관형 세라믹 정밀여과와 광촉매 첨가 PES 구를 이용한 혼성 수처리 공정에서 pH 및 산소 역세척의 영향 Effect of pH and Oxygen Back-flushing on Hybrid Water Treatment of Tubular Ceramic MF and Photocatalyst Loaded Polyethersulfone Beads원문보기
고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄($TiO_2$) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 pH 및 산소 역세척의 영향을 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J), 총여과부피($V_T$)의 관점에서 고찰하였다. pH가 높아질수록 $R_f$가 감소하고, J는 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로 pH 9에서 최대의 $V_T$를 나타내었다. 탁도의 처리효율은 pH와 무관하게 98.7~99.0%의 비슷한 처리효율을 보였다. 용존유기물질(DOM)의 처리효율은 pH가 높아질수록 감소하였다. 산소와 질소 역세척의 차이를 비교한 결과, $R_{f,180}$ 값이 산소 역세척 시 질소보다 낮게 나타났고, 초기투과선속($J_0$)으로 무차원 화한 최종투과선속($J_{180}/J_0$)은 역세척 주기(FT) 10분과 12분을 제외하고 산소 역세척이 질소 보다 높게 유지되었다. 산소 역세척 시 탁도물질의 처리효율은 질소 보다 다소 높게 나타났지만, 그 차이는 미비하다. 질소 역세척 시 DOM의 처리율은 산소보다 높게 나타났다. 또한, 포화산소 조건에서 탁도물질의 처리율은 산소 또는 질소 역세척 경우와 비슷하게 나타났지만, 포화산소가 광촉매와 반응하여 OH 라디칼을 생성하였기 때문에 DOM의 처리효율은 큰 폭으로 증가하였다.
고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄($TiO_2$) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 pH 및 산소 역세척의 영향을 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J), 총여과부피($V_T$)의 관점에서 고찰하였다. pH가 높아질수록 $R_f$가 감소하고, J는 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로 pH 9에서 최대의 $V_T$를 나타내었다. 탁도의 처리효율은 pH와 무관하게 98.7~99.0%의 비슷한 처리효율을 보였다. 용존유기물질(DOM)의 처리효율은 pH가 높아질수록 감소하였다. 산소와 질소 역세척의 차이를 비교한 결과, $R_{f,180}$ 값이 산소 역세척 시 질소보다 낮게 나타났고, 초기투과선속($J_0$)으로 무차원 화한 최종투과선속($J_{180}/J_0$)은 역세척 주기(FT) 10분과 12분을 제외하고 산소 역세척이 질소 보다 높게 유지되었다. 산소 역세척 시 탁도물질의 처리효율은 질소 보다 다소 높게 나타났지만, 그 차이는 미비하다. 질소 역세척 시 DOM의 처리율은 산소보다 높게 나타났다. 또한, 포화산소 조건에서 탁도물질의 처리율은 산소 또는 질소 역세척 경우와 비슷하게 나타났지만, 포화산소가 광촉매와 반응하여 OH 라디칼을 생성하였기 때문에 DOM의 처리효율은 큰 폭으로 증가하였다.
The effects of pH and oxygen back-flushing were investigated in hybrid process of ceramic microfiltration and PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide ($TiO_2$) photocatalyst for advanced drinking water treatment in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$
The effects of pH and oxygen back-flushing were investigated in hybrid process of ceramic microfiltration and PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide ($TiO_2$) photocatalyst for advanced drinking water treatment in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$), permeate flux (J), and total permeate volume ($V_T$). As increasing pH, $R_f$ decreased and J increased. Finally the maximum $V_T$ could be acquired at pH 9. Treatment efficiencies of turbidity was almost same independent of pH. Treatment efficiency of dissolved organic matters (DOM) decreased as increasing pH. As results of comparing the oxygen and nitrogen back-flushing, $R_{f,180}$ at oxygen back-flushing was the lower than that at nitrogen back-flushing, and the dimensionless final permeate flux ($J_{180}/J_0$) by initial permeate flux ($J_0$) at oxygen back-flushing was maintained the higher than that at nitrogen back-flushing except 10 and 12 min of back-flushing period (FT). Treatment efficiency of turbidity at oxygen back-flushing was a little higher than that at nitrogen back-flushing. Treatment efficiency of the DOM at nitrogen back-flushing was the higher than that at oxygen back-flushing. Also, treatment efficiency of turbidity at saturated oxygen was similar with those of oxygen and nitrogen back-flushing, but the treatment efficiency of DOM was increased significantly because OH radical could be generated by reaction between saturated oxygen and photocatalyst.
