하수방류수 재이용을 위한 Birm filter + UF 적용시 용도별 사용 가능성 및 막오염 특성 Possible Uses of Reclaimed Wastewater Effluent Treated Using Birm Filtration Along UF, and Analysis on Membrane Fouling원문보기
In response to the water shortage problem, continued attempts are being made to secure consistent and reliable water sources. Among various solutions to this problem, wastewater effluent is an easy way to secure the necessary supply, since its annual output is consistent. Furthermore, wastewater eff...
In response to the water shortage problem, continued attempts are being made to secure consistent and reliable water sources. Among various solutions to this problem, wastewater effluent is an easy way to secure the necessary supply, since its annual output is consistent. Furthermore, wastewater effluent has the advantage of being able to serve various purposes, such as cleaning, sprinkling, landscaping, river management, irrigation, and industrial applications. Therefore, this study presents the possible use of reclaimed industrial wastewater treated with Birm filters and a UF membrane, along with an analysis on membrane fouling. The preprocessing stage, part of the reclamation process, used Birm filters to minimize membrane fouling. Since this study did not consider heavy metal levels in the treated water, the analyses did not include the criterion for irrigation water quality. However, the wastewater reclaimed by using Birm filters and a UF membrane met every other requirement for reclaimed water quality standards. This indicated that the treated water could be used for cleaning, channel flow for maintenance, recreational purposes, and industrial applications. The analysis on the fouling of the Birm filter and UF membrane required the study of the composition and recovery rate of the membrane. According to SEM and EDX analyses of the UF membrane, carbon and oxygen ion composition amounted to approximately 57%, whereas inorganic matter was not detected. Furthermore, the difference in the recovery rates of the distressed membrane between acidic and alkaline cleaning was more than ~78%, which indicated that organic rather than inorganic matter contributed to membrane fouling.
In response to the water shortage problem, continued attempts are being made to secure consistent and reliable water sources. Among various solutions to this problem, wastewater effluent is an easy way to secure the necessary supply, since its annual output is consistent. Furthermore, wastewater effluent has the advantage of being able to serve various purposes, such as cleaning, sprinkling, landscaping, river management, irrigation, and industrial applications. Therefore, this study presents the possible use of reclaimed industrial wastewater treated with Birm filters and a UF membrane, along with an analysis on membrane fouling. The preprocessing stage, part of the reclamation process, used Birm filters to minimize membrane fouling. Since this study did not consider heavy metal levels in the treated water, the analyses did not include the criterion for irrigation water quality. However, the wastewater reclaimed by using Birm filters and a UF membrane met every other requirement for reclaimed water quality standards. This indicated that the treated water could be used for cleaning, channel flow for maintenance, recreational purposes, and industrial applications. The analysis on the fouling of the Birm filter and UF membrane required the study of the composition and recovery rate of the membrane. According to SEM and EDX analyses of the UF membrane, carbon and oxygen ion composition amounted to approximately 57%, whereas inorganic matter was not detected. Furthermore, the difference in the recovery rates of the distressed membrane between acidic and alkaline cleaning was more than ~78%, which indicated that organic rather than inorganic matter contributed to membrane fouling.
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문제 정의
하수에 포함된 망간이온이 원수에 함유된 경우 초기에는 무색 투명하나, 시간이 경과될수록 공기와 접촉하여 산화되므로 붉은색의 수산화물을 형성하여 제품을 착색하거나 배관, 열기기, 막 내부에 scale을 형성하여 기기를 손상시키는 주요 영향인자로 작용한다. 이에 본 연구에서는 공업지역에서의 하수방류수 재이용을 위해 전처리시설 Birm filter를 통해 막오염을 저감하고 UF membrane를 통해 생산된 생산수의 용도별 사용 가능성 및 막오염 특성을 파악하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
막 여과공정에서 투과플럭스를 감소시키는 원인은 크게 막 오염에 의한 현상(막의 foulling 유발)과 막 손상에 의한 현상으로 분류할 수 있으며, Birm filter 및 UF 막공정의 막오염 특성을 파악하기 위해 먼저 UF membrane의 SEM 및 EDX 분석한 결과 약 47%가 탄소이온, 약 18% 산소, 약 33%가 불소인 것으로 나타났으며, 일반적으로 무기물에 의한 오염은 산을 이용하여 제거하고, 유기물에 의한 오염은 알칼리로 세척하는 것이 주된 방법으로, 세부적인 membrane의 오염 특성을 알아보기 위해 산 세정을 실시하였다.
본 연구에 사용된 Pilot-plant 막여과 장치 공정도를 Fig. 1에 나타내었으며, UF막은 전량여과방식으로 운영하였다.
원수 중에 함유되어 있는 Mn 성분을 산화촉매재인 Birm을 충진한 탱크에 하향류식 여과하는 방식으로 Mn을 제거하여 UF막 및 RO막 부하를 줄여주는 역할을 하며, 장치의 전체 크기는 Ø 750 mm × H 1,830mm로 용량은 0.4 m3로 설치하였다.
이때 투과 및 순환유량 9 m3/hr로 세정을 실시하였으며, 약품투과 1.5 hr, 공기세정 2 min 공기세정, 약품순환 1.5 hr, 공기세정 2 min, 세척(역세) 및 차압 측정 순으로 진행하였다. UF membrane의 산 세정의 경우 UF 처리수를 황산(95%)으로 pH 2로 조정하였으며, 알칼리 세정의 경우 NaOCl 18 L 주입(2,400mg/L) 후 NaOH로 pH 12 조정하여 진행하였다.
