여과설비 선택시 고려사항

최적의 여과효과를 기대하기 위해서는 설비의 사용방법과 운전환경이 중요하다.  이러한 조건은 자주 변화하므로 설비를 운전하는 사람은 여과 system을 자주 점검 해야하며 필요할 경우 설비를 보완해야한다.  Single-pass 여과는 액체가 system을 한번 통과하며 순환하지 않는다.  이 여과방법의 주요 목적은 액체에 포함되어 있는 불순물을 제거하는 것이며, 다른 목적으로는 액체를 정화 해 주거나 물과 불순물을 분리하는 것이다.  정화는 물속에서 입자의 영향을 감소시켜 빛의 산란이나 차단을 방지하는 것이다.  분리는 특정 크기의 입자들을 다른 것으로부터 분리해내는 것이다.여과 system을 설계하거나 기존 여과 system을 개선할 경우 두 가지 단계를 거치게 된다.

1) 여과장치의 위치를 결정하고 사용할 여재를 선택한다.

2) 실제 여과기를 설치한다.

다음 13단계는 여과기와 여재를 선택하는데 유용하고 실용적인 방법을 제시하고 있다.

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상기 표의 1∼8번째 단계는 여재와 여과기 위치를 선택하는 단계에 대한 것이다. 9∼13번째 단계는 선택한 여과기의 설치, 비용과 효과에 대한 분석을 하는 단계이다.  이러한 절차는 최적의 경제성을 얻을 수 있는 상태가 될 때까지 반복되어야 하며, 반복적인 계산과정은 보통 computer program을 이용한다.

1. 여과계획 수립

   일반적인 여과설비는 상기 13단계의 과정을 거쳐 선택하는 것이 좋으나 그러나 그렇지 못 할 경우 최소한 참고라도 하는 것이 바람직하다.

   여과는 적절한 오염물의 제거를 수행함과 동시에 system 구성요소를 보호하는 역할을 하며, 여과공정과 구성 요소들의 정확도는 규정된 조건에 일치해야 한다.  또한 system의 압력저하를 막기 위해서는 housing의 크기와 cartridge의 수를 잘 결정해야 한다.

많은 경우 고체상(solid) 물질의 수와 형태는 cartridge의 형태와 system의 성능에 영향을 줄 수 있다.

고체상(solid) 물질의 제거는 다른 여재를 필요로 하며, 여재를 교체해야만 굳거나 덩어리진 물질의 제거가 가능해 질 것이다.

2. 단계별 고려사항

   일반적으로 액체의 청정도를 바탕으로 beta ratio를 계산한다.  Beta ratio(or filtration ratio)는 기준크기의 입자에 대한 특정크기의 입자 비율을 나타내는데, 일정 크기를 기준으로 여과기 유입수와 유출수에 그 크기보다 큰 입자들이 포함되어 있는 비율을 나타낸 것이다.

   여재의 beta ratio는 일반적으로 실험실조건 하에서 결정되는데, 실제 적용시에는 감소하는 경향이 있으므로 반드시 보정을 해야한다.  이러한 경향은 beta ratio가 실제 적용된 상황에서 결정된 것이 아니라

제조사의 실험실에서 결정된 것이기 때문이다.

다른 가정은 액체의 흐름은 housing 또는 여재를 통과하지 않을 수 없다는 것이다.  이러한 가정은 여과기의 유입수와 유출수의 오염물을 측정해 보면 증명이 가능하다.  만약 여과기 유출수의 농도가 유입수의 농도와 같다면 housing 내부에 여재가 밀착되지 않았거나 housing에 문제가 있을 수 있다.

1단계 : 재질과 설계의 타당성

   적합한 설계를 하기 위해서는 여과기의 모든 재질에 대한 검토가 필요하며, 운전상황의 변화, 액체의 특성에 대한 영향과 기준에 적합한가 고려해야 한다.  기본적인 운전상의 변수로는 유량, 온도, 압력, 정도 등의 변화를 들 수 있다.

또 생산수 사용에 따른 유해성, 생물학적 노출 등 운전상황의 변화에 따른 여재 및 housing의 적합성에 대한 고려가 필요하다.

여재와 및 여과기의 위치와 수를 결정하는데 있어 다음 사항들은 자주 거론되는 내용이다.

1) 오염물의 양

2) 여재의 수명

3) 처리수의 사용지점

4) 오염물의 근원

2단계 : 여과기 위치

   만약 처리대상 액체가 다양한 크기를 갖는 입자들에 의해 심하게 오염되어 있다면 하나의 여과기를 사용하는 것은 적합하지 않다.  한가지 방법은 2개의 여과기를 직렬로 연결해 사용하는 2단 여과방법이다.  2단 여과 system은 약간 거친 여재를 첫 번째 여과기에 사용하여 상대적으로 크기가 큰 입자를 제거하고, 두 번째 여과기에는 좀 더 세밀한 여과가 가능한 여재를 사용하여 크기가 작은 입자를 제거한다.

