줄거리 

분리막 생물반응기(Membrane bioreactor)는 생물학적 하폐수처리와 분리막의 여과기능을 합친 것으로, 컴팩트하면서도 높은 처리효율을 가진다. 독자가 분리막 생물반응기를 체계적으로 이해하고 설계하기 위해, 저자는 기본적인 하폐수처리의 원리, 분리막의 구조 및 오염현상에 대한 이해, 분리막 생물반응기의 운영 및 설계를 포함하였으며, 실제 사례를 소개함으로써 분리막 생물반응기를 학습하기 위한 학생뿐만 아니라 산업체 엔지니어가 실무로 이용할 수 있도록 하였다.!

집필의도

물재이용의 수요증가로 인해 분리막 생물반응기 기술이 빠른 속도로 보급되고 있지만, 이 기술에 대한 체계적인 이해와 응용을 다룬 국문 교과서는 아직까지 출판되지 않았다. 저자가 2015년 CRC Press와 IWA Publishing을 통해 출판한 Principles of Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment를 번역하여 국내에 소개함으로써 많은 독자들에게 분리막 생물반응기에 대해 용이하게 학습할 기회를 제공하는 것이다.

목차 

추천글
머리말

제 1 장 서 론
1.1 MBR의 소개
1.1.1 MBR의 원리
1.1.2 MBR 기술의 역사
1.1.3 활성슬러지 공정과 MBR 공정의 비교
1.1.4 MBR의 운영 조건과 처리 성능
1.2 MBR의 연구개발 동향
1.2.1 막과 모듈
1.2.2 MBR의 운영과 유지
1.2.3 미래의 MBR 연구개발 전망
참고문헌

제 2 장 생물학적 하폐수처리
2.1 생물반응조에 서식하는 미생물
2.1.1 미생물의 종류
2.1.1.1 세균(Bacteria)
2.1.1.2 고세균(Archaea)
2.1.1.3 바이러스(Viruses)
2.1.1.4 균류(Fungi)
2.1.1.5 조류(Algae)
2.1.1.6 원생동물(Protozoa)
2.1.1.7 기타 진핵미생물
2.1.2 미생물의 정량분석
2.1.3 미생물의 대사(Metabolisms)
2.1.4 미생물의 에너지 생산
2.2 생물반응조에서 미생물 양론(Stoichiometry)
2.2.1 균형 잡힌 미생물 양론식
2.2.2 미생물 성장을 위한 이론적 산소요구량
2.3 미생물 속도론(Microbial kinetics)
2.3.1 미생물 성장속도
2.3.2 기질 이용속도
2.3.3 총 VSS 생산속도
2.3.4 미생물 성장속도에 대한 온도의 영향
2.4 물질수지(Mass balances)
2.4.1 생체량(X)에 대한 물질수지
2.4.2 기질(S)에 대한 물질수지
2.4.3 비(非)생분해성 고형물(Xi)에 대한 물질수지
2.4.4 기질, 생체량 및 비생분해성 고형물에 대한 SRT의 영향
2.4.5 기질, 생체량 및 비생분해성 고형물에 대한 온도의 영향
2.4.6 동력학 계수의 결정
2.5 생물학적 질소제거
2.5.1 질산화(Nitrification)
2.5.2 탈질(Denitrification)
2.5.3 질소제거 효율
2.6 생물학적 인제거
2.6.1. 일반 활성슬러지 공정에서 인제거
2.6.2 생물학적 과잉 인 제거 공정을 통한 인 제거
2.6.3 화학 응집에 의한 인 제거
Problems
참고문헌

