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ISSN : 1226-0088(Print)
ISSN : 2288-7253(Online)

Membrane Journal Vol.32 No.6 pp.465-474
DOI : https://doi.org/10.14579/MEMBRANE_JOURNAL.2022.32.6.465

Effect of Suction Pressures with Respect to the Operational Modes Using the Quorum Quenching in the Membrane Bioreactor

Min Hyeong Kim^*, Eeung Mo Koo^**, Hyeok Kim^***, Hyun-Suk Oh^***, Kun Yong Chung^*†

^*Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Korea
^**Department of Energy and Chemical Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Korea
^***Department of Environmental Engineering, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Korea

^†Corresponding author(e-mail: kychung@seoultech.ac.kr; http://orcid.org/0000-0002-5182-0012)

Received October 21, 2022 ; Review October 31, 2022 ; Accepted November 1, 2022

Abstract

The suction pressure was measured with respect to operational time by the backwashable flat sheet membrane module in membrane bioreactor (MBR). The membrane module having the nominal pore size of 0.2 μm and the effective membrane area of 128cm² was submerged in MLSS 8,000 mg/L active sludge aqueous solution. The suction pressure was observed with respect to permeation flux and the quorum quenching (QQ) treatment. The effects of FR and SFCO operation methods were compared and analyzed in the experimental groups: vacant bead (VB), BH4 and DKY-1 beads. The suction pressure reduction was the most effective for the permeation flux 40 L/m²⋅h with the injection of DKY-1 QQ beads. Also, the suction pressure reduction by the backwashing method was more than twice for using DKY-1 QQ beads.

Key Words : MBR , suction pressure , qourum quenching , BH4 , DKY-1 , backwashing

생물막 반응기내 quorum quenching을 이용한 운전방식에 따른 흡입 압력의 영향

김 민 형^*, 구 응 모^**, 김 혁^***, 오 현 석^***, 정 건 용^*†

^*서울과학기술대학교 화공생명공학과
^**서울과학기술대학교 융합과학대학원 에너지화학공학과
^***서울과학기술대학교 환경공학과

초록

역세척이 가능한 평막형 분리막 모듈을 분리막 생물반응기(MBR)에 침지시켜 운전 시간에 따른 흡입 압력을 측 정하였다. MLSS 8,000 mg/L 활성 슬러지 수용액에 공칭 세공크기가 0.2 μm, 유효막면적이 128 cm²인 분리막 모듈을 침지 시킨 후 투과 유속, quorum qeunching (QQ) 비드를 변화하며 흡입 압력을 확인하였다. Vacant bead (VB), BH4와 DKY-1의 실험군에서 FR과 SFCO 운전방식에 따른 효과를 비교, 분석하였다. 투과 유속 40 L/m²⋅h 이고 DKY-1 QQ 비드를 주입할 경우 흡입 압력 감소는 가장 효과적이었다. 또한 역세척에 의한 흡입 압력 감소 효과는 DKY-1 QQ 비드의 경우보다 2배 이 상 높게 나타났다.

키워드 :

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1. 서 론

침지식 분리막 생물반응기(membrane bioreactor, MBR) 공정은 기존 활성슬러지 공법(conventional activated sludge. CAS)의 폭기조 내에 분리막을 침지시켜 투과수 를 생산하므로 침전조가 불필요하고, 소요 면적을 줄일 수 있는 장점을 가진다. 또한 MBR 공정은 고농도의 MLSS (mixed liquor suspended solids)와 저농도의 슬 러지 생성을 가능하게 하며, 화학적 산소 요구량 (chemical oxygen demand, COD)과 생물학적 산소 요 구량(biological oxygen demand, BOD)의 높은 제거 효 율과 물의 재활용을 가능하게 한다. 따라서 전 세계의 많은 대규모 공장들이 도시 및 산업 폐수를 처리하는데 있어서 MBR 공정을 기반으로 하는 것을 고려한다. 하 지만 MBR 공정은 높은 에너지 소비와 분리막 오염으 로 인한 주기적인 분리막 세척과 교체가 여전히 도전과 제로 남아있다[1]. 또한 최근 대두되는 미세플라스틱 (microplastics, MPs)의 잠재적 위협에 있어서 분리막 공정이 중요한 해결책으로 제시되는 것과 수자원 부족 으로 인한 방류수의 재활용 등으로 수요는 증가할 것으 로 보인다[2,3].

