광촉매 및 세라믹 정밀여과 혼성공정에 의한 고탁도 원수의 고도정수처리: 물 역세척시 유기물의 영향 Advanced Water Treatment of High Turbidity Source by Hybrid Process of Photocatalyst and Ceramic Microfiltration: Effect of Organic Materials in Water-back-flushing원문보기
고탁도 원수의 고도정수처리를 위해 관형 세라믹 정밀여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이의 공간에 광촉매를 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구(bead)에 $TiO_2$ 분말을 플라즈마 화학증착(chemical vapor deposition) 공정으로 코팅한 것이다. 정수 원수 중 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항($R_f$)이 감소하고 J가 증가하여 2 mg/L에서 가장 높은 총여과부피($V_T$)를 얻었다. 탁도 및 $UV_{254}$ 흡광도의 처리효율은 각각 98.5% 및 85.7% 이상이었다. MF 공정 및 MF + $TiO_2$ 공정, MF + $TiO_2$ + UV 공정의 막여과 및 광촉매 흡착, 광산화의 처리 분율을 알아본 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 10.7, 8.6% 이상이었다.
고탁도 원수의 고도정수처리를 위해 관형 세라믹 정밀여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이의 공간에 광촉매를 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구(bead)에 $TiO_2$ 분말을 플라즈마 화학증착(chemical vapor deposition) 공정으로 코팅한 것이다. 정수 원수 중 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항($R_f$)이 감소하고 J가 증가하여 2 mg/L에서 가장 높은 총여과부피($V_T$)를 얻었다. 탁도 및 $UV_{254}$ 흡광도의 처리효율은 각각 98.5% 및 85.7% 이상이었다. MF 공정 및 MF + $TiO_2$ 공정, MF + $TiO_2$ + UV 공정의 막여과 및 광촉매 흡착, 광산화의 처리 분율을 알아본 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 10.7, 8.6% 이상이었다.
For advanced drinking water treatment of high turbidity water, we used the hybrid module that was composed of photocatalyst packing between outside of tubular ceramic microfiltration membrane and membrane module inside. Photocatalyst was PP (polypropylene) bead coated $TiO_2$ powder by CV...
For advanced drinking water treatment of high turbidity water, we used the hybrid module that was composed of photocatalyst packing between outside of tubular ceramic microfiltration membrane and membrane module inside. Photocatalyst was PP (polypropylene) bead coated $TiO_2$ powder by CVD (chemical vapor deposition) process. Instead of natural organic matters (NOM) and fine inorganic particles in natural water source, modified solution was prepared with humic acid and kaolin. Water-back-flushing of 10 sec was performed per every period of 10 min to minimize membrane fouling. Resistance of membrane fouling ($R_f$) decreased and J increased as concentration of humic acid changed from 10 mg/L to 2 mg/L, and finally the highest total permeate volume ($V_T$) could be obtained at 2 mg/L. Then, treatment efficiencies of turbidity and $UV_{254}$ absorbance were above 98.5% and 85.7%, respectively. As results of treatment portions by membrane filtration, photocatalyst adsorption, and photo-oxidation in MF, MF + $TiO_2$, and MF + $TiO_2$ + UV processes, turbidity was treated little by photocatalyst adsorption, and photo-oxidation. However, treatment portions of humic acid by adsorption and photo-oxidation were above 10.7 and 8.6%, respectively.
For advanced drinking water treatment of high turbidity water, we used the hybrid module that was composed of photocatalyst packing between outside of tubular ceramic microfiltration membrane and membrane module inside. Photocatalyst was PP (polypropylene) bead coated $TiO_2$ powder by CVD (chemical vapor deposition) process. Instead of natural organic matters (NOM) and fine inorganic particles in natural water source, modified solution was prepared with humic acid and kaolin. Water-back-flushing of 10 sec was performed per every period of 10 min to minimize membrane fouling. Resistance of membrane fouling ($R_f$) decreased and J increased as concentration of humic acid changed from 10 mg/L to 2 mg/L, and finally the highest total permeate volume ($V_T$) could be obtained at 2 mg/L. Then, treatment efficiencies of turbidity and $UV_{254}$ absorbance were above 98.5% and 85.7%, respectively. As results of treatment portions by membrane filtration, photocatalyst adsorption, and photo-oxidation in MF, MF + $TiO_2$, and MF + $TiO_2$ + UV processes, turbidity was treated little by photocatalyst adsorption, and photo-oxidation. However, treatment portions of humic acid by adsorption and photo-oxidation were above 10.7 and 8.6%, respectively.
