세라믹막은 고분자 유기막에 비해 높은 유속으로 여과가 가능하고, 고압과 고농도 약품에서도 잘 견디며, 막의 수명이 길고, 막 파울링에 강한 특징을 갖고 있다. 다만, 높은 투과유속에서 운전하는 특성상 막여과 성능에 미치는 전처리의 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 응집 공정은 입자들의 표면에 정전기 전하를 중성화함으로써 큰 결합체를 만드는 공정이며, 응집 효율은 적용되는 원수, 응집제 종류 및 pH에 따라 달라지므로 회분식 응집실험(Jar tset)을 통하여 최적 응집 조건을 도출하게 된다. ...
세라믹막은 고분자 유기막에 비해 높은 유속으로 여과가 가능하고, 고압과 고농도 약품에서도 잘 견디며, 막의 수명이 길고, 막 파울링에 강한 특징을 갖고 있다. 다만, 높은 투과유속에서 운전하는 특성상 막여과 성능에 미치는 전처리의 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 응집 공정은 입자들의 표면에 정전기 전하를 중성화함으로써 큰 결합체를 만드는 공정이며, 응집 효율은 적용되는 원수, 응집제 종류 및 pH에 따라 달라지므로 회분식 응집실험(Jar tset)을 통하여 최적 응집 조건을 도출하게 된다. 침전 공정의 경우에는 응집 공정에서 발생한 결합체들을 침전 시간을 주어 가라앉히게 되며 상등수를 후속 공정인 막여과 공정에 유입시키게 된다. 따라서, 본 연구에서 평가하고자 한, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 경우에는 원수의 탁도 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 투과유속 변화를 주어 각 공정의 임계 투과유속을 통한 원수 성상에 따른 전처리 공정의 적절성을 평가하고자 하였으며, 세라믹 막여과 정수처리공정의 여과특성에 미치는 운전조건을 평가하고자 하였다. 또한, 가혹 조건에서의 고분자 유기막과 세라믹 무기막 단일공정의 비교 및 평가를 하였으며, 고분자 유기막과 세라믹 무기막 배출수의 침강성 실험을 통해, 현재 대두되고 있는 정수처리 막여과 공정의 배출수 처리 문제에 대한 대안을 강구하고자 하였다. 본 실험에서는 전처리 공정을 평가하고자, 원수 성상의 변화를 주어 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 각 공정별 탁도, TOC, DOC, UV254, 무기물등을 주요 수질 항목으로 선정하여 비교 분석하였다. 강우시와 같은 극단적인 상황에 적절한 대응을 하며, 원수성상 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 적용 가능성을 평가하고자 A정수장의 원수(한강원수)와 유기막 배출수를 혼합하여 사용하였으며, 응집제 주입량은 최적응집조건 도출 실험에서 알아낸 10.6 %의 A-PAC를 1.0 %로 희석하여 주입하였고, 혼화-응집-침전 시간 및 교반속도는 혼화는 120 rpm에서 15초, 응집의 경우 20 rpm에서 20분, 침전의 경우 20분으로 진행하였다. 연구에 사용된 원수에 응집, 침전, 세라믹 막여과 공정을 추가할수록 탁도, UV254, TOC, DOC값이 감소하는 경향을 보인다. 초기 원수와 비교해볼 때, 탁도는 혼화-응집, 혼화-응집-침전, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 모든 공정에서 99.0 %가 넘는 제거율을 나타냈고, UV254의 경우에는 모두 93.0 %가 넘는 제거율을 나타냈다. 또한, TOC의 경우는 혼화-응집 공정이 52.4 %제거율을 보였고, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정은 56.4 %, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정이 59.8 %의 제거율로 공정이 첨가될수록 제거율이 미세하게 증가하는 반면, DOC의 경우는 각 공정이 18.5 %, 22.2 %, 30.7 %로 공정이 첨가될수록 제거율이 상당히 증가하는 것을 볼 수 있다. 