양돈폐수 처리를 위한 나노여과 회전판형 분리막 모듈의 특성 연구 (A) study of the characteristics of the NF RDMs (Rotary Disk Membrane modules) for the treatment of the swine wastewater원문보기
고농도 유기성 폐수인 양돈폐수의 처리에 생물학적 공정이 배제된 분리막을 이용한 처리 공정을 제시하였다. 막분리 공정에 나노여과 회전판형 분리막 모듈(RDM)과 디스크 튜브형(...
고농도 유기성 폐수인 양돈폐수의 처리에 생물학적 공정이 배제된 분리막을 이용한 처리 공정을 제시하였다. 막분리 공정에 나노여과 회전판형 분리막 모듈(RDM)과 디스크 튜브형(DT) 역삼투분리막 모듈을 사용하였다. 본 연구에서는 회전판형 분리막 모듈(C-RDM)과 회전에 따른 연속 역충격이 가능하게 설계된 연속 역충격식 회전판형 분리막 모듈(B-RDM)에 대한 기초 특성, 양돈 폐수에 대한 투과 특성 및 여과 농축 공정에 대한 특성을 연구하였다. XN 45 (TRISEP, USA) 나노 분리막을 사용하여 제조한 C-RDM과 B-RDM의 기초 특성 실험에서 투과면에서 유체 흐름에 의한 저항(R_(pe))은 분리막의 저항(R_(m) = 7.8108 ㎪/LMH)에 비해 0.6 % 미만으로 무시할 수 있었다. 회전에 의한 압력손실은 미끄럼 흐름에 의한 압력 손실(Pslip = 2.1834×(ωr)2 )이 대부분을 차지하였다. 양돈폐수의 투과율은 회전선속도, 유효압력에 따라 증가하였고 TS 농도가 감소함에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 392 ㎪ 이상에서는 투과율의 상승이 적었다. C-RDM과 B-RDM 의 투과 특성에는 큰 차이가 없었다. 그 이유는볼에 의한 역충격이 발생시 투과면(permeate side)에서 분리막이 부풀어 역충격이 완충(damping)됨으로서 케익층에 전달되지 못하였기 때문이다. 양돈 폐수의 여과 공정에서 4분 30초 후 30초 동안의 주기적 감압 운전은 투과율을 17 ～ 30 % 향상시켰다. 10배 농축을 통하여 농축수의 함수율은 97.2% 에서 87.4%로 감소하였고, 점도는 23 ㎫·s에서 766 ㎫·s까지 상승하였으며 soluble TOC 값은 12,890 mg/L에서 32,020 mg/L로 농축이 진행되었다. 투과율의 변화는 TS에 영향을 받는 지역과 영향을 받지 않는 지역, 점도에 영향을 받는 지역으로 구분되었다. 여과 과정에서 배제된 다가 이온들은 결정화되어 농축수에 고형물로 존재하였다. 역삼투 분리막을 이용하여 10배의 농축 과정을 수행하였다. 농축 과정에서 35.2～15.9 LMH의 투과율, 96.3%～90.7%의 전기전도도 배제율, 64.2%～73.7%의 TOC 배제율, 92%～96%의 COD_(cr) 배제율 변화를 나타내었다. TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy)를 비대칭 역삼투 분리막으로 분리하는 실험에서 분리막에 침적되어 있는 TEMPO를 ESR (Electron spin resonance) 측정법으로 분석하였다. TEMPO의 이동성(mobility)은 용액 내에서는 자유로웠으나 분리막 내부에서는 작아졌다. 이는 역삼투 분리막의 오염이 분리막 내부에서 일어날 수 있다는 것으로서 향후 오염 메카니즘을 규명하는 기초 자료가 된다. 화학적 처리를 이용하여 양돈 폐수에 대한 RDM의 투과율을 향상시키는 연구와 최종 처리수를 방류가 가능한 수질로 개선하는 연구가 요구된다. 또한, 역충격이 투과면에서 완충되지 않고 효과적으로 적용되기 위하여 세라믹과 같이 분리막의 재질이 개선된 B-RDM에 대한 연구가 요구된다.