그러므로 여과 공정의 특성상 발생하는 분리막의 오 염 관리, 공기 공급의 필요에 따른 에너지 비용 및 운 전 방법, 적절한 공정 설계 등을 포함한 MBR 공정에너 지 절감 기술의 발전은 MBR 시장의 성장을 위해서 지 속적인 연구 개발이 필요하다[4]. 막 오염을 효과적으로 제어하기 위해 quorum quenching (QQ)[5], 역세척[6], 광촉매 합성[7], 간헐포기[8], 응집제 주입[9], 활성탄 (activated carbon)을 이용한 흡착 및 유/무기물 세척 [10], 머신 러닝을 이용한 흡입 압력(suction pressure) 예측모델을 구축[11]하는 등의 다양한 기술들이 개발되 고 있다. 이중 미생물 간 신호 전달 물질인 N-acyl homoserine lactone (AHL)를 제거하여 분리막에 생기는 biofilm을 제거하는 QQ기술은 효과적으로 bio fouling 을 억제하고 플랜트 규모로의 확장이 가능함을 보고하 였다[12]. 최근 QQ-MBR의 효과적인 오염 제어 전략 개발을 위해 단일 세균종 또는 복합적 사용이 제안되었 으며, alginate, polyvinyl alcohol (PVA) 등 다양한 매 체를 사용하여 QQ의 내구성을 향상시키고, 생체자극에 기반한 QQ을 사용하는 등의 여러 기법이 제시되었다 [13].

또한 MBR 공정의 막오염 제어방식인 여과/정지 (filtration/relaxation, FR) 방식에서 펌프 재가동에 필요 한 에너지를 절약하기 위하여 투과 유속을 연속적인 사 인파형으로 운전하여 펌프를 정지하지 않고 막 오염을 제어하는 사인파형 투과 유속 연속운전(sinusoidal flux continuous operation, SFCO)도 보고된 바 있다[14].

본 연구에서는 QQ-MBR에 여과 운전 방식을 적용하 였을 때의 효과를 확인하기 위하여, QQ 박테리아 고정 비드가 첨가된 MBR 반응조에 역세척이 가능한 평막 모듈을 침지시키고 FR, SFCO 및 역세척 운전 방식을 적용하였다. 먼저 FR 및 SFCO 운전 방식으로 흡입 압 력을 측정하였으며, QQ 비드에 따른 흡입 압력의 영향 을 비교, 분석하였다.

2. 실험 장치 및 실험 방법

2.1. 분리막 모듈

본 실험에 사용한 분리막은 A사의 PVDF 재질의 고 분자 나노소재를 사용하였으며, 공칭 세공 크기가 0.2 μm인 침지형 평막을 사용하였다. 분리막은 4 mm의 두 께로 되어 있으며, 내부에는 자체적으로 지지층이 있어 역세척이 가능하다[15]. 투과 실험에 사용한 분리막 모 듈은 한 변이 13.8 cm 길이로 제작하였으며 모듈에 장 착된 분리막은 한 변이 8 cm 길이인 정사각형이다. 모 듈 양면에 분리막이 설치되어 있으므로, 이에 해당되는 유효 막면적은 128 cm²이었다.

2.2. MBR 반응기

본 실험에 사용한 MBR 반응기는 투명 아크릴 재질 로 제작하였다. 가로 14.9 cm, 세로 10 cm, 높이 30.5 cm의 직육면체로 내부 부피 약 4.5 L이며 분리막 모듈 을 고정하기 위하여 1.4 cm의 설치 공간을 확보하였다. 또한 반응기 바닥은 50도 정도의 경사를 형성하여 QQ 비드가 침전하여 순환되지 않는 영역이 존재하지 않도 록 제작하였다.

