막오염과 세정

막오염의 정의

막오염은 원수 속 물질이 막 표면과 세공에 쌓여 투과 저항을 키우는 현상이다.

그 결과 투과유량이 줄고, 같은 양을 얻으려면 더 큰 압력이 필요해진다.

그래서 막간차압과 투과유량을 기준으로 세정 시기를 판단한다.

막오염의 유형

막오염은 원인 물질과 막 표면에서 일어나는 현상에 따라 여러 유형으로 나눈다.

대표 유형은 농도분극, 공극 막힘, 케이크층, 스케일링, 생물막오염이다.

이 중 생물막오염은 차아염소산나트륨 등 알칼리 세정으로 제거한다.

막오염의 진행과 저항

막오염은 세 단계로 진행된다. 처음엔 미세입자와 콜로이드가 기공을 막는다.

입자가 쌓이면 케이크층이 두꺼워지고, 미생물 생성물이 고착되어 생물막이 생긴다.

투과 플럭스 J는 구동 압력을 점도와 총 저항의 곱으로 나눈 값이다.

같은 TMP에서 저항이 늘면 플럭스가 줄고, 같은 플럭스를 유지하려면 TMP를 올려야 한다.

계산 예제 TMP

막간차압은 점도와 플럭스, 총 막저항을 곱해서 구한다.

점도 1.0×10^-3 Pa·s, 플럭스 2.0×10^-5 m/s, 초기 막저항 1.0×10^12 1/m이다.

총 저항을 두 배로 두고 대입하면 4.0×10^4 Pa, 약 40kPa이다.

이 값은 막 운전 압력 범위 안이며, 저항이 2배면 같은 플럭스에서 압력도 2배가 필요하다.

화학 세정의 기준

막오염 세정은 물리적 세정으로 시작해 TMP와 플럭스 변화에 따라 화학 세정을 고른다.

무기 스케일은 산 세정으로, 유기물과 지방, 단백질은 알칼리 세정으로 제거한다.

화학 세정은 흡입 압력이 10% 이상 오르거나 플럭스가 90% 이하로 떨어질 때 실시한다.

이는 실무에서 널리 쓰이는 기준이며, 세부 수치는 막 제조사 매뉴얼을 따른다.

정리와 확인

정리하면 막오염은 가역성과 비가역성으로 나누고, 각각 세정법을 짝지어 쓴다.

가역성 오염은 물리 세정으로, 비가역성 오염은 화학 세정으로 제거한다.

막힘 기전은 완전 막힘, 표준 막힘, 중간 막힘, 케이크층 형성으로 나누어 설명한다.

직접 풀어 보자. 흡입 압력 기준을 떠올려 답을 고른다.