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관형 알루미나 정밀여과와 광촉매 코팅 폴리프로필렌 구의 혼성 수처리: 질소 역세척 주기와 시간의 영향
Hybrid Water Treatment of Tubular Alumina MF and Polypropylene Beads Coated with Photocatalyst: Effect of Nitrogen Back-flushing Period and Time 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.23 no.3, 2013년, pp.226 - 236  

박진용 (한림대학교 환경생명공학과) ,  최민지 (한림대학교 환경생명공학과) ,  마정규 (한림대학교 환경생명공학과)

초록
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관형 알루미나 정밀여과와 이산화티타늄 광촉매 코팅 PP (polypropylene) 구의 혼성공정에서 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)의 영향을 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J), 총여과부피($V_T$)의 관점에서 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용한 기존 결과와 비교하였다. 일반적인 역세척 방법인 공기가 아닌 질소로 역세척을 한 이유는 공기에 포함된 산소에 의해 수질분석에 영향을 줄 가능성을 최소화하기 위한 것이다. FT가 짧아질수록 $R_f$는 감소하고, J와 $V_T$는 증가하였다. 용존유기물의 평균 처리효율은 82.0%로 PES 구 결과의 78.0% 보다 높았다. 이러한 결과는 광촉매 코팅 PP 구가 광촉매 첨가 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거한다는 것을 의미한다. BT가 길어질수록 최종 $R_f$는 감소하고 최종 J는 증가하였지만, $V_T$는 BT 15초에서 최대값을 보였다. 탁도의 평균 처리효율은 BT 변화에 따라 특별한 경향을 보이지 않았다. BT가 6초에서 30초로 증가함에 따라 용존유기물의 처리효율은 11.8% 증가하여, PES 구의 결과보다 다소 크게 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The effect of $N_2$ back-flushing period (FT) and time (BT) was compared with the previous result used PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide photocatalyst in hybrid process of alumina microfiltration and PP (polypropylene) beads coated with photocatalyst in viewpoints ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 탁질 제거를 위한 관형 알루미나 정밀여과와 용존유기물 제거를 위한 이산화티타늄 광촉매를 코팅한 PP 구를 하나의 막 모듈로 구성하여, 카올린과 휴믹산의 모사용액을 대상으로 질소 역세척 주기 및 시간에 따른 막여과 인자와 처리효율을 알아 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 탁도 유발물질의 효율적인 제거를 위한 관형 알루미나 정밀여과막과 용존유기물을 처리를 위한 광촉매 코팅 PP 구를 하나의 모듈형태로 구성하여, 휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 질소 역세척 주기(filtration period, FT)와 시간(back-flusing time, BT)을 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한, 본 연구팀에서 동일한 알루미나 정밀여과막과 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone)구를 사용하여 질소 역세척 조건의 영향을 고찰한 결과[21]와 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은? 고도정수처리 방법 중 하나인 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은 광촉매에 빛에너지로 사용되는 자외선(UV)을 조사하면, 광촉매가 빛에너지를 흡수하고, 조사한 빛의 파장에 의해 전자(e-)가 전위대(conduction band, CB)로 전도된다. 이로 인해 생성된 양공(hole, h+)은 수중 수산화이온과 반응하여 OH 라디칼을 생성하고, 전도된 전자는 용존산소와 반응한 후 몇 단계 반응을 거쳐 OH 라디칼을 생성한다. 생성된 OH 라디칼이 결과적으로 다양한 형태의 오염물을 산화시키는 것으로 알려져 있다[8]. 광촉매 반응을 통한 처리효율은 광촉매의 입자 크기나 비표면적, 오염물질의 특성, 농도나 반응조의 구성 등에 따라 결과가 다양하게 나타난다.
광촉매를 이용한 처리기술은 무엇에 탁월한가? 광촉매를 이용한 처리기술은 오염된 폐수 및 정수처리 과정에서 난분해성 유기물을 처리하는데 효과적인 방법으로 인식되고[1,2], 유기염소화합물이나 중금속, 미생물 및 NOX와 같은 다양한 오염물을 제거하는데 탁월한 것으로 알려져 있다[3]. 수십 년 전부터 고도정수처리를 위한 정밀여과(MF) 및 한외여과(UF), 나노여과(NF), 역삼투(RO)에 대한 연구[4,5]가 주목을 받고 있으며, 광촉매와 분리막이 하나의 공정으로 이루어진 혼성공정에 대한 연구가 지속적으로 진행 중이다[6,7].
폴란드의 광촉매와 분리막을 이용한 수처리 연구 동향은 어떠한가? 독일 Warnecke 연구팀에서는 PAN 정밀여과막에 광촉매를 고정화한 광촉매 분리막을 사용하여 폐수 중 용존 오염물질을 분해하는 연구를 발표하였다[13]. 폴란드 Karakulski 연구팀은 한외여과 및 광촉매 혼성 공정으로 배 밑 부분에 고인 물(bilge water)의 기름 성분을 제거하는 연구를 진행하였다[14]. 독일 W.
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참고문헌 (28)

  1. H. Zhang, X. Quan, S. Chen, H, Zhao, and Y. Zhao, "Fabrication of photocatalytic membrane and evaluation its efficiency in removal of organic pollutants from water", Sep. Pur. Tech., 50, 147 (2006). 

  2. H. Yamashita, H. Nakao, M. Takeuchi, Y. Nakatani, and M. Anpo, "Coating of $TiO_{2}$ photo catalysts on super-hydrophovic porous teflon membrane by an ion assisted deposition method and their self-cleaning performanc", Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., 206, 898 (2003). 

