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pp.163-176
Membrane-Aerated Biofilm Reactor(MABR)는 하수처리 공정의 에너지 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있다. 기존 활성슬러지 공정의 기포형 산기 시스템은 산소전달효율(OTE)이 낮고 전체 에너지 소비의 80%까지 차지하는 등 에너지 비효율성을 내포하고 있다. 반면 MABR은 기체 투과성 막(membrane)을 통해 생물막으로 산소를 직접 공급함으로써, 이론적으로 100%까지 OTE 달성이 가능하다. 본 논문은 MABR의 산소전달 메커니즘과 구조적 특징을 정리하고, OTE, 산소전달속도(OTR), 폭기 효율(AE) 등의 에너지 효율 지표를 중심으로 파일럿 및 실규모 적용 사례 11건을 분석하였다. 분석 결과, AE는 기존 활성슬러지 공정 대비 약 4-5배 향상된 수치이다. 그러나 OTE와 OTR 간의 상충관계, 공정 규모, 기질 농도 등 다양한 운영 변수에 따라 성능이 상이하게 나타났으며, 현장 적용에서는 이론적 효율을 하회하는 사례도 확인되었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 기술적 접근으로는 간헐 공기 공급, 주기적 환기, 막 소재 개선, 막 이완 제어 등이 시도되고 있다. 동시에, 실증 연구들 간 실험 조건 및 효율 지표 산정 기준의 상이함은 결과 해석의 일관성을 저해하는 요인으로 지적된다. 따라서 본 연구는 향후 MABR 기술의 실용화를 위해 에너지 효율 평가 기준의 표준화와 대규모 현장 검증의 필요성을 강조한다.
The Membrane-Aerated Biofilm Reactor (MABR) is emerging as a next-generation technology that can significantly improve the energy efficiency of wastewater treatment processes. Conventional activated sludge systems using bubble-type aeration suffer from low oxygen transfer efficiency (OTE), consuming up to 80% of total energy. In contrast, MABR delivers oxygen directly to the biofilm through gas-permeable membranes, theoretically achieving 100% OTE. This study reviews the oxygen transfer mechanism and structural characteristics of MABR and analyzes 11 pilot and full-scale applications with a focus on energy efficiency indicators such as OTE, oxygen transfer rate (OTR), and aeration efficiency (AE). Analyses show that AE is approximately 4-5 times better than conventional activated sludge processes. However, performance varied depending on operational variables, such as the trade-off between OTE and OTR, process scale, and substrate concentration, and in some cases theoretical efficiencies were found to be lower in field applications. Technological approaches to overcome these limitations include intermittent air supply, periodic venting, improved membrane materials, and controlled membrane relaxation. Simultaneously, inconsistencies in experimental conditions and energy efficiency metrics across empirical studies impede the coherent interpretation of results. Consequently, this study underscores the necessity of establishing standardized evaluation criteria for energy efficiency and implementing large-scale field validations to facilitate the practical deployment of MABR technology.
ABSTRACT
1. 서 론
2. MABR 기술의 원리와 장점
3. MABR의 산기 에너지 절감 효과와 에너지 효율 분석
3.1 전통적인 산기 시스템의 비효율성
3.2 MABR 산기 에너지 절감 효과
3.3 실제 공정 사례에서의 산기 에너지 절감률
3.4 MABR의 에너지 효율 제한 요소
4. MABR의 에너지 효율을 향상시키기위한 다양한 접근
5. 결론 및 향후 전망
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References
