KR20160010990A - Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon - Google Patents
Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon Download PDFInfo
- Publication number
- KR20160010990A KR20160010990A KR1020140091843A KR20140091843A KR20160010990A KR 20160010990 A KR20160010990 A KR 20160010990A KR 1020140091843 A KR1020140091843 A KR 1020140091843A KR 20140091843 A KR20140091843 A KR 20140091843A KR 20160010990 A KR20160010990 A KR 20160010990A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- membrane
- water
- activated carbon
- membrane filtration
- filtration
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 370
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 206
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 11
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 166
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 claims description 132
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 49
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 13
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 12
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 claims description 3
- 235000018553 tannin Nutrition 0.000 claims 2
- 229920001864 tannin Polymers 0.000 claims 2
- 239000001648 tannin Substances 0.000 claims 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 abstract description 12
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000796 flavoring agent Substances 0.000 abstract 2
- 235000019634 flavors Nutrition 0.000 abstract 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 69
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 64
- 230000008859 change Effects 0.000 description 56
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 32
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 27
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 27
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 21
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 21
- VADKRMSMGWJZCF-UHFFFAOYSA-N 2-bromophenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1Br VADKRMSMGWJZCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 18
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 16
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 9
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 6
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 6
- JLPUXFOGCDVKGO-TUAOUCFPSA-N (-)-geosmin Chemical compound C1CCC[C@]2(O)[C@@H](C)CCC[C@]21C JLPUXFOGCDVKGO-TUAOUCFPSA-N 0.000 description 5
- 239000001075 (4R,4aR,8aS)-4,8a-dimethyl-1,2,3,4,5,6,7,8-octahydronaphthalen-4a-ol Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- JLPUXFOGCDVKGO-UHFFFAOYSA-N dl-geosmin Natural products C1CCCC2(O)C(C)CCCC21C JLPUXFOGCDVKGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 5
- 229930001467 geosmin Natural products 0.000 description 5
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 4
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000009285 membrane fouling Methods 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 241000223935 Cryptosporidium Species 0.000 description 3
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008364 bulk solution Substances 0.000 description 3
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 3
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 3
- 238000009287 sand filtration Methods 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 239000005446 dissolved organic matter Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000013441 quality evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 2
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- YQNRVGJCPCNMKT-LFVJCYFKSA-N 2-[(e)-[[2-(4-benzylpiperazin-1-ium-1-yl)acetyl]hydrazinylidene]methyl]-6-prop-2-enylphenolate Chemical compound [O-]C1=C(CC=C)C=CC=C1\C=N\NC(=O)C[NH+]1CCN(CC=2C=CC=CC=2)CC1 YQNRVGJCPCNMKT-LFVJCYFKSA-N 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 208000034817 Waterborne disease Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000002156 adsorbate Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001877 deodorizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000003205 fragrance Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical group 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
- B01D65/08—Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
- B01D61/14—Ultrafiltration; Microfiltration
- B01D61/16—Feed pretreatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/02—Hollow fibre modules
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/08—Hollow fibre membranes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/102—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2626—Absorption or adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2311/00—Details relating to membrane separation process operations and control
- B01D2311/26—Further operations combined with membrane separation processes
- B01D2311/2642—Aggregation, sedimentation, flocculation, precipitation or coagulation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
- B01D2315/08—Fully permeating type; Dead-end filtration
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2315/00—Details relating to the membrane module operation
- B01D2315/10—Cross-flow filtration
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Water Treatment By Sorption (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
본 명세서에 기재된 내용은 여과막의 파울링이 억제되고 플럭스(flux)의 저하를 방지, 투과수 수질개선능이 우수한 수처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a water treatment apparatus and method which are capable of suppressing fouling of a filtration membrane, preventing a decrease in flux, and improving the quality of permeated water.
현재 가장 일반적으로 적용되는 정수공정은 모래여과, 응집/침전, 오존산화/활성탄여과 및 살균 등으로 이루어진 고도정수처리시설로, 현탁물질뿐만 아니라 용존성 유기물질, 2MIB와 같은 이취, 이미 원인물질, 농약, THM 전구물질 등 미량오염물의 제거도 가능하다. 그러나 고도정수처리시설 건설에 필요한 부지면적이 과도하게 요구되고, 또한 병원균에 의한 수계전염병에 관해서는 그 제거가 미흡하다는 단점이 지적되고 있다. 1993년 미국 및 1996년 일본에서 수돗물을 통한 집단감염이 발생하였으며, 그 원인은 크립토스포리디움(Cryptosporidium)으로 판명되었다. 크립토스포리디움은 염소소독에 대해서도 강한 내성을 갖고 있으며, 오존산화가 효과적이라는 보고가 있으나 아직 확실한 CT치에 관해서는 알려져 있지 않은 상황으로, 이러한 음용수 감염 사고는 정수 공정에 대한 불신감을 야기시켰으며 아울러 새로운 정수 공정에 대한 필요성이 강조되었다.Currently, the most commonly used water treatment plant is a high-level water treatment facility consisting of sand filtration, coagulation / sedimentation, ozone oxidation / activated carbon filtration and sterilization. It is used not only for suspended solids but also for dissolved organic matters, odor such as 2MIB, It is also possible to remove trace contaminants such as pesticides and THM precursors. However, it is pointed out that the site area required for the construction of the advanced water treatment facility is excessively required, and that the removal of the waterborne diseases caused by the pathogenic bacteria is insufficient. In 1993 in the United States and 1996 in Japan, a group of infections occurred through tap water, and the cause was found to be Cryptosporidium (Cryptosporidium). Cryptosporidium has strong resistance against chlorine disinfection and ozone oxidation has been reported to be effective. However, there is no known CT value yet. Such infectious diseases caused disbelief in the water purification process, The need for process was emphasized.
막여과법은 막에 형성된 기공 및 압력차를 이용하여 막에 물을 통과시켜 상기와 같은 현탁물질이나 콜로이드물질을 물리적으로 분리하는 기술로서, 화학반응이나 상변화가 없고 또한 안정적인 수질을 기대할 수 있다.Membrane filtration is a technique of physically separating suspended solids or colloidal substances by passing water through a membrane using pores and pressure difference formed in the membrane. There is no chemical reaction or phase change, and stable water quality can be expected.
수처리에 사용하는 대표적인 막을 기공 크기에 따라 분류하면 정밀여과(Microfiltration, MF)막, 한외여과 (Ultrafiltration, UF)막, 나노여과 (Nanofiltration, NF)막, 역삼투 (Reverse Osmosis, RO)막의 4가지로 분류할 수 있으며, 국내에는 처리수질 및 경제적인 면을 고려하여 한외여과막 또는 정밀여과막이 정수처리공정에 도입되고 있다. 그러나, 한외여과막 및 정밀여과막은 기공이 비교적 크기 때문에 제거대상물질은 부유물질, 콜로이드, 세균, 조류, 원충생물 등에 국한되며, THMFP, 농약, 취기물질, 경도성분 등은 제거가 어려우며(Fig. 1 참고), 또한 여과공정이 계속됨에 따라 발생하는 막오염에 의해 막여과 유속이 저하되거나 차압이 상승하여 정기적인 물리세정 및 약품세정을 필요로 한다. 실형태로 중앙인 빈 중공사막을 케이스에 넣은 케이싱수납형막과 막을 물속에 직접 침적시킨 침적형막이 있으며, 오염물질이 많은 하폐수 처리에는 침적형막이 주로 사용되고, 오염물질이 비교적 적은 하천수, 지하수 등을 대상으로 하는 경우에는 케이싱수납형은 주로 사용되고 있다. Typical membranes used for water treatment are classified according to their pore size. Microfiltration (MF) membranes, ultrafiltration (UF) membranes, nanofiltration (NF) membranes, and reverse osmosis . In Korea, an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane is introduced into the water treatment process in consideration of the quality of the treated water and the economical aspect. However, since the ultrafiltration membrane and the microfiltration membrane have a relatively large pore size, it is difficult to remove THMFP, pesticide, odorant, and hardness component (Fig. Also, since the membrane filtration occurs as the filtration process continues, the membrane filtration flow rate is lowered or the differential pressure is increased, and periodical physical cleaning and chemical cleaning are required. There is a casing storage membrane in which a vacant hollow fiber membrane in the center of the membrane is placed in the casing and a deposition membrane in which the membrane is directly immersed in water. In the treatment of wastewater containing a large amount of pollutants, the immersion membrane is mainly used. In the case of the target, casing retention type is mainly used.
일반적인 막여과 정수처리시설은 ① 전처리, ② 막여과, ③ 후처리, ④ 소독 등의 과정으로 이루어져 있으며, 여과막의 단점으로 지적되는 여과수 수질 개선 또는 막 운전성 향상을 위해 응집공정, 응집/침전공정, 오존산화공정 등을 전처리 공정으로 적용하는 사례가 많다. 전처리 공정으로 가장 많이 사용되는 응집/침전공정은 세공경을 통과하는 일부 유무기 물질을 제거할 수 있고 또한 세공경과 유사한 물질의 입경을 증가시켜 수질 개선 및 막 운전성을 향상시킨다는 장점이 있으나, 대상 수질에 따른 응집제 투입량 및 pH 조절 등 유지 관리가 다소 까다롭고 적정 조건을 만족하지 못할 경우 응집제 주입에 따른 막운전성 저하와 주입된 응집제의 막 여과수에 포함되는 등의 문제점을 야기시킨다는 단점이 있었다.
Typical membrane filtration water treatment facilities consist of ① pre-treatment, ② membrane filtration, ③ post-treatment, and ④ disinfection. In order to improve the water quality of filtration water or to improve membrane operation, which is pointed out as a disadvantage of filtration membrane, , And ozone oxidation process are applied to the pretreatment process. The coagulation / sedimentation process most commonly used in the pretreatment process is advantageous in that it can remove some organic substances passing through the pore size and increase the particle size of the material similar to the pore size, thereby improving water quality and membrane driving performance. The maintenance of the coagulant input amount and the pH control according to the water quality is somewhat complicated and if it does not satisfy the proper condition, there is a disadvantage that it is caused by the deterioration of the membrane operation due to the coagulant injection and the inclusion in the membrane filtration water of the injected coagulant.
본 발명은 정수처리공정에 주로 사용되는 중공사형 막 모듈을 이용한 막여과 정수처리에 있어 이미, 이취 전구물질 및 유기오염물 등의 제거효율을 개선하여 수질 개선과 동시에 막 운전성이 우수한 막여과 정수처리 방법 및 막여과 정수처리 장치를 제공하고자 한다.
The present invention relates to a membrane filtration purification process using a hollow fiber membrane module mainly used in a water treatment process, and it has already been proposed to improve the removal efficiency of deodorizing precursors and organic contaminants, And a membrane filtration water treatment apparatus.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 구현예들은 활성탄이 중공사형 막 모듈의 막표면에 부착되어 피처리수에 포함된 이취미전구물질 및 유기물을 제거하는 막여과부; 피처리수를 막여과부에 공급하는 공급부; 및 막여과부를 투과한 처리수를 저장하는 처리수 저장부 포함하는 막여과 정수처리 장치를 제공한다.In order to accomplish the above object, embodiments of the present invention provide a membrane filtration unit, wherein activated carbon is adhered to a membrane surface of a hollow fiber membrane module to remove the hobby precursor and organic matter contained in water to be treated; A supply unit for supplying the water to be treated to the membrane filtration unit; And a process water storage section for storing the process water permeated through the membrane filtration section.
또한, 본 발명의 구현예들은 상기 막여과 정수처리 장치를 이용하여 정수처리하는 방법으로, 피처리수를 막여과부에 공급하는 단계; 활성탄이 상기 막여과부에 공급된 피처리수에 포함된 이취미전구물질 및 유기물을 흡착 및 응집하는 제1 정수 단계; 및 상기 피처리수가 중공사형 막 모듈을 투과하면서 막여과되는 제2 정수 단계를 포함하고, 상기 제1 정수단계 및 제2 정수단계는 동시에, 또는 순차적으로 정수되는 것인 막여과 정수처리 방법을 제공한다.
Further, embodiments of the present invention provide a method of treating water using the membrane filtration water treatment apparatus, comprising the steps of: supplying water to be treated to a membrane filtration unit; A first purification step for adsorbing and aggregating the tropic materials and the organic substances contained in the water to be treated supplied to the membrane filtration unit by the activated carbon; And a second purification step in which the untreated water is filtered while passing through the hollow fiber membrane module, wherein the first purification step and the second purification step are simultaneously or sequentially purified. do.
본 발명에 따른 막여과 정수처리 장치는 막여과부에 활성탄을 투입하여 막의 오염(fouling)을 저감시켜 막운전성을 개선할 수 있다. 구체적으로, 막 파울링이 발생하면 막의 약품 세정 빈도가 많아지고, 막의 교환 주기가 단축되나, 본 발명에 따르면 막여과 유량(flux)을 현저히 저감시키고, 막의 물리적, 화학적 역세주기를 단축시킬 수 있으며. 막 교환주기도 단축시킬 수 있다. The apparatus for treating a membrane filtration water according to the present invention can reduce the fouling of the membrane by injecting activated carbon into the membrane filtration unit, thereby improving the membrane operability. Specifically, when the membrane fouling occurs, the frequency of chemical cleaning of the membrane is increased and the exchange period of the membrane is shortened. However, according to the present invention, the membrane filtration flux can be remarkably reduced and the physical and chemical reversal period of the membrane can be shortened . The membrane replacement period can also be shortened.
또한, 활성탄의 흡착 및 응집효과로 인해 상수원수 중에 콜로이드상으로 부유하고 있는 무기화합물과 천연유기물(NOM, natural organic matter), 미생물 및 그 대사산물 등의 각종 불순물, 이취, 이미 물질 등을 효과적으로 제거할 수 있어, 상기 막운전성과 함께 개선된 수질개선효과를 제공할 수 있다.
In addition, due to the adsorption and coagulation effect of activated carbon, inorganic compounds suspended in a colloidal state in the water source and various impurities such as natural organic matter (NOM), microorganisms and their metabolites, And it is possible to provide an improved water quality improvement effect together with the membrane operation performance.
도 1은 본 발명의 구현예들에 따른 막여과 정수처리 장치에서 막여과부의 중공사형 막 모듈의 막표면에 부착된 활성탄의 응집 및 흡착을 나타낸 개념도이다. 도 1의 화살표는 피처리수의 흐름을 나타낸 것이다
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실험예들에서 사용된 막여과 장치의 구성도로서, 도 2a는 활성탄이 투입되지 않은 비교예, 도 2b는 활성탄이 투입된 실시예를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서의 활성탄 투입 여부에 따른 막차압(TMP, 도 3a) 및 보정플럭스 변화(Specific Flux, 도 3b)를 나타낸 도이다.
