물 나노여과 솔루션의 선두 공급업체로서 저는 물 정화에 있어서 나노여과 기술의 혁신적인 힘을 직접 목격했습니다. 나노여과(NF)는 한외여과와 역삼투 사이에 있는 압력 구동 막 여과 공정입니다. 물 속 다양한 오염물질을 효과적으로 제거하므로 주거용부터 산업 공정까지 다양한 용도에 적합합니다. 그러나 나노여과막의 최적 성능과 수명을 보장하려면 공급수의 적절한 전처리가 중요합니다. 이 블로그에서는 물 나노여과에 대한 전처리 요구 사항을 자세히 살펴보겠습니다.
1. 부유 물질 및 입자상 물질
공급수 내의 부유 고형물과 미립자 물질은 나노여과막에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다. 이러한 입자는 멤브레인 표면에 축적되어 물 흐름에 대한 저항을 증가시키고 멤브레인의 투과성을 감소시키는 케이크 층을 형성할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 여과 효율이 감소하고 원하는 유속을 유지하는 데 필요한 작동 압력이 증가할 수 있습니다.
부유 물질과 미립자 물질을 제거하기 위해 다단계 여과 공정이 사용되는 경우가 많습니다. 첫 번째 단계에는 일반적으로 상대적으로 큰 기공 크기(예: 5~20 마이크론)를 갖는 스크린 필터 또는 카트리지 필터와 같은 거친 필터가 포함됩니다. 이 초기 여과 단계에서는 모래, 미사, 부스러기와 같은 큰 입자를 제거하여 하류 장비가 손상되지 않도록 보호합니다.
거친 여과 후에는 정밀여과(MF)나 한외여과(UF) 멤브레인과 같은 더 미세한 필터를 사용할 수 있습니다. MF 멤브레인의 기공 크기는 0.1~10 마이크론 범위인 반면, UF 멤브레인의 기공 크기는 0.001~0.1 마이크론 범위입니다. 이 멤브레인은 박테리아, 콜로이드 및 일부 바이러스를 포함한 더 작은 입자를 효과적으로 제거할 수 있습니다.
2. 유기물
공급수의 유기물은 나노여과막에 문제를 일으킬 수도 있습니다. 천연 유기물(NOM), 휴믹산과 풀빅산, 합성 유기 화학물질과 같은 유기 화합물은 막 표면에 흡착되어 오염을 일으키고 막 성능을 저하시킬 수 있습니다. 또한 일부 유기 화합물은 물 속의 소독제(예: 염소)와 반응하여 인체 건강에 해로울 수 있는 소독 부산물(DBP)을 형성할 수 있습니다.
유기물을 제거하기 위해 여러 가지 전처리 방법을 사용할 수 있습니다. 일반적인 접근법 중 하나는 응고와 응집입니다. 황산알루미늄이나 염화제2철과 같은 응고제를 물에 첨가하여 유기 입자의 전하를 중화시키고 더 큰 덩어리로 응집되도록 합니다. 그런 다음 침전이나 여과를 통해 이러한 플록을 제거할 수 있습니다.
유기물을 제거하는 또 다른 효과적인 방법은 활성탄 여과입니다. 활성탄은 표면적이 크고 흡착력이 높아 다양한 유기화합물을 흡착할 수 있습니다. 입상활성탄(GAC) 필터는 일반적으로 수처리 시스템에 사용됩니다. 물은 GAC 층을 통과하고 유기물은 탄소 표면에 흡착됩니다.
3. 미생물
박테리아, 곰팡이, 조류와 같은 미생물이 나노여과막 표면에서 자라서 생물 오염을 일으킬 수 있습니다. 생물 오손은 막의 투과성을 감소시킬 뿐만 아니라 다른 오염 물질의 성장에 유리한 환경을 제공하고 처리된 물에서 불쾌한 냄새와 맛이 발생할 수 있습니다.
미생물 제거를 위한 전처리에는 종종 소독이 포함됩니다. 염소화는 널리 사용되는 소독 방법입니다. 염소는 세포막과 단백질을 산화시켜 박테리아, 바이러스 및 기타 미생물을 효과적으로 죽일 수 있습니다. 그러나 염소는 물 속의 유기물과 반응하여 DBP를 형성할 수도 있습니다. 따라서 경우에 따라 오존이나 자외선(UV)과 같은 대체 소독제를 사용할 수도 있습니다.
오존은 물을 빠르고 효과적으로 소독할 수 있는 강력한 산화제입니다. 또한 일부 유기 화합물을 분해하여 오염 가능성을 줄일 수도 있습니다. 자외선 소독은 미생물의 DNA를 손상시켜 번식을 방지하는 방식으로 작동합니다. UV 소독은 화학적이지 않은 방법이며 DBP를 생성하지 않습니다.
4. 스케일링 및 강수량
스케일링은 탄산칼슘, 황산칼슘, 실리카와 같은 난용성 염이 물에 대한 용해도 한계를 초과하여 막 표면에 침전될 때 발생합니다. 스케일링은 멤브레인의 투과성을 감소시키고 작동 압력을 증가시키며 궁극적으로 멤브레인 손상을 초래할 수 있습니다.
스케일링을 방지하기 위해 연화, 스케일 방지제 첨가 등의 전처리 방법을 사용할 수 있습니다. 연수는 물에서 칼슘과 마그네슘 이온을 제거하는 과정입니다. 이는 칼슘 및 마그네슘 이온이 수지층에서 나트륨 이온으로 교환되는 이온 교환을 통해 달성될 수 있습니다.
스케일 방지제는 스케일 형성 염의 침전을 억제할 수 있는 화학 첨가제입니다. 이는 염의 결정 성장 과정을 방해하여 큰 불용성 결정이 형성되는 것을 방지합니다. 스케일 방지제는 일반적으로 소량의 농도로 급수에 첨가되며 스케일 방지에 매우 효과적일 수 있습니다.
5. 철과 망간
철과 망간은 지하수에서 발견되는 흔한 금속입니다. 고농도로 존재할 경우 나노여과막의 얼룩, 변색 및 오염을 유발할 수 있습니다. 철과 망간은 또한 물 속의 산소와 반응하여 불용성 산화물을 형성할 수 있으며, 이는 막 표면에 축적될 수 있습니다.
철 및 망간 제거를 위한 전처리에는 종종 산화 후 여과가 포함됩니다. 산화는 염소, 오존 또는 과망간산칼륨과 같은 산화제를 물에 첨가하여 달성할 수 있습니다. 산화제는 가용성 철 및 망간 이온을 불용성 산화물로 변환한 다음 여과를 통해 제거할 수 있습니다.
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결론
물 나노여과 시스템의 성공적인 작동을 위해서는 공급수의 적절한 전처리가 필수적입니다. 부유 물질, 유기물, 미생물, 스케일 형성 염 및 기타 오염 물질을 제거함으로써 전처리 공정은 나노여과막을 오염 및 손상으로부터 보호하여 장기적인 성능을 보장하고 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
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참고자료
- AWWA (미국 수도 협회). 수질 및 처리: 지역사회 물 공급 핸드북. 맥그로 - 힐 교육, 2017.
- Crittenden, JC 등. 수처리: 원리 및 설계. 존 와일리 & 아들, 2012.
- Flemming, H. - C., & Wingender, J. 수자원 시스템의 생물 부착 - 사례, 원인 및 대책. IWA 출판, 2010.