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문제 정의
이러한 모사용액에서 카올린의 농도를 일정하게 고정한 후, 휴믹산의 농도를 변화시켜 가면서 고도정수 처리시 여과인자와 처리효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한, 자외선 조사 없이 광촉매만 투입한 공정과 정밀여과 단독으로 고도정수처리할 경우 여과인자와 처리효율의 변화도 고찰하여, 본 혼성 공정에서 광촉매에 의한 흡착 및 광산화, 정밀여과의 역할에 대하여 규명하였다.
본 연구에서는 관형 세라믹 정밀여과막(HCMT-7231) 및 광촉매 혼성공정에서 유기물질이 막오염에 끼치는 영향을 살펴보기 위해, 카올린 농도를 30 mg/L로 일정하게 하고 휴믹산의 농도를 2, 4, 6, 8, 10 mg/L로 변화시켰다. 그리고 TiO2 코팅 PP구는 40 g/L로 충전하였다.
제안 방법
3) MF 공정 및 MF + TiO2 공정, MF + TiO2 + UV 공정의 탁도 및 휴믹산 처리효율 결과로부터 막여과 및 광촉매 흡착, 광산화의 처리 분율을 계산하였다. 휴믹산 4 mg/L인 경우에는 광촉매 흡착과 광산화에 의한 탁도 처리가 전혀 없었으나, 휴믹산 6 mg/L인 경우에 광촉매 흡착과 광산화가 미비하지만 탁도 처리에 작용하였다.
또한 세라믹 분리막과 TiO2 코팅 PP구를 통과한 처리수를, PP구의 크기보다 훨씬 작은 공경을 갖는 100 mesh 크기의 망을 설치한 모듈 출구를 통과시켜, 막모듈 안의 PP구가 처리수의 관로로 유실되는 것을 방지하였다. UV 램프를 모듈 양측에 설치하여, 실험하는 동안 자외선을 조사하였다.
각각의 실험이 종료된 후 공급수로 사용한 모사용액을 배수한 다음, 15분 동안 수돗물을 순환시키면서 실험장치 및 분리막을 세척하였다. 그 다음 혼성모듈에서 광촉매 코팅 PP구를 분리한 후, 세라믹 분리막을 탈착하였다.
또한 공급탱크에는 교반기를 설치하여 연속적으로 교반시켜, 공급수가 균질한 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 공급수는 펌프(procon, Standex Co., U.S.A.)에 의해 공급탱크로부터 막 모듈 안으로 유입되며, 유입유량은 유량계(NP-127, Tokyo Keiso, Japan)를 이용하여 측정하였다. 막 모듈에서의 유량과 압력은 펌프 우회관과 농축수 라인의 밸브를 조절하여 일정하게 하였다.
코팅구를 충전한 후, 막 모듈을 유입관 및 농축관, 투과관, 역세척관과 연결하였다. 공급탱크에 10L의 모사용액을 채우고, 항온순환기(Model 1146, VWR, U.S.A.)를 이용하여 공급수의 온도를 일정하게 유지하였다. 또한 공급탱크에는 교반기를 설치하여 연속적으로 교반시켜, 공급수가 균질한 상태를 유지할 수 있도록 하였다.
광촉매와 관형 세라믹 정밀여과의 혼성공정에서 유기물질의 농도가 미치는 영향을 살펴보기 위하여, 모사용액의 카올린 농도를 30 mg/L로 일정하게 유지하고 휴믹산의 농도를 2∼10 mg/L로 변화시켰다.
한편, 광촉매에 의한 광산화를 위해, 막 모듈 외부에 UV 램프 2개를 설치하여 UV를 조사하였다. 그리고 휴믹산의 농도가 여과인자 즉, 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J) 및 무차원화한 투과선속(J/J0)에 미치는 영향을 알아보았다. 이러한 여과인자들은 직렬 여과저항 모델식(Resistance-in-series model)[38]을 이용하여 선행 연구 결과 [27]의 방법으로 계산하였다.
)를 이용하여 공급수의 온도를 일정하게 유지하였다. 또한 공급탱크에는 교반기를 설치하여 연속적으로 교반시켜, 공급수가 균질한 상태를 유지할 수 있도록 하였다. 공급수는 펌프(procon, Standex Co.
