KR20240001500A - 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 역삼투압 필터(Reverse Osmosis Filter)의 스케일 제거제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다. 본 발명은 역삼투압 필터에 부착된 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 탄산칼슘 제거제를 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제, 및 이를 이용한 역삼투압 필터의 세정방법을 제공한다. 본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 유기산과, 상기 유기산과 반응하여 이산화탄소를 발생시키는 CO2 전구체를 포함한다. 본 발명에 따르면, 역삼투압 필터에 부착된 스케일이 효과적으로 제거되어, 짧은 시간 내에 역삼투압 필터의 성능을 재생(회복)시킬 수 있다.

Description

역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 세정방법{Scale Remover of Reverse Osmosis Filter and Method for Cleaning Reverse Osmosis Filter Using the Same}
본 발명은 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역삼투압 필터에 부착된 스케일(scale)을 효과적으로 제거하면서 역삼투압 필터의 손상(식각 등)을 유발하지 않으며 친환경적인 특성을 가지는 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 역삼투압 필터의 세정방법에 관한 것이다.
역삼투압 필터(Reverse Osmosis Filter)(통상, "RO 필터", "역삼투막(Reverse Osmosis Membrane)" 또는 "RO막"이라고도 함)는 주로 분리공정에서 사용된다. 역삼투압 필터는, 예를 들어 반도체 제조설비, 정수설비(정수기 등), 해수나 간수의 담수화설비 및 배수설비 등에서 처리수(원수)를 필터링하여 순도 높은 생산수로 분리(정화)하는 데에 사용된다. 특히, 초순수를 이용하는 반도체 제조공정의 경우 역삼투압 필터는 매우 중요한 설비 중의 하나이다.
역삼투압 필터는 관형, 나권형, 중공사막형 및 평막형 등으로 모듈(Module)화되어 수처리 시스템에 설치되며, 이는 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트(Cellulose Acetate), 폴리술포네이트(Polysulfonate) 및 폴리아미드(Polyamide) 등의 유기 고분자를 사용하여 제조되고 있다.
역삼투압 필터를 이용한 수처리 시스템에서는, 필연적으로 무기물이나 유기물 등의 부착물(통상, "파울링(Fouling)"이라고도 함)이 역삼투압 필터에 침착되어 오염된다. 역삼투압 필터가 오염된 경우 분리효율(탈염율 등), 압력 및 투과 유량(유속) 등과 같은 성능 저하가 발생된다. 이에 따라, 역삼투압 필터는 성능 재생(회복)을 위해 주기적으로 세정되고 있으며, 오염이 심한 경우에는 교체되기도 한다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-1744400호(2017.05.31.자 등록), 한국 등록특허 제10-1928212호(2018.12.05.자 등록), 한국 등록특허 제10-2101320호(2020.04.09.자 등록) 및 한국 공개특허 제10-2021-0005853호(2021.01.15.자 공개) 등에는 역삼투압 필터의 세정과 관련한 기술이 제안되어 있다.
일반적으로, 역삼투압 필터는 세정제를 이용한 화학적인 방법으로 세정되고 있다. 이때, 세정제는 산이나 알칼리를 주성분으로 하며, 여기에 킬레이트제나 계면활성제 등이 첨가되고 있다. 또한, 역삼투압 필터에 적용된 처리수(원수)에 따라 미생물 등을 살균하기 위한 살균제(염소계 등)가 사용되기도 한다. 역삼투압 필터의 세정은, 대부분의 경우 질산(HNO3) 등의 산 수용액을 이용한 산 세정과 수산화나트륨(NaOH) 등의 알칼리 수용액을 이용한 알칼리 세정을 병행하고 있다. 예를 들어, 산 세정 → 알칼리 세정 → 산 세정을 순차적으로 진행한 후, 수세를 진행하여 세정하고 있다.
그러나 종래의 세정제 및 이를 이용한 세정방법은 역삼투압 필터의 세정 효과가 불충분한 경우가 있다. 특히, 역삼투압 필터에 부착(침착)된 부착물 중에서도 스케일(scale)이 농축된 경우에는 세정이 어렵다. 스케일의 대부분은 처리수 중의 Ca2+이나 Mg2+ 등의 금속이온이 염류들에 의하여 칼슘염 및 금속산화물 등의 불용성 물질로 석출되어 형성되며, 이는 종래의 산이나 알칼리 등을 주성분으로 하는 세정제로는 효과적으로 제거되기 어렵다.
또한, 스케일의 제거를 위해 산이나 알칼리의 농도를 증가시키는 경우, 역삼투압 필터가 세정제에 의해 식각되거나 미세 기공구조가 파괴(제거)되는 등의 손상이 발생될 수 있으며, 이는 또한 수질이나 토양을 오염시켜 친환경적이지 못하는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-1744400호(2017.05.31.자 등록) 한국 등록특허 제10-1928212호(2018.12.05.자 등록) 한국 등록특허 제10-2101320호(2020.04.09.자 등록) 한국 공개특허 제10-2021-0005853호(2021.01.15.자 공개)
이에, 본 발명은 개선된 특성을 가지는 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 이를 이용한 역삼투압 필터의 세정방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 역삼투압 필터에 부착된 스케일을 제거함에 있어, 종래에 시도되지 않은 새로운 반응 메커니즘을 통해, 스케일을 구성하는 성분 중에서도 특히 탄산칼슘(CaCO3)을 효과적으로 제거할 수 있는 역삼투압 필터의 스케일 제거제, 및 이를 이용한 역삼투압 필터의 세정방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 탄산칼슘(CaCO3) 등의 스케일을 효과적으로 제거하면서도 역삼투압 필터의 손상(식각 등)을 유발하지 않으며, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 가지는 역삼투압 필터의 스케일 제거제, 및 이를 이용한 역삼투압 필터의 세정방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
역삼투압 필터에 부착된 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 탄산칼슘 제거제를 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제를 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 이산화탄소와 물을 포함한다. 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 유기산과, 상기 유기산과 반응하여 이산화탄소를 발생시키는 CO2 전구체를 포함한다. 상기 탄산칼슘 제거제는, 하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거한다.
