본 연구의 목적은 하수처리수 재이용을 위한 막여과 공정에서 발생되는 막오염 현상의 원인 물질을 규명하고, 막오염 현상을 최소화 할 수 있는 전처리 방안과 전처리 공정의 운전 조건을 제시하는 것이다.
하수처리수와 막여과 처리수를 분석한 결과 하수처리수 내 주요 막오염 물질로는 자외선분석을 통해서는 방향족 특성의 유기물, 형광분석을 통해서는 단백질(...
본 연구의 목적은 하수처리수 재이용을 위한 막여과 공정에서 발생되는 막오염 현상의 원인 물질을 규명하고, 막오염 현상을 최소화 할 수 있는 전처리 방안과 전처리 공정의 운전 조건을 제시하는 것이다.
하수처리수와 막여과 처리수를 분석한 결과 하수처리수 내 주요 막오염 물질로는 자외선분석을 통해서는 방향족 특성의 유기물, 형광분석을 통해서는 단백질(protein), SMPs(soluble microbial products), 그리고 휴믹물질(humic substance) 등으로 나타났다. 앞에서 분석된 막오염 유발 물질들의 정성분석을 위하여 적외선 분광광도계(fourier transform-infrared, FT-IR) 분석을 수행하였으며, 그 결과 자외선, 형광분석 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 그리고 입도 분석 결과 주요 막오염 유발물질의 분자량은 30 kDa 이상의 고분자 유기물로 나타났으며, 문헌연구 결과로부터 이들 물질은 주로 생체 고분자(biopolymer)와 다당류(polysaccharide)인 것으로 나타났다. 하지만 가장 일반적으로 적용하는 응집공정을 막여과 전처리 공정으로 적용하여 처리수를 분석하였을 때, UV 분석을 통한 처리수의 방향족 특성은 31.6% 감소한 반면, 형광분석 시 단백질, SMPs, 그리고 휴믹물질은 각각 16.0%, 22.6%, 15.0% 감소에 그쳤다. 그리고 막오염을 유발하는 30 kDa 이상의 유기물들은 응집 전후로 큰 변화를 보이지 못했다. 따라서 이러한 막오염 유발물질의 효과적인 제어를 위한 방안이 필요하다는 결과가 도출되었다. 이에 고도산화+응집공정을 막여과 전처리 공정으로 적용하여 처리수를 분석하였을 때, 자외선 분석결과 방향족 유기물 특성은 40.2% 이상 감소하였고, 형광분석 결과 단백질, SMPs, 그리고 휴믹물질 특성은 각각 65.5%, 73.3%, 65.4% 감소하여 응집공정 단독 적용에 비해 크게 감소한 것으로 나타났다. 특히 원수에 5.0% 이상 존재하는 30 kDa 이상의 유기물들은 고도산화+응집공정에서 0.7%까지 크게 감소하였다. 따라서 막오염 유발 물질로 알려져 있는 유기물 제거 효율은 응집공정에 비해 고도산화, 고도산화+응집공정이 더 효과적인 것으로 나타났다. 위의 수질분석 결과와 실제 막오염과의 상관관계를 도출하기 위하여 각각의 전처리 조건에 따른 처리수에 대한 막여과 실험을 수행하였다. 막여과 실험결과 하수처리수 원수의 여과성능은 54.2%로 나타났으며, 이때 비가역적 여과저항 증가율은 2.4×109 m-2으로 나타났다. 응집공정 적용에서는 여과성능은 77.3%까지 증가하였고, 비가역적 여과저항 증가율은 7.3×108 m-2까지 감소하였으나, 정수처리 공정의 여과성능과 비가역적 여과저항 증가율을 비교하였을 때 여전히 높게 평가되었다. 반면 고도산화+응집 처리에서는 여과성능과 비가역적 여과저항 증가율은 각각 82.6%, 1.6×108 m-2까지 감소하였으며, 이는 정수처리 공정의 여과성능과 비교하여 오히려 더 낮게 나타난 것으로 평가되었다. 따라서 3장의 수질분석 결과와 같이 고도산화를 적용할 경우 막오염 유발 물질들이 저감되었으며, 막여과 평가에서 막오염 현상이 적게 나타나 여과성능 및 비가역적 여과저항 증가율이 개선된 것으로 나타났다.
본 결과의 현장 적용성을 평가하기 위하여 실제 하수처리장 내 파일럿 플랜트를 설치하여 장기간 운전하며, 전처리 공정이 막차압 안정성에 미치는 영향을 평가하였으며, 응집 전처리 공정 적용은 CEB(chemical enhanced backwash) 공정 없이는 막오염 제어가 불가능 한 것으로 나타났다. 단 적정 CEB 공정을 적용할 경우에는 8개월 이상 장기 운전이 가능한 것으로 평가되었다. 반면, 고도산화+응집공정에서는 CEB 공정 없이도 막오염 제어가 가능하였으며, 본 결과로 부터 3장과 4장의 실내 실험에서의 고도산화+응집처리에 따른 막오염 저감 효율이 실증 규모의 파일럿 플랜트에서도 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 장기 운전을 통해 고도산화+응집 전처리 공정을 평가한 결과 비정상 수질이 유입될 경우 고도산화 공정 적용만으로는 막오염 현상을 제어하기 어려워 CEB 공정과 함께 적용되어야 하는 것으로 나타났다.
이상의 결과를 바탕으로, 하수처리수 재이용을 위한 막여과 공정에 있어서 주요 막오염 인자로 (1) 방향족 특성 유기물, 단백질, SMPs, 휴믹물질 등의 하수처리수 내 유기물질(effluent organic matter, EfOM)로 설명할 수 있으며, 이러한 EfOM 제어를 위해서는 응집공정 보다는 (2) 고도산화 + 응집 공정이 막여과 전처리 공정으로 더 적합한 것으로 판단된다.
