KR20120132148A - 새로운 소독제를 이용한 여과막 세척 방법 - Google Patents

Abstract

수처리에 적용되는 새로운 소독제를 이용한 여과막의 세척 및 바이오파울링 제어 방법이 개시되어 있다. 막의 손상을 최소화 하고 우수한 성능을 유지하기 위하여 아이소시아누르산을 포함하는 용액으로 원수, 유입수 및 여과막을 소독하는 단계를 포함하여 이루어진다. 생물막을 형성하고 바이오파울링을 유발하는 미생물을 불활성화 하며, 높은 염 제거율과 안정된 투과 수량을 유지할 수 있다.

Description

새로운 소독제를 이용한 여과막 세척 방법{METHOD OF CLEANING MEMBRANE USING NOVEL DISINFECTANT}

본 발명은 새로운 소독제를 이용한 여과막 세척 및 바이오 파울링 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 새로운 소독제를 이용하여 막의 손상을 최소화 하고 막 성능 변화를 감소시킬 수 있는 여과막의 세척 방법에 관한 것이다.

여과막을 이용한 수처리 방법은 수자원의 고갈과 오염이 심화되면서 널리 사용되는 수처리 기술 중 하나이다. 이는 에너지 효율이 높고 부수적인 화학 약품이 사용되지 않아서 안정성과 효율성이 높아 해수와 기수의 담수화, 정수, 폐수 처리 등을 포함하는 수처리에 많이 사용되고 있다. 그런데 삼투막과 같은 여과막의 표면에 오염 물질이 달라붙어 성능을 저하시키는 막오염 현상이 발생하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 전처리 공정과 막의 세척(CIP; clean-in-place)이 중요한데, 이는 막의 성능과 막의 수명을 좌우하는 핵심 요소라 할 수 있다.

삼투막은 농도차가 있는 용액을 분리하기 위한 분리막으로서 일정한 시간이 경과한 뒤 저농도 용액의 물이 막을 통과하여 고농도 용액 쪽으로 이동하게 되는 삼투압 현상에 사용되는 막이다. 역삼투 현상은 고농도 용액에 삼투압 이상의 압력을 가하여 저농도 용액으로 물을 보내는 것으로서, 이 때 사용되는 분리막이 역삼투막이다. 역삼투막 시스템은 크게 취수처리, 전처리, 역삼투막 공정, 후처리로 나뉜다.

전처리 공정은 역삼투막에 공급되기 전의 원수에 대한 초기 처리과정으로서 역삼투막 공정 앞 단계에서 원수의 질을 높이기 위하여 행해지며 유기물 등의 오염 물질을 화학 약품을 사용하여 응집, 침전시키는 화학적 처리와 필터를 통해 제거하는 물리적인 처리 단계 등이 있다.

역삼투막 공정에서 전처리와 막세척 단계에서 막의 성능을 저하시키고 수명을 단축시키는 주된 오염원 중 하나인 미생물을 불활성화 하기 위하여 염소 용액을 소독제로 사용한다. 이 때 흔히 사용되는 염소 용액은 물 속에서 차아염소산을 분해하는 차아염소산나트륨 등의 액상 용액을 희석하여 만들어진다.

미생물은 강한 산화제인 염소에 의하여 불활성화 되는데 여기서 미생물의 불활성화란 막에 붙어있거나 물속에 존재하는 미생물들의 증식을 억제하거나 사멸시켜 미생물의 감염력을 없애고 생물막의 형성을 저해하는 것이다. 염소 소독제는 생물막을 형성하여 막의 투과수량을 낮추고 막의 수명을 단축시키는 미생물들을 사멸시키고 증식을 억제함으로써 막의 오염현상을 줄이고 성능 유지와 수명 연장에 기여할 수 있다.

그러나 역삼투막에서 염 제거율을 높이기 위하여 표면에 합성되는 폴리아마이드는 염소에 약한 성질을 가지고 있어 염소 처리에 의해 쉽게 손상되어 막의 성능 저하가 초래된다. 이 때문에 전처리 공정 이후 다량의 환원제를 첨가하여 막의 공급수에 존재하는 잔류 염소를 제거하는데 이를 통하여 염소에 의한 막의 손상을 방지하는 것이다. 잔류 소독제가 존재하지 않은 상황에서 미생물이 전처리 공정을 통과하는 경우 역삼투막은 바이오파울링에 취약하게 된다. 따라서 염소가 아닌 알칼리 또는 착염 등을 사용하여 역삼투막에 짧은 시간 노출시켜 바이오파울링을 저감하기도 하지만 크게 효과적이지는 않다.

