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문제 정의
- 본 실험은 아크릴폐수를 화학적 전처리 및 여과하여 COD값을 낮추고, 처리된 아크릴폐수를 한외여과 막과 역삼투막에 적용하여 적용압력과 온도변화에 따른 분리특성을 고찰하였다. 또한 분리막의 성능을 저하시키는 막오염의 해석으로 효율적인 막 분리 공정을 구성하고자 하였다.
제안 방법
- 공급액의 온도(15℃, 25℃, 35℃)를 일정하게 유지시키기 위하여 MONO-TECH 사의 refrigerated bath circulator (MRC-3031D)를 사용하였다. UF막의 압력을 한 압력에 일정하게 고정한 후 RO막의 적용압력을 3, 4, 5, 6 kgi/cm?의 4단계로 변화시키면서 실험을 행하였다. 이때 RO막의 압력을 변화시키면 UF 막의 일정압력에 대한 영향이 있으므로 이 영향을 배제하기 위하여 저류조를 설치하였다.
- u시에 소재하는 섬유공장의 아크릴폐수를 대상으로 화학적 전처리 및 모래여과장치를 거쳐 높은 COD의 제거 및 막오염을 최소화하고, 처리수를 한외여과 및 역삼투 공정에 적용하여 각 적용압력과 적용온도의 변화에 대한 실험을 하였다. 본 실험의 전체적인 공정도는 Fig.
- 아크릴폐수를 CaO응집, 중화 및 모래여과의 단계로 이루어진 전 처리공정에서 처리한 후, 이 전처리수를 한외여과 중 공사형 모듈과 역삼투 나권형 모듈에 적용하였다. 공급액의 온도(15℃, 25℃, 35℃)를 일정하게 유지시키기 위하여 MONO-TECH 사의 refrigerated bath circulator (MRC-3031D)를 사용하였다. UF막의 압력을 한 압력에 일정하게 고정한 후 RO막의 적용압력을 3, 4, 5, 6 kgi/cm?의 4단계로 변화시키면서 실험을 행하였다.
- 전처리 공정을 이용하여 막오염 물질들을 일정량 제거한 후에야 분리막에 적용이 가능하다. 높은 COD의 제거를 위해서는 한외여과 및 역삼투막 공정만으로는 방류수 배출허용기준을 충족시키지 못하므로, 화학적 전처리 및 모래여과기를 이용한 전처리를 거친 후 UF/RO공정에 적용하여 고찰하였다[5, 6].
- 장시간 연속(long-term)실험에서는 막오염에 따른 투과 플컥스의 변화를 관찰하기 위해 25℃의 일정온 도에서 UF막의 적용압력을 1.6 kgi/cm?로 하고 RO 막에서의 적용압력은 4 kgt/cn」으로 일정하게 고정한 후 26시간 동안의 투과 플럭스를 2시간에 한번씩 측정하였다’ 한외여과 중공사형 모듈의 적용압력은 입구와 출구 압력의 산술 평균값을 취하였다. 한외여과 막 의 투과액은 역삼투막 공급용 저장조로 연결되는 관으로부터 직접 수작업으로 유량을 측정하였고, 배제액의 유량은 배제액 관과 배제액 우회관으로부터 각각 수작업으로 측정한 후 합산하여 구하였다.
- 4). 본 실험은 슬러지 발생을 최소화 하기위해 CaO의 농도를 10000 ppm으로 조절하였다. CaO를 아크릴폐수에 투입한 결과 pH가 12 이상으로 강 염기성(원폐수 pH 8.
- 본 실험은 아크릴폐수를 화학적 전처리 및 여과하여 COD값을 낮추고, 처리된 아크릴폐수를 한외여과 막과 역삼투막에 적용하여 적용압력과 온도변화에 따른 분리특성을 고찰하였다. 또한 분리막의 성능을 저하시키는 막오염의 해석으로 효율적인 막 분리 공정을 구성하고자 하였다.
