[미국] 해수 전처리 위한 중력식 멤브레인 여과 개선
연구논문 물 학술지 『엘스비어 저널(Elsevier Journal)』 최근호에 게재

‘해수 전처리를 위한 중력식 멤브레인 여과성능 향상 : 멤브레인 모듈 구성의 시사점'이라는 연구논문이 물 학술지(Water Research)인 『엘스비어 저널(Elsevier Journal)』 최근호에 게재됐다.

중력식 멤브레인(GDM) 여과는 저에너지 및 무공해 공정으로서 이전 연구에서 해수 전처리의 가능성을 보여줬다.

이 연구에서 잠수정 중력식 멤브레인(GDM) 반응기(유효 부피 720L)를 250일 이상 작동시켰고 40mbar의 정수압에서 투과 플럭스를 18.6±1.4L/㎡h로 안정화시켰다. 이 플럭스는 실험실 규모의 GDM 반응기(16.3±0.2L/㎡h, 유효 부피 8.4L) 및 여과 셀 시스템 (2.7±0.6L/㎡h, 공급측 부피는 0.0046L)보다 높았다. 동일한 평면 시트막이 사용됐다.

흥미롭게도 여과 셀이중력식 멤브레인(GDM) 반응기에 잠길 때, 플럭스(17.2L/㎡h)는 침지된 막 모듈에 필적했다.

케익층 형태 및 압축(foulant) 특성의 분석은 유기물질(생체 고분자 및 부식물질)의 축적이 적은 보다 두껍지만, 보다 다공성인 케익층이 개선된 투과 유속에 기여한다는 것을 나타냈다. 이 현상은 아마도 유기물질의 체류시간이 길고 중력식 멤브레인(GDM) 반응기에서의 진핵 생물의 성장, 포식 및 이동을 위한 충분한 공간과 연관될 수 있다.

또한, 침적된 중공사막의 투과 유속은 패킹 밀도가 감소함에 따라 증가했다. 중공사 사이의 공간이 축소되면 대형 진핵 생물의 움직임이 제한될 수 있다고 판단된다.

전처리 측면에서, GDM 시스템은 사료 해수에서 탁도, 생존 가능한 세포 및 투명한 엑소 중합체 입자를 효과적으로 제거했다. 중요한 것은 반응기 작동 시간을 연장시키면 흡수가 적은 유기탄소와 생체 고분자로 된 투과물이 생성된다는 것이다. 따라서 중력식 멤브레인(GDM) 투과물의 우수한 품질은 해수처리를 위한 후속 역삼투막 파울링을 경감시키는 잠재성을 갖는다. 

[원문보기]

Improved gravity-driven membrane filtration for seawater pretreatment

The research article 'Improved performance of gravity-driven membrane filtration for seawater pretreatment: Implications of membrane module configuration' has been published in Elsevier journal Water Research.

As a low energy and chemical free process, gravity-driven membrane (GDM) filtration has shown a potential for seawater pretreatment in our previous studies. 

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In this study, a pilot submerged GDM reactor (effective volume of 720 L) was operated over 250 days and the permeate flux stabilized at 18.6 ± 1.4 L/m2h at a hydrostatic pressure of 40 mbar. This flux was higher than those in the lab-scale GDM reactor (16.3 ± 0.2 L/m2h; effective volume of 8.4 L) and in the filtration cell system (2.7 ± 0.6 L/m2h; feed side volume of 0.0046 L) when the same flat sheet membrane was used.

Interestingly, when the filtration cell was submerged into the GDM reactor, the flux (17.2 L/m2h) was comparable to the submerged membrane module.

Analysis of cake layer morphology and foulant properties indicated that a thicker but more porous cake layer with less accumulation of organic substances (biopolymers and humics) contributed to the improved permeate flux. This phenomenon was possibly associated with longer residence time of organic substances and sufficient space for the growth, predation, and movement of the eukaryotes in the GDM reactor.

In addition, the permeate flux of the submerged hollow fibre membrane increased with decreasing packing density. It is thought that the movement of large-sized eukaryotes could be limited when the space between hollow fibres was reduced.

In terms of pretreatment, the GDM systems effectively removed turbidity, viable cells, and transparent exopolymer particles from the feed seawater. Importantly, extending the reactor operation time produced a permeate with less assimilable organic carbon and biopolymers. Thus, the superior quality of the GDM permeate has the potential to alleviate subsequent reverse osmosis membrane fouling for seawater treatment.

[출처 = Filtration+Separation(www.filtsep.com) / 2017년 5월 15일]

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