대상 데이터
또한 역세가 가능한 합성 중합체 막을 사용하였으며, 장치의 전체크기는 Ø 220 mm × H 2,200mm, 용량은 0.84 m3 이다.
연구에 사용된 원수는 B시 N사업소의 하수처리 방류수를 대상으로 하였으며, 원수의 수질을 분석하여 Table 1에 나타내었다. N사업소는 인근 산업단지에서 배출되는 공장폐수와 생활하수를 MLE+화학처리공법으로 처리하는 공공하수처리시설로서, 시설용량은 일 평균 160,000 m3/일, 일 최대 80,000 m3/일이며, 이 중 공장폐수 유입량은 40,000 m3/일으로 도금폐수, 염색폐수 및 음폐수 등이 80% 이상을 차지하고 있다.
유입수에 포함된 콜로이드 성분과 현탁성 입자 및 박테리아 등 여과 대상물질 특성이 있는 UF막을 사용하였다. 또한 역세가 가능한 합성 중합체 막을 사용하였으며, 장치의 전체크기는 Ø 220 mm × H 2,200mm, 용량은 0.
성능/효과
Birm filter 및 UF membrane 오염 특성 평가를 위해 UF막의 SEM 및 EDX 분석한 결과 약 57%가 탄소이온, 산소이온으로 분석되었으며, 무기물이 검출되지 않아 무기물보다는 유기물에 의한 막 오염도가 높을 것으로 판단된다. 또한 산 세정 및 알칼리 세정의 차압 회복률이 약 78% 이상 차이가 나타난 것으로 미루어 무기물 오염보다는 유기물에 의한 오염이라는 것을 증명해 주는 것으로 판단된다.
Birm filter 및 UF membrane 오염 특성 평가를 위해 UF막의 SEM 및 EDX 분석한 결과 약 57%가 탄소이온, 산소이온으로 분석되었으며, 무기물이 검출되지 않아 무기물보다는 유기물에 의한 막 오염도가 높을 것으로 판단된다. 또한 산 세정 및 알칼리 세정의 차압 회복률이 약 78% 이상 차이가 나타난 것으로 미루어 무기물 오염보다는 유기물에 의한 오염이라는 것을 증명해 주는 것으로 판단된다.
산세정의 경우 차압 회복률 15%로 나타났으며, 알칼리 세정의 차압 회복률은 94%로 나타나 알칼리세정에 의한 차압 회복률이 산세정 시 차압 회복률 보다 높은 것으로 나타나 본 연구에 사용된 UF membrane은 무기물보다는 유기물에 의한 오염도가 더 큰 것으로 판단된다.
수질오염지표인 DO, BOD, SS, T-N 및 T-P의 경우 전항목 관련 수질기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 심미적 영향물질인 pH, 탁도, 냄새, 색도 및 잔류 염소의 경우 또한 용도별 재이용 수질권고기준을 만족하는 것으로 나타났으며, E. Coli 또한 미검출로 나타나 농업용수의 기준에도 부합하는 것으로 나타났다. 위 결과로 미루어 Birm filter 공정을 적용하여 UF공정과 연계처리 시 최종 생산수는 본 연구에서 분석하지 않은 농업용수의 세부항목들을 제외한 용도별 용수기준을 모두 만족하는 것으로 나타나 농업용수외의 청소용수, 유지용수, 친수용수, 공업용수로의 사용 가능성은 충분할 것으로 판단된다.
심미적 영향물질에는 여러 종류가 있으나 본 연구에서는 하수처리수 재이용기준에 근거해 pH, 탁도, 냄새, 색도 및 잔류염소를 분석하였으며, 최종 생산수 pH의 경우 7.2, 탁도, 색도 및 잔류염소의 경우 미검출로 나타났다. E.
Coli 또한 미검출로 나타나 농업용수의 기준에도 부합하는 것으로 나타났다. 위 결과로 미루어 Birm filter 공정을 적용하여 UF공정과 연계처리 시 최종 생산수는 본 연구에서 분석하지 않은 농업용수의 세부항목들을 제외한 용도별 용수기준을 모두 만족하는 것으로 나타나 농업용수외의 청소용수, 유지용수, 친수용수, 공업용수로의 사용 가능성은 충분할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 경우 1인당 강수량은?
우리나라의 경우 1인당 강수량이 연 2,591 m3로 세계 평균의 약 1/8 수준이고 하천 취수율은 36%에 달해 물에 관한 스트레스가 높은 국가군에 속하여 가뭄시 수자원 공급에 취약한 실정이다(Lee et al., 2007).
OECD 보고서에서 말하는 물 부족에 대한 예측은?
미국 NIC (national intelligence council)는 2016년에는 세계인구의 절반이 넘는 약 30억 명이 물 부족국가로 분류되는 나라에 살 것이라고 예측했다. 또한 OECD 보고서에서 2000년에 3억 명이 겪고 있는 심각한 물 부족을, 2025년에는 30억 명(52개국), 2050년에는 전 세계 인구의 2/3가 직면할 것을 예측하고 있으며, 세계은행은 국가분쟁의 원인이 20세기는 “석유”였다면, 21세기는 “물”이 될 것이 라고 지적하는 형편이다(Cosgrove et al., 2000).
우리나라가 물에 관한 스트레스가 높은 국가군으로 판단되는 원인은?
, 2007). 우리나라의 경우 이용 가능한 총 수자원량의 부족보다는 과도한 담수자원을 사용함으로 발생하는 생태적 스트레스와 지역적으로 물의 편중이 심하기 때문이다(Jung et al., 2013).
참고문헌 (13)
Cosgrove., Rijsberman., 2000, World Water Vision, 21.
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