Although membrane bio-reactor (MBR) has been widely applied for wastewater treatment plants, the membrane fouling problems are still considered as an obstacle to overcome. Thus, many studies and commercial developments on mitigating membrane fouling in MBR have been carried out. Recently, high voltage impulse (HVI) has gained attention for a possible alternative technique for desalting, non-thermal sterilization, bromate-free disinfection and mitigation of membrane fouling. In this study, it was verified if the HVI could be used for mitigation of membrane fouling, particularly the internal pore fouling in MBR. The HVI was applied to the fouled membrane under different conditions of electric fields (E) and contact time (t) of HVI in order to investigate how much of internal pore fouling was reduced. The internal pore fouling resistance (Rf) after HVI induction was reduced as both E and t increased. For example, Rf decreased by 19% when the applied E was 5 kV/cm and t was 80 min. However, the Rf decreased by 71% as the E increased to 15 kV/cm under the same contact time. The correlation between E and t that needed for 20% of Rf reduction was modeled based on kinetics. The model equation, E1.54t = 1.2 × 103 was obtained by the membrane filtration data that were obtained with and without HVI induction. The equation states the products of En and t is always constant, which means that the required contact time can be reduced in accordance with the increase of E.

This study was aimed to examine inorganic fouling and fouling reduction method in direct contact membrane distillation(DCMD) process. Synthetic seawater of NaCl solution with CaCO3 and CaSO4 was used for this purpose. It was found in this study that both CaCO3 and CaSO4 precipitates formed at the membrane surface. More fouling was observed with CaSO4(anhydrite) and CaSO4･0.5H2O(bassanite) than CaSO4･2H2O(gypsum). CaCO3 and gypsum were detected at the membrane surface when concentrates of SWRO(seawater reverse osmosis) were treated by the DCMD process, while gypsum was found with MED(multi effect distillation) concentrates. Air backwash(inside to out) was found more effective in fouling reduction than air scouring.

As water resources are limited and legal regulations are strengthened, there is a growing need to reuse residuals in WTP(Water Treatment Plant). In this study, membrane filtration system was constructed and its operation method was studied for water quality stabilization and reuse of WTP residuals. The operation parameters were stable for 1 year and 6 months. Membrane fouling was identified as particulate pollution (activated carbon) and inorganic pollution (manganese). The membrane system was operated steadily with raw water of high concentration SS(Suspended solid) containing activated carbon because membrane fouling was reduced by the effect of End-Free type. In the case of inorganic contamination, dissolved manganese eluted by chemicals and acted as a membrane fouling source, and the operating conditions for minimizing membrane fouling were confirmed by newly developing application methods and types of cleaning chemicals. Based on the results, design parameters for reducing manganese membrane fouling were derived.

알루미나 콜로이드 용액의 막여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각 변화로 유발된 자연대류 불안정 흐름(natural convection instability flow, NCIF)의 콜로이드 물질의 막오염 제어 효과를 정압(constant-pressure) 막여과 시 플럭스 증가와 정투과량(constant-flux) 막여과 시 막차압 감소 정도로 측정하고, 플럭스 결과를 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커지면 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 2시간의 막여과에서 플럭스는 최대 2.8배까지 증가하고, 막차압은 최대 85%까지 감소하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 결과를 해석하여 운전 시간 15분 이내에서는 중간막힘모델 그 이후에는 케이크여과모델로 평가하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발 된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 52% 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 93% 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어기작은 막표면에의 입자상 콜로이드 물질의 케이크층 형성을 억제시키는 것으로 평가하였다.

Electro-coagulation process has been gained an attention recently because it could overcome the membrane fouling problems in MBR(Membrane bio-reactor). Effect of the key operational parameters in electro-coagulation, current density(ρ i) and contact time(t) on membrane fouling reduction was investigated in this study. A kinetic model for ρi and t required to reduce the membrane fouling was suggested under different MLSS(mixed liquor suspended solids) concentration. Total 48 batch type experiments of electro-coagulations under different sets of current densities(2.5, 6, 12 and 24 A/m2), contact times(0, 2, 6 and 12 hr) and MLSS concentration(4500, 6500 and 8500mg/L) were carried out. After each electro-coagulation under different conditions, a series of membrane filtration was performed to get information on how much of membrane fouling was reduced. The membrane fouling decreased as the ρi and t increased but as MLSS decreased. Total fouling resistances, Rt (=Rc+Rf) were calculated and compared to those of the controls (Ro), which were obtained from the experiments without electro-coagulation. A kinetic approach for the fouling reduction rate (Rt/Ro) was carried out and three equations under different MLSS concentration were suggested: i) pi0.39t = 3.5 (MLSS=4500 mg/L), ii) pi0.46t = 7.0 (MLSS=6500 mg/L), iii) pi0.74t = 10.5 (MLSS=8500 mg/L). These equations state that the product of ρi and t needed to reduce the fouling in certain amounts (in this study, 10% of fouling reduction) is always constant.

BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

분리막 공정의 효율적인 운전을 위해서는 막오염 원인물질의 파악과 전처리 단계에서의 제어가 필요하며, 막해체를 통한 막오염 물질의 특성 분석은 막오염 원인물질에 대한 정보를 제공한다. 본 연구에서는 1.7 m3/day 규모의 파일럿 나노여과막을 약 60일 동안 운전 후 해체하여 막오염 특성을 평가하였다. 막오염 물질의 대부분(69.7±1.5wt.%)은 미생물에서 유래한 저분자(< 0.5 K Da) 유기물질로 밝혀졌다. 무기 막오염 물질은 알루미늄이 대부분(60% 이상)을 차지하였으며, 이는 정수처리 공정에서 응집제로 사용되는 잔류 폴리염화알루미늄의 영향으로 판단된다. 그러므로 나노여과막 장기운전을 위해서는, 미생물에 의한 막오염 저감 방안과 잔류 응집제를 제거하기 위한 전처리 방안이 마련돼야 한다.

하⋅폐수처리 MBR 공정을 운영함에 있어서 특정 오염물에 따른 멤브레인 회복률 저하를 자주 경험하게 되며, 이에 따른 화학세정 시 막오염 물질 제거에 필요한 약품선택에 많은 어려움을 겪는다. 본 연구의 목적은 하폐수 성상의 MBR 처리 시 발생할 수 있는 Ca 막오염에 대해서 다양한 세정약품 적용을 통한 멤브레인의 회복률 증대 방안을 찾고자 하는 것에 있다. 본 연구는 K 폐수처리시설에서 1년간 운영한 (주)에코니티의 분리막을 샘플링하여 투과도 측정 및 막표면 분석 후 막오염 물질을 우선적으로 확인하였으며, 이에 따른 각종 화학약품의 적용실험을 통하여 최적약품 도출 및 적용성을 평가하고자 하였다.

막증발 (Membrane Distillation, MD) 기술은 역삼투 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수의 처리 문제를 해결하고 공정 회수율을 증가시킬 수 있는 차세대 담수화 기술로 부각되고 있다. 하지만 MD 공정의 효율적 운영을 위해서는, 막의 오염 (Fouling) 및 젖음 (Wetting) 현상을 해결하여야 한다. 이 현상들은, 해수 속에 존재하는 성분, 막의 종류 등을 포함한 여러 가지 운영 조건 등에 따라 다를 수 있다. 따라서 본 연구에서는 막오염과 막젖음 현상이 어떻게 발생하는지 살펴보기 위해, MD 공정 운영 조건을 변화시키며 막투수도 및 여과저항, 처리수 전도도 등을 측정하고, SEM-EDX, LEP (Liquid Entry Pressure) 등을 이용하여 막을 분석하였다.

하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

Forward Osmosis process has no, as yet, reliable method to predict fouling. This study utilized the concept of fouling reversibility to develop the index. The osmotically-driven reversibility index, denoted as ORI, was acquired by measuring the flux recovery after physical cleaning cycle and the protocols of ORI were developed systematically by considering all the critical factors of FO process. The applicability of ORI was examined by investigating FO process when treating secondary effluents from various full-scale wastewater treatment plants. The results demonstrated that the normalized final flux by fouling in FO was closely correlated to the ORI measurements with high statistical reliability. The ORI has proven to be useful evaluation parameter for continuous operation and determining cleaning cycles of FO process.

The slow diffusion of pollutants to the surface of electrodes has limited the contact between OH radicals and micropollutants in electro-oxidation processes. In this study, conductive hollow fiber membrane (CHF) made with multi-walled carbon nanotube (CHF) was fabricated and operated with flow-through system. During the electro-oxidation of three micropollutants, a conventional flow-by reactor showed less than 60% of removals at the hydraulic retention time (HRT) of 30 minutes, while flow-through operation could achieve complete removal for all tested micropollutants at the same HRT. Moreover, the flow-through system exhibited complete removals even at the HRT of 1 minutes, while that of flow-by system were less than 10 %.

Membrane distillation (MD) is a thermally driven desalination process with a hydrophobic membrane. MD process has been known to have a lower fouling potential compared to other pressure-based membrane desalination process (NF, RO). However, membrane fouling also occurs in MD process. In this study, the membrane fouling was observed in MD process according to the pre-treatment processes. The filtration and precipitation processes were applied as the pre-treatment to prevent the membrane fouling. The pore sizes of roughing filters were 0.4, 5, 10, 30, and 60 ㎛. The concentration of the coagulant was 1.2 mg/L as FeCl3. The membrane fouling on MD membrane was successfully removed with both pre-treatment processes.