[논문]하수방류수의 전처리 조건별 FO막의 운전성능평가

정준원; 김지훈; 김건엽; 박준영; 김형수; 김형숙

doi:10.11001/jksww.2016.30.2.131

하수방류수의 전처리 조건별 FO막의 운전성능평가
Evaluation of FO membrane performance for each type of pre-treatment from WWTP secondary effluents 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.30 no.2, 2016년, pp.131 - 137

정준원 (성균관대학교) , 김지훈 (성균관대학교) , 김건엽 (성균관대학교) , 박준영 (성균관대학교) , 김형수 (성균관대학교) , 김형숙 (수원대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

The development of alternative water resources has emerged as an effective method for solving drought of water resources due to extreme weather and increase in water consumption. Recently, in Korea, there has been active research on reverse osmosis desalination technology, wastewater reuse using forward osmosis membranes, and the forward osmosis(FO)-reverse osmosis(RO) hybrid process combining these two technologies. In this study, the basic performance of FO membranes manufactured by three domestic and international manufactures such as Microfilter Co., Ltd., Toray Chemical Korea Inc., and Hydration Technologies Inc., were investigated for wastewater reuse. In addition, as an experiment to select feed solution, the selected membranes were operated 48 consecutive hours using three secondary effluents pretreated by the UF membrane with a pore size of $0.1{\mu}m$ and auto strainer with pore sizes of $1{\mu}m$ and $100{\mu}m$ as feed solution. Although there was not much difference in the operating performance. Thus, the treated water using the $100{\mu}m$ auto strainer was selected as feed solution applied to the assessment.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 실제 하수방류수를 대상으로 국내외 정삼투 분리막의 기초성능을 평가 후 정삼투 공정의 전처리 필요 유무를 파악하기 위해 정삼투 전처리 공정으로써 Auto strainer와 분리막(UF, ultrafiltration)을 적용하여 정삼투 분리막의 전처리 조건별 투과성능을 비교하고자 하였다.

제안 방법

본 연구에서는 Microfilter Co., Ltd., Toray Chemical Korea Inc., Hydration Technologies Inc.에서 제조된 정삼투 분리막의 기초성능을 평가하고, FO 공정의 전처리로써 0.1 μm, 1 μm, 100 μm로 여과 후 공극크기별 입자성물질 배제 유무에 따른 전처리 조건별 투과성능을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

본 실험에 대한 대상원수는 S대학교 내 하수처리장의 하수처리수(하수방류수)를 1 μm 및 100 μm의 Auto strainer로 전처리한 처리수와 0.1 μm의 공극크기를 가진 가압식 UF membrane(ECONITY, Inc. Korea)으로 여과한 처리수를 FO 분리막의 원수로 적용하여 운전 성능을 평가하였다.
유도용액으로 사용된 인공해수는 해수 내의 무기물 성상 및 유기물의 영향을 배제하고 보편적인 염(salt) 농도만을 구현하여 사용하였고, 연 평균 표면 해수농도중 보편성을 띄는 35,000 mg/L로 제조하였다(World Ocean Atlas, 2009). 인공해수 제조 시 초순수를 용매로 사용하였고, NaCl를 첨가 시 완전히 용해시켜 실시간으로 TDS를 측정하여 35,000 mg/L의 유도용액을 제조하였다.
전처리 조건별 투과성능 평가에 사용될 정삼투(FO) 분리막을 선정하기 위하여 polyamide(PA) 재질의 thin film composite (TFC) 타입으로 제조된 Microfilter Co., Ltd.(Microfilter, Korea), Toray Chemical Korea Inc.(TCK, Japan), Hydration Technologies Inc.(HTI, U.S.)의 정삼투분리막에 대한 기초성능 비교 실험을 실시하였다. 기초 성능 평가는 TDS(total dissolved solids) 1.

데이터처리

측정은 Ultraviolet-visible spectrophotometer(DR6000, HACH)를 이용하여 분석하였다. 수중의 총유기탄소(TOC, total organic carbon)는 Total organic carbon analyzers(TOC-LCPN, SHIMADZU)를 사용하였고, 분석 전 SYRINGE FILTER(whatman, 25 mm 0.45 μm)으로 여과 후 용존유기탄소(DOC, dissolved organic carbon)를 측정하여 효율을 비교하였다. 또한, secondary effluent의 특성을 파악하기 위하여 suspended solid(SS)를 측정하였으며, Turbidimeter (2100AN, HACH)를 사용하여 Turbidity를 측정하였다.

성능/효과

1) 초순수와 하수방류수를 대상으로 가장 높은 투과성능을 보인 정삼투 분리막을 선정하기 위해 3종류의 정삼투 분리막의 플럭스 감소 변화를 관찰한 결과, TCK에서 제조된 정삼투 분리막에서 100 μm로 여과된 하수방류수를 여과하였을 때, 가장 높은 투과성능 효율을 나타냈다.
2) 정삼투 공정에 적합한 전처리 공정을 선정하기 위해 하수방류수를 대상으로 투과성능이 가장 높은 TCK 정삼투 분리막을 동일조건으로 여과하여 플럭스 감소변화를 살펴본 결과, 0.1 μm의 UF 분리막과 1 μm 및 100 μm Auto strainer 전처리 조건에서 각각 21.45 LMH, 21.56 LMH, 20.8 LMH의 유사한 플럭스 감소 경향을 보였기 때문에 정삼투 공정의 간단하고 경제 성을 확보한 전처리 공정으로서 Auto strainer의 적용을 고려해 볼 가치가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정삼투를 이용한 담수화 방법이 역삼투 공정에 비해 우수한 점은?	정삼투(FO, forward osmosis)를 이용한 담수화 방법은 1970년대부터 점차 연구가 진행되어 왔으며, 역삼투(RO, reverse osmisis) 공정에 비하여 이론적으로 삼투압만을 이용함으로써 에너지 소비 측면에서 1/10 수준으로 담수 생산이 가능한 것으로 보고된 바 있다(McGinnis et al., 2007).
	정삼투와 역삼투가 융합된 FO-RO 하이브리드 공정의 장점은?	역삼투 공정에서 에너지 소비 절감 및 유도용질 회수 문제를 해결하기 위한 방안으로 정삼투와 역삼투가 융합된 FO-RO 하이브리드 공정으로 구성이 가능하다. 본 공정은 정삼투 공정에서의 유입수는 하수처리수로 적용하고, 유도용액으로써 해수를 사용함으로써 정삼투공정에서 여과된 하수처리수와 유도용액으로써 사용된 해수가 혼합되어 TDS 농도 저하를 통해 역삼투 공정에서 에너지 소모량을 낮추어 줌으로써 저비용으로 생산수를 얻을 수 있는 효과를 가져온다(Zaviska et al., 2015).
	정삼투 공정이란?	그러나, 정삼투막 소재 개발과 회수공정 개발, 유도 용질 선정 등의 문제로 실용화가 진행되지 못하였으나, 최근 정삼투막의 개발이 이루어짐에 따라 활발한 연구가 진행되고 있다. 정삼투 공정은 삼투압을 이용하는 담수화 공정으로 유도용액을 투입하여 이온이 투과할 정도로 기공 크기가 작은 분리막에서 여과공정의 구동력인 삼투압을 발생시켜 여과하는 방식으로써 여과가 비교적 용이하지만 정삼투 기술의 본격적인 상업화를 위해서는 아직 해결해야할 과제가 남아있다(Han et al., 2016).

참고문헌 (11)

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