[반응식]
CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 역삼투압 필터의 스케일 제거제는 효소 및 킬레이트제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은,
물을 포함하는 처리 용액에 CO2 전구체를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및
상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 역삼투압 필터에 접촉시키는 세정단계를 포함하는 역삼투압 필터의 세정방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은,
유기산과 물을 포함하는 제1제와, CO2 전구체를 포함하는 제2제를 준비하는 단계;
상기 제1제와 제2제를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및
상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 역삼투압 필터에 접촉시키는 세정단계를 포함하는 역삼투압 필터의 세정방법을 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은, 상기 유기산과 CO2 전구체의 반응을 촉진시키는 효소를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개선된 특성을 가지는 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및 세정방법이 제공된다.
본 발명은 스케일을 구성하는 성분 중에서도 특히 탄산칼슘(CaCO3) 등을 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명은 탄산칼슘(CaCO3) 등의 스케일을 효과적으로 제거하면서 역삼투압 필터의 손상(식각 등)을 유발하지 않아 역삼투압 필터의 수명이나 교체주기를 연장할 수 있고, 인체 무해 및 친환경적인 효과를 갖는다.
도 1은 pH 증가에 따른 천연 유기산의 스케일에 대한 용해도 평가결과이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스케일 제거제를 사용하여 공업용수 배관의 스케일이 제거되는 과정을 보인 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스케일 제거제의 세정 시험에 사용된 RO 멤브레인 장치의 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스케일 제거제를 사용하여 역삼투압 필터의 스케일을 제거한 필터의 모습(세정 전과 세전 후)을 보인 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성 요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 발명은 제1형태에 따라서, 역삼투압 필터(Reverse Osmosis Filter)(또는, 역삼투막)에 부착된 스케일을 효과적으로 제거하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제를 제공한다. 본 발명은 제2형태에 따라서, 역삼투압 필터에 부착된 스케일을 제거하는 역삼투압 필터의 스케일 제거방법을 제공한다. 본 발명은 제3형태에 따라서, 본 발명에 따른 역삼투압 필터의 스케일 제거제를 유효성분으로 포함하는 역삼투압 필터의 세정제를 제공한다. 본 발명은 제4형태에 따라서, 본 발명에 따른 역삼투압 필터의 스케일 제거제 및/또는 세정제를 사용하여 역삼투압 필터를 세정하는 역삼투압 필터의 세정방법을 제공한다.
[스케일 제거제]
본 발명에 따른 역삼투압 필터의 스케일 제거제(이하, 「스케일 제거제」라 약칭한다.)는 역삼투압 필터에 부착된 스케일(scale)을 제거한다. 또한, 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 스케일은 물론이고 역삼투압 필터에 스케일과 함께 부착된 부착물, 예를 들어 유기물, 미생물, 녹(rust) 성분 및/또는 기름 성분 등의 파울링(Fouling)을 제거할 수 있다.
본 발명에서, 처리 대상이 되는 역삼투압 필터는 특별히 제한되지 않으며, 이는 성능 재생(회복)을 필요로 하는 것이면 좋다. 역삼투압 필터는, 예를 들어 반도체 제조설비, 정유시설의 정제설비, 정수설비(각종 산업시설에서의 정수 시스템 등), 해수나 간수의 담수화설비 및 배수설비 등에서 사용된 것을 포함한다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 역삼투압 필터를 「RO 필터」라 한다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, RO 필터에 부착된 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 탄산칼슘 제거제를 유효성분으로 포함한다. 본 발명에 따른 스케일 제거제는 탄산칼슘 제거제를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 상기 탄산칼슘 제거제 이외에 스케일 제거에 효과적인 다른 유효성분을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 그 제형에 있어 용액(수용액 등)이나 소정의 점도를 가지는 점성액, 페이스트, 슬러리 및/또는 고형(분말상) 등의 제형을 가질 수 있다. 이때, 소정의 점도를 갖거나 고형인 경우, 물에 희석(용해)된 후에 RO 필터에 적용될 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 스케일 제거제는 1액형 또는 2액형 등의 사용 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, 본 발명의 제1실시형태에 따라서, 탄산칼슘 제거제를 포함하되, 상기 탄산칼슘 제거제는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 포함한다.
본 발명에서는, RO 필터의 스케일 제거에 관한 연구를 거듭하는 과정에서, 우선적으로 스케일의 구성 성분에 대해 주목하였다. 스케일의 성분 분석결과, 스케일은 여러 종류의 칼슘염 및 금속산화물 등을 포함하고 있었으며, 특히 탄산칼슘(CaCO3)이 대부분의 함량을 차지하고 있음을 알 수 있었다. 구체적으로, 스케일은 탄산칼슘(CaCO3), 산화칼슘(CaO), 황산칼슘(CaSO4), 규산칼슘(Ca2SiO4, CaSiO3), 산화규소(SiO2), 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 산화마그네슘(MgO) 및 산화철(Fe2O3) 등과 같은 여러 종류의 무기물을 포함하되, 이들 중에서도 탄산칼슘(CaCO3)을 가장 많은 함량으로 포함하고 있음을 알 수 있었다. RO 필터에 적용된 처리수에 따라 다를 수 있지만, 스케일(무기물) 중의 약 60중량% 이상이 탄산칼슘(CaCO3)으로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 이에, RO 필터에 부착된 스케일을 효율적으로 제거하기 위해서는 탄산칼슘(CaCO3)의 제거가 우선되어야 함을 알 수 있었다.
또한, 본 발명에서는, 상기 탄산칼슘(CaCO3)은 물에 녹지 않은 불용성이나, 이는 이산화탄소(CO2)가 함유된 물에는 용해됨을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명에 따르면, 불용성의 탄산칼슘(CaCO3)은 순수한 물에는 용해되지 않으나, 이산화탄소(CO2)를 포함하는 물(H2O)에는 용해되어, 수용성의 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2)을 생성하면서 효과적으로 용해, 제거됨을 알 수 있었다. 아울러, 본 발명에 따르면, 상기 불용성의 탄산칼슘(CaCO3)은 스케일 제거제에 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O) 이외에 효소(enzyme) 및/또는 킬레이트(chelate) 등이 더 포함되어 있는 경우, 더욱 효과적으로 용해, 제거됨을 알 수 있었다.