0℃로 일정하게 하였으며, 이것은 선행 연구결과[27-29]와 동일한 조건이다. 또한, 막오염을 최소화하기 위하여, 물 역세척을 10분 주기 마다 10초 동안 실시하였다.
막 모듈에서의 유량과 압력은 펌프 우회관과 농축수 라인의 밸브를 조절하여 일정하게 하였다. 또한, 세라믹 막과 광촉매에 의해 처리된 투과수의 부피는 전자저울(Ohaus, U.S.A.)로 무게를 측정하여 투과선속을 계산하였다.
한편, 여과 시간 및 역세척 시간 조절을 위하여 투과액 배출구와 역세척조의 처리수 배출구와 역세척수의 모듈 내 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(solenoid valve: CKD, Japan)를 설치하였다. 또한, 원활한 역세척이 이루어질 수 있도록 역세척 동안 막 내부의 압력을 낮추기 위하여 막 모듈의 우회관에 솔레노이드 밸브를 장착하여, 역세척시 공급수는 막 모듈 내로 공급되지 않고 우회관을 통해 공급탱크로 순환되게 하였다. 이들 다섯 개의 솔레노이드 밸브는 모두 하나의 시간 제어계(twin timer: OMRON, Japan)에 연결 부착되어 밸브의 개⋅폐가 동시에 일어나며, 역세척시 처리수는 질소탱크의 압력에 의해 막 모듈의 하단부를 통하여 역세척이 수행된다[27].
또한, 혼성 공정에서 발생하는 막오염을 최소화하고 투과선속을 향상시키기 위하여, 물 역세척을 주기 10분마다 역세척 시간 10초 동안 주기적으로 실시하였다.
막 모듈 내부와 관형 분리막 외부 사이에 40g/L의 농도로 TiO2 코팅구를 충전한 후, 막 모듈을 유입관 및 농축관, 투과관, 역세척관과 연결하였다. 공급탱크에 10L의 모사용액을 채우고, 항온순환기(Model 1146, VWR, U.
모사용액은 카올린(kaolin, Sigma-Aldrich)과 휴믹산(humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여, 카올린의 농도를 30 mg/L로 고정하고 휴믹산의 농도를 2, 4, 6, 8, 10 mg/L 로 각각 제조하여 사용하였다.
본 연구에서는 고탁도 원수의 고도정수처리를 위하여, 탁도 처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 용존 유기물 처리를 위한 광촉매 공정을 하나의 모듈로 구성하였다. 이러한 혼성공정에서 발생하는 막오염을 최소화하기 위하여, 카올린과 휴믹산으로 구성된 모사용액을 대상으로 10분 주기로 물 역세척을 10초씩 실시하였으며, 용존 유기물을 대체한 휴믹산 농도의 변화 실험으로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 기존에 사용한 세라믹 정밀여과막 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 물 역세척을 실시하면서, 정수처리의 대상이 되는 자연산유기물 중 상당부분을 차지할 것이라 생각되는 휴믹산(humic acid)과 점토계 탁도 유발물질인 카올린(kaolin)으로 구성된 모사용 액을 대상으로 고도정수처리를 수행하였다. 이러한 모사용액에서 카올린의 농도를 일정하게 고정한 후, 휴믹산의 농도를 변화시켜 가면서 고도정수 처리시 여과인자와 처리효율에 미치는 영향을 살펴보았다.
25 N 수산화나트륨 수용액에 각각 1일 및 3시간 동안 화학세정을 실시하였다. 새로운 조건에서 운전하기 전에 세정을 실시한 막을 모듈에 설치한 후, 1차 증류수로 정상 운전하면서 투과량을 측정하여 막의 성능 회복여부를 확인하였다.
그리고 TiO2 코팅 PP구는 40 g/L로 충전하였다. 위 조건에서 180분 여과하는 동안 전체 운전시간에 따른 막오염에 대한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 관찰하였다. 한편, 광촉매 흡착 및 광산화, 정밀여과의 처리 분율을 알아보기 위하여, UV 조사 없이 광촉매만 충전시킨 경우와 정밀여과만으로 실험을 수행하여 그 결과 비교하였다.
