The cost of treating water purification plant water treatment residuals is high, with a low recovery rate and unstable effluent water quality, particularly in plants using lake and reservoir water sources in severe cold regions. Maximizing water resource utilization requires integrating water treatment residuals concentration and treatment effectively. Here, ceramic membrane technology was employed to separate supernatant and substrate after pretreatment. Optimal settling was achieved using 75 μm magnetic powder at 200 and 4 mg/L of nonionic polyacrylamide co-injection. Approximately 65% of the separated supernatant was processed by 0.1–0.2 μm Al2O3 ceramic membranes, yielding a membrane flux of 50 L/m2h and a water recovery rate of 99.8%. This resulted in removal rates of 99.3% for turbidity, 98.2% for color, and 87.7% for color and permanganate index (chemical oxygen demand, COD). Furthermore, 35% of the separated substrate underwent treatment with 0.1–0.2 μm mixed ceramic membranes of Al2O3 and SiC, achieving a membrane flux of 40 L/m2h and a water recovery rate of 73.8%. The removal rates for turbidity, color, and COD were 99.9%, 99.9%, and 82%, respectively. Overall, this process enables comprehensive concentration and treatment integration, achieving a water recovery rate of 90.7% with safe and stable effluent water quality.

세라믹 분리막은 높은 열적, 화학적 안정성을 갖기 때문에 극한의 조건에서 운전되는 다양한 산업 공정에 적용할 수 있다. 그러나 투과도와 기계적 강도의 trade-off 현상에 의한 세라믹 분리막 활용에 제약이 있어, 고투과성-고강도 분리막 의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 상전이-압출법으로 알루미나 중공사 분리막을 제조하고, 고분자 바인더의 종류와 그 혼합 비에 따른 분리막의 특성 변화를 관찰하였다. 용매인 DMAc (Dimethylacetamide)와 고분자 바인더의 한센 용해도 인자를 비 교하면, PSf (polysulfone)가 DMAc와 높은 용해도 특성을 갖기 때문에 도프 용액의 점도와 토출압력이 높게 나타나 분리막 내부가 치밀한 구조로 형성되기 때문에 높은 기계적 강도를 갖으나 수투과도가 감소하는 것으로 확인되었다. 그에 반해, PES (polyethersulfone)를 이용하여 분리막을 제조하면 기계적 강도가 다소 감소하고 수투과도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라 서 분리막 성능과 물성을 최적화하기 위해 PSf와 PES를 혼합하여 분리막을 제조하였으며, 9:1로 혼합하여 제조된 분리막에 서 최적화된 수투과도와 기계적 강도를 얻을 수 있었다.