필터장치 여과 목적 메디아의 여러 형태 중에서 보다 더 저렴한 가격의 멤브레인 소재의 폭넓은 응용은 여과(filtration) 산업에서 독특한 차별성을 가지게 됐으며 나아가 멤브레인 시스템으로의 개발은 멤브레인 소재의 지속적인 연구개발로 가능하게 됐다.

현재 별도의 독특한 물성 특성을 가진 많은 멤브레인 소재가 다양하게 개발되어 있으며 이들에 의해 멤브레인 설비제품들이 보다 더 개선된 효율적인 시스템 성능을 갖는 것이 가능하게 됐다. 여과 기능 목적으로 사용되는 소재로서의 멤브레인은 초기에 얇은 판형(thin flexible sheet) 혹은 얇은 두께의 튜브형(thin walled flexible tube) 형태로 제작됐으며, 여과기능의 원리로는 semi-permeable(반투막) 특성에 의존하고 있다.

이러한 다양한 형태로의 제작 가능성은 멤브레인 소재 자체의 개발과 연관되어 있으나 최근 세라믹 소재 멤브레인 개발로 멤브레인의 기능 목적을 단순하게 규정하기 곤란하게 됐다. 실제로는 ‘멤브레인이 무엇이냐’ 보다는 ‘멤브레인으로 무엇을 할 수 있느냐’를 검토하는 것이 더 의미가 있게 된 것이다. 즉 분리 기능이 있는 멤브레인은 micrometer 혹은 nanometer 정도의 매우 미세한 크기의 부유성·용존성 물질을 흡착 유지시키고자 하는 반투막성질을 가지는 소재로 통용됐다.

 

The wide, and steadily less and less expensive, availability of the membrane, in all of its forms, as a filter medium has made a tremendous difference to the ability of the filtration industry to achieve very fine levels of separation.

Improvements in membrane systems of all kinds have been made possible by the continual production of new materials from which membranes can be made. There is now a very wide range of materials with specific properties that can be utilised to make membranes with improved system performances. In its early days as a separating medium, the membrane was a thin flexible sheet or a thinwalled flexible tube, rendered semi-permeable by its production process.

This characteristic of flexibility has remained associated with the membrane, but the widespread existence of the rigid ceramic membrane makes it very difficult to provide a simple definition for a membrane. In fact it is probably better to define a membrane in terms of what it does, rather than what it is: so that a separation membrane is a semi-permeable material able to retain suspended or dissolved substances at levels in the region of a few micrometres, down to a few tenths of a nanometre.

 

RO 멤브레인을 이용한 최초의 적용은 해수담수화 분야로 400 Dalton 이상 혹은 1.5㎚ 크기 정도 바닷물을 처리하는 용도로 사용됐다. 한외여과막(ultrafilration)은 일부용존성 유기물 제거 및 큰 입자의 무기물 이온 제거용으로, 0.3-500K Dalton 혹은 1-200㎚ 크기 범위를 처리하는 용도로 널리 사용된다.

이 두가지 제품으로부터 제조공정에서 새롭게 개발된 것으로 RO와 UF사이의 여과범위에서 중복 처리되는 수준인 나노막(nano filtration)은 50 Dalton에서 5㎚ 크기정도를 제거하는 용도로 사용된다. 그리고 멤브레인 여과 범위의 가장 큰 단계인 정밀여과막(micro filtation)은 50㎚에서 2㎛크기 범위 입자 제거용으로 관련제품의 출현이 있었다, 정밀여과막 계통의 뒤늦은 개발로 분리여과 시장에서 멤브레인 적용 시장 점유율이 증가하게 됐으며 이러한 MF막의 설치 확대는 전체 멤브레인 시장에서 주목할 만한 시장점유를 갖게 됐다.

잘 알려진 액상분리용(liquid separation) 멤브레인 사용에 추가해 gas 및 vapor용의 멤브레인도 널리 사용되고 있다. 그중 가장 큰 시장으로는 air 부품용의 적용으로 소규모의 산소 혹은 질소 플랜트에서 사용되며 이들 플랜트에서 자체적으로 이러한 가스를 생산하고 있다. 이산화탄소의 포집 및 저장 목적으로 글로벌 온난화 감소 기술의 사용으로 gas permeation 분야의 많은 적용 실적을 제공하고 있다. 또한 에너지 효율화를 위한 수소이용설비 이용이 강화되고 있는 추세이다.

