중공사막 모듈의 세정 장치 및 그 방법 document_id A220623047797

가열이나 상변화를 이용하는 분리 방법에 비하여 분리막을 이용한 분리 방법은 많은 장점이 있다. 그 중 하나는 분리막의 세공 크기에 따라 원하는 수질을 안정적으로 얻을 수 있으므로 공정의 신뢰도를 높일 수 있다는 점이다. 또한, 분리막을 이용하면 가열 등의 조작이 필요 없기 때문에, 가열 등에 의해 영향을 받을 수 있는 미생물 등을 사용하는 분리 공정에 널리 이용될 수 있다는 장점이 있다. 분리막을 이용한 분리 방법 중 하나로는 중공사 형태의 막을 다발로 하여 형성한 중공사막 모듈을 이용하는 방법이 있다. 전통적으로 중공사막 모듈은 무균수, 음용수, 초순수 제조 등 정밀 여과 분야에 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 하/폐수 처리, 정화조에서의 고액 분리, 산업폐수에서의 부유 물질(SS: Suspended Solid) 제거, 하천수의 여과, 공업용수의 여과, 및 수영장 물의 여과 등으로 그 응용 범위가 확대되고 있다. 이러한 중공사막 모듈의 하나로는, 처리하고자 하는 유체의 수조에 중공사막 모듈을 직접 침지시키고 중공사막 내부에 음압(negative pressure)을 가하여 유체만을 선택적으로 중공사 내부로 투과시킴으로써 불순물 또는 슬러지 등의 고형 성분을 분리하는 침지형 중공사막 모듈이 있다. 이러한 침지형 중공사막 모듈은 여러개의 모듈이 프레임에 결합된 카세트(cassette) 단위로 주로 이용된다. 침지형 중공사막 모듈은 모듈의 제조 원가를 낮출 수 있고, 유체의 순환을 위한 설비가 필요 없어 시설비나 운전비의 절감을 가져올 수 있는 장점이 있다. 침지형 중공사막 모듈을 이용하여 고형 성분을 비롯한 막 오염 물질이 존재하는 하/폐수를 처리할 경우, 막 오염 물질에 의한 막 오염 현상이 야기되기 때문에 수 처리가 진행됨에 따라 막의 투과 성능이 크게 떨어지는 문제점이 발생한다. 다양한 형태의 막 오염 물질은 서로 다른 방식으로 막 오염을 유발하기 때문에 오염된 막을 세정하는 방법 역시 다양한 방식이 요구된다. 오염된 막의 세정은 그 세정 목적에 따라 유지 세정(maintenance cleaning)과 회복 세정(recovery cleaning)으로 분류될 수 있다. 유지 세정은 수 처리 탱크에서 중공사막 모듈에 의한 수 처리가 진행되는 동안 또는 수 처리를 중지한 상태에서 잠시 동안 행하여 지는 세정으로서 막의 투과 성능을 양호한 상태로 유지하는데 주요 목적이 있다. 이러한 유지 세정은 주로 물리적 세정에 의해 수행된다. 물리적 세정은 백워싱(backwashing)과 산기(aeration) 방식으로 분류될 수 있다. 백워싱 방식은 수 처리를 잠시 중지한 상태에서 공기 또는 물을 막을 통해 역류시킴으로써 막 표면에 붙어 있는 이물질을 제거하는 세정 방식이다. 반면, 산기 방식은, 막 아래에서 거품을 발생시켜 거품이 솟아오르도록 함으로써 거품 자체에 의해 막 표면에 붙어 있는 이물질을 제거할 뿐만 아니라 수 처리 탱크에 담겨 있는 물의 상승 또는 순환을 야기시킴으로써 이물질을 제거한다. 한편, 회복 세정은 수 처리 탱크 내에서 장시간 수 처리를 진행함에 따라 막 오염이 누적되어 중공사막 모듈의 막 투과 성능이 심각하게 저하된 경우에 비교적 장시간 행하여 지는 세정으로서 막의 투과 성능을 회복하는데 주요 목적이 있다. 통상적으로, 회복 세정은 HCl, HNO3 또는 구연산(citric acid) 등의 산성 용액 및/또는 NaOH 또는 NaOCl 등의 염기성 용액을 이용한 화학적 세정에 의해 수행된다. 이와 같은 회복 세정의 전형적 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 수 처리 탱크에 침지된 복수 개의 카세트, 보다 구체적으로는 복수 개의 중공사막 모듈에 가해지던 음압이 차단됨으로써 수 처리 가동이 전면적으로 중단된다. 이어서 수 처리 탱크에 채워져 있던 원수가 전액 배출되고 중공사막 모듈에 대한 플러싱(flushing)이 약 30분간 수행된다. 플러싱이 완료되면 수 처리 탱크에 염기 및 산이 순차적으로 공급됨으로써 중공사막 모듈에 대한 화학적 세정이 수행된다. 염기 및 산에 의한 화학적 세정 각각은 약 6 시간 동안 수행된다. 이때, 산에 의한 화학적 세정을 시작하기 전에 염기성 용액 전부가 수 처리 탱크로부터 배출되어야 하는데, 환경 문제로 인해 배출되는 염기성 용액이 반드시 중화되어야 한다. 따라서, 염기성 용액의 배출시 염기성 용액을 중화시키기 위한 양의 중화용 산성 용액이 요구된다. 마찬가지로, 산에 의한 화학적 세정이 완료되면 세정에 사용된 산성 용액이 수 처리 탱크로부터 배출되어야 하는데 이를 중화시키기 위한 양의 중화용 염기성 용액이 요구되었다. 위와 같은 방식으로 화학적 세정이 끝나고 산성 용액이 수 처리 탱크로부터 완전히 배출되면 중공사막 모듈들에 대한 플러싱이 약 30분간 수행됨으로써 회복 세정이 완료된다. 이와 같은 방식의 회복 세정은 수 처리 탱크 내에 존재하는 모든 카세트의 중공사막 모듈에 대하여 일괄적으로 세정이 수행되기 때문에 전체 카세트에 대한 세정 시간을 상대적으로 단축시킬 수는 있으나, 회복 세정이 수행되는 동안에는 해당 수 처리 탱크에서의 수 처리 작업이 전면적으로 중단되어야 한다는 심각한 문제점이 있다. 더욱이, 염기 및 산에 의한 화학적 세정이 완료된 후 이들을 각각 중화시키기 위한 고가의 화학품이 추가적으로 더 요구된다는 점에서 고비용을 야기한다는 문제점이 있다.