분리막 기술 (Membrane technology) (3)

안녕하세요.

똥물 정화하는 @chromium 입니다.

SP 임대해주신 @oldstone 님과

좋은 활어 작품 선물해주신 @tata1 님께 감사의 말을 전해드립니다.

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분리막 기술 (1) - 분리막의 기본 개념
분리막 기술 (2) - RO, FO, PRO
분리막 기술 (번외편) - 기장 RO 무엇이 문제인가?

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드디어 분리막 기술 마지막 편입니다.

이전 포스팅에서 분리막의 개념,

다양한 공정까지 알아보았습니다.

이번 포스팅에서는 막의 재질과 모양 별 구분에 대해서

서술해보고자 합니다.

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분리막을 제조하고 성능을 테스트하는 연구를

제막 (Membrane fabrication) 연구라고 합니다.

앞선 포스팅에서 말씀드렸던 분리막들은

전부 유기고분자 막(Organic polymer membrane) 입니다.

첫판부터 어려운 용어 나오기 시작하죠ㅠㅠ

용어만 어렵지 유기고분자 물질은 주변에 널려있습니다.

신체의 피부도 유기고분자인 단백질이고,

플라스틱이라고 부르는 대부분의 물질들,

옷감에 쓰이는 모든 재료가 다 유기고분자 물질이죠.

단지 용도의 차이일 뿐입니다.

그러면 역삼투막의 구조를 한 번 살펴볼까요?

역삼투막의 구조

image source from OSMOTECH

Active layer (활성층 - 물만 분리되는 층)

Microporous layer (미세공극 층 - 작은 입자가 분리되는 층)

Support layer (지지체 층 - 단단하게 받쳐주는 층)

Active layer는 Polyamide (PA) 재질 입니다.

폴리..아미...드 ...아마이드(?) 너무 어렵잖아. 이게 뭐야?

단백질이라고 생각하면 돼.

우리 피부도 단백질이니까 물이 통과하잖아? 같은거야.

Microporous layer는 Polysulfone (PS) 재질입니다.

스폰지 처럼 물을 흡수하고,

Active layer에 상처낼 만 한

아주 작은 입자들을 걸러주는 역할을 합니다.

그리고 Support layer는 Polyester (PE) 재질입니다.

어??? 폴리에스테르!! 이건 들어본거다.

폴리에스테르 옷감으로 쓰이지? 세탁기에 돌려도 안찢어지잖아.

6기압 이상 높은 압력에도 안 찢어질 만큼 튼튼하게 받쳐주는거야.

우리 몸의 피부도 쉽게 다쳐서 상처가 납니다.

단순히 PA 재질로는 쉽게 찢어지기 때문에

6기압 이상을 버틸 수가 없습니다.

그래서 역삼투막은 복잡한 구조를 필요로 합니다.

또한 유기고분자 막은 막 오염 (Fouling)이 생기면

굉장히 처리하기가 힘듭니다.

역 세정(Back washing), 염소 처리 (Chlorine treatment) 등으로

유지관리를 하지만 화학약품에 취약하기 때문에 수명이 짧아집니다.

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그럼 단순하고 튼튼한 분리막은 없어?

당연히 있지. 세라믹 막!

세라믹 막 (Ceramic membrane)은

말 그대로 분리막의 재질이 세라믹입니다.

알루미나 세라믹 막 연근X 연탄X

Alumina, Zirconia, Titania 등

온갖 단단한 물질로 만들어진 분리막 입니다.

막 오염이 일어나도 화학약품을 마구 써서 세정 가능합니다.

반영구적으로 사용이 가능합니다.

이렇게 좋은데 왜 잘 안쓰는것 같지?

비싸니깐! 임플란트 재료로 쓰이는 것 들이야.

헉!

요즘 들어 중국에서 세라믹 막의 대량생산에 들어가면서

가격이 많이 낮아졌지만

그래도 일반 막에 비해 20배가 넘는 가격입니다.

다른 단점으로는

물만 통과시킬만한 공극 크기로 개발하기가 힘듭니다.

운반이 불편합니다.

무겁고 깨질 위험이 있기 때문이죠.

세라믹 막의 단가를 낮추는 방향,

또는 다른 유기고분자 막과의 하이브리드 공정 연구가

활발히 진행 중 입니다.

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막 들은 전부다 종이처럼 생긴것 뿐이야? 다른 모양의 막은 없어?

왜 없어! 국수처럼 생긴 막도 있어. 중공사막!

중공사막(Hollow fiber membrane)은

한자어 그대로 직역하면 막의 모양을 알 수 있습니다.

가운데가 비어있는 섬유로 된 분리막 입니다.

중공사막의 개념

image source from Synderfiltration

중공사막의 모양 국수

image source from SPINTEK

일반적인 분리막의 모양은 평평하기 때문에

중공사막과 구분하기 위하여

평막(Flat membrane)이라고 부르기도 합니다.

그런데 왜 이렇게 가운데가 뚫린 모양으로 만드는거야? 만들기도 힘들겠다.

평막보다 표면적이 넓어서 효율적으로 물을 정화할 수 있어.

또 잘 휘어져서 여러가지 모양으로 제작도 가능해.

뻥 뚫린 구조라 가벼워서 운반도 편리하고,

막 오염도 덜 합니다.

그 외에도 여러가지 장점이 있지만

그래도 제작이 어려운 점과

유지 보수가 어려운 점 등이

한계점입니다.

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분리막 기술 연재글을 마치며...

서두에서 분리막 기술 포스팅 마지막이라고 했지만

사실 분리막 기술 관련 포스팅은

이번 포스팅이 마지막이 아닙니다. ㅎㅎㅎ

RO 공정의 단점 중 가장 큰 단점인 막 오염 (Membrane fouling)에 대하여

연재 시리즈로 따로 포스팅 하려고 합니다.

막 오염을 줄이는 방법에 대한

연구 시리즈로 다시 돌아오겠습니다.

감사합니다.