- CaO 응집공정에 의한 처리수는 알칼리성(pH12)을 나타내므로 H2SO4를 사용하여 중화시켰다. 본 연구는 여과 매체로서 모래를 사용하였으며, 모래여과의 효과를 증대시키기 위해 층 사이에 활성탄을 넣었다. 모래여과장치는 Fig.
- 아크릴 원폐수의 높은 COD로 인해 막분리공정에 직접 적용하기에는 매우 어려우므로 COD를 감소시키기 위해 전처리공정(CaO응집-중화-모래여과)을 도입하였다. 응집공정에서는 아크릴폐수의 응집제로 Ca。를 사용하였다.
- 본 연구에서의 실험방법은 다음과 같다. 아크릴폐수를 CaO응집, 중화 및 모래여과의 단계로 이루어진 전 처리공정에서 처리한 후, 이 전처리수를 한외여과 중 공사형 모듈과 역삼투 나권형 모듈에 적용하였다. 공급액의 온도(15℃, 25℃, 35℃)를 일정하게 유지시키기 위하여 MONO-TECH 사의 refrigerated bath circulator (MRC-3031D)를 사용하였다.
- 응집공정에서는 아크릴폐수의 응집제로 Ca。를 사용하였다. 아크릴폐수에 CaO를 주입하여 응집후 침전시키고, 상등액만 채취하여 모래여과장치에 투입하였다. CaO 응집공정에 의한 처리수는 알칼리성(pH12)을 나타내므로 H2SO4를 사용하여 중화시켰다.
- UF막의 압력을 한 압력에 일정하게 고정한 후 RO막의 적용압력을 3, 4, 5, 6 kgi/cm?의 4단계로 변화시키면서 실험을 행하였다. 이때 RO막의 압력을 변화시키면 UF 막의 일정압력에 대한 영향이 있으므로 이 영향을 배제하기 위하여 저류조를 설치하였다. 공급수의 농도를 일정하게 유지하기 위하여 U/R。공정의 모든 투과 수와 배제액을 feed tank로 순환시켰다.
- 6 kgi/cm?로 하고 RO 막에서의 적용압력은 4 kgt/cn」으로 일정하게 고정한 후 26시간 동안의 투과 플럭스를 2시간에 한번씩 측정하였다’ 한외여과 중공사형 모듈의 적용압력은 입구와 출구 압력의 산술 평균값을 취하였다. 한외여과 막 의 투과액은 역삼투막 공급용 저장조로 연결되는 관으로부터 직접 수작업으로 유량을 측정하였고, 배제액의 유량은 배제액 관과 배제액 우회관으로부터 각각 수작업으로 측정한 후 합산하여 구하였다. 시료채취는 유량 측정과 동시에 수행하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 섬유공장은 U시에 위치하고 있으며, 이 섬유공장의 경우 문제가 되는 폐수가 아크릴 제조공정(A/C공정)에서 나오는 폐수이다. 본 실험에 사용된 섬유공장의 아크릴폐수는 여타의 폐수와 혼합 된 폐수로서, 아크릴폐수량이 차지하는 비율이 약 28%를 차지하고 있다[3, 4].
- 본 실험에 사용된 섬유공장은 U시에 위치하고 있으며, 이 섬유공장의 경우 문제가 되는 폐수가 아크릴 제조공정(A/C공정)에서 나오는 폐수이다. 본 실험에 사용된 섬유공장의 아크릴폐수는 여타의 폐수와 혼합 된 폐수로서, 아크릴폐수량이 차지하는 비율이 약 28%를 차지하고 있다[3, 4]. COD와 BOD* 높고 시 안이 함유되어 있어 생물학적처리에 독성을 미친다.
- 본 연구 단계에서 적용된 한외여과 모듈은 (주)Pure Tech의 GUF 3050이며, 역삼투 모듈은 (주)새한의 RO 11-50이다. 이 모듈의 특성은 Table 1에 나타내었다.
