천연 유기물(NOM)이 저압 막 오염의 주요 원인 중 하나라는 것은 잘 알려진 사실이지만, NOM의 특정 부분이 원인인지 정확히 찾아낼 수 있는 사람이 있을까요?- 제가 본 다양한 연구 결론에 따르면 '한 가지-크기-가-모든 것에 맞는' 답은 없을 것 같습니다.
NOM을 특성화할 수 있는 방법은 여러 가지가 있으며 일반적으로 연구에서는 NOM의 어느 부분이 막 오염의 원인인지 확인하기 위해 이러한 특성 중 한두 가지만 동시에 조사했습니다.
NOM은 NOM이 아니다…
NOM 특성은 집수지의 유기물, 지질 조건, 기후 등에 따라 수원마다 크게 다를 수 있습니다. 유기물의 특성을 지정하는 데 사용되는 가장 일반적인 변수는 크기, 구조 및 기능입니다.
이러한 변수는 다음과 같이 추가로 정의됩니다.
Size: Size fractions can be defined as particulate (>0.45μm), 용해(<0.45 µm) and colloidal (~1 nm to 1 µm) where the colloidal fraction crosses over the dissolved and particulate definitions. Molecular weight (MW) distribution is also used to characterize NOM size fractions.
구조: NOM 분획은 NOM이 발수성(소수성)인지 아니면 물을 흡착하는(친수성)인지를 나타내는 소수성(방향족) 또는 친수성(지방족) 구조로 설명될 수도 있습니다.
기능성/전하: NOM은 NOM의 (음성) 전하 밀도에 영향을 미치는 작용기 함량(휴믹산 및 풀빅산)으로 특징지어질 수도 있습니다.
특성 분석을 더욱 복잡하게 만드는 것은 소수성부터 친수성 NOM까지 크기가 낮거나 고분자량일 수 있지만, 경험상 소수성 NOM 분획은 일반적으로 더 높은 MW를 갖습니다.
NOM 특성 외에도 저압 멤브레인 특성 자체도 NOM이 오염을 일으킬지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다. 막 공극 크기, 표면 전하 및 표면 거칠기와 같은 변수는 공극 막힘, 흡착 또는 겔 층 형성에 의해 NOM 오염이 발생하는지 여부에 영향을 미칠 수 있습니다.
그렇다면 파울링의 원인은 무엇입니까??
NOM과 멤브레인에 대한 모든 지식을 바탕으로 어떤 특성이 멤브레인 오염을 일으키는지 정확히 찾아낼 수 있어야 합니다. 그렇죠? 다양한 NOM 분율이 막 성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 실험실에서 실제 규모에 이르기까지 많은 연구가 수행되었습니다.{0}} 다음은 이들 중 일부 결과에 대한 매우 간략한 요약입니다.
Howe와 Clark(2006)은 막 오염 가능성의 대부분을 담당하는 것이 100kDa~1μm 크기 범위의 NOM의 용해된 콜로이드 부분이라고 결론지었습니다. NOM의 더 높은 MW 분율은 응고에 의해 제거되며 더 소수성이고 더 산성인 것으로 가정됩니다.
Yamamuraet al. (2008) 및 Lee et al. (2004)은 NOM의 친수성 부분이 소수성 휴믹 물질보다 막 오염에 더 큰 기여를 한다는 것을 확인했습니다. Lee et al. 또한 친수성 NOM 분획에 포함된 친수성 특성의 거대분자(예: 다당류) 및/또는 콜로이드성 유기 물질이 저압 막을 오염시킬 수 있다는 결론을 내렸습니다.{8}} NOM의 극성 부분을 분리하기 위해 Lee가 사용한 기술의 경우 유기 콜로이드도 친수성 부분에 포함된다는 점이 흥미롭습니다. 이는 콜로이드 물질이 실제로 오염의 원인이 될 수 있는 반면 이 분리 기술을 사용할 때 친수성 NOM이 막 오염의 원인이 된다는 일부 일반화가 이루어진 이유일 수 있습니다.
Lee 등은 더 큰 플럭스 감소를 확인했습니다. MF 오염은 더 큰 거대분자와 유기 콜로이드에 의한 기공 막힘으로 인해 발생하는 한외여과(UF)와 비교하여 미세여과(MF) 동안, UF(더 작은 기공을 가짐)의 경우 기공 막힘보다 더 쉽게 역전되는 겔 층 형성으로 인해 플럭스 감소가 발생했습니다. 흥미롭게도 막의 소수성/친수성 특성은 막 오염에 최소한의 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.
증거는 파일럿에 있습니다…
NOM의 어떤 부분이 막 오염의 원인인지에 대해 왜 이렇게 다양한 결론이 나오는 걸까요? 멤브레인 오염은 그동안 관찰되지 않았던 NOM과 멤브레인 특성이 결합되어 발생하는 것인지, 아니면 아직 규명되지 않은 또 다른 특성이 있는 것인지?
결론은 모든 중요한 변수가 확인되었지만 아직까지 (적어도 내가 찾은 한) 누구도 한 연구에서 이러한 변수를 모두 살펴본 적이 없다는 것입니다. Lee 등이 수행한 작업. 가장 가까이 다가옵니다. NOM의 다양한 분율은 다양한 특성을 지닌 멤브레인에 다양한 영향을 미칩니다. 그것은 꽤 복잡한 연구 매트릭스를 설정합니다. 특정 수원에 대한 막 처리를 검토하고 있다면 최소한 평가할 NOM 변수 세트가 한 개만 있으면 됩니다.
불행하게도 우리는 특정 멤브레인 유형에 대한 오염 가능성을 예측할 수 있도록 수원의 NOM을 적절하게 지문 분석할 수 있는 시점에 이르지 못했습니다. 이는 지속적으로 운영되는 파일럿 플랜트의 시행착오를 통해서만 결정됩니다. 막 공급수에 포함된 특정 NOM의 오염 특성을 고려하지 않고 전처리 공정을 선택할 때 전체 NOM 제거 목표를 처리 목표로 삼는 것은 잘못된 판단입니다.
참고자료
1. 하우, K; 클라크, M; "막 성능에 대한 응고 전처리의 효과", Journal AWWA, 2006년 4월.
2. 야마무라, H; 기무라, K; 오카지마, T; 도쿠모토, H; 와타나베, Y; "막 표면에 대한 기능 그룹의 친화성: 물리적으로 돌이킬 수 없는 오염에 대한 영향", 환경 과학 및 기술, Vol. 42, No. 14, 2008.
3. 이은; 에이미, G; 크루, J; 부이송, H; "천연 유기물(NOM)에 의한 저압 막(MF/UF) 여과의 오염 식별 및 이해", Water Research 38(2004), 4511-4523.
