Journal of Korean Society of Environmental Engineers (대한환경공학회지)

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Effect of Fluidized Bed Powdered Activated Carbon Impregnated by Iron Oxide Nano-particles on Enhanced Operation and NOM Removal of MF Membrane System

산화철 나노입자 표면개질 분말활성탄 유동층에 의한 MF 막 분리 공정의 운전 및 NOM 제거 효율 향상

  • Kim, Sung-Su (Department of Environmental Engineering, Changwon National University) ;
  • Seo, Gyu-Tae (Department of Environmental Engineering, Changwon National University)
  • Received : 2011.05.17
  • Accepted : 2011.05.27
  • Published : 2011.05.31
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Abstract

Effects of powdered activated carbon impregnated by iron oxide nano particle (Impregnated PAC) on the microfiltration (MF) membrane system performance in NOM removal from water were investigated in this study. A fluidized bed column was employed as a pretreatment of MF membrane process. The Impregnated PAC bed was stably maintained at an upflow rate of 63 m/d without leakage of the Impregnated PAC particles, which provided a contact time of 29 minutes. A magnetic ring at the upper part of the column could effectively hold the overflowing discrete particles. The Impregnated PAC column demonstrated a significant enhancement in the MF membrane performance in terms of fouling prevention and natural organic matter (NOM) removal. Trans-membrane pressure of the MF membrane increased to 41 kPa in 98 hours of operation, while it could be maintained at 12 kPa with the Impregnated PAC pretreatment. Removal of NOM determined by dissolved organic carbon and UV254 was also enhanced from 46% and 51% to 75% and 84%, respectively, by the pretreatment. It was found that the Impregnated PAC effectively removed a wide range of different molecular-sized organic compounds from size exclusion analysis.

본 연구는 자력분리와 중력분리의 특징을 가진 산화철 나노입자 표면개질 분말활성탄에 의한 MF막 분리 공정의 운전 및 NOM 제거 효율에 미치는 영향을 알아보았다. MF막의 전처리로 표면개질 PAC 유동층 칼럼을 구성하였으며, 표면개질 PAC층은 63 m/d의 유속에서 표면개질 PAC 입자가 유출되지 않은 최대의 유속을 유지하였고, 이 때 접촉시간은 29분이었다. 유동상칼럼 상단에는 경자성체(magnet)를 설치하여 부유하는 미세한 입자의 유출을 방지하였다. 직렬로 구성한 표면개질 PACMF 결합공정에서 표면개질 PAC 칼럼을 통하여 MF막의 파울링 저감과 NOM 제거효율의 상당한 향상을 보였다. MF막만을 이용하였을 때에 막 차압은 98시간 만에 적정운전범위인 40 kPa이 초과되었으나, 표면개질 PAC 칼럼을 함께 구성하였을 때 막 차압은 여전히 12 kPa의 안정적으로 유지되었다. NOM의 제거효율 또한 표면개질 PAC의 전처리를 통해서 DOC와 $UV_{254}$가 각각 46%와 51%에서 75%와 84%로 상승하였다. 시스템 내 NOM의 제거현상을 알아보기 위한 HPLC-SEC 분석을 통해서 표면개질 PAC는 광범위한 분자량을 가진 유기물의 효과적인 제거가 가능한 것을 알 수 있었다.

Keywords

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