[논문]침지형 MBR 공정에서 응집제가 여과성능에 미치는 영향

김관엽; 김지훈; 김영훈; 김형수

침지형 MBR 공정에서 응집제가 여과성능에 미치는 영향
The Effect of Coagulant on Filtration Performance in Submerged MBR System 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.16 no.3, 2006년, pp.182 - 187

김관엽 (성균관대학교 건설환경시스템공학과) , 김지훈 (성균관대학교 건설환경시스템공학과) , 김영훈 (성균관대학교 건설환경시스템공학과) , 김형수 (성균관대학교 건설환경시스템공학과)

초록
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본 연구에서는 침지형 MBR 공정에서 인제거를 위해 주입되는 응집제가 분리막의 여과성능에 미치는 영향을 알아보고자 하였고, 침지형 MBR에서 분리막 표면의 오염을 방지하기 위해 연속적으로 행하는 폭기가 응집 플록에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해 MBR공정의 폭기조 슬러지를 채취하여 jar-test를 실시한 결과와 비교하였다. 실험 결과는 플록 크기와 슬러지 탈수성의 지표로서 비여과저항(SRF, Specific Resistance of Filtration)을 측정하여 비교하였다. 응집제 주입량이 증가할수록 $10{\mu}m$ 이하의 플록의 비율이 저감되었으며 탈수성이 증가하였다. 그러나 jar-test 결과와 비교하였을 때, 폭기의 전단력에 의해 그 효과가 저감된 것을 알 수 있었다. 응집제를 주입한 경우 주입하지 않은 경우보다 운전지속시간이 연장되었다 운전지속시간이 응집제 주입량에 비례하여 증가하지는 않았는데, 이는 연속적인 폭기의 전단력으로 인해 $10{\mu}m$ 이하의 입자가 충분히 저감되지 않았기 때문인 것으로 생각된다. 또한 응집제 주입량이 과도하면 오히려 여과저항을 증가시키는 결과를 초래하는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to investigate effect of coagulation on filtration performance of membrane in submerged MBR system and influence of continuous aeration to reduce fouling of membrane surface on coagulated floc. For this purpose, aeration tank sludge of MBR system was compared with jar-test sludge. The experimental results were analysed in terms of floc size and SRF (Specific resistance of Filtration). The more alum was added, the more content of floc below $10{\mu}m$ reduced and SRF decreased. But compared with jar-test results, it was found that effect of coagulation on MBR floc was reduced. Operation time of membrane in alum added MBR was longer than that in control MBR. But operation time was not proportional to alum dose. It was thought that the result was reason that floc below $10{\mu}m$ was not reduced sufficiently by shear force of continuous aeration. Moreover it was founded that if alum is added more than proper dose, it brings filtration resistance to increase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

MBR 공정은 침전조 를 분리막이 대체하므로 발생되는 잉여슬러지는 호기 조 내 슬러지이다. 따라서 본 연구에서는 정밀여과 투 과성능 뿐만 아니라 잉여슬러지의 탈수성까지 고려하 여 10 μm 이하의 플록의 비율을 측정하였다.
따라서, 본 연구에서는 연속적으로 폭기되는 MBR 공정에 응집제를 주입했을 때와 급속교반 및 완속교반 을 실시하여 응집(coagulation) 및 플록형성(floccula tion) 된 슬러지의 입자크기 분포와 비여과저항을 비교 하였다. 또한 연속공정으로서의 침지형 MBR 공정에 응집제를 주입하였을 때, 연속폭기가 응집 플록에 미치는 영향과 응집이 분리막 여과저항에 미치는 영향을 연 구하고자 하였다.

