수처리 응용 분야에서 초여과막의 공정 분석 (II)

상수도 수질 조정

【급수 온도 조절】

투과성 초여과막투과율은 온도와 직접적인 관련이 있습니다. 초여과막 모듈의 투과율은 일반적으로 25℃의 순수를 사용하여 측정합니다. 초여과막의 투과율은 온도에 정비례하며, 온도 계수는 약 0.02/1℃입니다. 즉, 온도가 1℃ 상승할 때마다 투과율은 약 2.0% 증가합니다. 따라서 공급수의 온도가 낮을 ​​경우(예: 5℃ 미만), 가열 조치를 통해 더 높은 온도에서 작동시켜 효율을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 지나치게 높은 온도는 막에 손상을 주어 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 이 경우 냉각 조치를 통해 공급수의 온도를 낮출 수 있습니다.

【급수 pH 조절】

재질에 따라 초여과막의 pH 범위가 다릅니다. 예를 들어, 셀룰로오스 아세테이트 막은 pH 4~6에 적합하고, PAN 및 PVDF 막은 pH 2~12 범위에서 사용할 수 있습니다. 유입수의 pH가 이 범위를 벗어나면 pH 조절이 필요합니다. 일반적으로 사용되는 pH 조절제로는 산(HCl 및 H₂SO₄)과 알칼리(NaOH)가 있습니다. 용액 내 무기염은 초여과막을 투과할 수 있으므로 무기염으로 인한 농도 분극이나 스케일링 문제는 발생하지 않습니다. 따라서 전처리 수질 조절 과정에서 무기염이 막에 미치는 영향은 일반적으로 고려되지 않습니다. 전처리 과정의 초점은 콜로이드층 형성 방지, 막 오염 방지 및 막힘 방지에 맞춰집니다.

작동 매개변수의 정확한 이해 및 실행은 초정밀 장비의 장기적이고 안정적인 작동에 매우 중요합니다.여과 시스템일반적으로 이러한 매개변수에는 유량, 압력, 압력 강하, 농축액 배출률, 회수율 및 온도가 포함됩니다.

에이.

유량: 유량은 막 표면을 흐르는 공급 용액(공급수)의 선형 속도를 의미합니다. 이는 초여과 시스템에서 매우 중요한 작동 변수입니다. 유량이 너무 높으면 에너지가 낭비되고 과도한 압력 강하가 발생할 뿐만 아니라 초여과 막의 파과 성능 저하가 가속화됩니다. 반대로 유량이 너무 낮으면 막 표면에 형성되는 경계층의 두께가 증가하여 농도 분극 현상이 발생하고, 이는 투과량과 투과수 수질 모두에 영향을 미칩니다. 최적의 유량은 실험적으로 결정됩니다.

중공사막 한외여과막은 유입수압이 0.2 MPa 이하로 유지될 때 내부압력 하에서 유속이 0.1 m/s에 불과하여 완전한 층류 흐름을 나타냅니다. 외부압력식 한외여과막은 더 높은 유속을 얻을 수 있습니다. 모세관 한외여과막의 경우, 모세관 직경이 3 mm에 도달하면 유속을 적절히 증가시킬 수 있으며, 이는 농도 경계층을 줄이는 데 유리합니다.

두 가지 사항을 지적해야 합니다. 첫째, 유속은 입구 압력과 공급액 유량에 따라 달라지므로 임의로 결정할 수 없습니다. 둘째, 중공사막이나 모세관막의 경우 입구에서 유속이 일정하지 않습니다. 농축액 유량이 공급액 유량의 10%일 때, 출구 유속은 입구 유속의 약 10%입니다. 또한, 압력을 높이면 투과액 유량은 증가하지만 유속 증가에는 거의 영향을 미치지 않습니다. 따라서 모세관 직경을 늘리고 농축액 배출 유량(재순환 유량)을 적절히 증가시키면 유속을 향상시킬 수 있으며, 특히 전기영동 페인트 회수와 같은 초여과 농축 공정에서 초여과율을 효과적으로 높일 수 있습니다.

허용 압력 범위 내에서 물 공급량을 늘리고 최대 유량을 선택하는 것은 중공사막 한외여과막의 성능을 확보하는 데 도움이 됩니다.

비.

