Membrane bioreactor (MBR) provides the benefits on high effluent quality and construction cost without the secondary clarification. Despite of these advantages, fouling, which clogs the pore in membrane modules, affects the membrane life span and effluent quality. Studies on the laboratory scale MBR were focused on the control of particulate fouling, organic fouling and inorganic fouling. However, less studies were focused on the control of biofouling and microbial aspect of membrane. In the full scale operation, most MBR produces high effluent quality to meet the national permit of discharge regulation. In this study, the performance and microbial community analysis were investigated in two MBRs. As the results, the performance of organic removal, nitrogen removal, and phosphorus removal was similar both MBRs. Microbial community analysis, however, showed that Azonexus sp. and Propionivibrio sp. contributed to indirect fouling to cause the chemical cleaning in the DX MBR.

Fouling is an inevitable problem in membrane water treatment plant. It can be measured by trans-membrane pressure (TMP) in the constant flux operation, and chemical cleaning is carried out when TMP reaches a critical value. An early fouilng alarm is defined as warning the critical TMP value appearance in advance. The alarming method was developed using one of machine learning algorithms, decision tree, and applied to a ceramic microfiltration (MF) pilot plant. First, the decision tree model that classifies the normal/abnormal state of the filtration cycle of the ceramic MF pilot plant was developed and it was then used to make the early fouling alarm method. The accuracy of the classification model was up to 96.2% and the time for the early warning was when abnormal cycles occurred three times in a row. The early fouling alram can expect reaching a limit TMP in advance (e.g., 15-174 hours). By adopting TMP increasing rate and backwash efficiency as machine learning variables, the model accuracy and the reliability of the early fouling alarm method were increased, respectively.

본 연구에서는 자연수, 하폐수에 많이 포함되어 있는 파울링 유발 물질 중 하나인 alginic acid sodium salt를 축전 식 탈염공정(capacity deionization, CDI)에서 파울링 감소를 위한 조건을 확립하고자 한다. 먼저 feed 물질로 NaCl을 사용하 였다. 이는 파울링 발생에 대한 비교 물질로, 파울링이 발생하지 않음을 관찰하였다. Alginic acid sodium salt를 사용하여 파 울링 발생 여부를 확인하였다. 농도는 7 mg/L, 흡착 1.2 V 5 min, 탈착 -2 V 1 min에서 효율이 50.07%으로 제일 효율적인 탈 착 조건임을 알 수 있었다.

본 연구에서는 가압식 분리막 여과에서 무기입자의 존재가 유기파울링에 미치는 영향을 관찰하였다. 유기파울링의 유발을 위해 알긴산나트륨(sodium alginate, SA)를 이용한 정밀여과 실험에서 무기 실리카(SiO2) 입자의 존재 유무와 상관 없이 분리막 파울링은 여과초기 완전공극막힘에서 여과시간이 경과할수록 케이크 형성에 의해 주로 지배되었다. 그러나 무기 입자의 존재 시 정압여과에서 알긴산나트륨 파울링 케이크 비저항값과 압축성은 상대적으로 낮게 관찰되었고 이로 인해 낮은 파울링 속도가 관찰되었다. 동일한 시료를 이용한 정량여과 실험을 수행한 결과 정압여과에 비해 정량여과에서 여과초기 공극막힘현상 및 파울링 속도는 더욱 증가하였다. 이와 같은 현상은 파울링층이 지닌 압축성으로 막간차압의 증가 시 케이크 비저항값이 함께 증가하였기 때문인 것으로 판단된다. 알긴산나트륨과 실리카 입자가 함께 존재 시 알긴산나트륨이 단독으로 존재하는 것보다 수리학적 세정을 통한 파울링 제거효과는 더욱 좋은 것으로 관찰되었다.

본 논문에서는 축전식 탈염 공정에서 파울링 현상의 확인과 파울링의 제거공정 조건을 확립하는 연구를 진행하였다. 공급액에 첨가된 파울링 유발 물질인 Humic acid sodium salt (HA)의 농도는 5, 10, 15 mg/L이었다. 주어진 일반의 흡/탈착 조건에서 파울링의 발생은 시간이 지남에 따라 흡착과 탈착 농도의 증가로 확인할 수 있었다. 파울링 현상을 제거하기 위해 흡착 및 탈착에서의 전압과 시간을 변경하였다. 이로부터 흡착 조건 1.2 V/5 min, 탈착 조건 -3 V/2 min에서 파울링 제거를 확인하였다.

