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문제 정의
- 본 연구에서는 주기적인 단일초음파의 조사에서 막의 종류와 막의 재질, 폐수중의 용질의 특성에 따른 효과를 분석하였으며, 두 가지 주파수를 동시에 사용하는 복합초음파에 의한 투과속도 개선효과를 평가하여 다음과 같은 결론을 도출 하였다.
- 즉, 환경 분야에 초음파-막 분리공정의 활용에 관한 응용 연구가 폭 넓게 이루어져야 할 것으로 판단되며, 이에 본 연구에서는 선행연구에 이어서 화학적 1차 처리 침출수(시료 I)와 생물학적 처리 침출수(시료 II)를 대상으로 한 막 분 리 공정에서 막의 막힘현상을 개선하기 위한 기술로서 초음 파 조사방법을 도입하여 막의 재질과 막의 종류, 초음파의 단일 주파수, 초음파의 세기에 따른 효과를 분석하였으며, 특히 40 kHz 와 120 kHz 를 동시에 사용하는 복합초음파 조사에 대한 개선효과를 평가하였다.
제안 방법
- 1에 나타낸 바와 같이 본 연구에서는 중공사형이나 관형의 형태로 제작된 MF막과 UF막에 흐름(flux)의 단락이 없는 상태에서 주기적으로 초음파를 조사하여 막의 세정효과와 투과속도의 변화를 시간에 따라 정밀하게 측정할 수 있는 장치를 제작하여 사용하였다. 또한 PS와 PVDF재질로 제작된 "막과 PS재질로 제작된 UF막을 사용하였으며, 막의 기본적인 사양과 실험과정에서 측정된 순수의 투과속도는 Table 1에 나타낸 바와 같으며, 막 모듈은 일정한 막의 면적을 가지면서 각각의 운전조건에 따라 제작을 용이하게 하기 위하여 자체 제작하여 사용하였다.
- 40 kHz와 120 kHz의 초음파 발진주파수와 가변출력을(최 대설계출력 600 W, 상용최대출력 500 W)가지고 있는 UL- Tech사의 초음파 발생장치를 사용하였고, 막 모듈로의 초음파 전달을 용이하게 하기 위해 반응기에 막 모듈을 넣고, 초음파 발진기의 표면에서 10 cm 정도 떨어지도록 설치하였으며, 초음파발진기의 온도 상승에 의해서 투과속도와 세정 효과의 영향을 최소한으로 줄이기 위하여 막 모듈이 들어있는 반응기는 냉동기와 연결된 순환펌프를 사용하여 항상 일정한 온도(20℃)로 유지할 수 있게 하였다.
- Fig. 1에 나타낸 바와 같이 본 연구에서는 중공사형이나 관형의 형태로 제작된 MF막과 UF막에 흐름(flux)의 단락이 없는 상태에서 주기적으로 초음파를 조사하여 막의 세정효과와 투과속도의 변화를 시간에 따라 정밀하게 측정할 수 있는 장치를 제작하여 사용하였다. 또한 PS와 PVDF재질로 제작된 "막과 PS재질로 제작된 UF막을 사용하였으며, 막의 기본적인 사양과 실험과정에서 측정된 순수의 투과속도는 Table 1에 나타낸 바와 같으며, 막 모듈은 일정한 막의 면적을 가지면서 각각의 운전조건에 따라 제작을 용이하게 하기 위하여 자체 제작하여 사용하였다.
- 2는 생물학적 침출수 처리시설에서 침전지의 대체시 설로 적용할 수 있는 막 분리 공정의 일종으로 초음파를 조사하여 막의 세정과 투과속도의 개선을 분석하기 위해 제작된 현장실험용 초음파-MF막 분리 장치를 나타낸 것이다. MF 막의 모듈은 중공사형으로 자체 제작하였으며, 정압조절 펌프를 사용하여 일정압력으로 막의 운전이 일어나도록 하였다. 초음파 발생장치는 상하부가 폐쇄되지 않은 직육면체(W300* L300×H700)로 제작된 반응기 틀의 내부벽면 양쪽으로 진동자를 부착하여 막에 초음파가 직접 전달되도록 하였으며, 막과 진동자와의 거리는 8-12 cm(평균 10 cm)정도 떨어지도록 설치하였다.
