Korean Chemical Engineering Research

The Korean Institute of Chemical Engineers (한국화학공학회)
권호 표지

Effect of Membrane Materials on Membrane Fouling and Membrane Washing

막의 재질에 따른 막오염 특성 및 물리·화학적 세척의 영향

  • Shim, Hyun-Sool (Division of Construction Engineering, Pukyong National University) ;
  • Jung, Chul-Woo (Ulsan Regional Innovation Agency, Ulsan Industry Promotion Techno Park) ;
  • Son, Hee-Jong (Water Quality Research Institute, Waterworks Headquarter) ;
  • Sohn, In-Shik (Division of Construction Engineering, Pukyong National University)
  • 심현술 (부경대학교 건성공학부) ;
  • 정철우 (울산산업진흥테크노파크 전략산업기획단) ;
  • 손희종 (부산시 상수도사업본부 수질연구소) ;
  • 손인식 (부경대학교 건성공학부)
  • Received : 2007.04.10
  • Accepted : 2007.05.23
  • Published : 2007.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The objectives of this research were to (1) identify the membrane fouling potential due to different fractions of NOM (2) correlate the physicochemical properties of NOM and membranes with the adsorption of humic substances on membrane (4) find out the effect of membrane physical and chemical washing according to membrane material. The static adsorption test and adsorption test showed that hydrophobic organics adsorbed much more quickly than hydrophilic organics. In case of the effect of membrane properties on the adsorption of organic fractions, the adsorption rate ratio(a) of hydrophobic membrane (0.016, 0.077) was greater than that of hydrophilic membrane (0.010, 0.033) regardless of the kind of organic fractions. This suggests that the UF membrane fouling were occurred mainly by internal pore size decreasing due to adsorption of organic into pore surface for hydrophobic membrane, and by sieving of organics and forming a gel layer on the membrane surface for hydrophilic membrane. In conclusion, the decrease in the pore volume, which was caused by the organic adsorption into the internal pore, was greater with the hydrophobic membrane than with the hydrophilic membrane. In case of the effect of membrane properties on permeate flux, the rate of flux decline for the hydrophobic membrane was significantly greater than that for the hydrophilic membrane.

본 연구에서는 막의 재질에 따른 막오염 특성과 물리 화학적 세척에 대한 영향을 살펴보았다. 막의 재질에 대한 막오염 특성을 조사하기 위하여 정적흡착실험과 일정 압력하에서 흡착실험을 병행하여 실험을 수행하였다. UF 막의 재질특성에 따른 정적흡착 실험값을 회귀분석한 결과, 소수성과 친수성 유기물질의 시간에 따른 흡착 특성은 소수성 재질의 막이 친수성 재질의 막보다 빠른 흡착특성을 보였다. 막의 재질에 따른 유기물 성상별 흡착실험 결과, 막의 재질에 상관없이 소수성 유기물질의 흡착율이 친수성 유기물질보다 더 빠른 흡착율을 보였다. 또한 막의 표면과 공극속에서 발생하는 유기물의 흡착 특성을 살펴보기 위하여 일정한 압력하에서 시간에 따른 흡착 특성을 살펴본 결과 정적흡착실험 결과와 유사하게 친수성 재질의 막보다 소수성 재질의 막에서 더 빠른 흡착율을 보이고 있다. 막에 재질에 따른 흡착실험 후 투과 flux 변화와 flux 회복율에 대한 실험결과, 친수성 재질의 막의 경우 소수성 재질의 막에 비하여 투과 flux 감소율은 낮게 나타났으며 물리 화학적 세척의 영향에서도 물리적인 세척후 효과적인 회복율을 나타내었으며 화학적인 세척의 영향은 거의 없었다. 친수성 재질의 막의 경우 막자체의 고유저항(Rm)이 크게 나타나고 있으며 소수성 재질의 막의 경우 케이크에 의한 저항과 물리 화학적 세척에도 회복되지 않는 비가역적 저항이 크게 나타나고 있다. 따라서 친수성 재질의 막의 경우 막표면 오염이 주가 되며 소수성 재질의 막의 경우 막표면 오염과 공극 오염이 동시에 발생함을 알 수 있었다.