도 4a 및 도 4b는 전량여과 방식(Dead-end)의 운전모드에서의 활성탄 투입 여부에 따른 막차압(TMP, 도 4a) 및 보정플럭스 변화(Specific Flux, 도 4b)를 나타낸 도이다.
도 5a 및 도 5b는 전량여과 방식(Dead-end)의 운전모드에서 활성탄의 투입 량 변화에 따른 막차압(TMP, 도 5a) 및 보정플럭스 변화(Specific Flux, 도 5b)를 나타낸 도이다.
도 6a 및 도 6b는 전량여과 방식(Dead-end)의 운전모드에서 분말활성탄이 아닌 입상활성탄의 투입량 변화에 따른 막차압(TMP, 도 6a) 및 보정플럭스 변화(Specific Flux, 도 6b)를 나타낸 도이다.
도 7a 및 도 7b는 전량여과 방식(Dead-end)의 운전모드에서 비교예로서 무연탄(Anthracite)의 투입량 변화에 따른 막차압(TMP, 도 7a) 및 보정플럭스 변화(Specific Flux, 도 7b)를 나타낸 도이다.
도 8은 전량여과 방식(Dead-end)의 운전모드에서 활성탄의 투입 량 변화에 따른 막차압(TMP) 변화에 대한 플럭스(Specific Flux) 변화를 나타낸 도이다.
도 9는 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 BOD5 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 10은 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 CODMn 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 11은 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 DOC 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 12는 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서 순수 분말활성탄(PAC) 1g 당 브로모페놀 흡착능(브로모페놀의 흡착등온선)을 나타낸 도이다.
도 13은 직교류 방식(Cross-flow)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 브로모페놀의 농도변화를 나타낸 도이다.
도 14는 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 BOD5 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 15는 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 CODMn 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 16은 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 DOC 농도 변화를 나타낸 도이다(River Water: 원수, Strainer Effluent: 스트레이너 처리수, UF Treated Water: 막여과 처리수, UF+PAC Treated Water: 막여과+분말활성탄 처리수).
도 17은 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 GAC (입상활성탄) 투입시 막여과 전, 후의 DOC 농도 변화를 나타낸 도이다.
도 18은 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 브로모페놀의 농도변화를 나타낸 도이다.
도 19는 전량여과방식(Dead-end)의 운전모드에서 막여과 전, 후의 지오스민과 2-MIB의 농도변화를 나타낸 도이다.
도 20a내지 도 20c는 실험예 7에서 여과막의 표면 SEM 사진을 나타낸 것으로, (A)는 미사용막의 표면사진, (B)는 활성탄이 투입되지 않은 막의 표면사진, (C)는 활성탄이 투입된 막의 표면사진이다.
도 21a 내지 도 21c는 입상활성탄(GAC)의 SEM 사진으로, (A)는 미사용 GAC의 표면을 40배 확대, (B)는 1,000배 확대한 사진이고, (C)는 막여과에 사용된 GAC를 1,000배 확대한 사진이다.
도 22a 내지 도 22c는 분말활성탄(PAC)의 SEM 사진으로, (A)는 미사용 PAC를 200배 확대, (B)는 5,000배 확대한 사진이고, (C)는 막여과 후의 표면 사진을 5,000배 확대하여 나타낸 것이다. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the agglomeration and adsorption of activated carbon attached to the membrane surface of the hollow fiber membrane module of the membrane filtration unit in the membrane filtration water treatment apparatus according to the embodiments of the present invention. FIG. The arrow in Fig. 1 shows the flow of the water to be treated
2A and 2B are block diagrams of a membrane filtration apparatus used in the experimental examples of the present invention, in which FIG. 2A is a comparative example in which no activated carbon is injected, and FIG. 2B is an embodiment in which activated carbon is injected.
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a membrane pressure difference (TMP, FIG. 3A) and a specific flux change (Specific Flux, FIG. 3B) depending on whether activated carbon is input in a cross-flow operation mode.
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a membrane pressure difference (TMP, FIG. 4A) and a specific flux change (Specific Flux, FIG. 4B) depending on whether activated carbon is charged in the dead-end operation mode.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a differential pressure (TMP, FIG. 5A) and a specific flux change (Specific Flux, FIG. 5B) according to a change in the amount of activated carbon charged in a dead-end operation mode.
6A and 6B show the differential pressure (TMP, FIG. 6A) and the specific flux change (FIG. 6B) according to a change in the amount of granular activated carbon, which is not powder activated carbon, in a dead- .
7A and 7B illustrate a relationship between the differential pressure TMP (FIG. 7A) and the specific flux change (FIG. 7B) according to the change in the amount of anthracite as a comparative example in a dead- Fig.
FIG. 8 is a graph showing a change in flux (Specific Flux) with respect to a change in membrane pressure (TMP) in accordance with a change in the amount of activated carbon charged in a dead-end operation mode.
FIG. 9 is a graph showing changes in BOD 5 concentration before and after membrane filtration in a cross-flow operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
FIG. 10 is a graph showing changes in COD Mn concentration before and after membrane filtration in a cross-flow operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
FIG. 11 is a graph showing changes in DOC concentration before and after membrane filtration in a cross-flow operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
12 is a graph showing the adsorption ability of bromophenol (adsorption isotherm of bromophenol) per g of pure powdered activated carbon (PAC) in a cross-flow mode of operation.
13 is a graph showing changes in concentration of bromophenol before and after membrane filtration in a cross-flow operation mode.
FIG. 14 is a graph showing changes in BOD 5 concentration before and after membrane filtration in a dead-end operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
FIG. 15 is a graph showing changes in COD Mn concentration before and after membrane filtration in a dead-end operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
FIG. 16 is a graph showing DOC concentration changes before and after membrane filtration in a dead-end operation mode (River Water: raw water, Strainer Effluent: strainer treated water, UF Treated Water: membrane filtration treated water, UF + PAC Treated Water: Membrane filtration + powdered activated carbon treated water).
17 is a graph showing changes in DOC concentration before and after membrane filtration when GAC (granular activated carbon) is input in a dead-end operation mode.
18 is a graph showing changes in the concentration of bromophenol before and after membrane filtration in a dead-end operation mode.
19 is a graph showing changes in concentration of geosmin and 2-MIB before and after membrane filtration in a dead-end operation mode.
20A to 20C are photographs of surface SEM of the filtration membrane in Experimental Example 7, wherein (A) is a photograph of the surface of the unused film, (B) is a photograph of the surface of the film not loaded with activated carbon, It is a photograph.
Figs. 21A to 21C are SEM photographs of granular activated carbon (GAC), wherein (A) is a magnification of a surface of unused GAC by 40 times, (B) is a magnification of 1,000 times, and (C) Which is a 1,000-fold magnification.
22A to 22C are SEM photographs of powdered activated carbon (PAC), in which (A) is an enlarged view of an unused PAC by 200 times, (B) is an enlarged view of 5,000 times, (C) FIG.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 활성탄이 중공사형 막 모듈의 막표면에 부착되어 피처리수에 포함된 이취미전구물질 및 유기물을 제거하는 막여과부; 피처리수를 막여과부에 공급하는 공급부; 및 막여과부를 투과한 처리수를 저장하는 처리수 저장부 포함하는 막여과 정수처리 장치를 제공한다. 일 구현예에 따르면 상기 막여과 정수처리 장치는 피처리수가 상기 공급부에서 막여과부에 도달하기 전에 피처리수를 전처리하는 전처리부로서 활성탄을 포함하는 전처리부를 더 포함할 수 있다.A membrane filtration unit for removing the hobby precursor and the organic matter contained in the for-treatment water attached to the membrane surface of the hollow fiber membrane module according to the present invention; A supply unit for supplying the water to be treated to the membrane filtration unit; And a process water storage section for storing the process water permeated through the membrane filtration section. According to one embodiment, the membrane filtration water treatment apparatus may further include a pretreatment section including activated carbon as a pretreatment section for pretreatment the for-treatment water before the for-treatment water reaches the membrane filtration section in the supply section.
또한, 본 발명의 구현예들은 상기 막여과 정수처리 장치를 이용하여 정수처리하는 방법으로, 피처리수를 막여과부에 공급하는 단계; 활성탄이 상기 막여과부에 공급된 피처리수에 포함된 이취미 전구물질 및 유기물을 흡착 및 응집하는 제1 정수 단계; 및 상기 피처리수가 중공사형 막 모듈을 투과하면서 막여과되는 제2 정수 단계를 포함하는 막여과 정수처리 방법을 제공한다. 이때 상기 제1 정수단계 및 제2 정수단계는 동시에 수행될 수 있으며, 또는 제1 정수단계 후 제2 정수단계가 순차적으로 수행되거나, 제2 정수단계 후 제1 정수단계가 순차적으로 수행되며 정수될 수 있다. 일 구현예에 따르면 상기 막여과 정수처리 방법은 피처리수를 막여과부에 공급하는 단계 전에 활성탄을 투과하며 전처리하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 일 구현예에 따르면 상기 막여과 정수처리 장치는 전량여과방식(dead-end) 또는 직교류방식(cross-flow)으로 운전할 수 있다.Further, embodiments of the present invention provide a method of treating water using the membrane filtration water treatment apparatus, comprising the steps of: supplying water to be treated to a membrane filtration unit; A first purification step for adsorbing and aggregating the tropic materials and the organic substances contained in the water to be treated supplied to the membrane filtration unit by the activated carbon; And a second filtration step in which the untreated water is filtered while passing through the hollow fiber membrane module. Here, the first integer step and the second integer step may be performed at the same time, or the first integer step may be performed sequentially, or the second integer step may be performed sequentially, or the second integer step may be sequentially performed, . According to an embodiment, the membrane filtration water treatment method may further include a pretreatment step of pre-treating the activated carbon before permeating the water to be treated to the membrane filtration unit. Also, according to one embodiment, the membrane filtration water treatment apparatus can be operated in a dead-end or cross-flow manner.
일 구현예에 따르면 본 발명의 상기 막여과 정수처리 장치 및 방법은 상기 중공사형의 막을 이용한 한외여과 이외에 정밀여과, 나노여과, 역삼투압 방식에도 활성탄을 첨가하여 막여과할 수 있다. 상기 네 막여과 방식의 각 막의 공극의 크기는 정밀여과<한외여과<나노여과<역삼투압 순으로, 이 중 활성탄첨가에 의한 파울링 저감 및 활성탄 자체에 의한 미량오염물질의 효과적인 제거의 관점에서 볼 때 막의 공극 크기가 분획분자량 10,000 내지 50,000, 구체적으로는 분획분자량 30,000인 중공사형 막을 이용한 한외여과가 바람직하다. According to an embodiment of the present invention, the membrane filtration water treatment apparatus and method of the present invention can perform membrane filtration by adding activated carbon to microfiltration, nanofiltration, and reverse osmosis systems in addition to ultrafiltration using the hollow fiber membrane. The sizes of the pores of the membranes of the four membrane filtration system were measured in the order of microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration and reverse osmosis, in view of the fouling reduction by the addition of activated carbon and the effective removal of trace contaminants by activated carbon itself Ultrafiltration using a hollow fiber membrane having a pore size of the membrane at a cut-off molecular weight of 10,000 to 50,000, specifically, a cut-off molecular weight of 30,000 is preferable.
막여과와 활성탄처리를 별도로 설치할 경우 시설비가 많이 들고 정수장 부지의 효율적 이용이 저해를 가져온다. 또한, 여과시간이 길어짐에 따라 가역 파울링(reversible fouling)이 발생한다는 문제가 있다. 그러나 본 발명의 구현예들은 활성탄을 중공사형 막 모듈의 막 표면에 부착함으로써 막여과의 효율을 증가시킬 수 있다. Separation of membrane filtration and activated carbon treatment may result in a high facility cost and an inefficient utilization of water treatment plant sites. Further, there is a problem that reversible fouling occurs as the filtration time becomes longer. However, embodiments of the present invention can increase the efficiency of membrane filtration by attaching activated carbon to the membrane surface of the hollow fiber membrane module.
일 구현에에 따른 상기 활성탄(activated carbon)은 탄소를 주성분으로 하는 다공질체의 총칭으로, 야자껍질, 톱밥, 목재, 석탄, 아탄 등의 식물 또는 화석 식물, 혹은 석유 핏치 등을 원료로 한다. 형상으로는 입상활성탄(성형탄, 파괴탄)과 분말활성탄으로 분류할 수 있으며, 활성화하는 방법에는 가스부활법과 약품부활법이 있다. 성형탄은 원료 분말에 바인더를 첨가하여, 직격 1~5 mm의 원주 또는 구형으로 성형하고, 탄화, 부활한 것이다. 파괴탄은 원료 또는 성형물을 적당한 입도로 파괴, 탄화하고, 부활하여 만든다. 분말활성탄은 100 mesh 이하의 미세한 분말이다. 가스부활법은 원료를 탄화 후, 약산화성의 700~1,000 ℃의 고온도 가스 분위기 중에서 완만한 산화반응에 의해 탄소의 표면을 침식시켜, 세공 구조를 형성시키는 부활법으로 입상탄은 주로 이 방식으로 제조된다. 약품 부활법은 염화아연, 인산 등의 약품을 첨가한 목질 원료를 600~700 ℃에서 소성하여, 원료 중의 수소와 산소를 수증기 등으로 만들어 방출시키고, 다공질 구조의 탄소를 남기는 방법이다. 이 방법으로 제조되는 것은 분말활성탄이 대부분이며, 입상활성탄에는 거의 채택되지 않는다. 아래 표 1은 활성탄의 물성의 예, 표 2는 형상에 의한 분류 예를 나타낸 것이다. 활성탄은 중량의 90~95%가 탄소로 소량의 수소, 유황, 회분 등을 포함하고 있으며 많은 세공을 가진다. 활성탄이 뛰어난 흡착성을 나타내는 것은 고도로 발달된 세공구조 때문이다.The activated carbon according to an embodiment is a collective term of a porous material containing carbon as a main component, and it is made of a plant such as a palm shell, sawdust, wood, coal, anatanium or a fossil plant, or a petroleum pitch. As the shape, it can be classified into granular activated carbon (molded charcoal, destroyed carbon) and powder activated carbon, and there are gas activation method and drug activation method. Molded carbon is obtained by adding a binder to raw material powder and molding it into a cylindrical or spherical shape having a straightness of 1 to 5 mm, carbonized and revived. Destroyed carbons break down, carbonize, and revive raw materials or moldings with appropriate particle size. Powdered activated carbon is fine powder of 100 mesh or less. The gas activation method is an activation method in which the surfaces of carbon are eroded by a gentle oxidation reaction in a high-temperature gas atmosphere of 700 to 1,000 ° C. of a weakly oxidizing property after carbonization of the raw material to form a pore structure. . The chemical activation method is a method of burning a woody material to which a chemical such as zinc chloride or phosphoric acid is added at 600 to 700 ° C to release hydrogen and oxygen in the raw material by using water vapor or the like to leave carbon of a porous structure. Most of the powdered activated carbon produced by this method is hardly adopted for granular activated carbon. Table 1 below shows an example of physical properties of activated carbon, and Table 2 shows an example of classification by shape. Activated carbon contains 90 ~ 95% by weight of carbon, small amounts of hydrogen, sulfur, ash and many pores. Activated carbon exhibits excellent adsorption due to its highly developed pore structure.