각 수질 항목들의 제거율로 비교해볼 떄 원수에 혼화-응집 처리만 했을 경우에도 측정치들이 현저히 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 침전공정을 거치지 않고 세라믹 막여과 공정을 거칠 경우, 높은 투과유속으로 세라믹 막여과 공정을 운영시에는 차압이 급격히 증가 할 것이라 예상된다. 다만, 세라믹 막여과 공정의 수역세 및 공기역세와 같은 물리세정 주기를 조금 짧게 운영한다면, 혼화-응집 공정의 전처리만으로도 충분히 세라믹 막여과 공정의 안정적인 운전이 가능할 것이라 판단된다. 고탁도․고유기물의 원수 유입시에 세라믹 무기막 공정과 PVDF 유기막 단일공정의 투과유속에 따른 막간차압(TMP) 변화를 관찰 한 결과, 세라믹 무기막 공정의 경우 2m/d의 투과유속까지 안정적인 운전이 가능한 반면, PVDF 유기막 공정의 경우에는 1.5m/d의 투과유속에서 차압의 증가가 급격해지며, 2m/d의 투과유속에서는 운전이 불가능하였다. 이는 고분자 유기막의 특성 상, 고탁도․고유기물의 원수가 유입할 경우에 유기막 공정 단독으로 처리하기에는 한계가 있음을 보인다. 다만, 본 연구에서는 세라믹 막여과 공정에서 2.0m/d의 낮은 투과유속으로 운전을 하였기 떄문에 세라믹 막여과 공정 단독으로도 처리가 용이했지만, 높은 투과유속 적용을 위해서는 혼화/응집 공정이 필수적으로 적용되어야만 한다고 판단된다. 또한, 유기막과 세라믹 무기막 배출수를 비교․평가하기 위하여 SVI값을 통해 침강성을 판단하였다. 유기막 배출수의 경우에는 고형물 농도가 낮다는 단점으로 인하여 육안으로 판단할 수 없었으며, 세라믹 무기막 배출수의 경우에는 평균 SVI30값이 55.06ml/g으로서, 보편적으로 침전성이 양호하다는 50-150의 범위 안의 값을 나타내었다. 이는 세라믹 무기막의 경우 유기막에 비해 여과시간이 길어 고형물 함량이 높아, 내압식 전량여과 방식으로 운영되어 모듈로 유입된 고형물이 모듈의 끝부분에 모여서 펠렛형태로 뭉쳐져서 배출되는 특징 때문인 것으로 판단된다.
세라믹막은 고분자 유기막에 비해 높은 유속으로 여과가 가능하고, 고압과 고농도 약품에서도 잘 견디며, 막의 수명이 길고, 막 파울링에 강한 특징을 갖고 있다. 다만, 높은 투과유속에서 운전하는 특성상 막여과 성능에 미치는 전처리의 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 응집 공정은 입자들의 표면에 정전기 전하를 중성화함으로써 큰 결합체를 만드는 공정이며, 응집 효율은 적용되는 원수, 응집제 종류 및 pH에 따라 달라지므로 회분식 응집실험(Jar tset)을 통하여 최적 응집 조건을 도출하게 된다. 침전 공정의 경우에는 응집 공정에서 발생한 결합체들을 침전 시간을 주어 가라앉히게 되며 상등수를 후속 공정인 막여과 공정에 유입시키게 된다. 따라서, 본 연구에서 평가하고자 한, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 경우에는 원수의 탁도 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 투과유속 변화를 주어 각 공정의 임계 투과유속을 통한 원수 성상에 따른 전처리 공정의 적절성을 평가하고자 하였으며, 세라믹 막여과 정수처리공정의 여과특성에 미치는 운전조건을 평가하고자 하였다. 또한, 가혹 조건에서의 고분자 유기막과 세라믹 무기막 단일공정의 비교 및 평가를 하였으며, 고분자 유기막과 세라믹 무기막 배출수의 침강성 실험을 통해, 현재 대두되고 있는 정수처리 막여과 공정의 배출수 처리 문제에 대한 대안을 강구하고자 하였다. 본 실험에서는 전처리 공정을 평가하고자, 원수 성상의 변화를 주어 혼화-응집-세라믹 막여과 공정과 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정의 각 공정별 탁도, TOC, DOC, UV254, 무기물등을 주요 수질 항목으로 선정하여 비교 분석하였다. 