Behavior of hazardous organic compounds including bisphenol A, phtalic acid, and phosphoric acid in low pressure nanofiltration process were investigated. In the case of NTR729HF, rejection of all target organic compounds except 2-H-Benzothiazol and 2-isopropyl phenol was more than 90%. The lowest r...
Behavior of hazardous organic compounds including bisphenol A, phtalic acid, and phosphoric acid in low pressure nanofiltration process were investigated. In the case of NTR729HF, rejection of all target organic compounds except 2-H-Benzothiazol and 2-isopropyl phenol was more than 90%. The lowest rejection for 2-H-Benzothiazol was observed in another membranes. The UTC60 and UTC20 showed similar rejection characteristics of hazardous organic compounds. Although the rejection of Bisphenol A, n-buthyl benzenesulfoneamide, N-ethyl-p-toluensulfonamide, 2-H-benzothiazol, p-t-butylphenol and 2-isopropyl phenol was less than 30%, the rejection of tributyl phosphate, triethyl phosphate, camphor, 2,2,4 trimethyl 1,3 pentandiol and diphenyl amine was more than 90% in the case of UTC60 and UTC20. The rejection characteristics of various hazardous organic compounds were converted into one parameter Ks, which was proposed in the diffusion-convection model. The Ks of hazardous organic compounds were discussed by comparing with their solute size represented by Stokes radius. The diffusion convection model considering Ks was successful to interpret rejection characteristics of hazardous organic compounds by low-pressure nanofiltration membranes.
Behavior of hazardous organic compounds including bisphenol A, phtalic acid, and phosphoric acid in low pressure nanofiltration process were investigated. In the case of NTR729HF, rejection of all target organic compounds except 2-H-Benzothiazol and 2-isopropyl phenol was more than 90%. The lowest rejection for 2-H-Benzothiazol was observed in another membranes. The UTC60 and UTC20 showed similar rejection characteristics of hazardous organic compounds. Although the rejection of Bisphenol A, n-buthyl benzenesulfoneamide, N-ethyl-p-toluensulfonamide, 2-H-benzothiazol, p-t-butylphenol and 2-isopropyl phenol was less than 30%, the rejection of tributyl phosphate, triethyl phosphate, camphor, 2,2,4 trimethyl 1,3 pentandiol and diphenyl amine was more than 90% in the case of UTC60 and UTC20. The rejection characteristics of various hazardous organic compounds were converted into one parameter Ks, which was proposed in the diffusion-convection model. The Ks of hazardous organic compounds were discussed by comparing with their solute size represented by Stokes radius. The diffusion convection model considering Ks was successful to interpret rejection characteristics of hazardous organic compounds by low-pressure nanofiltration membranes.
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문제 정의
본 연구에서는, 나노여과 공정에 의한 각종 유해성 유기물질의 제거 특성을 조사하고, 확산과 이류로 구성된 모델 구조를 기본으로 하여, 유해성 유기 물질의 제거특성을 설명하기 위한 간단한 평가수법의 개발을 시도하였다.
유해성 유기물질의 여과실험에서 얻어진 제거율로부터 , Ks 를 구하고, 이를 다른 영향 인자와 비교 평가하고자 하였다.
제안 방법
실험에 사용한 공급액은, 매립지 침출수 5%와 순수한 물 95%로 구성된 모의 폐수에 Table 2에 표시한 각종 유기 물질을 0.05mg/L를 첨가하였다. 이는 유기물질의 제거특성을 용이하게 관찰하기 위해서, 실제 함유량보다는 높은 농도의 모의 패수를 만들었다.
얻어진 100mL의 각 시료에 대하여 dichloromethane을 이용한 액상 추출법으로 분석 대상 유기 물질들을 추출하였으며, GC/MS(GC-17A, QP-5000A Shimadzu Corporation) 에 주입 하여 SIM (Selected Ion Monitoring)모드로 검출하였다. 당류 및 알코올류는 액체 크로 마토그라피 (LCTOAD, Shimadzu Corporation) 방법으로 측정했다.
이렇게 얻어진 당류 및 알코올류의 제거특성을 기준으로 같은 조건에서 유해 유기물질의 제거 특성을 비교 할 수 있었다. 유해성 유기 물질들의 경우는, Stokes 반경과 나노여과 막에 의한 제거율 사이에 상관관계를 가진다고 할 수 없었다.
대상 데이터
1과 같은 Cross-Flow 실험 장치를 이용하여 행하였다. 막 모듈은 유효면적 60cm2 의 C-10T모듈(Nitto Denko Co. Ltd.)을 이용하였으며, 8시간 운전을 하는 도중에 3회 나누어서 공급액과 여과액을 채취하였다. 제거율은 3회 채취한 공급액과 여과액 시료의 평균치로부터 계산되었다.
