In this study, it is estimated that ceramic membrane process which can operate stably in harsh conditions replacing existing organic membrane connected with coagulation, sedimentation etc.. Jar-test was conducted by using artificial raw water containing kaolin and humic acid. It was observed that co...
In this study, it is estimated that ceramic membrane process which can operate stably in harsh conditions replacing existing organic membrane connected with coagulation, sedimentation etc.. Jar-test was conducted by using artificial raw water containing kaolin and humic acid. It was observed that coagulant (A-PAC, 10.6%) 4mg/l is the optimal dose. As a results of evaluation of membrane single filtration process (A), coagulation-membrane filtration process (B) and coagulation-sedimentation-membrane filtration process (C), TMP variation is stable regardless of in Flux $2m^3/m^2{\cdot}day$. But in Flux $5m^3/m^2{\cdot}day$, it show change of 1-89.3 kpa by process. TMP of process (B) and (C) is increased 11.8, 0.6 kpa each. But, the (A) showed the greatest change of TMP. When evaluate (A) and (C) in Flux $10m^3/m^2{\cdot}day$, TMP of (A) stopped operation being exceeded 120 kpa in 20 minutes. On the other hand, TMP of (C) is increased only 3 kpa in 120 minutes. Through this, membrane filtration process can be operated stably by using the linkage between the pretreatment process and the ceramic membrane filtration process. Turbidity of treated water remained under 0.1 NTU regardless of flux condition and DOC and $UV_{254}$ showed a removal rate of 65-85%, 95% more each at process connected with pretreatment. Physical cleaning was carried out using water and air of 500kpa to show the recovery of pollutants formed on membrane surface by filtration. In (A) process, TMP has increased rapidly and decreased the recovery by physical cleaning as the flux rises. This means that contamination on membrane surface is irreversible fouling difficult to recover by using physical cleaning. Process (B) and (C) are observed high recovery rate of 60% more in high flux and especially recovery rate of process (B) is the highest at 95.8%. This can be judged that the coagulation flocs in the raw water formed cake layer with irreversible fouling and are favorable to physical cleaning. As a result of estimation, observe that ceramic membrane filtration connected with pretreatment improves efficiency of filtration and recovery rate of physical cleaning. And ceramic membrane which is possible to operate in the higher flux than organic membrane can be reduce the area of water purification facilities and secure a stable quantity of water by connecting the ceramic membrane with pretreatment process.
In this study, it is estimated that ceramic membrane process which can operate stably in harsh conditions replacing existing organic membrane connected with coagulation, sedimentation etc.. Jar-test was conducted by using artificial raw water containing kaolin and humic acid. It was observed that coagulant (A-PAC, 10.6%) 4mg/l is the optimal dose. As a results of evaluation of membrane single filtration process (A), coagulation-membrane filtration process (B) and coagulation-sedimentation-membrane filtration process (C), TMP variation is stable regardless of in Flux $2m^3/m^2{\cdot}day$. But in Flux $5m^3/m^2{\cdot}day$, it show change of 1-89.3 kpa by process. TMP of process (B) and (C) is increased 11.8, 0.6 kpa each. But, the (A) showed the greatest change of TMP. When evaluate (A) and (C) in Flux $10m^3/m^2{\cdot}day$, TMP of (A) stopped operation being exceeded 120 kpa in 20 minutes. On the other hand, TMP of (C) is increased only 3 kpa in 120 minutes. Through this, membrane filtration process can be operated stably by using the linkage between the pretreatment process and the ceramic membrane filtration process. Turbidity of treated water remained under 0.1 NTU regardless of flux condition and DOC and $UV_{254}$ showed a removal rate of 65-85%, 95% more each at process connected with pretreatment. Physical cleaning was carried out using water and air of 500kpa to show the recovery of pollutants formed on membrane surface by filtration. In (A) process, TMP has increased rapidly and decreased the recovery by physical cleaning as the flux rises. This means that contamination on membrane surface is irreversible fouling difficult to recover by using physical cleaning. Process (B) and (C) are observed high recovery rate of 60% more in high flux and especially recovery rate of process (B) is the highest at 95.8%. This can be judged that the coagulation flocs in the raw water formed cake layer with irreversible fouling and are favorable to physical cleaning. As a result of estimation, observe that ceramic membrane filtration connected with pretreatment improves efficiency of filtration and recovery rate of physical cleaning. And ceramic membrane which is possible to operate in the higher flux than organic membrane can be reduce the area of water purification facilities and secure a stable quantity of water by connecting the ceramic membrane with pretreatment process.