제안 방법

Fig. 1과 같이 Lab scale A/O (Anaerobic/Oxic) MBR 공정을 2조로 구성하여 투과플럭스 20 LMH (liters/m2 . hr)로 운전하였으며 한 조에는 인 제거율의 향상을 위해 막이 침지된 호기조에 응집제를 유입원수유량 대 비 11, 22, 44 ppm으로 변화시키면서 운전하였다. 다른 한 조에는 응집제를 주입하지 않은 상태에서 같은 조건 으로 운전하였다.
MBR 공정에서 응집제 주입 유무 및 주입농도에 따른 운전성능을 알아보았다. Fig.
따라서, 본 연구에서는 연속적으로 폭기되는 MBR 공정에 응집제를 주입했을 때와 급속교반 및 완속교반 을 실시하여 응집(coagulation) 및 플록형성(floccula tion) 된 슬러지의 입자크기 분포와 비여과저항을 비교 하였다. 또한 연속공정으로서의 침지형 MBR 공정에 응집제를 주입하였을 때, 연속폭기가 응집 플록에 미치는 영향과 응집이 분리막 여과저항에 미치는 영향을 연 구하고자 하였다.
인 제거율이 안정되 어 MBR 공정이 안정화 되었다고 판단되었을 때 각 조의 호기조 슬러지를 채취하여 입자분포와 비여과저항 을 측정하였다. 또한 응집제를 주입하지 않은 MBR 공 정의 슬러지를 채취하여 jar-test를 실시하였으며 각 조 건에서의 활성슬러지 입자크기 분포와 비여과저항을 측정하였다. MBR 공정의 원수는 합성원수를 조제하여 사용하였으며 사용한 분리막은 침지형 평막으로 원수 조건 및 운전조건은 Table 1과 같다.
응집제를 주입하는 MBR 공정의 호기조 슬러지를 채 취하여 1 L의 비이커에 슬러지를 500 mL씩 채운 뒤, 각각 응집제를 5.5, 11, 22, 44 ppm 주입하여 250 rprn 에서 급속교반 30초, 45 rpm이에서 완속교반 1분으로 응 집 및 플록형성을 시행하였다.
유기물 및 질소 . 인 제거율이 안정되 어 MBR 공정이 안정화 되었다고 판단되었을 때 각 조의 호기조 슬러지를 채취하여 입자분포와 비여과저항 을 측정하였다. 또한 응집제를 주입하지 않은 MBR 공 정의 슬러지를 채취하여 jar-test를 실시하였으며 각 조 건에서의 활성슬러지 입자크기 분포와 비여과저항을 측정하였다.

대상 데이터

또한 응집제를 주입하지 않은 MBR 공 정의 슬러지를 채취하여 jar-test를 실시하였으며 각 조 건에서의 활성슬러지 입자크기 분포와 비여과저항을 측정하였다. MBR 공정의 원수는 합성원수를 조제하여 사용하였으며 사용한 분리막은 침지형 평막으로 원수 조건 및 운전조건은 Table 1과 같다.
응집제는 하수처리 공정에서 일반적으로 이용되는 11 % 황산알루미늄(Alun^ Aluminium sulfate 14~18H2O) 을 사용하였다.
비여과저항은 Buchner funnel test 장치를 이용하였는더〕, 눈금이 표시된 실린더와 Bii- chner funnel 및 진공펌프로 구성되어 있다. 탈수시의 진공펌프의 압력은 약 26 inHg (0.9 kgf/cn?)이었으며 사용된 여과지는 TOYO 2 (직경 70 mm), 탈수실험에 사용된 시료의 양은 50 mL로 하였다.

