하여 처리된 물은 처리수 라인(4)을 통해 소정의 용도로 사용되고, 상기 처리수를 제외한 농축된 물은 농축수 라인(5)을 통하여 배수된다. 이와 같은 일련의 과정을 통해 수처리 공정이 연속 실시된다. 수처리 공정이 실시됨에 따라, 역삼투막(3)에 오염물이 부착되게 되고, 그 결과로 역삼투막(3)의 압력이 증가하게 된다. 이 같은 역삼투막(3)의 압력 변화는 역삼투압 장치의 초입에 위치하는 압력센서(6)에 의해 확인할 수 있다. 이때, 압력센서(6)에 나타난 역삼투막(3)의 압력이 초기 압력대비 약 15%가 되면 설정된 프로세서에 따라 세정 공정이 실시된다.

상기 역삼투막에 대한 세정공정은 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성용액 및 알카리성 용액 투입 라인을 통해 각각의 용액을 순차적으로 투입하여 역삼투막을 통과시킴으로써 실시될 수 있다.

구체적으로는, 먼저 산 세정제로서 산성 용액(7)은 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성 용액 투입라인(10)을 통하여 유입되고, 과산화수소 용액(8)은 과산화수소 용액 투입라인(11)을 통하여 유입되어 역삼투막(3)을 통과하게 된다. 이때 상기 산성 용액은 구연산을 물에 용해시켜 제조한 것으로, pH 3±0.5이고, 상기 과산화수소 용액은 과산화수소를 100 내지 150mM로 포함한다. 이 같은 산세정 공정에 의해 역삼투막(3)내 포함된 무기 오염물이 제거되게 된다. 상기 산 세정제의 투입시 초기 15분 동안은 산성 용액(7)과 과산화수소 용액(8)이 동시에 투입되고, 투입 15분 후에는 산성 용액(7)만이 투입된다.

다음으로 역삼투막내 포함된 유기 오염물 제거를 위한 알칼리 세정 공정이 연속적으로 실시된다. 알칼리 세정 공정은 알칼리 세정제로서 알칼리성 용액(9)은 삼투압 장치 앞단의 알칼리성 용액 투입라인(12)을 통하여 투입시키고, 과산화수소 용액(8)은 과산화수소 용액 투입라인(11)을 통하여 역삼투막(3)을 통과하도록 한다. 이때 상기 알칼리성 용액은 가성소다를 물에 용해시켜 제조한 것으로 pH 10±0.5이고, 상기 과산화수소 용액은 과산화수소를 100 내지 150mM로 포함한다. 또, 상기 알칼리 세정제의 투입시 초기 15분 동안은 알칼리성 용액(9)과 과산화수소 용액(8)이 동시에 투입되고, 투입 15분 후에는 알칼리성 용액(9)만이 투입된다.

상기와 같은 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정의 혼합 세정공정의 완료 후, 세정 공정 동안에 사용된 구연산 함유 산성 용액, 가성소다 함유 알칼리성 용액, 그리고 과산화수소 용액은 모두 세정제 회수라인(13)을 통하여 회수된 후, 순환 사용될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 막 세정 공정은 과산화수소를 이용함으로써 약산성 및 약염기성 조건에서도 세정 공정이 가능할뿐더러, 종래 강산 또는 강염기성 조건에서와 동등 이상의 막 세정 효과를 나타낼 수 있다. 또, 약산성 및 약염기성 조건에서 실시되기 때문에 강산 또는 강염기성의 세정제의 사용에 따른 막 손상의 우려가 없어 막 수명을 현저히 연장시킬 수 있으며, 그 결과 막의 교체 주기가 연장됨으로써 유지관리비를 크게 절약할 수 있다. 또 상기 막 세정 방법에 의해 산 및 알칼리 세정제의 비용을 절감할 수 있으며, 이들 세정제가 배수되어 폐수 처리장으로 유입될 경우 수처리 장치에 대한 부하를 감소시킬 수 있다.

이하, 구체적인 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에 제시된 바와 같은 수처리 공정 및 막 세정 공정을 실시할 수 있는 장치를 이용하여 수처리를 실시하고, 수처리 공정 중 셀룰로오스 아세테이트의 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면, 상기 역삼투막에 대해 구연산 함유 산성 용액(pH 3±0.5)과 100~150mM 농도의 과산화수소 용액을 15분 동안에 걸쳐 동시 투입하고, 15분 후에는 구연산 함유 산성 용액 만을 15분간에 걸쳐 더 투입하는 산 세정 공정과, 가성소다 함유 알칼리성 용액(pH 10±0.5)을 100 내지 150mM 농도의 과산화수소 용액과 15분 동안에 걸쳐 동시 투입하고, 15분 후 과산화수소 용액의 투입 완료 시 가성소다 함유 알칼리성 용액만을 15분간 더 투입하는 알칼리 세정 공정을 순차적으로 실시하였다. 이 같은 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정을 1사이클로 하여, 수처리 공정 중 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면 세정 공정을 실시하였다.