차아염소산은 경제적이면서도 우수한 소독 및 살균력을 지닌 강한 산화제로서 오염 물질인 미생물의 불활성화를 위하여 수처리 공정에서 널리 사용된다. 차아염소산은 약산으로 pH에 따라 차아염소산과 차아염소산 이온으로 존재한다. 차아염소산을 포함하는 염소 용액은 다양한 수처리 분야와 역삼투막 공정의 전처리에서도 사용되고 있다.

차아염소산을 이용한 전처리는 미생물 불활성화에 탁월하기는 하나 보편화 되어 있는 폴리아마이드계 역삼투막이 차아염소산으로부터 손상을 받아 막의 성능이 저하되는 단점이 있다. 즉, 폴리아마이드계 역삼투막은 염소 성분에 의해 구조가 와해되어 성능을 잃게 되고, 그로 인하여 막의 수명이 단축되는 문제가 있는 것이다. 또한 강한 산화제인 차아염소산에 의한 막의 산화를 막기 위해 전처리후 사용되는 다량의 환원제는 잠정적으로 미생물의 영양분이 될 수 있기 때문에 오히려 바이오파울링을 촉진할 수도 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 최소화하기 위하여 염소에 대한 내구성이 우수한 새로운 막의 개발이나, 기존의 막에서도 사용가능하면서도 막에 대한 손상이 방지되는 새로운 소독제의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명의 목적은 이러한 요구에 초점을 맞추어 염소에 의한 여과막의 손상과 성능 저하를 최소화하면서 바이오파울링을 억제할 수 있는 새로운 소독제를 이용한 여과막 세척 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 여과막 세척 방법은 아이소시아누르산을 포함하는 용액으로 여과막을 소독하는 단계를 포함하여 이루어진다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막은 역삼투막, 정삼투막, 나노여과막, 한외여과막 및 정밀여과막 중 적어도 하나일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막으로는 폴리아마이드계 역삼투막이 적용된다.

일 실시예에 있어서, 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액은 파우더 및 펠렛을 포함하는 아이소시아누르산염 고체상을 물에 용해시켜 얻어지는 것이 사용된다.

일 실시예에 있어서, 상기 아이소시아누르산염으로서는 이염화아이소시아누르산나트륨, 이염화아이소시아누르산칼륨, 삼염화아이소시아누르산나트륨 및 삼염화아이소시아누르산칼륨 중에서 적어도 하나를 사용할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막은 해수 또는 기수의 담수화, 정수, 하수 처리 및 폐수 처리를 포함하는 수처리 공정에 사용되는 것이다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막을 소독하는 단계는 전처리 공정 중에 아이소시아누르산을 포함하는 용액을 주입하는 방식, 상기 전처리 공정의 수행후 유입수가 공급되기 전에 또는 유입수가 공급되는 중에 아이소시아누르산을 포함하는 용액을 주입하는 방식, 및 상기 여과막을 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액에 담그거나 용액을 순환시키는 방식중 어느 하나의 방식으로 수행된다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막을 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액에 담그거나 용액을 순환시키는 방식으로 소독하는 단계 이후에, 상기 여과막을 증류수로 세정하는 단계를 더 수행하도록 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 소독하는 단계를 수행하기 전에, 투과 수량의 안정화를 위하여 일정 시간 동안 물을 공급하는 컴팩션 단계를 더 수행하도록 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 컴팩션 단계에서 막에 가해지는 압력은 200 내지 800 psig 범위로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 여과막을 소독하는 단계를 통하여 상기 여과막에 부착된 미생물의 불활성화가 이루어진다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 여과막의 세척 및 바이오 파울링 제어방법에 의하면 염소 성분에 대한 장시간의 노출에도 불구하고 염제거율이 우수하고 투과수량의 변화가 거의 없다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 아이소시아누르산 소독제는 물에 잘 용해되는 성분으로서, 이의 용해를 위하여 별도의 유기 용매를 사용할 필요가 없으며, pH, 온도, 시간에 대하여 비교적 안정적인 유효 염소 농도를 유지하기 때문에 막의 지속적인 소독, 살균이 가능하다.