압력 및 압력 강하: 중공사형 한외여과막의 작동 압력 범위는 0.1~0.6 MPa이며, 이는 일반적으로 한외여과 범위 내에서 용액 처리에 사용되는 일반적인 작동 압력을 의미합니다. 분자량이 다른 물질을 분리하려면 해당 분자량 차단값을 갖는 한외여과막을 선택해야 하므로 작동 압력도 달라집니다. 일반적으로 플라스틱 외피를 가진 중공사형 내압막의 경우 외피의 내압 저항은 0.3 MPa 미만이고, 중공사 자체의 내압 저항도 일반적으로 0.3 MPa 미만입니다. 따라서 작동 압력은 0.2 MPa 미만이어야 하며, 막 양단의 압력 차이는 0.1 MPa를 초과해서는 안 됩니다. 외압형 중공사형 한외여과막은 최대 0.6 MPa의 압력을 견딜 수 있지만, 플라스틱 외피를 가진 외압형 막 모듈의 작동 압력은 0.2 MPa입니다. 다만, 내압막은 직경이 더 크기 때문에 외압막으로 사용할 경우 접합 부위가 쉽게 눌리거나 절단되어 손상될 수 있다는 점을 지적해야 합니다. 따라서 내압막과 외압막은 서로 호환되지 않습니다.

다음 공정에 사용할 초여과액에 특정 압력이 요구되는 경우, 스테인리스강 케이스의 초여과막 모듈을 사용해야 합니다. 이 중공사막 초여과막 모듈은 0.6 MPa의 압력에서 작동할 수 있으며, 초여과액은 30m 수주압(0.3 MPa)의 압력으로 공급합니다. 단, 중공사막 내부와 외부의 압력 차이는 0.3 MPa를 넘지 않도록 유지해야 합니다.

작동 압력을 선택할 때는 멤브레인과 케이싱의 내압성 외에도 멤브레인의 압축성과 내오염성을 고려해야 합니다. 압력이 높을수록 투과 유량은 증가하지만, 멤브레인 표면에 포집 물질이 더 많이 축적되어 저항이 증가하고 투과율이 감소합니다. 또한, 멤브레인 미세 기공으로 유입되는 입자가 채널을 막을 가능성이 높아집니다. 따라서 가능하면 낮은 작동 압력을 선택하는 것이 멤브레인의 성능을 최대한 활용하는 데 유리합니다.

중공사막 한외여과 모듈의 압력 강하는 공급 유입구의 압력과 농축액 배출구의 압력 차이를 의미합니다. 압력 강하는 물 공급량, 유량, 농축액 배출량과 밀접한 관련이 있습니다. 특히 내부 압력식 중공사막이나 모세관 한외여과막의 경우, 유속과 막 표면의 압력은 물의 흐름 방향을 따라 점진적으로 변화합니다. 공급량, 유속, 농축액 배출량이 클수록 압력 강하가 커져 하류 막 표면 압력이 요구되는 작동 압력에 도달하지 못하게 됩니다. 이는 막 모듈의 총 물 생산량에 영향을 미칩니다. 실제 적용에서는 압력 강하가 과도하게 커지지 않도록 제어해야 합니다. 운전 시간이 증가함에 따라 막 오염으로 인해 유동 저항이 증가하고, 이는 압력 강하를 더욱 크게 만듭니다. 압력 강하가 초기값을 0.05 MPa 이상 초과하면 물 통로의 세척 및 막힘 제거가 필요합니다.

기음.

회수율 및 농축액 배출량: 초여과 시스템에서 회수율과 농축액 배출량은 상호 제한적인 요소입니다. 회수율은 투과수량 대비 공급수량의 비율을 나타내며, 농축액 배출량은 투과 전에 배출되는 물의 양을 의미합니다. 공급수량은 농축액량과 투과수량의 합과 같으므로, 농축액 배출량이 많으면 회수율이 낮아집니다. 초여과 시스템의 정상적인 작동을 보장하기 위해 모듈의 최소 농축액 배출량과 최대 회수율을 규정해야 합니다.

일반적인 수처리 프로젝트에서 중공사막 한외여과 모듈의 회수율은 약 50~90%입니다. 회수율 선택은 원액의 조성 및 상태, 제거 가능한 물질의 양, 막 표면에 형성되는 파울링 층의 두께 및 이것이 투과 유량에 미치는 영향 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 많은 경우, 농축액을 원액 시스템으로 다시 배출하는 방식으로 더 낮은 회수율을 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 순환량이 증가하여 파울링 층의 두께가 감소하고, 결과적으로 투과 유량이 향상되며, 경우에 따라 단위 투과량당 에너지 소비량을 증가시키지 않고도 효과를 볼 수 있습니다.

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작동 온도: 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.

특히 계절 변화가 있을 때는 온도가 너무 낮을 경우 온도 조절을 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 온도 변화에 따라 투과율이 약 50%까지 변동될 수 있습니다. 또한, 지나치게 높은 온도도 막 성능에 영향을 미칩니다. 정상적인 상황에서 중공사형 한외여과막의 작동 온도는 25±5℃입니다. 더 높은 온도가 필요한 경우에는 고온 내성 막 재질 및 외피 재질을 선택할 수 있습니다.