CSM Reverse Osmosis Membranes

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희 모
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1 역삼투기본내용 용어설명 -RO 정의 - 유량및이온전달 - 염제거율 - 회수율 - 농도분극 제조 - 공정 - 표면특성 - 모듈형태 2 2

2 RO 정의 OSMOSIS REVERSE OSMOSIS REVERSE OSMOSIS Hydraulic Pressure Semipermeable Membrane Semipermeable Membrane Low LOW Salt SALT Concentration CONCENTRATION High HIGH Salt SALT Concentration CONCENTRATION Low LOW Salt SALT Concentration CONCENTRATION High HIGH SALT Salt Concentration CONCENTRATION 3 3

3 유량전달 유량전달 투과유량변화 ; 1. RO Membrane 종류에따른영향을받음 2. NDP( 순수가동압 ) 에비례적으로증가함 Qw=A x NDP NDP = P Feed (0.5*DP) -P Osm-avg P perm Qw : 유량전달속도 A : 멤브레인종류에따른상수값 ( 재질, 구조 ) NDP : Net Driving Pressure 4 4

4 이온전달 이온전달 이온농도변화 ; 1. RO Membrane 종류에따른영향을받음 2. 막간농도차에비례적으로증가함 Qs = B x delta C Qs : 이온전달속도 B : 멤브레인종류에따른상수값 ( 재질, 구조 ) delta C : 막간농도차 5 5

5 RO 염제거율 생산수수질변화 ; 1. 막투과염의양에비례 2. 막투과유량에반비례 원수기준염제거율 % Rejection = 1- C C p f 시스템염제거율 100 % Rejection = 1- C f C p + C 2 b 100 C f C p 기호 : C p C f : 생산수농도 : 원수농도 C b : 농축수농도 6 C b 6

6 회수율 회수율변화 ; 1. 삼투압 ( 농도 ) 농도변화에따라가동압에영향 2. 삼투압 ( 농도 ) 농도변화에따라제거율에영향 % Recovery = (Permeate Flow / Feed Flow) * 100 F f F p 기호 : F f F p : 유입수유량 : 생산수유량 F b : 농축수유량 F b 50% 회수율 ; 농축수농도 = 2 * 원수농도 75% 회수율 ; 농축수농도 = 4 * 원수농도 90% 회수율 ; 농축수농도 = 10 * 원수농도 7 7

7 농도분극 ( 시스템 ) Feed Concentrate Permeate 50% 회수율 ; 농축수농도 = 2 * 원수농도 75% 회수율 ; 농축수농도 = 4 * 원수농도 90% 회수율 ; 농축수농도 = 10 * 원수농도 8 8

8 농도분극 ( 막표면 ) 멤브레인 Permeate C f Fouling 층 Boundary layer Convective flow Back diffusion Bulk layer C b Bulk stream < 표면농도 1. 고유량일때농도분극증가 2. 회수율증가하면농도분극증가높은농도분극발생경우 1. 삼투압증가 -> 가동압증가 2. 염투과도증가 -> 제거율감소 3. 스케일발생증가 -> 사용기간감소 9 C b = Bulk flow 의염농도 C f = Fouling 층의염농도 9

9 RO 제조공정 Ⅰ Casting : UF 제조공정 Facilities & Process Coating : RO 제조공정 Non-woven + PSF UF + PA Guarantee on high performance - Latest technology - Strict quality control - Continuous development - Qualified employee 10 10

10 RO 제조공정 Ⅱ Casting process Non-woven (90 ~120µm) PSF Coating (40~50 µm) Coagulation Rinse UF Membrane Coating process RO Membrane Dry Rinse PA Coating (0.1~0.3µm) 11 11

11 RO 특성 계면중합 (Interfacial Polymerization) 복합막 (Composite membrane) Morphology _ 유량, 오염성 표면전하 (Surface Charge) _ 제거율, 오염성 Hydrocarbon layer (Acid halide solution) 2NH NH2 Cl Trimesoyl chloride Cl 2NH Cl NH2 2NH NH2 Cl Cl Interface: 2NH NH2 2NH NH2 2NH NH2 2NH NH2 Aqueous layer (Amine solution) Amine monomer penetrated into hydrocarbon layer Structure of TFC 12 12