도 1은 역삼투막을 사용한 수처리 공정을 수행하기 위한 시스템의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 세척 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3A는 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 여과막의 시스템 운전 시간에 따른 투과수량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3B는 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 여과막의 시스템 운전 시간에 따른 투과수량의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4A는 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 여과막의 시스템 운전 시간에 따른 염제거율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4B는 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 여과막의 시스템 운전 시간에 따른 염제거율의 변화를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 새로운 염소 소독제를 이용한 여과막 세척 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

구체적인 실시예로서, 본 발명에서는 폴리아마이드계 역삼투막 표면 오염의 세척 및 바이오파울링 제어 방법을 기술하고자 한다. 여과막은 종류에 따라 사용하는 재질이 다른데 특히 역삼투막의 경우 표면의 폴리아마이드가 염소 성분에 취약하기 때문에 이를 구체적인 실시예로 한 것이다. 결국, 역삼투막에 적용가능한 세척용 아이소시아누르산 용액은 기타 다양한 여과막에 대하여도 용이하게 적용할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 세척 방법은 수처리에 사용되는 모든 여과막에 대하여 거의 예외 없이 적용가능하다. 예컨대, 역삼투막, 정삼투막, 나노여과막, 한외여과막, 정밀여과막 등 소독과 세척이 요구되는 일반적인 여과막에 모두 적용할 수 있다.

역삼투막과 비교할 때 다른 여과막들은 염소 성분에 의한 성능 저하나 수명 단축 정도가 비교적 경미한 편이지만 상기 소독제를 사용하는 경우 고체상태인 소독제 취급의 용이성과 유효 염소 농도의 지속성에 의한 소독 효과를 기대할 수 있기 때문이다. 또한 아이소시아누르산염은 물에 대한 용해도가 좋기 때문에 별도의 유기 용매의 사용 없이도 물에 잘 용해되어 수처리 기술 중 하나인 여과막 세정 공정에 용이하게 사용될 수 있다.

수처리 방식도 해수 및 기수의 담수화 뿐 아니라 정수, 하수 처리, 폐수 처리등 여과막이 요구되는 거의 모든 수처리 방식에 적용할 수 있다.

본 발명에서는 여과막에 대한 주요 오염의 원인 중 하나인 미생물을 불활성화 시키고 바이오파울링을 제어하고자 하는 세척 공정에서 소독제로 사용되는 염소 용액에 의한 여과막의 손상을 감소시키고 여과막의 손상에 따른 막 성능 저하를 최소화하기 위한 새로운 염소 소독제인 아이소시아누르산 성분이 포함된 용액을 사용하는 것이다.

즉, 미생물은 불활성화 하되 막에는 최소한의 영향을 주는 새로운 소독제인 아이소시아누르산을 이용하여 막을 세척하도록 한 것이다. 아이소시아누르산염으로서는 물에 대하여 용해도가 높으며 물에 용해되어 아이소시아누르산 성분을 생성할 수 있는 화합물은 모두 적용가능하며 바람직하게, 이염화아이소시아누르산나트륨 용액, 이염화아이소시아누르산칼륨 용액, 삼염화아이소시아누르산나트륨 용액, 삼염화아이소시아누르산칼륨 등의 화합물을 사용할 수 있다.

아이소시아누르산 성분을 이용한 여과막의 세척과 바이오파울링 제어는 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 여과막 소독은 염소 용액을 막 시스템으로 주입하는 방식과 막 자체를 상기 염소 용액에 담그거나 용액을 순환시켜 소독하는 방식 등의 다양한 방법을 포함한다.

구체적으로 전처리 공정 단계에서 기존의 차아염소산 처리 대신에 아이소시아누르산 처리를 수행할 수 있다. 이 경우, 아이소시아누르산 농도에 따라 처리후 아이소시아누르산 성분을 제거하기 위하여 적절한 양의 환원제를 사용할 수도 있고 미량의 성분을 잔류시키기 위하여 환원제를 사용하지 않을 수도 있을 것이다. 만약 아이소시아누르산 농도를 낮게 유지하면 유입수에 포함된 미량의 잔류 아이소시아누르산이 막의 손상을 초래하기 보다는 오히려 소독 효과를 지속적으로 제공해 줄 수 있기 때문에 유입수의 처리 중에 막이 세척되고 바이오파울링을 제어하는 효과를 얻을 수 있을 것이다.

다르게는, 전처리가 수행된 유입수를 여과 시스템에 유입하기 전이나 유입하는 중에 저농도의 아이소시아누르산 용액을 유입수에 주입하는 방식으로 유입수의 미생물을 불활성화하고 막에서의 바이오파울링을 제어할 수도 있다. 이를 통한 막의 바이오파울링의 제어는 막의 오염속도를 늦춰주고 세정과정(CIP)의 주기를 늘릴 수 있다는 이점이 있다.

