KR102109560B1 - 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법 - Google Patents

광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 이용하여 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 제거함으로써 CEB(chemical enhanced backwashing)를 대체함과 함께 CIP(cleaning in place) 주기를 늘리고, 자외선의 산란을 유도하여 이산화티타늄 입자와 자외선의 접촉 효율을 증가시킴으로써 광촉매 반응을 촉진시킬 수 있는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법은 침지식 분리막조 내에서 침지식 분리막에 의한 원수의 여과공정이 진행되는 단계; 원수의 여과공정이 완료되면 침지식 분리막조의 원수를 배수함과 함께 침지식 분리막조 내에 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체를 공급하는 단계; 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체가 공급된 침지식 분리막조에 자외선을 조사하여 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계에서, 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조 내에서 유동되어 자외선의 반사, 산란을 유도하여 이산화티타늄의 광촉매 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.

Description

광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법{Method for cleaning submerged membrane using photocatalyst and UV-scattering media}
본 발명은 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 이용하여 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 제거함으로써 CEB(chemical enhanced backwashing)를 대체함과 함께 CIP(cleaning in place) 주기를 늘리고, 자외선의 산란을 유도하여 이산화티타늄 입자와 자외선의 접촉 효율을 증가시킴으로써 광촉매 반응을 촉진시킬 수 있는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법에 관한 것이다.
분리막 기반의 막여과 공정은 정수, 하수, 해수담수화, 하수재이용, 초순수 제조 등 모든 수처리 분야에서 활용이 가능하며, 기존 수처리공정 대비 설비의 집적성이 높으며, 원수 부하에 강하고, 운영 효율과 처리수 수질이 높음과 함께 자동화 구현이 용이한 장점을 가지고 있다.
하지만, 막여과 공정 운전이 진행됨에 따라 분리막 표면에 다양한 오염물질들이 흡착되거나 분리막 기공을 막아 분리막 표면에 심각한 오염을 유발하게 되며, 막오염이 진행된 분리막은 본래의 여과 기능이 상실되어 막여과 공정에서 안정적인 처리수량을 확보하기 어렵다.
구체적으로, 수처리 공정에 많이 사용되고 있는 분리막인 정밀여과막(MF, microfiltration)과 한외여과막(UF, ultrafiltration)은 탁질 및 입자성물질에 대해 완벽히 제거할 수 있는 분리막으로 수처리 공정에서 다양하게 활용되고 있지만, 투과유속 감소 및 운전비용 증가의 원인이 되는 막오염은 분리막 공정에서 가장 큰 문제점이다. 막오염은 농도분극이나 막표면에 겔층이 형성되어 기공 내에 흡착 또는 막힘으로 인해 일어나게 되고 이러한 막오염을 제어하기 위해 역세정으로써 수역세 및 공기역세정과 화학세정으로써 유지세정 및 회복세정을 실시하게 된다. 이러한 막오염 제어방법은 막오염 저감에 있어 효율을 높일 수 있지만 여전히 막오염 현상에 대한 문제점을 해결되지 않고 있는 실정이다. 분리막의 오염은 막표면에서의 농도분극과 막표면이나 공극 내 입자의 흡착과 누적으로 인해 투과유속의 감소가 일어나기 때문에 막표면과 공극 내 오염물질이 모두 제어될 필요가 있다.