강우시와 같은 극단적인 상황에 적절한 대응을 하며, 원수성상 변화에 따른 세라믹 막여과 공정의 적용 가능성을 평가하고자 A정수장의 원수(한강원수)와 유기막 배출수를 혼합하여 사용하였으며, 응집제 주입량은 최적응집조건 도출 실험에서 알아낸 10.6 %의 A-PAC를 1.0 %로 희석하여 주입하였고, 혼화-응집-침전 시간 및 교반속도는 혼화는 120 rpm에서 15초, 응집의 경우 20 rpm에서 20분, 침전의 경우 20분으로 진행하였다. 연구에 사용된 원수에 응집, 침전, 세라믹 막여과 공정을 추가할수록 탁도, UV254, TOC, DOC값이 감소하는 경향을 보인다. 초기 원수와 비교해볼 때, 탁도는 혼화-응집, 혼화-응집-침전, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 모든 공정에서 99.0 %가 넘는 제거율을 나타냈고, UV254의 경우에는 모두 93.0 %가 넘는 제거율을 나타냈다. 또한, TOC의 경우는 혼화-응집 공정이 52.4 %제거율을 보였고, 혼화-응집-세라믹 막여과 공정은 56.4 %, 혼화-응집-침전-세라믹 막여과 공정이 59.8 %의 제거율로 공정이 첨가될수록 제거율이 미세하게 증가하는 반면, DOC의 경우는 각 공정이 18.5 %, 22.2 %, 30.7 %로 공정이 첨가될수록 제거율이 상당히 증가하는 것을 볼 수 있다. 각 수질 항목들의 제거율로 비교해볼 떄 원수에 혼화-응집 처리만 했을 경우에도 측정치들이 현저히 감소함을 볼 수 있다. 그러나, 침전공정을 거치지 않고 세라믹 막여과 공정을 거칠 경우, 높은 투과유속으로 세라믹 막여과 공정을 운영시에는 차압이 급격히 증가 할 것이라 예상된다. 다만, 세라믹 막여과 공정의 수역세 및 공기역세와 같은 물리세정 주기를 조금 짧게 운영한다면, 혼화-응집 공정의 전처리만으로도 충분히 세라믹 막여과 공정의 안정적인 운전이 가능할 것이라 판단된다. 고탁도․고유기물의 원수 유입시에 세라믹 무기막 공정과 PVDF 유기막 단일공정의 투과유속에 따른 막간차압(TMP) 변화를 관찰 한 결과, 세라믹 무기막 공정의 경우 2m/d의 투과유속까지 안정적인 운전이 가능한 반면, PVDF 유기막 공정의 경우에는 1.5m/d의 투과유속에서 차압의 증가가 급격해지며, 2m/d의 투과유속에서는 운전이 불가능하였다. 이는 고분자 유기막의 특성 상, 고탁도․고유기물의 원수가 유입할 경우에 유기막 공정 단독으로 처리하기에는 한계가 있음을 보인다. 다만, 본 연구에서는 세라믹 막여과 공정에서 2.0m/d의 낮은 투과유속으로 운전을 하였기 떄문에 세라믹 막여과 공정 단독으로도 처리가 용이했지만, 높은 투과유속 적용을 위해서는 혼화/응집 공정이 필수적으로 적용되어야만 한다고 판단된다. 또한, 유기막과 세라믹 무기막 배출수를 비교․평가하기 위하여 SVI값을 통해 침강성을 판단하였다. 유기막 배출수의 경우에는 고형물 농도가 낮다는 단점으로 인하여 육안으로 판단할 수 없었으며, 세라믹 무기막 배출수의 경우에는 평균 SVI30값이 55.06ml/g으로서, 보편적으로 침전성이 양호하다는 50-150의 범위 안의 값을 나타내었다. 이는 세라믹 무기막의 경우 유기막에 비해 여과시간이 길어 고형물 함량이 높아, 내압식 전량여과 방식으로 운영되어 모듈로 유입된 고형물이 모듈의 끝부분에 모여서 펠렛형태로 뭉쳐져서 배출되는 특징 때문인 것으로 판단된다.
Ceramic membranes are able to operate at higher filtration flux than polymer organic membranes and can withstand high pressure and temperature. Ceramic membranes are characterized by long operational lifetime and low fouling tendency. However, pre-treatment has a great effect on membrane filtration ...
