막오염 중 파울링(Fouling)에 대해서

파울링(Fouling)현상은 여과막에서 많은 여러가지 원인에 의해 막이 오염되는 현상을 말합니다.

오염이 되면 처리효율을 떨어뜨리고 수명을 단축시켜 역세기간의 단축 등의 현상을 가져옵니다.

파울링의 원인은?

- 세공현상

흡착현상에 의해 생기는 막의 오염으로서 모든 세공을 더욱 작게하는 원인이 되며, 작아진 세공에서는 세공막힘(Plugging) 현상이 발생한다.

- 미세 시공막힘

세공막힘 자체가 흡착현상이 아닌 조그마한 입자 자체가 세공을 막는 경우인데, 이러한 미세세공은 막의 오염 현상중에서 회복이 곤란한 경우에 속한다. 세공의 구조는 원추형이어서 이러한 미세입자들이 끼어들수 있는 여지가 많고 세공경이 작을수록 막힘현상은 증가한다.

- 흡착층 형성

막표면 근처에서는 흡착층 이란것이 형성되어 층을 통한 화학적인 반응으로 막표면에 용착되어 오염층이 형성 되는 것으로 시간이 흐를수록 실제의 세공경은 자연히 적어지는 현상

- 세공경보다 큰 입자들은 비교적 세공이 큰 구멍을 막고 세공경이 작은 구멍은 그대로 남게되어 전체적으로 세공의 분포를 줄어들게 하는 경우로 오염율은 높은편이나 세정으로 회복이 잘되는 편이다.

- 급속오염

주로 흡착현상에 의해 일어나며 압력을 가하지 않는 경우에도 일어나고 주로 표면흡착에 의한 것으로 막의 투과속도에 큰 영향을 미친다.

그리고 막분리 공정에서 자주 일어난다.

- 축척오염

공정이 진행되는 동안 여과막내의 선속도가 천천히 감소하는 경우이며, 시간이 지남에 따라 초기 선속도의 절반으로 줄어드나 막표면의 용착의 결과이다.

이렇게 형성된 용착증은 제거하기 쉽지 않다.

- 농축분극현상

막표면 가가이에서 용매의 축적이 일어나 높은 농도의 층이 형성되어 물질 전달을 막을 수 있다.

농도 분극현상

막여과에서 농도분극은 막분리의 선택적투과에서 UF, MF에서 압력에 의한 공정은 부분적으로 용액내의 용매는 막을 통과하지만 많은 경우에는 용액속에 존재하게 된다.

이런 경우 막표면에서 용질은 쌓이고 농도는 점차 증가하여 막표면경계층에서 농도구배가 생기는 것을 농도분극현상이라 한다.

- 층현상

특히 분자량이 큰 고분자물질은 막표면에 높은 농도를 유지함과 동시에 수많은 고분자 물질로 이루어진 층이 막표면에 형성되는데 이 층은 분자량의 크기, 모양, 화학적인 구조나 결합력에 따라 달리 나타난다.

이 현상은  용액의 농도와는 무관하다.

- 이 같은 농도분극과 층현성은 동시에 일어나며, 막을 통한 유속은 층형성의 농도와 같아지는 농도에 이를 때가지 압력과 함께 증가하며 압력이 더 높아지지 않더라도 막표면에서 농도는 증가하지 않는다.

농도분극현상의 영향

-농도분극으로 막표면 가가이에 용질이 쌓이게되면 삼투압이 증가되며 막내의 투과압은 순압에 의해 증가되는데 삼투압 증가로 유속은 감소될것이다.

-용매의 유속은 막주변의 농도차, 즉 막 내외의 농도차에 비례해서 증가되므로 농도분극에 의한 막외의 농도증가는 막내의 투과량을 감소시킨다.

-농도분극현상으로 인해 CaSO4와 같은 무기물과 콜로이드성 물질과 같은 유기물이 막표면에 용착이되어 막오염 같은 현상이 일어나게 된다.

경계층내에 많은 오염원끼리 상호작용으로 막표면에 부착되면 제거되기가 정말 어렵다.