멤브레인 오염(Membrane Fouling)이란?

멤브레인 여과 과정에서는 필연적으로 입자나 유기물질이 멤브레인 표면 또는 기공 내에 축적됩니다. 이를 멤브레인 오염이라고 하며, 그 결과 다음과 같은 성능 저하가 발생합니다.

• 거부율(Rejection) 감소

• 투과 유량(Permeate Flux) 감소

• 압력 손실 증가

이는 결국 운영 비용 상승으로 이어집니다. 오염의 정도는 원수 품질, 운전 조건, 멤브레인 특성, 모듈 설계 등에 따라 달라집니다.

멤브레인 오염의 유형

멤브레인 오염은 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다.

1. 수리적으로 제거 가능한 오염 (Hydraulically Reversible Fouling)

• 난류 발생이나 역세척(backwashing)으로 제거 가능

2. 화학적으로 제거 가능한 오염 (Chemically Reversible Fouling)

• 물리적 세정으로는 불가능, 반드시 화학 세정 필요

3. 비가역적 오염 (Irreversible Fouling)

• 영구적으로 제거 불가능

화학 세정이 필요한 시점

물리적 세정으로 제거되지 않을 때, 화학 세정을 통해 오염물질을 제거하고 멤브레인 성능을 복구할 수 있습니다.

일반적인 기준은 다음과 같습니다.

• 정규화된 투과 유량(Normalized Permeate Flow)이 약 10~15% 감소할 때

• 정규화된 투과수 품질(Normalized Permeate Quality)이 약 10~15% 저하될 때

• 정규화된 압력 강하(Normalized Pressure Drop)가 약 10~15% 증가할 때

세정 약품 선택과 조건

적절한 세정 약품과 농도는 오염의 성질·강도, 그리고 멤브레인 및 장비 구성 재질과의 화학적 호환성에 따라 달라집니다. 세정은 보통 CIP (Cleaning In Place) 방식으로 수행되며, 빈도·운전 압력·유량·온도·pH 등에 따라 절차가 달라집니다.

일반적인 CIP 가이드라인

• 세정 약품 종류

• 유기물 오염: NaOH 0.05~0.1%

• 무기물 및 콜로이드 오염: 강산(H2SO4, H3PO4, HCl, 구연산) 0.1~0.2%

• 세정 압력: 1575 psi (15 bar)

• pH 범위

• 셀룰로오스 아세테이트(CA): 3~8

• 폴리설폰(PS): 2~11.5

• 폴리아미드(PA): 2~11.5

• 온도: 일반적으로 35~50℃ 범위에서 효과 증가

• 순환 시간

• 화학약품 순환 10~30분

• 침적(soaking) 10~30분

• 최종 재순환 10분 후 플러싱

• 오염 강도가 높을 경우 최대 3시간까지 순환 가능

• 순환 속도

• 높은 유량에서 세정 효과가 우수

• 높은 횡류 속도와 전단력이 멤브레인 표면 오염 제어에 효과적임

멤브레인 화학 세정은 단순한 유지 관리 이상의 의미를 지닙니다. 

적절한 시점에 맞는 약품과 절차를 적용하면 성능 회복, 운영 효율 개선, 비용 절감을 동시에 달성할 수 있습니다.

추가적인 멤브레인 세정 절차 및 멤브레인 제품 관련 문의가 있으시면 언제든지 연락주시기 바랍니다. 

감사합니다.