수처리 응용 분야에서 초여과막의 공정 분석 (I)

한외여과막의 투과도는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 일반적으로 수용액의 점도는 온도가 증가함에 따라 감소하므로 유동 저항이 줄어들고, 이에 따라 투과율이 증가합니다. 따라서 설계 시 작업 현장의 공급 용액 온도를 고려해야 합니다. 과거에는 한외여과가 수처리 및 기타 산업 정화, 농축, 분리 공정에서 전처리 또는 고도처리 방법으로 널리 사용되었습니다. 수처리 과정네, 중공사막은 고도 정화 수단으로 자주 사용됩니다. 중공사막의 특성상, 상수도 공급에 있어 특정 전처리 요건이 존재합니다. 물 속의 부유물질, 콜로이드, 미생물 및 기타 불순물이 막 표면에 부착되어 파울링을 유발할 수 있습니다.

한외여과막은 투수량이 비교적 높기 때문에 막 표면에 포집되는 불순물의 농도가 급격히 증가하여 농도 분극 현상이 발생합니다. 더욱 심각한 것은 매우 미세한 입자들이 막 기공으로 침투하여 물 통로를 막을 수 있다는 점입니다. 또한, 물속의 미생물과 그 대사산물이 생성하는 점성 물질도 막 표면에 부착됩니다. 이러한 모든 요인들은 한외여과막의 투과성을 저하시키고 분리 성능을 변화시킵니다. 동시에, 한외여과 공정에는 온도, pH 값, 농도 등의 제약 조건이 존재합니다.정수 공급.

따라서 초여과수를 공급할 때 공급 요구사항을 충족하고, 초여과막의 수명을 연장하며, 수처리 비용을 절감하기 위해서는 적절한 전처리 및 수질 조정이 필수적입니다.

미생물(박테리아, 조류) 제거

물에 미생물이 포함되어 있을 경우, 전처리 시스템에 유입된 후 일부 미생물이 다중 여과기의 여과막 표면과 같은 전처리 시스템에 부착될 수 있습니다. 이러한 미생물이 한외여과막 표면에 부착되면 증식하여 미세 기공은 물론 중공사막 내부까지 완전히 막아버릴 가능성이 있습니다.

미생물의 존재는 중공사막 한외여과막에 매우 해롭습니다. 원수에서 박테리아와 조류를 제거하는 것은 매우 중요합니다. 수처리 공정에서는 일반적으로 염화나트륨(NaClO) 및 오존(O3)과 같은 산화제를 1~5mg/L 농도로 첨가합니다. 자외선 살균도 사용할 수 있습니다. 실험실에서는 중공사막 한외여과막 모듈을 과산화수소(H2O2) 또는 과망간산칼륨 수용액을 30~60분 동안 순환시켜 살균할 수 있습니다.

미생물 처리는 미생물을 죽일 수는 있지만 물에서 완전히 제거할 수는 없으며, 단지 미생물의 증식을 억제할 뿐입니다.

유입수 탁도 감소

물에 부유물질, 콜로이드, 미생물 및 기타 불순물이 포함되어 있으면 일정 정도의 탁도가 발생합니다. 이 탁도는 빛의 투과를 방해하며, 이러한 광학적 효과는 불순물의 양, 크기 및 모양과 관련이 있습니다. 탁도는 일반적으로 도(degree) 단위로 측정되며, 이산화규소(SiO2) 1mg/L는 1도의 탁도를 나타냅니다. 탁도가 높을수록 불순물 함량이 높다는 것을 의미합니다.

분야마다 상수도 탁도에 대한 요구 조건이 다릅니다. 예를 들어, 일반 가정용수의 탁도는 5도를 넘지 않아야 합니다. 탁도 측정은 원수에 빛을 통과시켜 물속 입자에 의해 반사되는 빛의 양, 색, 불투명도를 측정하는 방식이기 때문에 입자의 크기, 개수, 모양이 모두 측정에 영향을 미칩니다. 탁도와 부유물질 사이의 관계는 불규칙적입니다. 탁도는 수 마이크로미터보다 작은 입자는 반영하지 못합니다.

막처리에서 정수 필터의 정밀한 미세구조는 분자 수준, 심지어 이온 수준에서도 입자를 포집하기 때문에 탁도는 수질을 정확하게 나타내는 지표가 될 수 없습니다. 원수 오염 경향을 예측하기 위해 SDI(자체 용존 섭취량) 테스트가 개발되었습니다.

