세라믹 멤브레인을 이용한 역삼투 해수담수화 전처리 공정에서 응집 및 흡착이 여과효율에 미치는 영향 Effect of coagulation and adsorption on filtration efficiency in seawater reverse osmosis desalination pretreatment process using ceramic membrane원문보기
본 연구에서는 역삼투해수담수화 공정에서 유기물 및 탁도 유입에 따른 RO막의 막오염을 최소화하여 여과 압력손실을 줄이고 유지관리 비용을 낮추어야 함에 따라 해수담수화 전처리 공정으로 내구성, 내화학성, 내열성 등이 우수하고 고 ...
본 연구에서는 역삼투해수담수화 공정에서 유기물 및 탁도 유입에 따른 RO막의 막오염을 최소화하여 여과 압력손실을 줄이고 유지관리 비용을 낮추어야 함에 따라 해수담수화 전처리 공정으로 내구성, 내화학성, 내열성 등이 우수하고 고 Flux 조건으로 운전이 가능하며 물리화학적 세정능력이 우수한 세라믹 막을 이용한 막여과 공정과 응집 및 흡착의 연계공정을 적용하여 TMP 변화 관찰 및 수질분석을 통해 역삼투 해수담수화 공정의 최적 전처리 공정 선정을 목표로 연구를 진행하였다. 서해안에서 채수한 실제 해수를 이용, 탁도 및 유기물의 고농도 유입에 따른 영향 분석을 위해 각각 해수 원수, 중탁도(탁도 기준 50 NTU) 해수, 고탁도(탁도 기준 100 NTU) 해수, 고유기물(DOC 기준 10 mg/L), 고탁도/고유기물(탁도 기준 100 NTU, DOC 기준 10 mg/L) 해수를 Kaolin과 Humic acid를 사용하여 제조하였으며, 각각의 원수에 응집과 흡착공정을 적용함에 있어 최적조건 산정을 위해 Jar-test를 진행하였다. 원수에 따라 해수원수, 중탁도 해수, 고탁도 해수는 응집실험을 진행하고 해수원수와 고유기물 해수는 흡착실험을 진행하였으며, 고탁도/고유기물 해수는 응집과 흡착실험을 동시 적용하여 진행하였다. Jar-test 응집실험은 FeCl3를 응집제로 사용하였으며 해수원수, 중탁도 해수, 고탁도 해수 각각 8 mg/L, 70 mg/L, 100 mg/L를 최적 응집제 주입량으로 산정하였다. Jar-test 흡착실험은 PAC(Norit 社 KB-B)를 흡착제로 사용하였으며 고유기물 해수는 500 mg/L의 흡착제 주입농도와 5분의 반응시간을 최적 흡착조건으로 산정하였으나 해수 원수의 경우 흡착으로 인한 유기물의 제거가 거의 나타나지 않아 최적 흡착조건을 산정할 수 없었다. 이후 각각 산정된 조건을 토대로 막여과와 연계공정을 진행하였다. 해수원수, 중탁도, 고탁도 해수 단독여과의 경우 고탁도, 고 Flux 조건으로 운전 할수록 입자성 물질이 고압력에 의해 막의 내부로 밀려들어가 막의 기공에 달라붙거나 막아버리는 압밀현상이 발생함에 따라 비가역적 오염의 형성이 높아져 물리세정의 효율이 감소하는 것을 확인하였고 중탁도 이상의 해수가 유입될 경우 Flux 5 m3/m2⋅d이상의 조건에서는 운전이 어려움을 확인하였다. 하지만 응집 공정을 조합한 응집여과의 경우 응집으로 인해 생성된 Floc이 막의 표면에 Cake층을 형성하여 Cake층 위로 타 오염물질들이 쌓이게 하여 제거시키는 작용을 하는 것을 확인하였으며, 형성된 Cake층은 가역적 오염으로 작용하여 물리세정에 의해 보다 쉽게 제거가 잘 되어지는 것을 확인함에 따라 중탁도 이상의 해수가 유입되어도 Flux 5 m3/m2⋅d 이상의 조건에서 운전이 가능함을 알 수 있었다. 고유기물 해수의 단독여과의 경우 해수 중의 용존성 유기물들이 막의 기공에 오염을 형성하는 비가역적 오염원으로 작용하여 물리세정의 효율이 떨어지는 것을 확인하였고, 흡착여과의 경우 유기물 제거를 위해 주입하는 PAC가 막의 오염원으로 작용하여 급격한 TMP 상승을 야기하는 것으로 확인됨에 따라 PAC를 응집이나 침전 등으로 제거하지 않는, 흡착공정만을 적용하였을 때의 운전은 어렵다고 판단된다. 고탁도/고유기물 해수의 응집/흡착여과의 경우 유기물 제거를 위해 PAC를 주입하였더라도 물리세정의 효율이 높아 저 Flux 조건에서는 운전이 가능하나 고 Flux 조건에서는 여과공정 중 급격한 막오염이 발생함에 따라 고 Flux 조건에서의 운전은 어려울 것으로 판단된다. 장기운전에 대한 영향을 살펴보기 위해 해수를 Prefilter로 처리한 처리수를 이용해 장기운전을 진행하였다. 여과시간을 120, 90, 60분으로 조절하여 평가한 결과 운영시간, 운영효율, 회수율을 고려하였을 때, 1 Cycle당 90분 여과가 가장 적당한 것으로 나타났으며, 여과시간을 90분으로 설정하고 Flux 조건을 2, 5 m3/m2⋅d로 변경해서 평가한 결과 Flux 2 m3/m2⋅d 조건에서는 안정적인 운전이 가능하지만 Flux 5 m3/m2⋅d 조건에서의 단독여과는 약 5 Cycle 후 한계차압을 초과하여 운전이 정지됨에 따라 단독여과는 어렵다고 판단된다. 각각의 연계공정의 처리수 분석결과, RO공정의 적정 유입수질로 알려져 있는 탁도 0.5 NTU 이하를 유지하였으나 공정을 조합할 경우, 고 Flux 조건에서도 0.1 NTU 이하의 탁도를 유지함에 따라 RO막의 유지관리에 매우 유리할 것으로 판단된다. 주제어(키워드) : 해수담수화, 해수담수화 전처리, 응집, 흡착, 막여과, Flux