 

The earlier applications for membranes covered reverse osmosis, primarily for the desalination of water (in the size range up to around 400 Dalton or about 1.5 nm), and ultrafiltration, widely used for the removal of dissolved organics and larger inorganic ions(in the size range 0.3 to 500 kD or about 1 to 200 nm).

The two major liquid processing changes that have occurred have been the appearance of nanofiltration overlapping the top end of reverse osmosis and the lower end of ultrafiltration (covering around 50 D to 5 nm), and the extension of membrane separations into the microfiltration range (from around 50 nm up to 2 μm or more). This latter move, into microfiltration, has greatly increased the applicability of membrane media in separation processes, and microfiltration uses are approaching the largest component of the total membrane market place.

In addition to the better known liquid separation uses of membranes, they are also widely used for gas and vapour separations, which are rapidly growing as applications for membranes. The largest is in the separation of the components of air, such that small, on-site oxygen or nitrogen plants are now commonplace, enabling the local production of these gases. The growing emphasis in global warming abatement technology on carbon dioxide capture and storage is likely to provide a huge application for gas permeation, as will any major move into hydrogen systems for better energy economy.

 

다양한 분리공정에 사용되는 멤브레인 모듈 및 시스템 생산제조는 규모경제의 산업으로 멤브레인 모듈만 고려하면 전체 filter media 시장의 35∼40% 정도를 점유하고 있다. 금액적으로는 2009년 기준 80억 달러에 달할 정도로 가장 빠르게 성장하는 메디아 분야이다.

Degremont, Dow Chemical, Dupont, GE(Ionics, Osmonics 및 Zenon 포함), Koch, Pall 및 Toray사 등이 현재 시장의 대형 공급업체들이다. 이외에 이들보다 소규모의 많은 회사들이 있으며 특히 진동형 멤브레인(vibrating membrane array) 형태 시스템 제조사인 New Logic사처럼 독특한 사양 및 형태를 가진 제품의 제조사들, 그리고 점차 수요가 증가 추세인 세라믹 멤브레인(ceramic membrane) 및 멤브레인 결합의 생물반응조(membrane bioreactor) 형태 제품의 제조사들이 있다.

여과장치 산업(filtration business)의 다른 분야와 마찬가지로 멤브레인 공급업자간의 인수합병은 비즈니스 존속 여부에 핵심요소가 되고 있다. 2004년 기분 멤브레인 사업체로 특정화된 30개업체 중에서 절반이 채 안되는 업체만이 인수합병에 영향을 받지 않고 살아남았다. 원심분리장치(centrifuge)의 양대 대기업이 멤브레인 사업체를 인수(Alfa Laval의 DSS 인수, GEA의 Membraflow 인수)하기도 했다. 그보다 더 주목해야할 움직임은 fresh water, wastewater 분야에 대한 진출로 멤브레인 여과·필터 영역에서 GE와 Siemens사에 의한 인수합병으로 잘 나타나고 있다.

그밖에 다른 기업의 움직임은 Pall사에 의한 US Filter회사들의 인수에서 볼 수 있으며 Polypore사의 Membrana 인수, Domnick Hunter사 Parker Hanninfin에 매각, Cuno사 3M사에 매각 등이 있다. 사모투자그룹도 멤브레인 사업에 적극적이었으며, 이들 투자펀드에 의해 Norit사의 인수, Polypore사의 인수 등에 참여했다. 한편 Novasep/Orelis 기업 인수에도 적극 가담했다.

 

The manufacture of membrane modules and systems for the various separation processes is a sizeable business. It represents (counted at the membrane module level only) 35-40% of the total filter media market, approaching $8 billion in 2009, and is the fastest growing of the media market segments. Not surprisingly, in a business of this size, there are some large players, such as Degremont, Dow Chemical, DuPont, GE (including Ionics, Osmonics and Zenon), Koch, Pall and Toray. There are many other companies involved, often a lot smaller than these, but noteworthy for some specific feature of their product range, such as New Logic with its vibrating membrane array, and the steadily increasing number of makers of ceramic membranes and membrane bioreactors.