  3. K. W. Park, K. H. Choo, and M. H. Kim, "Use of a combined photocatalysis/microfiltration system for natural organic matter removal", Membrane Journal, 14, 149 (2004). 

  4. J. U. Kim, "A study on drinking water treatment by using ceramic membrane filtration", Master Disserationm, Yeungnam Univ., Daegu, Korea (2004). 

  5. C. K. Choi, "Membrane technology", Chem. Ind. & Tech., 3, 264 (1985). 

  6. R. Molinari, F. Pirillo, M. Falco, V. Loddo, and L. Palmisano, "Photocatalytic degradation of dyes by using a membrane reactor", Chem. Eng. Proc., 43, 1103 (2004). 

  7. T. H. Bae and T. M. Tak, "Effect of $TiO_{2}$ nanoparticles on fouling mitigation of ultrafiltration membranes for activated sludge filtration", J. Membr. Sci., 49, 1 (2005). 

  8. R. Molinari, C. Grande, and E. Drioli, "Photocatalytic membrane reactors for degradation of organic pollutants in water", Cata. Today, 67, 273 (2001). 

  9. I. R. Bellobono and B. Barni, F. Gianturco, "Preindustrial experience in advanced oxidation and integral photodegradation of organics in potable waters and wastewaters by PHOTHOPERMTM membranes immobilizing titanium dioxide and promoting photocatalysts", J. Membr. Sci., 102, 139 (1995). 

  10. R. Molinari, M. Mungari, E. Drioli, A. D. Paola, V. Loddo, L. Palmisano, and M. Schiavello, "Study on a photocatalytic membrane reactor for water purification", Catal. Today, 55, 71 (2000). 

  11. R. Molinari, C. Grande, E. Drioli, L. Palmisano, and M. Schiavello, "Photocatalytic membrane reactors for degradation of organic pollutants in water", Catal. Today, 67, 273 (2001). 

  12. R. Molinari, L. Palmisano, E. Drioli, and M. Schiavello, "Studies on various reactor configurations for coupling photocatalysis and membrane process in water purification", J. Membr. Sci., 206, 399 (2002). 

  13. J. Kleine, K. V. Peinemann, C. Schuster, and H. J. Warnecke, "Multifunctional system for treatment of wastewaters from adhesive-producing industries: separation of solids and oxidation of dissolved pollutants using doted microfiltation membranes", Chem. Eng. Sci., 57, 1661 (2002). 

  14. K. Karakulski, W.A. Morawski, and J. Grzechulska, "Purification of bilge water by hybrid ultrafiltration and photocatalytic process", Sep. Pur. Tech., 14, 163 (1998). 

  15. W. Xi and S. U. Geissen, "Separation of titanium dioxide from photocatalytically treated water by cross-flow microfiltration", Wat. Res., 35, 1256 (2001). 

  16. K. Azrague, E. Puech-Costes, P. Aimar, M.T. Maurette, and F. Benoit-Marquie, "Membrane photoreactor (MPR) for the mineralisation of organic pollutants from turbid effluents", J. Membr. Sci., 258, 71 (2005). 

  17. M. Pidou, S.A. Parsons, G. Raymond, P. Jeffery, T. Stephenson, and B. Jefferson, "Fouling control of a membrane coupled photocatalytic process treating greywater", Wat. Res., 43, 3932 (2009). 

  18. K.-J. Hwang and Y.-J. Wu, "Flux enhancement and cake formation in air-sparged cross-flow microfiltration", Chem. Eng. J., 139, 296 (2008). 

  19. K.-J. Hwang and C.-. Hsu, "Effect of gas-liquid flow pattern on air-sparged cross-flow microfiltration of yeast suspension", Chem. Eng. J., 151, 160 (2009). 

  20. M. Mayer, R. Braun, and W. Fuchs, "Comparison of various aeration devices for air sparging in crossflow membrane filtration", J. Membr. Sci., 277, 258 (2006). 

  21. S. T. Hong and J. Y. Park, "Hybrid water treatment of tubular ceramic MF and photocatalyst loaded polyethersulfone beads: effect of nitrogen backflushing period and time", Membrane Journal, 23, 70 (2013). 

  22. M. Cheryan, "Ultrafiltraion Handbook", pp. 89-93, Technomic Pub. Co., Pennsylvania (1984). 

  23. J. Y. Park and S. B. Sim, "Advanced water treatment of high turbidity source by hybrid process of photocatalyst and alumina microfiltration: effect of organic matters in nitrogen back-flushing", Membrane Journal, 22, 441 (2012). 

  24. D.-J. Kim, J.-Y. Kang, and K.-S. Kim, "Preparation of TiO2 thin films on glass beads by a rotating plasma reactor", J. Ind. & Eng. Chem., 16, 997 (2010). 

  25. J. Y. Park, S. J. Choi, and B. R. Park, "Effect of $N_{2}$ -back-flushing in multichannels ceramic microfiltration system for paper wastewater treatment", Desalination, 202, 207 (2007). 

  26. J. Y. Park and S. H. Lee, "Effect of water-backflushing in advanced water treatment system by tubular alumina ceramic ultrafiltration membrane", Membrane Journal, 19, 194 (2009). 

  27. H. C. Lee, J. H. Cho, and J. Y. Park, "Effect of water-back-flushing time and period in advanced water treatment system by ceramic microfiltration", Membrane Journal, 18, 26 (2008). 

  28. J. Y. Yun, "Removal of natural organic matter in Han River water by GAC and O3/GAC", Master Dissertation, Univ. of Seoul, Seoul, Korea (2007). 

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