3단계 ∼ 6단계 : 운전조건

   이 단계는 여과공정 운전상태의 측정과 설명에 대한 것이다.  이 단계에서 다양한 값들은 반드시 여재와 housing을 결정하기 전에 찾아내야만 한다.  Batch-flow 상태에서는 평균유량과 최고유량을 측정하거나 각각의 처리량을 결정하는 것이 쉽다.  이 정보는 continuous-flow 보다 좀 더 저렴한 여과 system을 결정하는데 도움을 줄 것이다.

   유량과 점도는 여과 system에서의 초기 압력손실의 주요 결정요인이며, 여재의 수명과 type, housing의 크기를 결정하는데 영향을 준다.  또 여과기 유입수와 유출수의 오염물 농도, 입자크기와 분포는 가장 경제적인 여재를 결정하는데 중요한 고려사항이다.

   다양한 현장 계측기를 이용한 측정과 시료 채취에 의한 측정 등을 통해 여과 system의 개선이 가능하나, 채취되는 시료는 여과 system의 성능을 대표하게 되므로 신뢰할 수 있는 시료를 채취해 분석하는 것이 중요하다.

7단계 : 입자상물질 제거효율

   이상적인 입자상 물질 제거를 위해서는 여재의 최소 제거효율을 반드시 결정해야 한다.  제거효율은 각각의 입자크기 범위에 따라 정할 수 있는데, 이 효율은 여재 제조사의 자료나 시료 검사를 통해 결정할 수 있다.  여과기 유입수의 입자수를 유출수의 입자수로 나누면 최소 여과율(or beta ratio)을 알 수 있다.

   시각적 청정도를 높이는 것이 목적일 경우 탁도를 측정함으로써 입자수를 측정하는 것을 대체할 수 있다.  만약 실제적인 청정도를 높이는 것이 목적이라면 입자의 분포와 크기를 우선적으로 고려해야 하며, 특히 주요 제거대상 크기의 입자에 대한 제거율은 최대가 되어야 한다.

8단계 : 다른 오염물질

   여과 대상 액체에는 한가지 또는 그 이상의 오염물질이 포함되어 있을 수 있다.  예를들어 입자상 오염물이 서로 뭉쳐서 굳어지거나 덩어리진 것들이 존재 할 수 있다.  각 오염물에 대해서는 5∼7단계의 과정을 반복해 처리 방법을 모색해야 한다.

9단계 : housing과 여재의 선택

   Housing 과 여재는 상기 7단계에서 고려된 최소 요구치 이상의 등급을 선택해야 한다.  이러한 등급은 제조사의 자료에서 쉽게 찾아 볼 수 있다.  이 단계에서의 선택은 다음 단계에 영향을 주기 때문에 신중히 검토 후 선택해야 한다.

10단계 : Housing의 크기

   이 단계에서의 주요 사항은 system의 압력손실 최소화, 여재의 수명, 압력등급, housing 형태 등을 결정하는 것으로, housing의 형태는 외관, 크기, 유입-유출부, 설치방법, 여재의 교체방법 등을 고려해 선택되어야 한다.  Housing의 형태와 system 적용에 따른 압력 영향은 유량과 압력 비교 그래프 또는 제조사의 자료를 통해 알 수 있다.

오염물 제거에 드는 비용은 system을 운영하면서 발생하는 여재교체, 설비의 유지관리 등으로 나타난다.  

System 설치의 초기 단계에서 housing의 크기를 약간 크게 하는 것이 추후 system의 수명과 처리량 증가 등을 고려할 때 적용 가능한 최소 비용의 housing과 여재를 선택하는 것 보다 더 유리하다.

11, 12단계 : 비용분석

   Housing 또는 여재의 선택은 제거효율, 압력저하, housing 크기, 수명, 비용과 다른 다양한 조건들을 고려한 상태에서 이루어진다.  그러나 여과설비의 초기설치비 이외에 system을 운영하면서 발생하는 비용 또한 중요하다.

추가비용으로는 housing과 여재의 비용, 설치와 운영에 따른 housing 유지관리, 여재교체, system 장애, 인건비 등의 직접경비가 필요하다.

13단계 : 부속설비와 선택사양

   일부 부속설비와 선택사양은 여과설비의 유지관리에 편리성을 제공하거나 비용을 감소시켜 준다.  그러한 것으로는 차압 측정용 압력계 또는 측정계, 여재 오염도 측정계 등이 있으며 이러한 것들은 system의 운전에 큰 도움을 준다.

   최종적으로 상기 단계를 거쳐 검토된 사항을 바탕으로 여과기와 제조 및 납품업체를 선택하면 된다.

* 여과설비 선택시 중요 고려사항

1) 처리공정 결정

2) 여과 목표 설정

3) 여과에 따른 경제성 분석

4) 처리공정의 특징 분석 (batch 또는 continuous)

5) 처리 대상액체 및 운전조건 분석

6) 오염물의 형태와 농도분석

7) 여과 system의 설계 및 구성품 결정

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