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Scientific Reports 6권, 기사 번호: 21653(2016) 이 기사 인용

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최근 몇 년 동안 도시 폐수에서 영양분과 에너지를 회수하는 것이 많은 주목을 받았습니다. 그러나 그 효율성은 도시 폐수의 강도가 낮은 특성으로 인해 크게 제한됩니다. 여기에서는 실제 도시 폐수를 농축하기 위해 나선형 막 모듈을 사용하는 파일럿 규모의 정삼투(FO) 시스템을 보고합니다. 공급 용액 모드를 향한 활성층에서 이 FO 시스템의 임계 농도 계수(CCF)는 유도 용액으로 0.5M NaCl을 사용하여 8로 결정되었습니다. 농도 계수 5에서 장기간 작동하는 동안 화학적 산소 요구량의 (99.8 ± 0.6)%와 총 인 제거율의 (99.7 ± 0.5)%는 평균 6 L/(m2 h)의 유량에서 달성될 수 있습니다. . 이에 비해 암모늄 및 총 질소 제거율은 (48.1 ± 10.5)% 및 (67.8 ± 7.3)%에 불과했습니다. 케이크 강화된 농도 분극은 물 흐름 감소의 ​​주요 원인입니다. 파울링은 또한 케이크 감소 농도 분극 효과의 발생으로 이어져 각 사이클의 운전 시간이 증가함에 따라 암모늄 제거율이 향상되었습니다. 이 연구는 폐수 농축을 위해 FO 공정을 사용하는 적용 가능성과 향후 추가 개선이 필요한 암모늄 회수의 한계를 보여줍니다.

현재 폐수는 폐기물이 아닌 물, 영양분 및 에너지의 원천으로 점점 더 간주되고 있습니다1,2. 가정/생활 폐수에서 영양분과 에너지를 회수하는 데 있어 주요 장벽은 회수 효율성과 비용 효율성에 큰 영향을 미치는 저강도 폐수의 특성입니다. 경제적 이익을 충족하는 고농도의 화학적 산소 요구량(COD)과 영양분(질소 및 인)을 함유한 농축액을 제공하는 것이 다운스트림 에너지 포집(예: 혐기성 처리 및 미생물 연료 전지)과 영양분 회수 장치의 핵심입니다3 .

막 분리는 농축 목적을 위한 유망한 기술입니다. 짧은 수력학적 체류 시간(HRT)과 짧은 슬러지 체류 시간(SRT)을 갖춘 호기성 막 생물 반응기(MBR)는 생물 응집 메커니즘을 통해 하수 및 중수를 농축하는 데 사용되었습니다4,5. 이 시나리오의 주요 단점은 농축 공정 중 심각한 막 오염과 현장 COD 생분해(COD 회수율이 약 35%에 불과함)입니다4. Ma et al.6이 개발한 동적 막 분리는 60 L/(m2 h)의 높은 막 흐름에서 81.6%의 COD 회수율을 보여주었습니다. 미세여과(MF) 막에 의한 직접적인 하수 농축도 보고되었으며3, COD에 대해서는 효율적인 농축이 달성되었으나 질소와 인에 대해서는 달성되지 않았습니다. 나노여과(NF)와 역삼투(RO)는 도시 폐수를 농축하는 데에도 사용될 수 있습니다7,8; 그러나 NF 및 RO 멤브레인은 용해된 분자와 용해되지 않은 분자, 미립자 물질, 염 침전물 및 미생물에 의한 오염에 민감합니다9,10,11. 이러한 이유로 폐수 처리를 위한 NF 및 RO 시스템은 막 오염을 줄이기 위해 전처리 단계로 MF 및 한외여과(UF)와 같은 전처리가 필요합니다12.

정삼투(FO)는 낮은 삼투압의 공급 용액(FS)과 높은 삼투압의 유도 용액(DS) 사이에 반투막을 위치시키는 막 분리 공정으로, 두 용액 사이의 삼투압 차이에 의해 구동됩니다. 막13. FO 공정은 NF 및 RO와 같은 전통적인 압력 구동 멤브레인 공정에 비해 오염 경향이 낮으므로 최근 몇 년 동안 많은 주목을 받았습니다. 저강도 가정/생활 폐수 처리를 위한 FO 공정의 사용은 꾸준히 증가하고 있습니다(예: 합성 가정 폐수16, 지자체 배출수18,19 및 지자체 폐수20,21). 위에서 언급한 연구는 폐수 농축을 위한 FO 시스템의 동작을 이해하기 위한 토대를 마련했습니다. 그러나 대부분의 연구는 배치 여과 모드에서 실험실 규모의 FO 시스템을 사용하고 실험 기간은 몇 시간에서 며칠까지 지속되기 때문에 이러한 시스템에 대한 일반적인 규칙을 설정하는 것은 여전히 ​​불충분합니다. 이 기술을 실제 폐수 처리에 적용하기 위해서는 저농도 가정/생활 폐수를 농축하기 위한 연속 흐름 작동 하의 FO 시스템에 대한 장기적인 연구가 절실히 필요합니다.