제 3 장 분리막, 모듈, 카세트
3.1 막 분리 이론
3.1.1 부유입자의 막표면으로의 이동 및 입자-분리막간 상호작용
3.1.1.1 수력학적 대류(hydrodynamic convection)
3.1.1.2 입자 확산(particle diffusion)
3.1.1.3 침전과 부상(sedimentation and floatation)
3.1.1.4 입자-분리막간 상호작용(particle-membrane wall interaction)
3.1.1.5 체거름(sieving mechanism)
3.1.2 MF, UF 분리막 기공 내 물분자의 이동이론
3.2 분리막 소재
3.2.1 폴리설폰(Polysulfone, PSF)
3.2.2 폴리에테르설폰(Polyethersulfone, PES)
3.2.3 폴리올레핀(Polyolefins: PE, PP and PVC)
3.2.4 Polyvinylidene difluoride (PVDF)
3.2.5 Polytetrafluoroethylene (PTFE)
3.2.6 Cellulose Acetate (CA)
3.3 분리막 제조
3.3.1 분리막 제조방법(Membrane fabrication methods)
3.3.2 NIPS법과 TIPS법 해석을 위한 용해도 파라미터
3.3.3 상분리와 삼원계 상태도
3.3.4 중공사막과 평막 제조
3.4 분리막 특성 평가
3.4.1 규격
3.4.2 기공 크기 분포
3.4.2.1 버블 포인트(Bubble point)
3.4.2.2 입자 배제 평가
3.4.2.3 고분자 배제 평가
3.4.3 친수성(접촉각)
3.4.4 전하 성질(제타 전위)
3.4.5. 조도(원자 힘 현미경, Atomic Force Microscopy, AFM)
3.5 분리막 성능평가
3.5.1 수투과도
3.5.2 배제율
3.5.3 압밀화(Compaction)
3.5.4 내오염성
3.6 분리막 모듈
3.6.1 분리막 모듈 재질
3.6.2 분리막 모듈 형태
3.6.3 분리막 모듈 유효 막면적
3.6.4 집적도
3.6.5 운전 방식
3.6.5.1 침지식
3.6.5.2 가압식
3.7 분리막 카세트(스키드)
3.7.1 부품 및 재질
3.7.2 조립 및 유지관리
3.7.3 분리막 유효막면적 및 집적도
3.7.4 산기
3.7.4.1 산기장치
3.7.4.2 산기량
Problems
참고문헌

제 4 장 막 오염
4.1 막 오염 현상(Fouling Phenomena)
4.1.1 막 오염 속도(Fouling Rate)
4.2 막 오염의 분류(Classification of Fouling)
4.2.1 가역과 비가역(reversible, irreversible), 회복과 비회복(recoverable, Irrecoverable) 막 오염
4.2.2 막 오염 발생장소에 의한 분류(Classification of Fouling by Location of Fouling)
4.2.2.1 막힘(Clogging)
4.2.2.2 케이크 층(Cake Layer)
4.2.2.3 세공내부 막 오염(Internal Pore Fouling)
4.2.3 고형물 침착 형태(Solids Deposit Pattern)
4.2.4 용질에 의한 막 오염(Solute Fouling)
4.2.4.1 농도분극(Concentration Polarization)
4.2.4.2 겔층 형성(Gel Layer Formation)
4.3 막 오염 물질(Types of Foulants)
4.3.1 입자성 물질들(Particulates)
4.3.1.1 활성 슬러지 플록(Flocs)
4.3.1.2 플록 크기(Floc Size)
4.3.1.3 세포외 고분자 물질(Extra-cellular Polymeric Substances)
4.3.1.4 EPS의 추출 및 구성 성분의 정량분석(EPS Extraction and Quantitative Analysis of EPS Components)
4.3.2 용존성 물질들(Soluble matters)
4.3.2.1 SMPs or Free-EPSs (soluble-EPSs)
4.4. 막 오염에 영향을 미치는 인자들(Factors affecting membrane fouling)
4.4.1 막과 막 모듈(Membrane and module)
4.4.1.1 세공크기(pore size)
4.4.1.2 친수성/소수성(Hydrophilicity/hydrophobicity)
4.4.1.3 분리 막 재질(Membrane raw materials)
4.4.1.4 전하(Charge)
4.4.1.5 막 모듈(Membrane module)
4.4.2 미생물 혼합액의 특성(Microbial characteristics)
4.4.2.1 미생물 혼합액 농도(MLSS concentration)
4.4.2.2 입자 크기(Flocs size)
4.4.2.3 케이크 층의 압축(Compressibility of cake layer)
4.4.2.4 용존성 물질들(Dissolved matters)
4.4.2.5 플록의 구조: 거품, 핀 포인트 플록, 팽화(Flocs structure: foaming, pinpoint-floc and bulking)
4.4.2.6 유입수 특성(Influent characteristics)
4.4.2.7 슬러지의 소수성 정도(Sludge hydrophobicity)
4.4.3 운전(Operation)
4.4.3.1 수리학적 체류시간(Hydraulic Retention Time)
4.4.3.2 SRT
4.4.3.3 전단응력(Shear stress)
4.4.3.4 포기(Aeration)
4.4.3.5 플럭스 및 임계 플럭스(flux and critical flux)
4.5 막 오염의 정량분석(Quantitative determination of fouling)
4.5.1 직렬여과저항 모델(Resistance in series model)
4.5.1.1 회분식 교반 여과셀(Stirred batch filtration cell)
4.5.1.2 직렬여과저항 모델 사용시 주의점(Cautious use of the resistance in series model)
4.5.1.3 직렬여과저항 모델의 케이크 층 저항 결정 시 주의점(Cautious use of the resistance in series model to determine cake layer resistance, Rc)
4.5.2 막간차압 상승(TMP build-up)
4.6 막 오염 제어 전략(Fouling control strategy)
Problems
참고문헌

