KR20200114327A - 생물막오염 저해용 스페이서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 역삼투막 수처리장치 - Google Patents

생물막오염 저해용 스페이서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 역삼투막 수처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역삼투막 수처리장치에서 이용되는 생물막 오염 저감용 스페이서에 관한 것으로서, 막여과 수처리장치의 유입수가 외부로부터 유입되어 역삼투막과 만나는 유입부의 스페이서에 향균물질이 첨가하여 생물막 오염을 사전에 제어함으로써, 막여과 공정에서 생물막오염에 따른 플럭스(Flux) 및 투수성의 저하를 방지하는 동시에 막교체 주기를 연장하여 운영비를 절감할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

생물막오염 저해용 스페이서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 역삼투막 수처리장치{Antimicrobial Spacer, Method for Manufacturing Same, and Reverse Osmosis Membrane Water Treatment Device Using Same}
본 발명은 막표면 친수성을 높인 개질법, 특히 친수성이 매우 높은 고분자를 막 표면에 코팅하여 막표면과 물의 수화층 형성을 도와 막오염이 저감되는 개질법에 관한 것이다.
또한, 막표면 거칠기(roughness)를 낮추는 개질법, 특히 막표면의 거칠기가 저감될 수 있도록 굴곡없는 표면코팅을 적용하는 방법에 관한 것이다.
또한, 스페이서의 형상을 다양화하여 유로를 층류화하고 표면 국소부에 회오리(eddy)를 형성하여 막오염 형성물이 스페이서 및 막 표면에 부착되지 않도록 하는 기술 및 특히 스페이서의 형상을 기하학적 모델을 본따도록 만들어 유로 층류화에 큰 역할을 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 생물학적 막오염을 저해하기 위해서는 난류 발생과 친수성 증가가 적용되어왔다. 다양한 친수성 고분자를 역삼투막 표면과 반응시켜 친수성을 극대화하여 물과 밀도 높은 수화층을 형성하고 이로 인해 오염물들이 막 표면에 부착할 수 없도록 하는 기술이 개발되어왔다. 여러 막오염저감 기술 중 생물막을 저감할 수 있는 기술로는 은나노 및 산화 아연 등 살균효과를 지닌 물질을 막 표면에 코팅하거나 막 자체에 적층하여 표면에 부착 된 박테리아 등이 살균되도록 하는 기술이 개발되어왔다.
생물막오염을 저감하기 위한 종래기술은 화학적 세정이나 항생제를 이용하여 원수에 존재하는 박테리아들을 제거하는 방법이 대표적이다. 더불어 살균성을 가지는 나노물질이나 친수성을 극대화 할 수 있는 고분자 물질이 연구되고 있다. 그러나 박테리아는 항생제에 저항성이 있으므로 오히려 더 처리하기 어려운 생물막오염을 초래한다. 또한 원수를 전처리하여 대부분 박테리아를 제거하여도 박테리아는 서로의 신호체계인 쿼럼센싱을 이용하여 특정 멤브레인 표면에 자체적으로 세포밀도를 증가시키며 임계점에 도달하면 퍼져나가 다른 곳에 군집을 형성하기 때문에 종래기술을 해결하기 위한 수단이 필요하다. 또한 실제 수처리용 모듈 제작시에 적용하기 어려운 코팅법이 대부분이며 적용이 가능한 방법 또한 장기간 운용 시 코팅층이 탈리되어 원수 유출수의 2차오염이 문제되고 있다.
종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명은 박테리아 사이의 신호체계인 쿼럼센싱을 차단시켜 군집형성을 방해한다. 이 방법은 환경친화적이며 비용을 저감시킨다.
본 발명에서는 열대에서 나는 열매 바닐라 빈에서 추출한 가루 형태의 원료인 바닐린을 쿼럼센싱을 저해물질로 사용하였다. 바닐린은 환경친화적 물질이다. 이러한 장점에도 불구하고 바닐린은 유기물이기 때문에 분리막 및 스페이서와 결합할 수 있는 작용기가 고분자에 비해 적다. 그러므로 홍합모사 접착제 고분자 물질인 폴리도파민을 사용하여 결합력을 강하게 유지시킬 수 있으며 장기간 운용시의 안정성도 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 홍합 모사 고분자 폴리도파민과 쿼럼??칭 효과가 있는 바닐린을 스페이서와 멤브레인 표면에 co-deposit 방법으로 개질한 PCV 스페이서와 멤브레인은 상용 TFC 멤브레인에 비해 생물막오염 저해 능력이 향상시키며 물 투과도와 염 배제율을 유지되게 하며 압력강하를 저감하여 장기간 멤브레인 공정 운전을 가능하게 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 PCV 스페이서와 멤브레인은 환경친화적이며 비용도 효과적으로 저감할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 막여과 수처리장치의 유입부측의 스페이서에 생물막오염 저감용 향균물질으로 개질하여 생물막오염을 제어함.