12 RO 구조 Ultrathin Barrier Layer 0.2~0.3µ 50~70µ Microporous Polysulfone 120µ SEM ( x1000 ) Reinforcing Fabrics (NOT be Seen) 13 13

13 RO 표면 Regular 조도 : ~100nm FRM 조도 :~85nm/~50nm 14 14

14 RO 표면전하 ZetaPotential(mV) BE BW A BL BW B FRM Neutral charge ph FRM 제품의경우중성에가까운표면전하를가짐. : 내오염성향상 15 15

15 RO 모듈 농축수 (concentrate) * RO 설비에유입되는물이멤브레인에의해분리됨 물이진행하는방향과막표면이평행 이온의농축방지, 오염물제거 원수 (feed) 16 Cross-flow separation 생산수 (permeate) 16

16 RO 성능 멤브레인종류별비교 RO 성능 RO 성능영향인자 - 압력 - 농도 - 회수율 - 온도 _ TCF (Temperature Correction Factor) -ph 17 17

17 멤브레인종류별비교 MF UF NF RO Particle 범위 ( μm ) 약 ( A ) 이상 MWCO ,000 1 nm (10 A ) MWCO 분자량 100 제거물질 부유물질 (SS) Large colloid 콜로이드, 단백질미생물, contaminants 큰유기물 색깔, TOC (surface) 경도 (well) All dissolved salt 통과물질 Macro molecular Dissolved solid Dissolved salts Smaller molecular Mono-valent anion 2-80% Divalent anion 2-10% 물분자 가동압 0.7 bar (10psi) 1 to 7 bar ( psi) 3.5 to 16 bar ( psi) 14 to 69 bar ( psi) 적용 Bacteria, TSS Flocculate material 전처리후처리 Separation of organic from inorganics Sea water Brackish Semiconductor 18 18

18 RO 멤브레인의성능 제거율 (rejection, %) 이물질 (substances) 제거율 (rejection,%) 이온 (ions) 99+ 질산성질소 (nitrates) 95 유기물 (Organics) 95 THM 99+ 실리카 (silica) 98+ 세균및입자 (bacteria, particle) 100? 용존가스 (dissolved gases) 제거못함 * 전하, 크기, 형태, 이온의구성에따라차이를보임 일반적으로전하및크기는클수록, 구조는복잡할수록제거가잘됨 19 19

19 RO 성능의영향인자 압력온도농도회수율 ph 생산수량 영향적음 제거율 범위에따라 20 20

20 온도보정계수 (TCF) 온도상승에따라유량및이온의투과속도가증가하기때문에보정이필요 Temperature correction factor 증가정도 : 유량 3% 증가 /1 2.5 계산식 : TCF=exp U*(1/(273+T)-(1/298)) TCF Temp 21 21

21 역삼투멤브레인의운전 RO 유입수질분석 RO 멤브레인의선정 RO 시뮬레이션 RO 스케일인자, 회수율, 유량점검 개선방안선정 RO 설비제작 22 22

22 원수수질분석 Major Cations Major Anions Other Metal ions Other Tests Calcium (Ca) Carbonate(CO3) Barium (Ba) SDI Magnesium (Mg) Chloride (Cl) Strontium (Sr) Turbidity Potassium (K) Nitrate (NO3) Iron (Fe) TOC,BOD,COD Sodium (Na) Sulfate (SO4) Aluminum (Al) Silica (SiO2) Fluoride (F) Copper (Cu) Carbon Dioxide Zinc (Zn) ph TDS Surfactants, Anionic Polymers, Cationic Polymers 용존가스 chlorine, H 2 S, NH

23 멤브레인선정 원수의농도 < 5,000ppm : BL, BN, BE < 10,000ppm : BN, BE < 30,000ppm : SN > 30,000ppm : SR 용도 연수화, 분자량 400-1,000 Dalton 농축및제거 폐수재활용 : NF : FE 수질 원수유로 32mils(0.8 mm ) : BN, SN, SR, FE 28mils(0.7 mm ) : BL, BE 24 24

