막여과 정수처리 공정에서는 효율적 처리와 관리를 위하여, 일정용량의 계열(Train)을 복수로, 고회수율 달성을 위한 다단(Stage)의 구성을 사용한다. 이에 따라, 각 계열 또는 단이 처리해야하는 대상수의 농도가 서로 상이하고, 원수 및 약품의 유입위치와 방향 등에 따라 막오염 특성이 서로 상이하다. 따라서, 본 연구에서는 다수의 계열과 2단으로 구성된 침지식 막여과 정수처리 공정에서 계열 및 단별 오염특성을 파악코자 하였다. 10년 이상 운영이 지속된 막여과 정수처리 공정을 대상으로 한 오염평가실험에서, 전단/앞 계열에서는 무기오염이, 후단/후 계열에서는 유기오염이 상대적으로 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 이러한 자료를 바탕으로 막여과공정의 운영관리 방안을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

기공 0.4 μm PVDF 나노섬유 정밀여과 나권형 모듈과 GAC 컬럼의 혼성공정에서 모사용액을 순환 없이 선형유속 0.013 m/s, TMP를 0.5 bar 조건으로 GAC 충진량을 변화시키면서 실험하였다. 또한 동일한 혼성공정에서 모사용액을 순환시키면서 선형유속 0.026 m/s, TMP 1.5 bar의 조건으로 GAC 충진량의 영향을 고찰하였다. 탁도와 UV254 흡광도(DOM) 처리율을 비교하였는데, 탁도 처리율에는 영향이 없었으나, GAC의 충진량이 많을수록 DOM 이 증가하였다. 하지만 TMP와 유속이 높은 조건인 순환이 있는 실험에서 GAC에 의한 DOM 처리율이 더 낮은 이유는 순환으로 인해 모사용액 농도가 낮아졌기 때문인 것으로 판단된다.

Distribution basins are used widely in the water treatment process. Uniform distribution at the distribution basin is an important because it affect precipitation efficiency of sedimentation basin. Generally distribution basin has a free surface water and is consisted of a weir. Study result, when inflow of distribution basin is less, amount of overflow is much at the nearest weir from the inlet. But when inflow is much, amount of overflow is much at the far weir from the inlet. The difference of distribution amount at the pipe is affected by the curvature and length of the pipe. The magnitude of the effect is determined by the relative energy loss and the flow state of the distribution basin. Optimization of the response surface method for minimizing an amount of deviation of the distribution is a very useful technique to determine the optimal ratio of the valve opening.

강도가 강하고 내약품성, 무독성, 내연소성의 장점을 가지고 있는 PVdF (polyvinylidene fluoride) 나노섬유로 기공이 0.4 μm 평막을 제조한 후, 그 평막으로 부직포를 첨가하여 나권형 모듈을 제작하였다. 카올린과 휴믹산으로 조제한 모사용액과 순수를 대상으로 나권형 모듈의 투과선속과 처리율을 비교하여 pH의 영향을 알아보았고, 여과실험 후 물 역세척을 하여 회복률과 여과저항을 계산하였다. 또한, 나권형 모듈을 통과한 처리수를 입상 활성탄(GAC, granular activated carbon)으로 채워진 컬럼에 통과시킨 후, 탁도와 UV254 흡광도를 측정하여 GAC의 흡착 효과를 고찰하였다.

국내 정수장 노후화의 가속과 더불어 신규 위험물질 및 미량유해물질에 대한 안전성 확보를 위하여 정수장의 고도화를 위한 노력이 지속되고 있으며, 막여과 기반의 고도정수처리 공정의 도입이 안전성 확보의 대안으로 자리잡고 있다. 그러나 원수의 특성을 고려한 막여과공정의 구성방안 및 운영방안 마련이 필요한 실정이다. 본 연구는 원수내 망간의 계절적 발현 특징을 나타내는 U정수장을 대상으로 500m³/일 용량의 정밀막여과를 기반으로 한 고도정수처리 테스트베드를 구축하고, 원수의 수질특성을 고려한 운영인자 확립과 더불어 처리효율을 평가하였다.