또한 다르게는, 일정 시간 동안 정수를 정지하고 막을 비교적 고농도의 아이소시아누르산 용액에 담그거나 용액을 순환시켜 소독하는 방식이 있다. 이 방식은 CIP 공정에서 적용가능한 방식으로서 비교적 고농도의 용액을 사용하므로 단시간에 쇼킹 처리 (shocking dosing)하는 방식으로서, 높은 만족도로 소독이 가능하다는 이점이 있으나 소독 이후 막을 증류수로 세정하는 단계를 더 수행해야 하고 시스템의 정상 가동 후 일부 세정용액이 포함가능한 일정량의 생산수는 버려야 한다는 단점이 있다.

각 방식의 적용을 위해서는 용액 내에서 아이소시아누르산의 농도를 적절한 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 첫 번째 방식의 적용을 위해서는 원수의 전처리를 위해 필요한 수준의 농도로 적용하도록 한다. 전처리 공정은 공급수에 대한 초기 처리과정으로서 크게 유기물 등의 오염물질을 화학 약품 처리하는 과정과 필터를 통해 제거하는 물리적인 처리 과정을 포함한다. 따라서 원수의 오염 정도, 원수에 포함된 성분의 종류, 원수의 종류 등 다양한 요인에 따라 아이소시아누르산의 농도가 달라질 수 있을 것이다. 바람직하게는 약 50 mg/L 이하의 유효염소 농도를 함유하는 아이소시아누르산 용액을 투입하도록 한다. 약품 처리 후 유입수에 잔류하는 아이소시아누르산 성분은 연속적으로 여과막을 통과하게 되므로 막에 대한 자극이 거의 없을 정도로 농도를 낮추어 공급해야 한다. 따라서 필요에 따라 적절한 양의 환원제를 투입하여 아이소시아누르산의 농도를 낮은 수준으로 맞추어 준 후 여과막 시스템으로 투입하도록 한다.

전처리가 수행된 유입수의 유입전이나 유입중에 저농도의 아이소시아누르산 용액을 주입하는 방식으로 소독 및 바이오파울링 제어를 수행하는 경우에는 약 20 mg/L 이하의 유효염소 농도를 함유하는 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 소독 용액은 낮은 염소 농도를 유지해야 하며 필요에 따라 비연속적으로 혹은 연속적으로 주입될 수 있다.

세 번째 방식인 막을 아이소시아누르산이 포함된 용액에 담그거나 용액을 순환시켜주는 방법의 경우는 일정 시간 동안 막을 소독 용액과 접촉시키게 되므로 가장 고농도의 아이소시아누르산 용액이 적용된다. 막의 소독 이후 생산수를 다시 뽑기 전에 깨끗한 물로 충분히 막을 씻어 주기 때문에 고농도의 용액사용이 가능하다. 이 경우에는 약 5000 mg/L 이하의 유효염소 농도를 함유하는 용액을 사용할 수 있다.

그러나, 각 세척 방식에 따른 농도의 구분은 예시를 위한 것일 뿐, 원수 내의 오염원의 종류, 오염 정도, 원수의 종류, 막에 대한 손상의 초래 여부, 부산물의 생성 여부등 다양한 요인에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

상술한 바와 같이 막의 소독을 위해서는 다양한 방식의 적용이 가능하며, 각각 장단점이 있는데, 세척 효과 등을 고려할 때는 세 번째 방식인 막을 용액에 담그거나 용액을 순환시켜 세척하는 방식이 가장 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 여과막 세척 방법을 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 역삼투막을 사용한 수처리 공정을 수행하기 위한 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1을 참고하면, 수처리 시스템에는 역삼투막 공정을 수행하기 위한 압력과 온도 조건 하에서 막의 성능을 평가하기 위해 사용되는 각 부품들이 개략적으로 나타나 있다.

시스템은 크게 피드 탱크(1), 온도 컨트롤러(2), 고압 펌프(3), 압력 레귤레이터(4), 셀(5), 유량 밸브(6), 투과 수량 저울(7), 컴퓨터(10) 등을 포함한다.

