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.

Electro-coagulation process has been gained an attention recently because it could overcome the membrane fouling problems in MBR(Membrane bio-reactor). Effect of the key operational parameters in electro-coagulation, current density(ρ i) and contact time(t) on membrane fouling reduction was investigated in this study. A kinetic model for ρi and t required to reduce the membrane fouling was suggested under different MLSS(mixed liquor suspended solids) concentration. Total 48 batch type experiments of electro-coagulations under different sets of current densities(2.5, 6, 12 and 24 A/m2), contact times(0, 2, 6 and 12 hr) and MLSS concentration(4500, 6500 and 8500mg/L) were carried out. After each electro-coagulation under different conditions, a series of membrane filtration was performed to get information on how much of membrane fouling was reduced. The membrane fouling decreased as the ρi and t increased but as MLSS decreased. Total fouling resistances, Rt (=Rc+Rf) were calculated and compared to those of the controls (Ro), which were obtained from the experiments without electro-coagulation. A kinetic approach for the fouling reduction rate (Rt/Ro) was carried out and three equations under different MLSS concentration were suggested: i) pi0.39t = 3.5 (MLSS=4500 mg/L), ii) pi0.46t = 7.0 (MLSS=6500 mg/L), iii) pi0.74t = 10.5 (MLSS=8500 mg/L). These equations state that the product of ρi and t needed to reduce the fouling in certain amounts (in this study, 10% of fouling reduction) is always constant.

하⋅폐수처리 MBR 공정을 운영함에 있어서 특정 오염물에 따른 멤브레인 회복률 저하를 자주 경험하게 되며, 이에 따른 화학세정 시 막오염 물질 제거에 필요한 약품선택에 많은 어려움을 겪는다. 본 연구의 목적은 하폐수 성상의 MBR 처리 시 발생할 수 있는 Ca 막오염에 대해서 다양한 세정약품 적용을 통한 멤브레인의 회복률 증대 방안을 찾고자 하는 것에 있다. 본 연구는 K 폐수처리시설에서 1년간 운영한 (주)에코니티의 분리막을 샘플링하여 투과도 측정 및 막표면 분석 후 막오염 물질을 우선적으로 확인하였으며, 이에 따른 각종 화학약품의 적용실험을 통하여 최적약품 도출 및 적용성을 평가하고자 하였다.

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.

멤브레인 파울링은 지표수를 처리하는 저압 멤브레인 기술 적용의 확장에 있어 큰 장애가 된다. 따라서 파울링 제어를 위한 주기적인 수리학적 세정기술의 최적화는 매우 중요하다. 주기적인 수리학적 세정과 이와 연관된 파울링 현상에 관한 올바른 이해는 멤브레인 세정 전략을 최적화하기 위해 매우 유용할 수 있다. 실험적으로 측정한 투과도와 전통적인 Hermia 파울링 모델 예측 치의 비교를 통해, 본 연구에서는 합성 탁도유발 시료를 처리하는 가압식 멤브레인 공정에서 30분 여과와 정세정/역세정이 포함된 1분 세정조건을 바탕으로 6번의 운전사이클을 통해 발생하는 파울링 현상을 분석하고 이를 통해 지배적인 파울링 기작을 정량적으로 이해하고자 하였다. 단독 세정에서, 첫 번째 운전사이클에서 발생하는 파울링은 완 전공극막힘 현상에 의해 주로 지배되었고 마지막 운전 사이클에서는 케이크 형성이 지배적인 파울링 기작으로 관찰되었다. 정세정과 역세정이 혼합된 경우, 파울링 속도는 감소하였으나 전반적으로 케이크 형성이 주 파울링 기작으로 관찰되었다.

