MBR (Membrane Bio-Reactor) 공정에서 전기응집 조건에 따른 막 오염 제어 효과 및 활성슬러지의 특성 변화 Effect of operating condition of electro-coagulation (EC) on membrane fouling control and characteristics of activated sludge in MBR (membrane bio-reactor)원문보기
MBR (Memebrane Bio-Reactor) 공정은 막 분리 기술을 결합한 생물학적 폐수처리 기술로 표준 활성슬러지 공정에 비해 안정적인 유출수 수질이나 적은 부지면적, 운전 조건들의 용이한 조정 등의 장점으로 MBR 공정의 활용이 증가하고 있다. 그러나 2차 침전지를 대신하여 정밀여과 막 또는 ...
MBR (Memebrane Bio-Reactor) 공정은 막 분리 기술을 결합한 생물학적 폐수처리 기술로 표준 활성슬러지 공정에 비해 안정적인 유출수 수질이나 적은 부지면적, 운전 조건들의 용이한 조정 등의 장점으로 MBR 공정의 활용이 증가하고 있다. 그러나 2차 침전지를 대신하여 정밀여과 막 또는 한외여과 막을 생물반응조에 침지시켜 사용하므로 막 오염의 문제가 있으며 이는 막 여과 성능을 악화시키는 동시에 막간차압을 증가시켜 운전비용 및 에너지 증가 등을 야기하여 MBR 활용에 있어 중요한 장애물로 작용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 MBR 공정의 여과 성능을 향상시키기 위하여 산업 폐수를 처리하는데 사용되어지는 전기응집 (Electro-coagulation, EC) 기술을 적용하였으며 막 오염 제어를 위하여 전류밀도 (Current density, CD), 운전시간을 다르게 하여 전기응집 실험을 수행햿을 때 반응조 내에서 발생하는 전기화학 반응과 전통적인 응집 메커니즘에 의해 활성슬러지의 특성 변화를 관찰하여 막 오염 제어의 메커니즘을 해석하고자 하였다. 전기응집으로 인해 전류밀도의 크기, 운전시간에 따라 MLSS의 농도가 증가했음에도 불구하고 여과 성능이 향상되었으며 전극으로부터 용출된 알루미늄 이온이 수산화알루미늄, 인산알루미늄으로 생성되어 다이나믹 막 (dynamic membrane의 역할을 함으로써 분리막 표면에 케이크 층 저항을 감소시킨 것을 의미한다. 또한 입도분포도를 측정하여 막 오염의 영향인자 중 하나인 입자크기의 변화를 비교하였으며 전류밀도의 운전시간에 따라 크기가 작은 콜로이드 입자들의 분포도가 감소하였으며 총 오염 저항 (Cake layer resistance + Internalfouling resistance, Rc+Rf)의 감소, 특히 막의 내부 오염 저항(Rf) 값이 감소하였으며 플럭스 증가에 영향을 미친 것을 확인하였다. 그러나 높은 전류밀도에서 오랜 시간 동안 전기응집을 할 경우 오히려 플럭스 효율이 떨어졌는데 이는 활성슬러지 미생물의 생리적 특성이 막 오염에 악영향을 미치는 조건으로 변화하였다고 생각된다. 따라서 최적의 전기응집 운전조건을 위한 다양한 전류밀도와 장기간의 운전시간에 따른 추가적인 연구가 필요한 것으로 나타났다. 또한 짧은 시간동안의 전기응집실험으로 활성슬러지 혼합액 특성의 변화를 정확히 파악하기 어려웠으며 50일의 연속식 실험을 통해 TMP (Trans-membrane pressure), 플럭스 그리고 활성슬러지 혼합액의 변화를 관찰하였다. control–MBR의 TMP가 시간에 따라 증가하는 것에 반해 EC–MBR의 경우 시간에 관계없이 동일한 TMP를 유지하였으며 7일 간격으로 플럭스를 측정한 결과 운전시간이 증가함에 따라 플럭스가 점차 증가하는 것을 확인하였다. 입도분포의 변화그래프를 volume %, number %로 비교한 결과 전기응집으로 인한 콜로이드 입자의 응집 또는 흡착으로 약 1 um 크기의 입자들의 분포도가 감소하였으며 중간 입도 및 평균 입도 크기 역시 시간에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 또한 막 오염의 원인 중 하나인 bound EPS (Extracellular polymeric substances)의 농도 (mg/g MLVSS)가 운전시간에 따라 감소하였으며 단백질보다 다당류의 농도변화가 큰 영향을 받는 것을 확인하였다.