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문제 정의
본 연구에서는 유기막에 비하여 높은 flux로 운영이 가능한 세라믹 분리막과 전처리 연계공정에서 적정공정 선정을 위한 연구를 진행하였으며 차압변화 및 수질 안정성, 물리세척에 의한 회복률 평가를 진행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
8 - 9에 제시하였다. 이는 현장 적용 시 막모듈의 세정시기 또는 계열 설비 이상 등으로 설비의 일부를 중단할 경우에 안정적인 용수공급이 가능한지 여부에 대한 평가이다. 처리수질은 다른 flux 조건과 유사한 경향을 보였으나 flux가 상승할수록 UV254와 DOC의 제거율이 상승하는 경향을 확인하였다.
이에 본 연구에서는 세라믹 막의 장점을 활용하여 높은 막여과 유속조건에서 안정적인 수량 및 수질 확보 가능성을 평가하고 공정별 막간차압변화량 (TMP; Trans-membrane Pressure)을 통해 응집 및 침전 전처리 연계공정에 따른 세라믹 분리막의 여과효율을 평가하고자 한다. 전처리 연계 공정별 막간차압 관찰을 통해 전처리 공정이 막여과 공정에 미치는 영향을 검토하고 막여과 유속을 2, 5, 10 m3/m2･일로 조정하여 높은 막여과 유속조건에서의 운영가능성을 확보하고자 한다.
이에 본 연구에서는 세라믹 막의 장점을 활용하여 높은 막여과 유속조건에서 안정적인 수량 및 수질 확보 가능성을 평가하고 공정별 막간차압변화량 (TMP; Trans-membrane Pressure)을 통해 응집 및 침전 전처리 연계공정에 따른 세라믹 분리막의 여과효율을 평가하고자 한다. 전처리 연계 공정별 막간차압 관찰을 통해 전처리 공정이 막여과 공정에 미치는 영향을 검토하고 막여과 유속을 2, 5, 10 m3/m2･일로 조정하여 높은 막여과 유속조건에서의 운영가능성을 확보하고자 한다.
제안 방법
실험에 사용된 세라믹 분리막의 특징은 Table 3에 나타내었다. 0.1㎛의 pore를 갖는 MF ceramic membrane을 이용하였으며 Fig. 1의 Lab-scale 막여과 장치를 통해 여과하였으며 여과시간 동안의 막간차압 변화량(TMP)을 측정하고 처리수질을 분석하였다. 막여과 장치는 막간차압 변화에 따른 처리수의 유량 감소를 자동으로 제어하여 일정한 막여과 유속을 유지하는 정유량제어 방식으로 운전하였으며 여과시간은 120분으로 설정하였다.
Turbidity는 HACH사의 2100N Turbidimeter를 통해 측정하였고, UV254 흡광도는 Shimadzu사의 UV-1800, Shimadzu를 사용하여 254nm에서 측정하였다. DOC 분석에는 Shimadzu사의 TOC-V를 사용하여 NPOC(Non-purgeable organic carbon)를 측정하였다. UV254, DOC 분석시료는 0.