Keywords

References

  1. DiGiano, F. A., Braghetta, A., Nilson, J. and Utne, B., Fouling of Nanofiltration Membranes by Natural Organic Matter, National Conference on Environmental Engineering, American society of Civil Engineers, 320-328(1994)
  2. Maartens, A., Swart, P. and Jacobs, E. P., Humic Membrane Foulants in Natural Brown Water: Characterisation and Removal, Desalination, 115(3), 215-227(1998) https://doi.org/10.1016/S0011-9164(98)00041-1
  3. Amy, G. and Cho, J., Interactions Between Natural Organic Matter (NOM) and Membranes: Rejection and Fouling, in: Odegaad H. (ED), Removal of Humic Substances from Water, Conference Proceedings, Trondheim, Norway, 141-148(1999)
  4. Wiesner, M. R., Clark, M. M., Jacangelo, J. G., Lykins, B. W., Marinas, B. J., O'Melia, C. R., Rittmann, B. E. and Semmens, M. J., Committee Report: Membrane Processes in Potable Water Treatment, J. AWWA, 59-67(1992)
  5. Mackey, E. D., Fouling of Ultrafiltration and Nanofiltration Membranes by Dissolved Organic Matter, Dissertation, Rice University, Envi. Sci. & Eng., Houston(1999)
  6. Nilson, J. A. and DiGiano, F. A., Influence of NOM Composition on Nanofiltration, J. AWWA, 53-66(1996)
  7. Tipping, E. and Ohnstad, M., 'Aggregation of Aquatic Humic Substances,' Chem. Geol., 44(4), 349-357(1984) https://doi.org/10.1016/0009-2541(84)90148-7
  8. Jones, K. L. and O'Melia, C. R., 'Protein and Humic Acid Adsorption Onto Hydrophilic Membrane Surfaces: Effects of pH and Ionic Strength,' J. membrane Sci., 165(1), 31-46(2000) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(99)00218-5
  9. Matthiason, E., 'The Role of Macromolecule Adsorption in Fouling of Ultrafiltration Membrane,' J. Membrane. Sci., 16(1), 23-36 (1983) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)81297-1
  10. Jucker, C. and Clark, M. M., 'Adsorption of Aquatic Humic Substances on Hydrophobic Ultrafiltration Membranes,' J. Membrane Sci., 97, 37-52(1994) https://doi.org/10.1016/0376-7388(94)00146-P
  11. Lindau, J., Jonsson, A. S. and Wimmerstedt, R., 'The Influence of a Low-molecular Hydrophobic Solute on the Flux of Polysulphone Ultrafiltration Membranes with Different Cut-off ,' J. membrane Sci., 106(1), 9-16(1995) https://doi.org/10.1016/0376-7388(95)00072-K
  12. Mourot, P. and Oliver, M., 'Comparative Evaluation of Ultrafiltration Membranes for Purification of Synthetic Peptides,' Sep. Sci. Technol., 24(6), 353-367(1989) https://doi.org/10.1080/01496398908049774
  13. Cheryan, M., Ultrafiltration Handbook. Technomic Publ., Lancaster, Pa(1986)
  14. Porter, M. C., 'Concentration Polarization with Membrane Ultrafiltration,' Indus. Engrg. Chem., 11(3), 234-248(1989)
  15. Fane, M. C., Fell, C. J. and Waters, A. G., 'The Relationship Between Membrane Surface Pore Characteristics and Flux for Ultrafiltration Membranes,' J. Membrane Sci., 9(3), 245-262(1981) https://doi.org/10.1016/S0376-7388(00)80267-7