In common with every other segment of the filtration business, corporate acquisitions among membrane suppliers have been a feature of business life. Of the 30 companies featured in the last of Elsevier’s Profiles of the membrane business, published in 2004, less than half have survived unaffected by take-over activity. The two largest centrifuge companies have each bought into the membrane business (Alfa Laval with DSS Nakskov, and GEA with Membraflow), but a larger observable move is into the fresh and wastewater applications, for which membrane separation makes a very good entree - well demonstrated by the recent acquisitions of GE and Siemens.

Other business expansion moves can be seen in Pall’s purchase of several of the USFilter range of companies, including Memcor; Polypore’s acquisition of Membrana; and the sale of domnick hunter to Parker Hannifin, and of Cuno to 3M. The private equity houses have been busy in the membrane business, as elsewhere, as witness the purchase of Norit, and of the expanded Polypore, by investment funds, also the assisted buy-out of Novasep/Orelis.

 

일반 멤브레인 공정은 플럭스(flux) 및 선택적 투과성(selectivity)의 2가지 중요한 공정 parameter에 의해 특정화 된다. selectivity는 제작되어지는 멤브레인 재질의 자체 특성에 의하여 결정되며 처리하고자 하는 물질의 투과성능(permeability)으로 측정된다. 또한 flux는 멤브레인 양단간의 압력차 조건하에서 멤브레인 재질의 저항성(resistance)에 의해 결정되며, flux 값은 멤브레인의 운전 조건 및 적용되는 압력에 의해 증가하게 된다.

실제로 멤브레인은 아주 이상적인 여과기능을 가진 메디아(filter medium)로서 아주 미세한 정도의 분리기능을 가지며, 사용자로부터의 다양한 요구조건을 충족할 수 있는 성능을 갖는다. 모든 형태의 멤브레인에 영향을 주는 여러 가지 운전상의 문제점이 발생되는데 이러한 문제를 최소화 하도록 하기 위해 멤브레인 media 및 시스템 개발에 많은 노력이 있었다.

 

Most membrane processes are characterised by two key process parameters: flux and selectivity. The selectivity is governed by the intrinsic nature of the membrane material, built into it by its method of manufacture, and measured by its permeability to the species in question. The flux is determined by the specific resistance of the membrane material under a given differential pressure across the membrane, so that the flux increases with the operating area of the membrane and with the applied pressure.

On the face of it, the membrane is an ideal filter medium, able to meet the increasingly severe demands from its marketplace for ever finer degrees of separation. In practice, there are a number of operating problems affecting all types of membrane, and much of the work entailed in the recent developments in membrane media and systems has been designed to reduce the impact of these problems.

 

멤브레인 공정에서 가장 큰 문제는 멤브레인이 쉽게 막히는 현상으로 이는 유체 흐름의 저항력을 증가시킨다. 이러한 현상을 파울링(fouling)이라 하며, 멤브레인 표면의 upstream 위치에서 유입수에 함유된 고형물질이 축적되는 것이 그 원인이다. 이러한 과정은 농도분극 현상에 의해 가속화되며, 농도분극은 멤브레인 표면과 접한 위치에서 일어난다. 여과 과정으로 분리되는 물질이 이 위치에서 축적되어 fresh material이 표면에 다다르는 것을 방해하는 기능을 한다.

파울링과 농도분극의 문제는 공정의 조합설계로 해결이 가능하다. 즉 유체의 흐름이 멤브레인 표면과 수직한 형태가 아닌 평행한 흐름으로 설계해 표면이 세척(scouring)되도록 하며, 멤브레인 표면층을 얇게 하고 나아가서 축적된 물질을 제거하도록 한다. 이러한 연속동작의 십자여과(cross-flow) 방법이 필터산업에서 가장 괄목할만한 개발 성과이며 회전형 혹은 진동형의 필터장치에서는 더욱 효과적이다.