Flux 10 m3/m2･day조건에서 운영가능성 확인을 위해 가장 안정적인 TMP 변화를 보인 C공정과 flux 5m3/m2･day의 조건에서 급격한 TMP 상승을 보인 A 공정을 비교평가 하였으며 실험결과는 Fig. 8 - 9에 제시하였다. 이는 현장 적용 시 막모듈의 세정시기 또는 계열 설비 이상 등으로 설비의 일부를 중단할 경우에 안정적인 용수공급이 가능한지 여부에 대한 평가이다.
pH 10으로 조정하여 평가한 결과에서 탁도 제거율은 pH 조건에서 큰 차이를 보이지 않지만 응집제 주입에 의한 pH 강하 정도에 따라 탁도 제거율의 차이를 보이는 것으로 확인되었다. Jar-test를 통해 최적 응집제 주입량의 범위가 5 ~ 10mg/L임을 확인하였으며 세부 최적응집제 주입량 평가를 위해 추가적으로 응집제 1 ~ 10 mg/L의 농도에서의 평가를 진행하였다. Jar-test 결과 혼화/응집 공정과 혼화/응집-침전 공정에서 4 mg/L 주입시 탁도, UV254, DOC 최저농도로 확인되어 최적응집제 주입량은 4mg/L로 선정하였다.
등을 분석하였다. Turbidity는 HACH사의 2100N Turbidimeter를 통해 측정하였고, UV254 흡광도는 Shimadzu사의 UV-1800, Shimadzu를 사용하여 254nm에서 측정하였다. DOC 분석에는 Shimadzu사의 TOC-V를 사용하여 NPOC(Non-purgeable organic carbon)를 측정하였다.
flux 조건에 의한 영향을 확인하기 위하여 동일한 조건에서 flux를 2와 5 m3/m2･day로 조절하여 평가하였다. 세라믹 막은 유기막에 비해 상대적으로 높은 flux로 운영이 가능하므로 높은 flux에 따른 특성변화를 관찰하기 위하여 전처리 공정별 처리수를 이용하여 flux조건이 막 여과 공정에 미치는 영향을 확인하였다.
6 % as Al)를 10,000 ppm으로 제조하여 5 ~ 30 mg/L의 농도로 주입하였다. 또한, 원수 pH에 따른 응집/침전 효율을 평가하기 위하여 0.1 N NaOH를 이용해 pH를 8과 10으로 조절하여 Jar-test를 진행하였으며 결과는 Fig. 2와 같다. 탁도 제거율은 침전이 포함된 공정에서 pH에 관계없이 응집제 5 mg/L 주입 시 가장 좋은 효율을 보였으며 UV254와 DOC는 5 ~ 15 mg/L 범위에서 높은 효율을 보였다.
1의 Lab-scale 막여과 장치를 통해 여과하였으며 여과시간 동안의 막간차압 변화량(TMP)을 측정하고 처리수질을 분석하였다. 막여과 장치는 막간차압 변화에 따른 처리수의 유량 감소를 자동으로 제어하여 일정한 막여과 유속을 유지하는 정유량제어 방식으로 운전하였으며 여과시간은 120분으로 설정하였다. 여과 후에는 물과 공기를 이용해 500 kpa의 압력으로 물리세척을 실시하여 여과에 의한 막의 오염도와 물리세척에 의한 회복률을 관찰하였다.
응집 공정 조합이 세라믹 막여과에 미치는 영향을 관찰하기 위해 조합공정 별 막여과를 진행한 뒤 물리세척을 실시하여 각 공정 별 물리세척에 의한 회복 정도를 확인하였다. 물리세척 조건은 120분간 여과 후, 물과 공기를 이용해 500 kpa의 압력으로 물리세척을 실시하였으며 다시 약 10분간 여과공정을 진행하여 물리세척 후의 여과차압 변화를 측정하였다. Flux 2 m3/m2･day 조건에서 A 공정의 초기차압은 9.
･day로 조절하여 평가하였다. 세라믹 막은 유기막에 비해 상대적으로 높은 flux로 운영이 가능하므로 높은 flux에 따른 특성변화를 관찰하기 위하여 전처리 공정별 처리수를 이용하여 flux조건이 막 여과 공정에 미치는 영향을 확인하였다. (Fig.