Ceramic membranes are able to operate at higher filtration flux than polymer organic membranes and can withstand high pressure and temperature. Ceramic membranes are characterized by long operational lifetime and low fouling tendency. However, pre-treatment has a great effect on membrane filtration performance due to the operating condition of high permeate flux. Also, coagulation is the process of making a large corporate body through neutralizing the electrostatically charged particles on the surface and its efficiency will be affected by changes in raw water, coagulant types and the water’s ph. Therefore, optimum coagulation conditions can be determined by batch experiment and jar test. In a sedimentation process, coagulated particles would settle out in a given sedimentation time and inflow of the supernatant would take place in the follow-up filtration process. For mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation- sedimentation-ceramic membrane process in which this research focus on, flux changes of ceramic membrane filtration process are made based on changes in turbidity of raw water. Thus, this research evaluates appropriacy of pre-treatment process through raw water component in critical flux of each process and the effects of operating condition on filtration characteristics of ceramic membrane filtration process. A single process of polymer organic membrane and ceramic membrane are also compared under worst stress condition to evaluate the differences between two membranes. In addition, precipitated experiment of polymer organic membrane and ceramic membrane is performed. The purpose of this experiment is to find a solution to the current issue related to drain water treatment of membrane filtration process in water treatment. In the research, few changes were made for the raw water components to evaluate pre-treatment process and each process of mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation-sedimentation-ceramic membrane process was compared and analyzed considering the main water quality items such as the level of turbidity, TOC, DOC, UV254, and inorganic matter. In responding properly to extreme conditions like rainfall, a mixture of raw water from A water treatment plant and organic membrane drain water is used to determine applicability of ceramic membrane filtration process according to changes in raw water component. The amount of coagulant dose was 1.0% diluting A-PAC from optimum coagulation condition generating experiment. The time of mixing, coagulation, sedimentation, and mixing speed was carried out for each level such as mixing for 15 seconds at 120rpm, coagulation for 20 minutes at 20 rpm, and sedimentation for 20 minutes. As the components such as coagulation, sedimentation, and ceramic membrane filtration process are added, the value of turbidity, UV254, TOC, and DOC in the raw water used in the research tends to be decreased. Compared to initial raw water, the level of turbidity of mixing-coagulation, mixing-coagulation-sedimentation, and mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration shows removal rate over 99.0% in every process, and in the case of UV254, the removal rate was turned out exceeding 93.0% in every case. In addition to this, TOC represents the removal rate of 52.4% with mixing-coagulation process, of 56.4% for mixing-coagulation-ceramic membrane filtration process, and of 59.8% for mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration process. In other words, the each removal rates was slightly increased as process is added, otherwise, DOC is figured out as 18.5%, 22.2%, and 30.7% showing that as process is added, the removal rate is increased considerately. Comparing the removal rates from water quality items, when mixing-coagulation is done on the raw water, the measured vales were enormously decreased. However, in the case of applying the ceramic membrane filtration process without Sedimentation process, TMP will be expected to be soared when operating the ceramic membrane filtration process with high flux. If we operate the back washing period of ceramic membrane filtration process more frequently, it can be possible to drive stable condition for ceramic membrane filtration process only with pre-treatment of mixing-coagulation process. When the high level of turbidity and organic component for the raw water is flowed, ceramic membrane process and PVDF membrane process in the case of ceramic membrane process, the stable operation is possible under the flux level of 2m/d, however, TMP is increased greatly on the flux level of 1.5m/d and it’s impossible to operate on the flux level of 2m/d in the case of PVDF membrane process. It seemed that when the raw water with high level of turbidity and organic components is flowed in, considering the characteristics of polymer organic membrane, it is difficult to process through organic membrane process only. Regarding this research, it was simple to process using ceramic membrane filtration only because it was driven by low flux about 2.0m/d in ceramic membrane filtration, though, in order to apply higher flux on our current level, it is essentially required to use mixing-coagulation process. To compare and evaluate drain water from organic membrane and ceramic membrane, precipitated are measured by value of SVI. For organic membrane drainwater, it is hard to measure settleability due to low concentration of solid matter. On the other hand, average value of SVI30 for ceramic membrane drainwater is measured as 55.06ml which falls into a good settleability range of 50-150ml. This result is due to specific characteristics which ceramic membrane has. Since ceramic membrane has longer filtration time than organic membrane, ceramic membrane has high solids contents. Also, the inflow of solid matter into module operated by dead-end filtration causes solid matter to form the shape of pellet and then to be discharged.
