납석광물소재를 이용한 세라믹 분리막 개발 및 하수처리 성능평가 수처리용 분리막 시장은 고분자 분리막과 세라믹 분리막으로 이루어져 있지만 우리나라의 경우 고분자 분리막 시장이 주도하고 있다. 하지만 최근들어 일본을 중심으로 세라믹 분리막의 중요성이 커지면서 우리나라에서도 수처리용 세라믹분리막에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 선진국의 기술 및 제품 수입에만 의존하고 있어 세라믹 분리막을 제조하는 기술은 크게 떨어져 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 수처리용 분리막시장에 국내 전라남도 지방에 많이 내장되어 있는 폐납석광물을 이용하여 납석광물(Al2O3-5SiO2) 기반의 국산 세라믹 분리막을 개발하고, 납석세라믹 분리막을 하수처리를 위한 생물막반응조(Membrane Bioreactor: ...
납석광물소재를 이용한 세라믹 분리막 개발 및 하수처리 성능평가 수처리용 분리막 시장은 고분자 분리막과 세라믹 분리막으로 이루어져 있지만 우리나라의 경우 고분자 분리막 시장이 주도하고 있다. 하지만 최근들어 일본을 중심으로 세라믹 분리막의 중요성이 커지면서 우리나라에서도 수처리용 세라믹분리막에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 선진국의 기술 및 제품 수입에만 의존하고 있어 세라믹 분리막을 제조하는 기술은 크게 떨어져 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 수처리용 분리막시장에 국내 전라남도 지방에 많이 내장되어 있는 폐납석광물을 이용하여 납석광물(Al2O3-5SiO2) 기반의 국산 세라믹 분리막을 개발하고, 납석세라믹 분리막을 하수처리를 위한 생물막반응조(Membrane Bioreactor: MBR)에 적용하여 수처리 능력을 평가함으로써 막성능을 확인하고자 연구를 수행하였다. 생물막반응조(Membrane Bioreactor: MBR)에 사용된 납석광물 기반의 세라믹 분리막과 모습은 Figure 5-7, 5-23을 통해 확인할 수 있으며, 분리막의 특성을 확인하기 위해 SEM-EDS, Zeta potential, 순수투과도를 측정하였다. 생물막 반응조는 혐기성MBR과 호기성MBR 운전을 각각 진행하였으며, 유입수는 인공폐수를 COD : TN : TP 비율을 100:5:1로 제조하여 사용하였다. 혐기성 반응기의 경우 HRT(Hydraulic RetentionTime)를 42시간, SRT(Solid Retention Time)를 60일로 고정시켜 운전하였고, 호기성 반응기의 경우 HRT 12시간, SRT 45일로 고정시켜 운전하였다. 막오염 저감을 위해 4분 운전, 1분 멈춤을 반복적으로 운전하였으며, TMP(Trans Membrane Pressure)의 변화를 통해 분리막 파울링 변화를 관찰하였다. 운전 40일이후 혐기성 반응기는 HRT18시간으로 변경하였고, 호기성반응기는 8시간으로 변경하여 운전을 진행하였다. 막오염 영향인자를 규명하고자 슬러지의 친/소수성(Relative Hydrophobicity), 표면전하(Surface Charge), 세포외 중합체(Extracellular Polymeric Substances) 그리고 가용성미생물생성물(Soluble Microbial Products)를 통해 슬러지 특성분석을 진행하였다. 혐기성 MBR의 COD 제거율은 HRT 42시간에서는 90%이상의 높은 효율을 보였으나 HRT 18시간으로 변화를 주었을 때 50%로 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. COD제거율이 감소하면서 메탄발생량도 함께 감소하였으며 관계가 있는 것을 확인할 수 있었다. MLSS는 초기 10,000mg/L로 시작하였지만 안정화가 진행되면서 감소하였지만 30일이후 5,000~6,000mg/L로 유지되었으며, MLVSS도 초기 8,000mg/L였지만 30일이후 4,000~5,000mg/L로 유지되었다. HRT 변화에도 막간차압은 일정하게 유지되었으며 투과수는 증가하였다. 물리화학적 슬러지 특성분석을 진행한 결과 EPS 내 탄수화물 양이 증가하였으며 슬러지의 표면 전하도 음전하에서 양전하로 변화한 것을 확인할 수 있었다. 호기성 MBR의 COD 제거율은 HRT 변화에도 90%이상의 높은 효율을 보였으며, MLSS는 5,000~6,000mg/L, MLVSS는 4,000~5,000mg/L로 유지 되었다. HRT 8시간으로 변경 후 15일이후 TMP가 급격히 증가하였으며, 파울링의 영향인자를 규명하고자 진행한 슬러지 특성분석 결과 EPS, SMP가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 납석광물소재를 이용하여 수처리용 분리막을 개발하였으며, 이를 MBR공정에서 운전한 결과 일정한 Flux를 유지하며 30일 이상 운전이 가능하였으며, 운전시간에 따라 슬러지의 물리화학적 특성이 변화함을 확인하였다. 혐기성 MBR과 호기성 MBR에서 운전 및 유지관리기술을 통해 분리막 기반 하수처리공정 적용이 가능할 것으로 판단된다.
