본 연구에서는 하수 재이용을 위한 역삼투막 공정에서 전처리 정밀여과막(MF) 손상에 대한 누출되는 다양한 수 질변화로써 막 손상 검지 방안을 제시하였다. 이를 위하여 역삼투막 유입수질 적합성 평가지표인 SDI (silt density index)를 3에서 5의 범위 내에서 막 손상 시 검지 감도를 정량화하기 위하여 전처리 분리막이 1에서 3가닥 파단에 따라 SDI는 1.92에 서 6.11까지 증가한 결과를 확인할 수 있었다. 일반적으로 3을 기준으로 역삼투막 유입수질로 설정하였을 때 분리막이 3가닥 까지 파단이 되어야만 막 손상 검지가 가능하다는 것을 의미하며 역삼투막의 오염은 잠재적으로 가속화되어 효율을 저하시 킬 수 있다. 또한 이때 누출되는 입자성과 유기물질에 대하여 0.45 μm 이상의 크기만 걸러주는 입자계수는 입도분포별 막 파 단 개수에 따라 일정한 패턴을 확인할 수 없었으며, TOC 농도는 약 2배의 변화패턴으로써 SDI와의 상관관계로써 TOC가 막 손상 수질지표로써 신뢰성이 높은 것으로 확인되었다. 수질분석결과와 더불어 USEPA에서 제시하는 막 손상 검지 방법 중 압력손실시험과 이를 기반으로 LRVDIT 모델의 적합성 평가를 한 결과 막 손상 또는 역삼투막 공정으로 유입되는 막오염물질 을 신속하게 확인할 수 있는 SDI 및 TOC를 포함한 LRVDIT 모니터링과 UCL 설정을 병행해야 한다.

다양한 활용용수 생산을 위한 막 소재 및 막여과 공정개발이 고도화됨에 따라 점차적으로 유지관리 측면의 연구개발 필요성이 부각되고 있다. 그 중에서 유지관리 측면의 막 손상 검지와 수명예측은 제도적으로 정립이 미흡한 실정이며, 막여과 공정 운영에서 경제성과 안정성을 고려한 막 손상 검지 기술개발은 막 특성 및 시설규모에 따른 오차보상이 불가피하게 수반되어야 하는 연구이다. 따라서 분리막의 물리/화학적 노출강도에 따른 특성 변화를 관찰하여 내구년한 산정 및 수명예측 알고리즘을 구축하고자 한다. 또한 분리막의 특성과 모듈의 배열에 따라 최적화된 막 손상 검지를 위한 기체-액체 치환율을 기반으로 물리적 한계도출과 병행하여 이를 극복하기 위한 센싱융합 기술을 소개하고자 한다.

In the present study, the impact of RO polyamide layer by long-term chemical exposure was evaluated. Basic cleaning chemicals such as NaOH increased the pure water flux and salt passage of RO membrane up to 1.6 times and 2 times, respectively. In contrast, membranes exposed to acidic chemicals such as HCl have experienced no discernible change of permeability, which indicated that basic chemicals caused the more serious damage to RO polymeric layers. However, XPS analysis showed that both membranes were experienced significant damages on cross-linking of polyamide structures. It can be concluded that basic cleaning chemicals induced the enlarged pore structure due to electrostatic repulsion between damaged polymers, while acidic chemicals caused less performance deterioration by shrinkage of the polyamide structure.

