최근 중국 회사는 파트너와 협력하여 생물학적 전처리와 세라믹 멤브레인 적용을 결합한 새로운 공정을 개발했습니다. 세람사이트 생물학적 필터는 미생물을 활용해 물 속의 유기물과 암모니아성 질소를 제거하고, 세라믹 멤브레인은 미생물, 탁도, 부유물질을 더욱 제거해 효율적인 고액-분리를 구현한다. 두 구성 요소는 함께 작동하며 각각 특정 기능을 수행합니다.
I. 프로세스 개요
본 복합 공정은 약간 오염된 하천을 예로 활용하여 상향류 세람사이트 생물학적 필터-평판 세라믹 멤브레인 복합 공정을 구축합니다. 원수 탁도는 0.5~3.2 NTU, DOC 2.1~4.0 mg/L, 배경 암모니아 질소 ≒0 mg/L였습니다. 실험에서는 오염을 시뮬레이션하기 위해 염화암모늄을 첨가하여 암모니아성 질소를 1.5~2.0mg/L로 높였습니다. 8{12}}10mm 세라믹 과립을 여과재로 사용한 -Al2O₃ 평판 세라믹 분리막은 0.0196m²의 유효 여과 면적을 가졌습니다. 시스템은 40 LMH의 유속과 2시간의 여과 주기에서 작동되었으며, 직접 세라믹 막 여과가 대조군 역할을 했습니다.
II. 정수 효율
결합된 공정은 오염 물질의 계층적 제거를 달성하여 탁월한 정화 효율성을 달성합니다. 탁도 측면에서 직접 여과 유출수는 0.01 NTU로 안정적으로 유지되어 98%의 제거율을 달성했습니다. 결합 공정에서 세라믹 과립 필터는 먼저 부유 입자를 11% 보유하여 유출 탁도를 1.35 NTU에서 1.20 NTU로 낮추고, 세라믹 멤브레인의 최종 유출은 0.01 NTU로 유지하여 총 제거율을 99% 초과하고 멤브레인의 보유 부하를 크게 줄였습니다. 용존 유기물에 대해서는 단일 세라믹 분리막의 경우 DOC 제거율이 14.2%, UV2₅₄ 제거율은 10% 미만이었습니다. 생물막 분해에 의존하는 ceramsite 필터는 이 두 지표에 대해 각각 22.3%와 15%의 제거율을 달성하여 결합 공정의 전체 DOC 제거율을 29.1%로 향상시켰으며 이는 직접 여과의 거의 두 배입니다. 암모니아성 질소 제거는 핵심 이점입니다. 멤브레인 부착 후 4일째에 질산화 시스템은 성숙되었으며, 세람사이트 필터의 유출수 중 암모니아 질소는 지속적으로 0.01 mg/L 미만으로 유지되었으며 제거율은 100%에 근접했습니다. 질산성 질소의 증가는 암모니아성 질소의 감소와 일치하여 질화가 지배적인 제거 과정임을 확인시켜 줍니다. 세라믹 멤브레인은 추가적인 암모니아 질소 제거 기능을 제공하지 않아 유출 농도를 0.01mg/L로 유지하여 단일{21}}멤브레인 공정의 단점을 보완했습니다. 형광유기물의 경우, 세람사이트 필터는 안정적인 작동 시 방향성 단백질, 휴믹산, 풀빅산의 형광세기를 감소시켰으며, 미생물 대사산물의 축적으로 인해 약간의 증가만 보였습니다. 세라믹 막은 잔류 거대-유기물을 더욱 유지하여 특히 미생물 대사산물에 대한 상당한 제거 효과를 보여 심층적인 정화를 달성했습니다.
III. 막 오염 특성
결합 공정의 비가역적 막횡단 압력 차이는 4.5kPa에서 8kPa로만 증가했는데, 이는 직접 여과의 26kPa에 비해 크게 감소하여 전체 막 오염 저항 증가를 50%까지 좁혔습니다. 막 표면 오염물질은 주로 용해성 미생물 대사산물과 방향족 단백질이었으며, 저-분자-중량 친수성 유기물이 86.3%를 차지했습니다. 막 공극 내의 오염 물질에는 평균 분자량이 33.1 kDa인 풀빅산이 추가로 포함되어 있어 복합 오염의 명확한 특성을 나타냅니다.
IV. 결론
생분해와 물리적 체질의 시너지 효과를 통해 이러한 결합 공정은 암모니아성 질소 및 유기물의 제거를 향상시킬 뿐만 아니라 비가역적인 막 오염을 효과적으로 억제하여 식수 처리에 세라믹 막을 적용하기 위한 새로운 기술 경로를 제공합니다.
