역삼투막 오염의 원인

Thread Content

　　화공707 뉴스넷 보도에 따르면, 막 오염이란 막과 접촉하는 액체 내의 미세 입자나 콜로이드 입자, 혹은 용질의 대분자들이 막과 물리적·화학적으로 상호작용을 일으키거나, 농도 차이로 인해 특정 용질의 막 표면 농도가 그 용해도를 초과하게 되는 것을 말합니다. 또한 기계적인 작용으로 인해 막 표면이나 막의 구멍에 흡착되거나 침전되어 막의 구멍 크기가 줄어들거나 막혀버리는 현상도 포함됩니다. 이로 인해 막의 투과율과 분리 성능에 돌이킬 수 없는 변화가 생깁니다. 　　오염물질, 특히 단백질과 같은 대분자들이 막 표면 및 막 구멍 내부에 흡착되면서 발생하는 유량 감소와 분리 능력 저하가, 막의 유량이 감소하는 주된 원인입니다.하지만 막 오염으로 인한 유량 감소는 종종 농도차 극화 현상으로 인한 가역적인 유량 감소와 섞이게 되어, 막 분리 효과가 더욱 저하됩니다. 　　역삼투막의 오염 원인
역삼투 시스템이 작동하는 동안, 폐수나 오염된 물에 포함된 금속 이온, 미생물, 용해되지 않는 침전물, 유기 오염물질, 생물학적 점착물, 콜로이드, 지방 등이 장시간 동안 막과 접촉하게 됩니다. 이로 인해 막이 오염되어 막의 투과율과 분리 성능이 현저히 저하되고, 압력도 상승합니다.그 원인은 주로 다음과 같은 몇 가지 요소들입니다:
1) 농도 차이에 의한 극화 현상
역삼투압 탈염 시스템에서는 막의 선택적 투과성으로 인해 물 분자들이 고압 측에서 계속해서 막을 통과하지만, 용질 분자들은 여전히 원래의 용액에 남아 있습니다. 이로 인해 막 표면에 있는 액체와 입구의 액체 사이에 농도 차이가 생기게 되며, 심한 경우에는 매우 높은 농도 구배가 발생합니다. 이러한 현상을 농도 차이에 의한 극화 현상이라고 합니다.농도 차이에 의한 극화 현상으로 인해 용액의 삼투압이 증가하고, 유효한 추진력이 감소하여 물의 투과 속도와 탈염율이 낮아집니다. 　　2) 이온 스케일 형성
CaCO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaF2, SiO2와 같이 용해도가 낮은 염들은 반투과 과정에서 농축되면서 그 용해도를 초과하여 침전될 수 있습니다. 이로 인해 침전물들이 막 표면이나 워터 인렛에 남아 수질을 악화시키는 스케일을 형성합니다.J.H. Bruus 등은 슬러지에서 Ca2+를 추출하면 소입자의 수와 여과 저항이 증가한다는 것을 발견했습니다. 　　3) 금속 산화물 침착　일반적으로 저가의 철 이온과 망가니즈 이온을 함유한 짠물 성분의 우물물은 일정한 환원성을 가지고 있습니다. 이러한 수원에서는 철, 알루미늄, 망가니즈 등이 막 표면에 콜로이드 입자 형태로 쌓여 막이 막히는 주된 원인이 됩니다.철이 산화되는 데 필요한 pH 값이 낮아, 반삼투압 시스템에서 철로 인한 막 막힘 현상이 자주 발생합니다.막 표면에 용해성 이가바리철과 삼가바리철이 침전되는 원인이 될 수 있는 오염물질로는 다음과 같은 것들이 있습니다. 첫째, 이가바리철이 포함된 원수에 산소가 유입되는 경우입니다. 둘째, 알칼리도가 높은 원수에서 FeCo3가 생성되는 경우입니다. 셋째, 철과 규소가 반응하여 녹지 않는 규산철이 형성되는 경우입니다. 넷째, 철을 환원시키는 세균의 작용으로 인해 생물막이 더욱 번식하고 철 스케일이 더 많이 침전됩니다. 