막처리 공정, 멤브레인 - 여과작용 원리, 제거대상 물질, 특성과 종류별 비교

<분리막(멤브레인:Membrane) 종류별 특성 비교>

 

구 분	분리 대상	막구조(막형태)	조작압력(MPa)
정밀여과법(MF)	입자 지름 0.025∼10㎛	균질막/비대칭막	1Kgf/㎠ (감압∼0.1)
한외여과막(UF)	분획분자량 1,000∼300,000Da	비대칭막	2~5Kgf/㎠ ( 0.2∼0.5)
나노여과막(NF)	분획분자량 350∼1,000Da	복합막	5~40Kgf/㎠ (0.5∼4)
역삼투막(RO)	염류∼분획분자량 350Da 이하	균질막, 비대칭막, 복합막	40~100Kgf/㎠ (4∼10)

 

 

 

1. 정밀여과막(MF : Microfiltration Membrane)

ㅇ 공 경 : 0.025~20㎛

ㅇ 여과작용 : 용질입자의 크기와 분리막의 공극에 의한 체걸음 작용

ㅇ 제거 대상 물질 : 콜로이드 입자, 현탁질, 조류, 박테리아 등

ㅇ 분리 능력 표시 : 공칭분획경(Pore Size)

ㅇ MF은 크게 Depth 및 Membrane Type으로 나누며, Depth Type은 마이크로필터, Membrane Type은 Membrane으로 불린다.

ㅇ 조작압력 : 1kg/㎠ 정도

 

ㅇ MF막의 특성

- MF막는 다른 막분리 공정보다 높은 투과플럭스를 가지며, 재래식 응집,침전 여과에 비하여 투과수질이 좋다

- 높은 투과플럭스, 용이한 세척, 적용의 유연성및 경제성 등으로 적용이 넓고, 발전 속도가 빠르다.

- MF막는 해수담수화 전처리, 막여과 정수 뿐만 아니라 식품산업, 화학공업, 제약산업 등에 다양 한 분야에 적용

최근에는 하폐수 최종처리(3차처리)에 적용이 증가

- MF막의 공경은 다른 분리막에 비해 크기 때문에 공극 안으로 콜로이드가 들어가 내부 폐색을 일으킬 우려 높다. - 세척 필요

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2. 한외여과막 (UF ; Ultrafiltration Membrane)

ㅇ 공 경 : 0.01~0.001㎛

ㅇ 여과작용 : 체걸음 작용

ㅇ 제거 대상 물질 : 분자량 5,000~30만 정도의 세균, 콜로이드, 단백질, 고분자 유기물 등

ㅇ 분리 능력 표시 : 분획 분자량(MWCO), 즉 분리해낼 수 있는 분자량의 크기로 나타냄

※ 분획 분자량(MWCO; Molecular Weight of Cut-Off)이란 UF막에서 사용되는 단위, 막에서 90% 이상 저지되는 표준 고분자물질의 분자량으로 표시

ㅇ 조작압력 : 2~5kg/㎠ 정도

 

ㅇ UF막의 특성

- UF 막(한외여과막)은 세척을 통하여 여러번 사용 가능

- 한외여과막은 현미경으로 관찰해도 그 세공을 볼 수 없는 것이 MF와 다른 점이다.

- 한외여과막은 일반적으로 비대칭성 구조로 선택분리기능 가진 표면활성층 및 다공성의 지지층으로 구성

- Pore Size보다 큰물질은 Fiter에 걸려서, Pore Size보 작어서 통과한 물질은 확산 작용에 의해 제거

 

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3. 나노여과막 (NF ; Nanofiltration Membrane) - 저압 역삼투막

ㅇ 공 경 : 0.005~0.001㎛

ㅇ 여과작용 : 체거름 작용과 확산 작용, 즉 삼투현상을 응용

ㅇ 제거 대상물질 : 분자량 5,000~30만 정도의 세균, 콜로이드, 단백질, 고분자 유기물 등

ㅇ 분리 능력 표시 : 분획 분자량(MWCO)

ㅇ 조작압력 : 5~40kg/㎠ 정도

 

ㅇ NF막의 특성

분획분자량은 RO막과 UF막의 중간적 특성을 가진다.

NF막은 일부염을 저지하며, 유기물에 대해서는 분자량 200~500정도의 분획분자량을 가진다

Nanofiltration이란 용어는 이러한 분자량(200~500)이 20Å의 가상 공극을 갖기 때문에 붙여진 명칭이다.

주로 2가 이온이나 저분자 물질이 분리대상이다.

조작압력이 높아 경제성이 떨어진다.

향후 증발법 등에서 스케일을 유발시키는 이온 물질을 제거하기 위한 전처리 등에 연구 되고 있음

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4. 역삼투막 (RO ; Reverse Osmosis Membrane)

ㅇ 공 경 : 0.001~0.0001㎛

ㅇ 여과작용 : 체거름 작용과 확산 작용, 즉 삼투현상을 응용

ㅇ 제거 대상물질 : 무기성 이온류, 저분자 유기물 등

ㅇ 분리 능력 표시 : 분획 분자량(MWCO)

ㅇ 조작압력 : 40~100kg/㎠ 정도

 

ㅇ RO막의 특성

- 이온 상태의 물질까지도 분리할 수 있어 주로 해수담수화, 펄프 폐액 정화, 도금폐수 처리 등에 쓰임

- 향후 수질오염 및 댐건설 등의 어려움으로 해안지역 등에 광역상수도용 해수담수화 추진 및 심층수 개발

- 역삼투막은 막의 한 종류로서 구멍크기는 수Å (Angstrom(옹스트롱) ;1Å = 0.0001㎛)정도로 알려져 있으나 일설에는 구멍이 없다고 설명하기도 한다.

- 이러한 반투막의 분리크기와 비교하면 분리대상으로 하고있는 물분자의 크기는 2 Å정도이고, 식염이온의 크기는 4 Å정도로 알려져 있다.