한편, 기존의 막오염 제어를 위한 직접적인 방법으로 물리적 방법과 화학적 방법을 병행한 세정 기술이 있다. 물리적 막오염 제어방법으로 플러싱, 역세정, air-scrubbing 등이 적용되고 있으며, 수리학적 흐름에 의한 물리적 힘을 이용하여 막 표면에 생성된 오염물질을 제거하는 방안이 모색되어 실제 적용되고 있으나, 점성물질 및 흡착 등의 막오염 상태에서는 좋은 세정효율을 기대할 수 없다. 화학적 막오염 제어방법으로, 막오염 특성에 따라 산성 약품, 염기성 약품, 계면활성제, 킬레이트제, 산화제 등 다양한 약품을 분리막이 허용하는 상태(pH 범위, 약품 농도, 접촉시간 등)에 따라 다양한 적용이 가능하다. 약품 세정을 실시할 경우, 짧은 주기에서 저농도의 약품으로 단시간에 세정하는 유지화학세정(MCC, maintenance chemical cleaning)과 분리막의 오염이 심각하게 진행되어 허용한 운전압력 도달시 고농도의 약품으로 장시간 세정하는 CIP(cleaning in place) 방법으로 수행 가능하며, 역세정 공정 수행시 저농도의 약품을 동시에 주입하는 방법(CEB, chemical enhanced backwashing) 등 다양한 기법으로 화학적 세정방법이 적용되고 있으나, 화학약품을 사용하는데 있어서 발생하는 폐액처리문제 등은 2차적인 처리를 요구하게 되어 시설부지의 증가를 야기하고, 약품세정에 필요한 약품의 소비는 운영비의 증가를 부추기는 원인 중 하나이다.
한국등록특허 제10-1513249호 한국등록특허 제10-954571호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 이용하여 분리막 표면 및 공극 내의 오염물질을 제거함으로써 CEB(chemical enhanced backwashing)를 대체함과 함께 CIP(cleaning in place) 주기를 늘리고, 자외선의 산란을 유도하여 이산화티타늄 입자와 자외선의 접촉 효율을 증가시킴으로써 광촉매 반응을 촉진시킬 수 있는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법은 침지식 분리막조 내에서 침지식 분리막에 의한 원수의 여과공정이 진행되는 단계; 원수의 여과공정이 완료되면 침지식 분리막조의 원수를 배수함과 함께 침지식 분리막조 내에 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체를 공급하는 단계; 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체가 공급된 침지식 분리막조에 자외선을 조사하여 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계에서, 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조 내에서 유동되어 자외선의 반사, 산란을 유도하여 이산화티타늄의 광촉매 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 한다.
상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계에서, 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의해 수산화래디컬(OH·)이 생성되며, 생성된 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 산화반응이 진행되어 분리막으로부터 오염물질이 탈착되거나 분리막과 오염물질의 결합력이 약화된다.
침지식 분리막조에 이산화티타늄 세정액이 공급된 상태에서 자외선을 조사하기 전에, 이산화티타늄 세정액을 교반하여, 이산화티타늄 입자와 분리막의 접촉을 향상시켜 분리막의 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율을 증가시킴으로써 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 산화반응 효율을 증대시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계 이후에, 탈착된 오염물질을 포함하는 이산화티타늄 세정액을 자외선 산란유도담체와 함께 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조로 이동시키는 단계; 탈착된 오염물질을 포함하는 이산화티타늄 세정액에 유기고분자 응집제를 혼합하여 이산화티타늄 입자를 침강시키는 단계; 침강된 이산화티타늄 입자를 수거한 후 가열하여 유기고분자 응집제 성분을 제거하는 단계; 이산화티타늄 입자와 처리수를 혼합하여 이산화티타늄 세정액을 제조하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이산화티타늄 입자가 제거된 세정폐액을 여과하여 자외선 산란유도담체를 수거할 수 있다.
상기 자외선 산란유도담체는 자외선 반사를 위해 표면에 반사코팅을 구비한다. 또한, 상기 자외선 산란유도담체는 표면이 크롬(Cr) 또는 이산화세슘으로 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법은 다음과 같은 효과가 있다.
이산화티타늄 입자가 포함된 이산화티타늄 세정액을 침지식 분리막조에 공급하고, 이산화티타늄의 광촉매 반응을 통해 수산화래디컬(OH·)을 생성하고, 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 산화반응에 의해 분리막으로부터 오염물질이 탈착되거나 분리막과 오염물질의 결합력이 약화되는 방식으로 분리막 세정공정이 진행됨에 따라, 화학약품 사용을 배제함과 함께 분리막의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 분리막 세정공정 진행시, 침지식 분리막조 내에서 자외선 산란유도담체가 유동되어 자외선을 반사, 산란시킴에 따라 자외선과 이산화티타늄 입자의 접촉 효율을 증가시켜 광촉매 반응을 촉진시킬 수 있다.