중공사형 정밀여과(MF)와 한외여과(UF)를 포함한 가압식 막여과 시스템은 높은 수준의 병원균 제거 효율로 인해 음용수 처리에 점점 더 많이 사용되고 있다. 그러나 가압식 막여과 시스템에서 분리막의 손상으로 인한 막완결성의 문제가 발생 시 병원체가 유출될 수 있으므로, 효과적인 온라인 또는 오프라인 방식의 막 완결성 모니터링 방법을 통해 수질의 안정성을 보장하여야 한다. 최근 막 완결성 시험 중 하나 인 압력손실시험(pressure decay test, PDT)이 가압식 분리막 모듈을 이용한 음용수 처리 시설에 적용되고 있다. 이 논문에서는 PDT의 기체 주입방법에 따른 세 가지 조건으로 원수 측, 여과수 측, 원수 여과수 양 뱡향 측 세 가지 조건을 선정 후 이에 따른 감지감도를 이론값과 실험값을 적용하여 비교하였다. 실험결과 가압되는 측의 부피와 감도는 반비례함을 확인하였고, 주입부의 반대방향에 부압을 형성 시에도 감도가 증가함을 확인할 수 있다. 즉 막 손상의 감 지감도는 주입되는 부분의 체적이 작아질수록, 분리막을 경계로 유입과 여과 측의 압력차가 클수록 높아짐을 알 수 있었다.

내염소성 원생동물인 크립토스포리디움, 지아디아 등 병원성 미생물의 제거에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 정수 처리 공정에서 막여과 시스템이 각광받고 있으며, 이러한 신뢰성을 보증하기 위해 막 완결성에 대한 연구가 중요시되고 있다. 막 완결성 시험은 크게 직접법과 간접법으로 분류되는데, 직접법 중 압력기반의 시험은 버블포인트 이론을 근간으로 병원성 미생물의 최소 크기인 3 μm 크기 이상을 감지할 수 있는 감도로 USEPA Guidance Manual에서 제시하고 있다. 간접법은 온라 인 상태에서 연속적인 운전이 가능하다는 점에서 널리 사용되지만, 직접법에 비해 현저히 낮은 막 손상 감지 감도를 가지고 있 으며, 손상 부위를 특정 지을 수 없는 한계가 있기에 이러한 감지 감도를 개선해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 압 력 손실 시험에 의한 막 완결성 시험을 통해 막 파단 형태별, 파단 개수, 초기설정압력값에 따른 압력손실률과 LRVDIT 신뢰 성 범위를 상호 비교함으로써 막 손상에 따른 감도의 결과를 정량화하여 UCL 기준을 나타내어 비교 평가하였다.

In this study, a fluorescent silica nano particle is used as the surrogate for challenging test of membrane surface integrity. The particles are functionalized by a fluorescent dying agent so that as an ultraviolet light is imposed a bright fluorescent image from the particles can be taken. If a membrane surface is damaged and has a compromised part larger than the size of surrogate the fluorescent particles would pass through and contained in the permeate. An operator can directly notice whether the membrane surface is damaged or not by detecting a fluorescent image taken from the permeate. Additionally, the size of compromised part is estimated through analysing the fluorescent image in which we surmise the mass of particles included in the permeate by calculating an average RGB value of the image. The pilot scale experiments showed that this method could be applied successfully to determine if a membrane surface had a damaged parts regardless of the test condition. In the testing on the actual damaged area of 4.712 mm2, the lowest error of estimating the damaged area was –1.32% with the surrogate concentration of 80 mg/L, flux of 40 L/m2/hr for 25 minutes of detection. A further study is still going on to increase the lowest detection limit and thus decrease the error of estimation.

In this study, a novel method was proposed to test the integrity of water treatment system specifically equipped with membrane filtration process. We applied the silica particles coated with a fluorescent agent (rhodamine B isothiocyanate) as a surrogate to detect a membrane process integrity and evaluate the reliability of effluent quality in the system. Additionally, a series of experiments was conducted to evaluate the sensitivity of the method through the laboratory scale experiment. The laboratory scale experiments showed that the feasibility of application of proposed method to detect a breach or damaged part on the membrane surface. However, the sensitivity on predicting the area of a breach was significantly influenced by the testing conditions such as a concentration of surrogate, filtration flux, and detection time. The lowest error of predicting the area of breach was 3.5 % at the testing condition of surrogate concentration of 80 mg/L injected with flux of 20 L/m2/hr for 10 minutes of detection time for the breach having the actual area of 7.069 mm2. However, the error of estimation was increased at the small breach with area less than 0.785 mm2. A future study will be conducted to estimate a damaged area with more accuracy and precision.