성능/효과

1) MBR 공정에서 5.5, 11, 22, 44 ppm의 alum을 주 입한 경우, 막오염 및 슬러지 탈수성에 영향을 미치는 10 gm 이하의 입자 비율이 응집제를 주입하지 않은 경 우에 비해 각각 4.8, 20, 23.3, 32.8% 감소하였다.
2) 침지형 MBR 공정에 응집제를 주입한 경우와 급 속교반과 완속교반을 실시하여 입자크기를 증가시키는 jar-test의 플록 크기 분포를 비교하였을 때, 두 경우 모 두 응집제 주입량이 증가할수록 10 gm 이하의 플록의 비율이 감소하였다. 그러나 침지형 MBR에서는 연속적 인 폭기의 전단력으로 인해 jar-test를 행한 경우보다 3 〜5배 정도 감소율이 낮았다.
3) 응집에 의해 10 nm 이하의 플록 비율이 감소하는 경향과 유사하게 슬러지의 탈수성이 증가하는 경향을 보였다. 즉 10 nm 이하의 플록 비율이 감소할수록 시 스템에서 배출되는 잉여슬러지의 탈수성이 향상되는 것을 확인하였다.
4) alum의 주입으로 5.5, 11, 22 ppm에서 운전지속시 간이 각각 1.5, 1.7, 2.2배 연장되었다. 응집제 인 제거 율의 증가를 위해 MBR 공정에 주입되는 응집제가 분 리막의 여과저항을 감소시켜 운전지속시간을 연장시키는 것을 알 수 있었다.
57%를 차지하였다. Fig. 6에서와 같이 MBR 공정에 응집제를 주입하였을 때, 10 gm 이하의 입자의 비율은 주입하지 않은 M^R에서보다 감소하였지만 응 집과 플록형성을 통해 플록 크기가 증가한 jar-test 결과 보다는 낮은 감소율을 보였다. 이는 MBR에서는 막면 의 오염 방지를 위해 연속적으로 공기를 공급하는데,이 공기의 전단력 때문에 플록형성 조건이 형성되기 어 렵기 때문인 것으로 생각된다.
5, 11, 22 ppm에서 한계저항에 도달 하는 운전기간은 각각 38, 44, 56일이었다. alum의 주 입으로 운전지속시간이 각각 1.5, 1.7, 2.2배 연장됨을 알 수 있었다. 응집제의 주입으로 인해 MBR 공정의 운 전지속시간이 연장되었지만 주입되는 응집제의 농도만 큼 여과저항이 큰 감소를 보이지 않는 것은 분리막의 오염 방지를 위해 연속적으로 공급되는 공기의 전단력 으로 인해 투과능에 영향을 미치는 플록(10 gm 이하)의 감소율이 크지 않았기 때문인 것으로 생각된다.
2배 연장되었다. 응집제 인 제거 율의 증가를 위해 MBR 공정에 주입되는 응집제가 분 리막의 여과저항을 감소시켜 운전지속시간을 연장시키는 것을 알 수 있었다. 그러나 응집제 농도에 비례하여 운전지속기간이 연장되지 않는 것은 10 |im 이하 입자 의 감소율 또한 응집제 농도에 비례하지 않았기 때문인 것으로 사료된다.
5, 11, 22, 44 ppm이 되도록 alum을 주입하였을 때, 10|im 이하 크기의 호기조 활성슬러지 입도분포와 jar-test 실험에서의 입도분포 결과이다. 응집제를 투입하지 않 고 운전한 MBR에서 호기조 활성슬러지의 10 gm 이하 크기의 플록의 비율은 12.75%였다. 각각의 응집제 주 입 량에 따른 10 gm 이하의 MBR 플록과 jar-test 플록 의 비율을 Table 2에 정리하였다.
3) 응집에 의해 10 nm 이하의 플록 비율이 감소하는 경향과 유사하게 슬러지의 탈수성이 증가하는 경향을 보였다. 즉 10 nm 이하의 플록 비율이 감소할수록 시 스템에서 배출되는 잉여슬러지의 탈수성이 향상되는 것을 확인하였다.
03x 1012 cm/g로 응집제 주입량이 증가할수록 두 조건 사이 의 슬러지 탈수성의 차이가 증가하는 결과가 나타났다. 즉 입도 분포 결과에 기인하여 10 pm 이하의 입자 비 율이 감소할수록 탈수성도 증가하는 것이 확인되었다.

참고문헌 (16)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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