지난 2011년부터 수처리용 멤브레인 개발을 진행하던 롯데케미칼은 침지식 PVDF 중공사 멤브레인을 기반으로 MBR을 포함하는 수처리 시장에 진출하기 위하여, 2015년 2월 삼성 SDI의 관련 기술 및 연구장비, 파일럿을 인수하여 기술개발과 실적확보를 위한 연구를 지속적으로 수행하였다. 롯데케미칼의 침지식 멤브레인은 평균 기공크기가 30 nm의 한외여과막으로서 고강도 멤브레인과 저에너지형 멤브레인의 두 종류로 구성되어 있다. 특히, 저에너지형 멤브레인은 고강도 대비 30%의 fiber 무게를 감소시킴으로서 적은 세정용 공기 소비량에서도 세정효율을 유지할 수 있도록 하였다. 또한 내경의 단면적을 약 90% 정도 향상시켜 중공사막 내부의 유체저항을 최소화시켰다.

침지식 분리막 모듈에서 공기강도에 따른 분리막 위치에 대한 오염을 조사하였다. 분리막의 충진밀도가 낮은 곳에서 높은 유체 유속을 나타내었으며, 유체 속도는 기-액 주입률에 비례하였다. 전단응력은 기-액 주입률 및 유체 유속에 비례하였다. 비가역오염(Rir)은 흡입 압력이 가까운 부분에서 가장 높게 나타났다(position 1). 비가역오염에 대한 저항과 분리막 고유 저항의 비(Rir/Rm) 및 비가역오염에 대한 저항과 가역오염의 저항의 비(Rir/Rr)도 position 1에서 가장 높게 조사되었다. 비가역오염(Rir)은 흡입 압력이 높은 곳인 position 1에 오염물질이 축적되어진 결과이다. 분리막 위치에 따른 오염현상은 모듈 디자인 최적화에 중요한 인자임을 알았다.

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 연구는 침지형 분리막 모듈에 자체 설계한 회전원판을 적용하여 운전시간 경과에 따른 막오염 감소효과와 최적의 운전조건을 투과실험으로 알아보았다. 원료용액으로는 kaolin과 bentonite를 농도별로 제조하여 사용하였고, 원판의 회전수를 120 rpm까지 변화시키면서 60분 동안 실험하였다. 회전원판에 의한 막오염 감소 효과로 kaolin 수용액을 대상으로 한 실험에서는 흡입압력이 약 28%까지 감소하였다. 또한 kaolin 농도에 따라서 최적 투과유속이 감소하였으며 0.4wt% 일 경우는 60 내지 70 LMH가 적당하였다. Bentonite 수용액에 대하여 투과유속이 30 LMH 일 경우에 원판의 회전속도가 80 rpm 이상이 되면 흡입압력이 대략 0 mmHg에 접근하였다.

This study was carried out to investigate the filtration characteristics of membrane modules according to hollow fiber dispersion for direct solid-liquid separation of activated sludge. 2 bundle, 4 bundle, and 10 bundle module used in this experiment according to hollow fiber dispersion was manufactured at laboratory and permeate flux and transmembrane pressure(TMP) of each module were observed under a suction pressure of 0.5㎏f/㎠. As the hollow fibers were dispersed, permeate flux was increased and TMP was decreased. Permeate flux and TMP of each module was 15.0 ℓ/㎡·h and 31.8 ㎝Hg for 2 bundle, 16.0 ℓ/㎡·h and 17.4 ㎝Hg for 4 bundle, and 20.4 ℓ/㎡·h and 13.8 ㎝Hg for 10 bundle. In conclusion, the membrane fouling is expected to be decrease by maintaining lower TMP with hollow fiber dispersion.