본 연구에서는 기존에 사용한 세라믹 정밀여과막 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 물 역세척을 실시하면서, 정수처리의 대상이 되는 자연산유기물 중 상당부분을 차지할 것이라 생각되는 휴믹산(humic acid)과 점토계 탁도 유발물질인 카올린(kaolin)으로 구성된 모사용 액을 대상으로 고도정수처리를 수행하였다. 이러한 모사용액에서 카올린의 농도를 일정하게 고정한 후, 휴믹산의 농도를 변화시켜 가면서 고도정수 처리시 여과인자와 처리효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한, 자외선 조사 없이 광촉매만 투입한 공정과 정밀여과 단독으로 고도정수처리할 경우 여과인자와 처리효율의 변화도 고찰하여, 본 혼성 공정에서 광촉매에 의한 흡착 및 광산화, 정밀여과의 역할에 대하여 규명하였다.
본 연구에서는 고탁도 원수의 고도정수처리를 위하여, 탁도 처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 용존 유기물 처리를 위한 광촉매 공정을 하나의 모듈로 구성하였다. 이러한 혼성공정에서 발생하는 막오염을 최소화하기 위하여, 카올린과 휴믹산으로 구성된 모사용액을 대상으로 10분 주기로 물 역세척을 10초씩 실시하였으며, 용존 유기물을 대체한 휴믹산 농도의 변화 실험으로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
정수처리의 대상이 되는 자연산유기물 중 상당 부분을 차지하는 휴믹물질과 탁도를 유발하는 점토성 무기물과 같은 미세 무기 입자를 모사하기 위하여 카올린과 휴믹산을 사용하였다[27]. 모사용액은 카올린(kaolin, Sigma-Aldrich)과 휴믹산(humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여, 카올린의 농도를 30 mg/L로 고정하고 휴믹산의 농도를 2, 4, 6, 8, 10 mg/L 로 각각 제조하여 사용하였다.
탁도 및 용존 유기물 처리를 위하여, 세라믹 분리막과 모듈(module) 사이에 TiO2 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅시킨 4∼6 mm 직경의 PP(polypropylene)구로 채워 하나의 막모듈 형태로 구성하였다.
한편, 혼성모듈을 통한 탁도 및 용존 유기물질의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석 하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100 N, Hach, U.S.A.)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존 유기물의 지표로 사용되는 UV254 흡광도는 UV spectrophotometer (Genesys 10 UV, Thermo, U.
그 다음 혼성모듈에서 광촉매 코팅 PP구를 분리한 후, 세라믹 분리막을 탈착하였다. 탈착 후 관형 세라믹 정밀여과막을 550℃에서 30분간 강열한 다음, 15% 질산 수용액과 0.25 N 수산화나트륨 수용액에 각각 1일 및 3시간 동안 화학세정을 실시하였다. 새로운 조건에서 운전하기 전에 세정을 실시한 막을 모듈에 설치한 후, 1차 증류수로 정상 운전하면서 투과량을 측정하여 막의 성능 회복여부를 확인하였다.
위 조건에서 180분 여과하는 동안 전체 운전시간에 따른 막오염에 대한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 관찰하였다. 한편, 광촉매 흡착 및 광산화, 정밀여과의 처리 분율을 알아보기 위하여, UV 조사 없이 광촉매만 충전시킨 경우와 정밀여과만으로 실험을 수행하여 그 결과 비교하였다. 모든 실험에서 다른 운전 변수인 막간압력차 (TMP)는 1.
또한, 혼성 공정에서 발생하는 막오염을 최소화하고 투과선속을 향상시키기 위하여, 물 역세척을 주기 10분마다 역세척 시간 10초 동안 주기적으로 실시하였다. 한편, 광촉매에 의한 광산화를 위해, 막 모듈 외부에 UV 램프 2개를 설치하여 UV를 조사하였다. 그리고 휴믹산의 농도가 여과인자 즉, 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J) 및 무차원화한 투과선속(J/J0)에 미치는 영향을 알아보았다.
한편, 여과 시간 및 역세척 시간 조절을 위하여 투과액 배출구와 역세척조의 처리수 배출구와 역세척수의 모듈 내 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(solenoid valve: CKD, Japan)를 설치하였다. 또한, 원활한 역세척이 이루어질 수 있도록 역세척 동안 막 내부의 압력을 낮추기 위하여 막 모듈의 우회관에 솔레노이드 밸브를 장착하여, 역세척시 공급수는 막 모듈 내로 공급되지 않고 우회관을 통해 공급탱크로 순환되게 하였다.
한편, 혼성모듈을 통한 탁도 및 용존 유기물질의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석 하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100 N, Hach, U.