선박에 파울링이 발생되면 운항 중 선박의 저항이 증가하게 되고 이로 인해 연료 소모량도 높아지게 된다. 또한 파울링의 제거에 많은 시간이 필요하게 되어 전체적으로 선박의 유지보수 비용이 증대되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하고 환경오염을 방지 하기 위해 주석과 같은 독성 물질을 포함하지 않는 자기연마형 방오도료를 개발하고 있다. 이와 같은 종래기술은 해수와의 마찰이나 진동이 많이 발생하는 운항 중에는 연마기능이 촉진되어 방오성능이 증대되나, 정박 중과 같이 실제로 파울링이 심화되는 경우에는 해수의 흐름이 없어 연마기능이 저하되어 방오성능이 떨어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 선체의 진동 및 해수의 흐름이 없어서 연마 기능이 저하되는 정박 중에도 진동을 부여하여 연마 기능의 저하를 방지하는 제품을 개발하였다. 개발된 초음파 방오장비의 성능의 신뢰성을 위해 파형발생기의 반복성을 확인하였고 장치의 파울링 제거효율의 정성적인 경향은 시편을 통해 파악하였다. 실험 결과 주파수와 진폭의 반복성의 변동계수 값은 평균 0.2 %, 4.0 %를 나타냈고 시편의 파울링 발생량은 No.5 시편에서 73.3 g으로 가장 많았고 파울링 제거효율은 장치를 설치하지 않은 시편과 비교하여 평균 93.2 % 값을 확인할 수 있었다.

합성 지표수 용액을 가압식 한외여과 시스템을 통하여 100 L/m2/h 정속 및 0.15bar 정압 조건에서 전량 여과하였다. 공극 크기 0.05μm의 중공사막으로 구성된 가압식 모듈을 통해 실리카(SiO2) 입자 50, 10, 2 mg/L와 알긴산 나트륨(SA) 10, 2, 0.4 mg/L가 혼합된 용액을 여과하였다. 여과 공정은 30분 여과 후 30초 역세와 30초 정세의 주기적 물리 세정과 병행하여 수행되었다. 실험 결과 높은 농도 조건에서 정속 / 정압 여과조건에 따른 파울링 거동은 큰 차이를 보이지 않았으나, 낮은 농도 조건에서는 정속 여과가 정압 여과에 비해 파울링 속도가 빠른 것으로 관찰되었다. 모델링 결과 이는 정속 여과에서 막간 차압 증가에 의한 케이크 층 압축에 의한 것으로 나타났다.

In the present work, AMC/ZnO, AMC/Au, and AMC/Zeo conjugated membranes was prepared by vapor induced phase separation (VIPS) method and used for fouling study. each membrane the nanoparticles [Zinc oxide (ZnO), gold(Au) & Zeolite (Zeo)] was used separately. The prepared membranes are characterized by surface morphology and contact angle to investigate the influence of nanoparticles. The fouling resistant ability of the AMC conjugated membranes was analyzed using bovine serum albumin(BSA) protein and calculated the series model analysis by means of resistance. The fouled membranes was investigated to realize the surface properties considered as essential for fouling propensity. The experimental results correlate the changes in BSA separation efficiency and fouling resistance properties of AMC conjugated membranes with surface morphology.

In this study, various physical cleaning methods such as physical washing and osmotic backwash, were performed to understand membrane fouling characteristics by employing real secondary wastewater effluent (SWWE). In addition, microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) pretreatments were compared to maximize removal of organic matter and to control membrane fouling efficiently. Organic foulants deposited on the active layer of FO membrane were observed by fouling behavior test. The relationship between concentrations of natural organic matter and membrane fouling was also investigated from the bench-scale FO tests. Finally, by quantitative analysis of correlations between foulants and fouling reversibility with the modified fouling index (MFI), we identified the applicability of MFI in predicting FO intake water fouling potential.

Various methods for suppressing the membrane fouling have been investigated over the last two decades. For instance, micropatternings including lines, pillars or pyramids on the porous membrane surface as a passive strategy and coating nanoparticles including TiO2, silver and chitosan on the membrane as an active strategy have been verified useful in improving fouling resistance. Here we successfully fabricated biomimeticpatterned ultrafiltration membranes with high pattern fidelity to enhance the fouling resistance. Also, we investigated the synergistic effect of biomimetic patterns and nanoparticles on fouling resistance of our UF membranes. The excellent long-term performance of our nanoparticles containing patterned biomimetic UF membranes in membrane bioreactor further demonstrated its feasibility for ultrafiltration applications.

지표수 성상을 재현한 용액을 가압식 한외여과 시스템을 통하여 100 L/m²/h 정속 조건에서 전량 여과하였다. 공극 크기 0.05 μm의 한외여과 중공사막으로 구성된 가압식 모듈을 통해 휴민산(HA) 10 mg/L 용액과 알긴산 나트륨(SA) 10mg/L 용액, 그리고 이 두 용액에 실리카(SiO2) 입자 50 mg/L이 포함된 총 4가지 용액을 여과하였다. 여과 공정은 30분 여과 후 30초 역세와 30초 정세의 주기적 물리 세정과 병행하여 수행되었다. 실험 결과, HA와 SA 용액에 SiO2 입자가 존재하는 경우 파울링 속도는 다소 감소하였으며 특히 SA 여과에서 SiO2 입자 위에 형성된 SA 케이크층이 세정에 의해 SiO2 입자와 함께 탈착되어 물리세정에 의한 분리막 성능 회복이 크게 증가하는 것으로 나타났다.