검출하였다. 당류 및 알코올류는 액체 크로 마토그라피 (LCTOAD, Shimadzu Corporation) 방법으로 측정했다.
성능/효과
당류 및 알코올류의 Stoke-Einstein 식으로부터 계산한 Stoke 반경과 저압 나노 여과 막에 의한 제거율을 Table 3에 나타내었다. 본연구에서 적용한 저압 운전 조건에서도 각 물질별로 상당한 제거율이 얻어짐을 알 수 있었다.
즉, 당류 및 알코올류의 제거율은 막의 공경과 물질의 크기와 상관관계를 가지며, 이들 물질은 사이즈 효과(sizeeffect)에 의해서만 분리된다고 받아들여지고 있다. 본 연구에 사용된 당류 및 알코올류는 실험 대상 유해 유기물질과 유사한 범위의 Stokes 반경을 가지는 Maltose, Glucose, 1-propanol 및 Ethanol이였으며 , 후술하는 실험 결과에서도 보이는 바와 같이 각 막에 의한 제거율은 Stokes 반경 이 클수록 증가하는 경향을 보였다.
UTC60과 UTC20막의 경우는 각 물질들에 대한 상대적인 제거율의 차이가 매우 유사한 경향을 보였다. 즉, UTC60에 대해서 90% 이상의 제거율을 보인 5개의 물질들(Tributyl Phosphate, Triethyl Phosphate, Camphor, 2, 2, 4 Trimethyl 1, 3 pentandiol, Diphenyl Amine)에 대해서 OTC20에 대한 실험 결과도 가장 높은 제거율을 나타내었다. UTC60에서 30% 미만의 제거율을 나타내는 물질들은 UTC20에 대해서도 동일하게 가장 낮은 제거율을 보인 6개의 몰질 (Bis Phenol A, n-Buthyl Benzenesulfoneamide, N-ethyl-p-toluensulfonamide, 2-H-Benzothiazol, pet~butylphenol.
전체적으로는 Stokes 반경이 클수록 각각의 Ks는 작아지는 경향을 보여주고 있다. 특히, 당류 및 알코올류에 대해서는, 4종류의 막에 있어서 같은 기울기를 가지는 근사 곡선을 얻을 수 있었다. 즉, NTR729HF, NTR725O, UTC60 및 UTC20에 대한 당류 및 알코올로부터 얻어진 근사 곡선은, 각각 '= 0.
그 물질의 제거율은 높아진다. NTR729HF, NTR725O, UTC60 및 UTC20의 경우, 높은 제거율을 보인 막일수록 유해성 유기 물질들의 Ks값이 당류 및 알코올류의 근사곡선에 근접하고, 낮은 제거율을 보이는 막으로 갈수록 유해성 유기 물질들의 Ks값은 당류 및 알코올류의 근사곡선으로부터 멀어지는 것을 알 수 있었다. 이것은, 저제거율의 막일수록 막의 공경의 사이즈 분포가 넓고, 고제거율은 그 분포가 좁아지는 것과도 관련이 있는 것으로 생각된다.
즉. Kow값이 낮은 범위에 있는 물질이 동일한 Stokes 반경의 물질에 비해 낮은 Ks값을 가지며, 상대적으로 높은 제거율을 보였다. 이것은 Kow가 낮은 물질은 막의 재질과 유기 물질간의 상호 작용이 활발하기 때문으로 생각된다.
저압 범위에서의 유해성 유기물질의 거동의 특징은 확산 및 대류를 고려한 모델에 통일된 보정계수 Ks를 이용하여 설명할 수 있었다. Ks가 무엇을 의미하는지를 고찰하기 위해서, 각 물질의 Stokes 반경과 Ks를 비교한 결과, 당류 및 알코올류의 Ks값은 Stokes 반경의 3승에 반비례하는 근사 곡선이 얻어졌다. 유해성 유기물질에 대해서는 당류 및 알코올류의 Ks와 Stokes 반경으로부터 얻어진 근사곡선상의 동일한 Stoke 반경의 물질과의 관계로부터 제거특징을 고찰할 수 있었다.
Ks가 무엇을 의미하는지를 고찰하기 위해서, 각 물질의 Stokes 반경과 Ks를 비교한 결과, 당류 및 알코올류의 Ks값은 Stokes 반경의 3승에 반비례하는 근사 곡선이 얻어졌다. 유해성 유기물질에 대해서는 당류 및 알코올류의 Ks와 Stokes 반경으로부터 얻어진 근사곡선상의 동일한 Stoke 반경의 물질과의 관계로부터 제거특징을 고찰할 수 있었다. 즉.
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