DAILY PAPER REVIEW

0729_State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial...

 

 

1. Title & Journal
?Title : State-of-the-art of membrane bioreactors: Worldwide research and commercial applications in North America
?Journal : journal of Membrane Science

2. Background of author
?Wenbo Yang ? Department of Biosystems Engineering, University of Manitoba

3. Summary
-연구 경향
 본 논문은 1991년 부터 2004년 까지 MBR에 대해 기술한 339편의 논문을 리뷰하여 정리하였다. 1990년대 초중반 MBR연구를 위한 프로그램 구축으로 시작되어 지속적으로 증가하다 2000년대에 들어 급격히 증가하는 경향을 보였다. 연구가 수행된 지역을 살펴보면, 초기에는 영국, 프랑스, 일본, 한국의 주도하에 연구가 진행 되었고, 2000년대 이후 중국과 독일에서 MBR 연구를 시작하였다. 

- MBR 분류
MBR은 submerged 구조와 external 구조가 있다. 초기에는 external 구조로 사용되어 왔으나, high-flow 순환 펌프가 없어 상대적으로 에너지 소모가 적은 submerged 구조가 각광받고 있는 추세다. 하지만, external MBR은 고온, 고농도 유기물, 극단적인 pH, 높은 독성, 낮은 투과율 등의 조건에서 안정성을 보인다.  
 MBR은 막을 사용하는 목적에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다: 1) Water filtration membranes; 2) Gas diffusion membranes; 3) extractive membranes. 대부분은 Water & wastewater filtration 분야에 대한 연구 및 상업화가 주도되어왔다. 1994-1995년 이후 extractive MBR 방식과  gas diffusion MBR 방식에 대한 연구가 시작되었다. Extractive MBR은 유해물질 처리 및 독성 물질을 함유한 하수 처리에 사용 될 수 있고 gas diffusion MBR은 발효 중 발생하는 gas 처리에 사용 될 수 있다. 또한, MBR을 이용한 하수처리수의 물 재이용 및 지하수 충전지 사용은 MBR을 사용한 수처리 및 음용수 공급에 중요한 역할을 할 것으로 보인다.

- MBR의 장/단점
[장점]
1) 좋은 수질의 유출수
2) 공간 절약 ? 부지 확장 없이 플랜트 업그레이드 가능
3) 짧은 구동시간
4) 낮은 O&M 요구

[단점]
1) 바이오 리액터의 거품발생
2) 멤브레인 파울링
3) 낮은 산소 전달 효율
4) 하수의 원수 특성에 따른 영향

- 멤브레인 파울링
 멤브레인 파울링은 MBR의 상용화 촉진에 가장 큰 문제로 작용한다. 이러한 문제를 줄이기 위해 MBR 멤브레인 파울링 제어 방법으로 제안된 방법은 다음과 같다.
1) 멤브레인 모듈 디자인 수정 ?hollow fiber 혹은 flat sheet의 packing density 최적화, aerator의 위치, fiber지름 등
2) 멤브레인 표면의 케이크 저감 ? 임계 플럭스 이하 운전, 멤브레인 근처에서 공기 살포, 간헐적 운전모드 운영
3) Filtration characteristics 향상 ? 바이오매스 케이크 저항을 줄여주고 전체 입자 크기를 크게 하여 플럭스를 향상시키는powdered activated carbon (PAC) 첨가
4) 파울링 물질 제거 ?back-washing, back-pulsing, chemical cleaning

- MBR의 이용
상업용 MBR 시스템은 주로 submerged 구조로, 북아메리카 시장은 Zenon Environmental Inc. (Canada), USFilter (USA), Kubota (Japan), Mitsubishi-Rayon (Japan) 4개의 제조사에 의해 공급받고 있다.  북미지역의 대부분의 대형 MBR 시스템은 Zenon 사의 것을 사용하고 있다. 북미 지역은 아시아나 유럽지역에 비해 상업적 이용이 높은데, 특히 식품 및 음료 제조 분야, 화학 공정, 자동차 산업의 하수 처리에 주로 이용된다. 

4. Originality & Application
 본 논문은 MBR의 전반적인 내용에 대해 기술하고, 리뷰를 통해 연구 동향 및 장/단점을 한눈에 확인 할 수 있었다. 논문에서 정리한 MBR의 단점 및 향후 연구 동향과 현재 진행된 연구의 비교를 통해, 관련연구의 방향을 알 수 있을 것으로 보인다. 

5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)

첨부 (1)
110729_ymK_State-of-the-art of membrane bioreactors.pdf
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