)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존 유기물의 지표로 사용되는 UV254 흡광도는 UV spectrophotometer (Genesys 10 UV, Thermo, U.S.A.) 를 이용하여 측정하였다. 일반적으로 상수원수에 존재하는 용존 유기물의 양을 표시하는 방법 중의 하나로 많이 사용되는 방법은 UV254 흡광물질의 양으로 표시하는 방법이다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 관형 세라믹 정밀여과막(HCMT-7231)은 관형(tubular type)으로 α-alumina 지지층에 같은 재질인 α-alumina로 코팅 한 것이며, 나노기공소재(주)에서 구입하였다.
이론/모형
그리고 휴믹산의 농도가 여과인자 즉, 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J) 및 무차원화한 투과선속(J/J0)에 미치는 영향을 알아보았다. 이러한 여과인자들은 직렬 여과저항 모델식(Resistance-in-series model)[38]을 이용하여 선행 연구 결과 [27]의 방법으로 계산하였다.
성능/효과
1) 휴믹산의 농도가 높아질수록 농도분극 현상 및 막오염이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 휴믹산의 농도가 낮아질수록, 막오염이 서서히 진행되어 투과선속 J가 완만하게 감소하고 최종투과선속인 180분 운전 후 J가 증가하였다.
2) 휴믹산의 농도와 상관없이 탁도의 평균 처리효율은 98.0% 이상으로 거의 일정하게 우수한 처리효율을 나타났다. 한편, 공급수의 UV254 흡광도는 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 이에 비례하여 증가하였고, 처리수의 UV254 흡광도도 역시 공급수의 휴믹산 농도의 영향을 받아 증가하였다.
휴믹산의 농도가 10 mg/L에서 2 mg/L로 감소함에 따라, 막오염이 서서히 진행되어 투과선속이 완만하게 감소하고 J180이 증가하였다. 결국, 막오염에 의한 저항이 가장 낮은 휴믹산의 농도 2 mg/L일 때 가장 높은 투과선속을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 휴믹산 농도 6∼10 mg/L인 경우 최종 투과선속이 거의 유사한 값을 보였다.
공급수의 탁도는 29.6∼36.2 NTU이였으며, 처리수의 탁도는 0.283∼0.588 NTU로 휴믹산의 농도와 상관없이 탁도의 평균 처리효율은 98.0% 이상으로 거의 일정하게 우수한 처리효율을 나타났다.
2에 나타내었다. 그 결과, Fig. 2에서 보는 바와 같이 휴믹산의 농도가 10 mg/L에서 2 mg/L로 낮아질수록, 운전시간에 따른 Rf가 감소하였다. 특히, 휴믹산 농도가 6 mg/L에서 4 mg/L로 낮추었을 때, 가장 큰 폭으로 Rf가 감소하였다.
4에 운전시간에 따라 나타냈다. 그 결과, 투과선속을 나타낸 Fig. 3과 거의 일치하는 형태로, 휴믹산 농도가 낮아짐에 따라 운전시간에 따른 J/J0의 감소는 상당히 둔화되어, 더 높은 J/J0를 유지하였다. 또한, 휴믹산 농도가 4 mg/L에서 2 mg/L로 변화시켰을 때 J/J0는 가장 큰 증가폭을 보였고, 2 mg/L 일 때 180분 운전 후 최종 J/Jo는 가장 높았다.
그러나, 휴믹산의 처리효율을 나타내는 UV254 흡광도의 처리효율은 정밀여과 단독공정인 경우는 72.0%이지만, 광촉매가 투입되면 82.7%로 증가하였고, UV를 조사하여 광산화가 발생시키면 95.5%로 급격히 높아졌다.
탁도 및 용존 유기물 처리를 위하여, 세라믹 분리막과 모듈(module) 사이에 TiO2 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅시킨 4∼6 mm 직경의 PP(polypropylene)구로 채워 하나의 막모듈 형태로 구성하였다. 또한 세라믹 분리막과 TiO2 코팅 PP구를 통과한 처리수를, PP구의 크기보다 훨씬 작은 공경을 갖는 100 mesh 크기의 망을 설치한 모듈 출구를 통과시켜, 막모듈 안의 PP구가 처리수의 관로로 유실되는 것을 방지하였다. UV 램프를 모듈 양측에 설치하여, 실험하는 동안 자외선을 조사하였다.
007 cm-1로 증가하였다. 또한 휴믹산의 처리효율은 휴믹산 농도 2 mg/L에서 가장 낮은 85.7%를 보였고, 휴믹산의 농도가 증가할수록 처리효율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다.