본 연구는 국내 최초로 도입된 Y 정수장의 세라믹막 고도정수처리를 위한 최적 운영 인자를 도출하기 위하여 수행되었다. 경제성과 수질조건을 만족하면서도 세라믹막 여과성능을 지속⋅유지할 수 있는 최적 운영조건을 도출한 결과, Y 정수장의 평상시 수질 조건에서 막역세척으로 인한 배출수 발생량을 최소화시키면서도 막여과성능을 유지할 수 있는 최적 여과지속시간(역세척 주기)은 시설용량(16,000 m3/일) 기준 시 4.0시간으로 조사되었다. 또한 화학세척(CIP)에 따른 막차압 회복력을 조사한 결과, 구연산을 이용한 산세정을 통하여 철, 망간, 알루미늄 등의 막 파울링을 일으키는 무기오염물질은 제거되지만 막 회복률은 낮았다. 반면 차아염소산나트륨을 사용한 알칼리 세정을 통해서는 막 운영 초기 막차압으로 회복되는 것으로 나타났다. 막차압을 발생시키는 파울링 주요 원인물질은 친수성 고분자 유기오염물인 polysaccharides로 조사되었으며, 화학세척(CIP)시 막성능 회복률은 세척약품 온도에 의한 영향이 매우 크며, 온도가 높은수록 막성능 회복률이 향상되는 것으로 조사되었다.

정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항 (Rf) 및 투과선속 (J), 총여과부피 (VT) 측면에서 정밀여과의 물 역세척 또는 한외여과의 질소 역세척한 기존 결과와 비교 고찰하였다. 그 결과, 휴믹산 농도의 영향으로 막오염이 진행되는 경향은 질소 또는 물 역세척에 따라, 동일한 재질이라도 한외여과 또는 정밀여과에 따라 차이를 보였다. 또한 동일한 재질의 분리막의 경우 한외여과 보다 정밀여과에서 질소 역세척이 막오염 억제에 효과적이고, 동일한 정밀여과인 경우 물 역세척보다 질소 역세척이 효과적이었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 10 mg/L에서 최대였다. 이러한 결과로부터 정밀여과막의 질소 역세척시 휴믹산의 농도가 증가할수록 처리수의 휴믹산 농도도 높아지지만, 휴믹산 농도 10 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 최대 효율로 제거된다는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 물역세척 주기(filtration time, FT) 변화의 영향을 알아보고, 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 비교하였다. 물역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막 오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf 는 감소하고 J는 증가하여 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 동일하였다. 탁도의 처리효율은 98.1% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 탄소 정밀여과막을 사용한 기존의 결과와 유사하였다. 한편, 유기물의 처리효율은 FT 8분 조건에서 89.6%로 가장 높았으며, FT 변화의 영향이 보이지 않았고 기존의 결과들보다 다소 높은 유기물 제거율을 보였다.

본 연구에서는 정수처리용 탄소섬유 정밀여과막 및 광촉매의 혼성공정에서 물 역세척 주기(FT) 변화의 영향을 알아보고, 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 비교하였다. 물 역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf는 감소하고 J는 증가하여 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 동일하였다. 탁도의 처리효율은 99.2% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 기존의 결과와는 달랐다. 한편, 유기물의 처리효율은 NBF 조건에서 65.6%로 가장 낮았으며 FT가 감소할수록 증가하여 기존의 결과와 역시 다른 현상을 보였다. 이런 차이를 보인 것은 세라믹 분리막의 재질의 차이로 인한 막오염 현상이 다른 기작을 보이기 때문인 것으로 판단된다.

정수처리용 세라믹 한외여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 측면에서 물 역세척의 기존 결과와 비교 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 VT는 가장 높았다. 휴믹산 농도가 2에서 10 mg/L로 높아졌을 때, 180분 운전 후 막오염 저항(Rf,180)은 물 역세척 시 Rf,180값보다 0.8배 더 증가하였다. 따라서 물 역세척보다 질소 역세척 시 막오염이 휴믹산 농도의 영향을 더 크게 받는다는 것을 알 수 있었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 2 mg/L에서 최대였다. 이것은 질소 역세척 시 휴믹산 2 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 가장 효과적으로 제거되지만, 4 mg/L에서는 광촉매 구만으로 역부족인 것으로 판단된다. 휴믹산 6 mg/L 이상에서는 막표면의 두꺼운 케이크 층과 심화된 내부 막오염으로, 휴믹산이 한외여과막에 의해 효과적으로 제거된 것이다.

For advanced drinking water treatment of high turbidity water, we used the hybrid process that was composed of photocatalyst packing in space of between outside of multi-channel ceramic microfiltration membrane and membrane module inside. Photocatalyst was polypropylene (PP) beads coated TiO2 powder by CVD (chemical vapor deposition) process. Instead of natural organic matters (NOM) and fine inorganic particles in natural water source, standard NOM solution was prepared with humic acid and kaolin. Water-back-flushing of 10 sec was performed per every period of 10 min to minimize membrane fouling. Resistance of membrane fouling (Rf) increased and J decreased as concentration of humic acid changed from 2 mg/L to 10 mg/L, and finally the highest total permeate volume (VT) could be obtained at 2 mg/L. Then, treatment efficiency of turbidity and UV254 absorbance were above 96.4% and 78.9%, respectively. As results of treatment portions by membrane filtration, photocatalyst adsorption, and photo-oxidation in (MF), (MF + TiO2), (MF + TiO2 + UV) processes, turbidity was treated little by photocatalyst adsorption, and photo-oxidation. However, treatment portions of UV254 absorbance by adsorption (MF + TiO2) and photo-oxidation (MF + TiO2 + UV) at humic acid of 4 mg/L and 6 mg/L were above 9.0, 9.5 and 8.1, 10.9%, respectively.