 

The main operating problem of membrane separation processes remains the ease with which the membrane plugs, causing the resistance to flow to increase. This behaviour, fouling, is caused by the deposit of slimy solids, present in the feed, on the upstream membrane surface, which eventually blocks it.

The plugging process is accentuated by the concentration polarisation that occurs in the relatively quiescent fluid zone close to the membrane surface, as the species separated from previously processed fluid build up in this zone and interfere with fresh material trying to get to the surface.

The problems of fouling and concentration polarisation have found some resolution in the process arrangement that causes the feed liquid to flow parallel to the membrane surface, rather than perpendicular to it, so scouring the surface as the flow moves across it, thinning the surface layer and removing deposited material. The consequent cross-flow filtration method has been one of the most important equipment developments in the filtration industry, especially when coupled with rotating or vibrating filter systems.

 

대부분의 멤브레인에서 유체의 흐름에 대한 저항은 크기 때문에 낮은 생산성으로 인해 원하는 정도의 물 생산량을 얻기 위해서는 보다 넓은 막 표면적(membrane area)과 보다 높은 압력이 요구된다. 따라서 멤브레인 소재 및 공정의 개발은 RO로부터 UF까지의 확산기술 멤브레인 뿐만 아니라 MF 기술의 미세기공 소재 멤브레인까지 모두 유체의 흐름 방지를 최소화하는 것을 목표로 한다. RO 기술보다 NF 기술의 사용은 이와 유사한 효과를 보여준다.

 

Because the resistance to flow through most membranes is high, the consequent low throughput has needed large membrane areas, and high pressures, to achieve worthwhile fluid flow rates. The history of membrane material and process development is very largely one of reduction in flow resistance, first in the diffusion membranes from reverse osmosis to ultrafiltration, and then to the microporous materials of microfiltration. A similar relaxation occurred in the move from reverse osmosis to nanofiltration.

 

초기 멤브레인은 비교적 강도가 약한 소재로 만들어져 적용은 주로 자체적으로 강한재질의 중공사 멤브레인에 의존했다. 새로운 소재가 개발됨에 따라 소재의 강도가 우선적으로 고려되지 않게 됐다. 따라서 현재의 멤브레인은 매우 얇은 구조의 비교적 연신강도(tensile strength)가 약한 편이다. 강도의 관점에서 복합구조의 멤브레인(composite membrane)이 개발됐다. 즉, 활성분리층(active separating layer)이 지지층(substrate layer) 위에 도포되어 최종제품에서 필요로 하는 강도를 갖게 됐다.

 

The first membranes were relatively weak materials, hence their use as hollow fibres, which are intrinsically strong. As new materials were developed, strength was often not the first priority, and modern membranes can be very thin, with low tensile strengths. The saving move from the point of view of strength has been the development of the composite membrane, in which the active separating layer is supported on one or more substrate layers, which give the necessary strength to the finished membrane.

 

초기의 멤브레인은 제조원가가 비싼 반면에 수명은 길지 않았으며 이러한 운전비용의 영향으로 실제 적용에는 커다란 부담이 됐다. 멤브레인 소재와 시스템 설계에 대한 개발로 여과면적 기준 혹은 공정의 생산성 면에서 멤브레인 비용의 괄목할만한 절감이 있었으며 사용시간에 따라 그 절감 폭은 더욱 커지게 되었다. 빠른 속도의 절감 효과는 새로운 소재, 즉 고가의 유기성 및 무기성 재질의 개발로 영향을 받게 되었다.

 

The earliest membranes were expensive to make and lasted only a short time. Coupled with these operational costs was the cost of high pressure operation. Developments both in membrane materials and system design have resulted in a marked reduction in membrane cost, measured in filtration area or process throughput, which has reduced exponentially with passing time. The overall speed of reduction has, of course, been affected by the development of new and initially more expensive materials, both organic and inorganic, but these have in turn followed a similar cost reduction path.

 

대부분의 멤브레인 적용은 비교적 경공업 산업용으로 특화 되어 왔으나 화학산업 및 제약산업등으로 폭넓게 적용이 되자 부식성의 문제가 대두되게 되었다. 이러한 경향은 PTFE 혹은 PVDF 등의 fluorinated polymer 재질을 사용한 새로운 막이 chemical 부식성에 내성을 보여주고 있음에도 불구하고 폴리머 멤브레인 (polymer membrane media) 보다 부식성이 약한 세라믹 (ceramic) 이나 다른 종류의 유기성막의 개발 기회가 주어지게 되었다.

