Abstract
The purpose of this study was to evaluate the performance of newly developed Large Pore Micro-Filtration (LPMF) membrane in Lab size for the application of water treatment, and to find its problems with solutions. The out-to-inside filtration hollow fiber LPMF membrane of which average pore size was $5{\mu}m$ was used at this study and its material was the PET braid reinforced PVDF. Filtration tests were done through gravity with 30 cm water head difference or pressure below 1.5 bar, and the backwash was done instantaneously with the filtrate after pressurizing it to about 4 bar. The water flux of the LPMF membrane with 0.2 bar TMP (Trans Membrane Pressure) was 2 times higher than $0.4{\mu}m$ MF membrane with $0.05{\mu}m$ UF filtrate of the tap water and it was measured also with 20~30 cm water head difference which showed over 800 LMH at 30 cm water head difference. And Time-To-Filter (TTF) was performed by using $5{\mu}m$ filter paper to optimize coagulants and dosage which enhanced filtrate's turbidity and stabilized filtration flux. When the LPMF was operated with 30 cm gravity with very high dose of inorganic coagulants, the flux was maintained over 80 LMH with 93.5~99.5% turbidity removal. Especially, the filtration was maintained stably in the flux and about 97% of the recovery rate by instantaneous pressurized backwash with about 4 bar of the filtrate when the packing density was about 19%. But there was instability in filtration, since the TMP was continuously going up by inefficient backwash when the packing density was 43%.
본 연구의 목적은 대기공 정밀여과(Large Pore Micro-Filtration, LPMF)막의 수처리 응용을 위한 실험실 규모에서의 성능을 평가한 것으로 이를 통해 문제점 및 해결방안을 제시하는 것이다. 본 연구에 사용된 평균 기공이 $5{\mu}m$ LPMF막은 PET Braid가 보강되어 있는 PVDF 재질의 외압형 중공사막으로 여과실험은 30 cm의 수두차 혹은 1.5 bar 이하의 압력차로 수행하였으며, 역세는 여과수에 압축공기로 약 4 bar의 압력을 가한 후 수초 내에 순간 역세하는 가압역세였다. 0.2 bar의 TMP (Trans Membrane Pressure)에서 $0.05{\mu}m$ UF로 전처리한 시수로 $0.4{\mu}m$의 MF와 flux를 비교한 결과 UF에 비해 LPMF의 flux가 약 2배 정도 높았으며, 동일한 시수에 대해 15~30 cm의 수두차에 따른 flux를 측정한 결과 30 cm 수두차에서 800 LMH 이상의 높은 flux를 확인하였다. 또한 여과수의 탁도 향상과 여과 flux의 안정적 유지를 위해 여러 가지 무기응집제에 대한 $5{\mu}m$ 기공의 여지를 이용한 Time-To-Filter (TTF)를 통해 적정 응집제 및 그 주입량을 결정하였다. 고농도 무기응집제 주입 및 30 cm 이상의 수두차로 LPMF를 중력식으로 운전하였을 때 flux는 80 LMH 이상이었고, 탁도 제거율은 93.5~99.5%이었다. 특히 약 4 bar의 압력의 순간 가압역세를 한 결과 막의 충진율이 19%인 경우 여과수의 회수율을 약 97%로 유지하면서도 여과 flux가 안정적으로 유지되었으나, 막충진율을 약 43%인 경우 순간 가압역세만으로는 역세가 불안정하였던 관계로 여과압력이 지속적으로 상승하는 등의 여과공정이 불안정한 문제점을 보였다.