Ceramic membranes are able to operate at higher filtration flux than polymer organic membranes and can withstand high pressure and temperature. Ceramic membranes are characterized by long operational lifetime and low fouling tendency. However, pre-treatment has a great effect on membrane filtration performance due to the operating condition of high permeate flux. Also, coagulation is the process of making a large corporate body through neutralizing the electrostatically charged particles on the surface and its efficiency will be affected by changes in raw water, coagulant types and the water’s ph. Therefore, optimum coagulation conditions can be determined by batch experiment and jar test. In a sedimentation process, coagulated particles would settle out in a given sedimentation time and inflow of the supernatant would take place in the follow-up filtration process. For mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation- sedimentation-ceramic membrane process in which this research focus on, flux changes of ceramic membrane filtration process are made based on changes in turbidity of raw water. Thus, this research evaluates appropriacy of pre-treatment process through raw water component in critical flux of each process and the effects of operating condition on filtration characteristics of ceramic membrane filtration process. A single process of polymer organic membrane and ceramic membrane are also compared under worst stress condition to evaluate the differences between two membranes. In addition, precipitated experiment of polymer organic membrane and ceramic membrane is performed. The purpose of this experiment is to find a solution to the current issue related to drain water treatment of membrane filtration process in water treatment. In the research, few changes were made for the raw water components to evaluate pre-treatment process and each process of mixture-coagulation-ceramic membrane process and mixture-coagulation-sedimentation-ceramic membrane process was compared and analyzed considering the main water quality items such as the level of turbidity, TOC, DOC, UV254, and inorganic matter. In responding properly to extreme conditions like rainfall, a mixture of raw water from A water treatment plant and organic membrane drain water is used to determine applicability of ceramic membrane filtration process according to changes in raw water component. The amount of coagulant dose was 1.0% diluting A-PAC from optimum coagulation condition generating experiment. The time of mixing, coagulation, sedimentation, and mixing speed was carried out for each level such as mixing for 15 seconds at 120rpm, coagulation for 20 minutes at 20 rpm, and sedimentation for 20 minutes. As the components such as coagulation, sedimentation, and ceramic membrane filtration process are added, the value of turbidity, UV254, TOC, and DOC in the raw water used in the research tends to be decreased. Compared to initial raw water, the level of turbidity of mixing-coagulation, mixing-coagulation-sedimentation, and mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration shows removal rate over 99.0% in every process, and in the case of UV254, the removal rate was turned out exceeding 93.0% in every case. In addition to this, TOC represents the removal rate of 52.4% with mixing-coagulation process, of 56.4% for mixing-coagulation-ceramic membrane filtration process, and of 59.8% for mixing-coagulation-sedimentation-ceramic membrane filtration process. In other words, the each removal rates was slightly increased as process is added, otherwise, DOC is figured out as 18.5%, 22.2%, and 30.7% showing that as process is added, the removal rate is increased considerately. Comparing the removal rates from water quality items, when mixing-coagulation is done on the raw water, the measured vales were enormously decreased. However, in the case of applying the ceramic membrane filtration process without Sedimentation process, TMP will be expected to be soared when operating the ceramic membrane filtration process with high flux. If we operate the back washing period of ceramic membrane filtration process more frequently, it can be possible to drive stable condition for ceramic membrane filtration process only with pre-treatment of mixing-coagulation process. When the high level of turbidity and organic component for the raw water is flowed, ceramic membrane process and PVDF membrane process in the case of ceramic membrane process, the stable operation is possible under the flux level of 2m/d, however, TMP is increased greatly on the flux level of 1.5m/d and it’s impossible to operate on the flux level of 2m/d in the case of PVDF membrane process. It seemed that when the raw water with high level of turbidity and organic components is flowed in, considering the characteristics of polymer organic membrane, it is difficult to process through organic membrane process only. Regarding this research, it was simple to process using ceramic membrane filtration only because it was driven by low flux about 2.0m/d in ceramic membrane filtration, though, in order to apply higher flux on our current level, it is essentially required to use mixing-coagulation process. To compare and evaluate drain water from organic membrane and ceramic membrane, precipitated are measured by value of SVI. For organic membrane drainwater, it is hard to measure settleability due to low concentration of solid matter. On the other hand, average value of SVI30 for ceramic membrane drainwater is measured as 55.06ml which falls into a good settleability range of 50-150ml. This result is due to specific characteristics which ceramic membrane has. Since ceramic membrane has longer filtration time than organic membrane, ceramic membrane has high solids contents. Also, the inflow of solid matter into module operated by dead-end filtration causes solid matter to form the shape of pellet and then to be discharged.
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