MBR (Memebrane Bio-Reactor) 공정은 막 분리 기술을 결합한 생물학적 폐수처리 기술로 표준 활성슬러지 공정에 비해 안정적인 유출수 수질이나 적은 부지면적, 운전 조건들의 용이한 조정 등의 장점으로 MBR 공정의 활용이 증가하고 있다. 그러나 2차 침전지를 대신하여 정밀여과 막 또는 한외여과 막을 생물반응조에 침지시켜 사용하므로 막 오염의 문제가 있으며 이는 막 여과 성능을 악화시키는 동시에 막간차압을 증가시켜 운전비용 및 에너지 증가 등을 야기하여 MBR 활용에 있어 중요한 장애물로 작용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 MBR 공정의 여과 성능을 향상시키기 위하여 산업 폐수를 처리하는데 사용되어지는 전기응집 (Electro-coagulation, EC) 기술을 적용하였으며 막 오염 제어를 위하여 전류밀도 (Current density, CD), 운전시간을 다르게 하여 전기응집 실험을 수행햿을 때 반응조 내에서 발생하는 전기화학 반응과 전통적인 응집 메커니즘에 의해 활성슬러지의 특성 변화를 관찰하여 막 오염 제어의 메커니즘을 해석하고자 하였다. 전기응집으로 인해 전류밀도의 크기, 운전시간에 따라 MLSS의 농도가 증가했음에도 불구하고 여과 성능이 향상되었으며 전극으로부터 용출된 알루미늄 이온이 수산화알루미늄, 인산알루미늄으로 생성되어 다이나믹 막 (dynamic membrane의 역할을 함으로써 분리막 표면에 케이크 층 저항을 감소시킨 것을 의미한다. 또한 입도분포도를 측정하여 막 오염의 영향인자 중 하나인 입자크기의 변화를 비교하였으며 전류밀도의 운전시간에 따라 크기가 작은 콜로이드 입자들의 분포도가 감소하였으며 총 오염 저항 (Cake layer resistance + Internal fouling resistance, Rc+Rf)의 감소, 특히 막의 내부 오염 저항(Rf) 값이 감소하였으며 플럭스 증가에 영향을 미친 것을 확인하였다. 그러나 높은 전류밀도에서 오랜 시간 동안 전기응집을 할 경우 오히려 플럭스 효율이 떨어졌는데 이는 활성슬러지 미생물의 생리적 특성이 막 오염에 악영향을 미치는 조건으로 변화하였다고 생각된다. 따라서 최적의 전기응집 운전조건을 위한 다양한 전류밀도와 장기간의 운전시간에 따른 추가적인 연구가 필요한 것으로 나타났다. 또한 짧은 시간동안의 전기응집실험으로 활성슬러지 혼합액 특성의 변화를 정확히 파악하기 어려웠으며 50일의 연속식 실험을 통해 TMP (Trans-membrane pressure), 플럭스 그리고 활성슬러지 혼합액의 변화를 관찰하였다. control–MBR의 TMP가 시간에 따라 증가하는 것에 반해 EC–MBR의 경우 시간에 관계없이 동일한 TMP를 유지하였으며 7일 간격으로 플럭스를 측정한 결과 운전시간이 증가함에 따라 플럭스가 점차 증가하는 것을 확인하였다. 입도분포의 변화그래프를 volume %, number %로 비교한 결과 전기응집으로 인한 콜로이드 입자의 응집 또는 흡착으로 약 1 um 크기의 입자들의 분포도가 감소하였으며 중간 입도 및 평균 입도 크기 역시 시간에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 또한 막 오염의 원인 중 하나인 bound EPS (Extracellular polymeric substances)의 농도 (mg/g MLVSS)가 운전시간에 따라 감소하였으며 단백질보다 다당류의 농도변화가 큰 영향을 받는 것을 확인하였다.