막여과 장치는 막간차압 변화에 따른 처리수의 유량 감소를 자동으로 제어하여 일정한 막여과 유속을 유지하는 정유량제어 방식으로 운전하였으며 여과시간은 120분으로 설정하였다. 여과 후에는 물과 공기를 이용해 500 kpa의 압력으로 물리세척을 실시하여 여과에 의한 막의 오염도와 물리세척에 의한 회복률을 관찰하였다.
전처리 공정과 막여과 공정의 조합을 통한 전처리 수질관리로 막여과 유입수의 수질을 안정적으로 처리할 수 있는 전처리 공정의 선정과 조건을 도출하기 위하여 전처리 공정에 따른 막여과 수질 및 차압변화를 관찰하였다. 원수-막여과(A), 혼화/응집-막여과(B), 혼화/응집-침전-막여과(C) 공정으로 진행하였다. 혼화/응집공정의 응집제 주입량은 앞에서 진행된 Jar-test 결과인 4 mg/L로 진행하였으며 Membrane Flux는 2 m3/m2･day로 평가하였다.
원수와 처리수의 수질 분석 항목은 pH, 탁도, DOC, UV254 등을 분석하였다. Turbidity는 HACH사의 2100N Turbidimeter를 통해 측정하였고, UV254 흡광도는 Shimadzu사의 UV-1800, Shimadzu를 사용하여 254nm에서 측정하였다.
응집 공정 조합이 세라믹 막여과에 미치는 영향을 관찰하기 위해 조합공정 별 막여과를 진행한 뒤 물리세척을 실시하여 각 공정 별 물리세척에 의한 회복 정도를 확인하였다. 물리세척 조건은 120분간 여과 후, 물과 공기를 이용해 500 kpa의 압력으로 물리세척을 실시하였으며 다시 약 10분간 여과공정을 진행하여 물리세척 후의 여과차압 변화를 측정하였다.
6% A-PAC(High Basicity Poly Aluminium Chloride, EYOUNG chemical)를 DI water로 희석하여 1%의 stock solution을 제조하여 사용하였다. 응집실험은 급속교반(120rpm, 15sec), 완속교반 (20rpm, 20min), 침전 (0rpm, 20min)의 조건으로 진행하였다.
응집제 주입량에 따른 응집효율과 최적응집제 주입량을 평가하기 위해 진행된 Jar-test는 A-PAC (10.6 % as Al)를 10,000 ppm으로 제조하여 5 ~ 30 mg/L의 농도로 주입하였다. 또한, 원수 pH에 따른 응집/침전 효율을 평가하기 위하여 0.
전처리 공정과 막여과 공정의 조합을 통한 전처리 수질관리로 막여과 유입수의 수질을 안정적으로 처리할 수 있는 전처리 공정의 선정과 조건을 도출하기 위하여 전처리 공정에 따른 막여과 수질 및 차압변화를 관찰하였다. 원수-막여과(A), 혼화/응집-막여과(B), 혼화/응집-침전-막여과(C) 공정으로 진행하였다.
8에 나타내었다. 전처리 공정별 처리수를 막여과 유입수로 2시간 여과하였으며 flux를 2와 5 m3/m2･day로 조정하였다. Flux 2 m3/m2･day조건에서 전처리 공정 별 TMP 변화는 120분간 0.
제조된 인공원수의 응집특성과 최적 응집제 주입량 확인을 위해 회분식 응집실험을 진행하였다. 응집제로는 10.
원수-막여과(A), 혼화/응집-막여과(B), 혼화/응집-침전-막여과(C) 공정으로 진행하였다. 혼화/응집공정의 응집제 주입량은 앞에서 진행된 Jar-test 결과인 4 mg/L로 진행하였으며 Membrane Flux는 2 m3/m2･day로 평가하였다. 전처리 공정에 따른 막여과 공정의 효율을 평가한 결과는 Fig.