Recently EC-MBR (Elctrocoagulation - Membrane Bio Reactor) has been suggested as one of alternative processes to overcome membrane fouling problems. Most important operational parameters in the EC-MBR are known to current density and contact time. Their effect on membrane filtration performances has been reported well, however, quantitative interrelationship between both parameters not been investigated yet. The purpose of this study is to give a kinetic model suggesting the current density and the contact time required to reduce the membrane fouling. The 4 different set of current densities (2.5, 6, 12 and 24 A/m2) and contact times (0, 2, 6 and 12 hr) were selected as operational parameters. After each electro-coagulation under the 16 different conditions, a series of membrane filtration was carried out. The membrane fouling decreased as the current density and contact time increased, Total fouling resistances under different conditions, Rt(=Rc+Rf) were calculated and compared to those of the controls (R0), which were calculated from the data of experiments without electro-coagulation. A kinetic approach for the fouling reduction rate (Rt / R0) was carried out and the equation ρi0.46t=7.0 was obtained, which means that the product of current density and the contact time needed to reduce the fouling in certain amounts (in this study, 10% of fouling reduction) is always constant.

수처리용 분리막 여과 공정에서 막오염의 문제는 여전히 해결해야 할 난제이다. 막오염 현상을 제어하기 위한 방안으로 막표면에 패턴을 도입하는 방법이 연구되어 왔다. 분리막의 패턴은, 막표면에서의 유체 흐름에 변화를 일으켜 오염물이 쌓이지 않게 하거나 쌓인 오염물이 일부 떨어져 나가는 효과를 주는 것 으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 수처리용 패턴 분리막을 제조하고, 패턴의 막오염 방지 효과를 평가하고자 하였다. 이를 위하여 CFD 기법을 이용하여 유 체 흐름을 시뮬레이션으로 분석하고, 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 비교 분석하기 위해 구형의 모델 입자로 막여과 실험을 수행하였다. 다양한 크기의 모델 입자를 이용함으로써 오염물의 크기에 따른 패턴의 막오염 방지 효과를 분석해 보고자 하였다.

가압형 정삼투(pressure-assisted forward osmosis, PAFO) 공정은 기존의 정삼투(forward osmosis, FO) 공정의 단 점인 낮은 수투과도 및 유도용질의 역확산을 극복하여 전체 공정 효율을 향상시킨다. 하지만 가압에 의한 추가적인 수리학적 압력의 작용은 파울링을 가속화 시킨다는 단점이 있다. 본 연구는 PAFO의 간헐적 운전방법인 간헐적 가압형 정삼투 (Intermittent pressure-assisted forward osmosis, I-PAFO)의 파울링 저감 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 비교를 위해 FO 및 PAFO를 동시에 운전하여, 세 가지 운전에서의 파울링 거동을 관찰하였다. 파울링 실험을 위한 오염물질로 콜로이드 실리 카 입자를 사용하였고, 분리막 및 입자의 정전기적 상호작용 에너지 변화가 파울링 거동에 미치는 영향도 확인하였다. 실험 결과, I-PAFO 운전에서, 용액 pH 변화에 관계없이 가압구간, 압력완화 구간에서 각각 PAFO, FO보다 높은 수투과도를 유지 하였다. 파울링 실험 후, PAFO에 비해 I-PAFO운전에서 더 적은 수투과도 감소가 관찰되었고, 이로 인해 물리세정 후 향상된 수투과도 회복률 또한 관찰되었다.

Membrane distillation (MD) is a novel separation process that have drawn attention as an affordable alternative to conventional desalination processes. However, membrane fouling and pore wetting are issues to be addressed prior to widespread application of MD. In this study, the influence of ultrasonic irradiation on fouling and wetting of MD membranes was investigated for better understanding of the MD process. Experiments were carried out using a direct contact membrane distillation apparatus Colloidal silica was used as a model foulants in a synthetic seawater (35,000 mg/L NaCl solution). A vibrator was directed attached to membrane module to generate ultrasonic waves from 25 kHz (the highest energy) to 75 kHz (the lowest energy). Flux and TDS for the distillate water were continuously monitored. Results suggested that ultrasonic irradiation is effective to retard flux decline due to fouling only in the early stage of the MD operation. Moreover, wetting occurred by a long-term application of ultrasonic rradiation at 75 kHz. These results suggest that the conditions for ultrasonic irradiation should be carefully optimized to maximize fouling control and minimize pore wetting.

