1. 정수공학및 설계
Membrane Processes

2. 미국의 예 두 마리의 토끼 강화된 법령: LT2ESWTR 소독에 내성이 강한 수인성 미생물의 제거 소독부산물 생성의 최소화
 고도정수처리의 도입
미국의 예
강화된 법령: LT2ESWTR
Long Term 2 Enhanced Surface Water Treatment Rule (지표수 처리개선 장기 2차 규칙)
원수에 따라 강화된 크립토스포리디움 제거율 적용
막여과를 크립토스포리디움 제거를 위한 TT(treatment technology, 처리기술)로 규정

3. 내염소성 원충: Giardia, Cryptosporidium 크립토스포리디움 - 1994년 밀워키 사건

4. 막여과 기술 도입의 필요성 기존 정수처리공정의 병원성미생물 제어상 문제점 원생동물의 완벽한 제거 소독제 사용량 저감
응집제
모래여과 응집 침전
Cl2
병원성 미생물에 대한 모래여과 공정의 개연성
소독제(염소)에 대한 원생동물의 내성
소독부산물에 대한 수질기준 강화
원생동물의 완벽한 제거 소독제 사용량 저감

5. Membrane Process A thin film acting as a selective barrier
정수공학및 설계
Membrane Process A thin film acting as a selective barrier

6. Membrane Process A thin film acting as a selective barrier
정수공학및 설계
Membrane Process A thin film acting as a selective barrier
Pore size (mm)
MWCO (Da)
TMP(kPa)
정밀여과
0.01~10
<200
한외여과
,000
200~500
나노여과
500~4000
역삼투막
~350
4000~100000

7. Membrane Process Application Guide
정수공학및 설계
Membrane Process Application Guide
.001 m
.01 m
0.1 m
1.0 m 10 m
100 m
1,000 m
Dissolved Organics
Sand
Bacteria
Viruses
Salts
Colloids
Media Filtration (size exclusion)
Microfiltration (size exclusion)
Ultrafiltration (size exclusion)
Nanofiltration (size and diffusion)
Reverse Osmosis (size and diffusion)
Media filtration (not a membrane process) is shown for reference only.
*Electrodialysis removes only ionic species

8. Low-Pressure Membranes: Microfiltration & Ultrafiltration
Driving force: pressure difference between membrane (TMP, transmembrane pressure)
Main removal mechanism: mechanical sieving
Pore size: 0.1 to 0.01 micron
Filtration of particles and some NOM
Disinfection by removal of microorganisms

9. 막모듈의 분류 수납방식에 따라 모듈형태에 따라 막여과방식에 따라 가압식 침지식 중공사형, 평막형, 관형, 나권형
Dead-end filtration(전량여과)
Crossflow filtration(십자형여과)

10. Cased or immersed membrane system
Cased System
(Positive pressure)
Immersed System
(Vacuum pressure)

11. Membrane Modules Plate and frame module Hollow fiber module Tubular
정수공학및 설계
Membrane Modules
Plate and frame module
Hollow fiber module
Tubular
Spiral wound

12. Typical RO/NF Spiral Wound Configurations

13. Cross-flow mode
Dead-end mode
Feed
Feed
Concentrate
Filtrate
Filtrate

14. Typical MF/UF Hollow Fiber Configurations
Inside-out flow
Outside-in flow
Raw
Filtrate
Positive
pressure
Vacuum pressure
Positive pressure

15. Typical MF/UF Membrane Process
Raw Water
Source
MF/UF
RO/NF
or GAC
Coag/Floc/Sed
Coag/Floc
Filtered
Water
Type 1 : MF/UF - alone
Type 2 : Pretreatment (Chemical Addition) + MF/UF
Type 3 : Pretreatment (Chemical Addition w/ Sedimentation) + MF/UF
Type 4 : MF/UF + Post-treatment

16. Membrane Flux Definition Water permeability Darcy’s Law 초기의 깨끗한 막
정수공학및 설계
Membrane Flux
Definition
Water permeability
Darcy’s Law
초기의 깨끗한 막
운전이 진행된 후

17. Microfiltration Membrane Pressure =1.25psi
Coagulation reactor
Pressure gauge
Membrane Pressure
=1.25psi
Data collection
Safety valve
Solution reservoir
Konkuk University
Permeate
Nitrogen gas
Magnetic stirrer
Dead-end module
공극 0.2㎛, 막면적 32.17cm2, PS계열의 친수성 평막모듈
역세압: 2.5psi, 산세정: 0.1N HNO3, 염세정: 0.1M NaOH
Balance

18. Membrane Flux 예) TMP= 약 10 kPa, 초기 플럭스: 800 L/M2/h
정수공학및 설계
Membrane Flux
예) TMP= 약 10 kPa, 초기 플럭스: 800 L/M2/h
물의 점성계수: 1.009*10-3 N-s/m2 (Pa-s)
 막자체 저항값은?

19. Membrane Operation reversible irreversible (fouling) backwash
Source: Joel Mallevialle, Peter E. Odendaal, Mark R. Wiesner,
Water Treatment Membrane Process, McGraw Hill, 1996

20. Membrane operation Concentrate Particle Macromolecules Pore blocking
정수공학및 설계
Membrane operation
Concentrate
Particle
Macromolecules
Pore blocking
Concentration polarization layer
Cake formation layer
NOM adsorption
Membrane
Pore
Permeate

21. Fouling
Particle fouling
Organic fouling
Inorganic fouling
Biofouling

22. Membrane fouling Pore size: 100kD Molecular Weight Cut-Off (MWCO)
정수공학및 설계
Membrane fouling
Pore size: 100kD Molecular Weight Cut-Off (MWCO)
Material: Polyethersulfone
Clean membrane Fouled membrane

23. Inorganic Fouling - SEM
Precipitation

24. Problem Identification
Fouling in membrane processes
Reduce water flux
Frequent shut down for cleaning
Termination of operation
Major foulants
NOM
Particles
Pretreatment

25. Integrity Test 막파손 가능 일반적인 분석방법(예, 탁도)으로는 수질변화는 미미함
문제가 생기기 전에 파손을 알아내는 방법 필요
Direct:압력 변화 측정
Indirect: 민감한 수질자료