막분리 공정

막분리란 무엇인가

막분리 공정은 반투과성 막의 선택적 투과를 이용하는 공정이다.

압력차를 추진력으로 물속 입자, 미생물, 용존물질을 분리한다.

쉽게 말해 아주 촘촘한 체로 물을 거르는 기술이다.

막의 구조와 용어

원수는 막을 통과한 투과수와 막면에 남아 농축되는 농축수로 나뉜다.

막차압은 막 양쪽의 압력차로, 물을 막에 통과시키는 구동력이다.

플럭스는 단위 막면적당 단위시간에 투과하는 유량으로 막 생산성을 나타낸다.

막이 물질을 걸러내면 막면 근처 농도가 높아지는 농도분극이 생긴다.

막공정의 분류와 비교

정밀여과, 한외여과, 나노여과, 역삼투는 분리 대상 크기에 따라 나눈 막공정이다.

정밀여과는 체거름으로 현탁 입자와 큰 세균을 걸러 구동 압력이 가장 낮다.

역삼투는 거의 모든 이온성 물질을 분리하며, 삼투압을 넘는 높은 압력이 필요하다.

공극이 작아질수록 분리 범위는 넓어지지만 압력과 설비비가 함께 커진다.

회수율 계산

회수율은 공급수량에 대한 투과수량의 비율이다.

공급수량 1,000㎥/d에서 농축수가 100㎥/d 나오면 투과수는 900㎥/d이다.

따라서 회수율은 90%이며, 일반 막여과 정수의 설계 기준 범위에 든다.

운전과 막오염

막면과 막 구멍에 물질이 쌓이면 투과 저항이 커지는 막오염이 생긴다.

막오염이 진행되면 막차압이 올라가므로, 플럭스와 막차압을 주기적으로 기록한다.

정전류 운전에서는 막차압이 오르고, 정압 운전에서는 플럭스가 감소한다.

막차압이 한계에 이르면 역세척이나 약품 세정으로 투과도를 회복시킨다.

시험에서 헷갈리는 점

시험에서 자주 틀리는 것은 압력 기준과 분리 메커니즘 기준을 섞는 것이다.

문항이 psi를 요구하면 psi로 쓰고, 필요하면 MPa를 괄호로 병기한다.

막오염 원인은 농도분극과 케이크층으로 나눠 쓰면 점수가 높다.

정리와 정답

정답은 용해·확산이다. 역삼투는 막 재질 속 확산으로 물 분자만 통과시킨다.

핵심은 선택성과 투과성의 균형이다. 공극이 작을수록 선택성은 높지만 플럭스가 떨어진다.