SDI 값은 주로 물 속 콜로이드 및 부유 고형물의 양을 측정하는 데 사용되며, 시스템 유입수의 수질을 나타내는 중요한 지표입니다. SDI 값은 일반적으로 0.21 MPa의 일정한 유속 조건에서 0.45 μm 미세 다공성 멤브레인을 사용하여 측정합니다. 먼저, 500 ml의 물 시료를 여과하는 데 걸리는 시간(t0)을 기록합니다. 그런 다음, 동일한 조건에서 15분 동안 물을 추가로 흘려보내고, 500 ml의 물 시료를 다시 여과하는 데 걸리는 시간(t15)을 기록합니다. 이후 다음 공식을 사용하여 SDI 값을 계산합니다: SDI = (1 - t0/t15) × 100/15. 물 속 SDI 값의 크기는 콜로이드 오염 정도를 대략적으로 반영합니다. 지하수는 SDI가 3 미만이고, 지표수는 SDI가 5 이상이며, SDI 한계치는 6.66…으로, 전처리가 필요함을 나타냅니다.

초여과 기술은 SDI(고형물 밀도 지수)를 낮추는 데 가장 효과적입니다. 중공사막 초여과 멤브레인으로 처리된 물은 SDI가 0이 됩니다. 그러나 SDI가 너무 높거나, 특히 큰 입자들이 중공사막 초여과 멤브레인을 심하게 오염시키는 경우에는 초여과 공정에서 전처리가 필요합니다. 이러한 전처리는 석영 모래, 활성탄 또는 복합 여과재로 채워진 필터를 사용하여 수행할 수 있습니다. 수질 조건에 따라 적절한 전처리 방법이 다르기 때문에 정해진 공식은 없습니다.

예를 들어, 탁도가 낮은 수돗물이나 지하수의 경우, 5~10μm 정밀 필터(벌집형, 멜트블로운, PE 소결관 필터 등)를 사용하면 일반적으로 탁도를 약 5까지 낮출 수 있습니다. 정밀 필터 전에는 응집제를 첨가해야 하며, 이중 또는 다층 여과재를 사용해야 합니다. 일반적으로 여과 속도는 10m³/h를 넘지 않아야 하며, 7~8m³/h가 이상적입니다. 여과 속도가 느릴수록 정수된 물의 수질이 향상됩니다.

부유 고형물 및 콜로이드 물질 제거

입자 크기가 5μm보다 큰 불순물의 경우, 5μm의 여과 정밀도를 가진 필터를 사용하여 제거할 수 있습니다. 그러나 0.3~5μm 사이의 미세 입자 및 콜로이드의 경우, 기존의 여과 기술로는 제거하기 어렵습니다. 한외여과는 이러한 입자 및 콜로이드를 완전히 제거하는 효과가 있지만, 중공사 한외여과막에는 매우 손상을 줄 수 있습니다. 특히, 콜로이드 입자는 전하를 띠고 있으며 분자와 이온의 응집체입니다. 물 속에서 콜로이드의 안정성은 주로 동일한 전하를 띤 콜로이드 입자들 사이의 상호 반발력에 기인합니다.

원수에 콜로이드 입자와 반대 전하를 띠는 물질(응집제)을 첨가하면 콜로이드 입자의 안정성이 깨지고 중화되어 분산된 콜로이드 입자들이 큰 덩어리로 응집됩니다. 이렇게 형성된 덩어리는 여과 또는 침전 과정을 통해 쉽게 제거할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 응집제로는 황산알루미늄, 폴리염화알루미늄, 황산제일철, 염화제2철과 같은 무기 전해질과 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산나트륨, 폴리이미드와 같은 유기 응집제가 있습니다. 이러한 고분자 응집제는 콜로이드 입자의 표면 전하를 중화시키고 수소 결합 및 가교를 형성하여 응집 및 침전을 신속하게 진행시켜 수질을 크게 개선합니다. 따라서 최근에는 고분자 응집제가 무기 응집제를 대체하는 추세를 보이고 있습니다.

응집제를 첨가할 때, 응집 효과를 높이기 위해 pH 조절제(석회 및 탄산나트륨), 산화제(염소 및 표백분말), 안정제(수용성 섬유) 및 흡착제(폴리아크릴아미드)와 같은 응집 보조제를 첨가할 수 있습니다.

응집제는 종종 수용액 형태로 제조되어 계량 펌프를 사용하여 첨가되거나, 상수도관에 설치된 주입기를 통해 수처리 시스템에 직접 투입될 수 있습니다.

용해성 유기물질 제거

용해성 유기물은 응집 침전, 다중 매체 여과 또는 한외여과로는 완전히 제거할 수 없습니다. 현재는 산화 또는 흡착 방법이 일반적으로 사용됩니다.

(1) 산화 방법: 염소 또는 차아염소산나트륨(NaClO)을 이용한 산화는 용해성 유기물을 제거하는 데 효과적이다. 오존(O3)과 과망간산칼륨(KMnO4)도 좋은 산화제이지만 비용이 약간 더 높다.

(2) 흡착 방법: 활성탄 또는 거대다공성 흡착 수지는 용해성 유기물을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 그러나 흡착이 어려운 알코올과 페놀의 경우에는 산화가 여전히 필요합니다.