여과막은 특정 추진력에 따라 물질의 두 가지 다른 상을 분리하는 매체를 의미합니다. 추진력의 작용에 따라 혼합 용액의 이온, 분자 및 일부 입자는 막의 투과성에 의해 분리될 수 있습니다.
멤브레인은 재질의 종류에 따라 유기막과 무기막으로 분류됩니다. 유기막은 분리 효율이 높고, 장비가 간단하며, 형성 공정이 용이하여 수처리 분야에 처음 도입되어 널리 사용되었습니다. 그러나 여전히 짧은 수명, 열악한 화학적 안정성, 미생물에 대한 약한 저항성, 열악한 열 안정성 등의 본질적인 단점을 가지고 있습니다.
무기막, 특히 세라믹막이 점차 주목을 받고 있다. 1990년대 이후 무기막의 연간 성장률은 30~35%에 이르며, 세라믹막이 이 성장의 약 80%를 차지한다.
무기 세라믹 분리막의 성능 특성
세라믹 멤브레인은 일종의 고체 멤브레인으로, 지지체는 다공성 세라믹 재료로 구성되고 여과층은 미세 다공성 세라믹 멤브레인으로 구성됩니다. 관형, 평면형 또는 다중 채널 모양일 수 있습니다. 세라믹 멤브레인의 표면에는 일반적으로 0.004~15μm 범위의 기공 크기를 갖는 균일하게 배열된 미세 기공이 있습니다. Al2O3, TiO2, ZrO2 및 SiO2와 같은 재료로 제조된 세라믹 멤브레인은 뛰어난 화학적 안정성, 고온 저항 및 긴 수명으로 잘 알려져 있습니다.
1. 고온 저항
무기 세라믹 분리막은 내열성이 뛰어나며 대부분의 세라믹 분리막은 1000~1300℃ 범위의 온도에서 작동할 수 있습니다. 고온 및 고점도 유체의 분리에 적합합니다. 식품, 유제품, 제약 산업과 같이 화학적 세척이 불가능하거나 온도 상승을 통해 재료 점도를 줄여야 하는 경우,
2. 우수한 화학적 안정성
무기 세라믹 멤브레인은 산, 알칼리 및 생물학적 부식에 강하여 내식성 측면에서 금속 및 기타 유기 멤브레인 소재보다 성능이 뛰어납니다. 이 제품은 pH 값이 매우 높은 물질, 특히 알칼리성 물질을 처리하는 데 사용할 수 있으며 항균 특성과 생분해 저항성이 뛰어납니다.
3. 높은 투과 선택성
다공성 세라믹 막은 기공 크기가 작기 때문에 투과 선택성이 높고 한외여과 및 정밀여과에 적용할 수 있습니다. 또한, 세라믹 나노여과막은 이온 분리 특성이 서로 다르기 때문에 분리하고자 하는 이온에 따라 세라믹 소재를 선택할 수 있다.
4. 오염이 없으며 청소가 쉽고 수명이 길다.
세라믹 분리막은 화학적 안정성이 뛰어나 분리 과정에서 상변화나 화학반응이 없어 액체에 오염이 발생하지 않습니다.
세라믹 멤브레인 세척은 매우 간편하며, 산성, 알칼리성, 효소 세척제를 사용하여 멤브레인 표면의 불용성 침전물, 유성 물질 및 단백질을 제거할 수 있으며, 증기 및 끓는 물을 사용하여 멸균할 수 있으며, 역세 방식을 적용하여 멤브레인 표면의 오염 물질을 제거할 수 있습니다. 세라믹 막은 비대칭 구조를 갖고 있기 때문에 막 구멍이 있습니다.
세라믹 멤브레인은 내구성이 뛰어나고 일반적인 수명은 3~5년이며 일부는 적절한 유지 관리를 통해 최대 8~10년까지 연장할 수도 있습니다.
5. 광촉매
TiO2 멤브레인과 같은 특정 유형의 세라믹 멤브레인은 강력한 광촉매 특성을 가지고 있습니다. 자외선 아래에서는 공급 물질의 박테리아 및 기타 미생물을 죽일 수 있으므로 수처리, 공기 정화 및 살균 용도에 적합합니다.
폐수 처리에 세라믹 멤브레인 적용
1. 식품 산업 폐수
세라믹 막은 고온 저항성, 화학적 안정성, 산, 알칼리 및 생물학적 부식에 대한 저항성을 가지므로 식품 산업 폐수 여과 처리, 주로 과일 주스 제조 공장, 맥주, 간장, 식초, 은행나무 물, 차 등도 한약의 여과에 사용될 수 있습니다.
