분리막을 이용한 고품질 정제연료유 생산 기술 개발

정용식,조윤현,권순덕,김진아,김태극,김경호 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 따라서 상당량 재활용이 되지 않고 소각 처리되는 등의 문제점이 있으며 기존 이온정제법의 경우 수산화염이나 인사염과 같은 약품사용으로 인한 폐슬러지가 다량 발생하여 2차 환경오염을 유발시킨다. 국내의 경우 대부분의 폐유회수처리업체들이 폐유정제에 시설투자비가 적고 운전비가 적게드는 이온처리공정을 사용하고 있어 보다 효율적이고 고품질의 재생연료유 생산기술의 개발이 시급하다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 막분리 주처리 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스로 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최적화될 필요성이 있다. 화학 물질의 투입이 불필요하고 상변화 없이 가동되는 특성으로 에너지 소비량이 적은 막분리 공정으로, 친환경 공정의 설계 및 제품생산이 가능하다. 침전물 및 수분을 제거하는 전처리 공정과 처리유의 회분, 잔류탄소 등의 농도를 연료유 기준 이하로 제거하는 주처리 공정에서는 3 ~ 5 ㎛ 공극크기의 정밀여과막(MF)를 사용할 수 있다. 폐유는 일반적으로 상온에서 점도가 100 cst이상으로 분리막에 바로 적용될 경우 높은 점도에 의해 여과를 위하여 높은 압력을 필요로하며, 이는 곧 생산단가 향상과 연결되는 인자이다. 따라서 폐유의 온도를 80℃까지 승온할 시 폐유의 점도는 상온에서 보다 30%이하로 낮아져 일반적인 수용액과 유사한 정도의 점도를 가지게 되며 이를 분리막에 적용할 경우 보다 효율적인 여과공정이 가능할 것이다. 이상의 결론으로 부터 막분리공법을 이용하여 정제공정을 개선할 경우 이온정제법으로 정제가 불가능한 고농도 오염물질을 함유한 폐유를 효과적으로 분리 및 정제가 가능하여 폐유를 고품질의 정제연료유로써 생산이 가능할 것으로 판단된다.

분리막정제기술을 이용한 폐유 재활용 기술개발

정용식,조윤현,권순덕,김진아,김태극,김경호 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

폐유는 산업활동이 발달되면서 발생경로도 다양해지고 있다. 주로 발생경로는 자동차 생산업 및 정비업, 선박, 기계, 제유등 제조업체에서 주로 많이 발생을 하며 폐유의 발생형태에 따라 오일휠타 같은 고상폐유와 폐윤활유 같은 액상폐유가 있다. 본 연구에서는 정제유로 생산이 가능한 액체 상태인 폐유를 대상으로 선정 하였으며 폐유에는 모래, 금속, 계면활성제등 다양한 첨가물들과 불순물들이 함유되어 있으며 그 성상 또한 매우 다양하다. 현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 분리막을 이용한 0.1ton/hr 급 pilot-scale을 제작하여 액체 상태인 폐유를 대상으로 정제 테스트를 진행 하였다. 설계한 pilot의 주요 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스와 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최소화 할 수 있도록 하였다. 주처리 공정인 분리막조에서는 폐유내에 포함하고 있는 회분, 잔류탄소 등을 정제연료유 기준 이하로 제거하는 역할이며 사용된 분리막은 3㎛ 공극크기의 정밀여과막을 사용하였다. 정제효과를 알아보기 위하여 공정 투입 전과 후를 공인분석기관에 의뢰하여 기술의 효율을 평가하였다. 상기의 pilot-scale 분리막정제시설을 활용하여 생산된 정제유를 분석한결과 모든 항목에서 정제유 품질기준을 만족함과 동시에 각 오염물질의 제거 효율이 상당히 높은 효과를 얻을 수 있었다. 또한 사용한 여과막에 대해서는 역세를 함으로써 재사용이 가능하며 부하되는 원료 품질 변동에도 공정상 큰 영향이 없어 전처리 비용을 최소화 할 수 있었다. 본 기술은 이온정제법의 단점 보완과 이온정제법으로 정제연료유로 재활용이 불가한 고농도 오염물질을 함유한 폐유의 다양한 성분의 미세입자 화학물질을 효과적으로 분리함으로써 폐유를 고품질의 정제연료유로 제품화 할 수 있는 기술이 될 수 있을 것으로 판단된다.