실시예 2

도 1에 제시된 바와 같은 수처리 공정 및 막 세정 공정을 실시할 수 있는 장치를 이용하여 수처리를 실시하고, 수처리 공정 중 셀룰로오스 아세테이트의 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면, 상기 역삼투막에 포함된 무기오염물을 제거하기 위해, 상기 역삼투막에 대해 구연산 함유 산성 용액(pH 3±0.5)과 100~150mM 농도의 과산화수소 용액을 15분 동안에 걸쳐 동시 투입하고, 15분 후에는 구연산 함유 산성 용액 만을 15분간에 걸쳐 더 투입하는 산 세정 공정을 실시하였다. 이 같은 산 세정 공정을 수처리 공정 중 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면 세정 공정을 실시하였다.

실시예 3

도 1에 제시된 바와 같은 수처리 공정 및 막 세정 공정을 실시할 수 있는 장치를 이용하여 수처리를 실시하고, 수처리 공정 중 셀룰로오스 아세테이트의 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면, 상기 역삼투막에 포함된 유기오염물을 제거하기 위해, 상기 역삼투막에 대해 가성소다 함유 알칼리성 용액(pH 10±0.5)을 100 내지 150mM 농도의 과산화수소 용액과 15분 동안에 걸쳐 동시 투입하고, 15분 후 과산화수소 용액의 투입 완료 시 가성소다 함유 알칼리성 용액만을 15분간 더 투입하는 알칼리 세정 공정을 실시하였다. 이 같은 알칼리 세정 공정을 수처리 공정 중 역삼투막 압력이 초기 압력대비 15% 증가하면 세정 공정을 실시하였다.

시험예

하기와 같은 방법으로 본 발명에 따른 막 세정 방법의 막 수명 연장 효과를 평가하였다.

일반적으로 역삼투막의 교체는 세정작업에서 사용된 산성 용액에 의한 역삼투막의 손상이 주 원인이다. 일반적으로 CIP를 실시한 후에 막의 압력이 처음 막을 장착한 후의 초기압력 대비 30% 이상 되면 교체한다. 따라서 실험실용 역삼투막을 이용하여 인위적으로 오염시켜 막의 압력을 초기대비 15%까지 증가시키고, 오염된 막에 대해 산 및 알칼리 세정제를 이용한 세정 공정을 실시하되 역삼투막의 압력이 초기대비 30%가 될 때까지 반복 실시하였다.

인위적인 막 오염을 위하여 상용의 유기물인 부식산(Aldrich Chemical사-H1, Lot-No 675-2)을 이용하였다. 용액 1L에 부식산1g을 넣은 후 하루 동안 교반하고, 이 부식산 용액을 100배 희석하여 Pressure Vessel(Codeline, 80S30-6W^®) 내부의 역삼투막(Filmtec, HSRO-4040-FF^®)에 통과 시켜 막오염을 유발하도록 하였다. 이때 부식산의 총유기탄소인 TOC(DOHRMANN, Phoenix8000^®)는 4,500~5,600ppb의 농도를 나타내었다. 부식산을 녹이기 위한 물은 수돗물로 1차 증류(태광-TK51^®)후 이를 다시 2차 증류하여 양이온 및 음이온교환수지를 거친다. 최종적으로 0.2㎛ 멤브레인 필터(Milli-Q(Millipore Corp., ZFMQ 05001^®)를 통과한 처리수를 사용하였다.

초기 역삼투막의 압력은 10bar를 나타내었으며, 부식산 용액을 막에 투과시키면 10~11분에 역삼투막의 압력은 11.5bar를 나타내었다. 이때 오염된 역삼투막에 대해 상기 실시예 1에서와 동일한 막 세정 방법으로 구연산 함유 산성 용액(pH 3±0.5)과 100~150mM의 과산화수소 용액을 15분간 동시에 투입하고, 그 이후 15분간은 구연산 함유 산성 용액(pH 3±0.5)만을 투입하는 산세정 공정과, 가성소다 함유 알칼리성 용액(pH 10±0.5)과 100~150mM 의 과산화수소 용액을 15분간 동시에 투입하고, 그 이후 15분간은 가성소다 함유 알칼리성 용액(pH 3±0.5)만을 투입하는 알칼리 세정 공정을 순차적으로 실시하되, 상기 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정을 1 사이클로 하여 역삼투막의 압력이 초기 대비 30%가 될 때까지 반복실시하였다.