납석광물소재를 이용한 세라믹 분리막 개발 및 하수처리 성능평가 수처리용 분리막 시장은 고분자 분리막과 세라믹 분리막으로 이루어져 있지만 우리나라의 경우 고분자 분리막 시장이 주도하고 있다. 하지만 최근들어 일본을 중심으로 세라믹 분리막의 중요성이 커지면서 우리나라에서도 수처리용 세라믹분리막에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 선진국의 기술 및 제품 수입에만 의존하고 있어 세라믹 분리막을 제조하는 기술은 크게 떨어져 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 수처리용 분리막시장에 국내 전라남도 지방에 많이 내장되어 있는 폐납석광물을 이용하여 납석광물(Al2O3-5SiO2) 기반의 국산 세라믹 분리막을 개발하고, 납석세라믹 분리막을 하수처리를 위한 생물막반응조(Membrane Bioreactor: MBR)에 적용하여 수처리 능력을 평가함으로써 막성능을 확인하고자 연구를 수행하였다. 생물막반응조(Membrane Bioreactor: MBR)에 사용된 납석광물 기반의 세라믹 분리막과 모습은 Figure 5-7, 5-23을 통해 확인할 수 있으며, 분리막의 특성을 확인하기 위해 SEM-EDS, Zeta potential, 순수투과도를 측정하였다. 생물막 반응조는 혐기성MBR과 호기성MBR 운전을 각각 진행하였으며, 유입수는 인공폐수를 COD : TN : TP 비율을 100:5:1로 제조하여 사용하였다. 혐기성 반응기의 경우 HRT(Hydraulic Retention Time)를 42시간, SRT(Solid Retention Time)를 60일로 고정시켜 운전하였고, 호기성 반응기의 경우 HRT 12시간, SRT 45일로 고정시켜 운전하였다. 막오염 저감을 위해 4분 운전, 1분 멈춤을 반복적으로 운전하였으며, TMP(Trans Membrane Pressure)의 변화를 통해 분리막 파울링 변화를 관찰하였다. 운전 40일이후 혐기성 반응기는 HRT18시간으로 변경하였고, 호기성반응기는 8시간으로 변경하여 운전을 진행하였다. 막오염 영향인자를 규명하고자 슬러지의 친/소수성(Relative Hydrophobicity), 표면전하(Surface Charge), 세포외 중합체(Extracellular Polymeric Substances) 그리고 가용성미생물생성물(Soluble Microbial Products)를 통해 슬러지 특성분석을 진행하였다. 혐기성 MBR의 COD 제거율은 HRT 42시간에서는 90%이상의 높은 효율을 보였으나 HRT 18시간으로 변화를 주었을 때 50%로 급격하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. COD제거율이 감소하면서 메탄발생량도 함께 감소하였으며 관계가 있는 것을 확인할 수 있었다. MLSS는 초기 10,000mg/L로 시작하였지만 안정화가 진행되면서 감소하였지만 30일이후 5,000~6,000mg/L로 유지되었으며, MLVSS도 초기 8,000mg/L였지만 30일이후 4,000~5,000mg/L로 유지되었다. HRT 변화에도 막간차압은 일정하게 유지되었으며 투과수는 증가하였다. 물리화학적 슬러지 특성분석을 진행한 결과 EPS 내 탄수화물 양이 증가하였으며 슬러지의 표면 전하도 음전하에서 양전하로 변화한 것을 확인할 수 있었다. 호기성 MBR의 COD 제거율은 HRT 변화에도 90%이상의 높은 효율을 보였으며, MLSS는 5,000~6,000mg/L, MLVSS는 4,000~5,000mg/L로 유지 되었다. HRT 8시간으로 변경 후 15일이후 TMP가 급격히 증가하였으며, 파울링의 영향인자를 규명하고자 진행한 슬러지 특성분석 결과 EPS, SMP가 증가한 것을 확인할 수 있었다. 납석광물소재를 이용하여 수처리용 분리막을 개발하였으며, 이를 MBR공정에서 운전한 결과 일정한 Flux를 유지하며 30일 이상 운전이 가능하였으며, 운전시간에 따라 슬러지의 물리화학적 특성이 변화함을 확인하였다. 혐기성 MBR과 호기성 MBR에서 운전 및 유지관리기술을 통해 분리막 기반 하수처리공정 적용이 가능할 것으로 판단된다.