24 RO 시뮬레이션 25 25

25 스케일성분 탄산칼슘 (calcium carbonate) 1) LSI (Langelier saturation index) : TDS < 10,000ppm 2) SDSI(Stiff and Davis stability index) : TDS > 10,000ppm 기타염분 1) 황산칼슘 (CaSO 4 ) 2) 황산바륨 (BaSO 4 ) 3) 황산스트론튬 (SrSO 4 ) 실리카 (silica) 수산화물 (metal hydroxide) : FeOH 3, MnOH 3, AlOH

26 유량및회수율점검 유량의균형 1) 최대인입유량 2) 최소농축수량 3) 최대생산수량 회수율 1) 멤브레인개별최대회수율 2) 스케일지수에따른설비회수율 * 배열혹은멤브레인수량변경, 부스터펌프사용, 농축수순환등을활용해조절 원수측 농축수측 BW : 최대인입수량, 최대생산수량 SW : 최대인입수량, 최대생산수량, 최대회수율 BW : 최소농축수량, 최대회수율 SW : 최소농축수량 27 27

27 설계 Guidelines Raw Water Source RO Perm Well Surface Tertiary Sea Turbidity as NTU TOC ppm BOD ppm as O COD ppm as O Max. Avg. Flux(gfd) % Flux Decline/yr % SP Increase/yr Max. Feed(GPM) Min. Conc`n(GPM) Max. Recovery(%)

28 전처리개선 응집, 응결 (flocculation, coagulation) 탁도, 철, 망간, 유기물, 경도등제거미디어필터 (media filtration) 중력식필터, 압력식필터 MF 혹은 UF 산화제제거 1) 카본필터 : C + 2HOCl = CO 2 + 2HCl 2) SBS : NaHSO 3 + HOCl = HCl + NaHSO 4 3) 암모니아 : NH 3 + HOCl = NH 2 Cl + H 2 O(chloramine 생성 ) * SMBS : Na 2 S 2 O 5 + H 2 O = 2NaHSO 3 (SBS ) SMBS : sodium metabisulfite, SBS : sodium bisulfite 29 29

29 RO 설비의계측기 원수압력계 수질측정기 원수측 Sample cock 유량계 생산수측 온도계 ph ORP SDI 차압계 압력계 농축수측 유량계 * 시스템구성시필요설비 - 단별유량계및단별유량조절밸브 - 단별생산수압력계및생산수유량조절밸브 - 단별샘플링포트 - 생산수역압방지밸브 (Rupture Disk) 30 30

30 RO 세정설비 생산수회수 농축수회수 Del P 세정탱크 C/F 유량계 히터 배수관 T P 31 2:1 배열설비의세정 필수적인계측기 : Temp, ph, Flow meter, Pressure gauge 31

31 RO 멤브레인의운전 RO 모듈장착 RO 시운전 운전데이타보정 _ Data Normalization RO 세정 (CIP, Cleaning In Place) - 시기 - 중요인자 - 가이드 - 약품선정 - 절차 32 32

32 RO 장착 압력베셀, 파이프, 탱크세척 (If required, Sanitize ) 유격조정 Spacer : 2-3mm thickness Insert spacers to adapters at the feed end of the vessel O-ring & Brine Seal 확인 최종농축수측에 Thrust ring 장착 O-ring & brine seal 에글리세린바름 엘리먼트장착 33 33

33 베셀내유격조정 농축수측 원수측 어댑터 생산수포트 유격조정필요 유격조정부품 (spacer) 장착 * 생산수포트와어댑터사이의유격조정 (shimming) 2-3mm 정도두께의링 (spacer) 을필요한만큼끼움 (PVC 사용가능 ) 34 34

34 시운전절차 전처리후의수질확인 (SDI, NTU, ph, 온도,ORP) 펌프가동 ( 유량, 회수율, 압력확인 ) 농축수압력밸브를절반쯤열고펌프를서서히가동 (2-4kg/cm2) 하면서피드의유량조절밸브를서서히열면서회수율및유량을맞춘다. 개별베셀의 TDS확인 (Profiling) - 리크확인필요시 Probing, O-ring확인 가동 24 시간후초기데이터확정 ( 가동보정데이터로활용 ) 데이터기록 ( 압력, 유량, 수질 ) 35 35