True density (g / cm 3 , measured in helium)
(GAC)Granular activated carbon
(GAC)
혼합물을 성형기로 성형하여 다시 탄화시키고, 그후 수증기에 의하여 부활시킨다.Granulate the burnt particles and mix them.
The mixture is molded into a molding machine, carbonized again, and then revived by steam.
- 물과분리가 쉽다.
- 재상하기 쉽다.
- 흡착탑에 충진하든지 유동상에 사용한다.
- 분말보다 취급이 용이하다.- Adsorption rate is slow compared to powder.
- Easy to separate from water.
- Easy to recycle.
- Fill the adsorption tower or use in the fluidized bed.
- It is easier to handle than powder.
용, 상수 및 기타 하,폐수 처리용 등Flow column for moving bed and moving bed
For water, wastewater treatment, etc.
(PAC)Powder activated carbon
(PAC)
다.Without resurfacing the granules,
All.
- 사용할 때 복잡한 장치가 필요하지않고 접촉여과에 의해 흡착이 된다.
- 분말의 비산이 있고 취급이 불편
하다.- The adsorption rate is fast.
- It does not require complicated equipment when used and is adsorbed by contact filtration.
- There is scattering of powder and handling is inconvenient
Do.
(BAC)Bio activated carbon
(BAC)
- 저온시 제거율이 낮으므로 계절적인 고려가 요함
- 독일, 프랑스, 일본에서 실용화
- 재생없이 수년간 이용가능
- 건설 및 운전비용 절감
- 장기적으로 특정 목적달성(재생 불필요)
- GAC공정 운전상의 변형공정- Higher removal rate of dissolved organic municipal water.
- Seasonal consideration is needed because the removal rate is low at low temperatures.
- Practical use in Germany, France and Japan
- Available for years without recycling
- Reduced construction and running costs
- Achieving a specific goal in the long run (no replay required)
- Deformation process of GAC process operation
발명의 막여과 정수처리 방법 및 장치는 활성탄으로 입상활성탄, 분말활성탄 또는 이들의 혼합물을 중공사형 막 모듈의 막 표면에 부착할 수 있다. 일 구현예에 따른 상기 활성탄은 막차압이나 막의 플럭스 저감을 위하여 분말활성탄이며, 구체적으로는 평균입경이 10 내지 1000μm, 보다 구체적으로는 80 내지 200μm 인 분말활성탄을 사용할 수 있다. 또한, 상기 활성탄은 중공사형 막 모듈의 막 내부의 표면에 부착할 수 있다. The membrane filtration water treatment method and apparatus of the present invention can adhere granular activated carbon, powdered activated carbon, or a mixture thereof to the membrane surface of the hollow fiber membrane module with activated carbon. The activated carbon according to one embodiment is powder activated carbon for the purpose of reducing membrane differential pressure or flux of the membrane. Specifically, powdered activated carbon having an average particle size of 10 to 1000 μm, more specifically 80 to 200 μm, may be used. In addition, the activated carbon can be attached to the inner surface of the membrane of the hollow fiber membrane module.
상기 활성탄은 흡착 작용을 통해 피처리수, 즉 원수에 포함된 유기물을 제거하여 준다. 흡착이란 물질의 2상(예를 들면, 고상과 액상)의 계면에서는 매우 얇은 층에 있어서 그 중 하나의 상의 밀도가 각각의 상의 내부와 다르게 증대하여 평균을 유지하는 현상을 의미한다. 예를 들면, 유기물을 포함하는 물에 활성탄을 첨가하고, 잠시 교반을 계속하면 수중의 유기물 농도가 서서히 감소하고 마지막에는 어느 일정의 평균 농도에 도달한다. 흡착에는 흡착한 분자가 고체 표면에서 반데르발스의 분자간 인력에 의해 느슨하게 결합하고 있는 물리흡착과 고착제 표면과 흡착 분자간에서 화학반응이 생겨 화학적인 결합력에 의한 화학 흡착이 있다. 활성탄에 의한 유기물의 흡착은 물리흡착과 화학흡착이 동시에 일어날 수도 있다.The activated carbon removes organic matter contained in the for-treatment water, that is, raw water through an adsorption action. Adsorption refers to a phenomenon in which the density of one of the phases in a very thin layer at the interface between two phases (for example, a solid phase and a liquid phase) of the material increases differently from the inside of each phase to maintain an average. For example, when activated carbon is added to water containing an organic substance and the stirring is continued for a while, the concentration of organic substances in the water gradually decreases and finally reaches a certain average concentration. In adsorption, the adsorbed molecules are loosely bound to each other by the intermolecular attractive force of van der Waals on the solid surface, and the chemical adsorption is caused by the chemical bonding between the adsorbed molecules and the surface of the fixing agent. Adsorption of organic substances by activated carbon may occur simultaneously with physical adsorption and chemical adsorption.
세공특성은 직접 활성탄의 흡착성에 연결되는 중요한 특성으로 일반적으로 ⓐ 비표면적(m2/g), ⓑ 세공면적(cm3/g), ⓒ 평균 세공경(2×세공용적/표면적), ⓓ 세공분포 등으로 표시된다. 활성탄의 공극범위는 10~105 Å으로 매우 넓은 분포를 가진다. 보통, 세공의 크기에 의해 마이크로포어(micropore, 직경 1,200 Å 이하의 세공), 트랜지셔널포어(transitional pore, 1,200~4,000 Å), 매크로포어(macropore, 4,000 Å 이상)의 3종류로 나뉜다. 세공분포는 활성탄의 흡착특성과 밀접한 관계를 가지며 이용 목적에 적합한 세공분포를 가지는 활성탄을 선택할 수 있다. The pore characteristics are important characteristics that are directly linked to the adsorption of activated carbon. Typical properties are ⓐ specific surface area (m 2 / g), pore area (cm 3 / g), ⓒ average pore size (2 × pore volume / surface area) Distribution and so on. The pore range of activated carbon is very wide, ranging from 10 to 10 5 Å. There are three types of micropores: transitional pore (1,200 ~ 4,000 Å) and macropore (more than 4,000 Å) depending on the size of pores. The pore distribution is closely related to the adsorption characteristics of activated carbon, and activated carbon having a pore distribution suitable for the purpose of use can be selected.
이때 흡착(adsorption)이란 고체와 기체, 기체와 액체 등의 계면에서 기체 혹은 액체 혼합물 중의 목적 성분을 제3의 물질을 이용하여 분리하는 조작으로, 예를 들어 기체가 고체표면에 접촉되었을 때 기상 농도에 비해 고체표면의 농도가 더 높아지는 현상이다. 흡착과 유사한 현상으로 접촉된 물질이 경계면에만 모이지 않고 다른 물질 내로 투과 확산되어 농도가 전체적으로 증가되는 경우를 흡수(absorption)라고 부른다. 또한 흡착과 흡수가 동시에 진행되거나 경계면이 애매하여 두 현상을 명확하게 구별하기 어려울 때는 수착(sorption), 경계면에 흡착된 어느 물질의 농도가 감소되는 현상을 탈착(desorption) 이라고 부른다. 흡착에는 화학흡착(chemical adsorption)과 물리 흡착(physical adsorption)의 두 종류가 있다. 화학 흡착은 흡착제와 흡착된 물질사이에 화학 결합이 생성되는 경우로서 새로운 종류의 표면 화합물이 형성된다고 할 수 있다. 화학 흡착으로서는 구리 표면에 수소가 해리흡착 하는 것을 들 수 있다. 물리 흡착은 주로 분자간의 상호인력에 의해서 일어나며 유산력(London dispersion force), 영구 쌍극자, 유도 쌍극자 및 사중극자(quadrupole) 등 흡착제와 흡착 분자간의 반데르발스형의 비교적 약한 인력에 의해서 일어나는 가역 현상이다. 분리조작은 주로 물리흡착에 의해 이루어진다. 기체가 흡착되면 표면에 흡착층이 형성되고 그 바깥쪽에 기체가 있다. 흡착 상태는 고체 표면(흡착제)을 완전히 덮는 상태고 있고, 흡착제의 특정한 흡착점에 드문드문 흡착되는 상태도 있다.In this case, adsorption is an operation of separating a target component in a gas or a liquid mixture at an interface between a solid and a gas, a gas and a liquid by using a third substance, for example, when a gas contacts a solid surface, The concentration of the solid surface is higher than that of the solid surface. Absorption is a phenomenon in which a substance that is contacted by adsorption is not aggregated at the interface but permeates and diffuses into other substances to increase the concentration as a whole. In addition, when the adsorption and absorption are simultaneously proceeded or the interface is ambiguous, it is difficult to clearly distinguish between the two phenomena. The phenomenon of the reduction of the concentration of any substance adsorbed on the interface is called desorption. There are two types of adsorption: chemical adsorption and physical adsorption. Chemisorption is a case where a chemical bond is formed between an adsorbent and an adsorbed material, and a new kind of surface compound is formed. As the chemical adsorption, hydrogen is dissociated and adsorbed on the copper surface. Physical adsorption is mainly due to mutual attraction between molecules and is a reversible phenomenon caused by relatively weak attraction of Van der Waals type between adsorbent and sorbent molecules such as London dispersion force, permanent dipole, induced dipole and quadrupole . The separation operation is mainly performed by physical adsorption. When the gas is adsorbed, an adsorption layer is formed on the surface, and there is gas on the outside. The adsorption state completely covers the solid surface (adsorbent), and there is a state in which the adsorbent is rarely adsorbed to a specific adsorption point of the adsorbent.
본 발명의 구현예들에 따른 상기 활성탄의 흡착은 다음의 4가지 정도의 단계로 일어난다. The adsorption of the activated carbon according to embodiments of the present invention occurs in the following four stages.
a. 벌크 용액의 이동(bulk solution transport)a. Bulk solution transport (bulk solution transport)
b. 막 확산 이동 (Film diffusion transport)b. Film diffusion transport
c. 공극이동 (pore transport)c. Pore transport
d. 흡착 (또는 수착)d. Adsorption (or sorption)
상기 벌크용액의 이동은 주로 이류 (advection) 및 분산에 의해 이루어지는데, 흡착제주변 액체의 고정막 경계면에 위치한 bulk 액체를 통해 흡착되는 유기물질의 움직임을 말한다. 막 확산 이동은 흡착제 공극의 입구에 있는 정체된 액체막(stagnant liquid film)을 통한 유기물질의 분산에 따른 이동을 뜻한다. 공극 이동은 공극을 통해 흡착되는 물질의 이동과 관계가 있는데, 공극을 통한 분자의 확산 조합에 의해 이루어지거나 흡착제의 표면을 따라 확산된다. 흡착은 흡착이 가능한 지점에서 흡착질과 반응하는 물질의 부착에 의해 이루어진다. 흡착은 흡착제의 외부표면에서 일어날 수 있고 매크로포어(macropores), 메소포어(mesopores), 마이크로포어(micropores) 및 서브마이크로포어(submicropores) 내에서 일어날 수 있다. 그러나 매크로포어나 메소포어의 표면적은 마이크로포어 및 서브마이크로포어의 표면적에 비해 작고 흡착되는 물질의 양도 무시할 만큼 적다.The movement of the bulk solution is mainly caused by advection and dispersion, which refers to the movement of the organic material adsorbed through the bulk liquid located at the interface of the fixed membrane of the liquid around the adsorbent. Film diffusion migration refers to the migration of organic material through a stagnant liquid film at the inlet of the adsorbent pore. Pore migration is related to the migration of material adsorbed through the pores, either by diffusion of molecules through the pores or by diffusion along the surface of the adsorbent. Adsorption is accomplished by attachment of a substance that reacts with the adsorbate at a point where adsorption is possible. Adsorption can take place on the outer surface of the adsorbent and can occur in macropores, mesopores, micropores and submicropores. However, the surface area of a macropore or mesopore is small compared to the surface area of micropores and submicropores, and the amount of material adsorbed is negligible.
본 발명의 일 구현예에 따른 활성탄 흡착 장치로는 고정측식, 이동층식, 유동층식이 있다. 고정층식은 급속여과장치와 거의 같은 구조이며 활성탄층의 오염은 정기적으로 역세하여 제거한다. 활성탄이 유기물로 포화되면, 활성탄을 모두 빼내어 신탄이나 재생탄으로 교환할 수 있다. 처리 수량이 많은 때에는 병류식을 사용할 수 있지만, 활성탄의 유기물 부하를 높이기 위해서는 다단 방식을 이용할 수 있다. 이동층식은 간헐적으로 활성탄을 이동시키는 방식이 일반적으로, 일정 시간 통수 흡착 처리한 후, 원수의 공급을 정지하고, 층내의 활성탄을 물의 흐름과 반대 방향으로 이동시킨다. 포화 흡착된 활성탄을 층외로 빼내어 처리수 유출부에 신탄 또는 재생탄을 보급한다. 이동층 방식은 장치를 소형화할 수 있다. 장치 면적이 적어도 되며 처리수 수질이 안정하다.The activated carbon adsorption apparatus according to an embodiment of the present invention may be a fixed-bed type, a moving bed type, or a fluidized bed type. The fixed bed type has almost the same structure as the rapid filtration device, and the contamination of the activated carbon layer is regularly backwashed. When activated carbon is saturated with organic matter, it is possible to remove all the activated carbon and replace it with new carbon or recycled carbon. When the treatment amount is large, a co-current type can be used, but a multi-stage method can be used to increase the organic matter load of the activated carbon. In the moving bed type, the method of moving the activated carbon intermittently generally performs the water adsorption treatment for a predetermined time, stops the supply of the raw water, and moves the activated carbon in the layer in the direction opposite to the flow of the water. The saturated adsorbed activated carbon is taken out of the bed and the sludge or regenerated coal is supplied to the treated water outlet. The moving bed system can downsize the apparatus. The device area is reduced and the quality of the treated water is stable.
일 구현예에 따라 피처리수를 활성탄층에 통수하면 COD(화학적 산소요구량), TOC(총 유기탄소)로 표시되는 유기물은 흡착 제거된다. 통수 최초의 COD 제거율은 70~100%이며, 상기 제거율은 서서히 저하된다. 그러나 완전히 파과하는 일 없이 20~40% 정도의 제거율을 상당기간 유지할 수 있다.According to one embodiment, when the water to be treated is passed through the activated carbon layer, the organic matter represented by COD (chemical oxygen demand) and TOC (total organic carbon) is adsorbed and removed. The initial COD removal rate of the feed water is 70 to 100%, and the removal rate is gradually lowered. However, it is possible to maintain a removal rate of 20 to 40% for a considerable period without completely breaking.
