멤브레인 및 멤브레인 공정

멤브레인은 반투과의 성질을 이용하여 어떤 물질을 성질이 다른 물질과 분리 혹은 전달하는 것으로 정의될 수 있으며, 단순하게 어떠한 크기 이상을 분리 혹은 전달하는 것 이외에도 전하반발력, 용해도, 확산률 등의 성질을 이용하여 분리 혹은 전달을 강화시키기도 한다. 이러한 분리를 위하여 필요한 추진력(driving force)에는 압력, 농도차, 온도차, 전자기장 등이 있다. 응용분야로는 바닷물로부터 청정수를 만드는 공정 (분리), 피부에 부착하여 니코틴을 전달하여 금연을 돕는 약품 (전달), 흐름속에서 산소만을 감지하는 장비 (선택적 전달), 산소만 투과시키는 콘택트렌즈 등을 들 수 있다. 이상에서 알 수 있듯이, 멤브레인은 단순히 분리만을 의미하는 것이 아니라, 선택적 전달 및 상대적인 전달 모두를 의미한다. 본 장에서는 환경공학에서 쓰이는 멤브레인 공정 (주로 분리공정)을 이해하기 위하여 멤브레인의 기본사항, 멤브레인의 재료 및 그 성질을 살펴보고, 그 멤브레인의 성질을 분석하는 방법을 소개한다. 그 이후에, 상수처리를 위한 멤브레인 공정을 알아본 후에 그 실례를 들어 연구하기로 한다. 멤브레인의 종류를 그 구멍의 크기로 분류하면, microfiltration (MF로 표기), ultrafiltraion (UF로 표기), nanofiltration (NF로 표기), hyperfiltration 혹은 reverse osmosis (HF 혹은 RO로 표기)로 분류할 수 있는데 다음 표와 같다. 표. 각 멤브레인 종류별 특징 위의 표에서 알 수 있듯이, MF는 입자, 콜로이드를 제거하는데 이용되며, UF는 작은 콜로이드입자, 분자의 크기가 큰 고분자물질, 분자의 크기가 큰 유기물질등을 제거하는 이용되고, NF 멤브레인은 주로 유기물질(상수처리시 발암물질의 선구물질)을 분리제거하는데 이용되며, RO 멤브레인은 해수의 담수화에 주로 사용되고 있다.