- 모래여과기는 공극이 있는 매질층을 통하여 물을 통과시켜서 부유물을 제거하는데, 대부분이 여상의 상층부에서 제거되므로 여상의 깊이 전체가 효과적으로 이용되지는 않는다. 중화공정에 사용되는 중화 제로 염화물을 형성하는 염산과 총질소량을 증가시키는 질산을 제외하고, 많은 무기물과 유기물을 녹이는 성질이 있는 H2SO4을 선택하여 사용하였다.
성능/효과
- 15에 나타내었다. 14시간 이전의 운전 시간에서는 막오염 저항(R의 변화가 거의 없으며 14 시간 이후에는 막오염으로 인하여 Rr값이 급격히 증가하는 것을 알 수 있었다. 이로부터 한외여과 중공사형 모듈의 적정 세척시기는 운전시작부터 14시간 경과한 시점인 것으로 나타났다.
- 장시간 연속(long term)운전에서 운전시간이 14시간 이내에서는 Rf, Turbidity 및 TDS의 제거효율은 변화가 없는 것으로 나타났다. 14시간 이후의 운전시 간에서는 &값이 증가하고, Turbidity 제거효율은 각 모듈에서 감소하는 경향을 보이며, 한외여과 막에서의 TDS의 제거효율은 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.
- BRAN+LUEBBE사의 AutoAnalyzer 3를 사용하여 COD를 측정한 결과 한외여과 중공사형 막의 경우 약 2~10%의 제거 효율을 나타내므로 COD의 제거 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 이 투과액을 역삼 투 나권형 모듈에 적용한 결과 제거효율은 약 83%의 제거 효율을 나타내었으며 공급액의 압력에 따른 투과액의 COD 제거효율은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다 (Fig.
- BRAN+LUEBBE사의 AutoAnalyzer 3를 사용하여 총질소를 측정한 결과 한외여과 모듈에서는 약 1~10%의 제거 효율을 나타내므로 한외여과 중공 사형 막의 경우 총질소 제거 효과는 거의 없는 것으로 나타났으며 역삼투 나권형 모듈에서는 약 7 2-96% 이상의 제거효율을 나타내었다. 이러한 고 찰은 TDS제거에서와 같은 경향을 나타내는 것이다.
- 본 실험은 슬러지 발생을 최소화 하기위해 CaO의 농도를 10000 ppm으로 조절하였다. CaO를 아크릴폐수에 투입한 결과 pH가 12 이상으로 강 염기성(원폐수 pH 8.2)을 나타내어 한외여과 중공사형 모듈과 역삼투 나권형 모듈에 적용하기에는 부적합하므로 중화공정이 필요함을 확인할 수 있었다. Fig.
- pH는 istek사의 pH meter(module : 735p)를 사용하여 즉정한 결과 한외여과 중공사형 모듈에서는 pH는 8.08-8.6 사이로 거의 일정하였으나 역삼투 나권 형 모듈에서는 적용 온도가 낮을수록 pH가 약염기성 을 나타내는 경향을 보였다(Fig. 12).
- 이러한 고 찰은 TDS제거에서와 같은 경향을 나타내는 것이다. 공급액의 온도와 압력의 변화는 투과액에 대한 총질소의 제거효율에 큰 영향을 주지 못하는 것으로 나타났다(Fig. 13).
- 아크릴폐수의 전처리 공정을 거치고 난 폐수를 한외여과 중공사형 모듈과 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 Turbidity는 한외여과 공정에서 효율적으로 제거됨을 알 수 있었다. 또한 역삼투 공정에서 T-N과 TDS제거 효율이 우수함을 나타내었다. 역삼투 공정에서 T-Ne 적용온도가 증가할수록 제거효율이 증가하지만 적용압력에 따른 변화는 거의 없는 것으로 나타났다.