한편, 공급수의 UV254 흡광도는 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 이에 비례하여 증가하였고, 처리수의 UV254 흡광도도 역시 공급수의 휴믹산 농도의 영향을 받아 증가하였다. 또한 휴믹산의 처리효율은 휴믹산 농도 2 mg/L에서 가장 낮은 85.9%를 보였고, 휴믹산의 농도가 증가할수록 처리효율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다.
9%로 다소 감소하였다. 또한, MF + TiO2 + UV 공정에서 휴믹산의 처리효율은 휴믹산의 농도 6 mg/L일 때 96.9%로, 휴믹산 농도 4 mg/L일 때 95.5% 보다 다소 증가하였다. 이러한 결과로부터 유기물의 농도가 높을 경우 광촉매에 의한 흡착 및 광산화가 유기물의 처리에 더 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
3과 거의 일치하는 형태로, 휴믹산 농도가 낮아짐에 따라 운전시간에 따른 J/J0의 감소는 상당히 둔화되어, 더 높은 J/J0를 유지하였다. 또한, 휴믹산 농도가 4 mg/L에서 2 mg/L로 변화시켰을 때 J/J0는 가장 큰 증가폭을 보였고, 2 mg/L 일 때 180분 운전 후 최종 J/Jo는 가장 높았다. 역시 휴믹산 농도 6∼10 mg/L인 경우 최종 J/J0은 거의 유사한 값을 보였다.
1) 휴믹산의 농도가 높아질수록 농도분극 현상 및 막오염이 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 휴믹산의 농도가 낮아질수록, 막오염이 서서히 진행되어 투과선속 J가 완만하게 감소하고 최종투과선속인 180분 운전 후 J가 증가하였다. 한편, 무차원화한 투과선속 J/J0도 역시 휴믹산 농도가 2 mg/L일 때 가장 높았다.
분리막을 이용한 수처리에서는 원수의 성상에 따른 막 재질 및 모듈의 선정이 중요하며, 운전 방법에 따라 분리막의 효율성과 경제성에 커다란 차이가 난다. 본 연구대상이 고탁수의 처리인 점을 감안 할 때 고분자 분리막에 비해 수명이 길고, 기계적 강도가 우수하며, 내마모성 및 내화학성이 우수한 세라믹 분리막을 이용하는 것이 적합하다고 판단된다.
5%로 급격히 높아졌다. 이러한 결과는 광촉매에 의한 흡착 및 광산화가 탁도 처리에는 영향을 끼치지 못하지만, 휴믹산과 같은 유기물 처리에는 효과적이라는 것을 보여주는 결과이다.
휴믹산의 농도가 가장 낮은 2 mg/L 용액에서 Rf,180은 가장 낮고 J180은 가장 높게 나타나, 가장 많은 VT를 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, 휴믹산과 같은 유기물이 광촉매와 세라믹 정밀여과 혼성공정을 이용한 정수처리시 막오염을 일으키는 중요한 요인이라는 것을 알 수 있었다.
90 L를 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, 휴믹산과 같은 자연산 유기물이 세라믹 정밀여과와 광촉매 혼성공정을 이용한 정수처리시 막오염을 일으키는 중요한 요인이라는 것을 알 수 있었다.
5% 보다 다소 증가하였다. 이러한 결과로부터 유기물의 농도가 높을 경우 광촉매에 의한 흡착 및 광산화가 유기물의 처리에 더 효과적이라는 것을 알 수 있었다.
휴믹산 농도가 2 mg/L일 경우에는 다른 조건에서보다 운전 초기부터 모든 시간 동안 Rf는 가장 낮았다. 이러한 결과로부터 휴믹산의 농도가 높아질수록, 농도분극 현상 및 막오염이 상당히 증가하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 주기적 물 역세척을 실시하면서 세라믹 정밀 여과와 활성탄 혼성공정으로 수행한 선행 연구결과[29]와 일치하는 것이다.
Table 10에서 보는 바와 같이, J0 및 Rm, Rb는 거의 일정한 값을 나타내고 있다. 최종 막오염의 저항 Rf,180은 공정이 단순화 될수록 증가하였고, 최종 투과선속 J180은 감소하여 MF + TiO2 + UV 공정에서 가장 큰 총여과부피 VT를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 공정이 단순화 될수록 처리되지 않은 유기물에 의한 막오염이 급격하게 증가하여 투과선속이 감소하기 때문이다.