하나의 구현예에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)을 포함하는 탄산수를 유효성분으로 포함할 수 있다. 이하, 경우에 따라서, 이산화탄소는 "CO2"라 하고, 물은 "H2O"라 한다. 본 발명에 따르면, 스케일의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)이 탄산칼슘 제거제(CO2 + H2O)에 의해 단시간 내에 높은 분해효율로 용해, 제거된다. 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 적어도 하기 [반응식 1]을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 적어도 탄산칼슘(CaCO3)을 제거한다.
[반응식 1]
CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
본 발명에 따르면, 적어도 상기 반응을 포함하는 반응 메카니즘을 통해 RO 필터의 표면이나 내부 기공구조에 침적된 스케일이 효과적으로 제거된다. 즉, 스케일의 대부분을 구성하는 불용성의 탄산칼슘(CaCO3)은 CO2와 H2O에 의해 상기 반응에 따라 분해(용해)되어 수용성의 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2)을 생성하면서 녹아 제거된다. 그리고 상기 생성된 수용성의 탄산수소칼슘(Ca(HCO3)2)은 물에 용해되어 RO 필터로부터 분리, 제거된다. 이러한 탄산칼슘(CaCO3)의 제거 반응은 RO 필터에 부착된 스케일뿐만 아니라, 금속재나 세라믹재 등에 부착된 스케일에 대해서도 유효성을 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 스케일 제거제(및 세정제)는, 예를 들어 반도체 제조설비, 정유시설의 정제설비, 정수설비(각종 산업시설에서의 정수 시스템 등), 해수나 간수의 담수화설비 및 배수설비 등에 설치된 부품(예를 들어, 배관, 저장용기 및 반응기 등)에 적용되어 스케일을 제거(및 세정)하기 위한 유효성분으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 각종 산업시설의 배관에 부착된 스케일(관석)이나 화장실의 변기나 배관에 부착된 스케일(요석)을 제거(및 세정)하기 위한 유효성분으로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상기 이산화탄소는 기체, 액체 및/또는 고체의 이산화탄소를 사용할 수 있다. 상기 이산화탄소는, 하나의 실시예에 따라서 고체 상태의 이산화탄소로서 드라이아이스(dry ice)를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, 본 발명의 제2실시 형태에 따라서, 탄산칼슘 제거제를 포함하되, 상기 탄산칼슘 제거제는 이산화탄소(CO2)를 발생시키는 CO2 전구체와, 물(H2O)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 CO2 전구체는 CO2를 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 이러한 CO2 전구체는, 예를 들어 탄산수, 드라이아이스(dry ice), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 트로나(TRONA)는 천연 광물로서, 이는 세스퀴탄산나트륨을 주성분으로 함유하고 있다. 본 발명에서, 상기 CO2 전구체는 물(H2O)과의 혼합(반응)에 의해 CO2를 발생시키거나, 또는 물(H2O) 이외의 다른 성분과의 혼합(반응)에 의해 CO2를 발생시킬 수 있는 것이면 좋다.
상기 CO2 전구체로서, 예를 들어 드라이아이스(dry ice)를 사용하는 경우, 이는 물(H2O)에 의해 빠르게 기화되어 CO2를 발생하여 상기 [반응식 1]에 따라 탄산칼슘(CaCO3)을 용해, 제거할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 드라이아이스를 물에 혼합하여 CO2를 충분히 발생시킨 다음, 이를 RO 필터에 적용(접촉)하면 상기 반응식 1에 따라 적어도 탄산칼슘(CaCO3)이 효과적으로 용해, 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, 본 발명의 제3실시 형태에 따라서, 탄산칼슘 제거제를 포함하되, 상기 탄산칼슘 제거제는 유기산(organic acid)과, 상기 유기산과 반응하여 이산화탄소(CO2)를 발생시키는 CO2 전구체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 CO2 전구체는, 예를 들어 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨 및/또는 트로나(TRONA) 등의 CO2 전구체는 유기산과의 반응을 통해 CO2와 H2O을 생성한다. 일례를 들어, 약알칼리성의 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 약산성의 유기산(H+)과 반응하여 수용성의 탄산나트륨(Na2CO3)과 함께 탄산칼슘(CaCO3)의 제거를 위한 CO2와 H2O을 생성한다. 이는 하기 [반응식 2]에 따른다(하기 [반응식 2]에서 반응물과 생성물의 화학 양론 값은 표시하지 않음). 본 실시형태에서는, 하기 [반응식 2]에 따라 CO2와 H2O가 생성되고, 생성된 CO2와 H2O는 상기 [반응식 1]에 따라 탄산칼슘(CaCO3)을 용해, 제거할 수 있다.
[반응식 2]
H+(유기산) + NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
본 발명의 실시예에 따라서, 상기 유기산은 천연 유기산으로부터 선택될 수 있다. 상기 유기산은, 예를 들어 아스코르빈산(Ascorbic acid), 아세트산(Acetic acid), 설파믹산(Sulfamic Acid), 숙신산(Succinic acid), 말론산(Malonic acid), 말레익산(Maleic acid), 타르타르산(Tartaric acid), 락트산(Lactic acid), 옥살산(Oxalic acid), 시트릭산(Citric acid) 및 말릭산(Malic acid) 등으로부터 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합을 사용할 수 있다. 이러한 천연 유기산은 천연 재료로부터 유래된 약산성으로서, CO2 전구체와의 반응성이 높아 CO2 생성율에 유리하며, 이는 또한 인체 무해 및 친환경적인 특성을 갖는다.
상기 유기산은, 바람직하게는 상기 나열한 천연 유기산 중에서도 아스코르빈산(Ascorbic acid), 아세트산(Acetic acid), 옥살산(Oxalic acid), 시트릭산(Citric acid) 및 말릭산(Malic acid) 중에서 선택된 하나 이상이 좋다. 이러한 유기산들은 CO2 전구체와 반응하여 높은 효율로 CO2를 생성시키고, 이와 함께 유기산 자체적으로도 스케일 제거능(스케일에 대한 용해도가 높음)을 가지며, 이들은 또한 중성에 가까운 pH에서도 반응성이 높다.