효과 비교를 위하여, 동일한 조건 및 방법으로 부식산 용액으로 오염시킨 역삼투막에 대해 구연산 함유 산성 용액(pH 2이하)을 30분 동안에 걸쳐 투입하는 산 세정 공정과 가성소다 함유 알칼리성 용액(pH 12이상)을 30분 동안에 걸쳐 투입하는 알칼리 세정 공정을 순차적으로 실시하되, 상기 산 세정 공정과 알칼리 세정 공정을 1 사이클로 하여 역삼투막의 압력이 초기 대비 30%가 될 때까지 반복실시하였다(비교예).

상기 실시예 1 및 비교예에 따른 세정 공정시 세정 횟수에 따른 압력 증가율을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2는 상기 비교예 및 실시예1에 따른 막 세정 공정시 세정 공정 실시횟수에 따른 압력증가율을 관찰한 그래프이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 비교예에서와 같이 강산 및 강염기성 조건에서의 막 세정 방법으로 실시한 경우, 막 교체 압력(초기 압력대비 3bar가 증가하였을때)에 이르기 까지 72회의 세정 공정이 실시되었다. 이를 역삼투막의 수명으로 환산할 경우 약 2년에 해당한다. 한편, 실시예 1에서와 같은 막 세정 방법으로 실시한 경우 막 교체 압력에 이르기 까지 160회의 세정 공정이 실시되었으며, 이는 역삼투막 수명 약 4.5년에 해당한다.

이 같은 결과로부터 본 발명에 따른 막 세정 방법에 의해 우수한 막 세정 효과와 함께 막 수명을 연장시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1: 역삼투막 유입 라인 2: 고압펌프
3: 역삼투막 4: 처리수 라인
5: 농축수 라인 6: 압력센서
7: 산성 용액 8: 과산화수소 용액
9: 알칼리성 용액 10: 산성 용액 투입라인
11: 과산화수소 용액 투입라인 12: 알칼리성 용액 투입라인
13: 세정제 회수라인

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성용액 및 알카리성 용액 투입 라인을 통해 각각의 용액을 순차적으로 투입하여 셀룰로오스계 고분자를 포함하는 역삼투막을 통과시키는 역삼투막에 대한 세정공정으로,
   1) 상기 역삼투막을 상기 산성용액과 접촉시키는 공정은,
   산 세정제로서 구연산을 포함하는 상기 산성용액을 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 산성 용액 투입라인을 통하여 유입하고, 과산화수소 용액은 과산화수소 용액 투입라인을 통하여 유입하여 상기 역삼투막을 통과하며,
   상기 산성용액과 역삼투막과의 접촉은 30분 이상 진행되는데, 상기 산성 용액과 상기 과산화수소 용액을 동시에 15분 이상 상기 역삼투막과 접촉하도록 하고, 이후 남은 시간 동안은 상기 산성용액만을 투입하는 방법으로 실시되고,
   2) 상기 역삼투막을 상기 알카리 용액과 접촉시키는 공정은,
   알카리 세정제로서 가성소다를 포함하는 상기 알카리 용액을 역삼투압 장치의 앞단에 위치하는 알카리 용액 투입라인을 통하여 유입하고, 상기 과산화수소 용액은 상기 과산화수소 용액 투입라인을 통하여 유입하여 상기 역삼투막을 통과하며,
   상기 알카리 용액과 상기 역삼투막과의 접촉은 30분 이상 진행되는데, 상기 알카리 용액과 상기 과산화수소 용액을 동시에 15분 이상 상기 역삼투막과 접촉하도록 하고, 이후 남은 시간 동안은 상기 알카리용액만을 투입하는 방법으로 실시되고,
   상기 1) 공정과 2) 공정에서 각각 적용되는 상기 과산화수소 용액은 100 내지 150mM 농도인 것인, 반투과성 막의 세정 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 산 세정제로서 구연산을 포함하는 산성용액은 pH 2.5 내지 3.5의 구연산 용액을 포함하는 것이고, 상기 알카리 세정제로서 가성소다를 포함하는 알카리 용액은 pH 9.5 내지 10.5의 가성소다 용액을 포함하는 것인, 반투과성 막의 세정 방법.

Images