완속여과 공정에 대한 UF막 pilot plant의 적용

Abstract

산업화 및 도시화의 진행으로 인해 상수원의 오염이 가중되어 더 엄격한 정수처리 공정의 중요성이 한층 높아지고 있다. 상수원수내의 각종 유기성 오염물질은 기존의 재래식 정수공정에서 저조한 제거효율을 보이고 있다. 이에 따라 효율적으로 제거되지 않은 유기물질은 염소소독 과정을 거치면서 트리할로메탄(THMs)과 같은 각종 할로겐 화합물은 발암성 물질을 형성하거나 수도관이나 물탱크에 잔류하여 세균번식의 원인이 되는 등 수돗물의 안정성에 커다란 위협적인 요인이 되고 있다(Schnoor, 1979; Laine, 1989). 최근 국내외에서 정수처리 공정에 한외여과(Ultrafiltration, UF), 정밀여과(Microfiltration, MF), 나노여과 (Nanofiltration, NF)의 적용에 대한 연구가 활발히 추진되고 있으며, 또한 막분리 공정이 실용화되어 보급이 확대되고 있다. 막분리 공정은 상?하수처리 공정에서 깨끗한 물에 대한 수요의 증가와 점점 강화되는 법적규제를 만족시키기 위해서 그 적용이 점점 증가하고 있는 추세이다. 특히 UF 공정은 막 제조 기술의 발달과 대량생산으로 인하여 생산단가가 감소하여 수처리 공정에 대한 적용이 점점 증가하고 있다. UF 공정은 응집-침전-여과로 이루어지는 재래식 정수처리공정을 부분 또는 전체를 대체할 수 있을 뿐 아니라 탁도와 미생물의 제거에 탁월한 제거율을 가지고 있는 장점이 있다. 그러나 UF막분리 공정을 단독으로 사용했을 경우 유입수의 유기물 및 콜로이드 물질의 농도, 온도, pH 등의 수질 특성에 따라 운전이 제한되며 색도나 천연유기물질(NOM) 또는 합성유기화합물(SOCs)의 낮은 제거율 특성을 가지고 있고, 막표면에서 유발되는 막오염 (fouling)은 처리수의 투과 flux를 감소시켜 생산량의 감소를 유발하여 잦은 물리?화학적 세정으로 막의 수명도 감소시킨다. 최근 UF 공정에 대한 연구는 처리수의 수질 향상과 막오염을 저감시켜 처리수의 투과 flux를 증가시키는 분야에서 많은 연구가 진행 중이다. 현재 우리나라의 지자체에서 관리하는 정수장 중에 300여개가 5000m3/day 이하의 규모로서 완속여과를 사용하고 있다. 부산시 B 정수장도 그 중의 하나로서 계곡수를 수원으로 하는 4500m3/day의 소규모 정수장이다. 완속여과의 경우 자연적으로 형성되는 미생물 막에 의한 여과기능을 주요 기능으로 이용하기 때문에 일시적인 고탁도유입시 운전에 장애가 있으며 유기물을 비롯한 수질 변화에 취약한 단점이 있다. 따라서 최근 고도정수 공정으로 광범위하게 도입되고 있는 막여과 공정을 B 정수장에의 적용 가능성을 검토하기 위하여 본 연구가 수행되었다. 막여과 공정 중 UF 또는 MF 막여과 공정만으로는 유기물 및 위?취미의 제거 효율이 낮고 막 fouling이 급격히 진행되는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 막여과 공정의 전처리로 응집이나 분말활성탄(PAC) 접촉공정을 적용 할 수 있다. 따라서 본 연구는 B 정수장에 대한 UF막 여과공정의 적용을 검토하기 위하여 UF막 공정의 최적 전처리공정을 선정하고 최적의 운전 및 수질 특성을 살펴보고자 하였다.

Membrane filtration technology is widely applied to drinking water treatment in USA. However, the disadvantage of this method is that the components in water cause fouling in membrane. So, pretreatment before membrane filtration is necessary and has become an important aspect of membrane operation for its reducing particle and organic matter in the feed flow. This research focus on Application of UF Membrane pilot-plant to Slow Sand Filtration. In this pilot, to remove efficiency of dissolved and particulate matters, Coagulation Performance, PAC performance and PAC-Coagulation Performance are applied as pretreatment techniquesbefore UF membrane separation process. Applying coagulation process before membrane filtration showed not only reducing membrane fouling, but also improving the removal of dissolved organic materials that might otherwise not be removed by the membrane alone. Results showed that membrane performance was improved when the pretreatment process added. In case of Coagulation applied as a pretreatment process before UF membrane, the UF membrane Performance is 55% and 71% removal of DOC and UV254 respectively. In case of PAC-Coagulation, the UF membrane performance is 73 % and 85 % removal of DOC and UV254 respectively. The permeate fluxes is from 29 LMH (L/m2hr) to 26 LMH (L/m2hr) with pretreatment added while these values are 25 LMH (L/m2hr) to 18 LMH (L/m2hr) for only UF membrane performance. When combining coagulation with UF membrane, the flux is better than using UF process only. So, Coagulation Performance, PAC-Coagulation Performance are suggested as membrane filtration pretreatment process.