KR20150138795A - 정제수 제조시스템 역삼투압 막의 오염방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 역삼투압 막을 과산화수소 및 과초산를 포함하는 혼합액과 접촉시키는 역삼투압 막공정에서 막에 오염에 의한 장애를 최소화하는 것이다. 이를 통하여 막의 교체 주기가 연장됨으로써 유지관리비를 크게 절약할 수 있고, 강산 및 강알칼리 세정시 발생하는 폐수처리에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 이들 세정제가 배수되어 폐수 처리장으로 유입될 경우 수처리 장치에 대한 부하를 감소시킬 수 있는 환경적 측면까지 얻을 수 있는 막 관리 방법이 제공된다.

Description

정제수 제조시스템 역삼투압 막의 오염방지 방법 {Pollution Prevention Method of Reverse Osmosis Membrane in Purified Water Generation System}

본 발명은 우수한 역삼투압 막의 관리를 통하여 막 수명을 연장시킬 수 있는 막(Membrane) 오염방지 방법에 관한 것이다.

역삼투막을 포함하는 역삼투압 장치의 운전시, 다양한 장애로 인해 역삼투압 막에 오염이 발생한다. 구체적으로, 상기 오염은 생물학적 장애(Bio-fouling)로 세균번식을 동반할 경우, 미립 입상물질 장애(Particulate Fouling)로 경도성분 스케일(Hardness Related Scaling) 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 공정을 실시하기도 한다.

이와 같은 역삼투압 막의 오염으로 인하여 고가의 멤브레인을 교체하여야 하며 이로 인한 처리수 공급을 받지 못해 발생하는 다양한 문제점을 가지고 있다. 막 오염을 방지하기 위하여 일부 공정에서는 고분자 응집제를 투입하여 막 오염이 되는 물질을 응집시켜 농축수로 배출하도록 하고 있다.

그러나 막 오염원은 일정한 농도로 유입되지 않기 때문에 과량의 고분자응집제가 투입된다. 이렇게 오염물질과 반응하지 않은 응집제는 막에 손상을 주며 처리수 라인으로 유출되어 생산수의 수질에 큰 문제를 야기시키기도 한다.

또한, 멤브레인을 적절하게 관리하지 못해 세정을 할 경우 세정 및 소독 공정시 효과를 극대화시키기 위해 염산 등의 산(acid)을 이용하여 pH 2이하의 강산 조건에서 실시하거나, 또는 가성소다 등의 알칼리를 이용하여 pH 12이상의 강알칼리 조건에서 실시한다. 그러나, 이와 같이 강산 및 강알칼리 조건에서의 세정 및 소독 공정은 역삼투막의 손상을 초래하여 막 수명을 단축시킨다. 또한, 세정시 발생하는 폐수는 pH 2이하와 pH 12이상인 특정폐기물로 분류되어 막대한 처리비가 발생한다. 이에 따라 세정작업을 최소화하는 방향으로 막의 관리가 필요하며 막오염 방지효과를 극대화할 수 있는 방법의 개발이 요구된다.

또 다른 역삼투막의 장애를 최소화는 방법으로, 한국 특허 공개 제 20-2003-0037730 호에는 역삼투막이 나권형 구조로 감겨있는 역삼투막 모듈을 내장하고 있는 하우징 내에 진동자를 설치한 역삼투막 모듈시스템에 관한 것으로서, 공급수가 유입되는 공급수 공급관과 역삼투막의 일단부 사이의 하우징 내에 진동자 또는 초음파 진동자를 설치하여, 이 진동자 또는 초음파 진동자의 간헐적인 미세 진동에 의해 역삼투막도 동시에 간헐적으로 미세하게 진동함으로써, 오염성 물질이나 경도성 물질이 상기 역삼투막에 달라붙기 전에 분리되어 공급수와 함께 농축수로 배출되도록 한 진동을 이용한 역삼투막 모듈시스템에 관한 방법이 기재되어 있다. 그러나 상기 방법의 경우, 오염물질의 크기에 따라 큰 영향을 미친다. 콜로이드성 미립자의 경우는 효과를 볼 수 있으나 그 이상의 미립자 크기에서는 큰 효과를 기대하기 어려운 문제점이 있다.

