다양한 형태의 Polysulfone 막을 MBR공정에 적용하기 위해 제조하였다. 특히 제조공정에 있어서 여러 형태의 에테르형 알코올을 사용 도프용액에 첨가시킴으로써, 공경크기에 미치는 영향력을 조사하였다. 본 연구에서는 공경의 크기는 첨가된 첨가제의 끓는점에 의한 영향력보다는 그들 자체(첨가된 첨가제)의 분자구조에 의한 확산에 더 큰 영향력을 받고 있음을 보여주었다. 분자적으로 methoxy (CH3-O-) < secondary propanol (-CH2-CH(OH)-CH3) < ethoxy (CH3-CH2-O-)의 순으로 공경크기가 커지고 그에 따라 순수투과도 또한 커짐을 보여주었다. 이러한 현상은 첨가된 용매가 분자적으로 ether형 알코올의 bulky한 정도에 따라 공경의 형성이 다른 형태로 나타나고 있음을 보여주고 있다. 본 연구에서는 다양한 형태의 ether형 alcohol를 통하여 바라고자하는 형태(평균 pore size 0.1~0.4 μm)의 MF (microfiltration)막을 제조할 수 있었으며, MBR (membrane bio-reactor)에 적용한 결과 2달 동안 안정되게 운전되었다.

본 연구를 통하여 나노입자를 분리막의 표면에 함침시킴으로써 MBR 공정상에서 가장 큰 문제인 막 오염 문제를 해결하고자 하였고 실제 제작된 분리막의 현장적용 테스트를 거쳐서 개발된 분리막의 막 오염 저항성질을 확인하였다. 실험과정은 본 연구를 통한 티타니아가 함침된 분리막 제품과 국외의 타사 제품과의 장시간 현장적용 테스트를 통해 본 연구 제품의 우수성을 확인할 수 있었다. 본 연구 제품은 활성슬러지의 농도가 7,000∼13,000 mg/L의 고농도인 조건에서 20∼25 L/m 2 ⋅hr의 투과유량을 꾸준하게 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이와 아울러 막과 막사이의 배치거리, 막과 산기관의 배치거리, 산기관의 홀 크기, 세정액의 농도 및 처리 방법 등에 따른 분리막의 투과유량의 거동 등을 살펴보았다. 즉 이들 부수적인 변수들의 최적화를 통해 분리막의 물성을 극대화할 수 있는 방법을 모색해 보았다.

본 연구의 목적은 침지형(YEF 750D-2) 모듈을 적용하여 공기유량에 따른 유체 유속과 간헐적인 세정공기의 공급에 의한 오염제거를 평가하는 것이다. 공기유량에 따라 모듈의 유체 유속은 선형적으로 증가하였으며, MLSS의 농도가 1,000 mg/L 증가할 때 마다 3times10-4m·min/sec·L 수식 이미지의 비율로 유체 유속이 감소하였다. 세정공기의 공급이 정지되는 시간에 전여과가 일어나 흡인여과 시간 동안 겔층 위에 케익층이 형성되었다. 20초 정지와 20초 공기공급의 간헐공기주입으로 형성된 케익층이 역세정에 의하여 제거되면서 압력증가율이 가장 낮게 나타났다. 겔층이 제거되는 메커니즘은 세정 공기공급을 교대로 하여 겔층 위에 케익층을 형성시켜 케익층이 제거될 때 겔층이 함께 제거되는 원리로 설명할 수 있다.