35 Profiling 과 Probing Profiling ; 전베셀의생산수전도도측정 Probing ; 베셀내의생산수전도도측정 Element No. #1 #2 #3 #4 #5 #6 TDS Meter 전도도 ( μs /cm) 모듈위치 실시이유 ; 베셀내의 Leak 발생여부확인 ex) 오링부위, Connector 36 36

36 운전데이터보정 RO 성능영향인자 : 온도, 원수농도, 운전압력 데이터보정을위해필요한인자 : 원수온도압력 ; 원수, 생산수, 농축수유량 ; 생산수, 농축수전도도 ; 원수, 생산수, 농축수 37 37

37 전형적인유량감소그래프 FLUX (GFD) 막압착및회복불능 오염에의한유량감소 세정에의해 회복가능 세정미실시 Typical cleaning interval TIME 38 38

38 세정시기 차압, 압력, 생산수전도도 보정된생산수량이 15% 감소하기전 15% 보정된압력이 15% 증가하기전 유량 보정된염투과율이 15% 증가하기전 보정된차압이 15% 증가하기전 15% 보정된운전데이터를기준 39 39

39 효율적세정을위한중요인자 베셀당 원수유량 (flow rate _9 m 3 /hr, 8 vessel) 최대한낮은원수압력 (lowest pressure possible) 높은온도 (temperature) 약품농도 (chemical concentration) 세정방법 (CIP method) 세정시기 (CIP timing) CIP 용액의부피 (Volume of CIP solution) 베셀부피 + 배관부피 (Volume of pressure vessels and return pipes ) 40 40

40 세정가이드 베셀별추전유량 Element Diameter Feed Flow Rate Per PV (inches) GPM M3/h ~ ~ ~ ~ ~ ~ 9.1 PH에따른온도범위 구분 세정시 ph 범위 3 ~ 10 2 ~ 11 2 ~ ~ 12 온도 ( )

41 세정약품선정 가동데이터분석 ( 단별차압 ) 원수수질분석세정기존방법확인 SDI 필터에걸리는오염물질분석마이크로필터에침적된오염물질분석맨앞및맨뒤의엘리먼트분석조사 42 42

42 오염물질에따른추천약품 주요오염물질추천약품비고 무기물 Inorganic 산화금속 Metal Oxides 침니 ( 沈泥 ) Silt 미생물층 BioFilms 유기물 Organics 실리카 Silica 0.2% 염산 (Hydrochloric Acid) 0.5% 인산 (Phosphoric Acid) 2.0% 구연산 (Citric Acid) 0.5% 인산 (Phosphoric Acid) 1.0% 황산나트륨 (Sodium HydroSulfite) 0.1% 수산화나트륨 (Sodium Hydroxide) 0.025% 12황산나트륨 (Sodium Dodecylsulfate) 0.1% 수산화나트륨 (Sodium Hydroxide) 1.0% 에틸렌디아민-4초산나트륨 Sodium Ethylene Diamine Tetra-acetatic Acid 0.025% 12황산나트륨 (Sodium Dodecylsulfate) 0.1% 3인산나트륨 (Sodium Triphosphate) 0.1% 수산화나트륨 (Sodium Hydroxide) 1.0% 에틸렌디아민-4초산나트륨 Sodium Ethylene Diamine Tetra-acetatic Acid HCl H 2 PO 4 C 3 H 4 (OH)(CO 2 H 3 ) H 2 PO 4 Na 2 S 2 O 4 NaOH NaOH Na-EDTA Na-DDS Na 5 P 3 O 10 NaOH Na-EDTA 43 43

43 세정절차 약품 준비 : 농도, ph, 온도, 적정량 배관비우기 : 농축수측에약품이나올때까지버림 약품 저유량사용 (Low flow pumping_4 m 3 /hr, 8 vessel) 순환 : 적정유량및세정조건설정하여실시 (9 m 3 /hr, 8 PV) (Recycle concentrate to cleaning tank ) 약품침적 (Soaking ) 세척 (Rinse ) 44 44

