하수 재이용 분리막의 유기 파울링 저감을 위한 응집 전처리와 RO 농축수 처리 특성 :A Characteristics of Coagulation Pretreatment for Reduction of Membrane Organic Fouling in Sewage Reuse and Treatment of RO Concentrated Water

나지훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 나지훈 (서울시립대학교, 서울시립대학교 일반대학원)

지도교수: 박철휘

발행연도: 2018

저작권: 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

하수 재이용 분리막의 유기 파울링 저감을 위한 응집 전처리와 RO 농축수 처리 특성

나지훈 환경공학과 2018.01 학위논문

2016

하수 재이용 공정에서 응집 결합형 UF 전처리 공정이 RO 막 파울링에 미치는 영향에 대한 연구

나지훈 , 남덕현 , 강기훈 대한환경공학회 학술발표논문집 2016.11 학술대회자료

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전 세계적인 물 부족 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방법은 해수 담수화나 하수 재이용과 같은 새로운 수자원 개발이며 이를 위해서는 RO 분리막을 단위공정으로 이용하는 재처리 기술이 필요하다. RO 분리막은 고형물에 의한 파울링에 취약하기 때문에 이를 해결하기 위해 MF 및 UF 전처리 분리막의 적용이 확대되고 있으나 용존성 유기물에 의한 RO 분리막과 전처리 분리막의 유기 파울링 문제는 여전히 해결해야할 문제이다.
분획분자량 기준 10 kDa의 하수처리수 내 유기물은 porous media인 MF나 UF 분리막의 공극보다 작아 RO 전처리 분리막으로는 처리가 불가능하다. 이러한 EfOM(Effluent Organic Matter)은 UF(Ultra Filtration) 및 RO(Revers Osmosis) 분리막의 주요 파울링 원인으로 분리막의 화학세정 주기 및 교체와 밀접한 연관을 갖는다.
본 연구는 하수 재이용 공정에서 UF 분리막과 RO 분리막 파울링의 주요 원인물질인 EfOM의 제거를 위한 단위공정으로 응집-UF 분리막 공정의 효과를 실험적으로 고찰하였다. 실험결과, 응집 전 71.9%를 차지하고 있던 50 kDa 이하의 유기물이 FeCl3로 응집한 경우, 20.2%로 감소되었다. RO 분리막 파울링에 영향을 미치는 분획분자량이 작은 유기물의 제거가 이루어 졌다. 전처리로 응집을 수행한 실험군에서 UF 분리막 및 RO 분리막의 여과성이 개선되었다.
또한 분리막 표면에서 발생하는 가역적인 파울링인 cake filtration이 주요 파울링 기작으로 작용하였다. 이는 분리막 표면에서 cake 형태로 발생하는 가역적인 파울링의 형태로 역세에 의해 쉽게 제거되는 특성을 실험적으로 고찰하였다. 응집 전처리로 인해 수질 성상이 변화된 RO 농축수의 처리를 위해 air lift 황 탈질 반응기를 고안하였으며 EBCT 2 hr, Air-Lift 10 min, 6 L/min 공기유량의 조건에서 운전한 결과, NO3--N 제거율 62.5%로 RO 농축수의 효과적인 탈질이 가능하였다.
본 연구결과, 하수처리수 재이용에서 응집 전처리를 통해 EfOM의 분자량 변화거동 및 제거 가능성과 RO 농축수를 대상으로 독립영양 황 탈질 적용이 가능함을 실험적으로 고찰할 수 있었다.

