In this study, a pilot-scale (3 m3/day) membrane distillation (MD) process was operated to treat digestate produced from anaerobic digestion of livestock wastewater. In order to evaluate the performance and energy cost of MD process, it was compared with the pilot scale (10 m3/day) reverse osmosis (RO) process, expected competitive process, under same feed condition. As results, MD process shows stable permeate flux (average 10.1 L/m2/hr) until 150 hours, whereas permeate flux of RO process was decreased from 5.3 to 1.5 L/m2/hr within 24 hours. In the case of removal of COD, TN, and TP, MD process shows a high removal rate (98.7, 93.7, and 99% respectively) stably until 150 hours. However, in the case of RO process, removal rate was decreased from 91.6 to 69.5% in COD and from 93.7 to 76.0% in TP during 100 hours of operation. Removal rate of TN in RO process was fluctuated in the range of 34.5-62.9% (average 44.6%) during the operation. As a result of energy cost analysis, MD process using waste heat for heating the feed shows 18% lower cost compare with RO process. Thus, overall efficiency of the MD process is higher then that of the RO process in terms of permeate flux, removal rate of salts, and operating cost (in the case of using waste heat) in treating the anaerobic digestate of livestock wastewater.

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.

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.

본 연구에서는 막증류법에서 문제가 되는 젖음 현상을 방지하기 위해 분리막의 표면을 초소수성으로 개질하고, 젖음 현상의 가속화를 통해 초소수성 표면의 젖음 방지의 평가에 관한 연구를 진행하였다. 분리막의 표면을 물리적 처리를 통해 기공을 키우고, 산화 처리를 통해 하이드록실기를 형성시켜 성장을 준비한다. 성장을 통해 표면에서부터 형성된 나노 입자를 통해 코팅 방법이 가지는 분리막과 나노 입자 사이의 불안정성을 해결하였고, 성장한 나노 입자의 화학적 개질을 통해 초소수성 막을 준비하였다. 준비된 분리막은 막 증류법의 운전 도중 계면활성제를 첨가함으로써 젖음 현상의 가속화를 통해 개질 전후의 방지효과를 비교하였고, sonication 처리를 통해 나노 입자와 분리막 사이의 안정성을 확인하였다.

막증발 기술은 최근 해수담수화 분야에서 많은 주목을 받고 있으며, 기존 증발법과 역삼투를 대체하는 대안기술로서 개발이 활발하게 추진되고 있다. 그러나 막증발 기술의 실용화를 위해서는 극복하여야 할 몇 가지 문제점이 있다. 본 연구에서는 막증발 기술을 효율적으로 적용하기 위하여 해결해야 하는 1) 스케일업 2) 막오염 억제 3) 막젖음 예측 및 방지기술 개발하고자 하였으며, 이를 통하여 저탄소 담수화를 실현시키기 위한 방안을 제시하고자 하였다.

Membrane distillation (MD) has shown the potential to further reduce the volume of coal seam gas (CSG) reverse osmosis (RO) brine. However, despite its potential, the lack of appropriate MD membranes limits its industrial use. Therefore, this study was aimed on the fabrication of a robust membrane for the treatment of real CSG RO brine via an air gap MD (AGMD) process. Here, graphene/polyvinylidene fluoride (G/PVDF) membranes were prepared through a phase inversion method. Surface characterization revealed that all G/PVDF membranes exhibited favorable membrane properties having high porosity and liquid entry pressure, and suitable pore size. AGMD test results indicated a high water vapor flux of 20.5 L/m²h. Long-term AGMD operation revealed the robustness of G/PVDF membrane with superior performance compared to commercial PVDF membrane.