 

The majority of membrane applications feature relatively bland conditions, but increasingly, as membranes have found application in the chemicals and pharmaceutical sectors for example, corrosive environments have become involved in processing. This has provided an opportunity for ceramic and other inorganic membranes to take the place of less resistant polymeric membrane media, although newer membranes made of fluorinated polymers, such as PTFE and PVDF, show marked resistance to chemical corrosion.

 

기존의 폴리머 멤브레인은 강산성 혹은 강알칼리성의 환경조건에 적합하지 않으며 또한 고온 환경에서도 적합하지 않은 단점을 가지고 있다. 심지어 fluorinated membrane을 사용해도 섭씨 150도 이상의 온도에서는 잘 운영되지 않아 세라믹(ceramic) 재질 멤브레인이 적절한 적용대상으로 알려지게 됐다.

그러나 세라믹 멤브레인은 monolith 혹은 coarse tube 등의 세라믹 재질에 적합한 형태를 가져야 한다. 최근에는 파이버로 제작된 세라믹 재질의 개발로 다양하게 제작이 가능해졌으며 특히 중공사형 세라믹 재질의 제품도 출시되고 있다.

 

Just as polymeric membranes are not well suited to highly acidic or alkaline environments, so too are they not well suited to higher temperature applications. Even with the use of fluorinated polymers, temperatures much above 150°C are not easily handled, and here again the ceramic membrane has found ready application, although the module must then take a form suited to ceramic materials, such as the monolith or coarse tube. More recently, ceramic materials made from fibres have enabled some flexibility to be built in, and hollow-fibre ceramics are now being made available.

 

중공사막 형태는 미세한 튜브구조가 높은 막간차압을 방지시키는 매우 성공적인 제품이나 유체의 흐름이 매우 미세한 통로를 거쳐 이루어지므로 입자성 물질들에 의해 쉽게 막힘 현상이 발생하는 단점이 있다.

따라서 멤브레인 공정이 미세할수록 막힘 현상을 배제하기 위해 유입용액의 필터링은 더욱 조심스럽게 취급돼야 한다. 효과적인 전처리 방법이 파울링 효과의 조절에 도움이 되며 농도분극 현상을 유발시키는 많은 양의 고형물질들은 이러한 전처리 단계에서 제거될 수 있다. 따라서 기공의 크기(cut-off point)를 감소시키는 순서로 여러단계의 멤브레인 공정을 구성하는 것이 일반적인 공정설계의 방법이다.

 

The hollow fibre format is a very successfulo one, because the fine tube structure resists high trans-membrane pressures very well. A disadvantage of this format is the need for the fluid flow to occur in very fine passageways, and thus be prone to blockages caused by the presence of large particles.

As a consequence, the finer the membrane separation process, the more carefully must the feed solution be filtered to ensure the absence of blockages. Good pre-filtration is also a help in controlling the effect of fouling, as the excess of solids that causes concentration polarisation can be removed in the pre-filtration stages. It is not uncommon now for a membrane process to consist of a train of units, in order of diminishing cut-off points.

 

주로 중공사형이나 와권형 모델의 멤브레인 시스템은 특히 고형물질 함유량이 많은 유체의 처리에는 적합하지 않다. 따라서 효과적인 전처리공정을 필요로 한다. 그러나 보다 고농도로 농축된 고형물질의 처리용으로 적합한 형태의 멤브레인 시스템이 시장에 존재하며, 멤브레인 시스템이 농축장치(thickener) 및 분류장치(classifier) 등으로 이용되기도 한다.

 

Membrane systems, especially in hollow fibre and spiral wound formats, are not well suited to the handling of feed suspensions with high suspended solids loadings - hence the need for efficient pre-filtration. However, other formats can accept more concentrated solids, and membrane systems are being used as thickeners as well as clarifiers.