일 구현예에 따르면 상기 활성탄의 오염물질 제거능은 활성탄의 종류, 성상에서 처리 성능은 약간 달라질 수 있다. 저분자물질의 경우에는 목탄계열의 활성탄의 효과적이고, 고분자 물질 등은 석탄계 활성탄이 유리하다. According to an embodiment, the removal performance of the activated carbon may be slightly different from that of the activated carbon. In the case of low-molecular substances, charcoal-based activated carbon is effective. For polymer materials, charcoal-based activated carbon is advantageous.
또한, 통수 속도는 활성탄층의 두께와 관련되며, 일정 두께 이상에서는 큰 차이를 나타내지 않지만 일정 주기마다 활성탄를 교체해주어야 한다. 따라서, 본 발명의 구현예들에 따른 상기 막여과 정수처리 방법의 상기 피처리수를 막여과부에 공급하는 단계의 피처리수의 공급속도는 25~100mL/min이다. 상기 막여과부에 포함되는 활성탄은 계속 사용하는 것이 원칙이나, 운전자의 판단에 따라 미량오염물질(예, 농약 등)을 제거하고자 할 때는 교체하는 것을 고려할 수 있다. 상기 공급속도는 피처리수의 특성에 따라 조정이 가능하나, 상기 공급속도 범위를 초과할 경우에는 본 발명에서 목적으로 하는 파울링 저감효과를 얻기 어렵다는 문제가 있다. Also, the flow rate is related to the thickness of the activated carbon layer, and does not show a large difference at a certain thickness, but the activated carbon should be replaced at regular intervals. Therefore, the supply rate of the for-treatment water in the step of supplying the for-treatment water of the membrane filtration water treatment method according to the embodiments of the present invention to the membrane filtration section is 25 to 100 mL / min. In principle, the activated carbon contained in the membrane filtration unit is continuously used, but it may be considered to replace the activated carbon when it is desired to remove trace contaminants (e.g., pesticides) according to the driver's judgment. Although the supply rate can be adjusted according to the characteristics of the water to be treated, there is a problem that it is difficult to obtain the aimed reduction effect of the present invention when the supply rate is exceeded.
활성탄 흡착탑은 활성탄을 채워넣은 반응기(장치)로, 유상상 방식을 제외하고 모래여과 장치와 구조가 유사하며, 손실수두가 설정값에 도달할 때에는 세정 조작을 통상 실시하게 된다. 세정 방법은 표면세정, 공기세정, 역류세정으로 모래여과와 같다. 세정 빈도는 충전 활성탄의 입경이나 종류, 손실수두 등에 따라 달라진다. 직열 통수 방식을 채택하고 있을 때에는 앞에 있는 탑일수록 세정 간격이 짧아진다.The activated carbon adsorption tower is a reactor (apparatus) filled with activated carbon. The activated carbon adsorption tower is similar in structure to the sand filtration system except the oil phase type. When the loss head reaches the set value, the cleaning operation is performed normally. The cleaning method is the same as sand filtration by surface cleaning, air cleaning, countercurrent cleaning. The frequency of cleaning depends on the size and type of charged activated carbon, loss head, etc. When adopting the direct water flow method, the cleaning interval becomes shorter as the tower in front is used.
활성탄 흡착탑에 장기간 통수하면 처리수질이 목표수질을 넘은 상태, 즉 파괴에 도달하므로 활성탄을 교환할 필요가 있다. 활성탄은 고가이므로 재생 처리를 하여 감소분만 신탄을 보급하는 것이 일반적이며, 교환시기를 결정하는 데에는 목표 수질 항목의 농도나 제거율이 설정값를 만족하지 못하게 되었을 때 또는 일정 기간의 누적 제거율이 설정값에 밑도는 경우 등을 고려할 수 있다. 재생은 활성탄 자체를 변화시키지 않고 흡착물질을 완전히 분리시켜서, 활성탄을 사용전의 상태로 되돌리는 것으로 재생법으로는 가스 부활법(가열재생법)을 예로 들 수 있다. 재생공정은 건조(세공내 수분의 증발과 저불점 유기물의 휘산, 100~150 ℃), 탄화(흡착 물질의 휘산, 열분해 및 탄화, 300~700 ℃), 부활(탄화물의 산화·분해, 수증기·탄산가스 등의 부활가스에 의한 활성화, 700~1,000 ℃), 냉각(통상, 수중에서 급냉하여 산화를 막음)으로 이루어진다. 재생로는 입형다단로, 회전로, 유동층로 등이 있다. 다단식 재생로는 화로의 상부로 노화탄을 투입하고 상단에서 건조, 중단에서 탄화, 하단에서 부활 반응을 행하여 하부로부터 재생탄을 인출한다. 버너가 수개 설치되어 있으며 공기?수증기 등을 각 단에 적당량 주입할 수 있는 구조로 되어 있다. 재생을 여러번 반복하면 커다란 세공이 증가하고, 비표면적이나 경도가 점차로 작아져서 흡착 능력도 저하하게 된다.It is necessary to replace the activated carbon because the treated water quality exceeds the target water quality, that is, it reaches the destruction. Since the activated carbon is expensive, it is common to replenish only the reduced amount by regeneration treatment. In determining the exchange time, when the concentration or removal rate of the target water quality item does not satisfy the set value, or when the cumulative removal rate for a certain period is less than the set value And the like. The regeneration completely separates the adsorbed material without changing the activated carbon itself, and returns the activated carbon to the state before use. As the regeneration method, a gas regeneration method (heat regeneration method) is exemplified. The regeneration process consists of drying (evaporation of moisture in the pores and volatilization of low-boiling organic matter, 100 to 150 ° C), carbonization (pyrolysis and pyrolysis of adsorbed material, 300 to 700 ° C), resurrection (oxidation and decomposition of carbides, Activation by activated gas such as carbonic acid gas, 700 to 1,000 ° C), and cooling (usually quenching in water to prevent oxidation). The regeneration furnace has a multi-stage type, a rotary furnace, and a fluidized bed furnace. In the multistage regeneration furnace, the aged coal is injected into the upper part of the furnace, dried at the upper end, carbonized at the lower end, and activated at the lower end to withdraw the regenerated coal from the lower part. There are several burners installed, and it is structured to be able to inject air, water vapor, etc. in each stage in an appropriate amount. Repeated repetition of repetition causes large pores to increase, and the specific surface area and hardness gradually decrease and the adsorption ability also decreases.
본 발명의 구현예들에 따른 상기 활성탄은 피처리수에 포함된 유기산과 아민, 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 미생물, 에탄올과 같은 알코올을 제거할 수 있다. The activated carbon according to embodiments of the present invention can remove organic acids contained in the water to be treated and microorganisms such as amines, bacteria, fungi, viruses, and alcohols such as ethanol.
이하, 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 설명한다. 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 하기의 실시예의 범위로 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the following examples. The examples are intended to further illustrate the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the invention.
이하 후술되는 실험은 다음과 같은 조건 하에 실험되었다.The experiments described below were conducted under the following conditions.
막여과Membrane filtration 장치 및 운전 Devices and Driving
막여과장치의 처리용량은 각각 3 L/hr 규모로, 분획분자량 30,000Da PES 재질의 중공사 한외여과막이 장착된 케이싱 모듈로 구성되었다. 모듈의 길이는 370 mm이고 직경은 25 mm이며, 막면적은 0.045 m2이다. 실험장치는 경상북도 경산시 Y 대학 연구실험동내에 설치되었으며, 낙동강 표류수를 원수로 이용하였으며, 전 공정이 자동 및 수동운전이 가능한 구조로 구성되어 있다. 공정의 개요도를 도 2a(비교예-활성탄 비투입) 및 도 2b(실시예-활성탄 투입)에 나타내었다.The membrane filtration unit was composed of a casing module equipped with a hollow ultrafiltration membrane with a molecular weight of 30,000 Da PES and a capacity of 3 L / hr, respectively. The length of the module is 370 mm, the diameter is 25 mm, and the membrane area is 0.045 m 2 . Experimental apparatus was installed in Yongsan University Research Laboratory of Gyeongsangbuk-do, Gyeongsangbuk-do, and Nakdong river was used as raw water. A schematic representation of the process is shown in Figure 2a (Comparative Example-no activated carbon loading) and Figure 2b (Example-charged activated carbon).
활성탄 투입에 따른 플럭스 변화를 보다 정밀하게 측정하기 위해 자동 압력측정 장치를 설치하였으며, 압력은 컴퓨터를 이용하여 데이터를 수집하였고, 압력은 1/100 bar까지 측정 가능하다. 실험에 사용한 막의 사양 및 운전조건은 하기 표 3에 정리하였다.An automatic pressure measuring device was installed to more precisely measure the flux change due to the activated carbon input. The pressure was measured using a computer and the pressure was measured up to 1/100 bar. The specifications and operating conditions of the membranes used in the experiments are summarized in Table 3 below.
실험에 사용한 막의 재질은 유기막중에서 일반적으로 가장 많이 이용되고 있는 폴리에테르 술폰(Polyether sulfone) 재질을 사용하였다. 막의 기공크기는 분획분자량 30,000으로 막면적은 0.045 m2이다. 막 공급 원수(피처리수)는 낙동강 표류수를 사용하였으며, 조대 입자 등을 사전에 제거하기 위해 평균 기공 사이즈가 200 μm인 스트레이너를 이용하여 전처리한 후 원수조로 공급하였다. 원수조의 공급수는 순환수와 혼합되어 막모듈로 공급된다. 원수의 공급은 정량펌프(JP-100, Jenie Well사)을 이용하여 실험 내용에 따라 25∼100 mL/min의 유량으로 막의 유입부로 공급하였다. 막여과 실험 종료 후에는 막 표면 형상관찰을 위해 SEM 촬영을 실시하였고, Flux의 계산은 다음과 같이 계산하였다.Polyether sulfone, which is the most commonly used organic material, was used for the experiment. The pore size of the membrane is 30,000 and the membrane area is 0.045 m 2 . The membrane feed water used was Nakdong river distilled water and pre-treated with a strainer with an average pore size of 200 μm to pre-remove coarse particles and then supplied to the raw water tank. The feed water of the raw water tank is mixed with the circulating water and supplied to the membrane module. The raw water was supplied to the inlet of the membrane at a flow rate of 25 to 100 mL / min using a metering pump (JP-100, Jenie Well) according to the experiment. After the membrane filtration experiment, SEM images were taken to observe the surface morphology of the membrane. Flux calculations were performed as follows.
여기서, fluxspec는 수온과 막차압을 보정한 flux, fluxobs는 측정 flux, μobs는 물의 점성, μ25는 25℃에서의 물의 점성, TMPobs는 막차압 측정치를 나타낸다.Here, spec flux is adjusted for transmembrane pressure and temperature flux, flux obs measures flux, obs μ is the viscosity of water, μ25 represents the water viscosity, TMP obs is the transmembrane pressure measured at 25 ℃.
활성탄Activated carbon
실험에 사용한 활성탄은 칼곤(Calgon)사의 분말활성탄(PAC)을 이용하였으며, 활성탄의 흡착성능평가를 위해 분해성이 없고, 농약 등과 같은 미량오염물질과 거동이 유사한 브로모페놀(Bromophenol)을 이용하여 활성탄의 흡착 성능을 평가하였다. 또한 브로모페놀의 막여과 특성도 동시에 평가하였다. 흡착성능의 평가는 Freundlich isotherm을 이용하였다. 추가적으로 활성탄의 흡착효과가 막여과수의 수질에 미치는 영향 및 입자 사이즈가 막여과 파울링(fouling)에 미치는 영향을 비교 검토하기 위해 흡착성능이 동일하나 사이즈가 다른 입상활성탄(GAC, Calgon사)을 이용하여 비교실험을 실시하였다. 그리고 입상활성탄의 효과를 흡착효과와 입자의 사이즈 효과를 비교하기 위해 입상활성탄과 사이즈가 유사하나 흡착능력이 없는 무연탄(백석화학공업사)을 이용한 실험도 실시하였다.The activated carbon used in the experiment was powdered activated carbon (PAC) from Calgon. In order to evaluate the adsorption performance of activated carbon, Bromophenol, which is not decomposable and similar in behavior to trace contaminants such as pesticides, Was evaluated. The membrane filtration properties of bromophenol were also evaluated. The adsorption performance was evaluated using Freundlich isotherm. In addition, granular activated carbon (GAC, Calgon) with the same adsorption capacity but different size was used to compare the influence of the adsorption effect of activated carbon on the water quality of membrane filtration and the effect of particle size on membrane filtration and fouling And compared them. In order to compare the adsorption effect and particle size effect of granular activated carbon, anthracite (Baek Seok Chemical Ind.), Which is similar in size to granular activated carbon but has no adsorption ability, was also used.
분석 방법Analysis method
낙동강 표류수를 200 μm 스트레이너 통과시켜 원수(피처리수)로 사용하였다. 막처리수의 수질 평가는 재이용 목적에 따라 달라질 수 있으나, 본 멍세서에 기술된 실험에서는 실험에 사용된 한외여과막(UF)막의 수처리 성능만을 평가하였다. 모든 분석항목은 수질오염공정시험법(환경부고시 제2004-188호) 및 먹는물시험법에 준하여 실시하였다.The Nakdong river water was passed through a 200 μm strainer and used as raw water (untreated water). The water quality evaluation of the membrane treatment water may vary depending on the purpose of reuse, but only the water treatment performance of the ultrafiltration membrane (UF) membrane used in the experiment described in the present invention was evaluated. All analytical items were conducted according to the Water Pollution Process Test (Ministry of the Environment Notice 2004-188) and the drinking water test method.
[실험예 1] 활성탄 투입 여부에 따른 막차압 및 보정플럭스 변화[Experimental Example 1] Film differential pressure and correction flux change depending on whether activated carbon is supplied or not
낙동강 표류수를 원수로 하여 플럭스 1.6 m3/m2/day 조건하에 분말활성탄을 투입하지 않은 계열(Blank)과 PAC(Powered Activated Carbon, 분말활성탄)을 3 g 투입한 계열에 있어서의 막차압 변화를 측정 및 분석하여 도 3a 및 도 4a에 나타내었고, 도 3b 및 도 4b에는 상기 결과를 기초로 보정 Flux 변화를 분석하여 나타내었다.
Variation of membrane pressure in a series of 3 g of activated carbon (Blank) and PAC (Powder Activated Carbon) in which the powdered activated carbon was not added under the condition of flux 1.6 m 3 / m 2 / day using the Nakdong river distilled water as raw water. 3A and 4A are shown in FIGS. 3A and 3B, and FIGS. 3B and 4B are graphs illustrating the correction flux variation based on the above results.