대상 데이터
DOC 분석에는 Shimadzu사의 TOC-V를 사용하여 NPOC(Non-purgeable organic carbon)를 측정하였다. UV254, DOC 분석시료는 0.45㎛ PVDF filter (Syringe Filter, Whatman)로 여과하여 사용하였다.
제조된 인공원수의 응집특성과 최적 응집제 주입량 확인을 위해 회분식 응집실험을 진행하였다. 응집제로는 10.6% A-PAC(High Basicity Poly Aluminium Chloride, EYOUNG chemical)를 DI water로 희석하여 1%의 stock solution을 제조하여 사용하였다. 응집실험은 급속교반(120rpm, 15sec), 완속교반 (20rpm, 20min), 침전 (0rpm, 20min)의 조건으로 진행하였다.
인공원수는 DI water에 탁도 유발물질로 kaolin (SHOWA)을 주입하여 50mg/L를 농도로 제조하고, 유기물질로는 humic acid (SIGMA-ALDRICH) 1,000mg/L를 제조하여 Glass Microfiber Filters (GF/C 47mm, Whatman)로 여과한 후 25배 희석하여 Table 2와 같이 조제하였다. 제조된 인공원수의 평균 탁도는 23.
성능/효과
1) 혼화/응집, 침전 등의 전처리 공정과 막여과 연계공정을 평가한 결과, 처리수질의 경우 탁도 제거율은 공정에 관계없이 0.1 NTU이하를 유지하였으며, 응집 연계 공정의 경우 전처리 공정에서 막오염 유발물질인 탁도와 UV254, DOC를 우선적으로 일부 제거함으로써 단독여과 공정에 비해 안정적인 차압을 유지 가능함을 확인하였다.
2) 단독 여과공정에서 Flux 조건 별 막여과 공정의 차압변화를 관찰한 결과, Flux가 높아질수록 막표면에 축적된 오염물질이 압력에 의해 압밀되어 막오염이 빠르게 진행되며 120분 여과 후 Flux 5 m3/m2･d조건에서 차압이 89.3 kpa 상승하였으며 Flux 10 m3/m2･d조건에서는 60분 만에 120 kpa을 초과하였다. 또한 물리세척 결과, 고 Flux 조건에서 물리세척에 의한 회복률이 매우 낮게 나타났으며 이는 막 표면에 형성된 막 오염이 물리세척에 의해 회복이 어려운 비가역적 오염(Irreversible fouling)으로 판단된다.
3) 응집 연계공정의 경우, Flux가 높아질수록 여과에 의한 차압변화가 크게 나타났으나 물리세척에 의한 회복률은 Flux에 관계없이 약 70 %이상으로 효과적임을 확인하였으며 물리세척 후의 여과차압은 초기차압 대비 1 kpa 이내 상승하는 것으로 확인되었다. 이는 응집-침전을 통해 오염물질을 사전에 제거하거나 응집 floc 함유수를 유입수로 적용할 경우, 막 표면에 형성되는 막오염의 형태가 비가역적 오염도보다 가역적(Reversible) 오염도가 높은 것을 의미한다.
4) Flux 10 m3/m2･d에서 막여과 단독공정과 혼화/응집-침전 전처리 연계공정을 비교한 결과 막여과 단독공정은 20분만에 차압이 급증하였던 반면 혼화/응집침전 공정은 120분간 1 kpa 상승하여 안정적인 수질/수량 확보가 가능한 것을 확인하였다. 이는 기존의 유기막에 비하여 고 Flux로 운영이 가능한 세라믹 막을 전처리 공정과 연계하여 적용할 경우 기존시설에 비하여 부지면적 및 설비용량 절감 등의 경제성과 안정적 수질/수량 공급 등의 효율성을 확보할 수 있을 것으로 사료된다.