이와 함께, 이산화티타늄 입자의 재사용이 가능함에 따라, 세정공정의 경제성을 향상시킬 수 있다. 이와 함께, 1주에 1∼2차례 진행되는 CEB(chemical enhanced backwashing)를 대체할 수 있고, 1년에 1∼2차례 진행되는 CIP(cleaning in place)의 주기를 늦출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 분리막의 세정장치의 구성도.
도 2는 자외선 산란유도담체의 유동에 의해 자외선이 반사, 산란되는 것을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법을 설명하기 위한 순서도.
도 4a는 물리세정 후 침지식 분리막의 여과저항(Rt)을 나타낸 것이고, 도 4b는 이산화티타늄 세정액을 이용한 세정 후 침지식 분리막의 여과저항(Rt)을 나타낸 것.
도 5는 이산화티타늄 세정액을 이용한 세정시간(10분, 30분, 60분)에 따른 여과저항(Rt) 증가 추이를 나타낸 실험결과.
수중 환경의 이산화티타늄(TiO2)은 자외선 조사시 표면에서 수산화래디컬(OH·)을 발생시키는 광촉매 특성을 갖고 있으며, 광촉매 반응에 의해 생성된 수산화래디컬(OH·)은 산화제로 작용하여 오염물질을 산화, 분해한다. 이와 같은 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성은 정수처리분야에서 널리 이용되고 있다(한국공개특허 제2012-54919호 참조).
본 발명은 상술한 바와 같은 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 분리막 세정 분야에 이용하는 기술을 제시한다.
이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 반응에 의해 생성되는 수산화래디컬(OH·)은 오염물질과의 산화 반응시 여타의 화학약품과는 달리 반응부산물을 생성시키지 않는 특성을 갖고 있어 미량의 오염물질 제거에 효과적이며, 이와 같은 이유로 하수처리분야보다는 정수처리분야에 적합하다. 정수처리분야보다 상대적으로 많은 양의 오염물질이 존재하는 하수처리분야 등에 적용하기에는 상당량의 이산화티타늄(TiO2)이 요구되어 처리효율 및 경제성이 떨어진다. 따라서, 분리막에 흡착된 오염물질의 제거에 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 적용하는 것은 처리효율 및 경제성 측면에서 쉽게 고려될 수 없다.
한편, 분리막 세정공정은 처리대상물질이 원수가 아닌 분리막이며, 분리막으로부터 탈착된 오염물질은 화학반응(또는 생물학적 반응)을 통해 제거되는 것이 요구되지 않는다.
본 발명은 이와 같은 점을 고려하여 수산화래디컬(OH·)에 의한 오염물질의 완전산화보다는 부분산화 또는 오염물질의 저분자화를 유도하여 분리막과 오염물질의 흡착정도를 완화시킴으로써 1년에 1∼2차례 진행되는 CIP(cleaning in place)의 주기를 늘릴 수 있는 기술을 제시한다. 또한, 본 발명에 따른 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 특성을 이용한 분리막 세정방법은 1주에 1∼2차례 진행되는 CEB(chemical enhanced backwashing)를 대체할 수 있다.
또한, 본 발명은 이산화티타늄의 광촉매 반응을 촉진시키기 위해 자외선 산란유도담체를 적용한다. 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조 내에서 유동되면서 침지식 분리막조 내에 조사되는 자외선을 산란시켜, 이산화티타늄 입자와 자외선의 접촉 증가를 유도하여 이산화티타늄에 의한 광촉매 반응을 촉진시킨다. 자외선 산란유도담체에 의해 광촉매 반응이 촉진됨에 따라, 분리막 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법을 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법이 구현되는 침지식 분리막 세정장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법이 구현되는 침지식 분리막 세정장치는 침지식 분리막조(110)를 구비한다.