- 이러한 초음파의 효과분석 실험에서 시료 I에 대해서는 막의 재질(PS과 PVDF)과 막의 종류(MF와 UF), 초음파의 단일 주파수(40 kHz와 120 kHz) 초음파의 세기(200 W와 400 W)에 따라 실시하였으며, Y침출수 처리장의 시료 11(생물학 적 처리수)에 대한 실험에서는 MF에 대해서 실험을 실시하 였고, 특히 40 kHz와 120 kHz를 동시에 사용하는 복합초음 파 조사 실험을 실시하였다. 복합초음파 조사에서 초음파의 세기는 총 초음파의 세기를 각 주파수에서 각각 50%씩 조사되도록 조절하였다.
- 선행연구14)에서와 같이 시료 I과 11(1차 처리 침출수)를 적용하여 막의 재질에 따른 초음파의 개선효과를 50 min 동안 오염 시킨 후 연속적인 흐름에서 70 min 동안 초음파를 조 사하면서 평가하였으며, 또한 흐름(flux)의 단락이 없는 상태에서 주기적으로 초음파를 조사하여(시나리오 실험) 투과속도 개선과 막 분리 공정의 효율을 막의 재질과 막의 종류, 시료의 특성에 따라 평가하였다. 즉, 주기적인 초음파 조사에 의한 시나리오 평가실험은 시료 I과 H를 초음파를 조사하지 않은 상태에서 20 min 동안 투과시키고 침출수의 연속적인 흐름상태에서 10 min 동안 초음파를 조사시키는 운전방식으로 이를 여러 번 반복하면서 투과속도의 변화를 분석하였다.
- 선행연구M)에서 도출된 투과속도의 개선효율이 높은 운전 조건(낮은 주파수, 높은 초음파 세기)인 40 kHz-400 W에서 PS재질과 PVDF재질의 MF막을 사용하여 두 재질에 따른 투과속도의 개선에 관한 비교 실험을 수행하였다. Fig.
- 위의 두 가지 실험장치에서 막의 투과속도 변화는 동일압 력으로 제어하면서 질량 변화를 전자저울로 정확하게 측정하여 유량으로 환산하여 측정하였으며, 전자저울(Mettler Toledo balance PB4002-S)을 컴퓨터와 연결시켜 실시간으로 측정 자료를 저장하여 그 변화량을 관찰하였다.
- 초음파 발생장치는 상하부가 폐쇄되지 않은 직육면체(W300* L300×H700)로 제작된 반응기 틀의 내부벽면 양쪽으로 진동자를 부착하여 막에 초음파가 직접 전달되도록 하였으며, 막과 진동자와의 거리는 8-12 cm(평균 10 cm)정도 떨어지도록 설치하였다. 이 반응기 틀을 생물학적 침출수처리 반응조에 직접 투입하여 초음파 조사에 의한 투과속도 개선과 막의 세정효과를 분석하였다. Fig.
- 이러한 초음파의 효과분석 실험에서 시료 I에 대해서는 막의 재질(PS과 PVDF)과 막의 종류(MF와 UF), 초음파의 단일 주파수(40 kHz와 120 kHz) 초음파의 세기(200 W와 400 W)에 따라 실시하였으며, Y침출수 처리장의 시료 11(생물학 적 처리수)에 대한 실험에서는 MF에 대해서 실험을 실시하 였고, 특히 40 kHz와 120 kHz를 동시에 사용하는 복합초음 파 조사 실험을 실시하였다. 복합초음파 조사에서 초음파의 세기는 총 초음파의 세기를 각 주파수에서 각각 50%씩 조사되도록 조절하였다.
- 주기적인 시나리오 실험은 기존의 실험과 달리 초음파를 장시간 연속적으로 조사하지 않고, 일정시간(20분) 동안 오염 시키는 운전(fouling)을 실시한 다음 초음파를 일정시간(10분) 조사하여 이를 같은 주기로 반복하는 방식으로 실시하였다. 초음파 조사시간을 10 min으로 선정한 이유는 선행연구를 통해 초음파에서 투과속도 개선이 7~13 min 사이에 최대 투과속도 상승률의 95% 이상을 달성하기 때문에 주기적 시나리오 실험에서 초음파 조사시간으로 선정하였다.