본 연구에서는 역삼투 해수담수화 공정에서 유기물 및 탁도 유입에 따른 RO막의 막오염을 최소화하여 여과 압력손실을 줄이고 유지관리 비용을 낮추어야 함에 따라 해수담수화 전처리 공정으로 내구성, 내화학성, 내열성 등이 우수하고 고 Flux 조건으로 운전이 가능하며 물리화학적 세정능력이 우수한 세라믹 막을 이용한 막여과 공정과 응집 및 흡착의 연계공정을 적용하여 TMP 변화 관찰 및 수질분석을 통해 역삼투 해수담수화 공정의 최적 전처리 공정 선정을 목표로 연구를 진행하였다. 서해안에서 채수한 실제 해수를 이용, 탁도 및 유기물의 고농도 유입에 따른 영향 분석을 위해 각각 해수 원수, 중탁도(탁도 기준 50 NTU) 해수, 고탁도(탁도 기준 100 NTU) 해수, 고유기물(DOC 기준 10 mg/L), 고탁도/고유기물(탁도 기준 100 NTU, DOC 기준 10 mg/L) 해수를 Kaolin과 Humic acid를 사용하여 제조하였으며, 각각의 원수에 응집과 흡착공정을 적용함에 있어 최적조건 산정을 위해 Jar-test를 진행하였다. 원수에 따라 해수원수, 중탁도 해수, 고탁도 해수는 응집실험을 진행하고 해수원수와 고유기물 해수는 흡착실험을 진행하였으며, 고탁도/고유기물 해수는 응집과 흡착실험을 동시 적용하여 진행하였다. Jar-test 응집실험은 FeCl3를 응집제로 사용하였으며 해수원수, 중탁도 해수, 고탁도 해수 각각 8 mg/L, 70 mg/L, 100 mg/L를 최적 응집제 주입량으로 산정하였다. Jar-test 흡착실험은 PAC(Norit 社 KB-B)를 흡착제로 사용하였으며 고유기물 해수는 500 mg/L의 흡착제 주입농도와 5분의 반응시간을 최적 흡착조건으로 산정하였으나 해수 원수의 경우 흡착으로 인한 유기물의 제거가 거의 나타나지 않아 최적 흡착조건을 산정할 수 없었다. 이후 각각 산정된 조건을 토대로 막여과와 연계공정을 진행하였다. 해수원수, 중탁도, 고탁도 해수 단독여과의 경우 고탁도, 고 Flux 조건으로 운전 할수록 입자성 물질이 고압력에 의해 막의 내부로 밀려들어가 막의 기공에 달라붙거나 막아버리는 압밀현상이 발생함에 따라 비가역적 오염의 형성이 높아져 물리세정의 효율이 감소하는 것을 확인하였고 중탁도 이상의 해수가 유입될 경우 Flux 5 m3/m2⋅d이상의 조건에서는 운전이 어려움을 확인하였다. 하지만 응집 공정을 조합한 응집여과의 경우 응집으로 인해 생성된 Floc이 막의 표면에 Cake층을 형성하여 Cake층 위로 타 오염물질들이 쌓이게 하여 제거시키는 작용을 하는 것을 확인하였으며, 형성된 Cake층은 가역적 오염으로 작용하여 물리세정에 의해 보다 쉽게 제거가 잘 되어지는 것을 확인함에 따라 중탁도 이상의 해수가 유입되어도 Flux 5 m3/m2⋅d 이상의 조건에서 운전이 가능함을 알 수 있었다. 고유기물 해수의 단독여과의 경우 해수 중의 용존성 유기물들이 막의 기공에 오염을 형성하는 비가역적 오염원으로 작용하여 물리세정의 효율이 떨어지는 것을 확인하였고, 흡착여과의 경우 유기물 제거를 위해 주입하는 PAC가 막의 오염원으로 작용하여 급격한 TMP 상승을 야기하는 것으로 확인됨에 따라 PAC를 응집이나 침전 등으로 제거하지 않는, 흡착공정만을 적용하였을 때의 운전은 어렵다고 판단된다. 고탁도/고유기물 해수의 응집/흡착여과의 경우 유기물 제거를 위해 PAC를 주입하였더라도 물리세정의 효율이 높아 저 Flux 조건에서는 운전이 가능하나 고 Flux 조건에서는 여과공정 중 급격한 막오염이 발생함에 따라 고 Flux 조건에서의 운전은 어려울 것으로 판단된다. 장기운전에 대한 영향을 살펴보기 위해 해수를 Prefilter로 처리한 처리수를 이용해 장기운전을 진행하였다. 여과시간을 120, 90, 60분으로 조절하여 평가한 결과 운영시간, 운영효율, 회수율을 고려하였을 때, 1 Cycle당 90분 여과가 가장 적당한 것으로 나타났으며, 여과시간을 90분으로 설정하고 Flux 조건을 2, 5 m3/m2⋅d로 변경해서 평가한 결과 Flux 2 m3/m2⋅d 조건에서는 안정적인 운전이 가능하지만 Flux 5 m3/m2⋅d 조건에서의 단독여과는 약 5 Cycle 후 한계차압을 초과하여 운전이 정지됨에 따라 단독여과는 어렵다고 판단된다. 각각의 연계공정의 처리수 분석결과, RO공정의 적정 유입수질로 알려져 있는 탁도 0.5 NTU 이하를 유지하였으나 공정을 조합할 경우, 고 Flux 조건에서도 0.1 NTU 이하의 탁도를 유지함에 따라 RO막의 유지관리에 매우 유리할 것으로 판단된다. 주제어(키워드) : 해수담수화, 해수담수화 전처리, 응집, 흡착, 막여과, Flux
Desalination is one of the attractive techniques to obtain fresh water from seawater. Among desalination technologies, RO (Reverse Osmosis) process is the most economical and widely used. In the application of RO membrane, both particular matter and algae cause damage on RO membrane by fouling so th...
Desalination is one of the attractive techniques to obtain fresh water from seawater. Among desalination technologies, RO (Reverse Osmosis) process is the most economical and widely used. In the application of RO membrane, both particular matter and algae cause damage on RO membrane by fouling so that it causes flux decrease and deterioration of permeate water quality. Because the removal of these foulants relies entirely on pretreatment process, the importance of pretreatment process has been emphasized. The applying MF/UF membrane to the desalination pretreatment process has been attracting recently. Pretreatment using membrane effectively removes colloidal