본 연구에서는 침지형 MBR 공정에서 인제거를 위해 주입되는 응집제가 분리막의 여과성능에 미치는 영향을 알아보고자 하였고, 침지형 MBR에서 분리막 표면의 오염을 방지하기 위해 연속적으로 행하는 폭기가 응집 플록에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 이를 위해 MBR공정의 폭기조 슬러지를 채취하여 jar-test를 실시한 결과와 비교하였다. 실험 결과는 플록 크기와 슬러지 탈수성의 지표로서 비여과저항(SRF, Specific Resistance of Filtration)을 측정하여 비교하였다. 응집제 주입량이 증가할수록 10μm 수식 이미지 이하의 플록의 비율이 저감되었으며 탈수성이 증가하였다. 그러나 jar-test 결과와 비교하였을 때, 폭기의 전단력에 의해 그 효과가 저감된 것을 알 수 있었다. 응집제를 주입한 경우 주입하지 않은 경우보다 운전지속시간이 연장되었다 운전지속시간이 응집제 주입량에 비례하여 증가하지는 않았는데, 이는 연속적인 폭기의 전단력으로 인해 10μm 수식 이미지 이하의 입자가 충분히 저감되지 않았기 때문인 것으로 생각된다. 또한 응집제 주입량이 과도하면 오히려 여과저항을 증가시키는 결과를 초래하는 것을 알 수 있었다.

MBR 공정에서 가장 문제시되는 부분은 실제 공정상에서 막 표면에 오염이 발생하는 문제이다. 일반적으로 막 오염은 활성 슬러지들이 막 표면에 퇴적되어서 일어나며 이로 인해 심각한 투과 유량의 감소를 야기하게 된다. 본 연구에서는 막 오염 저항성이 뛰어난 나노 입자를 분리막 표면에 함침시켜 MBR 막을 제작하였으며 이 입자들은 막 표면에서 활성 슬러지들이 쉽게 달라 붙지 못하는 역할을 수행하게 된다. 즉, 뛰어난 투수량을 지닌 정밀여과막에 나노 입자를 첨가함으로서 실제 MBR 공정에서 막 오염을 저감시킴으로서 투수량을 보전할 수 있게 하였다. 이들을 이용하여 MBR 공정에서 막 오염이 휠씬 적게 일어나는 것을 확인하였으며 이를 바탕으로 현장에 적용하여 막 오염 저항성을 확인하였다.

본 연구는 하수 및 오폐수 처리를 위해 침지식 수처리 공정 적용을 위한 평판형 MF막인 ENVIS(R)을 이용한 MBR SYSTEM 적용에 관한 연구이다. (주)퓨어엔비텍에서 만든 장치를 이용하여 공장의 오수시설(10;m3/일)과 폐수처리장(30;m3/일) 현장에서 실험을 수행한 결과, 공장 오수처리에 있어 제거율은 각각 SS 99.7%, BOD 97.6%, COD 96.8%였으며, 폐수처리에 있어 제거율은 각각 SS 99.6%, BOD 95.6%, COD 80.3%였다

폭기조를 간헐 폭기로 운전하여 호기/무산소(oxic/anoxic) 시간 비율과 무산소 조건에서 호기 조건으로의 전환시 공기세정이 투과플럭스 및 투과압력에 미치는 영향을 조사하였으며, 호기조건에서 무산소 조건으로 전환 시 펌프의 회전력에 의한 흡인압력이 투과플럭스와 투과 압력에 주는 영향을 조사하였다. 또한 긴 슬러지체류시간(SRT; Sludge Retention Time)과 고농도의 MLSS 유지시에 발생하는 미생물 대사산물이 분리막에 미치는 영향과 응집제를 투여하였을 때 분리막에 작용하는 플러스 효과에 대하여 조사하여 보았다. 호기/무산소(oxic/anoxic)의 시간비율에 따른 유기물 및 질소 제거효율을 조사해본 결과 폭기 40 비폭기 20분의 시간배분 조건에서 처리효율이 가장 양호하였으므로 호기/무산소(oxic/anoxic) 조건을 40/20분으로 한 조건(step-7)에서 약품주입 실험을 수행하였다. 액체 명반을 폭기조에 직접 투여할 경우 약품의 농도가 질산화 및 탈질 미생물에 많은 영향을 주는 것을 알 수 있었으며, MBR공정에서 인 1 mg/L를 제거하기 위해서는 약 0.7 mg/L의 액체명반이 필요한 것으로 확인되었다.