- 선행연구14)에서와 같이 시료 I과 11(1차 처리 침출수)를 적용하여 막의 재질에 따른 초음파의 개선효과를 50 min 동안 오염 시킨 후 연속적인 흐름에서 70 min 동안 초음파를 조 사하면서 평가하였으며, 또한 흐름(flux)의 단락이 없는 상태에서 주기적으로 초음파를 조사하여(시나리오 실험) 투과속도 개선과 막 분리 공정의 효율을 막의 재질과 막의 종류, 시료의 특성에 따라 평가하였다. 즉, 주기적인 초음파 조사에 의한 시나리오 평가실험은 시료 I과 H를 초음파를 조사하지 않은 상태에서 20 min 동안 투과시키고 침출수의 연속적인 흐름상태에서 10 min 동안 초음파를 조사시키는 운전방식으로 이를 여러 번 반복하면서 투과속도의 변화를 분석하였다.
- MF 막의 모듈은 중공사형으로 자체 제작하였으며, 정압조절 펌프를 사용하여 일정압력으로 막의 운전이 일어나도록 하였다. 초음파 발생장치는 상하부가 폐쇄되지 않은 직육면체(W300* L300×H700)로 제작된 반응기 틀의 내부벽면 양쪽으로 진동자를 부착하여 막에 초음파가 직접 전달되도록 하였으며, 막과 진동자와의 거리는 8-12 cm(평균 10 cm)정도 떨어지도록 설치하였다. 이 반응기 틀을 생물학적 침출수처리 반응조에 직접 투입하여 초음파 조사에 의한 투과속도 개선과 막의 세정효과를 분석하였다.
- 주기적인 시나리오 실험은 기존의 실험과 달리 초음파를 장시간 연속적으로 조사하지 않고, 일정시간(20분) 동안 오염 시키는 운전(fouling)을 실시한 다음 초음파를 일정시간(10분) 조사하여 이를 같은 주기로 반복하는 방식으로 실시하였다. 초음파 조사시간을 10 min으로 선정한 이유는 선행연구를 통해 초음파에서 투과속도 개선이 7~13 min 사이에 최대 투과속도 상승률의 95% 이상을 달성하기 때문에 주기적 시나리오 실험에서 초음파 조사시간으로 선정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 폐수시료는 Table 2에 나타낸 바와 같이 A매립지에서 채취한 화학적으로 응집침전 처리된 1차 처리 침출수(시료 I)와 호기성 MBR을 적용한 Y침출수 처리 장에서 생물학적으로 처리되고 침전시키지 않은 생물학적 처리 침출수(시료 II)를 사용하였다. 시료 I과 시료 II에서 총 고형 물질(TS)의 농도는 시료 1이 높게 나타났으나 총부유고형물 질의 농도(TSS)는 시료 II가 높은 특성을 갖고 있으며, 이는 시료 Ⅱ의 경우 생물학적 처리과정에서 성장한 미생물에 의해서 TSS 의 농도가 높게 나타나고, 시료 I의 경우에는 화학 적인 응집과 침전에 의해서 부유고형물질(SS)의 대부분이 제거되어 총 용존고형물질(TDS) 중에 용해성 유기물의 함량(VS) 이 매우 높은 특성을 갖고 있다.
성능/효과
- 감소하였다. 그러나 동일한 조건에서 초음파 세기를 400 W로 높 일 경우 최대 투과속도 상승률은 3회에 걸친 조사과정에서 각각 353%와 489%, 800%로 크게 증가하는 경향을 보였으 며, 개선된 최대 투과속도도 각각 1.89x10” 11牝11氏와 L99x 10" m3/m2s, 2.79x10° m'/m%으로 지속적으로 투과속도가 개 선되었다. 반면에 PS재질의 MF막의 경우 40 kHz-400 W에서 최대로 향상된 투과속도와 상승률은 동일한 조건의 PVDF 보다 낮았으나, 초음파 조사회수의 증가에 따른 투과속도의 감소 현상은 40 kHz-200 W보다 다소 개선되어 일정한 효과를 유지하는 것을 볼 수 있었다.