2.3. 활성 슬러지 특성

실험에 사용한 활성 슬러지는 별도의 반응조를 설치 한 후, E사의 주정 폐수를 사용하여 실험에 적합하도록 주기적으로 활성 슬러지 용액을 관리하였다. 활성 슬러 지의 mixed liquor suspended solid (MLSS) 및 수질 유 지를 위하여 40 L의 생물 반응기에 HRT 31시간 기준 으로 인공폐수 70 L를 제조하여 일정하게 주입하였다. 또한 액위 조절기를 사용하여 생물 반응기의 액위를 유 지하면서 침지형 분리막으로 처리수를 배출하였다. 활 성 슬러지의 수질은 MLSS 8,000 mg/L, 용존산소 2 내 지 4 mg/L 그리고 pH 7을 목표로 관리하였다.

2.4. Quorum quenching (QQ) 비드

활성슬러지를 채운 MBR 반응조 내에 비드 형태의 QQ를 주입하였다. N-acyl homoserine lactone (AHL) 신호를 간섭하는 rhodococcus sp. BH4 박테리아[12]와 autoinducer-2 (AI-2) 신호를 간섭하는 acinetobacter sp. DKY-1 박테리아[16]를 polyvinyl alcohol 12.5 wt%와 sodium alaginate 1.25 wt% 수용액으로 제조한 비드에 고정하여 2 종류의 QQ 비드를 제조하였다[17]. QQ 비 드는 MBR 반응조에 투입되는 활성슬러지 4 L를 기준 으로 1 vol% 농도로 투입하였다. 또한 활성슬러지 내에 서 비드만의 효과와 미생물의 효용성을 확인하기 위해 미생물을 고정하지 않은 vacant bead (VB)를 제조하여 실험하였다.

2.5. 실험 장치

MBR 실험 장치의 개략적인 흐름도는 Fig. 1과 같다. 4.5 L 크기의 MBR 반응조(1)에는 2개의 동일한 한변 의 길이가 13.8 cm인 평막(2)이 침지되어 있다. 반응조 내에는 QQ 비드(3)를 주입하였으며 FR 및 SFCO 방식 의 투과실험을 독립적으로 수행하기 위하여 평막 모듈 은 각각의 펌프(4, 5)와 압력계(7, 8, Sensys PTDC-100, RCIA)로 운전하였다. 역세척 운전을 위한 펌프(6)를 설 치하여 수동 운전하였다. FR 운전의 투과 주기 중의 처 리수는 역세척조(9)에 수집하였고 수집한 투과수는 펌 프(6)를 이용해 역세척에 사용하였다. 또한 활성슬러지 MLSS 농도 유지를 위하여 남은 투과수를 MBR 반응 조로 재순환시켰다. 투과 시간에 따른 흡입 압력을 압 력계(7, 8)로 측정하였으며 컴퓨터(10)에 UTP 케이블로 연결하여 실시간으로 자동 기록하였다. 또한 호기성 MBR 반응조 환경을 만들어 주기 위하여 펌프(11)를 사용하여 반응조 내로 공기를 공급하였다. 공기의 유량 은 유량계(12)로 조절하였으며, 활성 슬러지 및 QQ 비 드가 자연적으로 순환시킬 수 있도록 삼각기둥 모양의 산기관(13)을 반응조 크기에 적절하게 설치한 후 공기 를 분산시켜 주입하였다.

2.6. 실험 방법

2.6.1. QQ 효과

QQ 효과를 비교하기 위해 3가지 실험군을 설정하였 다. QQ 비드를 주입하지 않은 반응조를 대조군으로 선 정한 후, 비드만의 효과를 확인하기 위하여 미생물을 고정시키지 않은 VB를 넣어준 반응조를 설정하여 실험 하였다. 이후 DKY-1, BH4 균주를 고정시킨 비드를 주 입한 반응조를 새로운 비교군으로 설정하여 VB를 주입 한 실험 결과와 비교함으로써 비드 효과를 제외한 QQ 효과를 비교, 분석하였다.