본 발명의 실시예에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 유기산과, 상기 유기산과 반응하여 이산화탄소(CO2)를 발생시키는 CO2 전구체를 포함하되, 물을 더 포함하는 수상 제형을 가질 수 있다. 이때, 유기산이 먼저 CO2 전구체(탄산수소나트륨 등)와 반응하여 CO2를 생성시키고, 이후 미반응의 CO2 전구체는 물과 반응하여 CO2를 생성시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따라서, 상기 탄산칼슘 제거제는 유기산과 CO2 전구체(예, 탄산수소나트륨(NaHCO3) 및/또는 세스퀴탄산나트륨 등)를 2 ~ 8 : 8 ~ 2(= 유기산 : CO2 전구체)의 중량비로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 유기산과 CO2 전구체를 4 ~ 6 : 6 ~ 4(= 유기산 : CO2 전구체)의 중량비로 포함할 수 있으며, 이러한 중량비에서 우수한 스케일 제거능을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, 본 발명의 제4실시 형태에 따라서, 위와 같은 탄산칼슘 제거제를 적어도 포함하되, 이에 더하여 스케일의 제거에 유용한 다른 성분을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 예를 들어 효소(enzyme), 킬레이트제(chelate agent) 및/또는 계면활성제 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 이들 중에서 적어도 효소를 포함하는 것이 좋다. 상기 효소, 킬레이트제 및 계면활성제는, 탄산칼슘(CaCO3)의 제거는 물론, 탄산칼슘(CaCO3) 이외의 칼슘염 및 금속산화물 등에 대한 스케일 제거능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는, 바람직한 실시예에 따라서 유기산, CO2 전구체(예, 탄산수소나트륨(NaHCO3) 및/또는 세스퀴탄산나트륨 등), 효소 및 킬레이트제를 유효성분으로 포함할 수 있다. 그리고 액상의 제형을 위한 물을 더 포함할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 스케일 제거제는 2액형으로서 유기산, 효소 및 킬레이트제를 포함하는 제1제와, CO2 전구체를 포함하는 제2제로 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1제는 물을 더 포함하는 수용액으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1제 및/또는 제2제는 계면활성제를 더 포함할 수 있다. 이러한 2액형의 경우에는, 예를 들어 RO 필터에 적용하기 직전에 제1제와 제2제를 혼합하여 CO2를 충분히 발생시킨 다음 사용될 수 있다.
상기 효소는, 본 발명의 실시예에 따라서 적어도 유기산과 CO2 전구체의 반응을 촉진시키는 촉매로 작용한다. 상기 효소는, 구체적으로 유기산과 CO2 전구체의 반응속도를 증가시키고, 이와 함께 스케일 제거속도를 증가시킨다. 이러한 효소에 의해 적어도 처리 시간(스케일 제거시간)이 단축될 수 있다. 상기 효소는, 예를 들어 프로테아제(Protease), 리파아제(Lipase), 셀룰라아제(Cellulase), 카탈라아제(Catalase), 아밀라아제(Amylase), 헤미셀룰라아제(Hemicellulase) 및 리그닌 페록시다아제(Lignin peroxidase) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에서, 상기 효소는 위에 나열한 것으로 한정되지는 않으며, 이는 적어도 유기산과 CO2 전구체의 반응속도를 증가시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 킬레이트제는, 통상과 같이 RO 필터의 세정 효과(스케일이나 유기물 제거 등)를 개선하기 위해 사용되는 것으로서, 이는 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 킬레이트제는, 예를 들어 에틸렌디아민 테트라아세테이트(EDTA ; ethylenediamine tetraacetate), 에틸렌글리콜아세틱산(EGA ; ethylene glycol acetic acid), 에틸렌디아민(ethylene diamine), 옥신(auxin), 글루콘산(gluconic acid) 및 이들의 염으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 킬레이트제는, 구체적인 예를 들어 에틸렌디아민 테트라아세테이트-2나트륨(EDTA-2Na), 에틸렌디아민 테트라아세테이트-3나트륨(EDTA-3Na), 에틸렌디아민 테트라아세테이트-4나트륨(EDTA-4Na), 에틸렌디아민 테트라아세테이트-4수소(EDTA-4H), 에틸렌글리콜-비스(β-아미노에틸에테르)-N,N,N',N'-테트라아세틱산(EGTA ; ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid), 에틸렌디아민, 옥신 및/또는 글루콘산 나트륨 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 킬레이트제는 위에 나열한 것으로 한정되지 않으며, 이는 RO 필터의 세정 효과를 향상시킬 수 있는 것이면 좋다.
상기 계면활성제는 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는, 예를 들어 비이온 계면활성제로부터 선택될 수 있으며, 이는 바람직하게는 천연 재료로부터 유래된 비이온 천연 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 상기 계면활성제는, 예를 들어 솔비탄계 및 글리코사이드계 등으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 솔비탄모노스테아레이트, 솔비탄모노올레이트, 솔비탄모노라우릴레이트, 데실글리코사이드, 라우릴글리코사이드 및 알킬 폴리글리코사이드 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 스케일 제거제는 상기와 같은 성분들을 포함하되, 그 함량에 있어서는 스케일 제거제 전체 중량 기준으로 유기산 2 ~ 40중량%, CO2 전구체 2 ~ 40중량%, 효소 1 ~ 5중량% 및 킬레이트제 0.5 ~ 20중량%를 포함할 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 제형에 따라 물 5 ~ 50중량%를 더 포함할 수 있다. 상기 계면활성제는, 예를 들어 0.5 ~ 20중량%로 포함될 수 있다. 이와 같은 성분 및 함량으로 조성된 스케일 제거제는 별도의 용매(물 등)에 희석된 후에 RO 필터에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스케일 제거제는, 본 발명의 다른 실시예에 따라서, 황산나트륨(Na2SO4), 아민(amine)계 화합물, 트라아졸(triazole)계 화합물 및 트리클로로이소시아누릭산(trichloroisocyanuric acid) 등으로부터 선택된 하나 이상의 부가 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 부가 성분들은 스케일 제거제 전체 중량 기준으로 각각 0.01 ~ 5중량%로 포함될 수 있다.