Development and Performance Evaluation of Pyrophyllite-Based Ceramic Membranes for Wastewater Treatment by Yeongmi Jeong
Membrane markets for wastewater treatment is mainly composed of polymeric membrane and ceramic membrane. In Korea, the polymeric membrane has dominated the marke...
Development and Performance Evaluation of Pyrophyllite-Based Ceramic Membranes for Wastewater Treatment by Yeongmi Jeong
Membrane markets for wastewater treatment is mainly composed of polymeric membrane and ceramic membrane. In Korea, the polymeric membrane has dominated the market until recently. However, there is a growing interest over ceramic membrane in wastewater treatment partially due to Japan’s focus on the material, and now, Korea is following the trend. However, the manufacturing of ceramic membrane is not close to being ready as the technology is still in its embryonic stage. In this study, using waste prophyllite (Al2O3-5SiO2) that is a lot of stores domestic Jeollanam-do was developed domestic prophyllite-based ceramic membrane and then developed prophyllite-based ceramic membranes applied Membrane Bioreactor (MBR) for wastewater treatment and conduct research to confirm the membrane performance evaluation. Prophyllite-based ceramic membrane in the MBR are to check through Fig4-1, SEM-EDS, Zeta potential, Purewater permeability was measured to compare the properties of the membrane. MBR was conducted for the operation of anaerobic reactor and aerobic reactor respectively, synthetic wastewater of influent was used to prepare COD : TN : TP ratio 100:5:1. In the case of the anaerobic MBR, it was operated at fixed HRT 42hours, SRT 60days, and in the case of the aerobic MBR, it was operated at fixed HRT 12hours, SRT 45days. The membrane fouling reduction, was operated for 4min and was stopped for 1min, observed through TMP (transmembrane pressure) changes. After a 40days operation’s anaerobic MBR and aerobic MBR were measured at HRT 18hrs and 8hrs respectively. In addition, to investigate the influence factors of the membrane fouling was measured biomass characteristics for relative hydrophobicity, surface charge, EPS (extracellular polymeric substance) and SMP (soluble microbial products). Anaerobic MBR showed a high COD removal efficiency of more than 90% of pyrophyllite membrane at HRT 42hrs. But when the HRT was changed to 18hrs, alumina reactor held constant COD removal efficiency, and pyrophyllite reactor was drastically decreased. Initially, the MLSS concentration was at 10,000mg/L which was decreased after 30days and then stabilized. The MLSS concentration was maintained at 5,000~6,000mg/L. Also the MLVSS concentration was maintained at 4,000~5,000mg/L. At HRT 18hrs, however pyrophyllite membrane didn’t show any significant changes. To determine the reason for this sludge physicochemical characterization was analyzed. When TMP was increased, the colloidal materials in alumina reactor were increased to 500 to 1,500mg/L and surface charge of sludge was increased to a positive charge. Aerobic MBR showed a high COD removal efficiency of more than 90% of alumina and pyrophyllite membrane both at HRT 12hrs and 8hrs. MLSS, and MLVSS concentrations were maintained at 5,000~6,000, and 4,000~5,000mg/L respectively. Pyrophyllite-based ceramic membrane bioreactor was changed TMP after 15days, and increased EPS, SMP, and MLSS concentration reduction that membrane fouling occurred. Using pyrophyllite material we have developed a membrane for water treatment and applied MBR process. Operation result maintains a constant Flux and operation was possible for more 30days. It was confirmed that the physicochemical characterization of sludge changes depending on operation time. TMP change of pyrophyllite-based ceramic membranes as compared to a commercially available alumina-based separator in the aerobic and anaerobic MBR did not differ significantly. Through the operation and maintenance technology it is expected be a membrane-based wastewater treatment process applications