- 역삼투 공정에서 T-Ne 적용온도가 증가할수록 제거효율이 증가하지만 적용압력에 따른 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 아크릴폐수의 COD값은 화학적 전처리 및 모래여과공정에 의해 COD의 제거효율이 약 76%임을 알 수 있었다.
- 아크릴폐수의 전처리 공정을 거치고 난 폐수를 한외여과 중공사형 모듈과 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 Turbidity는 한외여과 공정에서 효율적으로 제거됨을 알 수 있었다. 또한 역삼투 공정에서 T-N과 TDS제거 효율이 우수함을 나타내었다.
- 아크릴폐수의 화학적 처리수를 한외여과 중공사형 모듈에 적용하여 COD를 측정한 결과 약 24% 이내의 제거효율을 나타내므로 COD의 제거효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 한외여과막 투과액을 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 87% 이상의 제거효율을 계속 유지함을 알 수 있었다(Fig.
- 또한 역삼투 공정에서 T-N과 TDS제거 효율이 우수함을 나타내었다. 역삼투 공정에서 T-Ne 적용온도가 증가할수록 제거효율이 증가하지만 적용압력에 따른 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 아크릴폐수의 COD값은 화학적 전처리 및 모래여과공정에 의해 COD의 제거효율이 약 76%임을 알 수 있었다.
- 8). 이 결과로부터 투과플럭스는 압력과 온도에 비례하여 증가함을 알 수 있다.
- BRAN+LUEBBE사의 AutoAnalyzer 3를 사용하여 COD를 측정한 결과 한외여과 중공사형 막의 경우 약 2~10%의 제거 효율을 나타내므로 COD의 제거 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 이 투과액을 역삼 투 나권형 모듈에 적용한 결과 제거효율은 약 83%의 제거 효율을 나타내었으며 공급액의 압력에 따른 투과액의 COD 제거효율은 큰 변화가 없는 것으로 나타났다 (Fig. 14).
- 일정한 공급 유량 하에서 한외여과 중공사형 모듈에 적용하였을 경우 TDS 제거효율은 1~6%를 나타 내므로 한외여과 막만으로 TDS를 효과적으로 제거하기 어려움을 알 수 있었다. 이 투과액을 역삼투 나권 형 모듈에 적용한 결과 TDS 의 제거 효율은 93%이 상을 나타내므로 역삼투 막은 TDS의 제거에는 아주 좋은 것으로 나타났다(Fig. 11). 여러 적용 압력과 온 도변화에 대해 제거효율은 큰 변화가 없는 것으로 나 타났4.
- 20 NTU)를 일정한 공급 용액 유량 하에서 한외여과 중공사형 모듈 GUF3050에 적용하였을 경우 한외여과막의 탁도 제거효율은 약 86~93의 값을 보이고 있으므로, 탁도의 경우 거의 대부분 한외여과 막에서 제거됨을 알 수 있었다. 이 한외여과막 투과액을 공급액으로 한 역삼투막 공정에서 역숨투막의 탁도 제거효율은 23~43% 사이에 있음을 확인할 수 있었다(Fig. 10). 이는 한외여과막에서 대부분의 탁도가 제거되었기 때문이다(Table 3).
- 일정한 공급 유량 하에서 한외여과 중공사형 모듈에 적용하였을 경우 TDS 제거효율은 1~6%를 나타 내므로 한외여과 막만으로 TDS를 효과적으로 제거하기 어려움을 알 수 있었다. 이 투과액을 역삼투 나권 형 모듈에 적용한 결과 TDS 의 제거 효율은 93%이 상을 나타내므로 역삼투 막은 TDS의 제거에는 아주 좋은 것으로 나타났다(Fig.
- 일정한 공급유량 하에서 화학적 처리수를 한외여과 중공사형 모듈에 적용한 결과 제거 효율은 약 2.4 ~12.3%의 값을 나타내므로 한외여과 중공사형 모듈로 TDS를 제거하기 어려운 것으로 나타났다. 투과액을 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 TDS의 제거 효율은 약 95% 이상의 높은 값을 계속 유지함을 알 수 있었다(Fig.