matter, particular matter and microbes in seawater. Although the ceramic membrane is expensive more than polymeric membrane, it has advantages such as superior mechanical strength, chemical resistance, long service time, thermal stability and to employ a high pressure. Recently, market trend of ceramic membrane is increasingly growing and gradually, ceramic membrane will be expected to have price competitiveness. In this study, it is required to minimize membrane contamination of RO membrane due to organic matter and turbidity inflow in reverse osmosis seawater desalination process and to reduce filtration pressure loss and maintenance cost. Therefore, seawater desalination pretreatment process is excellent in durability, chemical resistance, We aim to select the optimal pretreatment process of reverse osmosis desalination process by observing TMP changes and applying water quality analysis by applying membrane filtration process using ceramic membrane which can operate under flux condition and excellent chemical and physical cleaning ability and coagulation and adsorption process.
Desalination is one of the attractive techniques to obtain fresh water from seawater. Among desalination technologies, RO (Reverse Osmosis) process is the most economical and widely used. In the application of RO membrane, both particular matter and algae cause damage on RO membrane by fouling so that it causes flux decrease and deterioration of permeate water quality. Because the removal of these foulants relies entirely on pretreatment process, the importance of pretreatment process has been emphasized. The applying MF/UF membrane to the desalination pretreatment process has been attracting recently. Pretreatment using membrane effectively removes colloidal matter, particular matter and microbes in seawater. Although the ceramic membrane is expensive more than polymeric membrane, it has advantages such as superior mechanical strength, chemical resistance, long service time, thermal stability and to employ a high pressure. Recently, market trend of ceramic membrane is increasingly growing and gradually, ceramic membrane will be expected to have price competitiveness. In this study, it is required to minimize membrane contamination of RO membrane due to organic matter and turbidity inflow in reverse osmosis seawater desalination process and to reduce filtration pressure loss and maintenance cost. Therefore, seawater desalination pretreatment process is excellent in durability, chemical resistance, We aim to select the optimal pretreatment process of reverse osmosis desalination process by observing TMP changes and applying water quality analysis by applying membrane filtration process using ceramic membrane which can operate under flux condition and excellent chemical and physical cleaning ability and coagulation and adsorption process.
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