- 3에 나타낸 바와 같이 응집과 침전으로 1차 처리된 침출수를 적용한 결과에 의하면 PS재질의 MF막에서는 초음파 조사 후 44 min까지 투과속도가 지속적으로 상승하여 510%의 최대 투과속도 상승률과 98%의 투과속도 회복율(초기 투과속도에 대한 회복율)을 나타낸 후 재막힘 현상에 의해서 투과속도가 감소하는 경향을 보여주는데 반하여 PVDF 재질의 막으로 수 행한 결과에서는 투과속도를 측정한 2시간의 실험범위에서 투과속도 회복율이 95%이상으로 지속적인 투과속도의 상승 효과를 보여주었다. 또한 PS재질의 막에서 초음파 조사 초기에 투과속도 곡선의 기울기 값(투과속도의 상승속도)은 0.97x IO-6 m'/mZs/min을 나타냈으나 PVDF막의 경우에는 3.19x10-5" m'/nfs/min의 값을 나타내어 PVDF가 3.3배 정도 빠르게 투 과속도가 개선되는 것을 알 수 있었다.
- 1) 주기적인 초음파 조사시 UF 막보다 MF 막에서 더 높은 투과속도 개선효과를 기대할 수 있다.
- 2) 동일한 조건에서라도 막의 재질에 따라서 투과개선 효과가 다르게 나타나며 특히, PVDF 재질의 MF 막이 PS(poly- sulfone) 재질의 것보다 더 높은 개선효과를 지속적으로 나타내었다.
- 3) 용액(폐수)의 특성에 따라 초음파 조사에 의한 투과속도의 개선효과가 다르게 나타나며, 특히 생물학적으로 처리된 침출수의 경우 미생물의 영향으로 투과속도 개선효과가 저 조하였다.
- 3) 주기적으로 초음파를 조사하는 경우 두 가지 재질의 MF 막에 대해 40 kHz-400 W 를 조사하는 경우 막의 투과속도 개선효과가 조사회수에 상관없이 지속적으로 유지되었다.
- 4) 두 가지 초음파 주파수(40 kHz 과 120 kHz) 를 동시에 활용한 복합초음파를 주기적으로 조사하는 경우 투과속도의 상승률이 세정효과가 큰 낮은 주파수(40 kHz)의 단일초음파를 이용하는 경우보다 작으나, 초음파를 조사하는 동안 발생하는 재막힘 현상이 더 크게 억제되어 막의 투과속도 개선효과가 지속적으로 나타났다.
- 선행연구M)에서 도출된 투과속도의 개선효율이 높은 운전 조건(낮은 주파수, 높은 초음파 세기)인 40 kHz-400 W에서 PS재질과 PVDF재질의 MF막을 사용하여 두 재질에 따른 투과속도의 개선에 관한 비교 실험을 수행하였다. Fig. 3에 나타낸 바와 같이 응집과 침전으로 1차 처리된 침출수를 적용한 결과에 의하면 PS재질의 MF막에서는 초음파 조사 후 44 min까지 투과속도가 지속적으로 상승하여 510%의 최대 투과속도 상승률과 98%의 투과속도 회복율(초기 투과속도에 대한 회복율)을 나타낸 후 재막힘 현상에 의해서 투과속도가 감소하는 경향을 보여주는데 반하여 PVDF 재질의 막으로 수 행한 결과에서는 투과속도를 측정한 2시간의 실험범위에서 투과속도 회복율이 95%이상으로 지속적인 투과속도의 상승 효과를 보여주었다. 또한 PS재질의 막에서 초음파 조사 초기에 투과속도 곡선의 기울기 값(투과속도의 상승속도)은 0.
- Fig. 6에서 볼 수 있듯이 120 kHz의 두 가지 초음파세기 에서는 투과속도의 개선효과가 전혀 나타나지 않았으며, 40 kHz-200 W에서 초음파에 의한 투과속도 상승률도 7 ~ 8%로 매우 낮았고 투과속도도 시간에 따라 지속적으로 감소하였다. 반면에 40 kHz-400 W에서는 초기 1회 초음파 조사에 의해서 240%까지 투과속도가 상승되었으나 2회와 3회의 초음파 조사에서는 각각 42%와 38%로 낮은 상승률을 나타내었다.
- PS와 PVDF 재질에서 모두 120 kHz-200 W에서는 초음파 에 의한 투과속도 개선이 전혀 일어나지 않았으며, 운전시간에 따라 투과속도가 지속적으로 감소하였으나 400 W의 경우에는 초음파 조사에 의해서 투과속도가 개선되는 현상이 관찰되었다. 즉, PVDF재질의 MF막을 이용한 40 kHz의 200 W실험에서 투과속도 상승률은 3회의 초음파 조사기간에 158~ 164%로 나타났으며, 투과속도의 절대값은 초기 1회 조사의 9.