- 장시간 연속(long term)운전에서 운전시간이 14시간 이내에서는 Rf, Turbidity 및 TDS의 제거효율은 변화가 없는 것으로 나타났다. 14시간 이후의 운전시 간에서는 &값이 증가하고, Turbidity 제거효율은 각 모듈에서 감소하는 경향을 보이며, 한외여과 막에서의 TDS의 제거효율은 거의 없는 것을 확인할 수 있었다.
- 5는 각 단계의 COD를 측정한 결과를 나타내었다. 전처리 공 정을 마친 COD값은 약 76%가 감소함을 알 수 있었다.
- 전처리한 아크릴폐수(5.20 NTU)를 일정한 공급 용액 유량 하에서 한외여과 중공사형 모듈 GUF3050에 적용하였을 경우 한외여과막의 탁도 제거효율은 약 86~93의 값을 보이고 있으므로, 탁도의 경우 거의 대부분 한외여과 막에서 제거됨을 알 수 있었다. 이 한외여과막 투과액을 공급액으로 한 역삼투막 공정에서 역숨투막의 탁도 제거효율은 23~43% 사이에 있음을 확인할 수 있었다(Fig.
- 전처리한 아크릴폐수를 한외여과 중공사형 모듈들에 적용하여 얻은 투과액을 공급액으로 하여 역삼투 모듈들에 적용하였을 경우, 일정한 공급 용액 유량 하에서 적용압력이 증가함에 따라서 투과 플럭스는 선형 비례하는 것으로 나타났으며, 공급액 온도가 증가함에 따라 투과플럭스는 증가하는 경향을 나타내었다 (Fig. 9).
- 전처리한 아크릴폐수를 한외여과 중공사형 모듈에 적용하였을 경우 적용압력이 증가함에 따라 투과 플 럭스는 선형적으로 증가하였으며, 같은 적용압력에서 적용온도가 증가함에 따라 한외여과막의 투과플럭스는 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 8). 이 결과로부터 투과플럭스는 압력과 온도에 비례하여 증가함을 알 수 있다.
- 탈이온수를 역삼투 나권형 모듈 RO 14-50에 적용하였을 경우 온도 및 적용압력이 증가함에 따라 투과 플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 이로부터 평판막들의 상태가 실험 가능한 상태임을 확인할 수 있었다(Fig. 7).
- 탈이온수를 한외여과 중공사형 모듈 (GUF 3050)에 적용한 결과 온도 및 적용압력이 증가함에 따라서 순수 투과 플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 이로부터 중공사형막의 상태가 구멍이나 누수가 없는 실험 가능한 상태임을 확인할 수 있었다(Fig. 6).
- 3%의 값을 나타내므로 한외여과 중공사형 모듈로 TDS를 제거하기 어려운 것으로 나타났다. 투과액을 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 TDS의 제거 효율은 약 95% 이상의 높은 값을 계속 유지함을 알 수 있었다(Fig. 17).
- 아크릴폐수의 화학적 처리수를 한외여과 중공사형 모듈에 적용하여 COD를 측정한 결과 약 24% 이내의 제거효율을 나타내므로 COD의 제거효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 한외여과막 투과액을 역삼투 나권형 모듈에 적용한 결과 87% 이상의 제거효율을 계속 유지함을 알 수 있었다(Fig. 20).
- 화학적 처리수를 일정한 공급 용액 유량 하에서 한외여과 중공사형 모듈 GUF 3050과 역삼투 나권형 모듈 RO 11-50에 적용하였을 경우 1막에서 탁도 제거효율이 약 73% 이상 일정하게 유지되었으나 14 시간 이후 감소하는 경향을 보였다. RO막에서는 큰 감소를 보이지는 않지만 UF와 비슷한 시간대에 변화를 확인할 수 있었다(Fig.
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