각 셀(5)에는 평판 형태의 역삼투막을 장착한다. 평판 형태의 역삼투막은 나권형의 막을 해부하여 셀(5)에 장착이 가능한 평판형 막으로 잘라 사용할 수 있다. 유입수는 측면 흐름 방식으로 막에 공급할 수 있으며 압력은 적절한 값으로 조절하여 가해질 수 있다. 압력은 각 셀(5)마다 조절이 가능하며 압력 레귤레이터(4)에 의해 조절된 압력은 연결된 컴퓨터(10)를 통하여 모니터링 된다. 해수용과 기수용 등 막의 용도에 따라 약 200 내지 800 psig 범위 내에서 다른 압력값이 적용될 수 있다. 예컨대, 기수용 막을 이용하는 경우에는 약 225 psig의 정압조건으로 설정될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 역삼투막 세척 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참고로 하여 여과 시스템의 작동 방식과 역삼투막의 세척 방법을 설명하도록 한다.

구체적이고 바람직한 실시예에서는, 미생물은 불활성화 하되 막에는 최소한의 영향을 주는 새로운 염소 소독제인 아이소시아누르산을 이용하여 막을 세척하고 그에 따른 막 성능 변화를 측정한다. 본 실시예에서는 특히, 높은 농도의 염소 조건에서도 막의 성능이 우수하게 유지되는 것을 보여주기 위하여 고농도의 염소를 함유하는 용액을 만들어 여과막을 담그는 방식으로 막을 처리하였다. 또한 동일 조건의 차아염소산나트륨 용액을 이용한 막의 세척을 실행하여 성능을 평가하고 이들의 결과 데이터를 비교하였다.

평판 형태로 각 셀(5)에 장착된 역삼투막은 막의 투과수량이 안정화 될 때까지 일정 조건의 압력과 온도, 측면 흐름 속도에서 유입수로서 3차 증류수로 컴팩션된다(도 2, 단계 S10). 3차 증류수는 일반적으로 수돗물을 1차 증류하고, 2차로는 필터를 이용하여 증류하고, 3차에서는 반투막을 이용하여 여과하여 제조한 순수한 증류수를 말한다. 최근에는 1차 증류 없이 필터, 반투막, 이온교환수지를 이용하여 제조하기도 한다.

3차 증류수는 피드 탱크(1)에서 공급되며 탱크와 연결된 온도 컨트롤러(2)에 의하여 3차 증류수의 온도가 일정하게 유지된다. 유입수의 온도는 예컨대 25℃ 상온 조건으로 유지될 수 있다. 피드 탱크(1)의 3차 증류수는 고압 펌프(3)에 의하여 각 셀(5)로 전달되고 막의 컴팩션에 쓰인다. 컴팩션이 종료되는 시간은 막의 종류에 따라 혹은 막의 샘플 부위에 따라 달라질 수 있으며 투과수량이 안정화 되었다고 판단되는 시점이다. 어느 정도 막의 투과수량이 일정해지면 컴팩션이 완료되었다고 판단할 수 있다. 컴팩션이 완료되면, 막의 성능을 평가하기 위하여 막의 처리 조건에 맞는 염 농도의 인공 해수 혹은 기수 등의 처리수를 공급한다. 예컨대, 기수용 역삼투막을 사용하는 경우 2000 mg/L의 NaCl 용액으로 막 성능 평가를 수행할 수 있다.

컴팩션이 끝난 후 인공 해수 혹은 기수 등의 처리수를 공급하여 막의 유입수 처리 능력으로 막의 성능을 판단하는데 이는 투과수량과 염 제거율을 측정하는 것으로 이루어진다. 예컨대, 유입수로 사용된 2000 mg/L의 NaCl 용액은 피드 탱크(1)로부터 고압 펌프(3)에 의해 각 셀(5)로 보내어 지고, 압력 레귤레이터(4)에 의해 일정 압력 하에서 막을 투과한다. 투과수(8)는 자동유량측정기로 모이고 일정량 모인 후에는 다시 피드 탱크(1)로 되돌아간다. 또한 셀에서 막을 통과한 투과수(8)는 자동유량 측정기로, 투과되지 못하고 측면으로 막을 지나쳐 흐른 농축수(9)는 그대로 피드 탱크(1)로 되돌아간다.

일 실시예에서는 이와 같이 투과수와 농축수가 다시 피드 탱크(1)로 돌아가는 순환 방식의 시스템을 사용한다. 시스템에서 투과수량과 압력은 시스템과 연결된 컴퓨터(10)를 통해 실시간으로 모니터링이 가능하다. NaCl 용액의 공급 이후 일정시간 동안 막을 통과한 투과수를 받아 투과 수량 저울(7)을 사용하여 양을 측정하고 염의 농도도 측정하여 그로부터 염소처리가 되기 전의 폴리아마이드 역삼투막의 성능을 평가하는 것이다.