한편, 모든 조건에서 운전 초기의 막오염은 급격하게 진행되었으며, 운전시간이 경과함에 따라 Rf는 휴믹산 농도 2∼6 mg/L인 경우 90분 이후부터 거의 일정하게 유지되는 경향을 나타냈다.
휴믹산 4 mg/L인 경우에는 광촉매 흡착과 광산화에 의한 탁도 처리가 전혀 없었으나, 휴믹산 6 mg/L인 경우에 광촉매 흡착과 광산화가 미비하지만 탁도 처리에 작용하였다. 휴믹산 6 mg/L에서 광촉매 흡착에 의한 휴믹산 처리 분율은 휴믹산 4 mg/L에서 보다 다소 증가하였으나, 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 조금 감소하였다. 휴믹산의 처리효율은 공정이 단순화 될수록 휴믹산 농도가 4 mg/L인 경우보다 더 급격하게 감소하였다.
8%로 나타났다. 휴믹산 6mg/L에서 광촉매 흡착에 의한 휴믹산 처리 분율은 13.6%로 휴믹산 4 mg/L에서 보다 다소 증가하였으나, 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 8.6%로 조금 감소하였다. 하지만 전체적인 휴믹산 처리효율은 휴믹산 4 mg/L 보다 6 mg/L에서 1.
한편, 무차원화한 투과선속 J/J0도 역시 휴믹산 농도가 2 mg/L일 때 가장 높았다. 휴믹산의 농도가 가장 낮은 2 mg/L 용액에서 Rf,180은 가장 낮고 J180은 가장 높게 나타나, 가장 많은 VT를 얻을 수 있었다. 이러한 결과로 볼 때, 휴믹산과 같은 유기물이 광촉매와 세라믹 정밀여과 혼성공정을 이용한 정수처리시 막오염을 일으키는 중요한 요인이라는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자연산유기물이란 무엇인가?
한편, 정수처리 공정에서 소독제와 반응하여 THMs (trihalomethanes)과 같은 소독부산물(DBPs, disinfection by-products)을 생성하는 전구물질로 알려져 있는 자연산유기물(NOM, natural organic matters)을 효과적으로 처리하는 것이 주요한 현안으로 대두되고 있다[5]. 자연산유기물은 매우 복잡한 유기화합물질로 모든 물에서 발견이 되며, 일반적으로 수변지역과 수환경 중에서의 생물학적 활동을 통해 만들어진 단백질, 다당류, 휴믹물질을 말한다. NOM 중 상당부분을 차지하는 휴믹물질 (humic substance)은 서로 다른 유기화합물로 이루어진 복잡한 혼합물의 일종으로 주로 휴믹산과 펄빅산으로 구성되며, 이들은 동물과 식물의 생물분해에 의해서 생 성되는 것으로 알려져 있다.
정수처리공정에 막여과를 이용할 경우 기존의 정수처리공정보다 좋은 점은 무엇인가?
정수처리공정에 막여과를 이용할 경우, 응집-침전-모래여과-소독 공정으로 구성된 종래의 정수처리 공정보다 많은 장점을 지닌다. 우선 기존의 모래여과를 대신하는 막 여과 공정은 현탁 물질 및 입자상 물질, 그리고 미생물에 대하여 안정적이면서도 완벽한 분리성능을 나타낸다. 또한 막 여과 공정은 간결한 공정 구성이 가능하며, 침전 공정을 생략함으로써 설비를 간소화 할 수 있고, 물리적인 처리 방법이므로 대상 원수의 성질 상태의 변동 등에 따라서 처리수의 수질이 크게 좌우되 지 않고 비교적 안정적이며 양호하다[4].
정수처리 공정에서 주요한 현안으로 대두되고 있는 것은 무엇인가?
한편, 정수처리 공정에서 소독제와 반응하여 THMs (trihalomethanes)과 같은 소독부산물(DBPs, disinfection by-products)을 생성하는 전구물질로 알려져 있는 자연산유기물(NOM, natural organic matters)을 효과적으로 처리하는 것이 주요한 현안으로 대두되고 있다[5]. 자연산유기물은 매우 복잡한 유기화합물질로 모든 물에서 발견이 되며, 일반적으로 수변지역과 수환경 중에서의 생물학적 활동을 통해 만들어진 단백질, 다당류, 휴믹물질을 말한다.
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