7 %로 A공정에 비해 물리세척에 의한 회복률이 높은 것을 확인하였으며 이를 통해 응집 연계 공정이 막여과 공정의 유지관리 측면에 영향을 미치는 것을 확인하였다. A 공정의 물리세척 회복률은 Flux가 높아질수록 물리세척 회복률이 감소하는 것을 확인 하였다(Fig. 11.). Flux 10 m3/m2･day 조건에서 물리세척에 의한 회복률은 약 70 % 이하로 Flux 5m3/m2･day에 비해 낮은 회복률을 나타냈다.
이는 막오염(Membrane Fouling)으로 인해 막표면에 형성된 Cake layer에 의해 MF 막여과 공정에서 제거가 어려운 유기물질의 일부가 Cake filtration 현상에 의해 제거되는 것으로 판단된다. Flux 2 m3/m2･day와 5 m3/m2･day 조건에서 막여과 단독 공정의 UV254 및 DOC 제거율은 15 % 이하로 나타났으나 Flux 10 m3/m2･day 조건에서 UV254는 약 20%, DOC는 약 34 %의 제거율로 확인되었다. 하지만 이는 비가역적 오염을 초래함으로써 막오염이 빠르게 진행되어 화학세정 주기를 앞당기는 문제가 발생하게 된다.
(Fig. 6) Flux를 2와 5 m3/m2･day로 조정하여 평가한 결과, flux 조건에 관계없이 처리수질은 탁도 0.1 NTU 이하를 유지하였으며 UV254와 DOC 결과 또한 유사한 경향을 보였다.
(Fig. 3-4) SUVA의 분석값을 보았을 때, 자외선흡광도 254nm 파장에서 흡수되는 용존 유기물 중 벤젠류와 불포화 지방족 물질들이 많이 포함된 소수성의 고분자 물질인 humic acid가 응집 및 침전에 의해 효과적으로 제거된 것을 확인하였다.
탁도 제거율은 침전이 포함된 공정에서 pH에 관계없이 응집제 5 mg/L 주입 시 가장 좋은 효율을 보였으며 UV254와 DOC는 5 ~ 15 mg/L 범위에서 높은 효율을 보였다. pH 10으로 조정하여 평가한 결과에서 탁도 제거율은 pH 조건에서 큰 차이를 보이지 않지만 응집제 주입에 의한 pH 강하 정도에 따라 탁도 제거율의 차이를 보이는 것으로 확인되었다. Jar-test를 통해 최적 응집제 주입량의 범위가 5 ~ 10mg/L임을 확인하였으며 세부 최적응집제 주입량 평가를 위해 추가적으로 응집제 1 ~ 10 mg/L의 농도에서의 평가를 진행하였다.
탁도 제거율은 모든 조건에서 99 % 이상의 높은 제거율을 보였다. 단독여과 공정인 A 공정의 탁도 제거율은 99.7 %로 다른 공정과 큰 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었다. 유기물 제거율은 응집 연계 공정인 B, C에서 UV254 제거율은 95% 이상, DOC 제거율은 65 – 85%로 확인되었다.
3 kpa 상승하였으며 Flux 10 m3/m2･d조건에서는 60분 만에 120 kpa을 초과하였다. 또한 물리세척 결과, 고 Flux 조건에서 물리세척에 의한 회복률이 매우 낮게 나타났으며 이는 막 표면에 형성된 막 오염이 물리세척에 의해 회복이 어려운 비가역적 오염(Irreversible fouling)으로 판단된다.
, 2000). 반면 응집연계 공정인 B와 C 공정은 Flux가 증가하여도 물리세척 회복률이 유지되거나 높아지는 것을 확인하였다. 응집에 의해 형성된 floc을 침전으로 제거한 C 공정은 Flux 5, 10 m3/m2･day에서 물리세척에 의한 회복률이 70 %로 나타났으며 원수에 응집 floc을 함유하여 처리한 B 공정의 물리세척 회복률은 Flux 5m3/m2･day 조건에서 95.