한국공개특허 제 20-2003-0037730호(2004년04월02일 공개)

본 발명의 목적은 역삼투압 막의 관리를 통하여 막 수명을 연장시킬 수 있는 막 오염방지 방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 구현예에 따르면 역삼투압 막을 산화제 및 소독제를 역삼투압 막의 전단에 주입하는 공이 제공된다.

상기 세정 방법에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소 (Hydrogen Peroxide)일 수 있다.

또, 상기 과산화수소는 0.3±0.02 mM의 용액으로서 포함될 수 있다.

또, 상기 소독제는 과초산(Peracetic Acid)일 수 있다.

또, 상기 과초산은 0.06±0.002의 용액으로서 포함될 수 있다.

또, 상기 투입 공정은 막전단 공정에 의해 실시될 수 있다.

또, 상기 투입공정은 역삼투압 막의 운전기간동안 동안 항시 투입된다.

또, 상기 역삼투압 막은 수처리용일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 역삼투압 막을 과산화수소와 과초산을 포함하는 산화제와 소독제를 접촉시키는 역삼투압 막의 전단에 운전중 항시 투입하는 막 관리 공정를 포함하는 역삼투압 막의 관리 방법이 제공된다.

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

본 발명에 따른 막 관리방법에 의해 막의 수명을 연장시킬 수 있다. 그 결과 막의 교체 주기가 연장됨으로써 유지관리비를 크게 절약할 수 있다. 또 상기 막 관리방법에 의해 강산 및 강알칼리 세정시 발생하는 폐수처리에 대한 비용을 절감할 수 있으며, 이들 세정제가 배수되어 폐수 처리장으로 유입될 경우 수처리 장치에 대한 부하를 감소시킬 수 있는 환경적 측면까지 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 역삼투압 막의 산화제 및 소독제를 이용한 막 관리를 나타낸 개략 구조도이다.
도 2는 실시예의 역삼투압 막에 대한 산화제 투입에 의한 역삼투압 막의 압력변화를 관찰한 결과를 그래프이다.
도 3은 실시예의 역삼투압 막에 대한 소독제 투입에 의한 역삼투압 막의 미생물검출을 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 역삼투압 등의 막의 전단에 산화제와 소독제를 투입함으로써 역삼투압 막의 파손을 방지하여 막의 수명을 현저히 개선시키는 것을 특징으로 한다.

상기 산화제는 물 중에 희석되어 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 과산화수소는 0.3±0.02 mM의 농도로 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 산화제의 농도가 0.3±0.02 mM 미만일 경우 산화제 투입에 따른 효과가 미미하고, 0.3±0.02 mM 를 초과할 경우 과량의 산화제로 인해 반투과성 막이 손상될 우려가 있다. 상기 과산화수소의 농도 단위 'mM'은 수중 과산화수소의 함량인 'mmol/L'를 의미한다.

상기 소독제는 물 중에 희석되어 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 과초산은 0.06±0.002의 농도로 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 소독제의 농도가 0.06±0.002미만일 경우 소독효과가 미미하고, 0.06±0.002를 초과할 경우 과량의 소독제가 투입되어 처리수로 유입가능성을 우려할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 역삼투압 막의 산화제 및 소독제를 이용한 막 관리를 나타낸 개략 구조도이다. 도 1에 제시된 역삼투압 막 전단의 과산화수소와 과초산을 투입하는 수처리 시스템(RO System)를 함께 포함함으로써 수처리 공정을 함께 이루어질 수 있으며, 또 수처리 장치내 역삼투압 막을 포함한다. 도 1은 본 발명을 설명하기 위한 일 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 막 관리 방법을 설명한다.

