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대기공 정밀여과막의 수처리 응용 및 문제점
Water Treatment Application of a Large Pore Micro-Filtration Membrane and Its Problems 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.24 no.3, 2014년, pp.194 - 200  

윤창한 ((주)필로스) ,  김정학 ((주)필로스) ,  이강원 ((주)필로스) ,  박성호 ((주)필로스)

초록
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본 연구의 목적은 대기공 정밀여과(Large Pore Micro-Filtration, LPMF)막의 수처리 응용을 위한 실험실 규모에서의 성능을 평가한 것으로 이를 통해 문제점 및 해결방안을 제시하는 것이다. 본 연구에 사용된 평균 기공이 $5{\mu}m$ LPMF막은 PET Braid가 보강되어 있는 PVDF 재질의 외압형 중공사막으로 여과실험은 30 cm의 수두차 혹은 1.5 bar 이하의 압력차로 수행하였으며, 역세는 여과수에 압축공기로 약 4 bar의 압력을 가한 후 수초 내에 순간 역세하는 가압역세였다. 0.2 bar의 TMP (Trans Membrane Pressure)에서 $0.05{\mu}m$ UF로 전처리한 시수로 $0.4{\mu}m$의 MF와 flux를 비교한 결과 UF에 비해 LPMF의 flux가 약 2배 정도 높았으며, 동일한 시수에 대해 15~30 cm의 수두차에 따른 flux를 측정한 결과 30 cm 수두차에서 800 LMH 이상의 높은 flux를 확인하였다. 또한 여과수의 탁도 향상과 여과 flux의 안정적 유지를 위해 여러 가지 무기응집제에 대한 $5{\mu}m$ 기공의 여지를 이용한 Time-To-Filter (TTF)를 통해 적정 응집제 및 그 주입량을 결정하였다. 고농도 무기응집제 주입 및 30 cm 이상의 수두차로 LPMF를 중력식으로 운전하였을 때 flux는 80 LMH 이상이었고, 탁도 제거율은 93.5~99.5%이었다. 특히 약 4 bar의 압력의 순간 가압역세를 한 결과 막의 충진율이 19%인 경우 여과수의 회수율을 약 97%로 유지하면서도 여과 flux가 안정적으로 유지되었으나, 막충진율을 약 43%인 경우 순간 가압역세만으로는 역세가 불안정하였던 관계로 여과압력이 지속적으로 상승하는 등의 여과공정이 불안정한 문제점을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study was to evaluate the performance of newly developed Large Pore Micro-Filtration (LPMF) membrane in Lab size for the application of water treatment, and to find its problems with solutions. The out-to-inside filtration hollow fiber LPMF membrane of which average pore size was...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 막오염이 심하여 막 여과공정이 적용되기 어려운 것으로 알려진 미생물처리가 안 된 1차처리 정밀화학 폐수에 LPMF를 적용한 전설한 실험결과에 대해 다음과 같은 결론을 얻었다. 본 연구에서 사용한 평균 기공이 5 μm인 LPMF막과 평균 기공이 약 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
MF막은 현탁물질을 직접 제거하기 위해 어떠한 조건이 요구되는가? 0 μm 이하로 대단히 적어 경제적인 flux를 얻기 위해서는 가압하여 여과를 하여야 한다. 즉, 현탁물질을 막을 사용하여 직접 제거하기 위해 적은 기공 크기를 갖는 막을 사용하여야 하고, 높은 flux를 얻기 위해 높은 압력을 사용하여야 하며, 높은 flux로 고수질의 여과수로 여과한 다는 것은 동력 소모가 커지는 것을 의미한다. 그러나 하수 3차처리 혹은 화학적 인산염 제거를 위한 여과의 경우 SS만 제거하면 되기 때문에 기존의 MF막과 같은 조밀한 기공을 가진 막을 사용하게 되면 필요 이상의 동력을 소모하게 되어 그 경제성이 낮아진다.
큰 기공을 갖는 막에 고 압력의 역세 적용시, 어떠한 형태의 역세가 수행되어야 하는가? 그러나 막의 기공 크기가 커지게 되면 기공 내부에 현탁물질이 퇴적되어 기공을 폐색시키는 Plugging에 의한 막오염이 급속히 증가하기 때문에 이를 역세과정에서 제거하기 위해서는 역세 시 역세수가 기공을 통과하면서 기공 내벽에 전단력을 줄 수 있는 고속의 물흐름이 필요한 관계로 기존의 막역세 압력보다 훨씬 높은 압력을 요구한다. 따라서 큰 기공을 갖는 막일수록 고 압력의 역세를 적용하여야 하며, 이 경우 역세수의 양이 많아져 막 여과수의 회수율을 유지하기 위해서는 아주 짧은 역세를 수행하여야 한다.
막의 기공 크기가 커지게 되면 어떠한 문제점이 발생하는가? 5 NTU로 여과함으로서 정수 전처리로서는 충분한 탁도 및 녹조를 제거할 수 있다고 주장하였다. 그러나 막의 기공 크기가 커지게 되면 기공 내부에 현탁물질이 퇴적되어 기공을 폐색시키는 Plugging에 의한 막오염이 급속히 증가하기 때문에 이를 역세과정에서 제거하기 위해서는 역세 시 역세수가 기공을 통과하면서 기공 내벽에 전단력을 줄 수 있는 고속의 물흐름이 필요한 관계로 기존의 막역세 압력보다 훨씬 높은 압력을 요구한다. 따라서 큰 기공을 갖는 막일수록 고 압력의 역세를 적용하여야 하며, 이 경우 역세수의 양이 많아져 막 여과수의 회수율을 유지하기 위해서는 아주 짧은 역세를 수행하여야 한다.
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참고문헌 (7)

  1. J. Ditter, R. A. Morris, and R. Zepf, "Large Pore Synthetic Polymer Membrane", US Patent 6110369 (2000). 

  2. A. Hajikano, K. Murase, and J. Kamo, "Polysulfone Porous Membrane and a Method of Manufacturing the Same", US Patent 6284137 B1 (2001). 

  3. Y. Choi, H. Oh, S. Lee, Y. Choi, T. Hwang, and G. Baek & Y. Choung, "Large-Pore Membrane Filtration with Coagulation as an MF/UF Pretreatment Process", Desalin. Water Treat., 15, 149 (2010). 

  4. J. Y. Park, S. W. Park, and H. Byun, "Hybrid Water Treatment of Tubular Ceramic MF and Photocatalyst Loaded Polyethersulfone Beads : Effect of Water Back-flushing Period and Time", Membrane Journal, 23, 267 (2013). 

  5. J. Y. Park, "Effect of N2-backflushing time in Carbon Ceramic UF & MF System for Paper Wastewater Treatment", Korean Membrane Journal, 7, 34 (2005). 

  6. J. Kim, K. W. Lee, S. D. Lee, and Y. M. Kim, "Micro-filter, Manufacturing Method and Manufacturing Apparatus Thereof", Korea Patent 10-2013-0061870 (2013). 

  7. American Public Heath Association, "Time-to-Filter", www.standardmethods.org (1992). 

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