상술한 방법에 따라 성능 평가된 막은 차아염소산나트륨 용액(비교예 1)과 이염화아이소시아누르산나트륨 용액(실시예 1)을 사용하여 소독된다(도 2, 단계 S20). 바람직하게는 막을 일정시간 동안 동일 유효염소 농도의 차아염소산나트륨 용액, 이염화아이소시아누르산나트륨 용액 등과 같은 염소 용액에 담그는 방식으로 소독을 수행하도록 한다.

막의 손상 정도에 대한 성능 평가를 위하여 5000 mg/L 의 유효염소 농도의 용액을 사용하고 1시간, 2시간, 3시간 동안 막을 노출시킬 수 있다. 소독 처리가 끝난 막은 잔여 염소에 영향을 받지 않도록 3차 증류수로 충분히 헹궈준 후(도 2, 단계 S30)에 다시 시스템의 셀(5)에 장착된다.

이 후 소독제 처리된 막의 성능 평가는 이전과 동일한 방식으로 진행된다. 투과수량과 염 제거율을 측정하여 막의 성능을 소독제의 종류에 따라, 또한 소독제 처리 전과 비교할 수 있다.

실시예 1

나권형의 기수담수용 역삼투막 LFC1(Hydranautics Co.)을 해부하여 셀에 맞게 평판형 막으로 잘라 셀에 장착하였다. 모든 운전은 온도 컨트롤러와 압력 레귤레이터에 의하여 225 psig(또는 15.5 bar)와 27± 2℃ 로 설정하여 진행하였다. 유량 밸브에 의하여 모든 셀을 지나는 유속은 50 ml/min 으로 조절되었다. 평형조건을 찾기 위해 피드 탱크에 3차 증류수(Millpore SAS, Mill-Q Direct8)를 약 20시간 이상 공급하면서, 투과 수량을 자동유량측정기로 모니터링 하여 투과 수량이 어느 정도 일정해지면 NaCl 2000 mg/L 용액으로 막의 성능평가를 시작하였다.

피드 탱크에 약 6L의 NaCl 용액을 제공하고 투과수와 농축수는 다시 피드 탱크로 돌아오는 순환 방식의 시스템을 사용하였다 (도 1 참고). NaCl 용액이 막을 지나 투과수로 받아지는데 걸리는 시간을 고려하여 1시간 후의 투과수를 일정시간 받아 부피와 염분의 양을 측정하였다. 염분의 농도는 conductivity meter기(Horiba, DS-51, 9382-10D)를 사용하여 측정하였다. 초기 막의 투과 수량과 염 제거율 확인이 끝나면 셀에서 막을 꺼내고 붙어있는 오염물질이나 염을 제거하기 위하여 3차 증류수로 충분히 헹궈 준 후 막의 소독을 시작하였다.

막의 소독은 이염화아이소시아누르산 나트륨 용액을 사용하여 수행하였는데 이때 용액의 유효염소 농도는 5000 mg/L 으로 맞추어졌다. 유효염소의 농도는 DPD 시약(HACHㄾ, DPD free chlorine reagent)을 이용하여 UV spectrometer기의 wavelength 530nm에서 측정되었다. 막의 손상은 유효염소에 의하여 나타나기 때문에 동일 유효염소를 기준으로 실험을 진행했으며 실제 공정에서보다 다소 높은 농도로 1시간, 2시간, 3시간 동안 막을 용액에 노출 시켰다. 한 가지 소독 용액으로 일실시예 실험 1세트가 진행되었다. 염소처리가 끝난 막은 흐르는 3차 증류수에 의해 잔여 염소가 표면에 남지 않도록 충분히 헹궈진 후에 다시 셀에 장착되었다.

시간별로 소독처리를 끝낸 각각의 막은 다시 셀에 장착되었고, 다시 시스템을 가동하였다. 공급된 NaCl 용액이 막을 통과 할 때까지의 시간을 고려하여 약 한 시간 후에 처리된 막의 성능을 위와 동일한 방식으로 평가하였다. 시스템의 운전시간에 따른 막의 성능 변화를 측정하기 위해 약 120 시간 동안의 막 성능 테스트를 수행하였다.

