막 여과법

막 여과(Membrane filtration)란 막(membrane)을 활용하여 기체 또는 액체상에 존재하는 불순물, 오염물질이나 미생물 등을 분리하는 기술을 총칭하며, 이를 위해 기체 또는 액체에 섞여서 존재하는 처리대상 물질들을 막(membrane)을 통과시켜 걸러서 분리 여과하는 기술을 말한다. 막 여과(Membrane filtration)는 화학공정이나 생물공학 공정 및 수처리를 위한 환경공정 등에서 폭넓게 활용되어 왔다. 또한 해수 담수화 및 식품 및 의료 분야로까지 그 응용성이 다양하게 확대되고 있다. 막 여과 공정은 제거되는 대상 입자의 크기에 따라 역삼투(reverse osmosis), 나노여과(nanofiltration), 한외여과(ultrafiltration), 그리고 정밀여과(microfiltration)로 나뉜다. 

Filtration의 원리 (그림: 최윤이/고려대)

역삼투를 위한 membrane 설비 (출처: GettyImages-128080762)

목차

막 여과 기술은 다양한 사이즈의 공극(포어, pore)을 가진 막(membrane)을 활용하여 액체나 기체에 존재하는 용질의 선택적인 분리 여과 기술을 지칭한다. 따라서, 막 여과 공정에 사용되는 막(membrane)의 공극 사이즈(포어 사이즈, pore size)에 따라서 걸러지는 물질이나 개체의 ‘컷 오프(Cut-offs)’가 차이가 나게 된다¹⁾. 다양한 막 여과 기술에 대한 분류가 가능하지만, 공극의 크기가 분리할 수 있는 용질이나 물질의 종류를 결정하게 됨에 따라, 공극의 크기에 따른 분류가 일반적이다²⁾. 

막 여과법은 수계 환경에 존재하여 수질 오염을 야기하는 미생물들을 검출 및 분석하는데 활용될 수 있다³⁾. 우선 수계나 액체 상에 존재하는 미생물들을 막으로 여과한 후에 걸러진 미생물을 미생물이 생육할 수 있는 배지에 배양하여 미생물의 존재 유무와 개체 수를 측정하여 판단하는 방법이다. 이러한 미생물 검출 분석을 위하여 2008년에 발간된 환경부 ‘수질오염 공정시험 기준’에 의하면 총 대장균군(Total coliform-membrane filtration method)과 분변에서 유래하는 분원성 대장균군(Fecal coliform-membrane filtration method)을 측정하기 위한 기준과 절차가 정리되어 있다³⁾. 분변 유래 미생물을 거르기 위하여 일반적으로 0.2~0.45 μm의 공극 크기를 갖는 셀룰로오스 나이트레이트(Cellulose nitrate)나 셀룰로오스 에스테르(Cellulose ester) 재질의 여과막을 사용한다.

미생물 여과를 위한 membrane filter (출처: GettyImages-87131419)

최윤이/고려대학교

석영재/서울대학교

1. 한국막학회. 1996. 막분리 기초 및 응용, 자유아카데미.
2. Osada, Y. and Nakagawa, T. 1992. Membrane Science and Technology, Marcel Dekker, Inc., New York.
3. 환경부. 2008. 수질오염 공정시험 기준. pp 360-366 & pp 378-383.