MBR (Membrane Bio-Reactor) process is useful for wastewater treatment but consume enormous energy to control membrane fouling, EC(Electro-coagulation) technique has been applied to MBR to soluve this problem. The purpose of this study is to understand membrane fouling mitigation according to change ...
MBR (Membrane Bio-Reactor) process is useful for wastewater treatment but consume enormous energy to control membrane fouling, EC(Electro-coagulation) technique has been applied to MBR to soluve this problem. The purpose of this study is to understand membrane fouling mitigation according to change of microbial characteristics of activated sludge by EC. In batch experiment, EC was applied to activated sludge suspension under operating time and different CD (current density) condition. The total fouling resistance (Rc+Rf) decreased from 18 to 79 % as current density increased 10 to 40 A/m2, showing that the EC improved the membrane filtration efficiency. Bothe the PSD (Particles size distribution) and the soluble organic concentration were not changed nearly before and after the EC. Alumunum hydroxide generated from aluminum electrode by electro-chemical reaction can be acted as a dynamic membrane which is avoiding direct pollution of membrane. that is, generated these by EC accumulate on membrane surface and decrease cake layer and fouling resistance. When EC was applied for 5 hour under the high current density, flux efficiency decreased, it is speculated that higher CD have a bad influence on membrane fouling and physiological characteristics of activated sludge In continuous mode, EC experiment performed for 50 day when current density is 2.5 A/m2. TMP of EC-MBR was not changed while control-MBR increased over time and EC also improved membrane filtration performances through flux enhancement . The portion of colloidal particle under 2 um decreased over operating time, which affect decreasing total fouling resistance and mitigation of membrane fouling. Also EC decreased bound EPS concentration than control throughout the experiment, it is considered electric current cause desorption of bound EPS from floc surface or change from high molecular substance to biodegradable substance. And low current density appeared to have greater impact on the variation of polysaccharide concentration variation than protein in activated sludge suspension.
MBR (Membrane Bio-Reactor) process is useful for wastewater treatment but consume enormous energy to control membrane fouling, EC(Electro-coagulation) technique has been applied to MBR to soluve this problem. The purpose of this study is to understand membrane fouling mitigation according to change of microbial characteristics of activated sludge by EC. In batch experiment, EC was applied to activated sludge suspension under operating time and different CD (current density) condition. The total fouling resistance (Rc+Rf) decreased from 18 to 79 % as current density increased 10 to 40 A/m2, showing that the EC improved the membrane filtration efficiency. Bothe the PSD (Particles size distribution) and the soluble organic concentration were not changed nearly before and after the EC. Alumunum hydroxide generated from aluminum electrode by electro-chemical reaction can be acted as a dynamic membrane which is avoiding direct pollution of membrane. that is, generated these by EC accumulate on membrane surface and decrease cake layer and fouling resistance. When EC was applied for 5 hour under the high current density, flux efficiency decreased, it is speculated that higher CD have a bad influence on membrane fouling and physiological characteristics of activated sludge In continuous mode, EC experiment performed for 50 day when current density is 2.5 A/m2. TMP of EC-MBR was not changed while control-MBR increased over time and EC also improved membrane filtration performances through flux enhancement . The portion of colloidal particle under 2 um decreased over operating time, which affect decreasing total fouling resistance and mitigation of membrane fouling. Also EC decreased bound EPS concentration than control throughout the experiment, it is considered electric current cause desorption of bound EPS from floc surface or change from high molecular substance to biodegradable substance. And low current density appeared to have greater impact on the variation of polysaccharide concentration variation than protein in activated sludge suspension.
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