저농도 합성폐수를 처리하는 membrane bioreactor (MBR) 시스템에서 공기폭기와 PET (polyethertaraphtalate) 입상메디아 혼합사용이 멤브레인 파울링과 처리효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 일정한 공기폭기유량과 투과플럭스로 실험한 결과, PET 메디아를 첨가 시 메디아를 첨가하지 않은 경우보다 낮은 파울링 속도가 관찰되었다. MBR 반응기에서 입상 메디아에 의한 파울링 감소효과는 중공사막 모듈에 비해 평막 모듈이 더욱 효과적이었다. 공기폭기와 함께 멤브레인 표면을 따라 움직이는 입상 메디아의 접근성과 접촉성이 중공사막보다 효과적이었던 것으로 사료된다. MBR 적용에 있어 PET 메디아의 적용은 메디아를 적용하지 않았을 때와 비교 시 MBR 처리효율에 큰 영향을 주지 않았다.

Pressure retarded osmosis (PRO) process is one of membrane processes for harvesting renewable energy by using salinity difference between feed and draw solutions. Power is generated by permeation flux multiplied by hydraulic pressure in draw side. Membrane fouling phenomena in PRO process is presumed to be less sever, but it is inevitable. Membrane fouling in PRO process decreases water permeation through membrane, resulting in significant power production decline. This study intended to investigate the effect of hydraulic pressure in PRO process on alginate induced organic fouling as high and low hydraulic pressures (6.5 bar and 12 bar) were applied for 24 h under the same initial water flux. In addition, organic fouling in draw side from the presence of foulant (sodium alginate) in draw solution was examined. As major results, hydraulic pressure was found to be not a significant factor affecting in PRO organic fouling as long as the same initial water flux is maintained, inidicating that operating PRO process with high hydraulic pressure for efficient energy harvesting will not cause severe organic fouling. In addition, flux decline was negligible from the presence of organic foulant in draw side.

가압식 MF공정의 전처리공정으로 침전지가 없는 혼화/응집공정에서 적정응집제 투입농도선정 및 유기물 제거성능을 평가하였다. 전처리 공정에서 생성된 플럭이 가압펌프의 임펠러에 의해 해체됨을 확인하였으며 원수탁도가 10 NTU 이하로 유입이 될 때, 혼화/응집조와 펌프후단에서 플럭형성을 위한 최적응집제 투입량은 4 mg/L (as PACl 17%)이었다. 이때의 DOC 제거율은 평균 43%이었으며, 응집제투입량을 계속적으로 증가시켜 8 mg/L (as PACl 17%)로 투입을 하였을 때, DOC 제거율은 평균 48%를 나타내어 제거율은 크게 개선되지 않았다. 전처리가 없는 PVDF 가압식 MF공정의 TMP는 0.54bar에서 운영이 되었으며, 혼화/응집 전처리 공정을 적용하여 운영 시 TMP는 0.41 bar로 안정적인 운영이 가능하였다.

실리카 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름의 막오염 저감효과를 차압의 변화 정도를 측정하여 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로서 막오염을 발생시키는 나노 사이즈의 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 nm 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = 0˚~180˚)에 따른 차압의 변화를 교반이 없는 dead-end 정유량 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 nm 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서 막모듈 경사각을 30˚ 이상으로 유지하면 막모듈에 자연대류 불안정 흐름이 발생되어 막오염 형성을 크게 억제시켜 차압의 증가가 거의 나타나지 않았다. 이 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로서 차압의 증가를 억제시키는 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 정유량 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생의 효과가 거의 없었다. 임계 플럭스 측정 결과 실리카 입자의 크기가 작을수록 그리고 막모듈 경사각이 클수록 막모듈에의 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도가 커져 막오염 형성이 억제되었으며, 이로 인해 임계 플럭스가 증가하였다.