 

멤브레인 시스템의 광범위한 사용에서 가장 중요한 효과중의 하나는 유입수내에 매우 희석상태의 불순물들은 농축수에서 쉽게 농축이 이루어지는 것이다. 즉 매우 독성이 강한 폐수가 발생되어 멤브레인 시스템에 추가적으로 이러한 농축수 처리장치가 필요한 경우가 발생할 수도 있다.

 

One of the major effects of the wider use of membrane systems is that impurities that were quite dilute in the feed stream become concentrated in the retentate. This can create a toxic waste stream, which may require that a special retentate treatment process be built on to a membrane installation.

멤브레인 공정에서 특히 RO 공정은 매우 높은 막간차압으로 운전되므로 이러한 높은 운전압력 조건은 높은 에너지 소비량을 유발시키고 있다. 따라서 현재 모든 나라들이 에너지 소비량을 줄이는 것을 역점사업으로 추진하고 있다.

여과장치에서 효과적인 에너지 사용 정책은 보다 세밀한 수준의 분리기능을 요구하는 수요의 확대와 서로 상반되어 있다. 이러한 엄격한 이분법은 효과적인 분리 기능을 갖는 filter media에서는 보다 높은 차압을 필요로 함에 따라 쉽게 해결될 수 없는 문제이다.

따라서 보다 적은 차압을 발생시키는 media에 대한 개발이 이루어지고 있으며, 이러한 개발로는 미세한 fiber의 표면층을 갖도록 제작되는 멤브레인 소재로서 Donaldson사의 ‘Ultra-Web’ 및 Hollingsworth&Vose사의 ‘Nanoweb’ 등에서 볼 수 있다.

Some membrane processes, reverse osmosis in particular, operate with high trans-membrane pressures. The need for high operating pressures means that high energy consumptions are involved - and the pressure in today’s world is for energy consumptions to be reduced.

In the case of filtration, this drive to more efficient use of energy directly opposes the major driving force represented by the need to provide ever-finer degrees of separation. This dichotomy is not easily resolved, since filter media that separate more efficiently usually need higher pressure drops to do so. Much development activity is being put into the production of media with lower pressure drops, such as the membrane materials formed from a surface layer of fine fibres, like Donaldson’s ‘Ultra-Web’ and the ‘Nanoweb’ media supplied by Hollingsworth & Vose.

위에 언급한 멤브레인의 운전상의 문제점들은 멤브레인 기술이 비교적 짧은 사용시간에도 불구하고 오랫동안 상존해 왔으며 이들을 조절하기 위한 방법들로는 복합 멤브레인 개발 (composite membrane), 멤브레인 소재개발(fluorinated and ceramic membrane), 혼합여과방식(agitated cross-flow), 효율적인 전처리기술(efficient pre-filtration system)등이 개발돼 왔다.

The membrane operational problems already discussed have been well known for some time, even in the relatively short lifetime of membrane separations, and the methods adopted for their control are well understood: composite materials, fluorinated and ceramic membranes, agitated cross-flow, efficient pre-filtration systems. Some more recent developments, all aimed at better membrane systems, are highlighted in the remainder of this article.

 

폴리머 재질의 media는 이제까지 가장 광범위하게 사용된 멤브레인 재질이다. 그러나 다른 재질을 사용한 반투막 성능의 멤브레인 개발에 많은 관심이 있었다. 세라믹 멤브레인(ceramic membrane)은 여러 방면에서 사용이 증가하고 있다. 특히 괄목할만한 사항은 세라믹 멤브레인이 중공사막 형태 혹은 유연한 평판형 형태로 제작되어 사용되고 있는 점이다.

이들은 매우 미세한 원형의 입자들을 소결 공정(sintering)해 만들어진 것으로 기공의 직경을 0.5㎚이하로 하는 것이 가능하게 됐다. 멤브레인 재질에서의 중요한 개발로는 보다 스마트하게 기능적인 멤브레인 성능을 갖게 한 것으로 멤브레인 표면 위에 특정 chemical 약품을 도포시켜 엔자임 같은 특정 화학물질에 선택적 특성을 갖게 하거나 파울링 현상을 보다 쉽게 억제 가능하도록 한 것이다.

