폐수 처리 거동, 파울링 및 경제적 비용에 대한 막 생물 반응기의 성능에 대한 유기물 부하율의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 15601(2023) 이 기사 인용

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수중 막 생물반응기(MBR)는 도시 폐수 처리 및 잠재적 자원 회수에 널리 사용되지만 막 작동 매개변수 및 막 오염 제어는 여전히 논쟁의 여지가 있는 문제로 남아 있습니다. 본 연구에서는 고바이오매스 슬러지(5.4g/L ~ 16.1g/L 범위의 MLSS(g/L))에서 MBR에 의한 도시 폐수 처리를 0.86 ~ 3.7 범위의 유기 부하율(OLR)에서 평가했습니다. kg COD/m3d. 막횡단 압력과 전체 오염 저항성 사이의 상관관계는 본 연구에서 철저하게 조사되었습니다. 연구 결과에 따르면, 0.86~3.7kg COD/m3d의 OLR이 높을수록 COD, BOD, NH4-N 제거 효율이 감소하고, 3.7kg COD/m3d의 OLR이 높을수록 총 내오염성(Rt)이 더 높아집니다. ). MBR 시스템 사용에 대한 경제적 연구는 설계 유량 20m3/d의 경우 처리된 폐수 사용에 따른 투자 회수 기간이 7.98년이 될 것임을 입증했으며, 이는 도시 폐수 처리에 이 MBR을 사용하는 경제적 이점을 확인시켜 줍니다. 일반적으로 MBR의 효율성이 직면한 과제를 이해하면 성능이 향상되고 결과적으로 폐수 매립의 지속 가능성이 향상됩니다.

이집트의 물 부족 문제로 인해 많은 학자들은 이 재앙이 국민의 삶과 국가 경제에 미치는 재앙적인 영향을 지연시키기 위해 대안적인 해결책을 모색하게 되었습니다1,2. 처리된 폐수를 사용하는 것이 가능한 해결책 중 하나입니다. 그럼에도 불구하고 산업현장에서 발생하여 전처리 없이 하수관으로 배출되는 폐수의 복잡성과 유해성이 증가하고 이로 인해 엄격한 물 정책이 요구되는 등 많은 문제가 있습니다. 기존 활성 슬러지(CAS) 방법을 포함한 생물학적 폐수 처리 방법을 사용하면 이러한 과제의 대부분을 처리할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 공정은 미생물 및 일부 유기 오염물질3,4과 같은 많은 오염물질에 대한 선택성이 낮다는 특징이 있습니다. CAS의 많은 문제는 더 작은 설치 공간, 더 높은 품질의 유출수 및 더 적은 슬러지 생성을 갖춘 대체 처리 접근 방식인 막 생물반응기(MBR)를 사용하여 해결할 수 있습니다. 따라서 MBR은 CAS 프로세스보다 더 자주 사용됩니다. MBR에 의한 고품질 재활용수 생산의 주요 요인은 막 여과를 통해 고분자 물질, 박테리아 및 부유 입자가 거의 완벽하게 유지된다는 것입니다. 따라서 처리의 마지막 단계로서 CAS 공정5의 2차 침전지보다 훨씬 더 효과적으로 고체와 액체를 분리합니다.

그러나 막 여과는 생물학적 과정에 따라 주로 영양분(인 및 질소)을 감소시키는 역할을 하는 인 및 질소 제거에 도움이 될 수 없습니다. 실제로 기존 MBR 시스템의 집중적인 통기와 장기간의 고형물 체류 시간으로 인해 영양소 제거 효과가 떨어질 수 있습니다6,7. 그럼에도 불구하고 활성 슬러지 처리 중 막 오염 문제로 인해 MBR 개발이 지연되었습니다. 따라서 MBR 기반 주거지 폐수 처리 시스템에 대한 최근 연구는 막 오염을 관리하는 방법에 집중되어 있습니다8. 그 중에는 멤브레인 표면 수정, 높은 교차 흐름 속도 사용, 화학적 또는 작동 조건 최적화 및 유체역학적 세척9,10이 있습니다.

그러나 막 오염으로 인해 MBR의 상업적 사용이 제한적이라는 점은 언급할 가치가 있습니다. 멤브레인 표면과 기공 내부의 파울링 현상은 장기적인 플럭스 안정성을 감소시키고 멤브레인 세척이 필요하므로 전체 비용이 증가합니다. 또한, 충분한 플럭스를 회수하는 데 세척이 효과적이지 않은 경우 멤브레인 교체도 옵션입니다11,12. 막 오염 현상의 복잡성으로 인해 이 분야에서 연구하는 과학자들이 오염 거동을 예측하는 것은 여전히 ​​어렵습니다13. 결과적으로 오염으로 인한 작동으로 인한 유지 관리 비용 상승은 MBR의 가장 중요한 단점 중 하나이며 이는 광범위한 채택을 제한합니다.