- 결과적으로 PS와 PVDF재질로 제작된 MF막에서 동일한 초음파 조건일 경우 PVDF가 더 높은 투과속도 개선효율을 보였으며, 초음파 조사회수가 증가하더라도 40 kHz-400 W에 서는 두 재질 모두에서 일정한 투과속도의 개선효율을 나타 냈다. 즉, 낮은 주파수에서 높은 세기로 초음파를 조사하는 경우 막의 투과속도 개선효율이 높아진다는 것이 시나리오 실험을 통해 다시 한 번 검증되었으며, 특히 주기적인 초음 파조사에서 막의 재질에 따라 투과속도의 개선효과가 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 결과적으로 동일한 PS재질의 UF막과 MF막에서 실험범위 내의 동일한 초음파 조건으로 투과속도의 개선효율을 평가 한 결과 MF막이 UF막보다 2배 이상의 투과속도 상승률을 유지하며, M佰막의 경우 반복적인 초음파 조사회수가 증가 하더라도 투과속도의 개선효과가 감소하지 않고 일정하게 유 지됨을 알 수 있었다.
- 결과적으로 막의 재질에 따라서 동일한 초음파를 조사한 경우에도 서로 다른 개선효과를 얻을 수 있으며, 이러한 원인은 재질에 따라 막 제조 공정에서 생성되는 공극의 모양 이나 분포도 뿐만 아니라 막의 내부에 존재하는 공극의 모양 등의 영향인 것으로 판단된다. 따라서 막의 재질 개발과 막의 강도 강화 등이 이루어지게 되면 초음파를 이용한 막 분리 공정에서 막힘현상의 개선효율은 더 큰 효과를 나타나게 될 것으로 판단된다.
- 52xl0'6 m3/ n?s로 약간의 변동성을 나타내었다. 그러나 40 kHz-400 W에 서는 최대 투과속도 상승률이 111 ~175%를 유지되었고, 개선된 투과속도가 3회에 걸쳐 각각 7.74X10'6 必而气와 7.80x10” m3/m2s, 7.21 시(尸 有血七로 초음파 조사회수가 증가하여도 투과속도 개선효과가 감소하지 않고 일정하게 유지되었다. 즉, 초음파 세정에 의한 막의 투과속도 개선이 지속적으로 유지 되는 동시에 효과적으로 일어나고 있음을 알 수 있었다.
- 그러나 초음파의 특성이 다른 두 가지의 초음파를 동시에 적용하는 40 kHz-200 W와 120 kHz-200 W의 복합초음파를 이용하는 경우 초기 투과속도의 상승속도는 0.66xl(y6 m3/m1 2 3 4s/ min 이었으며 초음파 조사 6 min에 75%의 최대 투과속도 상승률을 나타내어 40 kHz-400 W의 단일 주파수를 사용하는 경우보다는 개선효과가 다소 작았으나 최대 투과속도 상승률에 도달한 후 재막힘 현상은 단일주파수를 사용하는 경우보다 복합초음파를 적용하는 경우에 느리게 나타났다. 즉, 재막힘 현상이 억제됨으로서 투과속도의 개선효과가 지속적으로 유지되는 것을 알 수 있었다.
- 65x10' m'/mPmin로 나타났으며 초음파 조사 2 min 후에 최대 투과속도 상승률이 85%까지 증가하였다. 그러나 최대 투과속도 상승률이 나타난 2 min 후에 바로 재막힘 현상에 의해 투과속도가 급격히 줄어들어 초음파 조사 후 15 min에는 초음파 조사 직전의 투과속도에 근접함으로써 재막힘 현상이 빠르게 나타남을 알 수 있었다.
