본 연구에서는 침지형 평판 분리막 생물반응기에 대해 막간차압(TMP)을 효과적으로 제어 가능하는 사인파형 투 과유속 연속운전(SFCO) 모드를 개발하였다. SFCO 모드의 분리 성능을 평가하기 위해 분리막 생물반응기(MBR)의 표준 작 동 방식인 여과/이완(F/R) 모드와 비교, 평가하였다. 공칭 기공 크기가 0.15 μm인 두 개의 동일한 평판형 정밀여과막 모듈을 활성 슬러지 용액에 침지하여 사인파 유형, 투과유속 및 운전시간에 따른 TMP 변화를 측정하였다. 결과적으로 SFCO 모드는 F/R 모드에 비해 낮은 TMP를 유지하여 분리막 오염을 줄이는 데 효과가 있음을 확인하였다. 특히 사인파형의 최대 투과유속 이 15~20 L/m2·h 범위에서 막오염을 최소화하는 데 효과적이었으며, 이는 기존 MBR의 투과유속 운전 범위로서 그 응용이 기대된다.

본 연구에서는 역세척이 가능한 평막과 MBR 하부에서 공급되는 공기 및 자연적으로 순환되는 구형 입자를 이용하여 투과 실험하였다. 활성슬러지 수용액은 MLSS 8,000 mg/L로 유지하였으며 여과/이완(FR), 이완시 역세척(FR/BW), 사인파형 연속투과 운전(SFCO) 및 사인파형 연속투과 운전 시 역세척(SFCO/BW) 방식에 따른 막간차압(TMP)을 측정하였다. 역세척 유량을 47에서 14 L/m2⋅hr로 감소시키면, TMP가 증가하였으며 SFCO보다는 FR 방식의 TMP가 크게 증가하였다. 또한 역세척 방식이 구형입자를 이용한 세척방식보다 TMP를 더 감소시켰으며, 구형입자와 역세척 방식을 동시에 사용하면 각각의 방법보다 더 효과적임을 확인할 수 있었다.

MBR(membrane bioreactor)공정은 운전시간이 지날수록 막 오염이 진행되면서 막간차압(TMP, transmembrane pressure)이 증가하고 결국 여과 성능이 감소하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 막 오염 제어에 대한 다양한 방식의 기술이 개발, 응용되고 있다. 본 연구에서는 경제적이고 효율적인 방법으로 막 오염을 제어하기 위하여 MBR 하부에서 공급되는 공기를 이용하여 자연적으로 순환되는 구형 비드와 역세척(backwashing)이 가능한 평막을 이용하여 사인파형 연속 투과운전(SFCO)방식에 따른 막간차압을 측정, 비교하고자 하였다.

본 연구에서는 사인파형 투과유속 운전방식을 중공사형 분리막에 적용하여 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측 정하였다. 유효 막면적이 100 cm2이고 공칭 세공크기가 0.45 μm인 중공사막 모듈을 MLSS 5,000 mg/L 활성슬러지 용액으로 투과 실험하였다. 연속적인 단계별 투과유속 변화법으로 임계 투과유속을 측정하였으며 그 값은 26.6 L/m2⋅hr이었다. 여과 운전/정지이완(FR), 정지이완시 역세척(FR/BW) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식에 따른 TMP를 측정하였다. 임 계 투과유속보다 낮은 15, 20 및 25 L/m2⋅hr에서는 SFCO 운전방식이 FR 및 FR/BW에 비하여 효과적이었다. 그러나 임계 투과유속 이상에서는 FR/BW 운전방식이 SFCO보다 효과적으로 막오염을 제어할 수 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 0.5 wt% 에멀젼형 절삭유 수용액에 평막형 분리막을 침지시키고 대칭 및 비대칭 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식으로 실험하였다. 사용한 정밀여과막은 유효 막면적이 0.02 m2이고 공칭 세공크기가 0.15 μm이었다. 탁도 기준으로 에멀젼형 절삭유의 99% 이상이 제거되었으며 산기량이 증가할수록 TMP가 낮게 상승하였다. 비대칭형 SFCO 운전방식은 투과유속이 낮은 10∼15 L/m2·h 영역에서 대칭형 SFCO 운전방식보다 다소 유리하였다. 하지만, 투과유속이 높은 25∼30 L/m2·h에서는 대칭형 SFCO 운전이 매우 효과적임을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 MBR 내에 침지된 분리막 오염을 평가하기 위하여 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측정하였 다. 유효 막면적이 0.02 m2이고 공칭 세공크기가 0.15 μm인 정밀여과용 평막 모듈을 MLSS 5,000 mg/L인 활성슬러지 용액 에 침지시켰다. 운전/휴직(R/S) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식에 따른 TMP를 비교하기 위하여 동시에 투과 실 험을 수행하였다. SFCO 운전방법에 따른 TMP는 R/S에 비하여 최대 93% 낮게 유지되었으며 투과유속이 증가함에 따라서 TMP 감소 효과는 줄어들었다. 또한 응집제인 FeCl3를 활성슬러지 용액에 500 mg/L 농도로 주입시키면 SCFO 운전방식의 경우, 투과 운전시간을 5배 이상 증가시켜도 한계 운전 TMP인 55 kPa의 40% 미만으로 유지됨을 확인할 수 있었다.