44 세정약품사용순서 무기물오염 : 산세정 (Acid cleaning _ inorganic fouling) 유기및미생물오염 : 알칼리세정 (Alkaline cleaning _ organic & biological fouling) 복합적오염 : 알칼리세정후산세정 (Alkaline cleaning followed by acid cleaning _ Multiple fouling) * Iron fouling : Iron cleaning before alkaline cleaning * Silica : Ammonium bifluoride ( 유해물질, 주의요 ) 45 45

45 문제해결 (Trouble Shooting) RO 멤브레인분석 - 분석절차 - 분석방법 문제발생원인 - 유량감소 - 염투과율증가 - 높은차압 문제해결 Case Study 46 46

46 RO 멤브레인분석 RO 가동정보및멤브레인입수 _ 문제요인예측 RO 멤브레인분석 외관검사 물성평가 : 모듈, 평막 파괴검사 - Dye Test : 물리화학적손상 ( 산화, 생산수역압 ) - 오염인자 : TGA, SEM/EDX - 산화여부 : FT-IR, ESCA 결론 47 47

원수의특성-SDI, 탁도, 원수내특수성분명시 전처리구성 사용약품 전처리사용약품 : ph 제어 : Bacteria제어 : 잔류염소제어 : CIP 사용약품 : 사용이력 장착일자 가동기간 개월 문제점및가동상황기술사용처의물성관리기준문제발생시의운전조건

47 시스템가동정보 입안 심사 / 합의 결정 테스트 ( 분석 ) 의뢰서 Contents : 원수종류처리수용도전처리구성사용약품 _ 전처리, CIP 장착일자및기간문제점및가동상황물성관리기준문제발생시운전조건분석샘플링위치분석기한및중요도운전데이터, 수질분석데이터첨부부서명, 성명, 날짜 사용업체 사용업체명 / 주소 제품이력 품종 Barcode 외 수량 출고수량 : 장착수량 ; 문제발생수량 ; 사용환경 원수종류 지표수 ( 강물 ) 지하수 공업용수 폐수 해수 기타 ; 처리수용도 원수의특성-SDI, 탁도, 원수내특수성분명시 전처리구성 사용약품 전처리사용약품 : ph 제어 : Bacteria제어 : 잔류염소제어 : CIP 사용약품 : 사용이력 장착일자 가동기간 개월 문제점및가동상황기술사용처의물성관리기준문제발생시의운전조건 가동압력 ; 유량 : 회수율 ; 원수농도 ; ph ; 온도 : 분석제품의샘플링위치 Array ; 샘플위치 ; 분석기한및중요도 운전데이타, 수질분석데이타 -첨부 48 위와같이테스트 / 분석을의뢰합니다. 부서명 : 성명 : 2003 년월일 굵은글씨는필수적으로기재요망 48

48 멤브레인분석절차 멤브레인분석절차 실가동 현장 연구소 ( 구미 ) 수질분석 (IC,ICP) 미생물분석분석실수질분석 ( 습식 ) Operation 조건확인 Sample 채취 (SAMPLE, USER 현황 ) - Simulation & 가동 Data Log. 확인사용현장 - 현장이상유무확인 : 전처리방법및운전조건 - 현장조치가능성 Check, 현장수질채취 - 원수, 농축수, 정수사용현장 - 채취 Membrane 위치선정, Catr'g Filter - Cleaning Chemicals,Cleaning Drain액기술과시험실 Visual Inspection & Test - 외관검사 ( 단면, 무게, 냄새, 파손 ) - 모듈물성검사 - Vacuum Test Lab. Pilot Test Leak 확인 ( 필요시 ) Cleaning Test Pilot Test Destructiive Analysis Lab. SEM, EDS - Fujiwara Test, Dye Test - 평막 Test, 분석용 Sampling Test Pilot FT-IR, ESCA 미생물분석, LOI 분석실 (SAMPLE) (Visual Ins'& Test 결과 ) ( 필요시 ) Cleaning Test 평가기 종합분석 Report 작성 TS & D Analysis Report 취합 ( 연구소선임 ) 보회 고람 사업부장판매팀, 생산팀, 연구팀 49 49