제 5 장 MBR 운전
5.1. 운전인자(Operation parameters)
5.1.1 수리학적 체류시간(HRT)
5.1.2 고형물 체류시간(SRT)
5.1.3 순환비율(Recirculation ratio), α
5.1.4 온도(Temperature)
5.1.5 플럭스의 온도 의존성(Temperature dependence of flux)
5.1.6 TMP 와 임계 플럭스(TMP and critical flux)
5.2. 포기(Aeration for bio-treatment and membrane aeration)
5.2.1 미세기포에 의한 포기(Fine bubble aeration)
5.2.2 산소전달(Oxygen transfer)
5.2.3 산소요구량(Oxygen demand)
5.2.4 조대포기(Coarse aeration)
5.2.5 포기 요구량과 포기에너지(Aeration demand and energy)
5.2.6 막의 집적도(Packing density)
5.3. 막 오염 제어(Fouling control)
5.3.1 화학적 제어(Chemical control)
5.3.1.1 세정 프로토콜(Cleaning protocol)
5.3.1.2 화학세정제의 분류(Classification of cleaning chemicals)
5.3.1.3 차아염소산 화학(Hypochlorite chemistry)
5.3.1.4 실제염소와 활용가능염소(Actual chlorine and available chlorine)
5.3.1.5 기타 세정제(Other chemical agents)
5.3.1.6 활성탄(Activated carbon)
5.3.1.7 화학적 전처리 및 첨가물(Chemical pretreatment and additives)
5.3.2 물리적 또는 수리학적 또는 기계적 방법(Physical or hydrodynamic or mechanical)
5.3.2.1 예비처리(Preliminary treatment)
5.3.2.2 역세척(Backwashing or backflushing)
5.3.2.3 조대포기(Air scouring, or coarse aeration)
5.3.2.4 간헐흡입(Intermittent suction)
5.3.2.5 마식(Abrasion)
5.3.2.6 임계 플럭스 운전(Critical flux operation)
5.3.3 생물학적 제어(Biological control)
5.3.3.1 정족수 감지억제(Quorum quenching)
5.3.3.2 기타 생물학적 제어방법(Other biological control)
5.3.4 전기적 제어방법(Electrical control)
5.3.4.1 전기장(Electric field)
5.3.4.2 전기응집(electro-coagulation)
5.3.4.3 고전압 펄스(High voltage impulse)
5.3.5 분리막과 모듈의 개조(Membranes and module modification)
5.3.5.1 분리막 개조(Membranes modification)
5.3.5.2 막 모듈 개조(Modification of membranes module)
Problems
참고문헌