상기 침지식 분리막조(110)는 침지식 분리막(111)을 이용하여 원수에 존재하는 오염물질을 제거하는 역할을 한다. 침지식 분리막조(110) 내에는 오염물질을 여과하는 침지식 분리막(111)이 구비됨과 함께, 침지식 분리막조(110)의 내벽 일측에는 자외선 램프(112)가 구비된다. 상기 자외선 램프(112)는 침지식 분리막조(110)에 자외선을 조사하여 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 반응을 유도하는 역할을 하며, 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 반응이 진행되면 광촉매 표면에 수산화래디컬(OH·)이 생성된다.
또한, 상기 침지식 분리막조(110) 내에는 이산화티타늄 세정액을 교반하기 위한 교반장치가 더 구비될 수 있다. 이산화티타늄 세정액의 교반에 의해 이산화티타늄 입자와 분리막의 접촉 효율이 향상되어 궁극적으로 분리막의 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율이 증가된다. 분리막의 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율이 증가되면, 분리막에 흡착된 오염물질과 수산화래디컬(OH·)의 반응효율이 향상되어 오염물질의 탈착이 가속화되는데 이에 대해서는 후술하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 침지식 분리막조(110)의 일측에는 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)가 구비된다. 상기 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)는 침지식 분리막(111)의 세정공정시 침지식 분리막조(110)에 이산화티타늄 세정액과 자외선 산란유도담체를 공급하는 역할을 한다. 자외선 산란유도담체는 이산화티타늄 세정액과 함께 침지식 분리막조(110)에 공급되며, 이산화티타늄 세정액은 이산화티타늄과 물이 혼합된 것을 의미한다.
상기 이산화티타늄 입자는 자외선 조사시 광촉매 반응을 유도하여 수산화래디컬(OH·)을 생성시키며, 상기 자외선 산란유도담체는 물 속에서 유동되어 자외선을 반사, 산란시키는 역할을 한다. 상기 자외선 산란유도담체는 직육면체, 구형 등으로 구성될 수 있으며, 자외선 반사를 위해 표면에 반사코팅이 구비된다. 반사코팅 물질은 제한되지 않으나 일 실시예로, 자외선 반사를 위해 자외선 산란유도담체 표면을 크롬(Cr) 또는 이산화세슘으로 코팅할 수 있다.
한편, 상기 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)는 분리막 세정공정의 완료 후 침지식 분리막조(110)로부터 배출되는 이산화티타늄 입자와 자외선 산란유도담체가 포함된 세정폐액을 저류하는 역할을 한다. 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)에 저류된 세정폐액에 대해 중력침강 및 여과를 실시하면 세정폐액으로부터 침강된 이산화티타늄 입자와 자외선 산란유도담체를 순차적으로 수거할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이산화티타늄 세정액과 자외선 산란유도담체는 분리막 세정공정시 침지식 분리막조(110)에 공급되며, 이산화티타늄 세정액과 자외선 산란유도담체가 침지식 분리막조(110)에 공급된 상태에서 자외선 램프(112)에 의해 침지식 분리막조(110)에 자외선이 조사되면 이산화티타늄(TiO2)에 의한 광촉매 반응이 진행되어 수산화래디컬(OH·)이 생성된다. 이산화티타늄(TiO2)에 의한 광촉매 반응에 의해 생성된 수산화래디컬(OH·)은 분리막에 흡착된 유기성 오염물질을 산화시켜 오염물질을 분리막으로부터 탈착시키거나 오염물질과 분리막의 결합력을 약화시킨다. 이 때, 전술한 바와 같이 분리막 세정공정은 오염물질의 완전한 분해, 제거가 요구되는 공정이 아님에 따라 유기성 오염물질의 부분산화 또는 저분자화를 통해 분리막으로부터 오염물질을 탈착시키거나 분리막과 오염물질의 결합력을 약화시키는 것으로 충분하며, 이에 다량의 수산화래디컬(OH·)의 생성 즉, 다량의 이산화티타늄 입자의 사용이 요구되지 않는다.
