2025년 전 세계의 2/3의 인구가 경제적, 물리적 물 부족 현상에 직면하게 될 것이라고 예상되어 수자원 확보에 대한 대책이 마련되어야만 하는 상황이다. 또한 기존의 BNR공정은 강화된 방류수 수질기준을 충족시키지 못하고 있으며, 질소와 인과 같은 영양염류 물질들의 완벽한 처리가 어려운 실정이다. 현 시점에서 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정의 도입은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로 대두되고 있으며, 하·폐수의 생물학적 처리에 ...
2025년 전 세계의 2/3의 인구가 경제적, 물리적 물 부족 현상에 직면하게 될 것이라고 예상되어 수자원 확보에 대한 대책이 마련되어야만 하는 상황이다. 또한 기존의 BNR공정은 강화된 방류수 수질기준을 충족시키지 못하고 있으며, 질소와 인과 같은 영양염류 물질들의 완벽한 처리가 어려운 실정이다. 현 시점에서 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정의 도입은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로 대두되고 있으며, 하·폐수의 생물학적 처리에 멤브레인을 응용하는 연구가 많이 수행되고 있다.
그러나 MBR공정의 여러 가지 장점에도 불구하고 현장적용에 있어서 가장 큰 제한요소로 작용하는 것은 운전이 지속됨에 따라 멤브레인 파울링이 발생하여 플럭스의 저하가 발생하는 것이다. 효율적인 역세과정 없이 운전이 지속되면 멤브레인 수명 단축과 운전 및 유지비용의 증가로 이어진다. 현재 멤브레인 파울링에 관한 수많은 연구가 진행되고 있으나, 여러 가지 원인들이 복합적으로 영향을 미치기 때문에 정확한 메커니즘을 밝히기 어려운 실정이다.
본 연구에서는 lab-scale의 생물반응조와 정밀여과 중공사 멤브레인의 성능을 평가하고, 멤브레인 성능에 영향을 미치는 오염물질들을 측정하여 파울링과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 마지막으로 파울링을 일으키는 다양한 인자들과 파울링 완화제(Membrane Fouling Reducer, MFR)의 적용성을 평가하였다.
lab-scale의 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정을 이용하여 처리성능을 측정하였으며 최적운전 인자를 도출하였다. 유입수와 유출수의 수질을 분석한 결과 CODcr, T-N, T-P의 평균 제거효율은 각각 95.8%, 71.9%, 60.1%로 안정적인 처리수질을 확보할 수 있었다. 또한 140분후 TMP가 급격히 증가하였고 88LMH로 임계 플럭스가 결정되었으며, 그때의 한계압력은 0.32bar로 나타났다.
EPS농도는 MLSS농도가 증가함에 따라 감소하였다. 특히, MLSS농도가 6,000mg/L 이하에서는 EPS농도의 변화 폭이 큰데 비하여 6,000mg/L이상에서는 변동폭이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. SEM/EDX를 이용하여 멤브레인 표면상태와 원소분석을 측정한 결과 탄소와 불소가 멤브레인의 재질 특성상 가장 많은 비율을 차지하였으며, Al3+,Mg2+와 같은 무기물의 비율이 증가한 것으로 보아 운전이 지속됨에 따라 무기성 멤브레인 파울링이 발생한 것으로 판단된다.
MFR주입량에 따른 혼합액의 특성 변화를 측정하기 위해 입도분석, 제타전위, SCODcr, EPS 및 MLSS농도를 비교분석한 결과 전반적으로 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR을 주입하였을 때 가장 좋은 결과를 나타내었으며, 미생물의 활성에도 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 여과 성능 실험의 결과로부터 적정 주입량인 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR이 주입되면 양이온 고분자 물질인 MFR로 인하여 큰 플럭이 형성되고 이러한 플럭들이 멤브레인 세공안쪽으로의 침투를 감소시켜 파울링 발생을 최소화 시키고 플럭스를 증대시켰다고 사료된다.
