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생물오염 및 막분리 생물반응기에서의 제어에 관한 검토(A review of biofouling and its control in membrane separation bioreactors)

전문가 제언: □ 막 프로세스로 물 생산할 때 가장 큰 애로점은 막 오염문제이다. 막 오염은 제품 유동을 현저히 감소하여 운전비를 상승시키고 막의 수명을 감소시킨다. 막 오염은 두 가지 범주로 나누어 생각할 수 있는데, 생물오염과 비생물 오염이다. 생물오염은 미생물이 다른 유기물질 및 무기물질등과 결합하여 부착 성장한 것으로서, 막 표면에 형성되는 생물막이라 할 수 있다. 생물오염은 비생물 오염인 물리/화학적인 막 기공의 막힘이나 스케일 형성에 비하여 제거하기 어렵고 지속적으로 막에 손상을 입히는 것으로 알려져 있다. 박테리아가 수용액에서 나타내고 있는 하전, 전해질의 농도, 광물질과 같은 콜로이드의 존재, 용액의 pH 및 기타 운전조건에 따라 생물오염은 현저한 영향을 받으므로 미생물이 막 표면에 부착하는 속도를 실시간으로 측정하는 실험이 필요하고 이 실험결과와 기존 타 연구자와의 결과를 비교한 실증적 해석이 실용적 목적으로 유용하다.

□ 막 오염의 완화에 대하여 3가지 범주의 분야에서 연구를 수행하고 있다. 막 오염제어, 사전 처리기술 및 반-오염제 등이다. 막 오염 성향은 유체의 유동 및 직교류 속도의 함수이다. 임계유동이 존재하며 이 임계 값 이하에서 운전해야 한다. 콜로이드 입자의 안정도는 염도, pH, 유동, 직교류 속도, 온도, 압력, 정전 반발력 및 입자의 형태에 달려있다. 막 오염제어의 다른 방법은 오염방지제를 사용하는 것이다. 화학약품을 사용하여 막 오염을 제어할 때 이들은 스케일 방지제, 입자 분산제, 스케일 결정 개질자 및 격리제 등의 역할을 한다. 예로서 인산염의 폴리머인 다가 인산염은 최초로 사용된 오염방지제였다. RO 막 오염 완화를 위해 사전처리 기술을 통합하여 사용하고 있다. RO 막 오염을 감소하기 위하여 한외여과와 정밀여과를 막다른 부위 및 직료류형 배열로 전체와 통합하고 있다. 향후 막 이용분야에 필요한 연구는 첫째 RO의 효과적 사전처리기술로서, 더욱 더 넓은 응용, 저 투자 및 저 운전비를 가진 확고하고 선택성 막 재질을 개발하는 것이다. 다음은, 막 표면 하전, 혼합액 및 막 재질의 소수성 등에 관하여 더 연구가 되어야 한다. 막 분리공정에서 물질전달측면에서 아직도 알지 못하는 부분이 존재하고, 이의 기본적 원리를 규명하여 오염예측, 적절한 공정제어 및 적기 세척 및 역 세척 주기 등의 실제적 모델을 개발해야 한다.

저자: Liao, BQ; Bagley, DM; Kraemer, HE; Leppard, GG; Liss, SN
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