- 특히 40 kHz-400 W를 조사한 시나리오 실험의 1회에서 3회까지의 초음파 조사구간에서 각각 68%와 80%, 87%의 투과속도의 상승률을 나타낸 것에 비해 120 kHz의 200 W와 400 W 뿐만 아니라 40 kHz의 200 W에서는 초음파 조사에 의한 투과속도 개선효과는 매우 낮은 수준을 나타내었다. 또한 40 kHz-400 W에서의 최대로 개선된 투과속도는 각각 5.60x10-6 m3/m2s과 4.18x10-6 m3/m2s, 3.59xl(y6 m'/m%으로 나타나 초음파 조사회수가 늘어날수록 투과속도의 개선효율은 감소하였다. 이는 여러가지 오염원인 중에 막의 표면에 흡착되거나 막의 내부 공극 등에 막의 오염물질이 침전 또는 흡착 등의 현상이 증가하여 초음파에너지에 의한 오염물질의 탈착작용이 저하되어 막의 세정효과가 지속적으로 떨어지기 때문인 것으로 판단된다.
- 반면에 40 kHz-400 W에서는 초기 1회 초음파 조사에 의해서 240%까지 투과속도가 상승되었으나 2회와 3회의 초음파 조사에서는 각각 42%와 38%로 낮은 상승률을 나타내었다. 또한 최대 투과속도 상승률은 초음파 조사기간의 마지 막 10 min에 나타나지 않고, 조사 후 3~4 min에 나타나 초 음파를 조사하는 동안에도 재막힘 현상이 일어나는 것을 알 수 있었다. 이러한 원인은 시료 Ⅱ의 특성 중에 점착성이 높은 미생물이 많이 존재하기 때문에 이들 미생물이 막의 표 면에 부착되거나 흡착되어 케익층이 형성되므로 이들 부착 물질이 초기 1회의 초음파 조사에서는 쉽게 제거되나 이후에는 이들 물질의 부착력이 커져서 초음파에 의해 완전히 제거 되지 않고 남아있어 투과속도의 개선이 낮게 나타난 것으로 판단된다.
- 2 gm pore), polyacrylonitrile(PAN, 106 MWCO)등의 MF막에서 1~6% peptone 투과시 수세정과 초음파를 동시에 사용하는 경우 세정효과가 좋았다고 보고하였으며, 특히 온도와 초음파 세정효과는 비례관계가 있음을 제시하였으나, 막의 재질에 따른 개선효과의 비교는 제시하지 않았다. Kobayashi 등6)은 peptone과 milk용액에서 UF(PS재질)와 MF(cellu- lose재질)의 세정을 위해 28과 45, 100 kHz의 초음파를 23 W/cn?로 일정시간 동안 1회 조사한 실험결과에서 28 kHz에서 막힘현상이 억제되면서 비교적 높은 세정효과를 확인하였다. Chen 등7)은 colloidal silica입자를 함유한 용액을 y-alumina 의 평막에 투과시킬 때 20 kHz의 초음파를 조사하여 투과속도 개선효과를 평가한 결과 높은 압력으로 운전되는 것보다 낮은 압력으로 운전되는 막에서 더 높은 개선효과가 존재하는 것을 확인하였으며, 또한 펄스형식의 짧은 주기를 갖는 초음파를 조사하는 경우 연속적으로 조사하는 경우와 유사한 개선효과를 나타냄을 보고하였다.
- 79x10° m'/m%으로 지속적으로 투과속도가 개 선되었다. 반면에 PS재질의 MF막의 경우 40 kHz-400 W에서 최대로 향상된 투과속도와 상승률은 동일한 조건의 PVDF 보다 낮았으나, 초음파 조사회수의 증가에 따른 투과속도의 감소 현상은 40 kHz-200 W보다 다소 개선되어 일정한 효과를 유지하는 것을 볼 수 있었다.
- 시료 I을 적용한 40 kHz-400 W의 시나리오실험에서 2회 초음파 조사 이후 최대로 개선된 투과속도 상승률과 투과속 도는 각각 173~175%와 7.21 ~7.80x10-6 m3/m2s로 나타났으나 시료 II를 적용한 경우에는 38~42%의 투과속도 상승률과 5.01 ~5.23×10-6 m3/m2sS] 최대 투과속도를 나타내어 미 생물의 함량이 적은 시료 I에서 초음파에 의한 투과속도 개선효과가 크게 나타남을 알 수 있었다. 즉, 초음파에 의한 막의 세정과 투과속도 개선은 폐수 중에 포함된 분리대상의 용질에 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 위와 같은 현상은 Fig. 7(b)에 나타낸 주기적으로 복합초 음파를 조사하는 경우에도 투과속도의 상승률 등은 세정효과가 큰 낮은 주파수의 단일초음파를 이용하는 경우보다 작았 으나 반복적으로 조사하는 동안 재막힘 현상은 복합초음파 를 사용하는 경우가 상당히 억제되는 것을 알 수 있었다. 이러한 원인은 선행연구14)에서 언급된 바와 같이 주파수에 따라서 생성되는 기포(cavity)의 크기와 그 기포의 폭발에너 지의 차이, 두 주파수의 중첩 효과 등에 기인하는 것으로 막의 표면오염과 막의 내부공극의 오염 등을 전체적으로 제어할 수 있기 때문인 것으로 판단된다.