수처리 공정으로서 역삼투막 장치 유입 라인(11)을 통하여 물이 유입되면, 유입된 물은 고압펌프(12)에 의해 높은 압력으로 가압된 후 역삼투압 장치(13)의 역삼투압막(14)을 통과한다. 역삼투압 막에 의하여 처리된 물은 처리수 라인(15)을 통해 소정의 용도로 사용되고, 상기 처리수를 제외한 농축된 물은 농축수 라인(16)을 통하여 배수된다. 2차 역삼투압 막(17) 역시 처리수는 처리수라인(18)으로 유출되고 1차 및 2차 역삼투압 막의 처리수는 처리수라인(19)을 통하여 사용용도에 따라 소비된다. 또한, 2차 역삼투압 장치의 농축수중 일부는 고압펌프(12)의 전단에 보충수로 유입되는 라인(20)을 통하여 역삼투입장치(15)에 재 투입된다. 역삼투압 장치의 앞 단에 위치하는 과산화수소와 과초산이 혼합된 저장조(22)에서 혼합용액이 용액공급펌프(23)와 용액공급라인(24)을 통하여 고압펌프(12) 앞 단에 과산화수소와 과초산이 투입된다.

구체적으로는, 먼저 과산화수소와 과초산을 용액이 혼합된 저장조(22)에 투입한 후에 고압펌프(12) 앞 단의 유입수에 대한 유량과 과산화수소와 과초산의 유입유량을 산출적으로 계산하여 혼합액이 투입된 후에 과산화수소는 0.3±0.02 mM이고 과초산은 0.06±0.002가 되도록 한다.

상기의 농도를 유지하기 위해서 과산화수소와 과초산을 용액이 혼합된 저장조(22)에 과산화수소와 과초산을 같은 농도일 경우에 과산화수소와 과초산의 투입량을 5:1의 비율로 하여 혼합한다.

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.

시험예1

상기 실시예에 따른 역삼투압 막 관리공정시 과산화수소 투입농도에 따른 초기압 대비압력 증가율을 측정하고, 막의 교체 압력인 3bar에 도달하였을 때 운전을 멈추었다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 과산화수소의 농도를 0.3±0.02 mM으로 하였을 경우 30개월 동안 초기압력대비 1.3bar를 나타내었으나 0.4±0.04 mM에서는 오히려 30개월 동안 초기압력대비 2.4bar를 나타내어 압력이 증가한 결과를 얻었다. 또한, 0.2±0.04 mM에서는 30개월 이전에 3.0bar를 초과하여 막을 교체하였다. 본 실시예에서 최적의 과산화수소농도는 0.3±0.02 mM로 확인되었다.

시험예2

도 3은 상기 역삼압투 막의 과초산 농도에 따른 미생물 검출 특성을 확인한 것이다. 미생물 검출은 100CFU/ml이하를 안정적인 막관리의 기준으로 정하였다. 과초산의 농도가 0.06±0.02 mM 이상에서는 미생물검출에 큰 영향을 주지 못했다. 그러나, 0.03±0.02 mM에서는 120CFU/ml으로 기준점을 초과하였으며 0mM에서는 200CFU/ml에 가까운 미생물이 검출되었다. 본 실시예에서 0.06±0.02 mM과 0.05±0.02 mM 사이도 분석을 한 결과 0.05±0.02 mM일 때보다 0.06±0.02 mM 일 경우가 약간 낮은 미생물검출을 확인하였다. 따라서, 상기의 결과들로 볼 때 0.06±0.02 mM 의 과초산에서 가장 좋은 효과를 얻을 수 있었다.

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.

11: 역삼투압막 장치 유입 라인 12: 고압펌프
13: 역삼투압 장치 14: 역삼투압 막
15: 처리수 라인 16: 농축수 라인
17: 2차 역삼투압 막 18: 2차 처리수라인
19: 처리수는 처리수라인 20: 보충수 유입라인
21: 통합 농축수라인 22: 혼합용액 저장조
23: 혼합용액이 용액공급펌프 24: 용액공급라인

Claims (3)

1. 반투과성막을 산화제 및 소독제를 포함하는 용액을 역삼투압 막의 전단에 접촉시키는 막 관리 공정; 역삼투압 막의 항시 혼합액을 투입하는 막 관리 공정; 산화제 및 소독제를 혼합액으로 이루어진 역삼투압 막의 관리 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 산화제는 과산화수소이고, 소독제는 과초산인 역삼투압 막 관리 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 과산화수소와 과초산은 각각 0.3±0.02 mM이고 과초산은 0.06±0.002mM인 역삼투압 막 관리 방법.

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