본 연구에서는 정수처리용 세라믹 한외여과 빛 광촉매의 혼성공정에서 휴믹산 농도 및 광산화, 흡착의 영향을 알아보았다. 휴믹산 농도 각각 2mg/L와 4 mg/L 일 때 UF 단독 공정 및 광촉매를 투입한 공정, UV를 조사한 공정을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피 (VΤ) 측면에서 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 VΤ는 가장 높았다. 탁도의 평균 처리효율은 휴믹산 농도가 증가할수록 감소하였으나, 4 mg/L에서 휴믹산의 처리효율이 가장 높았다. 이러한 결과는 낮은 휴믹산 농도에서 휴믹산 대부분이 분리막에 의해 제거되고 막을 통과한 일부 휴믹산은 광촉매에 흡착 산화되어, 처리수의 수질이 휴믹산 2 mg/L 와 4 mg/L 에서 거의 같고 원수의 수질은 4 mg/L에서 더 높기 때문이다. 광산화와 흡착의 영향 실험에서 UF + TiO2 + UV 공정의 J가 가장 높게 유지되어, 180분 운전 후 VΤ가 가장 높았다. 휴믹산 및 탁도의 처리효율을 비교한 결과, 휴믹산 농도가 2 mg/L 에서 4mg/L로 증가하였을 때 광산화 보다 광촉매 흡착이 더 주요한 역할을 하였다.

본 연구에서는 정수처리용 세라믹 한외여과 및 광촉매의 혼성공정에서 TiO2 광촉매 코팅 구(bead)의 농도 및 물역세척 주기(FT), 물역세척 시간(BT) 변화의 영향을 알아보았다. 광촉매 코팅 구의 농도는 10~40 g/L로, FT는 2~10분으로, BT는 6~30초로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. 광촉매 코팅 구의 농도가 감소할수록 Rf는 증가하고 J는 감소하였다. 광촉매 코팅 구의 농도 40 g/L 에서 VT가 8.85 L로 가장 높았다. FT 변화 실험에서는 FT가 감소할수록, Rf는 감소하고 J는 증가하였다. 한편, BT 변화 실험에서는 BT가 증가할수록, Rf는 감소하고 J는 증가하였다. 또한, NBF(no back-flushing)에서 급격한 막오염에 의한 분리막 기공의 감소로 탁도 및 용존유기물(UV254 흡광도)이 효과적으로 제거되었기 때문에, 탁도 및 용존유기물의 처리효율이 NBF 조건에서 가장 높았다. 한편, 광촉매 코팅 구의 세척 효과로 FT가 감소할수록, BT가 증가할수록 탁도 및 용존유기물의 처리효율은 증가하였다.

고탁도 원수의 고도정수처리를 위해 관형 세라믹 정밀여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이의 공간에 광촉매를 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구(bead)에 TiO2 분말을 플라즈마 화학증착(chemical vapor deposition) 공정으로 코팅한 것이다. 정수 원수 중 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항(Rf)이 감소하고 J가 증가하여 2 mg/L에서 가장 높은 총여과부피(VT)를 얻었다. 탁도 및 UV254 흡광도의 처리효율은 각각 98.5% 및 85.7% 이상이었다. MF 공정 및 MF + TiO2 공정, MF + TiO2 + UV 공정의 막여과 및 광촉매 흡착, 광산화의 처리 분율을 알아본 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 10.7, 8.6% 이상이었다.

본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 모듈 내부와 관형 세라믹 정밀여과막 외부 사이의 공간에 입상 활성탄(GAC)을 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하고 투과선속(J)을 향상시키기 위하여 10분 주기로 10초 동안 질소 역세척을 시행하였다. 그 결과, 휴믹산의 농도가 10 mg/L부터 2 mg/L로 단계적으로 변화시킴에 따라 막오염에 의한 저항(Rf)이 감소하고 J가 증가하여 2 mg/L에서 가장 높은 총여과부피(VT)를 얻을 수 있었다. 한편, 탁도 및 UV254 흡광도의 처리효율은 각각 99.36% 및 97.19% 이상으로 우수하였으나, 휴믹산의 농도 10 mg/L에서 활성탄 주입 없이 정밀여과 단독으로 UV254 흡광도의 처리효율은 90.84%로 다소 감소하였다.