하지만 이는 비가역적 오염을 초래함으로써 막오염이 빠르게 진행되어 화학세정 주기를 앞당기는 문제가 발생하게 된다. 반면에 침전 공정이 포함된 C 공정에서는 flux 변화와 관계없이 안정적인 처리수질을 보였다. C의 경우도 마찬가지로 Flux 10 m3/m2･day의 조건에서 상대적으로 DOC 제거율이 상승하는 경향을 보였으나 TMP변화는 크게 나타나지 않아 막여과 시설에서 전처리 공정에서의 유입수질 관리를 통해 한시적으로 적용이 가능할 것으로 사료된다.
유기물 제거율은 응집 연계 공정인 B, C에서 UV254 제거율은 95% 이상, DOC 제거율은 65 – 85%로 확인되었다.
6 %이다. 응집 연계 공정인 B와 C 공정은 초기차압 대비 0.2 kpa 상승하였으며 물리세척 회복률은 71.4, 66.7 %로 A공정에 비해 물리세척에 의한 회복률이 높은 것을 확인하였으며 이를 통해 응집 연계 공정이 막여과 공정의 유지관리 측면에 영향을 미치는 것을 확인하였다. A 공정의 물리세척 회복률은 Flux가 높아질수록 물리세척 회복률이 감소하는 것을 확인 하였다(Fig.
반면 응집연계 공정인 B와 C 공정은 Flux가 증가하여도 물리세척 회복률이 유지되거나 높아지는 것을 확인하였다. 응집에 의해 형성된 floc을 침전으로 제거한 C 공정은 Flux 5, 10 m3/m2･day에서 물리세척에 의한 회복률이 70 %로 나타났으며 원수에 응집 floc을 함유하여 처리한 B 공정의 물리세척 회복률은 Flux 5m3/m2･day 조건에서 95.8 % 로 가장 높게 나타났다. 이는 막표면에 축적된 응집 floc이 cake층을 형성된 것으로 판단되며 형성된 cake층은 물리세척에 의해 효율적으로 제거되는 가역적 오염(reversible fouling)을 형성하여 물리세척에 의한 회복률이 높은 것으로 판단된다(Kweon et al.
이는 응집-침전을 통해 오염물질을 사전에 제거하거나 응집 floc 함유수를 유입수로 적용할 경우, 막 표면에 형성되는 막오염의 형태가 비가역적 오염도보다 가역적(Reversible) 오염도가 높은 것을 의미한다. 전처리 연계공정을 통해 세라믹 막 표면에 형성되는 막 오염의 제어가 가능하며 이를 통해, 막여과 공정의 물리세척 효율의 향상과 장기간 운영이 가능함을 알 수 있다.
이는 현장 적용 시 막모듈의 세정시기 또는 계열 설비 이상 등으로 설비의 일부를 중단할 경우에 안정적인 용수공급이 가능한지 여부에 대한 평가이다. 처리수질은 다른 flux 조건과 유사한 경향을 보였으나 flux가 상승할수록 UV254와 DOC의 제거율이 상승하는 경향을 확인하였다. 이는 막오염(Membrane Fouling)으로 인해 막표면에 형성된 Cake layer에 의해 MF 막여과 공정에서 제거가 어려운 유기물질의 일부가 Cake filtration 현상에 의해 제거되는 것으로 판단된다.
3 kpa로 전처리 공정에 따라 큰 차이를 보였다. 침전 공정이 포함된 C 공정은 120분간 flux 조건 별 차압변화가 0.6 kpa로 매우 안정적인 TMP 변화를 보였으나, 원수를 직접 여과하는 A 공정은 89.3 kpa로 본 실험에 적용된 전처리 중 가장 큰 차압변화를 보였다. Flux 5 m3/m2･day에서 A 공정은 초기차압 20.
5 kpa로 확인되었다. 침전이 포함된 공정의 경우, 탁도와 유기물 같은 막오염을 유발시키는 물질을 일차적으로 제거함으로써 막여과 공정에서 안정적인 TMP를 유지하는 것으로 확인되며 막여과 공정에서 전처리 공정의 중요성을 확인하였다.