이때, 상기 황산나트륨(Na2SO4)은 스케일 성분 중 산화칼슘(CaO)이나 산화마그네슘(MgO) 등과 같은 금속산화물을 제거하기 위한 유효성분으로 사용되고, 상기 아민(amine)계 화합물과 트라아졸(triazole)계 화합물은 스케일 성분 중 규소계 화합물(규산칼슘, 산화규소 등)이나 철계 화합물(산화철 등) 등을 제거하기 위한 유효성분으로 사용될 수 있다. 상기 아민계 화합물은 모노에탄올 아민(MEA ; monoethanol amine), 디에탄올 아민(DEA ; diethanol amine) 및 트리에탄올 아민(TEA ; triethanol amine) 등을 예로 들 수 있으며, 상기 트라아졸계 화합물은 벤조트리아졸(BTZ ; benzotriazole) 등을 예로 들 수 있다. 또한, 상기 트리클로로이소시아누릭산은 미생물의 생성을 억제하고 각 성분들의 분산성 개선을 위한 유효성분으로 사용될 수 있다.
[세정제]
본 발명에 따른 세정제는, 상기한 바와 같은 본 발명의 스케일 제거제를 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 세정제는, 상기 본 발명의 스케일 제거제를 유효성분으로 포함하되, 여기에 필요에 따라 RO 필터의 세정에 필요한 살균제(예를 들어, 염소계 등), 세정 약제, 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 용매 등을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 세정 약제로는 산 및/또는 알칼리 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 RO 필터를 손상(식각 등)시키지 않는 범위 내에서 저농도로 사용될 수 있다. 상기 산은 질산(HNO3), 염산(HCl) 및/또는 황산(H2SO4) 등을 예로 들 수 있으며, 상기 알칼리는 수산화나트륨(NaOH) 및/또는 수산화칼륨(KOH) 등을 예로 들 수 있다. 상기 킬레이트제와 계면활성제는 각각 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있으며, 이들은 상기 예시한 바와 같은 화합물을 사용할 수 있다. 상기 용매는 물 및/또는 탄화수소계 용매로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 세정제는, 상기 스케일 제거제의 성능을 저하시키지 않는 범위에서 분산제 및/또는 pH 조절제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다.
[세정방법]
본 발명에 따른 세정방법은, 상기한 바와 같은 본 발명의 스케일 제거제(또는, 세정제)를 사용하여 RO 필터를 세정하는 것이면 여기에 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 세정방법은, 상기한 바와 같은 본 발명의 스케일 제거제(또는, 세정제)를 RO 필터에 접촉시키는 세정단계를 포함한다. 이때, 세정단계에서는, 상기 [반응식 1]을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하여 세정한다.
상기 세정단계는, 본 발명의 스케일 제거제(또는, 세정제)를 RO 필터에 접촉시킬 수 있는 형태이면 좋으며, 이는 예를 들어 침지(함침) 및/또는 분사 등의 방법으로 진행할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 세정방법은, 상기 세정단계 이후에 진행되는 수세단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수세단계는 순수를 이용하는 플러싱(Flushing)을 예로 들 수 있다.
본 발명에 따른 세정방법은, 하나의 실시형태에 따라서, RO 필터를 본 발명의 스케일 제거제(또는 세정제)에 접촉시켜 세정하는 세정단계; 및 상기 세정된 RO 필터를 순수로 플러싱(Flushing)하는 수세단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 세정단계에서는, 예를 들어 상온에서 30분 ~ 10시간 동안, 또는 1시간 ~ 5시간 동안 RO 필터와 스케일 제거제(또는 세정제)를 접촉시켜 세정할 수 있다. 상기 세정단계는, 경우에 따라서 30℃ ~ 60℃의 온도에서 진행할 수 있다.
본 발명에서, 상기 세정단계는, 예를 들어 RO 필터를 수처리 시스템에서 분리(분해)한 다음, 이를 본 발명의 스케일 제거제(또는 세정제)에 침지하여 세정하는 COP(Clean out of place)법으로 진행할 수 있다. 상기 세정단계는, 다른 예를 들어 RO 필터가 수처리 시스템에 설치된 상태에서 본 발명의 스케일 제거제(또는 세정제)를 수처리 시스템 내로 순환시켜 RO 필터를 세정하는 CIP(Clean in place)법으로 진행할 수 있다. 상기 수세단계의 경우에도 위와 같은 COP법이나 CIP법으로 진행할 수 있다.
본 발명에 따른 세정방법은, 본 발명의 제1구현예에 따라서, 적어도 물을 포함하는 처리 용액에 CO2 전구체를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및 상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 RO 필터에 접촉시켜 세정하는 세정단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 처리 용액은 물 이외에 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 살균제 등을 더 포함할 수 있으며, 상기 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스(dry ice), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 세정방법은, 본 발명의 제2구현예에 따라서, 적어도 물을 포함하는 제1제와, 적어도 CO2 전구체를 포함하는 제2제를 준비하는 단계; 상기 제1제에 RO 필터를 침지하는 단계; 및 상기 RO 필터가 침지되어 있는 제1제에 상기 제2제(CO2 전구체를 포함)를 첨가 혼합하여 CO2가 생성되게 하여 세정하는 세정단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 살균제 등을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2제를 구성하는 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스(dry ice), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 세정방법은, 본 발명의 제3구현예에 따라서, 적어도 유기산과 물을 포함하는 제1제와, 적어도 CO2 전구체를 포함하는 제2제를 준비하는 단계; 상기 제1제와 제2제를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및 상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 RO 필터에 접촉시켜 세정하는 세정단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 살균제 등을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2제를 구성하는 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스(dry ice), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에 따라서, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은 효소를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 세정방법은, 본 발명의 제4구현예에 따라서, 적어도 유기산과 물을 포함하는 제1제와, 적어도 CO2 전구체를 포함하는 제2제를 준비하는 단계; 상기 제1제에 RO 필터를 침지하는 단계; 및 상기 RO 필터가 침지되어 있는 제1제에 상기 제2제(CO2 전구체를 포함)를 첨가 혼합하여 CO2가 생성되게 하여 세정하는 세정단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은 킬레이트제, 계면활성제 및/또는 살균제 등을 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2제를 구성하는 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스(dry ice), 탄산수소나트륨(NaHCO3), 세스퀴탄산나트륨(sodium sesquicarbonate) 및 트로나(TRONA) 등으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 바람직한 실시예에 따라서, 상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은 효소를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, RO 필터의 성능을 효과적으로 재생(회복)시킨다. 본 발명에 따르면, 짧은 시간 내에 높은 재생율(회복율)로 RO 필터를 재생시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, RO 필터에 부착된 스케일의 성분 중에서, 적어도 탄산칼슘(CaCO3)을 효과적으로 제거하여 재생효율이 높다. 또한, 본 발명에 따르면, 탄산칼슘(CaCO3) 이외의 다른 스케일 성분들도 효과적으로 제거하며, 이와 함께 RO 필터의 손상(식각 등)을 유발하지 않아 수명이나 교체주기를 연장시킬 수 있다. 그리고 인체 무해 및 친환경적이다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예]
1. 천연 유기산의 스케일에 대한 용해도 시험
천연 유기산은 무기산에 비해 비교적 안전하지만, 이 또한 pH가 낮기 때문에 인체 및 환경성 등을 고려하여, 천연 유기산 중에서도 어떤 천연 유기산이 중성에 가까운 pH에서 스케일에 대한 용해도가 높은지에 대해 알아보았다. 이를 위해, 천연 유기산만을 사용하여 다음과 같이 스케일에 대한 용해도를 평가하였다.
