해수담수화 전 처리용 정밀여과 공정에서의 조류와 박테리아에 의한 막 오염 특성

Abstract

역삼투(reverse osmosis, RO)막을 이용한 해수담수화 공정에 대한 관심과 이용이 증가하면서, 이러한 공정에서 막 오염 현상, 특히 algal bloom로부터의 조류 혹은 해수 내 박테리아 등 미생물들에 의해 발생하는 막 오염이 문제가 되고 있다. 이들 막 오염은 투과 수량 감소와 막 손상을 유발하며, 심한 경우 플랜트의 운전이 중단되기도 한다. 따라서 해수 담수화를 위한 RO 시스템에서 적절한 전처리 공정의 선택과 운영은 막 오염을 방지하기 위한 필수 요소이다. 최근 정밀여과(microfiltration, MF)나 한외여과(ultrafiltration, UF) 막을 이용한 전처리 공정이 선호되고 있으며, 이를 통해 RO 막은 막 오염으로부터 보호될 수 있다. 하지만 문제는 MF/UF 막 자체의 오염이다. 따라서 본 연구에서는 해수담수화 전처리 단계로써 MF/UF 막 공정을 운전하면서 해수에 서식하는 미생물에 의한 막 오염을 조사하였다. 특히 MF 막의 단기 운전 시 조류와 박테리아에 의한 초기 단계의 막 오염의 정도와 특성을 비교하였으며, 이들 미생물로부터 생성되는 EPS(extracellular polymeric substances)가 MF 막의 오염에 미치는 영향을 조사하였다. 조류는 박테리아보다 초반 급격한 막 오염을 일으키며, 이는 조류에 존재하는 미세한 유기물질들의 영향으로 생각되었다. 또한 조류는 역세의 영향을 크게 받았으나, 박테리아는 역세에 의해 거의 떨어져 나오지 않아 비가역적인 막 오염의 특성이 증가하였다. 염소를 역세수에 첨가하였을 때, 역세 효과가 추가로 증가하지는 않았으나, 조류와 박테리아 cell들이 불활성화되었고, 미생물로부터 생성된 EPS가 분해됨을 관찰하였다. 역세 압력을 100kPa로 높였을 경우 조류와 박테리아 모두 역세 효과가 증가하였으며, 특히 조류의 경우 그 효과가 더 크게 나타났다. 초기에 존재하던 EPS는 MF막을 거의 대부분 통과하였으므로 막 오염에 거의 영향을 미치지 않았다. 하지만 장기 운전 시 미생물에 의해 발생하는 막 오염을 예측하기 위해 모델 EPS로 alginate를 첨가하였을 경우 투과 수량 감소율이 증가하였고, 특히 비가역적인 막 오염 특성이 증가하였다.