아직은 소규모 장치이지만 커다란 희망을 보여주는 개발로는 회전형 혹은 진동형 멤브레인(rotating or vibrating membrane)이 있으며, 기계적 운동으로부터 멤브레인 경계층의 폭을 대폭적으로 줄여 사용한 것이다.

Polymeric media are by far the most widely used materials for membranes, but other semi-permeable materials are also receiving considerable attention, and the ceramic membrane is growing rapidly in range of application. Particularly noticeable is the availability of ceramic membranes in hollow-fibre and flexible sheet formats.

They are also being made by the sintering of very fine spherical particles, enabling the creation of pores as low as 0.5 nm in diameter, and from very finely spun fibres. An important development in membrane materials is the ability to make smart or functional membranes, such as those with appropriate chemicals grafted onto their surface, which can then be very selective for certain chemicals (such as enzymes), or which enable them to resist fouling more easily. Although still at the small scale, the development that offers great promise is the rotating or vibrating membrane unit, with mechanical movement employed to reduce the thickness of the boundary layer at the membrane surface.

 

Membrane applications(멤브레인 적용)
액상여과 목적의 표준 멤브레인 공정(RO, NF, UF, MF)은 대부분의 대용량 산업계에서 일반화된 시스템으로 보다 깨끗한 물에 대한 수요, 즉 박테리아나 바이러스 등 미세한 원생동물을 제거하려는 수요는 멤브레인 공정을 수처리 공정에서 가장 첫 번째 해결방안으로 선택하도록 했다.

한편, 액상유체의 살균소독은 UF 멤브레인을 통과시킴으로서도 가능하게 됐다. UF 멤브레인은 RO 사용 담수화 설비의 전 단계 필터의 해결수단이 됐으며 이전에는 전혀 고려되지 않았던 MF 여과 범위에서 멤브레인 사용이 커다란 성공을 거두게 됐다. 후자의 주요 사례로는 MF 멤브레인에 기초한 MBR 기술을 사용, 생물학적 처리공정과의 공동사용이 광범위하게 이용되어 폐수 등을 처리하는 경우이다.

MBR 기술 사용이 가능한 멤브레인은 비교적 낮은 차압조건에서도 성공적으로 처리된다. 이러한 기술은 멤브레인 시장에서 중요한 요소로 자리잡게 됐다. MF 여과범위로의 멤브레인 분리기술의 확대는 보다 세밀한 여과기능을 가진 제품을 필요로 하는 시장의 요구에 의해 견인차 역할을 하고 있다.

이는 보다 깨끗한 물을 요구하는 고객의 요구 및 오염발생물질을 최소로 하는 환경규제의 법안 요구에 대처하기 위한 것이다. 산업용이나 일반 상업용인 경우를 불문하고 1㎛ 이하의 미세한 여과를 요구하는 경우가 존재하며 이러한 것은 멤브레인 분리공정에 의해 충분히 충족시킬 수 있게 됐다.

 

The standard membrane processes for liquids processing (RO, NF, UF and MF) are now reasonably commonplace in bulk industries, as well as their original niche applications. The demands for clean water, free of pathogens such as bacteria and viruses, have propelled membrane processes to the first level of consideration in fresh and recycled water processing.

Sterilisation of a liquid flow is now possible by passage through a UF membrane. Ultrafiltration is, in fact, becoming the pre-filter of choice ahead of reverse osmosis desalination plants, and membranes are being employed with great success in the microfiltration range, where until relatively recently, they could not have been considered. A prime example of the latter situation is the rapid spread of the microfiltration-based MBR (membrane bioreactor), combining a biological process to treat a waste liquid with a membrane separation process to clean the treated liquid.

The membranes now available for use in MBRs operate satisfactorily with very low transmembrane pressures, and this has become an important component of the membrane market. The expansion of membrane separations into the microfiltration range is being driven by the market’s wish for finer degrees of filtration of its products (or waste streams), to match its customers’ demands for clearer final products or the demands of environmental regulators for less contaminating effluents. In whichever part of industry or commerce there exists a need for fine filtration, in the 1 μm region or below, then the chances are that it will now be met by a membrane separation process.