2025년 전 세계의 2/3의 인구가 경제적, 물리적 물 부족 현상에 직면하게 될 것이라고 예상되어 수자원 확보에 대한 대책이 마련되어야만 하는 상황이다. 또한 기존의 BNR공정은 강화된 방류수 수질기준을 충족시키지 못하고 있으며, 질소와 인과 같은 영양염류 물질들의 완벽한 처리가 어려운 실정이다. 현 시점에서 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정의 도입은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방안으로 대두되고 있으며, 하·폐수의 생물학적 처리에 멤브레인을 응용하는 연구가 많이 수행되고 있다.
그러나 MBR공정의 여러 가지 장점에도 불구하고 현장적용에 있어서 가장 큰 제한요소로 작용하는 것은 운전이 지속됨에 따라 멤브레인 파울링이 발생하여 플럭스의 저하가 발생하는 것이다. 효율적인 역세과정 없이 운전이 지속되면 멤브레인 수명 단축과 운전 및 유지비용의 증가로 이어진다. 현재 멤브레인 파울링에 관한 수많은 연구가 진행되고 있으나, 여러 가지 원인들이 복합적으로 영향을 미치기 때문에 정확한 메커니즘을 밝히기 어려운 실정이다.
본 연구에서는 lab-scale의 생물반응조와 정밀여과 중공사 멤브레인의 성능을 평가하고, 멤브레인 성능에 영향을 미치는 오염물질들을 측정하여 파울링과의 상관관계를 규명하고자 하였다. 마지막으로 파울링을 일으키는 다양한 인자들과 파울링 완화제(Membrane Fouling Reducer, MFR)의 적용성을 평가하였다.
lab-scale의 MBR(Membrane Bio-Reactor)공정을 이용하여 처리성능을 측정하였으며 최적운전 인자를 도출하였다. 유입수와 유출수의 수질을 분석한 결과 CODcr, T-N, T-P의 평균 제거효율은 각각 95.8%, 71.9%, 60.1%로 안정적인 처리수질을 확보할 수 있었다. 또한 140분후 TMP가 급격히 증가하였고 88LMH로 임계 플럭스가 결정되었으며, 그때의 한계압력은 0.32bar로 나타났다.
EPS농도는 MLSS농도가 증가함에 따라 감소하였다. 특히, MLSS농도가 6,000mg/L 이하에서는 EPS농도의 변화 폭이 큰데 비하여 6,000mg/L이상에서는 변동폭이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. SEM/EDX를 이용하여 멤브레인 표면상태와 원소분석을 측정한 결과 탄소와 불소가 멤브레인의 재질 특성상 가장 많은 비율을 차지하였으며, Al3+,Mg2+와 같은 무기물의 비율이 증가한 것으로 보아 운전이 지속됨에 따라 무기성 멤브레인 파울링이 발생한 것으로 판단된다.
MFR주입량에 따른 혼합액의 특성 변화를 측정하기 위해 입도분석, 제타전위, SCODcr, EPS 및 MLSS농도를 비교분석한 결과 전반적으로 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR을 주입하였을 때 가장 좋은 결과를 나타내었으며, 미생물의 활성에도 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 여과 성능 실험의 결과로부터 적정 주입량인 0.03mg MFR/mg MLSS의 MFR이 주입되면 양이온 고분자 물질인 MFR로 인하여 큰 플럭이 형성되고 이러한 플럭들이 멤브레인 세공안쪽으로의 침투를 감소시켜 파울링 발생을 최소화 시키고 플럭스를 증대시켰다고 사료된다.
Conventional BNR process is unable to meet discharging water quality standards and can not deal with nutrients such as nitrogen and phosphorus perfectly. At this point the introduction of MBR process has come to the fore as an alternate to resolve these problems, and a lot of studies have been condu...
Conventional BNR process is unable to meet discharging water quality standards and can not deal with nutrients such as nitrogen and phosphorus perfectly. At this point the introduction of MBR process has come to the fore as an alternate to resolve these problems, and a lot of studies have been conducted to apply membrane process to biological treatment of wastewater.