Membrane Bioreactor 공법(MBR process)은 기존 활성슬러지 공법에 분리막 공정을 적용하여 하수를 처리하는 고도하수처리공정이다. 분리막과 생물반응조를 결합해 생물반응조에서 하수가 처리되고 분리막에 의해 처리된 하수가 여과되어 과정이 이루어진다. MBR 공법의 장점으로 미생물 농도를 높게 유지해 처리 수질을 기존의 생물학적 처리장보다 향상 시킬 수 있고, 처리 수질을 향상시켜 처리수를 중수도로 이용가능하다. 하수를 재이용함으로써 현재 물 부족 상황에 대처하기 위한 방법 중 하수 재이용에 대한 현실적인 대안이 될 수 있다. 그러나 MBR 공정에서 분리막에 생기는 Fouling은 공정의 효율성을 떨어뜨리는 가장 큰 문제가 되고 있다. 현재 MBR 공정에서 발생하는 Fouling을 해결하기 위해 화학세정방법 및 계면활성제를 이용하고 있다. Rhamnolipid는 미생물로부터 생성되는 효소의 일종으로 화학적 계면활성제와 유사한 특성을 가진다. Rhamnolipid는 또한 생분해성으로 박테리아에 의해 무기물로 분해되어 환경에 대한 위해성과 독성이 거의 없으므로 환경복원에 유용하게 쓰일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 MBR공정 운전에서 Rhamnolipid의 주입 방식과 투입량에 따른 분리막 세정 효과 및 막 오염 제어 가능성을 알아보았다.

최근 도시 인구의 증가에 따라 하수 및 분뇨 발생량이 증가하고 있으며, 다양한 오염원으로부터 유입되는 하수에는 질병을 유발할 수 있는 다양한 병원성 미생물이 존재한다고 알려져 있다. 하수처리를 위한 다양한 공정에서는 미생물을 포함하고 있는 bioaerosol이 발생할 수 있으며, 하수 및 분뇨에 포함된 병원성 박테리라 등을 포함하고 있을 가능성이 높다. 따라서 호흡을 통해 하수처리장의 근무자 및 주변 주민에게 위해를 가할 수 있으므로, bioaerosol의 발생 특성 및 감소에 관한 연구가 필요한 현실이다. 하수처리공정 중 bioaerosol이 발생하는 대표적인 환경으로는 활성 슬러지 공정이 있으며, 폭기조에서의 대량 폭기로 인한 높은 농도의 bioaerosol이 발생한다고 알려져 있다. 최근에는 기존의 재래식 활성슬러지 공정(CAS, Conventional Activated Sludge)보다 소요 면적이 적고, 고농도의 미생물 농도를 유지하고 있어 수질 처리 효율이 좋은 호기성 MBR(Membrane bioreactor)의 사용이 증대되고 있다. 그러나 호기성 MBR은 고농도의 미생물 농도 유지 및 멤브레인의 파울링 감소를 위해서는 많은 양의 공기 폭기를 유지해야하므로, 상대적으로 높은 농도의 bioaerosol의 발생이 한정된 공간에서 이루어질 것으로 예상된다. 호기성 MBR의 특성상 운전 조건에 따라서 반응기 내 미생물의 농도 및 특성이 달라질 것이며, 이에 따라 bioaerosol의 발생량 및 특성도 영향을 받을 것으로 예상된다. 그러나 국내에서는 하수처리 과정 중 호기성 MBR 공정에서의 bioaerosol 발생에 관한 연구가 전무하며, 이에 대한 기초 연구 및 발생량 감소를 위한 연구가 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 하수처리장 MBR 공정에서 운전 조건에 따른 반응기 내 미생물 농도 및 특성을 확인하고, bioaerosol 발생량을 비교하고자 하였다. 더불어 bioaerosol 발생량을 저감할 수 있는 방안에 대한 연구를 추가적으로 진행하고자 하였다.

