멜브레인이란

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  3) 관상(Tubular)형 모듈

 

  (1) 구 조

     o 관상형 모듈은 내압용기안에 파이프 형상의 분리막 element를 여러개 모아 놓은 형태로

     o 분리막 element는 파이프 형태의 다공질 지지돤의 안쪽에 분리기능을 갖는 분림막을 고정시키는 개별 파이프형태 대부분 내압식으로 운전하며 스폰지볼을 이용하여 세정한다.

     o Tubular module은 다른 module 형식에 비해 공급액 유로 입구가 크고 공급액의 유속을 크게할 수 있는 구조로 양호한 유체흐름(Good Fluid Hydrodynamics_을 형성하여 Fouling의 저항성이 크다는 장점이 있어서 비용이 높다는 문제를 극복하고 있지만 일반적으로 U/F 에만 적용되며 유럽을 중심으로 사용되고 있다.

 

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(Tubular Type Membrane : PES and PVDF)

 

    2) 작용 원리

     o 관형 막은 직경이 1225mm 정도로 고압에 견딜 수 있는 다공성 튜브 내에 위치한다. 고압을 지닌 유입수가 튜브내로 유입, 내압식(Inside-out Flow)  여과 형식으로 부유 고형물의 농도가 높은 유입수에 대해 유효한데 예를 들면 치즈 생산공장이나 탈지유 생산공장과 같은 낙농산물의 가공공장에서 탈수에 유용하다.

 

    3) 특 징

     o 거대 입자만을 제거하는 정도의 단순한 전처리 만을 막의 운전이 가능하다.

     o 유속을 크게 할 수 있으므로 막면상의 Scale형성이 적다.

     o 여러가지 세정법의 적용이 가능하므로 세정이 용이. (Sponge Ball 세정 등)

     o Module구조가 간단하므로 막교환이 용이하다. (막교환비용이 싸다)

     o 막면적비 장치용량이 크기 때문에 설치공간이 많이 필요하다.

     o 보통 높은 유속으로 운전하므로 에너지 소비가 많다.

     o 단위 부피당 막의 면적이 크지 않기 때문에 담수화의 경우 사용된 예가 드물다.

     o 충진밀도 작으나 유로단면 커서 고농도의 현탁입자 함유한 액체 적용 가능

 

  4) 평판(Plate & Frame)형 모듈

    (1) 구 조

     o 각 모듈 간격 조절 가능하며, 고농도의 현탁물질 함유한 원수 적용 가능

     o 여과 면적 넓게 하기 위하여 부채형태로 접기도 한다.

     o 평판형 module은 지지판의 양면에 평막을 붙인 것이고 작은 공간을 경계로 일정한 간격으로 층을 이루어 모듈화한 것이다.

     o 현재는 일반적으로 Electrodialysis, Pervaporation System 또는 Small Ultrafiltration 과 R/O System에 제한되어 사용하고 있다. R/O System에 적용되는 것은 보통 수평형배열식을 쓰며, UF system에는 수직형 배열식을 사용한다.

 

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(침지형 평막 Element & Block)

 

   (2) 특 징

     o 각 모듈이 간격 조절이 가능하여 고농도 현탁물질을 함유한 원수에 적용 가능하다.

     o 분해 조립이 가능하여 세정이 용이하다.

     o 각각의 평막 자체만 교체가 가능하다.

     o 반면 평막은 오염물질 부착으로 하중이 아래로 과대하게 집중되면서 막이 찢어지는 경우가 있으며, 이를 보완하기 위하여 중앙에 상하로 보강재를 두기도 한다.

     o 최근에는 평막 사용이 점차 감소하는 추세를 보이고 있다. 

 

  5) 모노리스(Monolith)형 모듈

    (1) 구조 및 원리

      o Tubular막의 변종으로. Malti-lumen막 혹은 malti channel 막이라고도 부른다.

      o 주상에 성형한 지지체에 복수의 유로를 설치하여, 내벽면에 치밀층을 형성한 막으로, 형상(形狀)이 한 본(本)의 석주(石柱)(monolith)를 닮고 있기 때문에 이렇게 부르고 있다.

      o 일반적으로 사용되는 Monolith 막의 재질은 세라믹 계이다. 막의 형상으로 내압식으로 한정된다.

      o 충진밀도 작으나 유로면적 커서 고농도 현탁물질 함유한 원수 적용 가능하다.

 

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(모노리스형 세라믹 멤브레인)

 

    (2) 세라믹 멤브레인 전망

      o 최근 세라믹 멤브레인이 가격이 고가임에도 불구하고 내구성이 우수하여 주목받고 있다.

      o 하지만 세라믹 막은 Pore Size 제어에 한계가 있어 MF/UF 에 제한적으로 적용되는 현실을 감안하면 장기

        적인 적용범위가 제한적일 것으로 여겨진다..

 

contents_img 막 재질별 특징

  1) 막 재질에 따른 분류 

 

고분자 막

(유기막) 

폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF),

폴리술폰(PSF), 셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE) 등

※ 멤브레인 소재의 94%를 차지함. 유연하여 성형가공이 용이함. 내열성, 내약품성에 약함

세라믹 막

( 무기막) 

알루미나,지르코니아, 타이타니아 등의 소재로 이뤄짐

※ 전체 소재의 5% 차지. 고분자막 보다 내열, 내약품성 우수, 가격고가, MF/UF 급의 분리성능 가짐

금 속 막

(무기막) 

스테인레스, 니켈, 팔라듐, 은, 백금, 금 등

※ MF 수준의 분리 성능을 가짐

 

 2) PA 막과 CA 막의 특징

   (1) PA(Polyamide)막 - 복합막(Composite Membrane)

     o 복합막은 막의 분리기능을 담당하는 활성층(비대칭막의 조밀층)과 지지층(다공층)이 기본적으로 다른 재질로 구성 이 막의 제조방법은 막의 두께를 얇게 하면 막투과 유속이 증가한다는 용해 확산설을 기초로 하고있으며, CARNELL & CASSIDY법,FRANCIS법 및 초박막을 다공층 지지체에 직접 COATING하는 방법 등이 있다.

     o 현재는 주로 계면 중합법을 이용하여 역삼투 복합막을 제조한다

     o 복합막은 막의 표면적을 최대한 넓게 만들어 막투과수량을 증가시키고 기존의 CA막에 비해 염 제거율이 월등히 높다, 또한 단위 막면적당 투과 유량이 적고 주로 hollow fiber type으로 사용되며, chemical과 biological agent에 대한 저항력 있다.