분리막을 이용한 고품질 정제연료유 생산 기술 개발

정용식,조윤현,권순덕,김진아,김태극,김경호 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 따라서 상당량 재활용이 되지 않고 소각 처리되는 등의 문제점이 있으며 기존 이온정제법의 경우 수산화염이나 인사염과 같은 약품사용으로 인한 폐슬러지가 다량 발생하여 2차 환경오염을 유발시킨다. 국내의 경우 대부분의 폐유회수처리업체들이 폐유정제에 시설투자비가 적고 운전비가 적게드는 이온처리공정을 사용하고 있어 보다 효율적이고 고품질의 재생연료유 생산기술의 개발이 시급하다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 막분리 주처리 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스로 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최적화될 필요성이 있다. 화학 물질의 투입이 불필요하고 상변화 없이 가동되는 특성으로 에너지 소비량이 적은 막분리 공정으로, 친환경 공정의 설계 및 제품생산이 가능하다. 침전물 및 수분을 제거하는 전처리 공정과 처리유의 회분, 잔류탄소 등의 농도를 연료유 기준 이하로 제거하는 주처리 공정에서는 3 ~ 5 ㎛ 공극크기의 정밀여과막(MF)를 사용할 수 있다. 폐유는 일반적으로 상온에서 점도가 100 cst이상으로 분리막에 바로 적용될 경우 높은 점도에 의해 여과를 위하여 높은 압력을 필요로하며, 이는 곧 생산단가 향상과 연결되는 인자이다. 따라서 폐유의 온도를 80℃까지 승온할 시 폐유의 점도는 상온에서 보다 30%이하로 낮아져 일반적인 수용액과 유사한 정도의 점도를 가지게 되며 이를 분리막에 적용할 경우 보다 효율적인 여과공정이 가능할 것이다. 이상의 결론으로 부터 막분리공법을 이용하여 정제공정을 개선할 경우 이온정제법으로 정제가 불가능한 고농도 오염물질을 함유한 폐유를 효과적으로 분리 및 정제가 가능하여 폐유를 고품질의 정제연료유로써 생산이 가능할 것으로 판단된다. 사사: 본 연구는 2015년도 한국산업단지공단 대구EIP사업단 생태산업단지구축사업의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다. (과제번호: 2015-04-1027)

고농도 원수 처리를 위한 분리막 길이와 탁도에 따른 세정 특성 관찰

임광섭,최동하,김태한,장재영,남상용 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.1

본 연구는 비용매유도상분리법(nonsolvent induced phase separation, NIPS)을 사용하여 제조한 Psf 중공사 막의 배출수 처리 현장 적용성 test를 위한 최적 유효막 길이와 탁도의 변화, 세정방법에 대해 비교하였으며, 동일한 원수, 기본 공정 조건으로 유효막 길이를 변화시켜 운전에 따른 역세 효율 및 운전압을 관찰하였다. 동일한 공정조건에서 유효막 길이의 변화를 주어 500㎜, 1,000㎜, 1,500㎜의 유효막 길이에 따라 1.5일간 고탁도의 가혹한 조건에서 공정을 지속하여 측정을 실시하였다. 또한 300 NTU와 600 NTU의 두가지 고탁도 농도 조건에서의 운전 특성을 확인하여 비교하였으며 화학약품을 통한 세정(CEB)과 역압공기세정을 비교하였다. 유효막 길이별 운전 결과 유효막 길이에 따른 역세에 의한 효율차이를 확인할 수 있었으며 탁도의 농도에 따른 운전 특성으로는 600 NTU에서 300 NTU보다 운전압력이 높아졌으며 역세에 의한 효율이 낮아짐을 확인하였고 역압공기세정의 경우 세정 후에 내부 폐색이 진행되지는 않으나 급격히 압력이 높아짐을 확인하였다.

침지형 막 분리 활성슬러지법에서 막의 재질 및 구조가 파울링에 미치는 영향

최재훈(Jae Hoon Choi),김형수(Hyung Soo Kim) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.1