The effects of pH and oxygen back-flushing were investigated in hybrid process of ceramic microfiltration and PES (polyethersulfone) beads loaded with titanium dioxide ($TiO_2$) photocatalyst for advanced drinking water treatment in viewpoints of membrane fouling resistance ($R_f$), permeate flux (J), and total permeate volume ($V_T$). As increasing pH, $R_f$ decreased and J increased. Finally the maximum $V_T$ could be acquired at pH 9. Treatment efficiencies of turbidity was almost same independent of pH. Treatment efficiency of dissolved organic matters (DOM) decreased as increasing pH. As results of comparing the oxygen and nitrogen back-flushing, $R_{f,180}$ at oxygen back-flushing was the lower than that at nitrogen back-flushing, and the dimensionless final permeate flux ($J_{180}/J_0$) by initial permeate flux ($J_0$) at oxygen back-flushing was maintained the higher than that at nitrogen back-flushing except 10 and 12 min of back-flushing period (FT). Treatment efficiency of turbidity at oxygen back-flushing was a little higher than that at nitrogen back-flushing. Treatment efficiency of the DOM at nitrogen back-flushing was the higher than that at oxygen back-flushing. Also, treatment efficiency of turbidity at saturated oxygen was similar with those of oxygen and nitrogen back-flushing, but the treatment efficiency of DOM was increased significantly because OH radical could be generated by reaction between saturated oxygen and photocatalyst.
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문제 정의
동일한 광촉매 첨가 PES 구와 정밀여과의 혼성수처리에서 질소 역세척한 결과[28]와 본 연구의 산소 역세척 결과를 고찰하였다. 또한, 공급수 내 산소를 포화시켜 포화 산소가 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 알아보았다.
동일한 광촉매 첨가 PES 구와 정밀여과의 혼성수처리에서 질소 역세척한 결과[28]와 본 연구의 산소 역세척 결과를 고찰하였다. 또한, 공급수 내 산소를 포화시켜 포화 산소가 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 알아보았다. 모사용액은 카올린과 휴믹산 농도를 각각 30 mg/L와 10 mg/L로 유지시키고, PES 구의 농도를 40 g/L로, BT 10초로 고정하고, 역세척 기체를 질소 대신 산소로 교체하여 본 연구를 진행하였다.
휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 pH와 산소 역세척 주기를 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한, 공급수 내 산소를 포화시켰을 때 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 알아보았다.
또한, 산소 역세척 주기(FT, filtration time)의 영향 실험에서는 산소 역세척 주기를 NBF (no back-flushing), 20, 14, 12, 10, 8, 6분으로 변화시키면서 FT의 영향을 알아보았다. 또한, 공급액을 산소로 포화시켜 포화된 산소가 처리효율과 막오염에 어떠한 영향을 미치는지 고찰하였다. 각 조건에서 180분 여과하는 동안 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과 선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 살펴보았다.
본 연구에서는 고탁도 원수의 고도정수처리를 위하여 탁질 제거를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 용존유기물 제거를 위한 이산화티타늄 광촉매를 탑재한 PES 구를 하나의 막 모듈로 구성하여, 카올린과 휴믹물질로 구성된 모사용액을 대상으로 pH 및 산소 역세척 주기, 포화 산소에 따른 막여과 특성 및 처리효율을 알아 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
최근 기계적 강도와 내화학성이 우수하여 각광 받고 있는 세라믹 분리막의 외부에 광촉매를 충전시킨 고기능 광촉매 구와 세라믹 분리막의 혼성공정에 대한 연구는 본 연구팀을 제외하고 국내외적으로 전혀 이루어지지 않고 있는 상태이다. 특히 광촉매와 분리막의 혼성 수처리 공정에서 pH와 산소 역세척이 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 고찰한 연구는 본 논문이 첫 시도이다.