상술한 바와 같은 분리막 세정공정이 진행되는 과정에서, 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조(110) 내에서 유동된다. 도 2를 참조하면, 자외선이 침지식 분리막조(110) 내에 조사되는 상태에서 자외선 산란유도담체가 침지식 분리막조(110) 내에서 유동됨으로 인해 자외선 산란유도담체에 의해 자외선의 반사, 산란이 유도되고 이에 따라, 자외선과 이산화티타늄 입자의 접촉 효율이 증가된다. 자외선과 이산화티타늄 입자의 접촉 효율이 증가됨은 이산화티타늄 입자에 의한 광촉매 반응이 촉진됨을 의미한다. 따라서, 자외선 산란유도담체를 통한 자외선 산란에 의해 광촉매 반응이 촉진되어 분리막 세정효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 침지식 분리막조(110)의 일측에는 원수를 공급하는 원수조(10)가 구비되고, 침지식 분리막조(110)의 다른 일측에는 침지식 분리막조(110)에서 생산된 처리수가 저류되는 처리수조(20)가 구비된다. 처리수조(20) 내의 처리수 일부는 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)에 공급될 수 있다. 미설명부호 30은 침지식 분리막조(110) 내의 원수 또는 슬러지가 배출되는 배출수조(30)이다.
이상, 본 발명에 따른 침지식 분리막(111)의 세정방법이 구현되는 침지식 분리막(111)의 세정장치에 대해 설명하였다. 이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 침지식 분리막(111)의 세정방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 분리막 여과공정이 완료되면 침지식 분리막조(110) 내의 원수를 배수한다(S301). 원수가 배수된 상태에서 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)에 저장되어 있는 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체를 침지식 분리막조(110)로 공급한다(S302). 이산화티타늄 세정액은 이산화티타늄 입자와 물이 혼합된 것이며, 이 때의 물은 처리수조(20)의 처리수를 이용할 수 있다.
침지식 분리막조(110)에 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체가 공급된 상태에서 자외선 램프(112)를 이용하여 침지식 분리막조(110)에 자외선을 조사한다(S303). 자외선 조사에 의해 이산화티타늄의 광촉매 반응이 이루어지며, 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의해 침지식 분리막조(110) 내에 수산화래디컬(OH·)이 생성된다.
침지식 분리막조(110) 내에 생성된 수산화래디컬(OH·)은 산화제로 작용하여 분리막의 표면 및 공극에 흡착되어 있는 유기성 오염물질을 산화시킨다. 분리막에 흡착되어 있는 유기성 오염물질이 수산화래디컬(OH·)에 의해 산화됨에 따라, 분리막으로부터 오염물질이 탈착되거나 분리막과 오염물질의 결합력이 약화되며, 이와 같은 방식으로 침지식 분리막(111)의 세정이 진행된다.
침지식 분리막(111)의 세정이 진행되는 과정에서, 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조(110) 내에서 유동된다. 전술한 바와 같이 자외선 산란유도담체는 표면에 자외선을 반사, 산란시키는 반사코팅을 구비한다. 자외선이 침지식 분리막조(110) 내에 조사되는 상태에서 자외선 산란유도담체가 침지식 분리막조(110) 내에서 유동됨으로 인해 자외선 산란유도담체에 의해 자외선의 반사, 산란이 유도된다. 이에 따라, 자외선과 이산화티타늄 입자의 접촉 효율이 증가되어 이산화티타늄 입자에 의한 광촉매 반응이 촉진된다.