본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 모듈 내부와 관형 세라믹 정밀여과막 외부 사이의 공간에 입상 활성탄(GAC)을 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하고 투과선속(J)을 향상시키기 위하여 역세척 시간(BT)과 역세척 주기(FT)에 따른 영향을 알아보았으며, 최적운전조건을 규명하고자 하였다. 그 결과, BT가 증가함에 따라 Rf 다소 감소하는 경향을 보였으며, 더 짧은 FT는 빈번한 역세척으로 Rf의 감소와 J의 향상에 더 효과적이었다. 그러나 운전비용을 고려하였을 때, 최적 BT 및 FT는 각각 10초와 8분이었다. 한편, 모사용액으로 실험하여 도출된 최적 운전조건을 호소수의 고도정수처리에 적용하였다. 그 결과, 탁도 및 UV254 흡광도, CODMn의 평균처리효율은 각각 99.11% 및 91.40%, 89.34%로 우수하였으나, TDS의 평균처리효율은 30.05%로 낮았다.

본 연구에서는 관형보다 단위시간당 투과량이 월등히 많은 다채널 세라믹 분리막을 사용하였으며, 고도정수처리 혼성공정은 모듈 내부와 다채널 정밀여과막 외부 사의의 공간에 입상활성탄(GAC)을 충전하여 구성하였다. 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 사용하였다. 유기물질의 영향을 살펴보기 위해 일정한 30mg/L의 카올린 농도에서 휴믹산(humic acid)의 농도를 2~10 mg/L로 변화시켰다. 그 결과, 막오염의 저항(Rf)과 투과선속(J)은 휴믹산의 농도에 따라 큰 영향을 받았다. 또한 역세척 주기(FT)의 영향을 살펴본 결과, 더 짧은 FT는 빈번한 역세척으로 막오염의 감소와 투과선속의 향상에 더 효과적이었다. 그러나 운전비용을 고려하면, 최적 FT조건은 8분이였다. 한편, 이 다채널 정밀여과막 및 GAC 혼성공정을 호소수에 적용한 결과, 평균 처리효율은 탁도 98.02%, UV254 흡괌도 75.64%, 총용존고형물(TDS) 7.18%, 화학적산소요구량 84.73%이었다.

본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 모듈 내부와 세라믹 정밀여과막 외부 사이의 공간에 입상 활성탄(GAC)을 충전한 혼성 모듈을 이용하였으며, 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 사용하였다. GAC의 충전율(packing fraction)에 따른 처리효율의 변화를 알아보고자. GAC의 충전율을 0~24.05%로 변화 시켰다. 그 결과, 3시간 운전하는 동안 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J)의 변화 곡선은 GAC의 충전율에 관계없이 거의 중첩되었다. 그리고 탁도의 처리효율은 모든 조건에서 99.46% 이상으로 높았으며, UV254 흡광도로 측정한 NOM의 처리효율은 최대 충전율 24.05%에서 제거율은 99.43%로 가장 높게 나타났다. 한편, 충전율 24.05%에서 13시간 동안 운전한 결과, J는 막오염의 증가에 따라 운전 초기 1시간 이내에 급격히 감소하였으며 3시간 운전 후부터는 거의 일정한 투과선속을 나타냈다. 그리고 탁도 및 NOM의 처리효율은 각각 99.52%와 96.63%로 안정적인 높은 처리효율을 보였다.

수돗물 공급에 있어서의 미량 유기물질 및 맛냄새 제거의 중요도가 높아짐에 따라 오존, GAC 및 PAC 등 고도 정수처리공정의 도입이 지속적으로 증대되고 있다. 하지만, 원수의 수질악화, 새로운 오염물질의 출현 등에 의해 기존의 고도처리공정이 향후에도 충분한 대안이 된다고 확신하기는 어려운 실정이다. 본 연구에서는 고농도의 분말활성탄을 slurry blanket의 형태로 체류시킨다는 새로운 개념의 접촉조를 구상, 막여과조와 연계하여 하나의 공정으로 완성하였다. 한강원수를 대상으로 80m3/일 규모의 pilot plant를 이용, 유기물질 및 2-MIB, Geosmin에 대한 제거특성을 살펴본 결과 DOC의 경우 운영초기 90% 이상, 안정화된 이후에도 70~80% 내외의 높은 처리효율을 나타내었으며 2-MIB Geosmin의 경우 검출한계 이하로 제거되었다. 본 공정은 1년 이상의 장기간의 고도처리 효율 검증 및 안정된 PAC 접촉조의 운영방안 등 공정 최적화를 위한 추가적인 연구가 필요한 실정이나 기존의 고도처리에 비해 컴팩트하면서 높은 처리효율을 안정적으로 나타냄으로써 맛냄새물질을 비롯한 미량 오염물질을 제거하기 위한 대안공정으로서의 높은 가능성을 확인하였다.