비교예 1

실시예 1에 개지된 방식과 동일한 방식으로 수행하되 막의 소독은 차아염소산나트륨 용액을 사용하여 수행하였으며 이때 용액의 유효염소 농도는 5000 mg/L 으로 맞추어졌다.

실험 결과

차아염소산나트륨 용액과 이염화아이소시아누르산나트륨 용액을 이용한 막의 소독 과정을 거친 후의 막의 성능 평가를 진행한 결과를 도 3A & 3B 및 도 4A &4B에 나타내었다. 도 3A는 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 막의 시스템 운전 시간에 따른 투과수량의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3B는 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막의 시스템 운전 시간에 따른 투과수량의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 4A는 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 막의 시스템 운전 시간에 따른 염제거율의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4B는 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막의 시스템 운전 시간에 따른 염제거율의 변화를 나타내는 그래프이다.

각 도면에서 ●와 실선으로 표시된 그래프는 소독제 처리를 하지 않은 역삼투막을 사용한 경우에 대한 결과를 나타낸다. ■로 표시된 그래프는 막을 1시간 동안 소독 용액으로 처리한 경우에 대한 결과를 나타내고 ▲로 표시된 그래프는 막을 2시간 동안 소독 용액으로 처리한 경우에 대한 결과를 나타내며 ◆로 표시된 그래프는 막을 3시간 동안 소독 용액으로 처리한 경우에 대한 결과를 나타낸다. 두 가지 용액으로 소독 처리가 된 막들의 성능을 비교 분석하기 위하여 동일한 조건으로 실험이 수행되었다.

도 3A 및 4A에서 ■로 표시된 그래프는 유효 염소 5000 mg/L의 차아염소산나트륨 용액으로 1시간 처리된 막을 120 시간 동안 도 1과 같은 시스템에서 운전하였을 때에 변화하는 성능을 나타내고 ▲, ◆로 표시된 그래프는 각각 2시간, 3시간 동안 처리된 막의 성능의 평가를 나타낸다. 같은 방식으로 도 3B 및 4B의 그래프는 유효 염소 5000 mg/L의 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리 된 막의 성능 평가 결과이며, 마찬가지로 ■, ▲, ◆는 각각 1시간, 2시간, 그리고 3시간 동안 막 처리를 수행한 경우에 대한 것이다. 도 2에서는 막의 성능 중 투과 수량을 나타낸다.

도 3A 및 3B에서, 염 제거율이 유지되는 조건 하에서 투과 수량이 많을수록 같은 시간동안 처리되는 물의 양이 많기 때문에 더 좋다고 말할 수 있다. 도 4A 및 4B에서는 막의 성능 중 염의 제거율을 나타낸다. 염 제거율은 해수나 기수에 포함된 염이 막에 의해 제거된 양을 의미하며 제거율이 높을수록 좋은 성능의 막이라고 할 수 있다. 투과 수량과 염 제거율은 모두 높아야 그 성능이 좋다고 할 수 있는데 실제 공정에서는 투과 수량이 높아지면 염 제거율이 떨어지고, 염 제거율이 높아지면 투과 수량이 떨어지는 등 함께 높이기 어려운 조작이기 때문에 적절한 조건에서 두 가지의 성능을 만족하는 공정 조건에서 시스템이 운전된다.

도 3A 및 3B를 살펴보면, 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막의 성능(도 3B)은 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 막의 성능(도 3A)보다 시간에 따른 투과수량의 변화가 적은 것을 볼 수 있다. 차아염소산나트륨 용액으로 처리된 막의 성능 변화를 볼 때 막의 소독 직 후 투과 수량이 급격히 감소했다가 시스템 운전 시간이 늘어날수록 점점 증가한다. 또한 소독제 처리 시간이 길수록 투과 수량의 증가율이 높으며 3시간 처리 된 막의 경우는 처음 투과 수량을 넘어 약 1.3배까지 그 양이 증가하는 것을 볼 수 있다. 반면, 아무처리 되지 않은 막과 비교하였을 때 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막 성능의 경우는 차아염소산나트륨 용액으로 처리 된 막보다 그 차이가 현저히 작으며 투과 수량 역시 염소 처리되지 않은 막과 비슷한 양상으로 감소되는 것을 볼 수 있는데 이것은 염에 의한 막의 파울링 현상에서 나타나는 투과수량의 감소로 보인다.