한편, 분리막으로부터의 오염물질 탈착 또는 분리막과 오염물질의 결합력 약화는 분리막 표면 또는 공극에서의 수산화래디컬(OH·)과 오염물질의 반응 정도에 직접적으로 연관된다. 즉, 침지식 분리막조(110) 내의 부유 공간에서 수산화래디컬(OH·)이 생성되어 분리막의 오염물질과 반응하는 것보다는 분리막 표면 또는 공극에 이산화티타늄 입자가 위치하여 해당 위치에서 수산화래디컬(OH·)이 생성되어 분리막의 오염물질과 반응하는 것이 산화효율이 월등한 것은 자명하다. 침지식 분리막조(110) 내의 부유 공간에서 생성된 수산화래디컬(OH·)은 분리막의 오염물질과 반응하기 전에 산화될 확률이 큰 반면, 분리막 표면 또는 공극 주위에서 생성된 수산화래디컬(OH·)은 분리막의 오염물질과 반응할 확률이 크기 때문이다.
따라서, 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 반응효율을 향상시켜 분리막으로부터의 오염물질 탈착 또는 분리막과 오염물질의 결합력 약화 효율을 배가시키기 위해서는, 분리막 표면 또는 공극에 존재하는 이산화티타늄 입자의 비율을 높일 필요가 있다.
분리막 표면 또는 공극에 존재하는 이산화티타늄 입자의 비율을 높이기 위해, 이산화티타늄 세정액이 침지식 분리막조(110)에 공급된 상태에서 이산화티타늄 세정액을 교반하여 이산화티타늄 입자와 분리막의 접촉을 향상시켜 분리막 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율을 늘릴 수 있다.
이산화티타늄 세정액의 교반을 통해 분리막 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율이 증가된 상태에서, 자외선을 조사하기 전에 이산화티타늄 세정액의 교반은 정지되어야 한다. 이산화티타늄 세정액의 교반이 계속적으로 진행되는 상태에서 자외선을 조사하게 되면 산란에 의해 이산화티타늄의 광촉매 반응효율이 저하되기 때문이다.
분리막 세정공정이 완료되면, 침지식 분리막조(110) 내의 세정폐액 즉, 분리막으로부터 탈착된 오염물질을 포함하는 이산화티타늄 세정액은 자외선 산란유도담체와 함께 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)로 이동되며(S304), 침지식 분리막조(110)에는 원수가 공급되어 침지식 분리막(111)에 의한 여과공정이 재차 진행된다.
한편, 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조(120)로 이동된 세정폐액에 대해서는 침강을 유도하여, 이산화티타늄 입자를 침전분리시킨다(S305). 구체적으로, 세정폐액에 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아민(polyamines)과 같은 유기고분자 응집제를 혼합하여 세정폐액 내의 이산화티타늄 입자를 응집시켜 침강시킨다. 그런 다음, 침강된 이산화티타늄 입자를 수거한 후, 약 105℃ 정도로 가열하여 이산화티타늄 입자에 결합된 유기고분자 응집제 성분을 제거하면 이산화티타늄 입자를 재생시킬 수 있으며, 재생된 이산화티타늄 입자와 처리수를 혼합하면 이산화티타늄 세정액을 재차 제조할 수 있다. 이산화티타늄 입자의 침전분리 후, 세정폐액을 여과하여 자외선 산란유도담체를 수거할 수 있다(S306). 다른 실시예로 이산화티타늄 입자와 자외선 산란유도담체를 함께 침전시켜 분리하는 것도 가능하며, 또 다른 실시예로 자외선 산란유도담체를 메쉬망 등을 이용하여 수거하는 것도 가능하다.
