고효율 역삼투막 소자의 하수처리 적용

RO 멤브레인 분리 기술

RO 멤브레인 분리 기술은 멤브레인 양단의 정압 차이를 구동력으로 사용합니다. 물 분자와 같은 작은 분자는 삼투압을 극복하고 RO 멤브레인을 통과하여 불순물과 분리됩니다. 작동 압력은 일반적으로 1.5~10.5 MPa이며, 시스템은 1~10 A의 작은 분자를 분리할 수 있습니다.

RO는 수처리 분야에서 핵심 장비로서 물 속의 용해성 무기물의 97% 이상, 상대 분자량이 300 이상인 유기물의 99%, 박테리아를 포함한 다양한 입자의 99% 이상, 그리고 SiO2의 95%를 제거할 수 있습니다.

역삼투막의 국내 최대 적용 분야는 대규모 보일러 급수이며, 그 뒤를 이어 다양한 산업용 순수 및 음용수 시장이 뒤따릅니다. 전자, 반도체, 제약, 의료, 식품, 음료, 주류, 화학, 환경 보호, 야금, 섬유 산업에서도 멤브레인 적용이 상당한 규모로 확대되었습니다. 향후 잠재적인 적용 분야로는 발전소 냉각수 폐수 처리, 대규모 해수 담수화, 기수 담수화, 그리고 대규모 도시 및 산업 폐수 처리 등이 있습니다.

하수처리에 RO 멤브레인의 적용

1고염도 폐수처리에 적용

(1) 광산수로 대표되는 고염분 폐수의 유입 처리는 높은 염분 함량, 특히 지하수 유출량이 특징이며, 평균 염 함량은 1000 mg/L 이상입니다. Ca₂+Mg₂+K₂, Cl-, SO₄₂-, HCO₃, HCO₃- 등을 다량 함유한 SS의 유기 성분은 1.5 mg/L 미만입니다. 심각한 물 부족을 겪고 있는 광산 지역에서는 생산수 및 생활용수의 심층 처리를 위해 역삼투압 기술의 적용이 널리 추진되고 있습니다.

미네랄워터를 전처리제로 사용하여 응집, 침전, 급속 여과를 통해 수중의 SSS를 대부분 제거하여 역삼투 유입 탁도를 1 NTU 미만으로 유지했습니다. 역삼투 처리 후, 유출수 탁도 제거율은 100%에 근접했으며, 담수화율은 96%였습니다.

(2) 야금폐수처리

자원과 물을 많이 소모하고 오염을 심하게 유발하는 철강 산업은 중국 전체 물 소비량의 14%를 차지합니다. 철강 산업 폐수는 야금 산업에서 널리 사용됩니다. 폐수는 복잡한 성분을 가지고 있으며 다양한 변수에 따라 크게 변동하는데, 특히 Ca₂+, Mg₂+, Fe₂+, Mn₂+, SO₄₂-, F, SiO₂의 함량이 높습니다. 역삼투막에 존재하는 고농도 금속 추출제를 미리 제거하지 않으면 심각한 무기 오염이 발생할 수 있습니다.

2차 생화학적 처리를 거치는 제철소 폐수의 경우, 먼저 폭기조에서 폭기를 실시하여 Fe2+를 Fe3+로 산화시킵니다. 동시에 Fe2+ 산화 능력과 살균력을 높이기 위해 NaClO를 첨가합니다. 석회유를 첨가하여 pH를 조절한 후, PAM과 PAC로 응집합니다. 침전, 급속 여과, 활성탄 흡착을 통해 유기물, 잔류 염소, 중금속 이온을 제거합니다. UF 처리 후, 유출수는 환원제로 처리합니다. 스케일 방지제와 산은 RO 시스템으로 유입됩니다.

2 내화성 유기폐수 처리에의 적용

인쇄 및 염색 폐수와 석유화학 폐수 처리, 인쇄 및 염색 폐수는 다량의 염료, 슬러리, 무기염, 산, 알칼리 외에도 최대 4,000배에 달하는 색상, 높은 수량, 높은 유기 오염물질 함량, 다양한 수질, 낮은 생분해성 등의 특징을 가지고 있습니다. 매립지 침출수의 심층 처리는 주로 매립지의 침전에서 비롯되며, 오염물질은 주로 쓰레기의 미생물 분해 및 강수 침출에서 발생합니다. 수질은 복잡하며 COD는 도시 하수보다 훨씬 높습니다. 또한, 침출수에는 Fe2+, Cd2+, Cr3+, Cu2+, Zn2+ 등 다양한 금속 이온이 포함되어 있으며, 발효 과정에서 Fe2+ 농도가 증가합니다.