2.6.2. 투과 실험

본 실험은 MBR에서 일반적으로 사용하는 FR운전과 투과 유속을 사인파형으로 연속 운전하는 SFCO 방식 을 이용하여 수행하였다. 활성슬러지 반응조에 분리막 모듈을 침지시켜 비드의 종류와 투과 유속을 제외한 모 든 조건이 동일한 상태에서 투과 실험을 진행하였다. 공기 유량은 2 L/min로 동일한 공기량을 반응조에 유 입하였다. FR과 SFCO 운전모드는 12분을 주기로 설정 하였다. FR 운전방식은 10분간 투과 운전 후에 2분간 휴지하여 분리막을 이완시켰다. SFCO 운전방식의 경우 동일 주기의 FR 운전방식의 투과량과 동일하도록 Fig. 2와 같이 1분 단위로 흡입펌프의 rpm을 Labview 프로 그램을 이용하여 사인파형으로 변화시키며 연속적으로 운전하였다. 분리막의 비가역적인 막오염과 원활한 세 척을 위하여 흡입 압력이 40 kPa에 도달하거나 최대 18회의 주기까지 반복하여 투과 실험하였다.

또한 QQ 비드 종류를 변화시키면서 투과 유속을 운전 변수로 설정하였고 이에 따른 FR, SFCO 운전방식에 대 한 분리막의 흡입 압력을 측정, 비교하였다. 투과 유속은 30, 40, 50 L/m²⋅h으로 변화시켜 운전하였다. 투과 실 험의 기준 조건은 QQ 처리를 하지 않 은 반응조의 투과 유속 40 L/m²⋅h, MLSS 8,000 mg/L로 설정하였다.

2.6.3. 분리막 세척

모든 투과 실험을 마친 후에는 물리적, 화학적 세척 을 실시하였다. 물리적 세척은 표면의 이물질을 흐르는 물에 부드러운 스펀지를 이용하여 제거한 후, 5분간 순 수로 역세척하였다. 화학적 세척은 NaOCl 0.5 wt% 수 용액을 제조하여 물리적 세정을 마친 분리막을 1시간 동안 침지시켰다. 초기 흡입 압력의 10% 이내로 흡입 압력이 측정될 경우 세척을 마쳤으며, 순수를 30 L/m² ⋅h의 투과 유속으로 투과시킨 후 다음의 투과 실험을 진행하였다.

3. 실험 결과 및 고찰

3.1. 투과 유속에 따른 흡입 압력

3.1.1. 투과 유속에 따른 흡입 압력

투과 유속을 30, 40, 그리고 50 L/m²⋅h로 증가시키 면서 측정한 흡입 압력을 Fig. 3에 나타내었다. 투과 유 속 30 L/m²⋅h, FR 방식은 Fig. 3(a)에서와 같이, 흡입 압력이 선형적으로 증가하였으며 제16주기에서 최대 25.1 kPa까지 도달하였다. SFCO 방식으로 운전할 경우 에는 FR 방식과 동일하게 선형적인 증가를 보였으나, 제1, 2주기에서는 FR 방식보다 흡입 압력이 낮았으며 최종 제16주기에서는 최대 29.7 kPa에 도달하였다. 이 때의 FR에 대한 SFCO의 흡입 압력 차이는 18%로 FR 방식이 SFCO 방식에 비해 막 오염이 저감됨을 확인하 였다. Fig. 3(b)에서와 같이 투과 유속을 40 L/m²⋅h으 로 증가시키면 SFCO 방식의 흡입 압력은 30 L/m²⋅h 의 경우와 같이 초기 1, 2주기에서 FR 방식보다 낮았지 만, 그 후 서서히 증가하여 제8주기에는 34.6 kPa까지 선형적으로 증가하였다. 또한 제8주기에서 FR 방식의 최대 흡입 압력은 32.8 kPa로 SFCO 방식보다 5% 가량 낮았다. 계속해서 투과 유속을 50 L/m²⋅h까지 증가시 킬 경우 흡입 압력을 Fig. 3(c)에 나타내었다. 30과 40 L/m²⋅h의 경우와 같이 SFCO 방식의 초기 흡입 압력 은 FR 방식보다 낮았지만, 그 이후 급속하게 증가하여 제7주기에는 36.2 kPa에 도달하였다. FR 운전방식은 제7주기에 최대 27.1 kPa로 SFCO 방식보다 34% 낮았 다.