- PS와 PVDF 재질에서 모두 120 kHz-200 W에서는 초음파 에 의한 투과속도 개선이 전혀 일어나지 않았으며, 운전시간에 따라 투과속도가 지속적으로 감소하였으나 400 W의 경우에는 초음파 조사에 의해서 투과속도가 개선되는 현상이 관찰되었다. 즉, PVDF재질의 MF막을 이용한 40 kHz의 200 W실험에서 투과속도 상승률은 3회의 초음파 조사기간에 158~ 164%로 나타났으며, 투과속도의 절대값은 초기 1회 조사의 9.33xl(y6 折而七에서 3회에서는 6.79><1 O'6 m3/m2s5. 감소하였다.
- 결과적으로 PS와 PVDF재질로 제작된 MF막에서 동일한 초음파 조건일 경우 PVDF가 더 높은 투과속도 개선효율을 보였으며, 초음파 조사회수가 증가하더라도 40 kHz-400 W에 서는 두 재질 모두에서 일정한 투과속도의 개선효율을 나타 냈다. 즉, 낮은 주파수에서 높은 세기로 초음파를 조사하는 경우 막의 투과속도 개선효율이 높아진다는 것이 시나리오 실험을 통해 다시 한 번 검증되었으며, 특히 주기적인 초음 파조사에서 막의 재질에 따라 투과속도의 개선효과가 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 66xl(y6 m3/m1 2 3 4s/ min 이었으며 초음파 조사 6 min에 75%의 최대 투과속도 상승률을 나타내어 40 kHz-400 W의 단일 주파수를 사용하는 경우보다는 개선효과가 다소 작았으나 최대 투과속도 상승률에 도달한 후 재막힘 현상은 단일주파수를 사용하는 경우보다 복합초음파를 적용하는 경우에 느리게 나타났다. 즉, 재막힘 현상이 억제됨으로서 투과속도의 개선효과가 지속적으로 유지되는 것을 알 수 있었다.
- 21 시(尸 有血七로 초음파 조사회수가 증가하여도 투과속도 개선효과가 감소하지 않고 일정하게 유지되었다. 즉, 초음파 세정에 의한 막의 투과속도 개선이 지속적으로 유지 되는 동시에 효과적으로 일어나고 있음을 알 수 있었다.
- 23×10-6 m3/m2sS] 최대 투과속도를 나타내어 미 생물의 함량이 적은 시료 I에서 초음파에 의한 투과속도 개선효과가 크게 나타남을 알 수 있었다. 즉, 초음파에 의한 막의 세정과 투과속도 개선은 폐수 중에 포함된 분리대상의 용질에 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
- 4에 나타낸 바와 같이 PS재질로 만들어진 10, 000 MWC0 의 UF막의 경우, 시료I를 투과시키는 동안 막의 오염에 의해 투과속도가 초음파 조사 전까지 지속적으로 감소하게 되며, 초음파를 조사하는 순간부터 투과속도가 증가하였다가 초음파 조사를 하지 않는 기간에는 다시 투과속도가 이전 과 같은 형태로 감소하였다. 특히 40 kHz-400 W를 조사한 시나리오 실험의 1회에서 3회까지의 초음파 조사구간에서 각각 68%와 80%, 87%의 투과속도의 상승률을 나타낸 것에 비해 120 kHz의 200 W와 400 W 뿐만 아니라 40 kHz의 200 W에서는 초음파 조사에 의한 투과속도 개선효과는 매우 낮은 수준을 나타내었다. 또한 40 kHz-400 W에서의 최대로 개선된 투과속도는 각각 5.
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