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완속모래여과 공정에서 세라믹 MF 막의 적용
Application of Ceramic MF Membrane at the Slow Sand Filtration Process 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.35 no.12, 2013년, pp.877 - 882  

최광훈 (두산중공업) ,  박종율 (메타워터) ,  김수한 (부경대학교 토목공학과) ,  김정숙 (동서대학교 에너지환경공학과) ,  강임석 (부경대학교 환경공학과)

초록
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최근 음용수를 위한 UF, MF 막의 적용이 증가하고 있다. UF/MF 막은 재래식 수처리 공정에 비하여 원수 수질 변화에도 안정적인 운전이 가능하고 부지 면적이 작으며 자동화 운전이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 현재 대부분의 UF/MF 막시설은 고분자 막을 사용하고 있다. 최근 세라믹 막은 고분자막에 비하여 경쟁력이 있다고 알려지고 있다. 세라믹 막은 높은 투과유량과 약품세정 빈도가 작으며 막의 수명 또한 길어 최근 적용 사례가 증가하고 있다. 따라서 본 연구는 MF 세라믹 막 pilot plant를 완속모래여과 정수장에 적용하였다. 본 연구에 사용된 세라믹 Pilot plant는 3개의 계열이 있으며, 각 계열별로 원수와 모래 여과수를 막의 유입수로 각각 사용하였다. 또한 세라믹 막 공정의 최적화를 위하여 전처리 응집공정으로서 PACl 응집제를 사용하였다. 그리고 화학세정(Chemical Enhanced Backwashing, CEB)은 황산 (500 mg/L)과 차아염소산 (200 mg/L)을 1.5일에 1번씩 모든 계열에 주입하여 이루어졌다. 본 연구 결과 세라믹 막 공정의 전처리 응집공정에서 최적의 응집제 사용은 막의 유입수로 원수와 모래 여과수에 대한 막의 flux를 크게 증가시켰다. 또한 본 연구에서 사용된 최적 응집제 주입량에서 차압상승률은 원수(25 mg/L)의 경우 2.173 kPa/cycle이며, 모래 여과수(5 mg/L)의 경우 0.301 kPa/cycle으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The application of ultrafiltration (UF) and microfiltration (MF) membranes has been increased for drinking water purification. The advantages of UF/MF membrane process compared to conventional treatment processes are stable operation under varying feed water quality, smaller construction area, and a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 5) 완속여과는 응집공정과 역세척 공정이 없는 등 운전이 간단하지만, 일시적인 고탁도나 조류 의 대량 유입 시 여과 장애 및 각종 수질 변화에 취약점이 있다.6) 따라서 본 연구에서는 완속여과 공정의 대체를 검토하고 있는 B 정수장에 막여과 공정으로서 세라믹 막의 적용성을 검토하고자 하였다. 특히 본 연구에서는 세라믹 막 공정의 도입 시 기존의 완속여과공정의 전면 대체 또는 기존 완속여과 공정의 개선이라는 2가지 조건의 전제하에 막의 유입수로 상수원수와 완속 모래여과수를 각각 적용하여 비교 검토하였다.
  • 본 연구는 기존의 완속모래여과 공정에 세라믹 MF 막여과 공정의 적용성을 검토하기 위하여 1.0 m3/day/train 규모의 세라믹 막 pilot plant를 운전하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