탁도 제거율은 모든 조건에서 99 % 이상의 높은 제거율을 보였다. 단독여과 공정인 A 공정의 탁도 제거율은 99.
2와 같다. 탁도 제거율은 침전이 포함된 공정에서 pH에 관계없이 응집제 5 mg/L 주입 시 가장 좋은 효율을 보였으며 UV254와 DOC는 5 ~ 15 mg/L 범위에서 높은 효율을 보였다. pH 10으로 조정하여 평가한 결과에서 탁도 제거율은 pH 조건에서 큰 차이를 보이지 않지만 응집제 주입에 의한 pH 강하 정도에 따라 탁도 제거율의 차이를 보이는 것으로 확인되었다.
후속연구
･d에서 막여과 단독공정과 혼화/응집-침전 전처리 연계공정을 비교한 결과 막여과 단독공정은 20분만에 차압이 급증하였던 반면 혼화/응집침전 공정은 120분간 1 kpa 상승하여 안정적인 수질/수량 확보가 가능한 것을 확인하였다. 이는 기존의 유기막에 비하여 고 Flux로 운영이 가능한 세라믹 막을 전처리 공정과 연계하여 적용할 경우 기존시설에 비하여 부지면적 및 설비용량 절감 등의 경제성과 안정적 수질/수량 공급 등의 효율성을 확보할 수 있을 것으로 사료된다.
무기막의 물리세척은 500kpa 압력의 물과 공기를 이용하며 이는 일반적인 유기막의 물리세척 조건에 비해 매우 높은 압력 조건이다. 향후 유기막을 이용한 전처리 연계공정 운영평가와 막오염 특성별 물리세척 효율 평가를 통해 무기막과 유기막에서 발생하는 막오염 특성을 관찰하고 물리세척 조건별 비교평가를 수행하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
물리세척 조건은 어떻게 이루어져있는가?
응집 공정 조합이 세라믹 막여과에 미치는 영향을 관찰하기 위해 조합공정 별 막여과를 진행한 뒤 물리세척을 실시하여 각 공정 별 물리세척에 의한 회복 정도를 확인하였다. 물리세척 조건은 120분간 여과 후, 물과 공기를 이용해 500 kpa의 압력으로 물리세척을 실시하였으며 다시 약 10분간 여과공정을 진행하여 물리세척 후의 여과차압 변화를 측정하였다. Flux 2 m3/m2･day 조건에서 A 공정의 초기차압은 9.
재래식 정수처리공정의 한계점은?
, 2002). 기존의 재래식 정수처리공정은 여과층 사이의 세균번식과 유기, 무기물질의 제거에 어려움이 있어 활성탄을 이용한 흡착공정이나 오존산화처리와 같은 후처리가 필요하다(kwon et al., 2008; Lee and Oh, 2003).
세라믹 분리막의 화학적인 장점은?
세라믹 분리막의 경우, 유기계 막에 비해 원료가격 및 제조공정 등의 단점이 있지만 고온 및 고압 하에서도 특성유지가 가능하고 유기막보다 단순한 형상과 배열(configuration)을 갖기 때문에 오염되었을 때 세척이 용이해 고농도의 농축 및 높은 투과율을 일정하게 유지할 수 있으며 고탁도, 고점도 용액에 적용 가능한 장점이 있다. 또한 내화학성 및 내마모성이 우수하여 유기용매나 산알칼리 용액에 장기간 노출시켜도 막에 손상이 가해지지 않고, pH 1-14의 전 범위에서 안정하기 때문에 강산, 강염기 용액에 적용이 가능하다. 유기막의 경우 정수처리 공정에서 약품세정에 의한 막 재질의 손상이나 변형이 발생하는 반면, 세라믹 막은 우수한 내화학성으로 인해 약품세정에 의한 손상이 적기 때문에 반영구적 사용이 가능한 장점이 있다(Kim, 1993; Charpin et al., 1987; shimizu et al, 1988).
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