자연유기물을 처리하는 혼합 오존-세라믹 한외여과 시스템에서 물리화학적 특성이 투과플럭스에 미치는 영향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Effects of operational conditions and solution chemistry on permeate flux in a hybrid ozone-ceramic ultra-filtration (UF) membrane system treating natural organic matter (NOM) were investigated. Results showed that the extent of permeate flux decline was higher at higher cross-flow velocity and ozone dosage, but it was higher at lower transmembrane pressure (TMP). The mechanism of fouling mitigation was found to be more dependent upon reaction between ozone and natural organic matter at/near catalytic membrane surface than scouring effect due to ozone gas bubbles. Addition of calcium into model NOM solution at high pH led to significant decline in permeate flux while the calcium effect on permeate flux decline was less pronounced at lower pH. After permeate flux decline during the early stage of filtration, the flux started recovering and approached fully to the initial value of it due to degradation of NOM by catalytic ozonation at ceramic membrane surface in the hybrid ozone-ceramic membrane system.

국문 초록 (Abstract)

자연유기물을 처리하는 혼합 오존-세라믹 한외여과 수처리 시스템에서 막의 운전조건과 처리수의 화학적 조성이 세라믹 막의 투과플럭스에 미치는 영향을 연구하였다. 오존주입량, 막간압력 그리고 교차흐름속도를 포함한 운전조건의 영향을 관찰한 결과, 막의 투과플럭스는 오존주입량과 교차흐름속도가 증가할수록 그리고 막간압력이 감소할수록 증가하였다. 오존주입으로 인한 막오염의 감소는 교차여과에서 오존기체방울에 의해 발생하는 오염물질의 물리적인 역수송보다는 촉매 금속산화물로 이루어진 세라믹막 표면에서 발생하는 오존과 자연유기물간의 화학반응에 의한 영향에 더욱 의존할 수 있음을 확인하였다. 그러나 이와 같은 막오염의 감소는 상대적으로 높은 막간압력을 적용 시 줄어드는 경향을 나타내었다. 모델 자연유기물을 이용하여 실험한 결과, 높은 pH에서는 칼슘의 첨가로 인해 투과플럭스가 급격하게 감소하였으나 상대적으로 낮은 pH에서는 투과플럭스 감소에 대한 칼슘의 효과는 저하되었다. 혼합 오존-세라믹만 시스템에서 연속적인 오존주입은 세라믹막 표면에서 발생하는 촉매오존산화에 의한 자연유기물의 분해로 운전 초기 막의 투과플럭스의 감소 후 궁극적으로는 막의 투과플럭스를 회복시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (Reference)

1 박진용, "제지폐수 처리를 위한 다채널 세라믹 정밀여과 시스템에서 질소 역세척 효과" 한국막학회 16 (16): 31-38, 2006

2 박진용, "세라믹 정밀여과 및 활성탄 흡착 혼성공정에 의한 고탁도 원수의 고도정수처리: 입상 활성탄 충전율에 의한 영향" 한국막학회 18 (18): 191-197, 2008

3 A. Rubia, "pH, ionic strength and flow velocity effects on the NOM filtration with TiO2/ZrO2 membranes" 52 : 325-, 2006

4 M. Hashino, "Pilot plant evaluation of ozone-microfiltration system for drinking water treatment" 41 (41): 17-, 2000

5 염경호, "PES-TiO2 복합막의 제조 및 막 특성 평가" 한국막학회 17 (17): 219-232, 2007

6 U. Gunte, "Ozonation of drinking water: Part I. Oxidation kinetics and product formation" 37 : 1443-, 2003

7 A. Braghetta, "Nanofiltration of natural organic matter: pH and ionic strength effects" 123 (123): 628-, 1997

8 R. D. Reardon, "Membrane treatment of secondary effluent for subsequent use(WERF final report)" IWA Publishing 2005

9 K. J. Howe, "Fouling of microfiltration and ultrafiltration membranes by natural waters" 36 : 3571-, 2002

10 J. E. Kilduff, "Flux decline during nanofiltration of naturally-occurring developed organic matter: effects of osmotic pressure, membrane permeability, cake formation" 239 : 39-, 2004

11 B. S. Karnik, "Effects of ozonation on the permeate flux of nanocrystalline ceramic membranes" 39 : 728-, 2005

12 S. Lee, "Comparison of membrane permeability and a fouling mechanisms by preozonation followed by membrane filtration and residual ozone in membrane cells" 178 : 287-, 2005

13 AWWA Membrane Technology Research Committee, "Committee Report: Recent advances and research needs in membrane fouling" 97 : 8-, 2005

14 F. J. Beltran, "Catalytic ozonation of oxalic acid in an aqueous TiO2 slurry reactor" 39 : 221-, 2002