혐기성 막여과 반응조(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)는 바이오가스를 배출하고, 높은 고액 분리 능력을 가지는 장점이 있어 선진국 유럽에서의 실 플랜트 운전이 계속해서 증가하고 있으며, 국내 기술에의 연구 투자도 증가하는 추세이다. 막여과 반응조 운전에서 가장 중요한 요인으로 ...
혐기성 막여과 반응조(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)는 바이오가스를 배출하고, 높은 고액 분리 능력을 가지는 장점이 있어 선진국 유럽에서의 실 플랜트 운전이 계속해서 증가하고 있으며, 국내 기술에의 연구 투자도 증가하는 추세이다. 막여과 반응조 운전에서 가장 중요한 요인으로 플럭스를 감소시키는 막오염이 있으며, 이는 운전 효율에도 영향을 미치기 때문에 이를 저감하고 제거하는 것이 중요하다. 다양한 막오염 저감 방법 중 가장 많이 쓰이는 역세정은 막여과 반응조의 장기간 운전시 한계가 있어 추가적인 화학적 세정을 필요로 한다. 화학적 세정은 비용소모를 가져오며 높은 농도의 세정제 사용시 반응조 내 미생물 활성도를 떨어뜨릴 수 있다. 본 연구에서는 물리적 세정과 화학세정의 장점을 동시에 갖는 강화역세정 방법을 통해 혐기성 막여과 반응조에서 생성된 막오염을 처리함으로써 플럭스의 회복을 확인하였다. 일정한 압력하에 0.1µm의 공극을 갖는 PTFE막과 0.22µm의 PVDF막을 사용해 dead-end batch cell에서 정밀여과를 수행하였고, 용존 오존 0.3~1.5mg/L와 차아염소산 5~100mg/L을 이용해 강화역세정 효율을 파악하였다. 원수농도와 화학세정제에 따른 효율을 파악한 후, 강화역세정의 효율적인 처리를 위해 원수 특징인 입자크기를 분리하여 상등액과 플럭으로 나누어 같은 방법으로 실험하였다. 막오염을 확인하기 위해, 정밀여과를 수행한 결과, 99%의 탁도물질이 제거되었으며, 원수의 TS농도에 따라 SCOD, DOC와 같은 유기성 물질이 최대 82%까지 제거됨을 확인하였다. 또한 상등액이 플럭과 비교하여 원수와 가까운 여과 플럭스를 나타냄을 통해, 상등액이 막오염의 주요 요인임을 확인하였다. 막오염 기작을 파악하기 위해 Hermia’s model을 적용한 결과, cake formation에 의한 막오염이 주를 이루는 것으로 나타났다. 강화역세정시, 막표면에 느슨하게 쌓인 cake층은 물리적세정시 대부분 회복되었으며, resistance in series model을 이용한 물리적회복 저항값이 약96%에 해당하였다. 차아염소산으로 화학적세정을 실시한 결과 PTFE막이 최대 50%까지 우수한 강화역세정 회복을 나타냈다. 원수 농도, 화학세정제 농도 별 회복 경향은 뚜렷하지 않았으나, 상등액과 원수의 강화역세정 비교시, 원수가 54% 회복을 나타낸 반면 상등액은 57%로 회복율 증가를 보여주었다. 이에 따라, 원수를 입자크기로 분리하여 강화역세정 처리시 회복율 향상에 도움이 될 것으로 보인다.
혐기성 막여과 반응조(anaerobic membrane bioreactor, AnMBR)는 바이오가스를 배출하고, 높은 고액 분리 능력을 가지는 장점이 있어 선진국 유럽에서의 실 플랜트 운전이 계속해서 증가하고 있으며, 국내 기술에의 연구 투자도 증가하는 추세이다. 막여과 반응조 운전에서 가장 중요한 요인으로 플럭스를 감소시키는 막오염이 있으며, 이는 운전 효율에도 영향을 미치기 때문에 이를 저감하고 제거하는 것이 중요하다. 다양한 막오염 저감 방법 중 가장 많이 쓰이는 역세정은 막여과 반응조의 장기간 운전시 한계가 있어 추가적인 화학적 세정을 필요로 한다. 화학적 세정은 비용소모를 가져오며 높은 농도의 세정제 사용시 반응조 내 미생물 활성도를 떨어뜨릴 수 있다. 본 연구에서는 물리적 세정과 화학세정의 장점을 동시에 갖는 강화역세정 방법을 통해 혐기성 막여과 반응조에서 생성된 막오염을 처리함으로써 플럭스의 회복을 확인하였다. 일정한 압력하에 0.1µm의 공극을 갖는 PTFE막과 0.22µm의 PVDF막을 사용해 dead-end batch cell에서 정밀여과를 수행하였고, 용존 오존 0.3~1.5mg/L와 차아염소산 5~100mg/L을 이용해 강화역세정 효율을 파악하였다. 원수농도와 화학세정제에 따른 효율을 파악한 후, 강화역세정의 효율적인 처리를 위해 원수 특징인 입자크기를 분리하여 상등액과 플럭으로 나누어 같은 방법으로 실험하였다. 막오염을 확인하기 위해, 정밀여과를 수행한 결과, 99%의 탁도물질이 제거되었으며, 원수의 TS농도에 따라 SCOD, DOC와 같은 유기성 물질이 최대 82%까지 제거됨을 확인하였다. 또한 상등액이 플럭과 비교하여 원수와 가까운 여과 플럭스를 나타냄을 통해, 상등액이 막오염의 주요 요인임을 확인하였다. 막오염 기작을 파악하기 위해 Hermia’s model을 적용한 결과, cake formation에 의한 막오염이 주를 이루는 것으로 나타났다. 강화역세정시, 막표면에 느슨하게 쌓인 cake층은 물리적세정시 대부분 회복되었으며, resistance in series model을 이용한 물리적회복 저항값이 약96%에 해당하였다. 차아염소산으로 화학적세정을 실시한 결과 PTFE막이 최대 50%까지 우수한 강화역세정 회복을 나타냈다. 원수 농도, 화학세정제 농도 별 회복 경향은 뚜렷하지 않았으나, 상등액과 원수의 강화역세정 비교시, 원수가 54% 회복을 나타낸 반면 상등액은 57%로 회복율 증가를 보여주었다. 이에 따라, 원수를 입자크기로 분리하여 강화역세정 처리시 회복율 향상에 도움이 될 것으로 보인다.