The global water shortage problem is one of the major reasons for climate change and population growth, but also for public awareness that water resources are endless resources.
In order to fundamentally solve this water shortage problem, there is a need to develop new water resources such as seawater desalination and sewage reuse. For desalinate seawater and reuse wastewater, it is necessary to use the UF and RO membranes as a unit process.
Recently, it has been necessary to apply MF or UF membranes as pretreatment to ensure the stability of RO membranes, but the effluent organic matter (EfOM) in the range of 10 kDa as cut-off molecular weight is smaller than the porosity of MF or UF membranes. It is impossible to treat with RO pre-treatment membrane for RO membrane.
This EfOM is a major cause of fouling of the RO, which is closely related to the chemical cleaning cycle and replacement of the RO. In addition, membrane fouling by EfOM also occurs in pretreatment membranes. Periodic backwash to prevent membrane fouling is a factor that lowers the recovery rate of the sewage recycling process.
The purpose of this study is to investigate the fractional molecular weight characteristics of sewage water EfOM for the control of EfOM, which is the most important matter as membrane fouling. The coagulation process was used as a unit process for EfOM control.
The filtration characteristics of UF membranes were drawn from the results of the batch experiments and the fouling characteristics were analyzed by applying them to the four fouling models by Hermia.
In addition, the characteristics of RO concentrated water due to the coagulation pretreatment was analyzed and denitrification efficiency was evaluated experimentally by applying the autotrophic denitrification method to find a rational RO concentrated water treatment method.
Through the analysis of alkaloid consumption and SO42- production, the operating parameters of the sulfur denitrator were found.

#하수 재이용 #전처리 #유기 파울링 #EfOM #RO 농축수 #황 탈질

1. 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 범위 3
2. 이론적 배경 6
2.1 하수 재이용 배경 및 동향 6
2.1.1 대체 수자원으로서의 하수처리수 6
2.1.2 국내 하수 재이용 적용사례 13
2.2 하수 재이용 요구수질 및 경제성 18
2.2.1 공업용수에 대한 요구수질 18
2.2.2 공업용수 재이용시의 경제성 21
2.3 하수처리수 및 RO 농축수 특성 24
2.3.1 하수처리수 특성 24
2.3.2 RO 막 파울링 원인물질 27
2.3.3 하수 재이용시의 RO 농축수 특성 32
2.4 재이용 및 농축수 처리 기술 36
2.4.1 재이용 기술의 개요 36
2.4.2 분리막 기술 39
2.4.3 전처리 응집 56
2.4.4 미생물을 이용한 탈질 60
3. 연구내용 및 방법 68
3.1 전처리에 의한 유기물 제거 특성 68
3.1.1 응집제 주입량 선정 실험 68
3.1.2 응집 전처리에 따른 분리막 여과특성 평가 실험 69
3.1.3 응집-UF 조합공정의 전처리 성능 평가 실험 71
3.1.4 RO 여과 장치 구성 74
3.1.5 응집-UF-RO 공정 성능 평가 실험 74
3.2 RO 농축수 처리를 위한 황 탈질기술의 성능 실험 77
3.2.1 RO 농축수 성상 77
3.2.2 황 여재 입경별 탈질효율 실험 77
3.2.3 Air-Lift 황 탈질 실험 79
4. 연구결과 및 고찰 81
4.1 전처리 응집 별 분리막 파울링 특성 81
4.1.1 응집제 주입량 선정 81
4.1.2 전처리에 따른 분리막 분획분자량 별 여과 특성 92
4.1.3 분리막 파울링 모델 분석 108
4.1.4 전처리에 따른 UF 분리막 역세 특성 131
4.1.5 전처리 응집 실험 136
4.2 전처리-RO 분리막 연속 실험 138
4.2.1 전처리 공정 성능_사각형태 (Mode I) 138
4.2.2 전처리 공정 성능_삼각 (Mode II) 146
4.2.3 연속식 전처리 성능 실험 152
4.2.4 RO 분리막 여과성 개선 평가 153
4.3 RO 농축수의 황 탈질 특성 157
4.3.1 하수 재이용 RO 농축수 성상 분석 157
4.3.2 황 입경 별 탈질 효율 분석 163
4.3.3 Air-Lift 황 탈질 반응기 성능 평가 169
5. 결론 179
References 183
ABSTRACT 221

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