고농도 유기성 폐수인 양돈폐수의 처리에 생물학적 공정이 배제된 분리막을 이용한 처리 공정을 제시하였다. 막분리 공정에 나노여과 회전판형 분리막 모듈(RDM)과 디스크 튜브형(DT) 역삼투분리막 모듈을 사용하였다. 본 연구에서는 회전판형 분리막 모듈(C-RDM)과 회전에 따른 연속 역충격이 가능하게 설계된 연속 역충격식 회전판형 분리막 모듈(B-RDM)에 대한 기초 특성, 양돈 폐수에 대한 투과 특성 및 여과 농축 공정에 대한 특성을 연구하였다. XN 45 (TRISEP, USA) 나노 분리막을 사용하여 제조한 C-RDM과 B-RDM의 기초 특성 실험에서 투과면에서 유체 흐름에 의한 저항(R_(pe))은 분리막의 저항(R_(m) = 7.8108 ㎪/LMH)에 비해 0.6 % 미만으로 무시할 수 있었다. 회전에 의한 압력손실은 미끄럼 흐름에 의한 압력 손실(Pslip = 2.1834×(ωr)2 )이 대부분을 차지하였다. 양돈폐수의 투과율은 회전선속도, 유효압력에 따라 증가하였고 TS 농도가 감소함에 따라 증가하는 경향을 보였으나, 392 ㎪ 이상에서는 투과율의 상승이 적었다. C-RDM과 B-RDM 의 투과 특성에는 큰 차이가 없었다. 그 이유는볼에 의한 역충격이 발생시 투과면(permeate side)에서 분리막이 부풀어 역충격이 완충(damping)됨으로서 케익층에 전달되지 못하였기 때문이다. 양돈 폐수의 여과 공정에서 4분 30초 후 30초 동안의 주기적 감압 운전은 투과율을 17 ～ 30 % 향상시켰다. 10배 농축을 통하여 농축수의 함수율은 97.2% 에서 87.4%로 감소하였고, 점도는 23 ㎫·s에서 766 ㎫·s까지 상승하였으며 soluble TOC 값은 12,890 mg/L에서 32,020 mg/L로 농축이 진행되었다. 투과율의 변화는 TS에 영향을 받는 지역과 영향을 받지 않는 지역, 점도에 영향을 받는 지역으로 구분되었다. 여과 과정에서 배제된 다가 이온들은 결정화되어 농축수에 고형물로 존재하였다. 역삼투 분리막을 이용하여 10배의 농축 과정을 수행하였다. 농축 과정에서 35.2～15.9 LMH의 투과율, 96.3%～90.7%의 전기전도도 배제율, 64.2%～73.7%의 TOC 배제율, 92%～96%의 COD_(cr) 배제율 변화를 나타내었다. TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy)를 비대칭 역삼투 분리막으로 분리하는 실험에서 분리막에 침적되어 있는 TEMPO를 ESR (Electron spin resonance) 측정법으로 분석하였다. TEMPO의 이동성(mobility)은 용액 내에서는 자유로웠으나 분리막 내부에서는 작아졌다. 이는 역삼투 분리막의 오염이 분리막 내부에서 일어날 수 있다는 것으로서 향후 오염 메카니즘을 규명하는 기초 자료가 된다. 화학적 처리를 이용하여 양돈 폐수에 대한 RDM의 투과율을 향상시키는 연구와 최종 처리수를 방류가 가능한 수질로 개선하는 연구가 요구된다. 또한, 역충격이 투과면에서 완충되지 않고 효과적으로 적용되기 위하여 세라믹과 같이 분리막의 재질이 개선된 B-RDM에 대한 연구가 요구된다.
The swine wastewater treatment system having a nanofiltration and a reverse osmosis process was suggested in this study. RDMs (Rotary Disk Membrane modules) were used for nanofiltration experiment and DT (Disk Tube) module was used for reverse osmosis experiment. The main objectives of this study we...
