초순수용 막탈기공정 용존산소 제거효율 평가

권병수; 백영희; 염충균; 석진국; 이경혁

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자료유형: 학술저널

저자정보: 권병수 (K-water연구원) 백영희 (K-water연구원) 염충균 (세프라텍) 석진국 (세프라텍) 이경혁 (K-water연구원)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제41권 제10호

발행연도: 2019.10

수록면: 541 - 553 (13page)

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목적: 본 연구에서는 외산탈기막이 독점적으로 사용되는 초순수 공정에서 국산 Membrane degassing (MDG)공정을 개발하여 평가하였다. 초순수용 MDG 공정에 주로 사용되는 제품은 3M의 Liqui-celTM 제품이며, 국산 MDG막은 화학공정 중 CO₂ 가스 공정에 사용되는 중공사막을 개선하여 모듈을 개발하였다. 초순수 공정의 최종 용존산소 관리 수준은 1 μg/L 이하이며, 국산막에 대한 용존산소 제거효율을 평가하여 외산막과 성능을 비교평가하였다.
방법: 국산 MDG공정 개발에 대한 평가 방법으로 중공사막과 모듈에 대한 평가를 나누어 실시하였다. 우선, 중공사막의 평가를 위해 진공도, 질소가스 주입량 등의 운전조건을 변경하여 DO 제거율을 평가하였다. 외산 및 국산 MDG막을 이용하여 질소농도와 진공도를 각각 2.5 ~ 5 L/min 및 30 ~ 150 mmHg로 변화시키며 평가하였다. 두 번째로 모듈에 대한 평가는 유기물 용출도를 평가하였으며, 또한 인입농도, 진공도, 질소가스량, 공급압력 등 4가지 운전인자에 따른 용존산소 제거효율에 대해 평가하였다.
결과 및 토의: 첫 번째로 국내 MDG 중공사막의 평가결과 진공도와 질소가스량의 조건에 따라 Liqui-celTM 막의 경우 용존산소가 3.8 ~ 4.9 mg/L이며, 국내 중공사막의 경우 3.4 ~ 4.8 mg/L이다. 중공사막의 평가결과 국내 중공사막의 제거효율이 더 좋았다. 이는 막의 기공과 균일도에 의해 효율차이가 발생한 것이다. 두 번째로 국산 MDG 모듈 적용 결과 인입 DO 농도가 10 μg/L 이하일 경우 생산수 DO가 0 μg/L 수준으로 3M막과 비교하여 차이가 없었으나, 인입 DO 농도, 진공도, 질소가스, 공급압력을 변경한 결과 DO제거율이 61 ~ 65% 수준으로 낮아졌다. 막의 패킹효율, 막의 두께, 기공의 사이즈에 의해 효율차이가 발생한 것이다.
결론: MDG 중공사막에 대한 평가에서는 국산막의 제거효율이 더 좋았으며, 모듈을 구성하여 평가하면 효율이 낮아짐을 알 수 있었으며, 이는 모듈 구성이 집약도와 막의 저항이 증가함으로 제거효율이 낮아진다. 이를 극복하기 위해서는 막의 기공 크기를 감소시키고, 막의 두께를 감소시켜 용존산소 제거효율을 높여야 한다.

Objectives : In this study, the efficiency of dissolved oxygen removal was evaluated in the domestic membrane degassing (MDG) process for ultrapure water production. 3M (Liqui-celTM) is mainly used for membrane degassing (MDG) process in ultrapure water. The domestic MDG process is used in CO₂ gas processes in petrochemical processes. The water quality of 3M (Liqui-celTM) process managed below 1 μg/L. The efficiency of dissolved oxygen removal for the domestic MDG process was evaluated and compared with that of external films.
Methods : 3M (Liqui-celTM) and domestic membrane degassing process were evaluated by ultrapure membrane degassing process. First, the DO removal rate was evaluated for the evaluation of the hollow fiber membranes, but the operating conditions such as vacuum degree and nitrogen gas injection amount were changed. Secondly, the solubility of organics in the module was evaluate. And the efficiency of dissolved oxygen removal according to four operating criteria (inlet DO concentration, vacuum level, nitrogen gas volume, and supply pressure) was evaluated.
Results and Discussion : First, the hollow fiber membrane of 3M (Liqui-celTM) is DO 3.8 ~ 4.9 mg/L and the domestic hollow fiber membrane is 3.4 ~ 4.8 mg/L depending on the operating conditions. As a result of evaluation of the hollow fiber membrane, the removal efficiency of the domestic hollow fiber membrane was better. Secondly, As a result of the application of domestic MDG, the dissolved oxygen (DO) concentration of the product is 0 μg/L when the incoming DO concentration is 10 μg/L or less. There was no difference compared to 3M. When the operating conditions such as incoming DO concentration, vacuum level, nitrogen gas and supply pressure were changed, the DO removal rate was lowered to 61 ~ 65%.
Conclusions : In the evaluation of the MDG hollow fiber membrane, the removal efficiency of the domestic membrane was better. However, evaluating the module lowers the efficiency. The packing efficiency of the module is low and the resistance of the membrane is increased, resulting in low removal efficiency. Improvement of domestic MDG membrane should reduce the pore size of membrane and reduce the thickness of membrane. As a result, the dissolved oxygen removal efficiency of domestic MDG membrane can be improved.

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참고문헌 (24)

참고문헌 신청

K. H. Lee, Y. J. Lee, J. L. Lim, Development of customized ultrapure water manufacturing technology for industrial use, J. Korea Water Resour. Assoc. (water and future), 47(5), 13-16(2014).

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