먼저, 상기 스케일은 공업용수 배관에 침착된 배관 스케일을 채취하여 사용하였다. 공업용수 배관은 국내 경기도 화성 산업단지 자동차부품 금형 회사의 배관으로서, 약 7년이 경과된 폐배관을 입수하여 사용하였다. 상기 공업용수 배관을 20cm 크기로 자른 후, 배관의 벽면에 부착된 스케일을 채취하여 110℃에서 건조시켰다. 이후, 분쇄하여 분말로 만든 후, 이를 천연 유기산의 용해도 평가에 사용하였다.
상기 천연 유기산은 말레익산(Maleic acid), 말론산(Malonic acid), 옥살산(Oxalic acid), 시트릭산(Citric acid) 및 말릭산(Malic acid)의 5종으로서, 이들은 국내 덕산화학으로부터 구입하여 사용하였다. 이러한 5종의 천연 유기산을 이용하여, 상기 채취된 배관 스케일에 대하여 pH 증가(알칼리 첨가)에 따른 용해도를 평가하였다. 그 결과를 첨부된 도 1에 나타내었다.
도 1에 보인 바와 같이, 상기 5종의 천연 유기산 중에서 옥살산, 시트릭산 및 말릭산의 경우, 알칼리 첨가에 의해 pH가 4 이상 증가하여도 낮은 pH에서의 스케일 용해도를 그대로 유지하고 있음을 알 수 있었다. 이에 반해, 말레익산과 말론산의 경우 pH가 3 이상으로 증가함에 따라 스케일의 용해도가 급격히 감소함을 확인할 수 있었다. 따라서 천연 유기산 중에서도 옥살산, 시트릭산 및 말릭산의 경우 pH가 중성에 가깝게 변화하여도 안정한 용해도를 나타내므로, 이들은 인체 및 환경성 등의 측면에서 다른 유기산보다 바람직함을 알 수 있었다.
2. 스케일 제거제의 제조
[실시예 1 ~ 7]
천연 유기산, 효소, 킬레이트제, 천연 계면활성제, 물 및 탄산수소나트륨(NaHCO3)으로 조성된 각 실시예(1 ~ 7)에 따른 스케일 제거제를 다음과 같이 제조하였다.
먼저, 천연 유기산은 상기 용해도 시험에서 양호한 결과를 보인 말릭산(Malic acid)을 사용하고, 킬레이트제는 EDTA-4Na(Tetrasodium ethylene diamine tetra acetate)로서 국내 덕산화학의 99% 순정 시약을 구입하여 사용하였다. 천연 계면활성제는 화장품 재료로 사용되고 있는 것으로서, 국내 지원상사로부터 글루코사이드(Glucoside) 계열의 비이온 계면활성제를 구입하여 사용하였다. 효소는 국내 식품원료 회사에서 구입한 리파아제(Lipase)를 사용하였으며, 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 국내 식품원료사의 식품용 grade를 구입하여 사용하였다.
먼저, 천연 유기산(말릭산)과 킬레이트제(EDTA-4Na)를 일정한 비율로 물에 배합하여 교반한 후, 여기에 일정량의 천연 계면활성제(글루코사이드계)와 효소(리파아제)를 첨가 혼합한 제1제 용액을 얻은 다음, 제2제로서 CO2 전구체인 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 첨가하였다. 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 스케일 제거 시험 직전에 혼합하여 CO2가 발생되게 하였다. 이때, 각 실시예(1 ~ 7)에 따라 천연 유기산과 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 배합비율을 2 : 8(실시예 1), 3 : 7(실시예 2), 4 : 6(실시예 3), 5 : 5(실시예 4), 6 : 4(실시예 5), 7 : 3(실시예 6) 및 8 : 2(실시예 7)의 중량비로 각각 달리하였다.
[실시예 8]
상기 실시예 4와 대비하여, 효소(리파아제)를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 제1제 용액을 제조함에 있어, 효소(리파아제)를 첨가하지 않고, 천연 유기산(말릭산)과 킬레이트제(EDTA-4Na)를 일정한 비율(5 : 5의 중량비)로 물에 배합하여 교반한 후, 여기에 일정량의 천연 계면활성제(글루코사이드계)를 첨가 혼합한 것을 본 실시예에 따른 스케일 제거제로 사용하였다.
[실시예 9]
물에 킬레이트제(EDTA-4Na)와 천연 계면활성제(글루코사이드계)를 첨가하여 충분히 혼합한 후, 여기에 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 첨가한 것을 본 실시예에 따른 스케일 제거제로 사용하였다. 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 스케일 제거 시험 직전에 첨가 혼합하여 CO2가 발생되게 하였다.
[실시예 10]
물에 드라이아이스를 투입한 것을 본 실시예에 따른 스케일 제거제로 사용하였다. 드라이아이스는 스케일 제거 시험 직전에 투입하여 CO2가 발생되게 하였다.