2. 섬유 및 제지 폐수
섬유 및 제지 폐수는 부피가 크고 착색도가 높으며, 염료, 펄프, 섬유 불순물, 중금속 및 기타 물질을 포함하는 복잡한 구성을 특징으로 하며 생물학적 독성이 높고 심각한 오염을 유발합니다. 세라믹 분리막은 특히 불용성 염료의 처리에 효과적이며, 수용성 염료의 경우 계면활성제를 첨가하면 제거율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
3. 생화학적 폐수
최근 세포 제거, 멸균수 생산, 저분자량 유기화합물 정화, 생물반응기 막 분야 등 생화학 공학 분야에서 세라믹 막의 적용이 많은 주목을 받고 있습니다. 발효액에서 박테리아를 분리하기 위해 세라믹 막을 사용하면 산업 규모의 여러 시설이 설치되어 제품 생산성이 향상되고 장비 부하가 줄어들 뿐만 아니라 폐수 배출량도 크게 줄어듭니다.
4. 유분 함유 폐수
유분 함유 폐수는 석유화학, 석유 추출, 운송, 기계 가공, 가죽, 섬유, 식품, 의약품 등 다양한 출처에서 발생합니다. 화학적으로 산소를 많이 요구하고 다량의 오일을 함유하고 있어 심각한 환경 오염을 유발합니다. 오일 함유 폐수의 효과적인 분리는 환경 개선, 오일 회수 및 물 재사용에 매우 중요합니다. 세라믹 막 여과 기술은 탁월한 분리 효과와 2차 오염이 없어 연구의 핫스팟이 되었습니다.
5. 국내 및 도시 폐수
알루미나 막은 국내 및 도시 폐수를 처리하는 데 사용할 수 있습니다. 미세 기공은 막히지 않고 청소하기 쉽고 갇힌 오염 물질은 제어층 표면에 머물게 됩니다. 세척 후에는 보유율과 사용 가능한 유량이 거의 100% 회복될 수 있습니다. 0.1-0.35μm 범위의 제어층 기공 크기를 갖는 알루미나 멤브레인 튜브는 BOD5의 경우 83%, CODcr의 경우 67%, 0.1μm보다 큰 고체 부유 물질의 경우 100% 제거율을 갖습니다.
수처리에 세라믹 멤브레인 생물반응기의 적용
수처리에서 세라믹 막의 적용은 특히 폐수, 주로 산업 폐수 처리에 널리 퍼져 있으며, 국내 하수 처리에서 세라믹 막의 연구 및 적용은 아직 상대적으로 드뭅니다. 국내 하수처리에 세라믹막을 적용하는 주요 용도는 막분리와 막분리와 생물반응기 기술을 결합한 세라믹막생물반응기(CMBR) 두 가지로 분류할 수 있다. 현재, 막 분리는 응용 연구에서는 덜 일반적이며, 대부분의 노력은 주로 혐기성 공정인 세라믹 막 생물반응기에 초점을 맞추고 있습니다.
MBR(막 생물반응기)은 막 분리 장치와 생물학적 처리 장치를 결합한 혁신적인 수처리 기술입니다. 기존 활성슬러지 방식에서 사용되던 2차 침전조를 고효율 분리막 모듈로 교체하여 전례 없는 진흙수 분리 및 슬러지 농축 효과를 실현하였습니다. 또한, 멤브레인은 폐수에서 부유 물질, 유기물, 병원체 및 바이러스를 효율적으로 제거하여 처리수의 수질을 크게 향상시킵니다.
MBR은 전통적인 생화학적 처리 기술에 비해 높은 처리 효율, 우수한 수질, 소형 장비, 작은 설치 공간, 쉬운 자동화, 단순화된 운영 및 관리 등 상당한 장점을 가지고 있습니다. 1980년대부터 이 기술은 점점 더 주목을 받으며 수처리 연구에서 뜨거운 주제가 되었습니다. 현재 막생물반응기는 미국, 독일, 프랑스, 일본, 이집트 등 10여 개국에서 적용됐다 .
중앙 집중식 도시 폐수 처리의 경우 처리할 물의 양이 많고 오염 물질 농도가 상대적으로 낮기 때문에 막 여과는 에너지 집약적이며 경제적으로 실현 가능성이 낮습니다. 그러나 세라믹 막 생물 반응기는 주거 단지의 폐수 재사용과 같은 생활 하수의 분산 처리에 사용될 수 있습니다. 세라믹 멤브레인 생물반응기는 안정적인 작동, 최소한의 유지 관리 요구 사항, 높은 기계적 강도, 긴 서비스 수명 및 화학적 부식에 대한 저항성을 제공하므로 유기 멤브레인에 비해 경쟁력이 높습니다.
요약하면, 세라믹 막 생물 반응기는 긴 수명, 높은 신뢰성, 일관된 처리 효과, 적은 운영 및 유지 관리 요구 사항으로 인해 산업용 수처리에서 널리 칭찬을 받았으며 분산형 가정 하수 처리 분야에서 큰 응용 전망을 가지고 있습니다.