The swine wastewater treatment system having a nanofiltration and a reverse osmosis process was suggested in this study. RDMs (Rotary Disk Membrane modules) were used for nanofiltration experiment and DT (Disk Tube) module was used for reverse osmosis experiment. The main objectives of this study were to investigate the basic characteristics of the conventional RDM (C-RDM) and the backpulsing RDM (B-RDM), which was designed to generate pulse to the membrane permeate side as the module rotates with a stainless ball and to apply NF and RO to the separation and volume reduction of a swine wastewater. The C-RDM and B-RDM were equipped with XN 45 (TRISEP, USA) nanofiltration membrane. The flow resistance of a permeate side (R_(pe)) was negligible compared to the resistance of a membrane (R_(m) = 7.8108 ㎪/LMH). A great part of the overall pressure drop was the pressure loss generated by the slip on the membrane surface. For the wastewater the flux was increased with the linear velocity and the effective pressure, but decreased with TS (Total Solids) concentration. However, at the operating pressure of over 392 ㎪ the increase of flux declined. There was a little difference to the separation characteristics between C-RDM and B-RDM because the effect of the back-pulse in B-RDM was diminished by damping of membrane sheets. The flux was significantly enhanced by the periodic operating pressure drop. As the volume of wastewater was reduced by 10 times the water content decreased from 97.2 % to 87.4 %, the viscosity increased from 13 ㎫·s to 766 ㎫·s and the soluble TOC increased from 12,890 mg/L to 32,020 mg/L. During the volume reduction, the flux could be distinguished by 3 regions ; ⅰ) influenced by TS concentration, ⅱ) not influenced by TS concentration, ⅲ) influenced by the viscosity of concentrate. The multivalent ions rejected by nanofiltration were crystallized and remained as solids in the vessel. Reverse osmosis experiment was carried out to give 10 times volume reduction. The flux was reduced from 35.2 LMH to 15.9 LMH. The rejection of conductivity, TOC, COD_(cr) was 96.3 % ～ 90.7 %, 64.2 % ～ 73.7 %, 92 % ～ 96 %, respectively. The basic investigation to the fouling mechanism of the asymmetric reverse osmosis membrane was carried out by using TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy). ESR (Electron Spin Resonance) method was employed to measure the activity of the TEMPO. The mobility of the TEMPO deposited in the membrane was smaller than in the solution one. It showed the potential to identify the fouling of reverse osmosis could take place in the membrane pores or membrane surface.
The swine wastewater treatment system having a nanofiltration and a reverse osmosis process was suggested in this study. RDMs (Rotary Disk Membrane modules) were used for nanofiltration experiment and DT (Disk Tube) module was used for reverse osmosis experiment. The main objectives of this study were to investigate the basic characteristics of the conventional RDM (C-RDM) and the backpulsing RDM (B-RDM), which was designed to generate pulse to the membrane permeate side as the module rotates with a stainless ball and to apply NF and RO to the separation and volume reduction of a swine wastewater. The C-RDM and B-RDM were equipped with XN 45 (TRISEP, USA) nanofiltration membrane. The flow resistance of a permeate side (R_(pe)) was negligible compared to the resistance of a membrane (R_(m) = 7.8108 ㎪/LMH). A great part of the overall pressure drop was the pressure loss generated by the slip on the membrane surface. For the wastewater the flux was increased with the linear velocity and the effective pressure, but decreased with TS (Total Solids) concentration. However, at the operating pressure of over 392 ㎪ the increase of flux declined. There was a little difference to the separation characteristics between C-RDM and B-RDM because the effect of the back-pulse in B-RDM was diminished by damping of membrane sheets. The flux was significantly enhanced by the periodic operating pressure drop. As the volume of wastewater was reduced by 10 times the water content decreased from 97.2 % to 87.4 %, the viscosity increased from 13 ㎫·s to 766 ㎫·s and the soluble TOC increased from 12,890 mg/L to 32,020 mg/L. During the volume reduction, the flux could be distinguished by 3 regions ; ⅰ) influenced by TS concentration, ⅱ) not influenced by TS concentration, ⅲ) influenced by the viscosity of concentrate. The multivalent ions rejected by nanofiltration were crystallized and remained as solids in the vessel. Reverse osmosis experiment was carried out to give 10 times volume reduction. The flux was reduced from 35.2 LMH to 15.9 LMH. The rejection of conductivity, TOC, COD_(cr) was 96.3 % ～ 90.7 %, 64.2 % ～ 73.7 %, 92 % ～ 96 %, respectively. The basic investigation to the fouling mechanism of the asymmetric reverse osmosis membrane was carried out by using TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy). ESR (Electron Spin Resonance) method was employed to measure the activity of the TEMPO. The mobility of the TEMPO deposited in the membrane was smaller than in the solution one. It showed the potential to identify the fouling of reverse osmosis could take place in the membrane pores or membrane surface.
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