49 분석방법 _ 외관분석 Telescoping 유무외관적인손상여부외부 wrap 부분의과도한오염여부 ATD 손상여부 Brine seal손상및롤링 Feed channel spacer의막힘여부 50 50

50 분석방법 _ 물성평가 출고물성과재평가물성비교 모듈무게측정 차압측정 재평가결과 출고물성 Bar Code 유량 (GPD) 염제거율 (%) 차압 (kg/ cm2 ) 유량 (GPD) 염제거율 (%) BSDJH , 카탈로그물성기준 : 유량 11,000GPD, 제거율 99.5% 비고 Barcode 확인불가 모듈무게 제품출고시무게 : 15.5kg 사용후무게 : 16.8kg 오염물의대략적무게 : 1.3kg Test Conditions : 원수농도 : 2,000ppm NaCl Feed압력 : 15kg/ cm2 온도 : 25 Recovery: 15% ph :6.5 차압측정 : 농축수유량 8.5m3/h 로고정 51 모듈물성은오염물유출의최소화를위해초기가동 10분경과후성능을측정한결과로염제거율이안정화시점이전에측정되어수치가다소낮게나타날수있음. 51

51 분석방법 _ 평막평가 모듈 Autopsy후부위별선택후평가 Module Test와동일한Data 처리막자체만의물성평가기계적, 화학적 Cleaning 후재평가가능 Flow 평가조건 - Na Cl 농도 2000ppm - 압력 225psi - 온도

52 분석방법 _ 파괴검사 막표면오염물질 단면 오염형태 Glue line 막표면형태 ( 오염물질, 압축여부 ) Permeate backpressure Permeate Carrier(Tricot) 상태 Feed channel spacer의 channeling 막표면 53 53

53 분석방법 _ Dye Test 폴리아마이드멤브레인의산화또는손상정도를파악하는방법 Permeate Back-Pressure 관찰가능 Basic Methyl Violet dye 용액을이용 새것, 미손상멤브레인은 Dye 가약하게 묻음 54 54

54 분석방법 _ TGA 검사 Weight Loss on Ignition (LOI) ; 유기물함량추정방법 1 도가니무게측정 2 멤브레인오염샘플을도가니에넣고무게측정 3 도가니와샘플에열을가함 4 도가니와재의무게를측정함 5 [2 측정무게 - 4 측정무게 ] 의무게를유기물의무게라생각하고전체적인유기물함량을계산함 55 55

55 분석방법 _ SEM 멤브레인표면을관찰 _ 오염물및손상여부오염물질의구조, 결정화도, 크기를알수있음물질적결함은관찰가능하며단면도관찰가능 X-ray analysis와 FT-IR분석과결합시보다많은정보를얻을수있음 56 56

56 분석방법 _ EDS SEM 과 EDS 분석시오염물질의단위성분결정가능 에너지세기는농도에비례 (semi-quantitative 한분석 ) 유기물에대한정보를주지못함 Cleaning 방법결정의자료로유용함 57 57

57 분석방법 _ FT-IR 특정유기물과무기물화합물의종류를판단할수있음. Infrared radiation 파장이유기물의작용기 (functional group) 의특성을나타냄으로오염물질의특징을나타냄. FT-IR 은일련의 Spectra 형태를가지기때문에가능성있는물질과의비교를통해오염물질성분을간접적으로판단함

58 분석방법 _ ESCA 미사용막 ESCA 분석결과 C C 1s 1. 목적 : 중국 A 사 B 모듈물성저하원인분석 2. 샘플 : B 모듈 (damage), 미사용모듈 (control) 3. 측정방법 : ESCA 4. 결과 1)C=O 결합비율비교미사용모듈 (Control) ->x 축 carboxylic acid 의 C=O 의 bondging energy(at 288.7), amide 의 C=O, 288.2, aromatic ring carbon peak 부위 peak 를 B 모듈 (damage) 과미사용모듈 (control) 비교시 B 모듈의 C=O 의 % 가더많이존재함. 따라서 Cross-linking 손상분위가크다고할수있음 ( 염소에의한산화가능성 ). Counts / s C 1s C 1s C 1s 산화된막 Counts / s C Binding Energy (ev) C 1s C 1s C 1s C 1s Binding Energy (ev) 59 59