다섯째, 철을 함유한 응집제의 변화로 인해 콜로이드 상태의 철이 생성되는 경우입니다. 마지막으로, 철, 알루미늄, 망가니즈와 같은 금속들이 오염을 일으킬 경우, 생산되는 물의 양이 줄어들고 압력 차이가 증가합니다. 　　4) 생물 슬러지의 생성　막 표면에 생명력이 왕성한 미생물 슬러지가 쌓이면, 막이 제거하는 염분들은 점성층에 갇혀 물에 의해 쉽게 씻겨 나가지 않습니다. 이로 인해 미생물들이 성장하는 데 필요한 영양분이 공급됩니다. 또한, 반삼투압 공정에 들어가기 전에 처리 과정에서 첨가되는 결석 방지제(예: 폴리말레산, 아미노트리메틸인산 등)나 연수제도 미생물의 성장을 촉진합니다.유기성 및 무기성 용해성 물질들과 입자들은 효과적인 전처리를 통해 제거될 수 있습니다. 하지만 증식 가능한 미생물 입자들의 경우, 전처리 후에도 0.01%만 남아 있더라도 물속에 있는 생분해성 물질들을 이용해 스스로 증식할 수 있습니다. 이것이 바로 생물학적 슬러지가 어떤 시스템에서든 오염을 일으키는 주된 원인 중 하나입니다. 　　5) 콜로이드 오염 　지하수와 지표수에는 철, 알루미늄, 규소, 유기물과 같은 물질들이 포함되어 있습니다. 이러한 물질들과 전처리 과정에서 추가된 응집제, 보조 응집제, 스케일 방지제 등이 결합하여 콜로이드를 형성하고, 이 콜로이드가 막 표면에 침착되면서 콜로이드 오염이 발생합니다.규산 콜로이드는 물속에서 가수분해되어 Si(OH)4를 생성하며, 특정 조건 하에서는 중합 반응이 일어납니다. mSi(OH)4-(SiO2)m + 2mH2O가 결합하여 SiO2로 구성된 콜로이드 핵이 만들어지고, 이 핵은 계단식으로 이온화되면서 H+가 방출되어 음전하를 띤 콜로이드가 형성됩니다. 　　콜로이드 오염은 동일한 전하를 띠어 상당히 안정적이어서 침전되기 어렵고, 막을 쉽게 오염시켜 수분 투과율이 저하됩니다.일반적으로 이러한 경향은 오염 지수(SDI)를 사용하여 평가합니다.보통 SDI가 3일 때 오염이 발생합니다. 　　6) “수격” 현상
역삼투 시스템의 경우, 설계상의 문제나 조립 단계에서 막을 넣는 과정에서 막 케이스 내에 공기가 많이 남아 있습니다. 처리할 액체가 갑자기 막 케이스 안으로 들어가면, 공기는 압축 가능하기 때문에 순식간에 완전히 배출될 수 없습니다. 막 케이스 내의 공기 압력이 일정 수준에 도달하면, 갑자기 폭발적으로 방출되어 막들이 서로 충돌하고 압착되며 움직이게 됩니다. 이로 인해 “수격” 현상이 발생합니다.역삼투 시스템에서 워터해머의 위험은 회복할 수 없는 역삼투 막 소자의 손상을 유발한다는 점에 있습니다. 　　7) 부유 입자에 의한 오염　보안 필터에 “단락”이나 결함이 있어 여과 매체나 부식된 파편, 그리고 작은 실과 같은 이물질들이 새어 나올 경우, 혹은 반투막을 처음 사용할 때 충분히 세척하지 않으면, 막 소자가 오염될 수 있습니다. 이로 인해 물이 통과하는 통로가 막히고, 막 표면에 비결정성 침전물이 생길 수 있습니다.이런 경우는 드물게 발생합니다. 　　8) 기타 요인에 의한 오염 　탄화수소와 실리콘 계열의 오일 및 지방이 막 표면을 덮어막아 막이 오염될 수 있습니다. 또한 막의 가수분해, 유기 용매나 산화성 물질에 의한 침식도 막 재료의 성질을 변화시킬 수 있습니다