직교류방식(cross-flow)으로By cross-flow 운전 driving
도 3a에 나타난 바와 같이 분말활성탄을 투입한 PAC 계열과 단순히 낙동강 표류수만 투입한 Blank 계열과에 뚜렷한 차이 없이 약 600시간 후 막차압이 100 kPa로 조사되었다. 운전시작시 최초 몇 시간 만에 순간적으로 막차압이 5~6 kPa로 상승하였으나 그 이후에는 도 3a와 같이 천천히 상승하는 결과를 나타내었다. PAC 계열에 있어서 활성탄 투입에 따라 막차압 감소가 예상되었으나 두 계열의 막차압 변화 경향은 거의 유사한 것으로 조사되었다. 도 3b의 보정 플럭스 변화에도 두 계열간에 뚜렷한 차이는 나타나지 않았다. 운전시작 후 약 100시간 후부터 약간의 플럭스 변화가 나타나기 시작하였으나, 일시적인 변화값으로 조사되었고, 약 300시간 후부터는 두 계열이 거의 동일한 플럭스 변화를 나타내었다.
As shown in FIG. 3A, the pressure difference of 100 kPa was observed after 600 hours without noticeable difference between the PAC series injected with activated carbon powder and the Blank series injected only into the Nakdong river driftwater. The instantaneous instantaneous increase in the differential pressure from 5 to 6 kPa in the first few hours at the start of operation, but after that, the result was slowly rising as shown in Fig. 3a. In the PAC system, the membrane pressure drop was expected to decrease with the introduction of activated carbon. The variation of the correction flux of FIG. 3B did not show any significant difference between the two series. Some flux changes started to appear from about 100 hours after the start of operation, but they were observed as temporal change values. After about 300 hours, the two fluxes showed almost the same flux change.
전량여과방식(dead-end)으로With dead-end filtration 운전 driving
활성탄 투입에 따른 막차압 변화 및 Flux 변화를 보다 명확하게 하기 위해 막여과 운전방식을 직교류방식에서 전량여과방식으로 운전모드를 변경하였다. In order to clarify the membrane pressure difference and flux change due to the introduction of activated carbon, the membrane filtration operation mode was changed from the cross flow type to the total filtration type operation mode.
도 4a는 전량여과방식으로 운전시의 막차압 변화를 나타낸 것으로, PAC 계열에는 활성탄 3g를 투입하였고, Blank 계열에는 활성탄을 투입하지 않았다. 운전시작 10시간 이후부터 약간의 막차압 변화가 관측되었고, 역세시점인 막차압 100 kPa까지 아주 작은 값이지만 막차압 변화를 나타내었다. 도 4b는 보정 플럭스 변화를 나타낸 것으로, 도 4a의 막차압 결과와는 달리 두 계열이 거의 동일한 플럭스 변화를 나타내었다. 따라서 표면적이 0.045 m3인 막에 약 3 g의 분말활성탄을 투입하여 1.6 m3/m2/day의 플럭스로 운전한 경우에는 막의 운전모드를 직교류방식과 전량여과방식 모두 활성탄에 의한 막차압 상승억제나 플럭스 저감 효과가 없는 것으로 알 수 있었다.FIG. 4A shows changes in membrane pressure during operation using the full-volume filtration method. In the PAC system, 3 g of activated carbon was charged, and no activated carbon was injected into the blank system. A slight differential pressure change was observed from 10 hours after the start of operation and a slight differential pressure was observed up to 100 kPa. 4B shows the change of the correction flux, and unlike the membrane differential pressure result of FIG. 4A, the two series showed substantially the same flux change. Therefore, in the case of operating at a flux of 1.6 m 3 / m 2 / day by applying about 3 g of powdered activated carbon to a membrane having a surface area of 0.045 m 3 , the operation mode of the membrane was changed to the membrane pressure difference It was found that there was no effect of suppressing the rise or reducing the flux.
[실험예 2]활성탄 투입량에 따른 막차압 및 보정플럭스 변화[Experimental Example 2] Film pressure difference and correction flux change according to the amount of activated carbon
동일한 운전조건(dead-end 운전모드, Flux 1.6 m3/m2/day)에서 활성탄 투입량을 달리하여 활성탄 투입량 변화에 따른 막차압 변화를 측정하여 도 5a에 나타내었고, 도 5b에는 보정 플럭스 변화를 분석하여 나타내었다. 5a shows the change in the differential pressure due to the change in the amount of activated carbon in the same operation condition (dead-end operation mode, Flux 1.6 m 3 / m 2 / day), FIG. 5b shows the change in the correction flux Respectively.
도 5a에 나타난 바와 같이, 운전시작 후 PAC 투입량이 6 g과 9 g일 경우 막차압이 순간적으로 증가하는 현상을 나타내었다. 활성탄 투입량이 증가할수록 막차압 감소 및 플럭스 감소 억제 효과를 기대하였으나 반대의 현상이 나타났으며, 운전시간 5시간 후 PAC 투입량에 따른 막차압 변화는 PAC 3 g에서 9.0 kPa이었으나, PAC 6 g 및 9 g 투입시 각각 18.1 및 25.2 kPa로 큰 차이를 나타내었다. 그러나 운전시간 15시간 이후부터 PAC 투입량이 적은 PAC 3 g에서 막차압이 다른 두 계열에 비해 급격히 상승하는 결과를 나타내었다. 막차압이 60 kPa이 넘어서면서부터는 PAC 9 g에서 가장 낮은 막차압을 유지하였고, 막차압 80 kPa에서는 PAC 6 g도 PAC 3 g보다 낮은 막차압을 유지하는 것으로 조사되었다. 실험종료시 21시간 후에는 PAC를 3 g 투입한 막에서 역세 조건인 막차압 100 kPa를 나타내었고 나머지 두 계열에서는 21시간 운전후에도 역세 조건인 막차압 100 kPa에 도달하지 않았다. As shown in FIG. 5A, when the amounts of PAC were 6 g and 9 g after starting the operation, the differential pressure was instantaneously increased. As the amount of activated carbon increased, the membrane pressure drop and flux reduction were expected to be suppressed, but the opposite phenomenon was observed. After 5 hours of operation, the PAC pressure change was 9.0 kPa at
활성탄 투입량 변화에 따른 보정 플럭스 변화를 나타낸 도 5b에 따르면, 운전시작 10분 후 PAC 3 g를 투입한 막의 플럭스는 49.7 m3/m2/day였고, 6 g 및 9 g를 투입한 막의 경우에는 각각 53.0, 43.6 m3/m2/day를 나타내었다. 운전시작 5시간 후에는 PAC 투입량에 따라 3 g의 경우 17.8 m3/m2/day, 6 g의 경우 8.8 m3/m2/day이고 9 g의 경우 6.6 m3/m2/day로 보정 Flux의 값이 큰 차이를 나타내었다. 그러나 시간의 경과와 함께 15시간 후에는 PAC 투입량 3 g, 6 g, 9 g에 대해 보정 플럭스가 3.4, 2.7, 2.8 m3/m2/day로 거의 일정한 값을 유지하였고 운전종료시까지 플럭스가 유지되는 것을 확인할 수 있었다. According to FIG. 5B showing the change of the correction flux according to the change of the input amount of activated carbon, the flux of 3 g of PAC was 49.7 m 3 / m 2 / day after 10 minutes of operation, and in the case of 6 g and 9 g of membrane, Respectively, 53.0 and 43.6 m 3 / m 2 / day, respectively. After 5 hours of operation, the amount of PAC was adjusted to 17.8 m 3 / m 2 / day for 3 g, 8.8 m 3 / m 2 / day for 6 g and 6.6 m 3 / m 2 / day for 9 g, Flux values showed a large difference. However, after 15 hours, the correction fluxes remained almost constant at 3.4, 2.7, and 2.8 m 3 / m 2 / day for PAC doses of 3 g, 6 g, and 9 g, .
이와 같이 활성탄 투입량을 달리하여 활성탄 투입량 변화에 따른 막차압 변화를 조사한 결과, 운전초기 활성탄 투입량이 증가할수록 막차압 증가 및 플럭스 증가 억제 효과 현상이 나타났으며, 운전시간이 길어질수록 PAC 투입량이 많은 막에서 가장 낮은 막차압을 유지하였고, 보정 플럭스도 일정하게 유지하였다. 즉, 활성탄의 투입량이 많을수록 초기 플럭스의 감소는 급격하게 일어나지만 시간의 경과와 함께 플럭스 감소가 완만해 지면서 상당 시간 일정한 Flux를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.As a result of investigating the changes in membrane pressure according to the amount of activated carbon charged by varying the amount of activated carbon, the effect of increasing the membrane pressure and increasing the flux was observed as the amount of activated carbon increased during the operation. , And the correction flux was kept constant. That is, as the amount of activated carbon is increased, the decrease of the initial flux occurs sharply, but it is confirmed that the flux is kept constant for a considerable period of time as the flux decreases gradually with the lapse of time.
[실험예 3] 활성탄의 물성에 따른 막차압 및 보정플럭스 변화[Experimental Example 3] Film differential pressure and correction flux change according to physical properties of activated carbon
막여과시 활성탄 투입에 따라 막차압 및 Flux가 변화가 단순한 체거름 효과인지 흡착력을 가진 활성탄의 고유 특성인지 혹은 입자 사이즈에 따른 변화인지를 조사하기 위해 동일한 흡착능력을 가진 입상활성탄(GAC)를 이용하여 상기 실험에 4의 분말활성탄(PAC) 실험과 동일한 방법으로 막여과를 실시하였다. 실험에 사용한 PAC의 평균 입경은 약 100 μm였고 GAC의 경우 평균 입경이 약 0.1 mm로 PAC에 비해서 상당히 큰 입자를 이용하였다.(GAC) with the same adsorption capacity was used to investigate whether membrane filtration and flux changes according to the input of activated carbon during membrane filtration, whether it is a simple sieving effect or an intrinsic property of adsorbing activated carbon or a change depending on the particle size. And the membrane filtration was carried out in the same manner as in the powder activated carbon (PAC) test of 4 in the above experiment. The average particle size of the PAC used in the experiment was about 100 μm and the average particle diameter of GAC was about 0.1 mm, which was considerably larger than that of PAC.
도 6a는 막여과시 GAC 투입 변화량에 따른 막차압 변화를 조사하여 나타낸 것이다. GAC의 경우 투입량의 변화에 대한 막차압 변화가 거의 없는 것으로 조사되었다. 운전초기에 막의 특성상 약간의 막차압 차이가 발생하나 운전시간이 경과하면서 GAC를 투입하지 않은 Blank 막과 거의 유사한 경향을 나타내었다. 운전시작 15시간 후 GAC 투입량 3 g의 경우 막차압이 47.1 kPa이었고, GAC 투입량 6 g의 경우 오히려 막차압이 증가하여 56.5 kPa를 나타내었다. GAC 투입량 12 g의 경우는 막차압이 감소하여 42.3 kPa로 조사되어 많은 양의 GAC 투입에 비해 감소되는 막차압의 효과는 크지 않은 것으로 조사되었다. FIG. 6A is a graph showing changes in membrane pressure difference according to the amount of GAC input change during membrane filtration. In the case of GAC, it was found that there was almost no change in the pressure drop with respect to the change of the input amount. At the early stage of operation, there was a slight difference in membrane pressure due to the characteristics of the membrane, but it showed a tendency similar to that of the blank membrane without GAC. After 15 hours of operation, the differential pressure was 47.1 kPa for 3 g of GAC and the differential pressure was increased to 56.5 kPa for 6 g of GAC. In the case of 12 g of GAC input, the differential pressure was decreased to 42.3 kPa, and the effect of the differential pressure decreased compared to the large amount of GAC input was not significant.
도 6b는 GAC 투입량 변화에 따른 보정 플럭스 변화를 나타낸 것으로, 운전시작 10분 후 PAC 3 g를 투입한 막의 플럭스는 34.4 m3/m2/day였고, 6 g 및 12 g를 투입한 막의 경우에는 각각 32.0, 23.3 m3/m2/day를 나타내었다. 운전시작 5시간 후에는 GAC 투입량에 따라 3 g의 경우 12.8 m3/m2/day, 6 g의 경우 12.8 m3/m2/day이고 12 g의 경우 10.7 m3/m2/day로 12 g 투입시 보정 플럭스의 값이 약간 감소하는 경향을 나타내었으나 GAC 투입량의 차이에 따른 보정 플럭스의 변화는 거의 없는 것으로 조사되었다. 운선시작 15시간 후에도 GAC 투입량 변화에 따른 보정 플럭스는 GAC 투입량 3 g, 6 g, 12 g에 대해 3.4, 2.8, 3.8 m3/m2/day로 거의 일정한 값을 유지하였다. 6B shows the change of the correction flux according to the change of the GAC input. The flux of 3 g of PAC was 34.4 m 3 / m 2 / day after 10 minutes of operation, and in the case of 6 g and 12 g of the membrane, Respectively, of 32.0 and 23.3 m 3 / m 2 / day, respectively. For 3 g in accordance with after the operation started 5 hours GAC input 12.8 m 3 / m 2 / day , for 6 g 12.8 m 3 / m 2 / day in the case of the 12 g 10.7 m 3 / m 2 / day by 12 g, the correction flux tends to decrease slightly, but the change in the correction flux due to the difference in the GAC input amount is small. Even after 15 hours of operation, the correction flux corresponding to the change of GAC input was kept constant at 3.4, 2.8, and 3.8 m 3 / m 2 / day for GAC doses of 3 g, 6 g, and 12 g.
이와 같이, 막여과시 GAC 투입 변화량에 따른 막차압 변화는 GAC 투입량의 변화에 대한 막차압 변화가 거의 없는 것으로 조사되었다. 보정 플럭스 변화에 대해서도 GAC 투입량 변화에 따른 보정 플럭스는 거의 일정한 값을 유지하였다. 즉, 막에 투입되는 입자의 사이즈가 큰 GAC의 경우에는 막차압이나 막의 플럭스 변화에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 조사되었다.In this way, it was found that the membrane pressure difference according to the GAC input change was almost no change with respect to the GAC input. For the correction flux change, the correction flux according to the change of the GAC input amount was kept almost constant. That is, in the case of a GAC having a large particle size put into the film, it was found that it had little effect on the film differential pressure and the flux change of the film.
참고실험으로서, 막에 활성탄 대신에 비교예로서 GAC와 입자 사이즈가 유사하나 흡착능력이 없는 입자인 무연탄(Anthracite)을 투입하여 막여과에 미치는 영향을 조사하였다. As a reference experiment, the effect of anthracite, which is similar in particle size to GAC but not adsorbable ability, on the membrane filtration was investigated as a comparative example instead of activated carbon.
