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멤브레인 = Membrane Journal v.21 no.1, 2011년, pp.46 - 54   피인용횟수: 1
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$TiO_2$ 나노입자/UV 결합 침지형 중공사막 시스템에서 자연유기물의 파울링거동
Behavior of NOM Fouling in Submerged Photocatalytic Membrane Reactor Combined with $TiO_2$ Nanoparticles

박승수    (인하대학교 환경공학과   ); 서형준    (인하대학교 환경공학과   ); 김정환    (인하대학교 환경공학과  );
  • 초록

    자연유기물을 처리하는 침지형 중공사막 정밀여과 시스템에서 $TiO_2$ 나노입자와 UV를 이용한 광촉매 반응을 적용 시 공기폭기, $TiO_2$ 농도, 용액의 pH 그리고 $Ca^{+2}$ 의 존재가 자연유기물에 의한 파울링에 미치는 혼합영향을 관찰하였다. 실험결과, $TiO_2$ 나노입자 없이 단순 UV의 조사만으로 자연유기물에 의한 파울링은 약 40% 정도 감소시킬 수 있었다. 또한 UV의 조사 없이 $TiO_2$ 나노입자의 교반만으로 약 25%의 파울링 감소효과를 나타내었다. 공기폭기가 광촉매 반응에 미치는 영향을 확인해 본 결과 공기폭기를 적용해 주지 않은 경우와 비교했을시 공기폭기로 인한 자연유기물의 제거효율은 약 12% 정도 향상되었다. 이는 공기폭기로 인한 분리막 표면으로부터 자연유기물의 물리적인 역수송 보다는 산소공급으로 인해 광촉매 반응이 더욱 향상된 것으로 판단된다. 공기폭기 유량, $TiO_2$ 농도, 용액의 pH 영향정도를 관찰한 결과 공기폭기가 자연유기물 파울링 감소에 미치는 영향이 가장 낮은 것으로 나타났다. 반면, 용액의 pH 경우 낮은 pH (= 4.5)에서 파울링 감소에 미치는 영향이 가장 높은 것으로 관찰되었다. 또한 $TiO_2$ 나노입자 농도가 증가할 수록 파울링 감소효과도 증가하였으며 용액의 pH를 낮출수록 파울링 감소는 증가하였다. 이는 낮은 pH에서 서로 반대전하를 지닌 자연유기물과 $TiO_2$ 나노 입자간의 정전기적인 인력이 증가하여 $TiO_2$ 나노입자 표면에서 자연유기물의 광촉매분해능이 향상된 것으로 사료된다. 또한 자연유기물 중 $Ca^{+2}$ 의 첨가는 상대적으로 높은 pH (= 10)에서 자연유기물과 $TiO_2$ 나노입자 사이 가교현상을 촉진시켜 $Ca^{+2}$ 이 첨가되지 않은 경우와 비교시 높은 파울링 감소효과와 자연유기물의 분해효과를 달성시킬 수 있었다.


    In this study, combined effect of airflow rate, $TiO_2$ concentration, solution pH and $Ca^{+2}$ addition on HA (humic acid) fouling in submerged, photocatalytic hollow-fiber microfiltraiton was investigated systematically. Results showed that UV irradiation alone without $TiO_2$ nanoparticles could reduce HA fouling by 40% higher than the fouling obtained without UV irradiation. Compared to the HA fouling without UV irradiation and $TiO_2$ nanoparticles, the HA fouling reduction was about 25% higher only after the addition of $TiO_2$ nanoparticles. Both adsorptive and hydrophilic properties of $TiO_2$ nanoparticles for the HA can be involved in mitigating membrane fouling. It was also found that the aeration itself had lowest effect on fouling mitigation while the HA fouling was affected significantly by solution pH. Transient behavior of zeta potential at different solution pHs suggested that electrostatic interactions between HA and $TiO_2$ nanoparticles should improve photocatalytic efficiency on HA fouling. $TiO_2$ concentration was observed to be more important factor than airflow rate to reduce HA fouling, implying that surface reactivity on $TiO_2$ naoparticles should be important fouling mitigation mechanisms in submerged, photocatalyic microfiltraiton. This was further supported by investigating the effect of $Ca^{+2}$ addition on fouling mitigation. At higher pH (= 10), addition of $Ca^{+2}$ can play an important role in bridging between HA and $TiO_2$ nanoparticles and increasing surface reactivity on nanoparticles, thereby reducing membrane fouling.


  • 주제어

    humic acid fouling .   $TiO_2$ nanoparticles .   photocatalysis .   submerged hollow-fiber microfiltration.  

  • 참고문헌 (24)

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  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kim, Il Hyoung ; Ji, Eun Hee ; Rhim, Ji Won ; Cheong, Seong Ihl 2012. "Studies on the Fouling Reduction through the Coating of Poly (vinyl alcohol) on Polyamide Reverse Osmosis Membrane Surfaces" 멤브레인 = Membrane Journal, 22(4): 272~279     

 저자의 다른 논문

  • 서형준 (15)

    1. 1998 "Polyethylene Glycol을 이용한 Cross-Flow Ultrafiltration에 있어서 운전조건의 영향" 공업화학 = Applied chemistry for engineering 9 (7): 950~955    
    2. 1999 "Phenanthrene 분해균주로부터 미생물 계면활성제의 생산" 한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering 14 (6): 737~741    
    3. 1999 "Cu - CN 함유 폐수의 화학적 산화" 청정기술 = Clean technology 5 (1): 20~29    
    4. 2001 "승기천 유역의 오염물 유출특성 및 수질관리방안 연구" 청정기술 = Clean technology 7 (4): 251~263    
    5. 2002 "정밀여과에 의한 중금속수산화물의 처리" 청정기술 = Clean technology 8 (3): 151~165    
    6. 2003 "Continuous Water Toxicity Monitoring Using Immobilized Photobacterium phosphoreum" Biotechnology and bioprocess engineering 8 (2): 147~150    
    7. 2003 "EVALUATION OF TWO ALTERNATIVES EFFICIENTLY AND ECONOMICALLY TREATING ELECTROPLATING WASTEWATER" Environmental engineering research 8 (2): 82~90    
    8. 2005 "응집-정밀여과에 의한 도시하수의 처리" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (6): 581~589    
    9. 2005 "점토광물에 대한 MTBE와 카드뮴의 물리화학적 흡착 특성" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 27 (3): 231~239    
    10. 2006 "이온교환과 전기투석을 이용한 니켈회수의 비교연구" 대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers 28 (6): 640~647    
  • 김정환 (7)

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