제안 방법
그 다음 막 모듈에서 TiO2 광촉매 첨가 PES 구를 분리한 후, 세라믹 분리막을 탈착하였다. NCMT-7231 분리막의 경우 탈착 후 550℃에서 30분간 강열한 후에, 15% 질산 수용액과 0.25 N 수산화나트륨 수용액에 각각 1일 및 3시간 동안 화학세정을 실시하고 증류수에 보관을 하였다. 새로운 조건에서 운전하기 전에 막을 모듈에 설치한 후, 1차 증류수로 정상 운전하면서 투과량을 측정하여 막의 성능 회복여부를 확인하였다[23].
또한, 공급액을 산소로 포화시켜 포화된 산소가 처리효율과 막오염에 어떠한 영향을 미치는지 고찰하였다. 각 조건에서 180분 여과하는 동안 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과 선속(J), 무차원화한 투과선속(J/J0), 총여과부피(VT)의 변화를 살펴보았다. 모든 실험에서 막간압력차(TMP)는 1.
관형 세라믹 정밀여과막(NCMT-7231) 및 TiO2 첨가 PES 구의 혼성공정에서 PES 구의 농도를 40 g/L, 모사용액은 카올린 농도를 30 mg/L, 휴믹산의 농도 10 mg/L로 일정하게 유지하고, pH를 변화시키면서 그 영향에 대하여 알아보았다.
광촉매와 세라믹 정밀여과의 혼성 수처리 공정에서 pH가 막오염 및 처리율에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 공급수로 사용할 모사용액은 카올린과 휴믹산 농도를 각각 30 mg/L와 10 mg/L로 유지시키고, TiO2 광촉매 첨가 PES 구의 농도를 40 g/L로, 질소 역세척 FT 10분, BT 10초로 고정한 다음, pH는 5.08, 6.19, 6.92, 7.06, 8.11, 9.10로 변화시켰다.
첨가 PES 구의 혼성공정에서 PES 구의 농도를 40 g/L, 모사용액은 카올린 농도를 30 mg/L, 휴믹산의 농도 10 mg/L로 일정하게 유지하고, pH를 변화시키면서 그 영향에 대하여 알아보았다. 또한, 산소 역세척 주기(FT, filtration time)의 영향 실험에서는 산소 역세척 주기를 NBF (no back-flushing), 20, 14, 12, 10, 8, 6분으로 변화시키면서 FT의 영향을 알아보았다. 또한, 공급액을 산소로 포화시켜 포화된 산소가 처리효율과 막오염에 어떠한 영향을 미치는지 고찰하였다.
모든 실험에서 막간압력차(TMP)는 1.80 bar, 역세척 압력은 2.50 bar, 유입유량은 1.0 L/min, 공급수의 온도는 20 ± 1.0℃, 역세척 주기는 10분, 역세척 시간(back-flushing time, BT)은 10초로 일정하게 하였다.
또한, 공급수 내 산소를 포화시켜 포화 산소가 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 알아보았다. 모사용액은 카올린과 휴믹산 농도를 각각 30 mg/L와 10 mg/L로 유지시키고, PES 구의 농도를 40 g/L로, BT 10초로 고정하고, 역세척 기체를 질소 대신 산소로 교체하여 본 연구를 진행하였다. Table 4에 산소 역세척과 포화 산소 및 기존 연구결과인 질소 역세척[28]의 여과인자를 정리하였다.
분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다. 본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다. 역세척 효과에 대한 실험을 위하여 투과액 배출구와 질소 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(solenoid valve : CKD, Japan)를 설치하였고, 막 투과압력에 관계없이 역세척 동안 막의 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 막의 우회관을 솔레노이드 밸브를 장착하였다.
본 연구에서는 고도수처리를 목적으로 탁질의 효율적인 제거를 위한 관형 세라믹 정밀여과막과 용존유기물(DOM, dissolved organic matter)의 제거를 위한 광촉매 첨가 PES 구를 하나의 모듈형태로 구성하였다. 휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 pH와 산소 역세척 주기를 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다.
)에 의해 공급탱크 내부의 원수가 막 모듈 안으로 원수가 유입되고, 펌프 우회관을 설치하여 분리막에서 유량과 압력을 조절할 수 있도록 하였다. 분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다. 본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다.
25 N 수산화나트륨 수용액에 각각 1일 및 3시간 동안 화학세정을 실시하고 증류수에 보관을 하였다. 새로운 조건에서 운전하기 전에 막을 모듈에 설치한 후, 1차 증류수로 정상 운전하면서 투과량을 측정하여 막의 성능 회복여부를 확인하였다[23].
