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Title Page

Contents

요약문 8

Abstract 10

1. Introduction 15

2. Materials and Methods 21

2.1. Experimental set-up and operation of hybrid AFBR-SDCMD process 21

2.2. Batch experiment with SDCMD 25

2.3. Continuous operation of SDCMD 26

2.4. Analysis and characteristics of membrane fouling 27

3. Results and Discussion 29

3.1. AFBR performance 29

3.2. Batch experiments with SDCMD: Effects of transmembrane temperature on the rejection of ammonia nitrogen and phosphate 31

3.3. Batch experiments with SDCMD: Effect of MD bulk solution pH on the rejection of ammonia nitrogen 34

3.4. Long-term operation of hybrid AFBR-SDCMD process 37

3.5. Characteristics of foulant materials in SDCMD 42

4. Conclusions 48

5. References 49

List of Tables

Table 1. Characteristics of synthetic wastewater as feed solution and effluent of AFBR system 30

List of Figures

Fig. 1. Experimental set-up of laboratory scaled AFBR-SDCMD hybrid process (P: gear pump, T: Thermometer, pH: pH meter) 24

Fig. 2. SDCMD permeate flux (a), rejection efficiency of NH4+-N, PO43-, and DOC (b), and mass of HH4+-N to permeate volume filtered through membrane...[이미지참조] 33

Fig. 3. NH4+-N rejection efficiency with respect to SDCMD bulk pH[이미지참조] 36

Fig. 4. Mass of NH4+-N per permeate volume (g/L) filtered through membrane at different bulk pHs in SDCMD reactor[이미지참조] 36

Fig. 5. Concentration of NH4+-N (a), PO43-(b), and DOC (c) in SDCMD Bulk solution and rejection efficiency of NH4+-N, PO43-, and DOC (d) during...[이미지참조] 39

Fig. 6. SDCMD permeate flux during operation time 41

Fig. 7. SEM-EDX analysis of (a) SDCMD bulk (b) after water cleaning (c) after sonication 43

Fig. 8. FTIR spectra of SDCMD bulk and solutions from water cleaning and sonication cleaning 45

Fig. 9. Concentration of total carbohydrate and protein concentration in SMP/EPS from SDCMD bulk and Membrane surface 45

Fig. 10. Flux recovery ratio after sonication and chemical cleaning 47

초록보기

혐기성 유동상 생물반응기 (anaerobic fluidized bed bioreactor, AFBR)에 의해 생성된 유출수의 후처리로서 직접 접촉 막증류 (direct contact membrane distillation, DCMD)의 역할을 판단하기 위해 다양한 막간 온도차와 DCMD 벌크 용액의 pH 에서 유기물 및 암모니아성 질소 (NH4+-N)와 인산염 (PO43-)의 제거효율을 관찰하였다. 회분식 실험 결과, 막간 온도 차이가 증가할수록 침지식 직접 접촉 막증류 (Submerged DCMD, SDCMD)의 유출수 투과도가 증가하였으며 암모니아성 질소의 제거 효율은 감소하였다. 적용된 막간 온도차와 관계없이 대부분의 유기물과 인산염 은 SDCMD 막에 의해 효과적으로 제거되었다. SDCMD 벌크 용액의 pH 가 증가할수록 암모니아 질소의 제거효율이 감소하였고 이는 암모니아 기체 형태로 지배적으로 존재하여 MD 막을 통과하였기 때문으로 사료된다. AFBR-SDCMD 혼합공정을 최적의 막간 온도차 (30, 35℃)와 벌크 용액 pH (pH 5.5)에서 52 일 이상 장기간 운전한 결과 암모니아성 질소, 인산염, 용존 유기탄소(DOC)의 제거효율이 각각 98.7, 98.1, 90.5%로 나타났다. 전체 운전 기간 동안 유기물과 영양염류가 SDCMD 반응기 내에 모두 효과적으로 농축되었으나 SDCMD 의 투과도는 분리막 바이오 파울링 형성에 의해 점차 감소하였다.

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