59 염소에의한산화과정 60 60

60 분석보고서 _ 종합 외관검사결과모듈외관상태 ( 오염물질, 손상여부 ) 표준조건에서의물성재확인결과출고물성과비교, 무게, 차압측정, 막부위별물성 파괴검사결과오염물질종류 (TGA, SEM, EDS, FT-IR) 막손상원인 (Dye Test, FT-IR, ESCA) 분석결과주요한물성저하원인및대책방법 61 61

61 유량감소 (Ⅰ) 1. 정상적인염투과율오래된보존액사용막의건조미생물발생 62 62

62 유량감소 (Ⅱ) 2. 염투과율감소 막의눌림현상 (membrane compaction) 유기물오염 63 63

63 염투과율증가 (Ⅰ) 1. 유량증가 막의산화 물리적파손 2. 유량감소콜로이드오염스케일발생산화금속오염 64 64

64 염투과율증가 (Ⅱ) 3. 정상적인유량오링파손막표면손상파이프파손생산수측역압 4. 유량증가 물리적파손 막의산화 65 65

65 높은차압 카트리지필터의비정상운전미디어필터의비정상운전스케일브라인실파손미생물오염스케일방지제침전 66 66

66 문제해결 (Ⅰ) 증상 저유량 ( 높은유입압력과높은제거율 ) 저유량 ( 높은유입압력과적정수준제거율 ) 예상원인 유기물오염 Calcium Carbonate Scale Calcium, Barium or Strontium Sulfate Scale Excessive Water Hammer 미생물오염 NOM (Natural organic Matter) 불적절한보관 Carbon fines or sand 해결방안 ( 효과적인방법 ) 세정 ( 계면활성제, ph 12) 세정 ( 반복적인세정 ) 세정 ( 효과없을경우교체 ) 모듈교체 세정및살균 세정및살균 세정 세정 ( 개별모듈세정 ) 67 67

67 문제해결 (Ⅱ) 68 증상예상원인해결방안 저유량 ( 높은유입압력과낮은제거율 ) 유기물오염 Silt 또는 Clay Silica 오염 Iron Oxide 오염 다른중금속오염 Iron Sulfide 오염 Calcium Cabonate Scale Calcium, Barium or Strontium Sulfate Scale Calcium Fluoride Scale Calcium Phosphate Scale Membrane Plugging and Surface Abrasion 세정 ( 계면활성제, ph 12) 세정 세정 ( 효과없을경우교체 ) 세정 ( 효과없을경우교체 ) 세정 모듈교체 ( 세정매우어려움 ) 전처리개선및모듈교체 68

68 Case Study Ⅰ 업체 : 브라질 P 사 System configuration 지표수 원수조 전처리 응집 / 모래여과 활성탄 / 필터 RO 문제발생 시스템 염제거율저하 원인분석 외관검사 물성평가 막분석 모듈 평막평가 오염물질 SEM / EDS 막표면 표면분석 FT - IR 69 ESCA 69

69 Case Study Ⅰ 외관검사 파괴검사 모듈 막표면 공기주입 70 End Cap 일부파손 생산수역압발생확인차 : 막표면일부부풀려본드라인리크없음확인 70

70 Case Study Ⅰ 물성검사 출고물성 Retest Performance Pre-export Bar-code No. FLUX (GPD) REJ. (%) FLUX (GPD) REJ. (%) Remark AJCAJ *nd 18 13, *no detect 제거율 : 80% 감소 Standard Test Conditions : Feed Cncentration NaCl 2000 ppm Feed Pressure 225 psi Feed Temperature 25 Recovery 15 % 평막평가 Bar-code No. No. Retest Performance FLUX REJ. Pre-export FLUX REJ. Remark (gfd) (%) (GPD) (%) # # 유량 : 20% 감소 AJCAJ # # 제거율 : 100% 감소 # # Cell Test Conditions : Feed Cncentration NaCl 2000 ppm Feed Pressure 225 psi 71 Feed Temperature 25 71