무연탄 투입 변화량에 따른 막차압 변화를 측정한 결과, 도 7a에 나타난 바와 같이 GAC와 유사한 결과를 나타내어, 무연탄은 막여과시 파울링에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 조사되었다. 또한, 무연탄 투입량 변화에 따른 보정 플럭스 변화를 나타낸 도 7b에서 확인할 수 있는 바와 같이 무연탄 투입량 변화에 따른 막의 보정 플럭스는 운전초기에 약간의 차이는 있었으나 거의 동일하였고, 운전시작 15시간 후, 무연탄을 투입하지 않는 막과 무연탄 투입량 3 g 및 6 g에 대해 각각 3.1, 3.3, 3.0 m3/m2/day를 나타내어 무연탄 투입에 따른 보정 플럭스의 변화는 관측되지 않았다.As a result of measuring the membrane pressure difference according to the variation of the input of anthracite coal, the results are similar to those of GAC as shown in FIG. 7A, and the anthracite coal has little effect on the fouling in membrane filtration. As shown in FIG. 7B showing the change of the correction flux according to the change of the amount of anthracite coal, the correction flux of the film due to the change of the amount of anthracite coal was almost the same although there was a slight difference at the beginning of operation, 3.3 and 3.0 m 3 / m 2 / day, respectively, for 3 g and 6 g of anthracite and anthracite inputs, respectively, and no change in the correction flux due to the input of anthracite was observed.
이와 같이, 활성탄과 달리 흡착능력이 없는 무연탄을 막여과에 투입한 경우 무연탄 투입 변화량에 따른 막차압 변화를 조사한 결과 GAC와 유사한 결과를 나타내어, 무연탄은 막여과시 파울링에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 조사되었다. 또한 막의 보정 Flux는 운전초기에 약간의 차이는 있었으나 거의 동일하여 무연탄 투입에 따른 보정 Flux의 변화는 관측되지 않았다. 즉, 막의 파울링 저감을 위해 투입하는 입자의 경우, 입자의 물리적 특성, 활성탄과 같은 흡착력 등이 파울링을 억제하거나 막의 차압에 영향을 미치기보다는 투입되는 입자의 사이즈가 중요한 인자임을 알 수 있었다. In this way, when anthracite, which has no adsorption capacity unlike activated carbon, is injected into the membrane filtration, the change in membrane pressure according to the amount of anthracite coal input is similar to that of GAC, and anthracite has little effect on fouling . In addition, the correction flux of the membrane was slightly different at the beginning of operation but was almost the same, so no change in the correction flux due to anthracite injection was observed. In other words, it was found that the size of the charged particles is an important factor in reducing the fouling of the membrane, rather than suppressing the fouling or influencing the differential pressure of the membrane, such as physical properties of the particles and adsorption force such as activated carbon.
[실험예 4] 활성탄 주입량에 따른 막 여과저항[Experimental Example 4] Membrane filtration resistance according to the amount of activated carbon injected
막 파울링에 대한 영향인자가 많기 때문에 오염에 의한 저항을 이론적으로 나타내기는 많은 어려움이 있다. 그러나 공정 설계에 맞춰 유속 저하현상(막차압 상승)을 여과 저항 모델에 의하여 적절하게 설명할 수 있다. 본 실험에서는 막여과 저항의 대부분을 차지하는 활성탄 케익에 의한 여과 저항을 검토하기 위해 막 고유의 저항과 막면 케익 저항을 직열로 나열해 전 여과저항으로써 다음과 같은 직렬저항모델(resistance-in-series)을 이용하였다. Since there are many influencing factors on membrane fouling, there are many difficulties to theoretically represent resistance due to contamination. However, the flow rate drop phenomenon (increase in membrane pressure difference) can be appropriately explained by the filtration resistance model in accordance with the process design. In order to investigate the filtration resistance of the activated carbon cake, which accounts for most of the membrane filtration resistance in this experiment, the membrane resistance and the membrane cake resistance are listed in series, and the following resistance-in- Was used.
J v : 투과유속(m/s) J v : Permeate flow rate (m / s)
△P: 막차압(Pa) DELTA P : Membrane pressure difference (Pa)
μ: 물의 점성계수(Ps?s) μ : Viscosity coefficient of water (Ps? s)
R YR : 막에 대한 저항(1/m) R YR : resistance to membrane (1 / m)
R c : 케익층에 대한 저항(1/m-1) R c : resistance to cake layer (1 / m -1 )
수온이 20 ℃일 때 물의 점성계수 μ 는 0.01005 g/cm·s = 1.005 g/m·s = 0.001005 Pa·s이다. 실험은 증류수를 이용하였고, 막의 운전모드는 전량여과방식으로 각각의 막모듈에 분말활성탄(PAC)를 3 g, 6 g, 9 g 투입 후 여과압력을 변화시키면서 플럭스를 측정하였다. 도 8에 PAC 주입량 변화에 있어서 막차압 변화에 대한 플럭스변화를 조사하여 나타내었다. 먼저, 활성탄을 주입하지 않고, 순수한 증류수만을 원수로 하여 막에 주입하여 막차압 및 투과유속, 즉 플럭스를 측정한 결과 막 고유의 여과저항(R YR )은 평균 7.44×1011 m- 1를 나타내었다.When the water temperature is 20 ° C, the viscosity coefficient μ of water is 0.01005 g / cm · s = 1.005 g / m · s = 0.001005 Pa · s. The flux was measured by varying the filtration pressure of 3 g, 6 g, and 9 g of powdered activated carbon (PAC) in each membrane module. FIG. 8 shows the change in flux with respect to the film differential pressure change at the PAC injection amount change. First, the filtration resistance ( R YR ) of the membranes was 7.44 × 10 11 m - 1 as a result of measuring membrane pressure and permeation flux, ie, flux, by injecting pure distilled water only as raw water without injecting activated carbon .
아래 표 4는 PAC 주입 후 PAC 주입량에 따른 각 Flux에 대한 총 여과저항을 나타낸 것이다. 막차압과 활성탄 주입량에 따른 총 여과저항값은 막차압(TMP)이 10 kPa일 때 PAC 주입량 3 g에서 1.72 × 1012 m-1로 조사되었고, PAC 주입량이 증가된 9 g에서 8.60 × 1011 m-1로 나타났으며, 막차압이 100 kPa인 경우에도 PAC 주입량 3 g에서 총 여과저항값이 3.72 × 1012 m- 1였으며, PAC 주입량이 증가된 9 g에서는 1.76 × 1012 m-1로 활성탄의 투입량이 증가할수록 총 여과저항값은 조금씩 감소하는 경향을 나타내었다.Table 4 below shows the total filtration resistance for each flux according to PAC injection amount after PAC injection. The total filtration resistance value according to membrane pressure and activated carbon injection amount was 1.72 × 10 12 m -1 at PAC injection amount of 3 g when TMP was 10 kPa and 8.60 × 10 11 at 9 g with increased PAC injection amount was shown to m -1, even if the film has a total pressure difference is 100 kPa filtered resistance value at the PAC injection amount 3 g 3.72 × 10 12 m - 1 was, in 9 g of the PAC injection amount increasing 1.76 × 10 12 m -1 As the amount of activated carbon increased, the total filtration resistance tended to decrease slightly.
표 5에는 총 여과저항값에서 막 저항값을 배제한 활성탄만의 여과저항값을 정리하여 나타내었다. 활성탄 주입량에 따른 여과저항값은 막차압(TMP)이 10 kPa일 때 PAC 주입량 3 g에서 9.75 × 1011 m-1이었고, PAC 주입량이 증가된 9 g에서는 1.16 × 1011 m-1로 나타났다. 막차압이 100 kPa인 경우, PAC 주입량 3 g에서 여과저항값은 2.98 × 1012 m- 1였으며, PAC 주입량이 증가된 9 g에서는 1.01 × 1012 m-1로 활성탄의 투입량이 증가할수록 활성탄에 의한 여과저항값이 감소하는 것으로 조사되었다.Table 5 summarizes the filtration resistance values of only activated carbon excluding the membrane resistance at the total filtration resistance value. Filtered resistance value corresponding to the injection amount of activated carbon is transmembrane pressure (TMP) is 10 kPa one time was 9.75 × 10 11 m in the PAC -1 dose 3 g, 9 g of the PAC injection amount is increased to 1.16 × 10 11 m -1 appeared. Was the first, in 9 g of the PAC injection amount increases as the amount of activated carbon increased to 1.01 × 10 12 m -1 activated carbon-film when the pressure difference is 100 kPa, the filtration resistance value in the PAC dosage is 3 g 2.98 × 10 12 m The filtration resistance value by the filtration method was found to decrease.
이와 같이, 막차압과 활성탄 주입량에 따른 총 여과저항값은 활성탄의 투입량이 증가할수록 총 여과저항값은 조금씩 감소하는 경향을 나타내었고, 총 여과저항값에서 막 저항값을 배제한 활성탄만의 여과저항값은 활성탄의 투입량이 증가할수록 여과저항값이 감소하는 것으로 나타났다.The total filtration resistance value according to the membrane pressure difference and the injection amount of activated carbon showed a tendency that the total filtration resistance value decreased little by little as the input amount of activated carbon increased. Also, the filtration resistance value only of the activated carbon excluding the membrane resistance value The filtration resistance value decreased as the amount of activated carbon increased.
[실험예 5] 직교류 운전모드에서의 막여과 투과수의 수질[Experimental Example 5] Water quality of membrane filtration water in cross flow operation mode
막여과에 있어서 수질 분석은 투과수의 사용 목적에 의해 수질 평가가 달라지나 본 발명에서는 막에 의해 제거되는 물질을 분석함으로써 막 표면에 축적될 수 있는 성분을 조사하고, 활성탄 투입시 활성탄에 의한 파울링억제 효과 및 활성탄의 흡착효과도 동시에 평가하기 위한 자료로 이용하고자 분석하였다.In the membrane filtration, water quality evaluation varies depending on the use purpose of the permeated water. In the present invention, by analyzing the substances removed by the membrane, components that can accumulate on the membrane surface are investigated, Ring inhibition effect and adsorption effect of activated carbon.
원수 및 투과수(처리수)의 수질을 측정하여 도 9 내지 13에 나타내었다. 도 9 내지 13과 도 13의 결과는 상기 실험예 1의 실험조건에서 수질을 분석한 결과로 막의 운전모드는 직교류 운전방식이었으며, 막여과수의 수질은 운전시작 후 15시간 후의 여과수를 분석한 결과이다.The water quality of the raw water and permeated water (treated water) was measured and shown in Figs. 9 to 13. The results of FIGS. 9 to 13 and FIG. 13 show that the operation mode of the membrane was a cross flow operation mode as a result of analyzing the water quality under the experimental conditions of Experimental Example 1. The water quality of the membrane filtration water was analyzed after 15 hours to be.
구체적으로, 막여과 공정 전후의 BOD5 농도 변화를 조사하여 도 9에 나타내었다. 낙동강 표류수의 평균 BOD5는 2.8 mg/L이었고, 조대 입자 등의 제거를 위해 200 μm 스트레이너를 통과시킨 후에는 평균 2.3 mg/L로 나타났다. UF막 통과 후에는 평균 2.2 mg/L로 막에서의 BOD5 제거는 거의 없는 것으로 조사되었다. 활성탄을 3 g 투입한 막여과의 경우 BOD5가 0.62 mg/L로 활성탄 투입에 따라 BOD5가 약 73% 정도 제거되는 효과를 나타내었다. 활성탄 투입에 따라 상당량의 유기물이 제거되는 효과를 나타내었다. 이러한 결과는 활성탄의 투입 초기에 분석된 결과로 초기 제거율이 높게 나타난 경우일 수도 있다. 그러나 활성탄의 투입으로 파울링의 억제효과와 함께 수질개선의 가능성이 높은 것으로 예측되었다.Specifically, the change in BOD 5 concentration before and after the membrane filtration process was examined and shown in FIG. The mean BOD 5 of the Nakdong river water was 2.8 mg / L, and after passage through a 200 μm strainer, the average BOD 5 was 2.3 mg / L. After passage through the UF membrane, the average removal of BOD 5 from the membrane was found to be almost 2.2 mg / L. In the case of membrane filtration with 3 g of activated carbon, BOD 5 was 0.62 mg / L, and BOD 5 was removed by about 73% according to activated carbon input. A significant amount of organic matter was removed by the addition of activated carbon. These results may indicate that the initial removal rate is high as a result of analysis at the initial stage of the introduction of activated carbon. However, it was predicted that the addition of activated carbon would improve the water quality as well as the effect of suppressing fouling.
막여과 공정 전후의 CODMn 농도 변화를 조사하여 도 10에 나타내었다. 낙동강 표류수의 평균 TCODMn은 5.6 mg/L이었고, 스트레이너 통과 후 평균 5.1 mg/L이었으며, PAC을 첨가하지 않은 막여과 후에는 TCODMn의 평균 농도가 5.0 mg/L로 막여과에서 TCODMn는 거의 제거되지 않았다. PAC를 3 g 첨가한 막에서는 TCODMn가 1.6 mg/L로 69%의 제거율을 나타내었다. SCODMn의 경우에는 막여과 전 평균 3.1 mg/L이었고, 막여과 후 평균 SCODMn이 3.0 mg/L로 대부분의 용존성 유기물은 UF막에서 제거되지 않았다. 분자량 30,000 정도의 UF막에서 용존성 물질이 제거되지 않는 것은 당연한 일이겠지만, 막여과시 막여과 압력 등에 의해 자연응집현상이 일어날 수 있고, 막자체에 흡착되어 일부 제거될 수 있는 가능성도 있다. 막의 기공 사이즈보다 작은 유기물도 막의 오염물질로 작용할 수 있기 때문이다. PAC를 3 g 첨가한 후의 막여과수의 SCODMn의 농도는 1.5 mg/L로 약 52% 제거되는 것으로 조사되었다. 활성탄에 의해 용존성 SCODMn의 제거율이 TCODMn보다 높을 것으로 예상되었으나, SCODMn의 제거율이 상대적으로 낮게 나타났다. 이러한 결과는 PAC의 체거름 효과가 크게 작용하였기 때문으로 판단된다.COD Mn before and after membrane filtration The concentration change was investigated and shown in FIG. The mean TCOD Mn the number Nakdonggang drift is 5.6 mg / L, was then strainer passage mean 5.1 mg / L, the film after the filtration without addition of the PAC is TCOD Mn in membrane filtration is the average concentration of TCOD Mn to 5.0 mg / L is It was hardly removed. The removal efficiency of TCOD Mn was 1.6 mg / L, which was 69% in the case of 3 g of PAC. The SCOD Mn was 3.1 mg / L before membrane filtration and the mean SCOD Mn after membrane filtration was 3.0 mg / L. Most soluble organic matter was not removed from UF membrane. It is natural that the UF membrane with a molecular weight of about 30,000 does not remove the dissolved substance. However, there is a possibility that the natural coagulation phenomenon may occur due to the membrane filtration pressure during the membrane filtration and may be partially adsorbed on the membrane itself. Organic materials smaller than the pore size of the membrane can also act as contaminants in the membrane. After adding 3 g of PAC, the concentration of SCOD Mn in the membrane filtrate was found to be about 52%, which was 1.5 mg / L. The removal rate of soluble SCOD manganese was expected to be higher than TCOD manganese by activated carbon, but the removal rate of SCOD manganese was relatively low. These results are considered to be due to the effect of sieving effect of PAC.