가설 설정

  • 7은 앞서 실험한 pilot plant 최적 응집제 주입량 조건인 원수 25 mg/L와 모래여과수 5 mg/L를 사용하여 세라믹 막의 정치세정(Clean in place, CIP)까지의 주기를 산정한 결과이다. 본 실험에서는 막 제조사의 권고에 따라 세라믹 막의 정치세정을 위한 막의 한계차압은 100 kPa로 정하였다. 이는 막간차압이 높으면 높을수록 세라믹 막 내의 fouling 물질들의 압밀도가 증가하여 물리세정, 화학세정, 정치세정공정을 진행함에 있어 fouling 물질의 제거 효율이 감소하는 것을 방지하기 위함이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
완속여과의 장단점은? 현재 우리나라 정수장 약 600여개 중 완속여과를 사용하고 있는 정수장은 약 200여개가 있는데, 그 중 부산의 B 정수장은 약 8000 m3/day 규모의 완속여과 정수장이다.5) 완속여과는 응집공정과 역세척 공정이 없는 등 운전이 간단하지만, 일시적인 고탁도나 조류 의 대량 유입 시 여과 장애 및 각종 수질 변화에 취약점이 있다.6) 따라서 본 연구에서는 완속여과 공정의 대체를 검토하고 있는 B 정수장에 막여과 공정으로서 세라믹 막의 적용성을 검토하고자 하였다.
세라믹 막은 어떤 환경에서의 공정에 적합한가? 이는 유기막의 보편화로 가격 경쟁에 있어서 무기막에 비해 월등히 유리하고, 제조가 더 쉬우며 오랫동안 다양하게 적용되어 왔기 때문이다. 그러나 세라믹 막은 특히 고온, 극한 화학약품을 사용하는 환경에서의 공정에 적합하다.2) 이 때문에 세라믹 막은 석유화학, 전기 산업, 가스 분리뿐만 아니라 식품, 음료, 생명공학과 제약계 등 다양한 분야에서 많이 적용시키고 있다.
현재 가동되고 있는 UF/MF 막 공정에는 고분자 유기막이 주로 사용되고 있는 이유는 무엇인가? 1) 현재 가동되고 있는 UF/MF 막 공정에는 고분자 유기막이 주로 사용되고 있다. 이는 유기막의 보편화로 가격 경쟁에 있어서 무기막에 비해 월등히 유리하고, 제조가 더 쉬우며 오랫동안 다양하게 적용되어 왔기 때문이다. 그러나 세라믹 막은 특히 고온, 극한 화학약품을 사용하는 환경에서의 공정에 적합하다.
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참고문헌 (10)

  1. Cabassud, C., Anselme, C., Bersillon, J. L. and Aptel, P., "Ultrafiltration as a nonpolluting alternative to traditional clarification in water treatment," Filtrat. Sep., 28(3), 194-198(1991). 

  2. Niina, L., "Development of a ceramic membrane filtration equipment and its applicability for different wastewaters," Lappeenranta University of Technology, Finland, pp. 1-126(2002). 

  3. Garmash, E. P., Kryuchkov, Y. N. and Pavlikov, V. N., "Ceramic membranes for ultra and microfiltration," Glass Ceramics., 52(6), 150-152(1995). 

  4. Meyn, T. and Leiknes, T. O., "Comparison of optional process configurations and operating conditions for ceramic membrane MF coupled with coagulation/flocculation pretreatment for the removal of NOM in drinking water production," Water Supply, Res. Technol. Aqua., 59(2), 81-91(2010). 

  5. Water Management Information System, http://www.wamis.go.kr(2013). 

  6. Joslin, W. R., "Slow Sand Filtration: A Case Study in the Adoption and Diffusion of a New Technology," Water Works Assoc., J. New England, pp. 294-303(1997). 

  7. Lahoussineturcaud, V., Weisner, M. R., Bottero, J. Y. and Mallevialle, J., "Coagulation pretreatment for ultrafiltration of a surface water," Am. Water Works Ass., 82(12), 76-81(1990). 

  8. Wang, S. H., "Application of UF membrane to slow sand filtration process," Master's Thesis, Pukyong National University, Korea(2008). 

  9. Meyn, T., Altmann, J. and Leiknes, T. O., "Direct surface water treatment with coagulation/ceramic microfiltration Minimization of flocculation pretreatment," Desalination Water Treatment(2010). 

  10. Wiesner, M. R., Clark, M. M. and Mallevaille, J., "Membrane Filtration of Coagulated Suspensions," J. Environ. Eng., ASCE, 115, 20-40(1989). 

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