본 연구의 목적은 하수처리수 재이용을 위한 막여과 공정에서 발생되는 막오염 현상의 원인 물질을 규명하고, 막오염 현상을 최소화 할 수 있는 전처리 방안과 전처리 공정의 운전 조건을 제시하는 것이다.
하수처리수와 막여과 처리수를 분석한 결과 하수처리수 내 주요 막오염 물질로는 자외선분석을 통해서는 방향족 특성의 유기물, 형광분석을 통해서는 단백질(protein), SMPs(soluble microbial products), 그리고 휴믹물질(humic substance) 등으로 나타났다. 앞에서 분석된 막오염 유발 물질들의 정성분석을 위하여 적외선 분광광도계(fourier transform-infrared, FT-IR) 분석을 수행하였으며, 그 결과 자외선, 형광분석 결과와 일치하는 것으로 나타났다. 그리고 입도 분석 결과 주요 막오염 유발물질의 분자량은 30 kDa 이상의 고분자 유기물로 나타났으며, 문헌연구 결과로부터 이들 물질은 주로 생체 고분자(biopolymer)와 다당류(polysaccharide)인 것으로 나타났다. 하지만 가장 일반적으로 적용하는 응집공정을 막여과 전처리 공정으로 적용하여 처리수를 분석하였을 때, UV 분석을 통한 처리수의 방향족 특성은 31.6% 감소한 반면, 형광분석 시 단백질, SMPs, 그리고 휴믹물질은 각각 16.0%, 22.6%, 15.0% 감소에 그쳤다. 그리고 막오염을 유발하는 30 kDa 이상의 유기물들은 응집 전후로 큰 변화를 보이지 못했다. 따라서 이러한 막오염 유발물질의 효과적인 제어를 위한 방안이 필요하다는 결과가 도출되었다. 이에 고도산화+응집공정을 막여과 전처리 공정으로 적용하여 처리수를 분석하였을 때, 자외선 분석결과 방향족 유기물 특성은 40.2% 이상 감소하였고, 형광분석 결과 단백질, SMPs, 그리고 휴믹물질 특성은 각각 65.5%, 73.3%, 65.4% 감소하여 응집공정 단독 적용에 비해 크게 감소한 것으로 나타났다. 특히 원수에 5.0% 이상 존재하는 30 kDa 이상의 유기물들은 고도산화+응집공정에서 0.7%까지 크게 감소하였다. 따라서 막오염 유발 물질로 알려져 있는 유기물 제거 효율은 응집공정에 비해 고도산화, 고도산화+응집공정이 더 효과적인 것으로 나타났다. 위의 수질분석 결과와 실제 막오염과의 상관관계를 도출하기 위하여 각각의 전처리 조건에 따른 처리수에 대한 막여과 실험을 수행하였다. 막여과 실험결과 하수처리수 원수의 여과성능은 54.2%로 나타났으며, 이때 비가역적 여과저항 증가율은 2.4×109 m-2으로 나타났다. 응집공정 적용에서는 여과성능은 77.3%까지 증가하였고, 비가역적 여과저항 증가율은 7.3×108 m-2까지 감소하였으나, 정수처리 공정의 여과성능과 비가역적 여과저항 증가율을 비교하였을 때 여전히 높게 평가되었다. 반면 고도산화+응집 처리에서는 여과성능과 비가역적 여과저항 증가율은 각각 82.6%, 1.6×108 m-2까지 감소하였으며, 이는 정수처리 공정의 여과성능과 비교하여 오히려 더 낮게 나타난 것으로 평가되었다. 따라서 3장의 수질분석 결과와 같이 고도산화를 적용할 경우 막오염 유발 물질들이 저감되었으며, 막여과 평가에서 막오염 현상이 적게 나타나 여과성능 및 비가역적 여과저항 증가율이 개선된 것으로 나타났다.
본 결과의 현장 적용성을 평가하기 위하여 실제 하수처리장 내 파일럿 플랜트를 설치하여 장기간 운전하며, 전처리 공정이 막차압 안정성에 미치는 영향을 평가하였으며, 응집 전처리 공정 적용은 CEB(chemical enhanced backwash) 공정 없이는 막오염 제어가 불가능 한 것으로 나타났다. 단 적정 CEB 공정을 적용할 경우에는 8개월 이상 장기 운전이 가능한 것으로 평가되었다. 반면, 고도산화+응집공정에서는 CEB 공정 없이도 막오염 제어가 가능하였으며, 본 결과로 부터 3장과 4장의 실내 실험에서의 고도산화+응집처리에 따른 막오염 저감 효율이 실증 규모의 파일럿 플랜트에서도 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 장기 운전을 통해 고도산화+응집 전처리 공정을 평가한 결과 비정상 수질이 유입될 경우 고도산화 공정 적용만으로는 막오염 현상을 제어하기 어려워 CEB 공정과 함께 적용되어야 하는 것으로 나타났다.
이상의 결과를 바탕으로, 하수처리수 재이용을 위한 막여과 공정에 있어서 주요 막오염 인자로 (1) 방향족 특성 유기물, 단백질, SMPs, 휴믹물질 등의 하수처리수 내 유기물질(effluent organic matter, EfOM)로 설명할 수 있으며, 이러한 EfOM 제어를 위해서는 응집공정 보다는 (2) 고도산화 + 응집 공정이 막여과 전처리 공정으로 더 적합한 것으로 판단된다.
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