3.1.2. 비드 주입에 따른 흡입 압력

본 연구에서 제조한 비드는 약 5 mm 직경의 크기를 가지며, 반응조 내에서 폭기에 의해 자유롭게 이동하면 서 분리막 표면과의 충돌에 의해 표면에 부착된 생물막 을 탈착시키는 물리적 세정효과를 가질 수 있다[18]. 따 라서 비드에 의한 물리석 세정 효과를 측정하기 위하여 미생물이 부착되지 않은 VB를 활성 슬러지 반응조 내 에 주입하고 FR및 SFCO 방식으로 흡입 압력을 측정하 여 Fig. 4에 나타내었다. Fig. 4와 같이 투과 유속을 30, 40, 그리고 50 L/m²⋅h로 증가할 경우, FR 방식의 흡 입 압력은 각각 16.7 (제16주기), 21.6 (제8주기)그리고 15.2 kPa (제7주기)이었다. 또한 SFCO의 흡입 압력은 각각 23.8 (제16주기), 30.1 (제8주기)및 21.0 kPa (제7 주기)으로 FR 경우보다 각각 42, 39 및 38% 높게 나타 났다.

비드에 의한 흡입 압력의 효과를 분석하기 위하여 Fig. 3과 Fig. 4의 투과 실험 결과를 Table 1에 요약하 였다. FR 방식에 따른 비드의 흡입 압력 감소효과는 40 L/m²⋅h 이하에서는 약 34%, 50 L/m²⋅h에서는 44% 로 나타났다. 또한 SFCO 방식의 경우에도 40 L/m²⋅h 이하에서는 20% 이하였지만, 투과 유속을 50 L/m²⋅h 로 증가시키면 42%로 증가하여 FR 방식과 유사한 감 소효과를 나타내었다.

3.2. QQ 비드 주입에 따른 흡입 압력

MBR 반응조에 BH4, DKY-1 QQ 비드를 각각 주입 하고 투과 유속을 증가시키면서 흡입 압력을 측정하여 Fig. 5와 6에 나타내었다. BH4 QQ 비드의 경우 Fig. 5(a)에서와 같이, 투과 유속 30 L/m²⋅h에서 SFCO 방 식의 흡입 압력은 제1주기에서부터 계속적으로 증가하 여 제16주기에는 22.6 kPa까지 증가하였다. 또한 투과 유속을 40과 50 L/m²⋅h까지 증가시키면 Fig. 5(b, c)에 서와 같이 각각 19.8 (제8주기) 및 20.0 kPa (제7주기) 까지 증가하였다. FR 방식의 흡입 압력은 30, 40 및 50 L/m²⋅h에서 SFCO보다 훨씬 낮게 운전됨을 Fig. 5에 서 확인할 수 있었다. DKY-1 비드의 경우에는 Fig. 6(a)에서와 같이, 투과 유속 30 L/m²⋅h에서 SFCO 방 식의 흡입 압력은 제1주기에서부터 계속적으로 증가하 여 제16주기에는 16.9 kPa까지 증가하였다. 또한 투과 유속을 40, 50 L/m²⋅h까지 증가시키면 Fig. 6(b, c)에 서와 같이 각각 17.3 (제8주기) 및 20.6 kPa (제7주기) 까지 증가하였다. FR 방식의 흡입 압력은 30, 40 그리 고 50 L/m²⋅h에서 SFCO 방식보다 각각 9.6 (제16주 기), 12.0 (제8주기) 및 15.0 kPa (제7주기)로 더 낮게 운전됨을 Fig. 6에서 확인할 수 있었다. BH4 비드의 경 우, 30, 40 및 50 L/m²⋅h 투과 유속에 따른 FR 방식의 흡입 압력은 SFCO 방식보다 각각 67, 47 및 34% 감소 하였다. 또한 DKY-1 비드의 경우 30, 40 그리고 50 L/m²⋅h 투과 유속에 따른 FR 방식의 흡입 압력은 각 각 76, 44 및 37%로 비슷하게 감소함을 확인하였다.