제 6 장 MBR 설계
6.1 MBR을 이용한 하수처리 플랜트의 공정 흐름도
6.2 전처리 시스템 설계
6.2.1 유속
6.2.2 스크린(Screen)
6.2.2.1 조대 스크린(Coarse Screen)
6.2.2.2 미세 스크린(Fine Screen)
6.2.3 침사지(Grit Removal Chamber)
6.2.4 유량조정조(Flow Equalization Tank)
6.3 생물반응조 설계
6.3.1 유입수 성상 분석
6.3.2 최소 고형물체류시간 결정
6.3.3 일(日) 고형물 발생량 추정
6.3.4 호기조 용적 결정
6.3.5 무산소조 용적 결정
6.4 폭기(Aeration) 설계
6.4.1 실제 산소전달률
6.4.2 생물학적 처리를 위한 폭기량 산정
6.4.3 분리막 세정을 위한 폭기량 산정
6.5 분리막 시스템 설계
6.6 설계 예시
6.6.1 질산화 동력학에 기초한 설계 SRT 점검
6.6.2 생물반응에 따른 고형물 생산량 추정
6.6.3 호기조 용적 설계
6.6.4 무산소조 용적 설계
6.6.5 내부반송률 산정
6.6.6 알카리도 요구량 점검
6.6.7 잉여 슬러지 폐기량 추정
6.6.8 생물반응에 소요되는 폭기량 산정
6.6.9 분리막 시스템 설계
6.6.10 MBR 시스템 설계 요약
Problems
참고문헌

제 7 장 사례 연구
7.1 서론
7.2 MBR용 상용 분리막, 모듈, 스키드
7.2.1 GE Zenon
7.2.2 Kubota
7.2.3 Mitsubishi Rayon Engineering (MRE)
7.2.4 Pentair
7.2.5 MBR용 상용 분리막, 모듈, 스키드 리스트
7.3 고분자 분리막을 적용한 MBR 공정적용 평가 사례
7.3.1 GE Zenon
7.3.1.1 시스템 구성
7.3.1.2 생물학적 처리공정
7.3.1.3 분리막 여과성능
7.3.1.4 결론
7.3.2 Kubota
7.3.2.1 시스템 구성
7.3.2.2 생물학적 처리공정
7.3.2.3 분리막 여과성능
7.3.2.4 결론
7.3.3 Mitsubishi Rayon Engineering (MRE)
7.3.3.1 시스템 구성
7.3.3.2 생물학적 처리성능
7.3.3.3 분리막 여과성능
7.3.3.4 결론
7.3.4 Pentair
7.3.4.1 시스템 구성
7.3.4.2 생물학적 처리공정
7.3.4.3 분리막 성능
7.3.4.4 결론
7.4 하수처리 적용 사례연구
7.4.1 Seine Aval Wastewater Treatment Facility
7.4.2 Brightwater Wastewater Treatment Facility
7.4.3 Yellow River Water Reclamation Facility
7.4.4 Cannes Aquaviva
7.4.5 Busan Suyeong Sewage Treatment Plant
7.4.6 Cleveland Bay Wastewater Treatment Plant
7.5 산업폐수 적용 사례연구
7.5.1. Basic American Foods Potato Processing Plant
7.5.2. Frito-Lay Process Water Recovery Treatment Plant
7.5.3. Kanes Foods
7.5.4. Pfizer Wastewater Treatment Plant
7.5.5. Taneco Refinery
7.5.6. Zhejiang Pharmaceutical WWTP
참고문헌 

색 인