도 11은 용존성 유기물의 직접적인 지표인 DOC 농도 변화를 나타낸 것이다. DOC의 경우에도 스트레이너에서 조대입자 제거시 DOC 일부가 제거되었고, 막여과시에는 거의 제거되지 않는 결과를 나타내었다. 막유입수의 평균 DOC는 2.57 mg/L이었고, 막처리수의 평균 DOC는 2.55 mg/L였으며, PAC 투입 막의 경우에는 처리수 평균 0.9 mg/L로 65%의 제거율을 나타내었다.Figure 11 shows changes in DOC concentration, which is a direct indicator of dissolved organic matter. In the case of DOC, the DOC part was removed when the coarse particles were removed from the strainer, and almost no removal was obtained at the time of membrane filtration. The average DOC of the membrane influent was 2.57 mg / L, the mean DOC of the membrane treated water was 2.55 mg / L, and the PAC feed membrane showed a removal rate of 65% with the treated water average of 0.9 mg / L.
도 12는 농약 및 이취미물질의 대체물질로 사용한 브로모페놀의 흡착등온선을 나타낸 것이다. 브로모페놀은 페놀과 달리 생물분해성도 없고, 분자량도 작아 독성물질인 농약이나 취급이 어려운 이취미물질 등의 대체 물질로서 활성탄의 흡착 특성을 평가하는 데 유효한 물질이다. 신탄 PAC를 이용한 흡착실험 결과 PAC의 브로모페놀 흡착능은 활성탄 1 g당 약 105.5 mg의 브로모페놀을 흡착할 수 있는 것으로 조사되어 상당히 높은 흡착능이 있는 것으로 평가되었다. 본 실험에 사용한 PAC의 경우 흡착등온선의 기울기가 0.297로 아주 낮아 고농도의 미량유기오염물질의 제거뿐만 아니라 저농도의 미량유기오염물질에 대해서도 높은 흡착성능을 나타낼 수 있는 것으로 조사되었다. 활성탄의 경우 고농도의 흡착성능도 중요하지만 저농도에서의 흡착이 보다 중요한 이유는 상수원수 등에 유입되는 농약이나 독성물질 혹은 이취미물질은 아주 낮은 저농도로 유입되기 때문이다. Figure 12 shows adsorption isotherms of bromophenol used as an alternative to pesticides and this hobby material. Bromophenol, unlike phenol, is a biocompatible substance with little molecular weight and is an effective substance for evaluating the adsorption characteristics of activated carbon as a substitute for pesticides, which are toxic substances, and hobby substances, which are difficult to handle. As a result of adsorption experiment using Shin - tan PAC, the adsorption capacity of bromophenol of PAC was found to be about 105.5 mg of bromophenol per 1 g of activated carbon. The slope of the adsorption isotherm of the PAC used in this experiment was as low as 0.297, indicating that not only removal of trace organic contaminants but also high adsorption performance of trace organic contaminants can be achieved. In the case of activated carbon, the adsorption performance at high concentration is also important, but the adsorption at low concentration is more important because the pesticide, toxic substance or the hobby substance flowing into the water source flows into the low concentration at a very low level.
도 13은 막여과 전, 후의 브로모페놀 농도 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 스트레이너로 처리한 낙동강 표류수에 브로모페놀을 10 mg/L로 주입하고 막여과 실험을 실시한 결과 막여과수의 브로모페놀 평균 농도는 9.8 mg/L로 막여과만으로는 거의 제거되지 않는 것을 확인할 수 있었고, 막여과에 PAC를 3 g 투입한 경우에는 브로모페놀 농도가 0.2 mg/L로 98%의 아주 높은 제거율을 나타내었다. 막의 내부에 활성탄을 투입하는 것은 막의 파울링 억제 효과를 유도하는 것이 가장 주요한 목적이나 이에 더해서 활성탄의 흡착효과도 동시에 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 13 shows the results of measurement of changes in the concentration of bromophenol before and after membrane filtration. As a result of membrane filtration experiments, bromophenol was injected into the Nakdong River running water treated with strainer at 10 mg / L, and the average concentration of bromophenol in the membrane filtrate was 9.8 mg / L. , And when 3 g of PAC was added to the membrane filtration, the bromophenol concentration was 0.2 mg / L, which was 98%. It is expected that the introduction of activated carbon into the inside of the membrane is the most important purpose of inducing the fouling inhibiting effect of the membrane, but also the adsorption effect of activated carbon can be obtained at the same time.
[실험예 6] 전량여과 운전모드에서의 막여과 투과수의 수질[Experimental Example 6] Water quality of membrane filtration water in all-volume filtration operation mode
막여과에 있어서의 운전모드, 특히 중공사막 형태의 여과막의 경우는 지금까지 대부분 직교류 형태로 운전한 경우가 대부분이다. 그러나 막의 성능이 개선되고 중공사형태의 막이라도 직교류가 동력비 대비 파울링억제 효과가 크지 않음이 알려지면서 최근 생산되는 중공사막의 경우 직교류 보다는 전량여과 방식의 운전이 선호되고 있다. 따라서 본 실험에서도 활성탄 첨가 실험시 투입한 활성탄의 효과를 보다 정확하게 평가하기 위해 전량여과 운전모드로 실험을 실시하였다Most of the operation modes in membrane filtration, especially filtration membranes in the form of hollow fiber membranes, are mostly operated in crossflow type. However, it is known that the performance of membrane is improved and the effect of cross - flow is less effective to suppress fouling compared to power ratio, even in case of membrane of hollow fiber type. Therefore, recently produced hollow fiber membrane is preferred to full filtration method rather than cross flow. Therefore, in order to more accurately evaluate the effect of the activated carbon added in the experiment,
상기 실험예 1의 실험조건에서 막 운전모드를 전량여과방식으로 하여, 운전시작 후 15시간 후의 여과수 수질을 분석한 결과를 도 14 내지 20에 나타내었다. 14 to 20 show the results of analyzing the quality of the filtered water after 15 hours from the start of the operation by using the membrane operation mode as the filtration system under the experimental conditions of Experimental Example 1. [
도 14는 막여과 전후의 BOD5 농도 변화를 나타낸 것으로, 막여과운전 방식 변경 후 원수로 이용한 낙동강 표류수의 농도가 상당히 상승하였음을 확인할 수 있다. 그러나 활성탄 투입 유무에 따른 막여과시 파울링 비교에는 큰 무리가 없는 것으로 판단된다. 낙동강 표류수의 평균 BOD5는 3.9 mg/L이었고, 200 μm 스트레이너를 통과 시킨 후에는 평균 3.3 mg/L로 나타났다. PAC를 투입하지 않은 UF막 통과 후에는 평균 3.2 mg/L로 막에서의 BOD5 제거는 거의 없는 것으로 조사되었다. 활성탄을 3 g 투입한 막여과의 경우 BOD5가 1.5 mg/L로 활성탄 투입에 따라 BOD5가 약 55% 정도 제거되는 효과를 나타내었다. 직교류 운전모드의 경우, 동일량의 PAC시 투입시 73%가 제거된 것과 비교하여 전량여과 방식의 경우 55%의 제거율로 낮은 처리효율을 나타내었으나, 전량여과 운전의 경우 투과 플럭스를 4배이상 증가시켜 운전한 결과로 유기물과 활성탄과의 접촉시간이 상대적으로 아주 짧았기 때문으로 판단되고, 또 직교류모드로 운전시에는 활성탄과 유기오염물이 계속 순환되면서 막 외부에서도 지속적으로 흡착이 이루어져 제거율이 높았던 것으로 판단된다.FIG. 14 shows changes in BOD 5 concentration before and after membrane filtration. It can be confirmed that the concentration of the Nakdong river drift water used as the raw water after the membrane filtration operation mode was significantly increased. However, the fouling of membrane filtration according to the presence of activated carbon is not significant. The average BOD 5 of the Nakdong river water was 3.9 mg / L, and after passage through a 200 μm strainer, it was 3.3 mg / L on average. After the passage of UF membrane without PAC, the average removal of BOD 5 was found to be 3.2 mg / L. In case of membrane filtration with 3 g of activated carbon, BOD 5 was 1.5 mg / L, and BOD 5 was removed by about 55% according to activated carbon input. In the cross flow operation mode, the removal efficiency was 55% at the total filtration method compared with 73% at the same amount PAC. However, in case of the total filtration operation, the permeation flux was 4 times or more And the contact time between the organic material and the activated carbon was relatively short as a result of the operation. In the case of operation in the cross flow mode, the activated carbon and the organic contaminant were continuously circulated, Respectively.
도 15는 막여과 전후의 CODMn 농도 변화를 나타낸 것이다. 낙동강 표류수의 평균 TCODMn은 7.3 mg/L이었고, 스트레이너 통과 후 평균 6.2 mg/L이었으며, PAC을 첨가하지 않은 막여과 후에는 TCODMn의 평균 농도가 6.2 mg/L로 막여과에서 TCODMn는 거의 제거되지 않았다. PAC를 3 g 첨가한 막에서는 TCODMn가 2.6 mg/L로 58%의 제거율을 나타내었다. 직교류운전모드에 비해 전량여과 방식의 운전에서 제거율이 약간 낮은 것으로 조사되었으나, 높은 플럭스의 영향으로 판단된다. SCODMn의 경우에는 막여과 전 평균 4.4 mg/L이었고, 막여과 후 평균 SCODMn이 4.1 mg/L로 대부분의 용존성 유기물은 UF막에서 제거되지 않았다. PAC를 3 g 투입한 경우, 막여과수의 SCODMn의 농도는 2.0 mg/L로 약 55%의 제거율을 나타내었다.15 shows changes in COD Mn concentration before and after membrane filtration. The mean TCOD Mn the number Nakdonggang drift is 7.3 mg / L, was then strainer passage mean 6.2 mg / L, the film after the filtration without addition of the PAC is TCOD Mn in membrane filtration is the average concentration of TCOD Mn to 6.2 mg / L is It was hardly removed. The removal efficiency of TCOD Mn was 2.6 mg / L, which was 58% in the case of 3 g of PAC. It was found that the removal rate was slightly lower than that of the direct current operation mode, but it was judged to be influenced by high flux. The SCOD Mn was 4.4 mg / L before membrane filtration and the mean SCOD Mn after membrane filtration was 4.1 mg / L. Most soluble organic matter was not removed from UF membrane. When 3 g of PAC was added, the SCOD Mn concentration of membrane filtrate was 2.0 mg / L, which showed a removal rate of about 55%.
도 16은 용존성 유기물의 직접적인 지표인 DOC 농도 변화를 나타낸 것으로, DOC의 경우에도 원수의 농도는 평균 3.6 mg/L이었고, 스트레이너 통과 후 평균 3.2 mg/L로 조사되었으며, 단순 막여과시 3.1 mg/L의 여과수 농도를 나타내었다. PAC 투입 막의 경우 평균 DOC가 1.7 mg/L로 약 47%의 제거율을 나타내었다. DOC의 경우에도 활성탄의 투입에 따라 여과수의 수질이 개선되는 효과를 나타내었다.FIG. 16 shows the DOC concentration change as a direct indicator of dissolved organic matter. In the case of DOC, the average concentration of raw water was 3.6 mg / L, and the average after passage of the strainer was 3.2 mg / / L, respectively. The average DOC of the PAC feed membrane was 1.7 mg / L, which was about 47%. In the case of DOC, the water quality of the filtered water was improved by the addition of activated carbon.
도 17은 PAC 대신에 동일한 흡착능력을 가지지만 입자 사이즈가 약 0.1 mm인 GAC를 여과막에 투입한 후 막여과 전?후의 DOC 농도 변화를 나타내었다. 막여과 전의 DOC 농도가 2.9 mg/L이었고, 막여과 단독 처리시 DOC 농도는 2.6 mg/L로 조사되었으며, 막여과시 GAC를 투입한 후 막여과수의 DOC 농도는 2.0 mg/L로 GAC 투입효과는 PAC에 비해 낮은 것으로 조사되었다. 입경이 0.1 mm인 GAC는 막여과시 파울링 억제 효과도 거의 없고, 수질개선 효과도 PAC에 비해 낮은 것으로 조사되었다. 따라서 막여과 파울링 억제 효과를 얻기 위해서는 투입하는 입자의 사이즈도 충분히 고려되어야 함을 알 수 있다.FIG. 17 shows the change of DOC concentration after membrane filtration after the GAC having the same adsorption capacity instead of PAC but having a particle size of about 0.1 mm was put into the filtration membrane. The DOC concentration was 2.9 mg / L before membrane filtration, and the DOC concentration was 2.6 mg / L when membrane filtration alone. The DOC concentration of membrane filtrate after membrane filtration was 2.0 mg / L, Was lower than that of PAC. GAC with a particle size of 0.1 mm had almost no fouling inhibiting effect on membrane filtration and water quality improvement effect was also lower than that of PAC. Therefore, it can be understood that the size of the charged particles should be sufficiently taken into consideration in order to obtain a membrane fouling inhibiting effect.
도 18은 막여과 전·후의 브로모페놀 농도 변화를 나타내었다. 직교류 모드 운전방법과 동일한 방법으로 스트레이너로 처리한 낙동강 표류수에 브로모페놀을 10 mg/L로 주입하고 막여과 실험을 실시하였다. PAC를 투입하지 않고 막 단독으로 처리한 막여과수의 브로모페놀 평균 농도는 9.6 mg/L로 막여과만으로는 거의 제거되지 않는 것을 확인할 수 있었고, 막모듈에 PAC를 3 g 투입한 경우에는 브로모페놀 농도가 0.4 mg/L로 96%의 높은 제거율을 나타내어 막 내부에 활성탄을 투입하는 것은 막의 파울링 억제 효과와 함께 흡착효과도 동시에 얻을 수 있을 것으로 기대된다.18 shows changes in the concentration of bromophenol before and after membrane filtration. Bromophenol was injected at 10 mg / L into the Nakdong River running water treated with a strainer in the same manner as the cross-flow mode operation method, and membrane filtration experiments were performed. It was confirmed that the average concentration of bromophenol in membrane filtrate treated with membrane alone without PAC was 9.6 mg / L, which was almost not removed by membrane filtration. When 3 g of PAC was added to the membrane module, bromophenol The concentration of 0.4 mg / L shows a high removal rate of 96%, and it is expected that the addition of activated carbon to the inside of the membrane can attain the adsorption effect as well as the fouling inhibition of the membrane.