본 여과장치는 위쪽 지지체를 조정이 가능하게 설치하여, 막 모듈의 크기가 다른 경우에도 쉽게 장착하여 실험할 수 있도록 하였다. 역세척 효과에 대한 실험을 위하여 투과액 배출구와 질소 투입구에 각각 솔레노이드 밸브(solenoid valve : CKD, Japan)를 설치하였고, 막 투과압력에 관계없이 역세척 동안 막의 내부 압력을 일정하게 유지시키기 위하여 막의 우회관을 솔레노이드 밸브를 장착하였다. 이들 세 개의 솔레노이드 밸브는 모두 하나의 시간 제어계(twin timer : Omron, Japan)에 연결 부착되어 밸브의 개·폐가 동시에 일어난다.
정수처리의 대상이 되는 자연산 유기물 중 상당 부분을 차지하는 휴믹물질과 탁도를 유발하는 점토성 무기물과 같은 미세 무기 입자를 모사하기 위하여 카올린과 휴믹산을 사용하였다. 모사용액은 카올린(kaolin, Sigma Aldrich)과 휴믹산(humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여 일정한 농도로 조제하여 사용하였다[21,22].
혼성모듈을 통한 탁질 및 용존유기물의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석하였으며, 실험장치의 운전 후 30분 간격으로 공급탱크와 처리수 라인에서 시료를 채취하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100N, Hash, U.S.A)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존유기물의 지표로 사용 되는 UV254 흡광도는 UV spectrophotometer (GENESYS 10 UV, Thermo, U.
)와 연결하여 온도를 20℃로 일정하게 유지하였다. 펌프(Procon, Standex Co.)에 의해 공급탱크 내부의 원수가 막 모듈 안으로 원수가 유입되고, 펌프 우회관을 설치하여 분리막에서 유량과 압력을 조절할 수 있도록 하였다. 분리막의 유량은 유량계(RMB-85D, Dwyer)로 측정하고, 입구와 출구부에 각각 6 bar까지 측정할 수 있는 압력계를 설치하여 막 내에서 압력차를 측정하였다.
혼성모듈을 통한 탁질 및 용존유기물의 처리효율을 알아보기 위하여 공급수 및 처리수의 수질을 분석하였으며, 실험장치의 운전 후 30분 간격으로 공급탱크와 처리수 라인에서 시료를 채취하였다. 탁도(turbidity)는 turbidity meter (2100N, Hash, U.
A)를 사용하여 직접 측정하였다. 휴믹산과 같은 용존유기물의 지표로 사용 되는 UV254 흡광도는 UV spectrophotometer (GENESYS 10 UV, Thermo, U.S.A)를 이용하여 측정하였다[24].
본 연구에서는 고도수처리를 목적으로 탁질의 효율적인 제거를 위한 관형 세라믹 정밀여과막과 용존유기물(DOM, dissolved organic matter)의 제거를 위한 광촉매 첨가 PES 구를 하나의 모듈형태로 구성하였다. 휴믹산과 카올린의 농도가 일정한 조건에서 pH와 산소 역세척 주기를 변화시키면서 막오염과 처리효율에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한, 공급수 내 산소를 포화시켰을 때 처리효율과 막오염에 미치는 영향을 알아보았다.
대상 데이터
정수처리의 대상이 되는 자연산 유기물 중 상당 부분을 차지하는 휴믹물질과 탁도를 유발하는 점토성 무기물과 같은 미세 무기 입자를 모사하기 위하여 카올린과 휴믹산을 사용하였다. 모사용액은 카올린(kaolin, Sigma Aldrich)과 휴믹산(humic acid sodium salt, Aldrich) 일정량을 증류수에 녹여 일정한 농도로 조제하여 사용하였다[21,22].
본 연구에서 사용한 관형 세라믹 정밀여과막(NCMT7231)은 관형(tubular type)으로 α-alumina 지지층에 같은 재질인 α-alumina로 코팅한 것이며, 나노기공소재 (주)에서 구입하였다.
본 연구에서 사용한 광촉매는 이탈리아의 E. Drioli 연구팀[20]에서 이산화티타늄 (TiO2) 분말과 PES (polyethersulfone) 혼합액을 상역전(phase inversion) 방법으로 형성시킨 PES 마이크로구(microsphere)이고, PES 구의 직경은 1.2∼1.4 mm이다.
이론/모형
본 연구팀에서 지속적으로 활용해 왔던 직렬 여과저항 모델(Resistance-in-series model)[18]을 사용하여, 실험 결과로부터 압력차를 추진력으로 하는 막분리 공정에서 발생하는 여과저항과 투과선속 (J)을 계산하였다.
성능/효과
1) pH가 높아질수록 막오염은 감소하고, 투과선속이증가하였으며, 결과적으로 총여과부피가 증가하는 경향이 나타났다. 특히 pH 6.
2) FT 10분을 제외하고 모든 범위에서 산소 역세척의 Rf,180 값이 질소 역세척의 값보다 적게 나타났다. J180/J0 값은 FT 10분과 12분의 경우를 제외하고 산소 역세척의 J180/J0 값이 질소 역세척의 값 보다 크게 나타났다.
3) 산소 역세척이 질소 역세척보다 탁도 처리율이 다소 크게 나타났지만 그 차이는 극히 미비하다. 산소와 질소 역세척 시 DOM 처리율은 FT 10분을 제외하고 질소가 산소 보다 높게 나타났다.
4) 공급수 내 산소를 포화시켰을 경우, 포화산소의 탁도물질 처리율은 산소와 질소 역세척의 탁도물질 처리율과 비슷한 결과를 보였다. 반면에 DOM의 처리효율을 크게 향상 시켰다.
Fig 7에 산소와 질소 역세척 및 포화 산소 조건에서 DOM의 처리효율을 나타내었다. FT 10분을 제외하고 DOM의 처리율이 질소 역세척이 산소 역세척 보다 높게 나타났고, 특히 FT 12분 이상에서는 큰 차이를 보였다. 산소와 질소 역세척 및 포화 산소 조건에서 DOM의 처리효율을 정리한 Table 6에서 보는 바와 같이, FT 12분 이상에서는 0.
pH가 높아질수록 최종 막오염의 저향(Rf,180)이 감소하고, 최종 투과선속(J180)은 증가하여, 총여과부피(VT) 가 증가하는 결과를 나타내었다. pH가 가장 낮은 5.08의 Rf,180은 pH가 가장 높은 9.10의 Rf,180값 보다 2.04배증가하였으며, J180값도 pH 5.08 보다 pH 9.10에서 1.63배 증가하였다. 결과적으로 pH 9.
Table 1에서 pH 변화에 따른 여과인자를 정리하였다. pH가 높아질수록 최종 막오염의 저향(Rf,180)이 감소하고, 최종 투과선속(J180)은 증가하여, 총여과부피(VT) 가 증가하는 결과를 나타내었다. pH가 가장 낮은 5.
3) 산소 역세척이 질소 역세척보다 탁도 처리율이 다소 크게 나타났지만 그 차이는 극히 미비하다. 산소와 질소 역세척 시 DOM 처리율은 FT 10분을 제외하고 질소가 산소 보다 높게 나타났다. 이러한 결과는 질소 역세척의 경우 막오염이 산소 역세척 보다 상대적으로 높아서 DOM이 막 내부의 막오염 물질과 막표면의 케이크 층에서 효과적으로 제거된 것으로 판단된다.
5에서 보는 바와같이, FT 10분과 12분의 경우를 제외하고 산소 역세척의 J180/J0 값이 질소 역세척의 값 보다 크게 나타났다. 이러한 결과로부터 산소 역세척이 질소 보다 막오염을 효과적으로 억제하여, 높은 투과선속을 유지할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
5에서 보는 바와같이, FT 10분과 12분의 경우를 제외하고 산소 역세척의 J180/J0 값이 질소 역세척의 값 보다 크게 나타났다. 이러한 결과로부터 산소 역세척이 질소 보다 막오염을 효과적으로 억제하여, 높은 투과선속을 유지할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
FT 10분을 제외하고 모든 범위에서 산소 역세척의 Rf,180 값이 질소 역세척의 값보다 적게 나타났다. 이러한 결과로부터 산소 역세척이 질소보다 막오염을 감소시키는 효과가 있고, 역세척 주기가 짧을수록 산소 역세척의 효과가 크다는 것을 알 수 있었다. 그 이유는 산소 역세척 시 투입된 산소가 광촉매와 반응하여 OH 라디칼을 생성시켜 유기물을 분해 및 산화시킴으로써, 막오염이 감소한 것으로 판단된다.