다음으로, 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4a는 물리세정 후 침지식 분리막의 여과저항값(Rt)을 측정한 것이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화티타늄 세정액을 이용하여 침지식 분리막을 세정한 후의 여과저항값(Rt)을 측정한 실험결과이다. 도 4a 및 도 4b에 있어서, 가로축은 여과공정의 횟수이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 물리세정을 적용한 경우 여과공정의 횟수가 증가할수록 침지식 분리막의 여과저항(Rt)이 120.8%, 148.8%, 204.2%로 증가하는 반면, 이산화티타늄 세정액을 적용한 경우 여과공정의 횟수에 무관하게 여과저항(Rt)이 98.8%, 100.8%, 100.5%로 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 즉, 여과공정의 완료 후에 세정공정으로 이산화티타늄 세정액을 적용한 경우 여과공정의 횟수에 거의 무관하게 침지식 분리막의 여과저항(Rt)이 최초 상태에 가깝게 유지됨을 알 수 있으며, 이를 통해 침지식 분리막의 여과효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화티타늄 세정액을 이용하여 세정공정(각각 10분, 30분, 60분)을 실시한 후, 여과공정의 시간 경과에 따른 여과저항(Rt) 증가 추이를 나타낸 실험결과이다. 도 5를 참조하면, 세정공정의 시간이 증가할수록 여과저항(Rt)의 증가 추세가 작아짐을 알 수 있다.
10 : 원수조 20 : 처리수조
30 : 배출수조 110 : 침지식 분리막조
111 : 침지식 분리막 112 : 자외선 램프
120 : 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조

Claims (7)

  1. 침지식 분리막조 내에서 침지식 분리막에 의한 원수의 여과공정이 진행되는 단계;
    원수의 여과공정이 완료되면 침지식 분리막조의 원수를 배수함과 함께 침지식 분리막조 내에 이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체를 공급하는 단계;
    이산화티타늄 세정액 및 자외선 산란유도담체가 공급된 침지식 분리막조에 자외선을 조사하여 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계;를 포함하여 이루어지며,
    상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계에서, 자외선 산란유도담체는 침지식 분리막조 내에서 유동되어 자외선의 반사, 산란을 유도하여 이산화티타늄의 광촉매 반응을 촉진시키며,
    상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계 이후에,
    탈착된 오염물질을 포함하는 이산화티타늄 세정액을 자외선 산란유도담체와 함께 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조로 이동시키는 단계;
    탈착된 오염물질을 포함하는 이산화티타늄 세정액에 유기고분자 응집제를 혼합하여 이산화티타늄 입자를 침강시키는 단계;
    침강된 이산화티타늄 입자를 수거한 후 가열하여 유기고분자 응집제 성분을 제거하는 단계;
    이산화티타늄 입자와 처리수를 혼합하여 이산화티타늄 세정액을 제조하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 침지식 분리막조의 일측에 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조가 구비되며,
    상기 이산화티타늄 세정액-자외선 산란유도담체 공급조는, 침지식 분리막의 세정공정시 침지식 분리막조에 이산화티타늄 세정액과 자외선 산란유도담체를 공급하는 역할을 하며, 분리막 세정공정의 완료 후 침지식 분리막조로부터 배출되는 이산화티타늄 입자와 자외선 산란유도담체가 포함된 세정폐액을 저류하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이산화티타늄의 광촉매 반응에 의한 침지식 분리막의 세정을 진행하는 단계에서,
    이산화티타늄의 광촉매 반응에 의해 수산화래디컬(OH·)이 생성되며, 생성된 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 산화반응이 진행되어 분리막으로부터 오염물질이 탈착되거나 분리막과 오염물질의 결합력이 약화되는 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 침지식 분리막조에 이산화티타늄 세정액이 공급된 상태에서 자외선을 조사하기 전에,
    이산화티타늄 세정액을 교반하여, 이산화티타늄 입자와 분리막의 접촉을 향상시켜 분리막의 표면 또는 공극에 고정화되는 이산화티타늄 입자의 비율을 증가시킴으로써 수산화래디컬(OH·)과 분리막 오염물질의 산화반응 효율을 증대시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 이산화티타늄 입자가 제거된 세정폐액을 여과하여 자외선 산란유도담체를 수거하는 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 산란유도담체는 자외선 반사를 위해 표면에 반사코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 산란유도담체는 표면이 크롬(Cr) 또는 이산화세슘으로 코팅된 것을 특징으로 하는 광촉매 및 자외선 산란유도담체를 이용한 침지식 분리막의 세정방법.
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