세라믹 막을 이용한 정수처리공정에서 스팀세정을 적용한 유지세정 방안 연구 :Application of steam washing for enhancing the cleaning efficiency in ceramic membrane

박서경

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자료유형: 학위논문

저자정보: 박서경 (명지대학교, 명지대학교 대학원)

지도교수: 김한승

발행연도: 2019

저작권: 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

세라믹 막을 이용한 정수처리공정에서 스팀세정을 적용한 유지세정 방안 연구

박서경 환경에너지공학과 2019.01 학위논문

2018

정수처리공정에서 세라믹 분리막의 효율향상을 위한 스팀세정 기법의 개발

박서경 , 강준석 , 이정은 외 4명 대한환경공학회 학술발표논문집 2018.11 학술대회자료

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본 연구에서는 유기막을 대체하여 고온, 고압 등의 극한 조건에서 안정적으로 운전이 가능한 세라믹 막을 적용한 정수처리공정에서 스팀 세정 기법을 적용함으로써 CIP (Cleaning In Place) 주기를 연장시키고 그에 따라 운전 효율의 향상을 도모하였다. 스팀 세정은 막에 열에너지를 전달함으로써 오염물질 및 막 표면 간의 결합이 끊어내 막의 파울링을 제어할 수 있을 것이라고 보여진다. 통상적으로 정수처리공정에서 사용되는 유기막을 이용하여 스팀 세정의 효율을 관찰하였으며 결합력을 느슨하게 만드는 스팀 주입의 역할을 고려하여 스팀 주입 후 물리세척을 포함하여 진행하는 것을 스팀 세정 공정으로 설정하였다. 운전압력조건은 1 ~ 3 Bar로 설정하였으며 막 오염을 형성하는 원수를 Case A의 중탁도?중유기물 원수(10 NTU, DOC 2.5 ppm), Case B의 고탁도 원수 (25 NTU, DOC 2.5 ppm), Case C의 고유기물 원수(10 NTU, DOC 8 ppm)로 분류하여 여과를 진행하였다.
세라믹 막 여과 공정 후 스팀 세정을 실시하였을 경우 모든 원수 및 운전압력 조건에서 물리세척만을 진행한 경우에 비해 11.1 ~ 54.0%의 추가적인 막 회복이 관찰되었다. 스팀 세정에 의한 막 회복이 가장 두드러진 원수 조건은 Case B의 고탁도 원수였다. 이는 고탁도 원수의 여과 후 물리세척 회복율이 20% 이하로 저조하게 나타났으나 스팀 세정 후 막 회복율이 Case A의 중탁도?중유기물 원수와 유사한 수준으로 상승하였기 때문으로 사료된다. 또한 직렬여과저항모델을 이용하여 막의 저항을 분류했을 때 스팀 세정 후 물리세척으로 제어가 가능한 케이크 저항의 값이 증가하였으며 이에 스팀 주입이 물리세척을 보완할 수 있다고 판단하였다.
화학약품을 사용하는 막의 유지세정인 CEB(Chemical Enhanced Backwashing)와 스팀 세정을 비교하였을 때, CEB의 경우 비교적 저압 운전에 의한 막 파울링을 제어하는 데 있어서 효과적임이 확인되었으나 고압 운전시 세정 소요 시간이 긴 단점을 가졌다. Case C의 고유기물 원수 조건에서 여과 후 CEB와 스팀 세정에 의한 막 회복율을 비교하였을 때, 3분의 스팀 세정과 유사한 막 회복율을 나타내는 CEB의 세정 소요 시간은 각 압력별로 약 30분, 4-5시간, 6시간으로 관찰되었다. 이에 스팀 세정이 물리세척의 비교적 저조한 막 회복율과 화학세정의 긴 세정 시간을 보완하는 효율적이며 친환경적인 세정 기법으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

The purpose of this study is lowering the frequency of chemical cleaning and developing the efficiency of treatment by using steam washing in water treatment process using ceramic membrane which can be operated under extreme conditions, such as high temperature and high pressure. Steam washing can break the bond between membrane surface and materials by carrying the thermal energy and control the membrane fouling. First, it is observed the efficiency of steam washing using the organic membrane which is commercialized. And steam washing includes steam injection and physical washing considering the role of steam which loosens the bond of membrane and materials. Filtration was carried out at various pressures of 1, 2 and 3 Bar. And the raw water was set up for turbidity and DOC concentration such as Case A (10 NTU, DOC 2.5 ppm), Case B (25 NTU, DOC 2.5 ppm) and Case C (10 NTU, DOC 8 ppm).
After steam washing, additional recovery rate as 11.1 ~ 54.0% was showed comparing with after only physical washing. The raw water condition which is most remarkable in membrane recovery by steam washing was high turbidity water (Case B). It is because that the steam washing complements the low recovery rate after physical washing. And the membrane recovery rate by steam washing is raised to a level similar to Case A.
Compared with CEB(Chemical Enhanced Backwashing), CEB is proved to be effective in controlling membrane fouling by relatively low pressure operation. However, it has a problem that the washing time is long. Compared with the recovery rate of CEB and steam washing after filtration using the raw water, Case C, the time required for CEB, which is similar to 3 minutes of steam washing, is 30 minutes, 4-5 hours, 6hours for each pressure. Therefore, it is considered that the steam washing can be utilized as an efficient and environmentally friendly cleaning technique which complements the relatively low membrane recovery rate of physical washing and the long cleaning time of the chemical washing.

#세라믹 막 #막 오염 #막 회복 #막 세정 #스팀 세정 #CEB #물리 세척

그림목차 ⅲ
표목차 ⅳ
국문초록 ⅵ
제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
제 2 장 문 헌 고 찰 3
2.1 막여과 3
2.1.1 막여과 정의 3
2.1.2 분리막 비교 5
2.1.3 막여과 방식 10
2.1.4 막여과 유속 14
2.1.5 막오염(Fouling) 16
2.1.6 막세정 20
2.2 물산업 동향 및 전망 22
2.3 멤브레인 연구 동향 24
2.4 제거대상물질 27
2.4.1 탁도유발물질 27
2.4.2 유기물질 31
2.5 스팀 세정 37
제 3 장 재료 및 방법 38
3.1 대상 원수 성상 38
3.2 실험방법 및 장치 40
3.2.1 유기 막 여과 공정 40
3.2.2 세라믹 막 정압 여과 공정 43
3.2.3 세라믹 막 정유량 여과 공정 46
3.2.4 스팀 세정 공정 48
3.3 분석 및 평가 방법 50
3.3.1 측정 항목 50
3.3.2 평가 항목 52
제 4 장 실험결과 및 고찰 53
4.1 유기 막 세정 시 스팀 주입 평가 53
4.1.1 스팀 주입 시기 평가 53
4.1.2 스팀 주입에 의한 세정 효과 관찰 57
4.2 세라믹 막 세정 시 스팀 세정 적용 평가 60
4.2.1 중탁도?중유기물 원수 여과 61
4.2.2 고탁도 원수 여과 65
4.2.3 고유기물 원수 여과 70
4.2.4 스팀세정에 의한 세정효율 평가 75
4.3 세라믹 막 세정 기법 비교 및 관찰 77
4.3.1 세라믹 막 세정 기법 77
4.3.2 세정 기법에 따른 세정 효율 비교 79
제 5 장 결론 82
참고문헌 84
Abstract 90

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