본 연구는 도시하수 처리를 위한 침지형 막 분리 활성슬러지법(membrane bioreactor: MBR) 시스템에서 막 재질 및 구조가 파울링에 미치는 영향을 조사하기 위하여, polytetrafluoroethylene(PTFE), polycarbonate(PCTE) 및 polyester(PETE)의 정밀여과 막(기공 크기: 0.1 μm)을 사용하였다. 120일의 운전기간 동안 PETE막 여과속도는 다른 막들에 비해 가장 빠른 감소경향을 보였으나, 화학세정을 할수록 점차 PCTE 및 PTFE막과 유사한 여과속도 감소경향을 보였다. PETE막의 유기물 제거율이 다른 막들에 비해 약간 높게 나타났으며, 이것은 막의 빠른 파울링 발생과 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다. 반응조내 슬러지 상징액 및 막 여과 수에 존재하는 DOC성분을 친수성 및 소수성으로 분획한 결과, 본 연구에서는 막의 친수성/소수성이 MBR 파울링에 미치는 영향이 크지 않은 것으로 나타났다. 파울링이 발생한 막들의 각종 여과저항 값을 분석한 결과, PETE막은 비가역적 파울링에 의한 영향이 다른 막들에 비하여 컸으며, 유기물 제거율에도 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다. This work was performed to evaluate the effect of membrane material and structure on fouling in a submerged membrane bioreactor(MBR). Three types of microfiltration membranes with the same pore size of 0.1 μm but different materials, polytetrafluoroethylene(PTFE), polycarbonate(PCTE) and polyester(PETE), were used. While PETE membrane exhibited the most rapid flux decline throughout the operation, PCTE and PTFE had a similar tendency with regard to permeability. Difference in permeability between PETE and the other membranes gradually decreased with time, which was probably due to chemical cleaning. The higher TOC rejection of PETE membrane could be attributable to its faster fouling, resulting from a larger amount of foulants to get attached to the membrane in a shorter time. DOC fractionation using a DAX-8 resin showed that the composition of each fraction between the supernatant and permeates did not change significantly with operation time, indicating that membrane hydrophilicity/hydrophobicity was not a dominant factor affecting to MBR fouling in this study. Compared to other membranes, the fouling of PETE membrane was more influenced by pore clogging (irreversible fouling), which would probably contribute to a higher organic rejection of the PETE membrane.

막분리 활성슬러지 공정에서 응집제 및 제올라이트가 처리성능에 미치는 영향

이병호 ( Lee Byung-ho ),이광호 ( Lee Kwang-ho ) 한국환경기술학회 2000 한국환경기술학회지 Vol.1 No.1

본 연구에서는 막분리 활성슬러지 공정에서 응집제(PACI)와 천연 제올라이트(Clinoptilolite)의 첨가가 막여과특성 및 처리효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 순화율 증가(100~300%)에도 불구하고 현저한 막 오염은 관찰되지 않았으나 총 질소(T-N)제거효율은 증가하였다. PACI를 MBR 공정에 첨가하였을 때, 입자크기가 증가에 의해 막 오염이 크게 감소하였으며 높은 총 인(T-P) 제거효율(약 90%)이 얻어졌다. 그러나 미생물 체류시간(SRT)이 긴 조건에서 연속적인 PACI의 첨가는 질산화 저해에 의해 T-P 제거효율은 낮았다. 이는 플록의 구조변화와 미생물의 활성도 증가에 기인한다고 사료된다. PACI과 제올라이트를 동시에 첨가하였을 때, 3개월 동안 막여과특성은 크게 향상되었으며 높은 T-N(약 80%) 및 T-P(약 90%) 제거효율이 유지되었다. This paper investigated the effects of poly-aluminum chloride(PACI) and natural zeolite(Clinoptilolite) on the membrane filtration characteristics and treatment efficiency in membrane bioreactor(MBR) process. Despite recrculation rate increasing(100~300%), remarkable membrane fouling was not observed but total nitrogen(T-N) removal efficiency was increased. When PACI was added to the BMR, membrane fouling was highly decreased by increase of particle size and high total phosphorus(T-P) removal efficiency(about 90%) was obtained. In condition of long sludge retention time(SRT), however, continuous PACI addition decreased T-N removal efficiency by nitrification inhibition. When zeolite was added, T-N removal efficiency was increased but T-P removal efficiency was low. It might be due to the structure change of floc and increase of microbiomass activity. When PACI and zeolite were simultaneously added, membrane filtration characteristics were progressed and high removal efficiency of T-N(about 80%) and T-P(about 90%) were kept for 3 month.

친환경 용매를 활용한 분리막 제조와 막효율성에 관한 연구

김예솔,이상호,이송,손경현,이정원,김동건,최관헌,김나인,박정환,오태석 한국공업화학회 2023 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2023 No.1

막분리법을 이용한 汚水의 再利容에 관한 硏究

박경환,성일화 京畿專門大學 1997 京畿專門大學 論文集 Vol.- No.25

분리막 코팅 소재의 유변학적 특성을 통한 상분리 제어

이주연,정현욱,이주성 한국공업화학회 2022 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2022 No.1

혼합용매계면중합법을 이용한 역삼투 분리막 제조

우윤철(Yun Chul Woo) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11