Development and Performance Evaluation of Pyrophyllite-Based Ceramic Membranes for Wastewater Treatment by Yeongmi Jeong
Membrane markets for wastewater treatment is mainly composed of polymeric membrane and ceramic membrane. In Korea, the polymeric membrane has dominated the market until recently. However, there is a growing interest over ceramic membrane in wastewater treatment partially due to Japan’s focus on the material, and now, Korea is following the trend. However, the manufacturing of ceramic membrane is not close to being ready as the technology is still in its embryonic stage. In this study, using waste prophyllite (Al2O3-5SiO2) that is a lot of stores domestic Jeollanam-do was developed domestic prophyllite-based ceramic membrane and then developed prophyllite-based ceramic membranes applied Membrane Bioreactor (MBR) for wastewater treatment and conduct research to confirm the membrane performance evaluation. Prophyllite-based ceramic membrane in the MBR are to check through Fig4-1, SEM-EDS, Zeta potential, Purewater permeability was measured to compare the properties of the membrane. MBR was conducted for the operation of anaerobic reactor and aerobic reactor respectively, synthetic wastewater of influent was used to prepare COD : TN : TP ratio 100:5:1. In the case of the anaerobic MBR, it was operated at fixed HRT 42hours, SRT 60days, and in the case of the aerobic MBR, it was operated at fixed HRT 12hours, SRT 45days. The membrane fouling reduction, was operated for 4min and was stopped for 1min, observed through TMP (transmembrane pressure) changes. After a 40days operation’s anaerobic MBR and aerobic MBR were measured at HRT 18hrs and 8hrs respectively. In addition, to investigate the influence factors of the membrane fouling was measured biomass characteristics for relative hydrophobicity, surface charge, EPS (extracellular polymeric substance) and SMP (soluble microbial products). Anaerobic MBR showed a high COD removal efficiency of more than 90% of pyrophyllite membrane at HRT 42hrs. But when the HRT was changed to 18hrs, alumina reactor held constant COD removal efficiency, and pyrophyllite reactor was drastically decreased. Initially, the MLSS concentration was at 10,000mg/L which was decreased after 30days and then stabilized. The MLSS concentration was maintained at 5,000~6,000mg/L. Also the MLVSS concentration was maintained at 4,000~5,000mg/L. At HRT 18hrs, however pyrophyllite membrane didn’t show any significant changes. To determine the reason for this sludge physicochemical characterization was analyzed. When TMP was increased, the colloidal materials in alumina reactor were increased to 500 to 1,500mg/L and surface charge of sludge was increased to a positive charge. Aerobic MBR showed a high COD removal efficiency of more than 90% of alumina and pyrophyllite membrane both at HRT 12hrs and 8hrs. MLSS, and MLVSS concentrations were maintained at 5,000~6,000, and 4,000~5,000mg/L respectively. Pyrophyllite-based ceramic membrane bioreactor was changed TMP after 15days, and increased EPS, SMP, and MLSS concentration reduction that membrane fouling occurred. Using pyrophyllite material we have developed a membrane for water treatment and applied MBR process. Operation result maintains a constant Flux and operation was possible for more 30days. It was confirmed that the physicochemical characterization of sludge changes depending on operation time. TMP change of pyrophyllite-based ceramic membranes as compared to a commercially available alumina-based separator in the aerobic and anaerobic MBR did not differ significantly. Through the operation and maintenance technology it is expected be a membrane-based wastewater treatment process applications
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