멤브레인 화학 세척이 필요한 이유와 수행방법

여과를 진행하다보면 막 여과 중에 막 표면이나 기공에 막 파울링(입자와 유기물이 축적되는 것)이 발생합니다. 막 파울링으로 인해 막 성능이 손실됩니다. 즉, 거부값이 낮아지고 , 투과 유량이 낮아지고, 압력 강하가 높아져 운영 비용이 높아집니다. 파울링 정도는 공급 품질, 작동 조건, 막 특성 및 모듈 설계에 따라 달라집니다.

막 파울링은 

1. 유압식으로 가역적인 파울링, 

2. 화학적으로 가역적인 파울링, 

3. 비가역적인 파울링  의 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 

유압식으로 가역적인 파울링은 물리적으로(예: 막 표면 부근에 난류를 도입하여) 제거하거나 막의 역세척을 통해 제거할 수 있습니다. 반면, 화학적으로 가역적인 파울링은 화학적 세척 방법으로만 제거할 수 있는 반면, 비가역적인 파울링은 영구적입니다.

일반적으로 오염물을 물리적으로 제거할 수 없는 경우 화학적 세척이 수행됩니다. 멤브레인을 화학적으로 세척하면 멤브레인 표면의 오염물질이 제거되고 멤브레인 성능이 회복됩니다. 멤브레인 제조업체마다 화학적 세척 빈도에 대한 다양한 지침과 권장 사항이 있지만, 일반적으로 다음과 같은 경우에 화학적 세척이 수행되는 것이 좋습니다.

• 표준화된 투과 유량은 약 10-15% 감소합니다.

• 표준화된 투과 품질이 10-15% 감소합니다.

• 정규화된 압력 강하는 10-15% 증가합니다.

올바른 세척용 화학물질과 각각의 농도를 선택하는 것은 파울링의 특성과 강도, 그리고 멤브레인 장치의 습윤 물질과 멤브레인과의 화학적 호환성에 따라 달라집니다. 일반적으로 CIP(Cleaning in Place)라고 하는 세척 절차는 빈도, 작동 압력, 흐름, 온도 및 pH에 따라 달라지며 일반적으로 파울링 유형 및 강도는 물론 멤브레인 모듈 설계에 따라 달라집니다.

일부 멤브레인 제조업체는 독점적인 화학 물질 및 세척 절차를 제공하지만 CIP(멤브레인 세척)에 대한 일반적인 지침은 다음과 같습니다.

• 세척용 화학물질:  유기 파울링용: NaOH 0.05-0.1%

무기 및 콜로이드 파울링의 경우: 강산(H 2 SO 4 ,H 3 PO 4 , HCl, 구연산) 0.1-0.2%

• 세척 압력: 15-75psi(1-5bar)

• pH 범위: 셀룰로오스 아세테이트(CA): 3-8

폴리술폰(PS): 2-11.5

폴리아미드(PA) 2-11.5

• 온도 : 세척 절차는 높은 온도(예: 35-50°C)에서 더 효과적입니다.

• 순환 시간: 대부분의 세척용 화학물질은 10~30분 동안 순환되어야 하며, 그 후 10~30분 동안 담근 후 세척하기 전에 마지막 10분 동안 재순환해야 합니다. 파울링 강도가 높은 경우 최대 3시간의 순환이 필요할 수 있습니다.

• 순환 속도: 화학적 세척은 유속이 높을수록 더 효과적입니다. 

유속이 빨라지면 교차 유속이 빨라지고 결과적으로 막 표면의 전단력이 높아져 파울링 제어에 효과적인 것으로 입증되었습니다