또한, 홍합모사물질인 dopamine과 천연 향균물질인 vanillin을 사용함으로써 인체에 무해하여 개질물질이 탈리되었을 경우의 위험성을 감소시키는 효과를 제공한다.
또한, dopamine의 접착성질을 이용하여 vanillin의 탈리율을 감소할 뿐만 아니라 dopamine 코팅층과 vanillin 코팅층이 함께 함으로써 코팅의 용이함과 친수성 재고할 수 있다.
또한, vanillin 코팅층이 유입부 원수와 반응함으로써, 역삼투막 여과부의 여과막 표면에 발생되는 생물막 오염을 저해할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 도파민 및 바닐린을 생물막에 코팅하는 공정을 나타낸다.
본 발명은 막여과 수처리장치의 원수 유입부에 사용되는 생물막오염 저감용 스페이서로서 항균물질은, 방향족 알데하이드로 이루어진 바닐린(vanillin)과 홍합모사물질인 polydopamine(PDA)이 합성된 PDA-vanillin 화합물로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 원수 유입부 스페이서를 제공한다.
상기 PDA는 홍합모사 접착력을 특징으로 하는 특징으로 하는 천연물질인 dopamine을 고분자화 한 화합물이다.
상기 방향족 알데하이드는, 바닐라콩에서 추출한 것을 특징으로 하는 화합물이다.
생물막오염 저감용 스페이서의 제조방법으로서,
제1 향균물질을 용액화 하고 pH buffer를 혼합하는 제1 용액 단계;
상기 용액화된 제1 용액에 제2 향균물질을 혼합하는 제2 용액 단계;
상기 용액화된 제2 용액에 스페이서를 침지하는 단계;
상기 침지된 스페이서에 코팅층을 적층하는 코팅 단계;
상기 침지된 스페이서를 세척하여 건조하는 단계;
상기 제2 용액 단계는, 상기 제1 용액인 dopamine을 1 g/L의 농도로 용액화 한 후 제2 용액과 pH buffer를 첨가하여 PDA-vanillin 화합물을 제조하는 것을 특징으로 하는 스페이서 제조 방법을 제공한다.
상기 코팅단계는 dopamine을 공기와 반응시켜 polydopamine으로 고분자화 하는 것을 특징으로 하는 스페이서 제조방법이다.
상기 건조단계는 제작된 스페이서를 IPA 25%(v/v)에 20분간 침지 세척한 후 DI에 24시간동안 침지세척하고 60℃에서 24시간 이상 건조하는 것을 특징으로 하는 스페이서 제조방법이다.
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실시예
스페이서를 isopropyl alcohol(IPA) 25% (v/v)에 20분간 침지한 후 deionized(D.I) water로 24시간 침지하여 세척. 코팅용액 제조를 위해 1.0 g/L dopamine hydrochloride와 10mM 농도의 tris(hydroxymethyl) aminomethane buffer 혼합 용액을 pH 8.5로 맞추어 제조. Vanillin 파우더를 1.0 g/L의 농도로 혼합용액에 첨가. 스페이서를 완성된 코팅용액에 침지. 용액이 담긴 수조를 60~80 rpm으로 흔들어줌. 원하는 코팅시간(2시간) 후 IPA 25%(v/v)에 20분간 침지하여 바인딩이 약한 polydopamine 및 vanillin과 바인딩이 되지 않은 잔여 코팅용액을 제거.

Claims (1)

  1. 바닐린(vanillin) 및 폴리도파민(polydopamine; PDA)을 포함하는 생물막오염 저감용 스페이서.
KR1020190035904A 2019-03-28 2019-03-28 생물막오염 저해용 스페이서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 역삼투막 수처리장치 KR20200114327A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114191999A (zh) * 2021-11-08 2022-03-18 江苏大学 一种水处理膜材料抗生物污染改性方法

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