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초음파를 이용한 침출수 처리를 위한 막분리 공정의 막힘현상 개선(I) : 초음파의 영향인자 평가
Improvement of Fouling in Membrane Separation Process for Leachate Treatment using Ultrasound(I) : Analysis of Ultrasonic Parameters

김석완   (대구한의대학교 보건환경학과UU0000372  ); 임재림   (한국수자원공사 수자원연구원 국제상하수도연구소CC0186824  ); 이준걸   (대구한의대학교 보건환경학과UU0000372  );
  • 초록

    본 연구에서는 최근 매립지 침출수 처리를 위해 많이 활용되고 있는 막분리 공정에 초음파를 적용하여 투과속도와 막의 세정효율 향상에 미치는 영향인자와 효과에 대하여 살펴보았다. 즉, 중공사 형태의 MF막과 관형의 UF막을 대상으로 초음파의 주파수( $40{\sim}120$ kHz), 초음파의 세기( $200{\sim}500$ W), 운전압력( $0.1{\sim}2.3kg/cm^2$ ), 초음파 조사시간 등을 변화시키며 투과속도 향상에 미치는 영향을 평가하였다. 1차 처리된 침출수를 이용하여 초기 50 min 동안 막을 오염시킨 다음 70 min 동안 초음파를 조사하여 조사기간과 투과속도의 변화를 관찰하였다. 순수의 투과속도에 대한 투과속도의 회복률(recovery ratio)과 세정직전의 투과속도에 대한 초음파 조사 후 투과속도의 상승률(enhancement ratio)을 이용하여 영향인자를 분석하였다. 동일한 조건에서 막의 초음파 세정에 의한 투과속도 개선 효과는 주파수에 반비례적이며. 초음파의 조사강도에 비례적으로 나타났고, 막의 운전압력이 높으면 세정효과가 지연되며 투과속도의 개선효과도 감소하였다. 또한 10,000과 100,000 MWCO의 UF막에서의 회복율과 상승률은 각각 최대 75-98%와 40-50% 이었으나, $0.1{\mu}m$ MF막에서는 각각 10%와 500%였다. 1차 처리 침출수를 이용한 실험결과로부터 초음파에 의해 발생되는 기계적 진동을 활용한 막세정이 기존의 수세정과 약품세정 대신에 활용가능성이 확인되었다.


    This study evaluated the effect of ultrasonic irradiation on improving the flux and cleaning efficiency in membrane process which is widely applied for the treatment of landfill leachate. The experiments on improvement of membrane flux according to the types of membranes(hallowfiber microfiltration, MF and tubular ultrafiltration, UF) were performed with changing frequency( $40{\sim}120$ kHz), intensity ( $200{\sim}500$ W) and irradiation time of ultrasound as well us operation pressure( $0.1{\sim}2.3kg/cm^2$ ). Membrane was fouled for the first 50 min with primary treated leachate and then the change in flux according to ultrasonic irradiation period was observed for 70 min. Parameters influenced to the recovery ratio corresponding the net flux on pure water and to the enhancement ratio applied after ultrasonic irradiation on the flux were analyzed. In same condition, the flux was improved in proportion to ultrasonic intensity while the improvement of flux was inversely proportional to ultrasonic frequency. The cleaning effect of membrane was delayed and reduced when operation pressure of membrane was high. The recovery ratio and enhancement ratio for $0.1{\mu}m$ MF membrane were 10% and 500%, respectively while those were maximized at $75{\sim}98%\;and\;40{\sim}50%$ for UF membrane for 10,000 and 100,000 MWCO, respectively. In conclusion, it was confirmed that ultrasonic cleaning using mechanical vibration is alternative to water or chemical cleaning for improving membrane flux.


  • 주제어

    초음파 .   막분리 .   정밀여과 .   한외여과 .   침출수 .   세정.  

  • 참고문헌 (14)

    1. Chai, X, Kobayashi, T., and Fujii, N., 'Ultrasound effect on cross-flow filtration of polyacrylonitrile ultrafiltration membranes,' J of Membrane Science, 148, 129-135(1998) 
    2. Xijun Chai, Takaomi Kobayashi, Nobuyuki Fujii, 'Ultrasoundassociated cleaning of polymeric membranes for water treatment,' Separation and Purification Technology, 15, 139-146(1999) 
    3. Sanderson, R., Li, J., Koen, L. J., Lorenzen, L., 'Ultrasonic time-domain reflectometry as a non-destructive instrumental visualization technique to monitor inorganic fouling and cleaning on reverse osmosis membranes,' J Membrane Science, 5304, 1 -13(2002) 
    4. 김시준, 이병헌, 김정숙,'침출수처리에 있어서 막분리법의 적용가능성' 한국물환경학회지, 15(4),535-541(1999) 
    5. Masselin, I., Chasseray, X., Durand-Bourlier, L., Laine, J-M., Syzaret, P. Y., Lemordant, D., 'Effect of sonication on polymeric membranes,' J of Membrane Science, 181, 213 -220(2001) 
    6. Fairbanks, H. V. and Otsuka, T., 'Filtration aided by ultrasound,' Proc. West. Pharmacal. Soc., 20, pp. 227-231(1977) 
    7. Kobayashi, T., Chai, x, Fujii, N., 'Ultrasound enhanced cross-flow membrane filtration,' Separation and Purification Technology, 17, 31 - 40(1999) 
    8. Tarleton, E. S. and Wakeman, R. J., 'Microfiltration enhancement by electrical and ultrasonic force fields,' Proceedings of the filtration society, filtration & separation, May/June, pp. 192-195(1989) 
    9. Tarleton, E. S., Wakeman, R. J., 'Electro-Acoustic Crossflow Microfiltration,' Filtration & Separation, Proceedings of the filtration society, Sep/Oct, pp. 425-432(1992) 
    10. 김시준, 이병헌, '침적형막분리 활성슬러지공법을 이용한 폐수처리,' 한국폐기물학회지, 15(2), 123 - 130(1998) 
    11. Lozier, J. C. and Sierka, R. A., 'Using ozone and ultrasound to reduce RO membrane fouling,' AWWA, 78(8), 60 - 65( 1985) 
    12. Margulis, M. A., 'Sonochernistry and Cavitation,' Gordon and Breach Publishers, pp. 543(1993) 
    13. Simon, A., Penpenic, L., Gondrexon, N., Taha, S., and Dorange, G., 'A comparative study between classical stirred and ultrasonically-assisted dead-end ultrafiltration,' Ultrasonics Sonochemistry, 7(4), 183 - 186(2000) 
    14. Mason, T. J. and Tiehm, A., 'Ultrasound In Environmental Protection,' Advances In Sonochemistry, 6, pp. 273 (2001 ) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Seok-Wan ; Lim, Jae-Lim ; Lee, Jun-Geol 2006. "Improvement of Fouling in Membrane Separation Process for Leachate Treatment using Ultrasound(II) : Analysis of Membrane Materials, Solutes and Multi-ultrasonic Effect" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 28(2): 207~215     

 저자의 다른 논문

  • 김석완 (1)

    1. 2006 "초음파를 이용한 침출수 처리를 위한 막분리 공정의 막힘현상 개선(II) : 막의 재질, 용질과 복합초음파의 효과 분석" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (2): 207~215    
  • 이준걸 (1)

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