3. 배관의 스케일 제거 시험
상기 각 실시예에 따른 스케일 제거제를 처리 욕조에 담은 후, 여기에 일정한 크기(약 20cm)로 자른 배관 시편을 넣고, 상온에서 1시간 동안 침지하여 접촉시켰다. 배관 시편은 상기 약 7년이 경과된 공업용수 배관을 사용하였다. 침지 접촉 후, 배관 시편을 꺼내어 110℃에서 40분간 건조시킨 후, 무게를 측정하여 처리 전과 처리 후의 배관 무게를 비교하여 스케일 제거 효율(Removal Efficiency)을 평가하였다.
스케일 제거 효율(Removal Efficiency)은 초기 배관의 무게(처리 전)와 침지 접촉 후 배관의 무게(처리 후)를 비교하는 중량분석법으로 평가하되, 하기 [수학식 1]에 따라 계산하였으며, 시편의 개수는 각각 5개로 시험하여 산술 평균하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
[수학식 1]
RE(%) = (IP - AP)/AP x 100
여기서,
RE : 제거 효율(Removal Efficiency)(％),
IP(Initial Pipe) : 처리 전 배관의 무게(g),
AP(After Pipe) : 처리 후 배관의 무게(g)이다.
[비교예 1 ~ 3]
시중에서 판매하는 인산염 계통의 배관 청소제(비교예 1)와, 차아염소산나트륨(NaOCl) 계통의 배관 청소제(비교예 2), 및 가성소다(NaOH) 계통의 배관 청소제(비교예 3)을 구입하여 비교대상으로 하였다. 상기와 동일한 방법으로 스케일 제거 효율을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 함께 나타내었다.
< 배관의 스케일 제거 시험결과 >
비 고 천연 유기산 : 탄산수소나트륨
(중량비) 		효소
사용 여부		 제거 효율
(%)
실시예 1 2 : 8 ○ 82
실시예 2 3 : 7 ○ 89
실시예 3 4 : 6 ○ 92
실시예 4 5 : 5 ○ 93
실시예 5 6 : 4 ○ 95
실시예 6 7 : 3 ○ 91
실시예 7 8 : 2 ○ 77
실시예 8 5 : 5 X 81
실시예 9 - X 70
실시예 10
(드라이아이스)		 - X 59
비교예 1
(인산염)		 - X 64
비교예 2
(차아염소산나트륨)		 - X 7
비교예 3
(가성소다)		 - X 11
상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 스케일 제거제를 사용한 경우가 기존의 배관 청소제를 사용한 비교예들보다 우수한 스케일 제거 효율을 가짐을 알 수 있다. 이는 스케일의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)이 반응에 의해 생성된 CO2에 의해 용해, 제거되었기 때문인 것으로 판단된다. 특히, 실시예 1 ~ 7의 경우가 스케일 제거능에 효과적임을 알 수 있다. 이는 킬레이트제나 계면활성제의 세정효과에 더하여, 천연 유기산의 세정작용에 의해 스케일 제거능이 향상되고, 이와 함께 효소(리파아제)에 의해 반응이 촉진되었기 때문인 것으로 판단된다.
실시예 1 ~ 7을 대비하여 보면, 천연 유기산과 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 배합비율에 따라 스케일 제거 효율이 달라짐을 알 수 있다. 상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 바람직한 비율로서 4 : 6 ~ 6 : 4의 배합비율(실시예 3 ~ 6)에서 매우 우수한 제거 효율(92% 이상)을 보임을 알 수 있다. 아울러, 첨부된 도 2는 실시예 4에 따른 스케일 제거제를 사용하여 공업용수 폐배관에 대한 스케일 제거 과정을 보인 사진이다. 도 2에 보인 바와 같이, 육안 관찰을 통해서도 스케일이 깨끗하게 제거됨을 알 수 있다.
또한, 실시예 10에서와 같이 물에 드라이아이스만 사용한 경우에도 비교예 2 및 비교예 3보다 높은 제거 효율을 보임을 알 수 있다. 이는 드라이아이스(CO2)가 스케일(CaCO3) 제거에 효과적임을 의미한다.
한편, 실시예 4와 실시예 8을 대비하여 보면, 동일한 조건에서 효소(리파아제)를 더 첨가한 경우(실시예 4)가 그렇지 않은 경우(실시예 8)에 비하여 스케일 제거능이 높게 평가됨을 알 수 있다. 이는 실시예 4의 경우, 효소의 첨가에 의해 천연 유기산(말릭산)과 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 반응속도가 빨라지고 CO2 생성량이 많아졌기 때문인 것으로 판단된다.
4. RO 필터의 세정 시험(1)
상기 실시예 4, 실시예 8 및 실시예 9에 따른 스케일 제거제를 세정제로 사용하여, RO 필터에 대한 세정 시험을 진행하였다. RO 필터는 폴리아미드계로서 신규의 RO 필터 모듈을 구입하여 사용하였다. 상기 RO 필터 모듈을 RO 멤브레인 장치에 장착한 다음 10bar, 5℃의 운전 조건에서 다음과 같이 세정 시험을 진행하였다. 첨부된 도 3은 본 세정 시험에 사용된 RO 멤브레인 장치의 사진이다.
(a) 오염 전 투과 유량(Qi) - 장치의 급수부에 증류수를 공급하여 RO 필터를 투과한 생산수의 투과 유량(L/min)을 측정하였다.
(b) 오염 - 장치의 급수부에 오염수를 약 2일 동안 공급하여 RO 필터를 오염시켰다. 오염수는 소금물에 석회질 시멘트 분말과 계면활성제(라우릴황산나트륨)을 소량 첨가한 스케일 수용액을 사용하였다.
(c) 오염 후 투과 유량(Qf) - 다음으로, 위 오염된 RO 필터가 장착된 장치에 증류수를 공급하여 RO 필터를 투과한 생산수의 투과 유량(L/min)을 측정하였다.
(d) 세정 - 오염된 RO 필터를 장치로부터 분리한 다음, 이를 실시예에 따른 세정제가 담긴 처리 욕조에 약 2시간 동안 상온에서 침지한 후, 증류수로 수세하는 세정(COP 세정)을 진행하였다.
(e) 세정 후 투과 유량(Qc) - 위 세정된 RO 필터를 장치에 장착하고, 급수부에 증류수를 공급하여 RO 필터를 투과한 생산수의 투과 유량(L/min)을 측정하였다.