Anaerobic membrane bioreactors have been focused on treatment of high strength organics with advantages of net energy producer without aeration, and high solid-liquid separation in municipal and industrial waste streams. The major drawback in the process is membrane fouling affecting whole operation...
Anaerobic membrane bioreactors have been focused on treatment of high strength organics with advantages of net energy producer without aeration, and high solid-liquid separation in municipal and industrial waste streams. The major drawback in the process is membrane fouling affecting whole operation process, which reduces operate flux and permeate volume. The fouling has been found to be highly influenced by various physical or chemical parameters including properties of raw sludge. Therefore, analyzing phenomena of fouling formation helps to alleviate the fouling on membrane surface. The most frequently applied practice for fouling control in anaerobic membrane bioreactor has been periodic backwash with permeate. However, periodic backwash needs additional chemical cleanings to control irremovable fouling. Enhanced backwash with a cleaning agent has been used as a more efficient backwash method. In this study, enhanced backwash has been used to reduce membrane fouling with examining fouling formations. In addition, feed has been differentiated with different particle sizes to investigate fouling recovery efficiency. Under the constant pressure, 100kPa, PTFE membrane filters with 0.1μm pore size, and PVDF with 0.22μm were used for microfiltration with anaerobic sludge. For enhanced backwash, two chemicals, 5~100mg/L of sodium hypochlorite and 0.3~1.5mg/L of dissolved ozone, were adjusted on membrane fouling. As results, most of solids particles were removed and removal of organic matter was in the range of 34~80%. According to Hermia’s model, cake formation was major fouling mechanisms in this study having 0.97~0.99 of R2 values. For enhanced backwash after fouling formation, physically recovered resistance obtained 96% of total resistance. It was investigated that most of the recovery has been made with physical cleaning in this study. Also, membrane materials greatly influenced performance of the chemical cleaning agent on the fouling. Chlorine addition showed substantial improvement on the water flux of the PTFE filters but little improvement on that of the PVDF filter. The flux recovery was found to be approximately 54% with raw sludge, and 57% of recovery with supernatants.
Anaerobic membrane bioreactors have been focused on treatment of high strength organics with advantages of net energy producer without aeration, and high solid-liquid separation in municipal and industrial waste streams. The major drawback in the process is membrane fouling affecting whole operation process, which reduces operate flux and permeate volume. The fouling has been found to be highly influenced by various physical or chemical parameters including properties of raw sludge. Therefore, analyzing phenomena of fouling formation helps to alleviate the fouling on membrane surface. The most frequently applied practice for fouling control in anaerobic membrane bioreactor has been periodic backwash with permeate. However, periodic backwash needs additional chemical cleanings to control irremovable fouling. Enhanced backwash with a cleaning agent has been used as a more efficient backwash method. In this study, enhanced backwash has been used to reduce membrane fouling with examining fouling formations. In addition, feed has been differentiated with different particle sizes to investigate fouling recovery efficiency. Under the constant pressure, 100kPa, PTFE membrane filters with 0.1μm pore size, and PVDF with 0.22μm were used for microfiltration with anaerobic sludge. For enhanced backwash, two chemicals, 5~100mg/L of sodium hypochlorite and 0.3~1.5mg/L of dissolved ozone, were adjusted on membrane fouling. As results, most of solids particles were removed and removal of organic matter was in the range of 34~80%. According to Hermia’s model, cake formation was major fouling mechanisms in this study having 0.97~0.99 of R2 values. For enhanced backwash after fouling formation, physically recovered resistance obtained 96% of total resistance. It was investigated that most of the recovery has been made with physical cleaning in this study. Also, membrane materials greatly influenced performance of the chemical cleaning agent on the fouling. Chlorine addition showed substantial improvement on the water flux of the PTFE filters but little improvement on that of the PVDF filter. The flux recovery was found to be approximately 54% with raw sludge, and 57% of recovery with supernatants.
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