[스크랩] 막 여과 정수처리

분리막을 이용한 수 처리에 관하여.

1. 분리막(멤브레인) 이란?

막 이라는 것은 우리 주변에서도 쉽게 볼 수 있는 것이다. 간단하게는 창문도 하나의 막이고 책상도 막이라고 할 수 있다. 하지만 수 처리에 쓰이는 막 이라고 하면 약간 의미가 다르다. 필터와 개념이 비슷하지만, 필터는 고체를 분리시키는 역할을 한다. 즉, 기체 중에 고체를 거르거나 액체 중에 고체를 거르는 것을 필터라고 한다. 하지만 막(멤브레인)은 필터와 같이 고체도 거르지만 액체 중 액체를 거르기도 하고 기체 중 기체를 거르기도 한다. 물론 액체 중 기체를 거르기도 한다.

 

2. 분리막의 응용분야

이 분리막이 응용될 수 있는 분야는 상당히 많다. 가장 가까이 에는 정수기에도 분리막이 들어 있다. 그리고 피부에 부착하여서 금연보조제, 콘택트렌즈에도 막이 쓰이고 있다. 그렇다면 수 처리에 응용되는 분리막에는 어떤 것들이 있을까?

먼저 해수 담수화에 사용이 되고 있다. 바닷물은 높은 염도 때문에 우리가 이용이 불가능 하므로 우리가 이용할 수 있게 처리공정을 거쳐야 하는데 이를 해수 담수화라고 한다. 특히 물 부족이 심한 나라에서는 담수화를 통한 먹는 물 공급이 상당히 중요하다고 할 수 있다. 그리고 강이나 바다에서 물을 끌어다가 가정에 물을 전달하는 상수처리에도 막이 사용된다. 또한 가정이나 공장에서 사용된 오염된 물을 바다나 강으로 방류할 때 이루어지는 하수처리에도 막이 사용된다. 기존의 하수처리는 그 처리 정도에 따라 1차, 2차, 고도처리로 구분할 수 있다. 1, 2차 처리는 부유물질 및 분해성 유기물 등을 제거하는 공정으로 보통 물리화학적 공정과 생물학적 공정을 조합하여 처리한다. 고도처리는 1, 2차 처리에서 제거되지 않는 영양성분, 중금속 등을 제거하는 공정이다. 기존의 수 처리는 생물학적 활성오니법이라 불리는 것으로 대표된다고 할 수 있다. 하지만 현재 원수의 수질 악화 및 먹는 물 수질기준의 강화 추세에 따라 활성슬러지법을 중심으로 하는 기존의 정수처리공정으로는 양질의 수돗물을 공급하는 것이 어렵다. 이러한 문제를 해결하고자 분리 막을 적용하여서 활성슬러지법과 결합한 막 분리 활성오니법(MBR: Membrane Bio-Reactor)이 개발 되었다. 아래 그림과 같이 기존의 반응조, 침전, 여과, 소독을 위한 공간이 활성오니 반응조 하나로 줄어들어서 공간 활용도가 상당히 높은 기술이라고 할 수 있다.

 

3. 분리막 수 처리의 장·단점

이런 MBR 공정은 기존 공정에 비하여 여러 가지 장점이 존재한다. 우선, 위에서 언급했듯이 설치에 필요한 공간이 상당히 적게 필요하다. 그리고 오염물질의 처리 및 제거 효율이 뛰어나다. 기존의 공정은 염소소독을 할 경우 트리할로메탄 이라는 발암 물질이 생길 수 있지만, MBR을 이용하게 되면 이러한 부산물도 생기지 않게 된다.

하지만 이런 여러 가지 장점에도 불구하고 MBR이 상용화되기 어려운 데는 이유가 있다. 대부분의 고도 정수 처리 시설이 그렇듯이 초기설비비용이 비싸며, 공정을 가동하는데 상당히 많은 에너지가 소모된다. 그리고 수 중 의 오염물질이 막의 구멍 사이사이에 끼여서 막이 막힐 수도 있다. 이럴 경우 MBR공정의 처리효율도 떨어지고, 막을 씻기 위한 시간 동안 공정을 가동할 수 없게 된다. 현재는 막을 제조하는 기술이 많이 발달하여서 초기설비비용이나 가동비용이 많이 줄어들고 있다. 하지만 막이 막히는 현상에 대한 뚜렷한 해결방안이 없으며, 이를 해결하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.

 

4. 막 막힘을 해결하기 위한 방안

막이 미생물들로 막혔을 경우 이를 없애기 위해 가장 쉽게 생각 할 수 있는 것이 반대로 물을 통과시켜 미생물들을 떨어뜨리는 방법이다. 현미경으로 관찰해야지만 보이는 아주 작은 막의 구멍에 끼여 있는 미생물들을 빼기 위해서 얼마나 강하게 물을 뿌려줘야 할까? 아주 고압의 물이 필요로 할 것이다. 하지만 그 물의 압력 때문에 거꾸로 막이 손상을 입을 수 있다. 막의 가격은 어마 어마하다. 이 는 밥상에 않은 파리를 쫓기 위해 손바닥으로 밥상을 쳐서 밥상을 엎은 꼴이라고 할 수 있다. 다른 방법으로 미생물을 죽이는 화학약품을 첨가하는 방법도 생각 할 수 있을 것이다. 하지만 첨가한 화학약품에 의해서 또 다른 오염물질이 발생할 수 도 있다.

우리나라의 부강테크에서 와류(소용돌이)를 발생시켜서 이 막 막힘을 최소화하는 기술을 개발 2006년에 개발 하였다. 원리는 간단하다. ‘카르만 소용돌이’ 라고 불리는 현상을 이용하는 것이다. 이 소용돌이는 적은 에너지로 지속적인 소용돌이를 발생시킬 수 있다. 이 소용돌이로 막 표면의 오염물질이 쌓이는 것을 방지하는 것이다. 지금 현재 이 기술은 환경부에서 특허를 받았으며 유럽의 선진국들에 수출을 하고 있다. MBR 분야에서 우리나라 보다 유럽의 선진국들이 우위에 있는 것이 사실이다. 유럽에서 선진 기술을 수입해도 이상할 것이 없는데 오히려 수출을 한다고 하니, 세계에서도 어느 정도 인정한 기술이라고 할 수 있다.

 

5. 결론

막 분리는 수 처리 공정에 있어서 기술적 경제적으로 매우 타당한 대안이 되고 있으며 구미 각국에 활발히 도입 되어있으며 그 수는 점점 늘어나고 있다. 이미 세계적인 추세라고 할 수 있다. 그러나 아직까지 기초 연구가 미흡하며 원수의 지역적 특성에 따라 적절한 막 분리장치를 선정해야하는 등 많은 연구과제가 남아있다. 특히 MBR의 상용화를 위해서는 막 막힘 현상을 최소화하기 위한 기술 개발이 꼭 이루어 져야 한다. MBR 분야는 아직 개발연구가 끝난 분야가 아니라 진행 중인 분야라는 것을 잊어서는 안 된다. 09년 자료에 따르면 국내의 기술력이 선진국 대비 70%정도 밖에 되지 않는다고 한다. 우리나라가 이런 패러다임의 변화를 잘 이해하여서 분리막을 통한 수 처리 분야에서 세계적인 경쟁력을 갖췄으면 하는 바람이다.

 

출처 : 자유토론

글쓴이 : 해피도리 원글보기

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