71 Case Study Ⅰ 막표면분석 막표면 (SEM) 막오염물질 (EDS) Si Au Al Cl Ca Fe 72 산화에의한 PA 층손상 스케일형성물질 Ca, Si 발견 산화촉진금속이온 Al, Fe 발견 72

72 Case Study Ⅰ FT-IR 사용하지않은막 사용된막 Amide C=O ( 파장 1630~1680) Amide C=O 증가관찰 73 산화에의한 PA 층손상 73

73 Case Study Ⅰ ESCA 사용하지않은막 사용된막 C C 1s C C 1sC 1s Counts / s C 1s C 1s C 1s Counts / s C 1s C 1s Binding Energy (ev) Binding Energy (ev) Amide C=O ( 결합에너지 288.2) Amide C=O 증가관찰 74 산화에의한 PA 층손상 74

74 Case Study Ⅱ 업체 : 국내 A 사 System configuration 지표수 원수조 전처리 Clarifier/ Sand Filter/ MF RO 현장점검 단별물성 파악 단별물성 - 단별제거율 - 단별유량 가동현황파악 - 현재의물성 - 교체범위파악 75 75

75 Case Study Ⅱ 산출기준 : - 모듈한개당의 gfd : 290m3/h * 24h * 1000L / 3.785gal / [ ( ) * 6 Vessel * 365ft2 ] 15.9gfd / 1 Element -3 단생산수유량 : 15.9gfd * [ (8 * 6 Element) * 365ft2 ] * 3.785L / 24h / 1000L 44m3/h / 48 Element -2 단생산수유량 : 15.9gfd * [ (14 * 6 Element) * 365ft2 ] * 3.785L / 24h / 1000L 76m3/h / 85 Element 단 : 58.6% 2 단 : 26.2% 3 단 : 15.2% 76

76 Case Study Ⅱ 블록가나다라마 원수 ( μs /cm) 생산수 ( μs /cm) 생산수 ( μs /cm) 생산수 ( μs /cm) 생산수 ( μs /cm) 생산수 ( μs /cm) 1 단농축 ( μs /cm) 단농축 ( μs /cm) 단농축 ( μs /cm) 전체생산수 ( μs /cm) % % % % % 전체회수율 (%) 83.9 단별제거율단별제거율단별제거율단별제거율단별제거율 (%) (%) (%) (%) (%) 1단회수율 (%) 단회수율 (%) 단회수율 (%) 유입유량 (m3/h) 전체생산수 유량비율 (% ) (m3/h) 표준 유량비율 (% ) 유량비율 (% ) 유량비율 (% ) 유량비율 (% ) 1단유량 (m3/h) 단유량 (m3/h) 단유량 (m3/h)

77 원인규명 RO 멤브레인시스템에서운전상의문제원인을밝히기는어렵다. 원인규명을위해서는 - 가동이력조사, 보증가동데이터, - 전처리및원수조건조사 - 멤브레인분석에의한판단과상식을통해가동상의문제보완 상호간의문제해결을위한협력이가장중요 78 78

78 감사합니다. 본자료에대해문의사항이있으시면 새한환경소재사업부기술과로연락바랍니다. Tel: ~3 Fax:

(72) 발명자 이승원 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 정동호 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 이호생 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 PMS235A 부처명 국토해양부 연구사업명 해양자원개발 연구과제명

(72) 발명자 이승원 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 정동호 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 이호생 강원도 고성군 죽왕면 오호리 245-7 이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 PMS235A 부처명 국토해양부 연구사업명 해양자원개발 연구과제명 (19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) (51) 국제특허분류(Int. Cl.) C02F 1/26 (2006.01) C02F 1/461 (2006.01) C02F 1/66 (2006.01) B01D 21/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2010057345 (22) 출원일자 2012년05월30일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