QQ 비드에 의한 흡입 압력의 효과를 분석하기 위하 여 비드를 주입하지 않은 운전방식과 비교하여 Table 2 에 나타내었다. BH4 QQ 비드의 경우, FR 운전방식에 따른 흡입 압력 효과는 30, 40 그리고 50 L/m²⋅h에서 각각 46, 59, 그리고 45%임을 알 수 있었다. SFCO 운 전방식에 따른 흡입 압력 효과는 30과 40 L/m²⋅h에서 는 각각 24 및 43%로 FR 방식보다 낮았지만 50 L/m² ⋅h에서는 45%로 FR 방식과 같았다. 또한 DKY-1 QQ 비드의 경우 FR 방식에 따른 흡입 압력 효과는 30, 40 및 50 L/m²⋅h에서 각각 62, 63 및 44%임을 확인할 수 있었다. SFCO 방식에 따른 흡입 압력 효과는 30과 40 L/m²⋅h에서는 각각 43 및 50%로 FR 방식보다 낮았지 만 50 L/m²⋅h에서는 43%로 FR 방식과 비슷하게 나타 났다.

이상에서와 같이, BH4와 DKY-1 QQ 비드의 흡입 압력 감소 효과를 비교하면, DKY-1 QQ 비드가 FR 운 전방식으로 투과 유속이 낮은 40 L/m²⋅h 이하에서 효 과적임을 확인할 수 있었다.

3.3. MLSS에 따른 흡입 압력

QQ 비드에 의한 흡입 압력 감소 효과가 좋은 DKY-1 비드와 투과 유속 40 L/m²⋅h에서 MLSS를 6,000 내지 10,000 mg/L까지 변화시키며 투과 실험한 결과를 Fig. 7에 나타내었다. MLSS 6,000 mg/L에서 FR 방식의 흡입 압력은 Fig. 7에서와 같이, 제1주기의 최대 흡입 압력 4.0 kPa에서 제8주기의 최대 흡입 압력 6.1 kPa까지의 차이는 2.1 kPa로 약간 증가하였다. SFCO 방식으로 운전할 경우에는 제1, 2주기에서는 FR 방식과 비슷한 흡입 압력이었으나, 그 후 서서히 증가 하여 제8주기에서의 흡입 압력은 9.6 kPa로 FR 방식보 다 약 57% 높았다. 또한 MLSS 8,000 mg/L와 비교하 여 FR 및 SFCO 방식의 최대 흡입 압력은 제8주기에 각각 49 및 45% 낮았다. 계속해서 MLSS를 10,000 mg/L로 운전하였을 경우 SFCO 방식의 흡입 압력은 제 1주기에서는 FR 방식과 비슷한 흡입 압력을 보였으나, 그 이후 급속하게 증가하여 제8주기에는 23.4 kPa에 도 달하였다. FR방식의 최대 흡입 압력은 제8주기에서 15.7 kPa로 SFCO보다 약 49% 낮았다. 또한 MLSS 8,000 mg/L과 비교하여 FR과 SFCO 방식의 최대 흡입 압력은 각각 30 및 35%가량 높았다.

3.4. 역세척에 의한 흡입 압력

막오염이 많이 발생하는 MLSS 10,000 mg/L 활성슬 러지 수용액을 역세척 및 DKY-1 QQ 비드 효과를 측 정하였다(Fig. 8). 역세척은 10분 투과/2분 이완 주기로 운전되는 FR 방식에서 2분 이완 주기에 1분 동안 47 L/m²⋅h로 실시하였다. 또한 역세척 시 활성 슬러지 용 액 내에 DKY-1 QQ 비드가 주입된 경우(FR/Bead/BW) QQ 비드가 주입되지 않은 경우(FR/BW)를 구분하여 투과 실험하였다.