6과 Table 5에 제시한 바와 같이 포화 산소의 탁도 처리율은 산소와 질소 역세척의 탁도 처리율과 비슷한 결과를 보였다. 이러한 결과로부터 포화 산소가 탁도 처리율에 영향을 미치는 않는다는 것을 알 수 있었다. 반면에 Fig.
Table 4에 산소 역세척과 포화 산소 및 기존 연구결과인 질소 역세척[28]의 여과인자를 정리하였다. 질소 역세척[28]과 동일하게 산소 역세척 시 FT가 감소할수록 Rf,180이 감소하고, J180이 증가하여, FT 6분에서 최대의 VT 6.70 L를 얻을 수 있었다. 또한, NBF 조건에서 공급수를 산소로 포화시킨 경우 포화 산소(SO, saturated oxygen)가 존재 하지 않는 NBF 보다 J180과 VT가 다소 증가하였다.
이러한 결과는 pH에 따라 분리막 표면의 전하가 변화되어 산성조건에서 휴믹물질의 흡착이 일어나 막 오염이 증가한 것으로 판단된다. 탁도물질의 처리효율은 pH와 무관하게 일정한 처리효율을 보였지만 용존유기물질(DOM)의 처리효율은 산성조건에서 PES 구와 휴믹산 분자 사이의 정전기적 인력이 증가하여 처리율이 높게 나타났다.
1) pH가 높아질수록 막오염은 감소하고, 투과선속이증가하였으며, 결과적으로 총여과부피가 증가하는 경향이 나타났다. 특히 pH 6.19과 7.06사이에서 투과선속이큰 폭으로 증가하였고, 막오염 또한 큰 폭으로 감소하였다. 이러한 결과는 pH에 따라 분리막 표면의 전하가 변화되어 산성조건에서 휴믹물질의 흡착이 일어나 막 오염이 증가한 것으로 판단된다.
2에서 보는 바와 같이 180분 운전하는 동안 pH가 높아질수록 Rf는 감소하고, J180/J0는 증가하는 경향을 보였다. 특히 pH가 6.19에서 7.06으로 증가할 때 투과선속이 큰 폭으로 증가하였고, 막오염 또한 큰 폭으로 감소하였다. Zhao의 연구팀[25]이 pH에 따른 ZrO2 분리막 표면 전하의 변화를 보고한 바와 같이, 이러한 결과는 휴믹산이 pH 4.
0%의 일정한 처리효율을 보였다. 하지만 DOM의 처리효율은 pH가 높아질수록 감소하였고, pH 5.08인 산성조건에서 84.5%로 가장 높은 처리효율을 보였다. 또한, WO3/ TiO2 광촉매를 이용한 휴믹산의 분해율을 연구한 Kim et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수처리 공정에서 광촉매를 이용한 처리기술의 장점은 무엇인가?
수처리 공정에서 광촉매를 이용한 처리기술은 난분 해성 유기물을 처리하는데 효과적인 방법으로 인식되고 있고[1,2], 유기염소화합물이나 중금속, 미생물 및 NOX와 같은 다양한 오염물을 제거하는데 효능이 탁월한 것으로 알려져 있다[3]. 최근 수십 년 간 고도정수처리를 위한 정밀여과(MF) 및 한외여과(UF), 나노여과 (NF), 역삼투(RO)에 대한 연구[4,5]가 주목을 받고 있고, 광촉매와 분리막이 하나의 공정으로 이루어진 혼성 공정에 대한 지속적인 연구가 진행 중이다[6,7].
수처리 공정에서 광촉매를 이용한 처리기술의 처리효율은 무엇에 영향 받는가?
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.
이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은 무엇인가?
고도정수처리 방법 중 하나인 이산화티타늄(TiO2) 광촉매를 이용한 기술의 주된 반응 메커니즘은 광촉매에 빛에너지로 사용되는 UV를 조사하게 되면, 광촉매가빛 에너지를 흡수하게 되고, 조사한 빛의 파장에 의해 전자(e- )가 전위대(conduction band, CB)로 전도가 되어 진다. 이로 인해 생성된 양공(hole, h+ )은 물속의 수산화이온과 반응하여 OH 라디칼을 생성하고, 전도된 전자는 수중산소와 반응하여 몇 가지의 반응을 거쳐 OH 라디칼을 생성하게 된다. 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.
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