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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김형수
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수10
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저압 막여과(low-pressure membrane) 공정은 정수처리 분야에서 1990년대 초부터 전 세계적으로 활발하게 적용되어 오고 있다. 하지만 막오염 발생 기작이나 적절한 전처리 방안 등에 대해서는 다양한 연구가 수행되어 오고 있음에도 불구하고, 상대적으로 모래여과에 비해 낮은 회수율의 향상 방안에 대해서는 연구가 많지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 막여과 정수처리 공정의 향상과 정수장에서 처리해야할 최종 배출수의 처분을 최소화하고자 막여과 역세배출수(membrane backwash water)를 침지식 막여과 공정으로 재처리하기 위한 방안에 대해 연구하였다.
원수의 전처리 여부에 관계없이 막여과 공정에서 발생한 막여과 역세배출수는 직접 막여과로 재처리 하고자 할 경우, 케익 저항의 급격한 증가와 더불어 낮은 물리세척 회복율로 인해 적절한 전처리가 필요하며, 특히 응집-간이 침전이나 단순 침전 공정 등을 통해 다량의 부유물질 농도를 감소시키는 것이 막여과 공정의 안정적인 운영을 위해 필수적인 것으로 나타났다. 특히 이는 본 연구에서 고안된 2중 구조 침지막조의 적용을 통해 외부반응조에서 약 90%의 SS 제거율을 확보하여 농축속도를 기존의 침지식 막여과 공정에 비해 10% 수준으로 감소시킬 수 있었다.
아울러 외부 반응조에서 입자제거를 통해 농축속도의 저감이 가능하였음에도 불구하고 침지막조 내부에서 입자성 물질 농축은 발생하여 별도의 배출수를 발생시키게 된다. 따라서 배출직전 농축수의 SS 농도와 막여과 운전데이터의 평균 막차압 변화율 및 다양한 농도에서 측정된 fouling index와의 관계를 규명하였고, fouling index는 농축수 SS 농도의 거듭제곱으로 비례하는 것으로 나타났다. 이는 간단한 unstirred cell test 실험을 통해 fouling index를 산출하여 배출 주기를 산정할 경우, 평균 막차압 변화율의 예측이 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
도출된 결과들을 토대로 pilot plant 규모로 응집-막여과 역세배출수에 대해 응집-간이 침전 전처리를 적용하여 침지막조 농축수의 농도를 상시 SS 35mg/L로 유지토록 시스템을 고안하여 연속운전을 수행한 결과, 기존 일반적인 침지막조에 비해 약 30% 이상 높은 회수율에서 여과 중 무폭기 운전 및 추가적인 배출수 처리가 필요 없는 등의 경제적 장점에도 불구하고 약 4배 이상 운전 기간을 연장할 수 있을 것으로 나타났다.
더불어 침지식 막여과 공정의 처리수질에 있어서도 상시 원수 수질보다 우수함은 물론, 12회 분석된 59개의 먹는물 수질항목 분석 결과에서도 수도로 공급 가능한 수준으로 유지가 가능하여 원수로 회수가 가능할 것이라 판단된다.
원수의 전처리 여부에 관계없이 막여과 공정에서 발생한 막여과 역세배출수는 직접 막여과로 재처리 하고자 할 경우, 케익 저항의 급격한 증가와 더불어 낮은 물리세척 회복율로 인해 적절한 전처리가 필요하며, 특히 응집-간이 침전이나 단순 침전 공정 등을 통해 다량의 부유물질 농도를 감소시키는 것이 막여과 공정의 안정적인 운영을 위해 필수적인 것으로 나타났다. 특히 이는 본 연구에서 고안된 2중 구조 침지막조의 적용을 통해 외부반응조에서 약 90%의 SS 제거율을 확보하여 농축속도를 기존의 침지식 막여과 공정에 비해 10% 수준으로 감소시킬 수 있었다.
아울러 외부 반응조에서 입자제거를 통해 농축속도의 저감이 가능하였음에도 불구하고 침지막조 내부에서 입자성 물질 농축은 발생하여 별도의 배출수를 발생시키게 된다. 따라서 배출직전 농축수의 SS 농도와 막여과 운전데이터의 평균 막차압 변화율 및 다양한 농도에서 측정된 fouling index와의 관계를 규명하였고, fouling index는 농축수 SS 농도의 거듭제곱으로 비례하는 것으로 나타났다. 이는 간단한 unstirred cell test 실험을 통해 fouling index를 산출하여 배출 주기를 산정할 경우, 평균 막차압 변화율의 예측이 가능할 수 있을 것으로 판단된다.
도출된 결과들을 토대로 pilot plant 규모로 응집-막여과 역세배출수에 대해 응집-간이 침전 전처리를 적용하여 침지막조 농축수의 농도를 상시 SS 35mg/L로 유지토록 시스템을 고안하여 연속운전을 수행한 결과, 기존 일반적인 침지막조에 비해 약 30% 이상 높은 회수율에서 여과 중 무폭기 운전 및 추가적인 배출수 처리가 필요 없는 등의 경제적 장점에도 불구하고 약 4배 이상 운전 기간을 연장할 수 있을 것으로 나타났다.
더불어 침지식 막여과 공정의 처리수질에 있어서도 상시 원수 수질보다 우수함은 물론, 12회 분석된 59개의 먹는물 수질항목 분석 결과에서도 수도로 공급 가능한 수준으로 유지가 가능하여 원수로 회수가 가능할 것이라 판단된다.
목차
제 1장 서론 1제 1절 연구배경 1제 2절 연구목적 8제 2장 이론적 배경 11제 1절 Membrane 11제 2절 Membrane Filtration 162-1 막오염과 막여과 전처리 162-2 막여과 공정의 물리/화학적 세척 23제 3절 Specific Cake Resistance와 Fouling Index 323-1 SDI 323-2 MFI와 fouling index 333-3 Specific cake resistance 38제 4절 모래여과 및 막여과 역세배출수 40제 3장 응집 적용여부에 따른 막여과 역세배출수의 막여과 특성 평가 49제 1절 실험목적 및 범위 49제 2절 실험장치 및 방법 522-1 실험장치 및 방법 522-2 수질분석 및 방법 68제 3절 실험결과 및 토의 703-1 무응집-역세배출수의 막여과 특성 평가 703-2 무응집-역세배출수의 응집에 따른 막여과 특성 평가 843-3 응집-역세배출수의 막여과 특성 평가 94제 4절 소결 101제 4장 막여과 역세배출수의 전처리 적용을 통한 막여과 성능평가 103제 1절 실험목적 및 범위 103제 2절 실험장치 및 방법 106제 3절 실험결과 및 토의 1094-1 역세배출수의 전처리 적용을 통한 막여과 성능 평가 1094-2 2중 구조 침지막조 1264-3 기존 침지막조 및 2중 구조 침지막조의 막여과 운전 성능 평가 137제 4절 소결 146제 5장 응집-가압식 역세배출수의 처리를 위한 2중 구조 침지막조의 적용성 평가 148제 1절 실험목적 및 범위 148제 2절 실험장치 및 방법 151제 3절 실험결과 및 토의 1545-1 침지식 막여과 농축속도 저감에 따른 침지식 막여과 연속운영 평가 1545-2 농축수 순환에 의한 침지식 막여과 연속운전 평가 1685-3 침지막조 내 농축수의 SS 농도와 SCR 및 FI의 관계 1775-4 Pilot plant를 이용한 장기운영 결과 평가 186제 4절 소결 200제 6장 종합 결론 202제 7장 Reference 205
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