Though MBR process has many advantages, the greatest risk factors in operating MBR process are occurrence of membrane fouling and decrease of flux. Sustaining operations without efficient methods of back flushing can lead to shortening of membrane life and increase of maintenance cost. It is very difficult to find exact mechanism due to complex influence by many effects, although there have been recently many studies of membrane fouling.
The purposes of this study are firstly evaluating bioreactor of lab-scale and micro-filtration hollow fiber membrane, secondly investigating correlation between foulants affecting membrane performance and membrane fouling, and lastly evaluating various parameters affecting fouling and applicability of membrane fouling reducer.
As the analysis of influent and effluent quality, average removal efficiencies of CODcr, T-N, T-P were 95.8%, 71.9%, 60.1% respectively. Also, critical flux was determined by flux-step method. After 140 minutes, TMP was increasing rapidly and showed 0.32bar and the average of flux was 88LMH. EPS concentration decreased as increasing MLSS concentration. Especially, EPS concentration tends not to change much above MLSS concentration (6,000mg/L). However, EPS concentration variation is wide below MLSS concentration (6,000mg/L).
From results of membrane surface condition and element analysis using SEM/EDX, carbon and fluorine were founded to be the highest percentage in membrane because of characteristics of membrane material. In operating continuously, inorganic fouling was generated by increase of these inorganic substances such as Al3+ and Mg2+.
From results of particle size, zeta potential, SCODcr, EPS and MLSS concentration in order to analysis of effects of MFR addition on mixed liquor properties, the best filtration performance was obtained for 0.03mg MFR/mg MLSS and the addition of MFR to the reactor could not affect on microbial activity. When optimal MFR dosage was added, MFR, cationic polymer made particle flocs larger and these flocs could reduce membrane fouling since they could prevent permeation into membrane pore. Flux increase was likely a result of floc size enhancement.
Key words : MBR, Hollow fiber membrane, Fouling, SEM/EDX, MFR
Conventional BNR process is unable to meet discharging water quality standards and can not deal with nutrients such as nitrogen and phosphorus perfectly. At this point the introduction of MBR process has come to the fore as an alternate to resolve these problems, and a lot of studies have been conducted to apply membrane process to biological treatment of wastewater.
Though MBR process has many advantages, the greatest risk factors in operating MBR process are occurrence of membrane fouling and decrease of flux. Sustaining operations without efficient methods of back flushing can lead to shortening of membrane life and increase of maintenance cost. It is very difficult to find exact mechanism due to complex influence by many effects, although there have been recently many studies of membrane fouling.
The purposes of this study are firstly evaluating bioreactor of lab-scale and micro-filtration hollow fiber membrane, secondly investigating correlation between foulants affecting membrane performance and membrane fouling, and lastly evaluating various parameters affecting fouling and applicability of membrane fouling reducer.
As the analysis of influent and effluent quality, average removal efficiencies of CODcr, T-N, T-P were 95.8%, 71.9%, 60.1% respectively. Also, critical flux was determined by flux-step method. After 140 minutes, TMP was increasing rapidly and showed 0.32bar and the average of flux was 88LMH. EPS concentration decreased as increasing MLSS concentration. Especially, EPS concentration tends not to change much above MLSS concentration (6,000mg/L). However, EPS concentration variation is wide below MLSS concentration (6,000mg/L).
From results of membrane surface condition and element analysis using SEM/EDX, carbon and fluorine were founded to be the highest percentage in membrane because of characteristics of membrane material. In operating continuously, inorganic fouling was generated by increase of these inorganic substances such as Al3+ and Mg2+.
From results of particle size, zeta potential, SCODcr, EPS and MLSS concentration in order to analysis of effects of MFR addition on mixed liquor properties, the best filtration performance was obtained for 0.03mg MFR/mg MLSS and the addition of MFR to the reactor could not affect on microbial activity. When optimal MFR dosage was added, MFR, cationic polymer made particle flocs larger and these flocs could reduce membrane fouling since they could prevent permeation into membrane pore. Flux increase was likely a result of floc size enhancement.
Key words : MBR, Hollow fiber membrane, Fouling, SEM/EDX, MFR
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