This study aimed to evaluate changes in the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process is applied, in a sequencing batch reactor (SBR) process with a membrane bioreactor (MBR). Nutrient removal was considered in terms of developing an advanced water treatment system for ships in accordance with water quality standards set forth by 227(64). For these purposes, the TN and TP concentrations in the inflow and outflow water were measured to calculate the TN and TP removal efficiencies, depending on whether or not a settling process was used. Water discharged from a bathroom, which was constructed for the experiment, was used as the raw water. The experiment that included a settling process was conducted twice, and the operating conditions were: aeration for 90 min, settling for 30 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min for one experiment; and aeration for 150 min, settling for 45 min, agitation for 15 min, and settling for 15 min in the other. Operating conditions for the experiment that did not include a settling process were: aeration for 180 min and agitation for 60 min. The concentration of the mixed liquor suspended solids (MLSS) in the reactor was 3,500 mg/L, while the aeration rate was 121 L/min and the water production rate was 1.5 L/min. For the two experiments where a settling process was applied, the average TN removal efficiencies were 44.39% and 41.05%, and the average TP removal efficiencies were 47.85% and 46.04%. For the experiment in which a settling process was not applied, the average TN removal efficiency was 65.51%, and the average TP removal efficiency was 52.51%. Although the final nutrient levels did not satisfy the water quality standards of MEPC 227(64), the TN and TP removal efficiencies were higher when a settling process was not applied.

In this study, the applicability of MBR process was evaluated to improve processing of personal sewage treatment facilities of 50 m3/day or less. As result of the research, stable discharge water quality could be secured as result of the MBR effector operation according to rate of inflow and inflow load and treatment efficiency of 98% or higher was shown by the membrane filtering method operation for SS, BOD5. it was found that high treatment efficiency of 99% or higher. It is judged that detention time can be designed until 6.9 hr when applying MBR process on personal sewage treatment facilities with high pollution load and that cutback of pollution load can be possible through this study. It was shown that MBR process application reduces an annual cost of 4,829,600 won based on the basic unit calculation results and solves burden of amount of borne by causers according to excess of discharge water quality standards.

The objective of this study was to make a SBR+MBR complex process to evaluate the possible use of the advanced water treatment system for ships (SBR+MBR complex process) in accordance with the amendments MAPOL 73/78 that went into effect. The conditions 1 and 2 did not show the quick reduction in anaerobic condition while in the precipitation and stirring stages of the SBR treatment which was determined to be ineffective denitrification, same as with the ORP. Removal of organic matters such as BOD5 and CODCr in the SBR treatment was observed to happen smoothly and going through the MBR treatment as well would provide a stable water quality. However, the results were not satisfactory in accordance with BOD5 25 mg/L and CODCr 125 mg/L. Thus, the operating conditions improvement is deemed necessary. Likewise for the nutrients (T-N and T-P), the nitrification in bioreactor, denitrification and phosphorus absorption in aerobic tank due to phosphorus release in anaerobic tank had not been proceeded effectively. It was concluded that the improved operating conditions and structural changes would provide more effective treatments since the removal rates of T-N and T-P were less than 70% and 80%, respectively, which were standards specified by the MEPC. 227(64).