   (2) CA(Cellulose Acetate)막 - 비대칭막(Asymetric Membrane)

     o LOBE와 SOURIRAJAN에 의해 개발된 막으로써 두께가 100~200 ㎛인 반투성 막이다

     o 이 막은 두께가 0.25~1㎛의 조밀한 활성층(스킨층)과 수십㎛ 정도의 세공이 다수존재하는 스폰지 형태의 지지층으로 구성되며 이 두 층이 같은 재질로 되어있는 것이 특징이다.

     o 이들 두층중 조밀한 구조의 활성5층만이 탈염작용에 관여하며 지지층은 활성층이 고압에 견디도록 지지해준다

     o 염의 분리작용을 하는 활성층의 두께가 전체의 1/100 이하로 얇은 것은 물의 투과에 대한 저항을 감소시켜 물의 막투과 유속을 증가시키기 위한 것이며, 단위 막 면적당 투과 유량이 많다

 

(CA 막과 PA 막 비교)

항 목

PA 막

CA 막

비 고

pH 범위

2~12

4~6

산 주입

운전압력 (Kgf/㎠)

15

30

동 력

제거율(%)

TDS

99+

98

 

SiO2

99+

95

 

안 정 성

상당히 안정적

안정적

장기물성

물성저하

Flux Rejection

수질악화

 

염투과율 (3년 후)

30%↑

100%↑

 

제 거 율

99% → 98.7%

98% → 96%

 

 

contents_img  막의 설질(구조)별 특징

  1) 생채막 : 미생물과 각종의 기관에 있어서 세포막 등의 생체내에 존재하는 막으로 기능은 분리보다는 물질전달에 관계한다.

  2) 합성막(인공막; Synthetic(Artificial) Membrane) : 인공막은 생채막 이외의 모든막으로 실질적인 수처리 용도 등에 사용되는 통상적인 막

  3) 다공질막 (Porous Membrane) : 막에 실제 세공이 많이 있는 막으로 세공의 크기는 수 나노미크론 이상으로 세공수 많고(개공율 높고), 균일한 공경을 가진 막이 가치 높다.

  4) 비다공질막(Non-Porous Membrane) : 기체분자와 무기이온 등의 물지이 투과되는 세공경을 가진막으로 다공질막과 비다공질박의 사이에 세공경을 가진 막을 미다공질막이라 부른다.

  5) 대칭성막 : 막의 단면을 중심으로 세공이 대칭된 구조를 가지는 막

  6) 비대칭성막 : 막의 단면을 중심으로 표면과 내면이 다른막으로 특수한 얇은 치밀층(0.1~1㎛)과 이것을 지지하는 지지, 즉 다공질 층으로 형성한다.

  7) 단일막 : 막재질이 한종류인 막

  8) 복합막 : 막재질이 2종류 이상으로 막이 합성되어 만들어진 막으로 복합막은 비대칭성막의 일종으로서 분리 기능을 가진 특수한 얇은 치밀층과 재질이 다른 지지층으로 형성된다.

  9) 균질막 : 막의 단면에서 균질한 막으로 균질막은 대칭막으로서 막의 두꺼워 여가저항 크다

  10) 불균질막 : 불균질막은 단면에서 균질하지 않은 막으로 기계적 강도 보강하기 위하여 부직포 위에 분리 기능 형성시킨 막

  11)유기막 : PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polysulfone), CA (Cellulose Acetate), PAN(Polyacrylnitrile), PA(Polyamide) 등의 고분자 물질로 합성되어진 막으로, 고분자 물질로  합성되기 때문에 사용되는 재질도 풍부하고 막형태도 다양하다.

  12) 무기막 : 세라믹이나 스테인레스 등의 무기물질로 만들어진 막으로 형태 한정적이나 내고온성, 내산화성 등 우수하다.

  13)친수성막 : 막표면의 물과 친화력 보이는 소재의 막으로 CA, PVA(Polyvinylalcohol) 등이 있다.

  14) 소수성막 : 막표면의 물과 친화성 없는 막, 즉 방수성을 나타내는 막으로 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polysulfone) 등이 있으며, 소수성막 친화성위해 화학적 처리로 가능하다.
 

(유기막과 무기막의 비교)

재 료

종 류

비 고

Polymer

membrane

(유기막) 

polyalkenes

Polyethylenes(PE), Polypropylene(PP)

Cellulosics

Cellulose Acetate(CA), Cellulose nitrate, Cellulose triacetate

Polyninyls

 

Polysulfones

Bishpenol A Polysulfone, Polyether Sulfone

Polycarbonate

 

Poyamides(PA)

Nylon-6, Aramids

inorganic

(무기막) 

금속성 멤브레인

스테인레스강, 니켈, 은, 플래티늄, 금, 팰래디움 etc.

세라믹 멤브레인

알루미늄, 타이타늄, 실리콘, 저코니움 etc.

유리 멤브레인

다공성 (0.3nm이상) 유리 멤브레인

 

 

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