(f) 재생율(%) - 하기 [수학식 2]에 따라 RO 필터의 재생율(회복율)을 평가하였다. 이상의 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
[수학식 2]
재생율(%) = (Qc/Qi) x 100
여기서, Qc는 세정 후에 RO 필터를 투과한 생산수의 투과 유량(L/min)이고, Qi는 초기 RO 필터(오염 전)를 투과한 생산수의 투과 유량(L/min)이다.
한편, 비교 시편으로는 산 세정과 알칼리 세정을 병행한 것을 대상으로 하였다. 구체적으로, 비교 시편은 상기와 같이 동일한 방법으로 오염시킨 RO 필터에 대하여, 약 5중량%의 염산 수용액을 이용한 제1차 산 세정과, 약 8중량%의 수산화나트륨 수용액을 이용한 알칼리 세정과, 약 5중량%의 염산 수용액을 이용한 제2차 산 세정과, 증류수 수세를 진행하였다. 제1차 산 세정은 약 5시간 동안 상온에서 침지하여 진행하고, 알칼리 세정은 약 3시간 동안 상온에서 침지하여 진행하였으며, 제2차 산 세정은 약 1시간 동안 상온에서 침지하여 진행하였다. 이때, 상기 염산 수용액과 수산화나트륨 수용액은 각각 킬레이트제(EDTA)와 계면활성제(비이온성 솔비탄계)가 첨가된 것이 사용되었다. 상기와 동일한 방법으로 투과 유량(L/min)과 재생율(%)을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
< RO 필터의 세정 시험결과 >
비 고 투과 유량(L/min) 재생율(%) 세정 시간
(침지)
오염 전
(Qi)		 오염 후
(Qf)		 세정 후
(Qc)
실시 시편
(실시예 4)		 24.1 7.4 21.3 88.38 2hr
실시 시편
(실시예 8)		 24.0 7.5 19.7 82.08 2hr
실시 시편
(실시예 9)		 24.1 7.3 16.4 68.05 2hr
비교 시편
(산 → 알칼리→ 산)		 24.1 7.5 14.3 59.34 9hr
(산 5hr, 알칼리 3hr, 산 1hr)
상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 실시 시편들이 비교 시편(산 → 알칼리 → 산)보다 세정 시간(침지)이 짧았음에도 향상된 재생율(%)을 보임을 알 수 있다. 또한, 실시예 4에 따른 스케일 제거제(유기산 및 효소를 포함)를 사용한 경우가 가장 높은 재생율(%)을 보임을 알 수 있다.
5. RO 필터의 세정 시험(2)
국내 반도체 부품 제조사에서 폐기된 RO 필터를 입수하고, 이를 다수개로 절단한 다음, 상기 절단된 RO 필터 시편에 대하여 세정을 진행하였다. 세정은, 먼저 실시예 4에 따른 스케일 제거제에 약 2시간 동안 상온에서 침지한 후, 흐르는 물로 수세하는 과정으로 진행하였다. 첨부된 도 4는 상기 RO 필터 시편의 세정 전과 세정 후의 모습을 보인 사진이다. 도 4에 보인 바와 같이, RO 필터 시편에 부착된 부착물이 세정 후에 깨끗하게 제거되었음을 알 수 있다.
이상의 실험예를 통해서 확인되는 바와 같이, 실시예들에 따른 스케일 제거제는 스케일 성분 중 적어도 탄산칼슘(CaCO3)을 효과적으로 제거하여, RO 필터의 재생율(성능 회복)을 향상시킴을 알 수 있다. 또한, 유기산과 효소를 더 포함하는 경우에 더욱 향상된 특성을 가짐을 알 수 있다.

Claims (13)

  1. 역삼투압 필터에 부착된 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 탄산칼슘 제거제를 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄산칼슘 제거제는,
    이산화탄소와 물을 포함하고,
    하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
    [반응식]
    CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄산칼슘 제거제는,
    이산화탄소를 발생시키는 CO2 전구체와,
    물을 포함하고,
    하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
    [반응식]
    CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄산칼슘 제거제는,
    유기산과,
    상기 유기산과 반응하여 이산화탄소를 발생시키는 CO2 전구체를 포함하고,
    하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
    [반응식]
    CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스케일 제거제는, 상기 유기산과 CO2 전구체의 반응을 촉진시키는 효소를 더 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스케일 제거제는, 킬레이트제를 더 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 유기산은 아스코르빈산, 아세트산, 설파믹산, 숙신산, 말론산, 말레익산, 타르타르산, 락트산, 옥살산, 시트릭산 및 말릭산으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
    상기 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스, 탄산수소나트륨, 세스퀴탄산나트륨 및 트로나로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 역삼투압 필터의 스케일 제거제.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 스케일 제거제를 포함하는 역삼투압 필터의 세정제.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 스케일 제거제를 사용하여 역삼투압 필터를 세정하는 역삼투압 필터의 세정방법.
  10. 물을 포함하는 처리 용액에 CO2 전구체를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및
    상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 역삼투압 필터에 접촉시키는 세정단계를 포함하고,
    상기 세정단계에서는, 하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 역삼투압 필터의 세정방법.
    [반응식]
    CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
  11. 유기산과 물을 포함하는 제1제와, CO2 전구체를 포함하는 제2제를 준비하는 단계;
    상기 제1제와 제2제를 혼합하여 CO2가 생성된 스케일 제거제를 얻는 단계; 및
    상기 CO2가 생성된 스케일 제거제를 역삼투압 필터에 접촉시키는 세정단계를 포함하고,
    상기 세정단계에서는, 하기 반응식을 포함하는 반응을 통해 스케일 중의 탄산칼슘(CaCO3)을 제거하는 역삼투압 필터의 세정방법.
    [반응식]
    CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O → Ca(HCO3)2
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1제 및 제2제 중에서 선택된 하나 이상은, 상기 유기산과 CO2 전구체의 반응을 촉진시키는 효소를 더 포함하는 역삼투압 필터의 세정방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 CO2 전구체는 탄산수, 드라이아이스, 탄산수소나트륨, 세스퀴탄산나트륨 및 트로나로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 역삼투압 필터의 세정방법.
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