마이크로 분리막내의 역 세척 과정에서 오염층의 국부적인 특성에 관한 수치적 연구

Abstract

본 연구에서는 격자볼츠만기법(Lattice Boltzmann Method)과 개별요소법(Discrete Element Method)을 이용하여 마이크로 분리막(microfiltration membrane)내의 역세척(Back-Flushing) 공정과정을 모사하였다. 격자볼츠만기법을 이용하여 유동장을 해석하고, 가상경계법(Immersed Boundary Method)을 이용하여 유체와 입자간의 상호작용을 계산하였다. 또한 Van der waals힘을 통해 입자와 입자간의 응집력(flocculation force)과 입자와 분리막간의 흡착력(adhesion force)을 모델화한 후 개별요소법을 이용하여 입자간의 상호작용을 계산하였다. 실험을 통한 연구의 경우 분리막내의 미세 영역에서 입자의 운동을 관찰함에 있어 한계를 드러낸다. 하지만 본 연구를 통해 제안된 수치해법은 미세 영역내의 유체의 흐름과 입자의 운동을 관찰할 수 있으며, 실험을 하지 않고 필요한 인자와 최적의 공정조건을 얻을 수 있기 때문에 시간과 비용을 줄일 수 있다. 본 연구를 통해 제안된 수치해법을 이용하여 역 세척 공정과정에서 분리막 표면위에 쌓인 오염층(cake layer)의 형태에 따른 제거양상을 분석해 보았다. 불규칙적인 오염층의 형태를 국부적으로 나누어 경사진 오염층의 형태로 단순화 함으로써 오염층 표면의 형태에 따른 제거효율과 시간을 분석해 보았다. 또한 역 세척 압력 조건을 일정압력, 정현파, 사각파의 형태로 나누어 역 세척을 가함으로써 압력조건 변화에 따른 제거 효율과 시간 또한 분석해 보았다.