There are two treatment processes that are currently applied to ships are the biological treatment process using the activated sludge and the electrochemical treatment. However, neither of them are able to remove both nitrogen and phosphorus due to their limited ability to remove organic matters, which are main causes of the red tide. This study was conducted to identify the characteristics of nitrogen removal factors from manure wastewater by replacing the final settling tank in SBR (Sequencing Batch Reactor) process and applying immersion type hollow fiber membrane. SBR process is known to have an advantage of the least land requirement in special environment such as in ship and the immersion type hollow fiber membrane is more stable in water quality change. As the result, the average in the cases of DO (Dissolved Oxygen) is 2.9(0. 6∼3.9) mg/L which was determined to be the denitrifying microorganism activity in anaerobic conditions. The average in the cases of ORP (Oxidation Reduction Potential) is 98.4∼237.3 mV which was determined to be the termination of nitrification since the inflection point was formed on the ORP curve due to decrease in the stirring treatment after the aeration, same as in the cases of DO. Little or no variation in the pH was determined to have positive effect on the nitrification. T-N (Total Nitrigen) removal efficiencies of the finally treated water were 71.4%, 72.3% and 66.5% in relatively average figures, thus was not a distinct prominence. In being applied in ships in the future, the operating conditions and structure improvements are deemed necessary since the MEPC (Marine Environment Protection Committee). 227(64) ship sewage nitrogen is less than the standard of 20 Qi/Qe mg/L or the removal rate of 70%.

MEPC. 227(64)가 발의되면서 해상에서 선박 배출수의 오염에 대한 규제가 강화되었다. 특히 T-P에 대하여 유입수 대비 유출수의 제거율을 1.0 mg/L 또는 80%로 제한하고 있다. 이를 충족시키기 위해 SBR+MBR 공정을 적용하여 시험운전을 진행하였으며, 그에 따른 문헌조사 결과 생물학적 처리만으로 인의 목표 처리효율을 충족시키는 것에 한계가 있을 것으로 판단하여 응집제(PAC 5)를 도입하였다. 따라서 본 연구는 PAC 5를 이용한 응집공정 적용시 T-P의 제거율이 어떻게 변화하는지 연구하는 데에 그 목적이 있다. 실험에 사용된 원수는 실험을 위해 자체 제작한 화장실에서 발생된 오수를 사용하였으며 원수의 T-P 농도는 33.215 mg/L로 측정되었다. 실험은 총 3 사이클 동안 진행되었으며, SBR+MBR 공정을 거친 1차 유출수의 T-P 농도 및 제거율의 평균값과 PAC 5를 이용하여 응집공정까지 시행된 2차 유출수의 T-P 농도 및 제거율의 평균값을 비교하였다. 실험 결과 1차 유출수의 평균 T-P 농도는 15.05 mg/L로 유입수 대비 유출수가 70.8%의 제거율로 나타났고, 또한 2차 유출수의 경우 평균 농도 3.47 mg/L로 93.3%의 제거율로 나타났다. 실험을 통해 PAC 5를 적용한 응집공정을 실시하였을 때 T-P 평균 제거율이 22.5%가 상승한 것으로 확인되었다. 따라서 SBR+MBR 공정을 적용한 고도수처리장치에 있어서 PAC 5를 이용한 응집공정 적용은 긍정적인 것으로 판단된다.

A membrane bioreactor (MBR) was designed using polyvinylidene fluoride(PVDF)-type hollow fiber membrane modules with a treatment capacity of 10 ton/day. A pilot plant was installed in a sewage treatment plant and was operated with an intermittent aeration method which avoids any concentration gradient of suspended solids (SS) in the MBR. For continuous operation, the pilot plant was first tested with influent (mixed liquor suspended solid:MLSS of 1000-2000 mg/L) of aeration tanks in the sewage treatment plant. The MBR was pre-treated with washing water, 10% ethanol solution, 5% NaOCl solution and finally washing water, one after another. To demonstrate the effect of the MBR on sewage treatment, compared with conventional activated sludge processes, we investigated the relationships among permeate amount (LMH), change in operation conditions, influent MLSS level and sludge production. It was found that the optimum aeration rate and suction pressure were 0.3 m 3 /min and 30~31 cmHg, respectively. Under stable conditions in aeration, suction pressure, influent flow rate and drainage, the SS removal efficiency was more than 99.99% even when the MLSS loading rate changes. Compared with conventional activated sludge processes, the MBR was more effective in cost reduction by 27% based on permeate amount and by 51.5% on sludge production.