도 4A 및 4B에서 보이는 염 제거율에서도 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막의 성능이 훨씬 높게 측정되었다. 차아염소산나트륨 용액으로 처리 된 막의 염 제거율을 나타내는 도 4A의 경우 막의 소독이 끝난 직후부터 이미 성능이 저하 된 것이 관찰 되었고, 그 후 운전 시간이 지날수록 염 제거율은 점점 감소하여 3시간 처리 된 막은 120 시간의 운전 시간으로 약 20%의 염제거율 감소를 나타내었다. 반면, 이염화아이소시아누르산나트륨 용액으로 처리된 막의 경우 도 4B에 나타난 바와 같이 막의 염 제거율은 오랜 시스템 운전시간 동안 거의 동일하게 유지되었다.

차아염소산나트륨 용액으로 처리된 막은 높은 투과수량에도 불구하고 낮은 염 제거율을 보이기 때문에 소독제에 의한 막의 표면 손상으로 인하여 막을 통과하는 물의 양은 많아 졌으나 물 뿐만이 아니라 유입수의 염 까지도 모두 빠져나온다는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 성능평가 결과로부터 이염화아이소시아누르산나트륨 용액을 소독제로 사용한 여과막이 기존에 사용되는 차아염소산나트륨 용액으로 처리 된 여과막보다 성능 유지에 우월하다는 것과 이로부터 이염화아이소시아누르산나트륨 용액이 막에 끼친 영향이 적다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 막에 손상은 거의 주지 않으면서 유효염소의 농도가 보다 오랫동안 유지되어 안정하고 지속적인 소독이 가능한 이염화아이소시아누르산염 용액을 이용하여 막을 세척하는 방법이 제공된다. 특히, 아이소시아누르산염 원료는 고체상으로 존재하여 보존이 편리하고 물에 대한 용해도가 높아 활용이 용이한데다가 값도 비싸지 않아 경제적이다. 또한 물속과 상온에서 비교적 안정한 염소의 농도를 유지하므로 미생물의 소독과 멸균 효과가 오랫동안 지속될 수 있다. 무엇보다도 아이소시아누르산염을 소독제로 사용하여 세척된 막은 오랜 시스템 운전 상태에서도 염의 제거율이 높게 유지되며 투과수량은 매우 안정하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 피드 탱크 2 : 온도 컨트롤러
3 : 고압 펌프 4 : 압력 레귤레이터
5 : 셀 6 : 유량 밸브
7 : 투과 수량 저울 8 : 투과수
9 : 농축수 10 : 컴퓨터

Claims (11)

1. 아이소시아누르산을 포함하는 용액으로 여과막을 소독하는 단계를 포함하는 여과막의 세척 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 여과막은 역삼투막, 정삼투막, 나노여과막, 한외여과막 및 정밀여과막 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세척 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 여과막은 폴리아마이드계 역삼투막인 것을 특징으로 하는 세척 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액은 파우더 및 펠렛을 포함하는 아이소시아누르산염 고체상을 물에 용해시켜 얻어지는 것임을 특징으로 하는 세척 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 아이소시아누르산염은 이염화아이소시아누르산나트륨, 이염화아이소시아누르산칼륨, 삼염화아이소시아누르산나트륨 및 삼염화아이소시아누르산칼륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 세척 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 여과막은 해수 또는 기수의 담수화, 정수, 하수 처리 및 폐수 처리를 포함하는 수처리 공정에 사용되는 것임을 특징으로 하는 세척 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 여과막을 소독하는 단계는 전처리 공정 중에 아이소시아누르산을 포함하는 용액을 주입하는 방식, 상기 전처리 공정의 수행후 유입수가 공급되기 전에 또는 유입수가 공급되는 중에 아이소시아누르산을 포함하는 용액을 주입하는 방식, 및 상기 여과막을 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액에 담그거나 용액을 순환시키는 방식중 어느 하나의 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 여과막을 상기 아이소시아누르산을 포함하는 용액에 담그거나 용액을 순환시키는 방식으로 소독하는 단계를 수행한 이후에, 상기 여과막을 증류수로 세정하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 소독하는 단계를 수행하기 전에, 상기 여과막의 투과 수량의 안정화를 위하여 일정 시간 동안 물을 공급하는 컴팩션 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 컴팩션 단계에서 막에 가해지는 압력은 200 내지 800 psig 범위인 것을 특징으로 하는 세척 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 여과막을 소독하는 단계를 통하여 상기 여과막에 부착된 미생물의 불활성화 및 바이오파울링의 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 세척 방법.

Images