DKY-1 QQ 비드가 주입된 상태에서 역세척을 실시 할 경우(FR/Bead/BW)의 흡입 압력은 Fig. 8에서와 같 이 제1주기에 8.8 kPa에 도달한 후 거의 증가하지 않았 으며, 결국 제8주기에서의 최대 흡입 압력은 9.4 kPa이 었다. 역세척을 실시하지 않은 FR 운전방식(FR/Bead) 과 비교하여 흡입 압력의 차이는 40%가량 훨씬 낮게 유지되었다.

그리고 DKY-1 QQ 비드를 주입하지 않은 상태에서 역세척을 실시한 경우(FR/BW)에는 제1주기에 FR/Bead 운전방식과 동일한 흡입 압력에서 시작하였지만 FR/ Bead 경우와는 달리 흡입 압력이 크게 증가하지 않았 으며, 제8주기에서 최대 흡입 압력은 11.0 kPa로 FR/ Bead 경우보다 30% 낮았다.

비드가 포함된 FR/Bead/BW 역세척 운전방식과 비드 가 포함되지 않은 FR/BW 방식의 흡입 압력을 비교하 면 15%가량 낮게 나타났으며 이는 역세척에 의한 효과 보다 미미하였다.

4. 결 론

역세척이 가능한 평막형 분리막 모듈을 QQ 비드가 주입된 활성슬러지 용액에 침지시켜 FR, SFCO 및 역 세척 운전방식으로 흡입 압력을 측정하였으며, 그 결과 를 요약하면 다음과 같다.

- FR 방식의 흡입 압력이 SFCO 방식보다 전반적으 로 낮게 나타났다.
- 비드 주입에 따른 흡입 압력 감소 효과는 FR 방식 의 경우가 30 및 40 L/m²⋅h에서 크게 나타났으나, 50 L/m²⋅h에서는 FR과 SFCO 방식 모두 40% 이 상으로 비슷하였다.
- BH4와 DKY-1 QQ 비드를 주입하면 흡입 압력이 상대적으로 감소하였으며, 특히 DKY-1 QQ 비드 가 주입된 MLSS 8,000 mg/L 활성슬러지에서 FR 방식으로 투과 유속이 40 L/m²⋅h 이하일 때 가장 효과적이었다.
- 투과유속 40 L/m²⋅h, MLSS 10,000 mg/L 활성슬 러지의 경우, 흡입 압력 감소 효과는 역세척 방법 이 DKY-1 QQ 비드의 경우보다 2배 이상 높음을 확인하였다.

Figures

Fig. 1.

Schematic flow diagram of the MBR system equipped with the backwashable membrane module.

Fig. 2.

(a) Permeate weight and (b) flux calibration for FR and SFCO modes at 30 L/m²⋅h.

Fig. 3.

Suction pressure of the FR and SFCO operational modes for (a) 30, (b) 40 and (c) 50 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 8,000 mg/L MLSS activated sludge solution.

Fig. 4.

Suction pressure of the FR and SFCO operational modes for (a) 30, (b) 40 and (c) 50 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 8,000 mg/L MLSS activated sludge solution with the vacant bead.

Fig. 5.

Suction pressure of the FR and SFCO operational modes for (a) 30, (b) 40 and (c) 50 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 8,000 mg/L MLSS activated sludge solution with the BH4 QQ bead.

Fig. 6.

Suction pressure of the FR and SFCO operational modes for (a) 30, (b) 40 and (c) 50 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 8,000 mg/L MLSS activated sludge solution with the DKY-1 QQ bead.

Fig. 7.

Suction pressure of the FR and SFCO operational modes for 40 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 6,000, 8,000 and 10,000 mg/L MLSS activated sludge solution with the DKY-1 QQ bead.

Fig. 8.

Suction pressure of the FR and FR/BW operational modes for 40 L/m²⋅h at 2 L/min air flowrate in the 10,000 mg/L MLSS activated sludge solution with the DKY-1 QQ bead.

Tables

Table 1.

Comparison of the Maximum Suction Pressure for the FR and SFCO Operational Modes at the Same Position of Operational Cycle

Table 2.

Comparison of the Maximum Suction Pressure for the FR and SFCO Operational Modes with BH4 and DKY-1 Beads based on the Maximum Suction Pressure without Bead

References

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