매립지 침출수 내 유기물 분해 및 탈질소화를 위해 A/O 2단계 생화학적 처리 공정이 널리 사용되어 왔지만, 유출수 처리 성능이 불안정합니다. 따라서 기계적 여과를 기반으로, 한외여과막과 A/O를 이용한 MBR 공정을 통해 매립지 침출수 내 유기물 제거율을 향상시켰습니다.

한외여과막을 통해 슬러지를 분리한 후, 유출수는 나노여과(NFN) 시스템으로 유입됩니다. NF는 분자량 200mM에서 2000mM까지의 유기물을 효과적으로 분리할 수 있으며, MBR에서 생성된 물에서 일부 고부가가치 유기물을 분리하는 데에도 사용될 수 있습니다. 금속 이온의 특성과 MBR+NF+RO 3중 막 복합 처리 공정에 대한 연구가 수행되었습니다. 연구 결과는 이 공정이 효과적으로 작동하며, 유출수 수질이 도시 고형 폐기물 매립지의 오염 관리 기준을 충족함을 보여줍니다.

운전 중 NF 유출수가 배출 요건을 충족하면 직접 배출할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우, 다음 RO 시스템을 사용하여 추가 처리할 수 있습니다. 매립지 침출수 처리를 위한 Ar/O-MBR+NF+RO 공정에 대한 연구에 따르면, A/O 반응기에 활성탄을 첨가하면 유기물 및 중금속 제거 효율이 향상될 뿐만 아니라 막 오염도 감소하는 것으로 나타났습니다.

3 고품질 재활용 처리에 적용

중국은 베이징, 톈진, 허베이, 산둥 등지에 대규모 재활용수 처리 시설을 건설했습니다. 그중 여러 대형 재활용수 회수 시설에서는 "UF(MF)+RO" 이중막 공법을 사용하여 두 종류의 도시 하수를 원수로 처리하여 고품질 재활용수를 생산합니다. 이 재활용수는 보일러 화력 발전소 용수의 일부로 사용되며, 나머지는 조경수 및 생활용수로 사용됩니다.

지역 폐수 처리 시설에서는 MBR과 역삼투압을 병행하여 도시 하수를 재이용할 수 있도록 처리하고 있습니다. 처리수의 총유기탄소(TOC) 농도는 1.3mg/L 미만, 암모니아(NH3-N) 농도는 0.03mg/L 미만, 총탄소(TN) 농도는 0.1mg/L 미만입니다. 전도도와 탁도는 각각 30μS/cm 미만, 0.12NTU 미만입니다. 방류수 수질은 음용수 기준에 부합합니다. 핵심 기술인 역삼투압은 다양한 수심과 고품질 물 재이용 분야에 널리 적용되어 왔습니다.

역삼투압 기술의 장점을 최대한 활용하고, 막 오염을 최소화하며, 수처리 비용을 절감하기 위해 당사는 수질 특성에 맞춘 일련의 복합 공정을 개발했습니다. 응집 및 침전, 고농도 여과, 고효율 여과와 같은 전통적인 수처리 방법은 일반적으로 SS를 제거하는 데 사용됩니다. 유입되는 Sargassum 폭기 및 산화 시스템에서 RO, 망간염, 칼슘염, 실리카염을 줄이기 위해 NaClO, 석회유, 망간모래여과지를 사용합니다. O3 산화는 난분해성 A/O 유기물을 처리하는 데 사용됩니다. MBR, UF, NF는 미세 SS와 작은 유기 분자를 제거하는 데 사용됩니다. 높은 원자가의 이온은 UF+RO 또는 MBR+RO 이중막 시스템, 또는 MBR+NF+RO 삼중막 시스템과 결합하여 안정적인 시스템 운영을 보장하고 난분해성 유기 폐수의 RO 처리를 보장합니다.

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