한편, 이취미물질인 지오스민(Geosmin)과 2-MIB의 막여과 전·후의 농도 변화를 측정하고 이를 도 19에 나타내었다. 막여과 전 지오스민과 2-MIB의 농도는 각각 89, 95 ng/L이었고, 막 단독 여과시 지오스민 농도는 55 ng/L이었고, 2-MIB는 34 ng/L로 나타나 제거율은 각각 38, 64%로 막 여과만으로도 상당한 제거율을 나타내었다. 이러한 결과는 막여과에 의한 체거름 효과에 의해 지오스민과 2-MIB가 제거되었다기 보다는 초기 농도 ppt 단위로 아주 극미량을 주입하여 여과막에 일부 흡착된 결과인 것으로 판단된다. 한편 PAC를 막모듈에 3 g 투입한 경우에는 지오스민과 2-MIB가 검출되지 않아 활성탄에 완전히 흡착 제거된 것으로 판단된다.On the other hand, the change in the concentration of this hobby substance, Geosmin, and 2-MIB before and after membrane filtration was measured and is shown in FIG. The concentration of 2-MIB was 89 and 95 ng / L, respectively, and the geosmin concentration was 55 ng / L and the 2-MIB was 34 ng / 64%, the membrane filtration alone showed a considerable removal rate. These results suggest that the adsorption of some of the ultrafine water at the initial concentration of ppt, rather than the removal of geosmin and 2-MIB by membrane filtration, resulted in some adsorption on the filtration membrane. On the other hand, when 3 g of PAC was injected into the membrane module, it was judged that the adsorbent was completely adsorbed on activated carbon because 2-MIB and geosmin were not detected.
이상의 결과에서와 같이 직교류 방식과 전량여과 방식 모두 운전방식에 따라 처리효율에 차이는 나타나지만, 막여과에 활성탄을 투입함으로써 파울링 억제효과와 함께 활성탄의 흡착효과도 동시에 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen from the above results, although the treatment efficiency varies depending on the operation mode in both the cross flow type and the total filtration type, it was confirmed that the adsorption effect of activated carbon can be obtained simultaneously with the fouling inhibiting effect by introducing activated carbon into the membrane filtration .
[실험예 7] 막여과 후의 막표면 변화 관측[Experimental Example 7] Observation of membrane surface change after membrane filtration
여과막에 활성탄을 투입한 경우와 투입하지 않은 경우의 여과막 상태를 파악하고자 상기 실험예 1의 실험 종료 후 여과막을 실험장치에서 떼어 내어 막의 표면 사진을 및 SEM 촬영을 하여 막표면 변화를 관측하였다.After the completion of the experiment of Experimental Example 1, the filtration membrane was peeled off from the experimental apparatus to examine the state of the filtration membrane when the activated carbon was charged into the filtration membrane and when the activated carbon was not supplied.
도 20은 여과막의 표면 SEM 사진을 나타낸 것으로, (A)는 미사용막의 표면사진, (B)는 활성탄이 투입되지 않은 막의 표면사진이며, 막의 표면에 오염물질이 흡착되어 있음을 관측할 수 있다. (C)는 활성탄이 투입된 막의 표면으로 막의 표면에 PAC가 흡착되어 있음이 관측되었다.20 is a photograph of a surface SEM of a filtration membrane, in which (A) is a photograph of the surface of the unused film, (B) is a photograph of the surface of the film to which no activated carbon is applied, and it can be observed that contaminants are adsorbed on the surface of the membrane. (C) was observed on the surface of the membrane into which the activated carbon was introduced, and PAC was adsorbed on the surface of the membrane.
도 21은 입상활성탄(GAC)의 SEM 사진으로, (A)는 미사용 GAC의 표면을 40배 확대, (B)는 1,000배 확대한 사진이고, (C)는 막여과에 사용된 GAC를 1,000배 확대한 사진이다. (C) 사진의 경우 활성탄의 표면에 일부 오염물질의 흡착이 관측되나 실제 막여과에 있어서 파울링 억제 효과는 없고 단순히 활성탄의 흡착효과만 있는 것으로 조사되었다. 도 22는 분말활성탄(PAC)의 SEM 사진으로, (A)는 미사용 PAC를 200배 확대, (B)는 5,000배 확대한 사진이고, (C)는 막여과 후의 표면 사진을 5,000배 확대하여 나타낸 것이다. FIG. 21 is a SEM photograph of granular activated carbon (GAC). FIG. 21 (A) is an enlarged view of the unused GAC surface by 40 times and FIG. 21 (B) It is an enlarged photograph. (C), adsorption of some contaminants on the surface of activated carbon was observed, but in actual membrane filtration, there was no effect of inhibiting fouling and only adsorption effect of activated carbon was observed. FIG. 22 is a SEM photograph of powdered activated carbon (PAC), wherein (A) is an enlarged view of unused PAC by 200 times, (B) is a view of enlarging by 5,000 times, (C) will be.
Claims (8)
피처리수를 막여과부에 공급하는 공급부; 및
막여과부를 투과한 처리수를 저장하는 처리수 저장부 포함하는 막여과 정수처리 장치.A membrane filtration unit for removing activated tannin from the membrane surface of the hollow fiber membrane module to remove the tannin precursor and organic matter contained in the water to be treated;
A supply unit for supplying the water to be treated to the membrane filtration unit; And
And a process water storage section for storing the process water permeated through the membrane filtration section.
피처리수를 막여과부에 공급하는 단계;
활성탄이 상기 막여과부에 공급된 피처리수에 포함된 이취미전구물질 및 유기물을 흡착 및 응집하는 제1 정수 단계; 및
상기 피처리수가 중공사형 막 모듈을 투과하면서 막여과되는 제2 정수 단계
를 포함하고,
상기 제1 정수단계 및 제2 정수단계는 동시에, 또는 순차적으로 정수되는 것인 막여과 정수처리 방법.A method for performing a purification treatment using the membrane filtration water treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Supplying the for-treatment water to the membrane filtration unit;
A first purification step for adsorbing and aggregating the tropic materials and the organic substances contained in the water to be treated supplied to the membrane filtration unit by the activated carbon; And
A second purification step in which the untreated water is filtered while passing through the hollow fiber membrane module
Lt; / RTI >
Wherein the first purification step and the second purification step are simultaneously or sequentially purified.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140091843A KR101642087B1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140091843A KR101642087B1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160010990A true KR20160010990A (en) | 2016-01-29 |
| KR101642087B1 KR101642087B1 (en) | 2016-07-22 |
Family
ID=55310101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140091843A KR101642087B1 (en) | 2014-07-21 | 2014-07-21 | Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101642087B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108776086A (en) * | 2018-05-15 | 2018-11-09 | 深圳信息职业技术学院 | A kind of the resistance measurement system and test method of biological activated carbon |
| CN109731543A (en) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 清华大学 | A kind of composite material nanometer fiber and its preparation and application |
| CN115304125A (en) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 唐山开滦化工科技有限公司 | Treatment method of emulsified oil-containing wastewater |
| CN108776086B (en) * | 2018-05-15 | 2024-06-04 | 深圳信息职业技术学院 | Resistance testing system and method for biological activated carbon |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102649539B1 (en) | 2023-11-07 | 2024-03-21 | 대양엔바이오 주식회사 | Bamboo activated carbon pressure-sealed tank-type raw water gravity filtration device and method to improve microbubble rising speed during backwashing |
| KR102644049B1 (en) | 2023-11-07 | 2024-03-07 | 대양엔바이오 주식회사 | Activated carbon pressure-sealed tank-type raw water gravity filtration device and method to improve microbubble rising speed during backwashing |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005193075A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Filtration apparatus and filtering method using the same |
| KR20060009176A (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-31 | (주)비룡 | Advanced drinking water purification system by membrain filtration equipment using demanganese tower |
-
2014
- 2014-07-21 KR KR1020140091843A patent/KR101642087B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005193075A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-21 | Tsukishima Kikai Co Ltd | Filtration apparatus and filtering method using the same |
| KR20060009176A (en) * | 2004-07-21 | 2006-01-31 | (주)비룡 | Advanced drinking water purification system by membrain filtration equipment using demanganese tower |
Non-Patent Citations (17)
| Title |
|---|
| 1. Shiflett M. B. and Foley H. C., On the preparation of supported nanoporous carbon membrane, Jour. Membrane Sci., 179, 275-282, 2000 |
| 10. Hallstrom B. and M. Lopez-Leiva, Description of a rotating ultrafiltration module, Desalination, 24(103), 273-279, 1978 |
| 11. Hayashi J., Mizuta H., Yamamoto M., Kusakabe K. and Morooka S., Separation of ethane/ethylene and propane/propylene system with a carbonized BPDA-pp'ODA polyimide, Ind. Eng. Chem. Res., 35, 4176-4181, 1996 |
| 12. Lee S. and Lueptow R. M., Control of scale formation in reverse osmosis by membrane rotation, Desalination, 155, 131-139, 2003 |
| 13. Summers R. S., Haist B., Koehler J., Ritz J., Zimmer G. and Sontheimer H., The Influence of background organic matter on GAC adsorption, Jour AWWA, 81, 66-74, 1989 |
| 14. Clausi D. T. and Koros W. J., Formation of defect-free polyimide hollow fiber membranes for gas separations, Jour. Membr. Sci., 167, 79-89, 2000 |
| 15. Steel K. M., Carbon membranes for challenging gas separations, University of Texas, Ph. D thesis, 2000 |
| 16. Sedigh M. G., Onstot W. J., Xu L., Peng W. L., Tsotsis T. T. and Sahimi M., Experiments and simulation of transport and separation of gas mixtures in carbon molecular sieves membrane, Jour. Phys. Chem. A, 102, 8580-8589, 1998 |
| 17. Pelekani C. and Snoeyink V. L., Competitive adsorption in natural water: role of activated carbon pore size, Wat. Res., 33, 1209-1219, 1999 |
| 2. Pervov G., Scale formation prognosis and cleaning procedure schedule in reverse osmosis system operation, Desalination, 83, 77-118. 1991 |
| 3. Pelekani C. and Snoeyink V. L., Competitive adsorption in natural water: Role of activated carbon pore size, Wat. Res., 33, 1209-1219, 1999 |
| 4. 이규현, 막을 이용한 고도 수처리 기술, 환경기술, 18∼25, 1994 |
| 5. Lipp P., B. Gorge and R. Gimbel, A comparative study of fouling-index and fouling-potential of waters to be treated by reverse osmosis, Desalination, 79, 203-216, 1990 |
| 6. Fuertes A. B. abd Centeno T. A., Preparation of supported carbon molecular sieve membrane, Carbon, 37, 679-684, 1999 |
| 7. Wei W., Hu H., You L. and Chen G., Preparation of carbon molecular sieve membrane from phenol-formaldehyde novolac resin, Carbon, 40, 465-467, 2002 |
| 8. Katsaros F. K., Steriotis T. A., Stubos A. K., Mituropoulos A., Kanellopoulos N. K. and Tennison S., High pressure gas permeability of microporous carbon membranes, Microporous Mater, 8, 171-176, 1997 |
| 9. Porter M. C., Concentration polarization with membrane ultrafiltration, Industrial & Engineering Chemistry Product Research and Development, 11(3), 234-248, 1992 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108776086A (en) * | 2018-05-15 | 2018-11-09 | 深圳信息职业技术学院 | A kind of the resistance measurement system and test method of biological activated carbon |
| CN108776086B (en) * | 2018-05-15 | 2024-06-04 | 深圳信息职业技术学院 | Resistance testing system and method for biological activated carbon |
| CN109731543A (en) * | 2019-01-15 | 2019-05-10 | 清华大学 | A kind of composite material nanometer fiber and its preparation and application |
| CN115304125A (en) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 唐山开滦化工科技有限公司 | Treatment method of emulsified oil-containing wastewater |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101642087B1 (en) | 2016-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Stoquart et al. | Hybrid membrane processes using activated carbon treatment for drinking water: a review | |
| Zhang et al. | In situ ozonation to control ceramic membrane fouling in drinking water treatment | |
| Ince et al. | Further treatment of landfill leachate by nanofiltration and microfiltration–PAC hybrid process | |
| Paredes et al. | Integrating granular activated carbon in the post-treatment of membrane and settler effluents to improve organic micropollutants removal | |
| KR101642087B1 (en) | Improved method and apparatus for water treatment by using active carbon | |
| Mikhak et al. | Refinery and petrochemical wastewater treatment | |
| EP2984043B1 (en) | Process and installation for treating water from the petroleum and natural gas industry, especially produced water from oilfields and/or gasfields | |
| Shankar et al. | Evaluation of biochar-ultrafiltration membrane processes for humic acid removal under various hydrodynamic, pH, ionic strength, and pressure conditions | |
| JP2012091151A (en) | Adsorption structure, adsorption module, and method for producing the same | |
| Xu et al. | Development of a novel integrated membrane system incorporated with an activated coke adsorption unit for advanced coal gasification wastewater treatment | |
| Löwenberg et al. | PAC/UF processes: current application, potentials, bottlenecks and fundamentals: a review | |
| JP5085634B2 (en) | Membrane filtration system | |
| Zahoor | Removal of pesticides from water using granular activated carbon and ultrafiltration membrane—a pilot plant study | |
| Guo et al. | The combination effect of preozonation and CNTs layer modification on low-pressure membrane fouling control in treating NOM and EfOM | |
| TWI387562B (en) | Process and treatment device for water containing biological treatment water | |
| Leveille et al. | PAC membrane bioreactor as an alternative to biological activated carbon filters for drinking water treatment | |
| Svahn et al. | Assessment of full-scale 4th treatment step for micro pollutant removal in Sweden: Sand and GAC filter combo | |
| KR20130032137A (en) | An activated carbon watertreatment device and the watertreatment system and the method using thereof | |
| JP5581669B2 (en) | Water treatment method, water treatment member and water treatment facility | |
| Zhang et al. | Feasibility investigation of refinery wastewater treatment by combination of PACs and coagulant with ultrafiltration | |
| Pan et al. | Desorption of micropollutant from superfine and normal powdered activated carbon in submerged-membrane system due to influent concentration change in the presence of natural organic matter: experiments and two-component branched-pore kinetic model | |
| Adam et al. | Adsorptive natural zeolite ceramic membrane for ammonia removal in wastewater | |
| JP4020877B2 (en) | Dye recovery method and dye recovery system | |
| Saleh et al. | Industrial wastewater treatment improvements using activated carbon | |
| JP4760648B2 (en) | Pure water production equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |