BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

The water containing soluble manganese may cause problems such as discolored water, unpleasant taste, fouling or scaling of pipes in water distribution system, and so on. Conventional water treatment processes using sand filtration or sedimentation after oxidation, however, cannot often meet manganese standard for drinking water. Two types of oxidants, potassium permanganate (KMnO4) and sodium hypochlorite (NaOCl), were utilized at the same time for manganese oxidation, and then the precipitated manganese oxides were removed by low pressure membrane filtration in this study. In batch experiments, the multiple injection of both oxidants showed more effective manganese removal than did the single injection using either of them. Moreover, the deterioration of manganese removal at low temperature was less serious for the multiple injection than that for the single injection. Manganese removal by the continuous system of oxidation by multiple injection combined with membrane filtration was higher than those by batch experiments at the same oxidation conditions. In addition, less membrane fouling was observed for membrane filtration with oxidation during continuous membrane filtration than membrane filtration without oxidation. These results indicate that the oxidation by multiple injection coupled with membrane filtration was efficient and applicable to actual water treatment for manganese removal.

Well-defined methacrylate based amphiphilic block copolymers (BCs) used as additives to fabricate poly(vinylidene fluoride) (PVDF) UF membranes, where the amphiphilic BC additives hydrophilically altered PVDF with PPEGMA block segment by strong interaction with the other PMMA block segment, which reduced water resistance to the PVDF polymer solution during phase separation. FT-IR and XPS studies showed carbonyl groups of BCs in the PVDF membranes. Obtained membranes showed porous surface layer and finger-like pore structures on the sublayers, of which sizes were increased with the increase of BC contents. Obtained membranes showed MWCO with 100K PEO and the best water flux was achieved in the PVDF membrane with BC/LiCl additive and improved the anti-fouling property for BSA protein.

Membrane filtration process is an advanced water treatment technology that has excellently removes turbidity and microorganisms. However, it is known that it has problems such as low economic efficiency and the operating stability. Therefore, this study was to evaluate on the economical feasibility and operational stability comparison of membrane and sand filtration process in Im-sil drinking water treatment plant. For the economic analysis of each process, the electricity cost and chemical consumption were compared. In the case of electric power consumption, electricity cost is 68.67KRW/㎥ for sand filtration and 79.98KRW/㎥ for membrane filtration, respectively. Therefore, membrane filtration process was about 16% higher than sand filtration process of electricity cost. While, the coagulant usage in the membrane filtration process was 43% lower than the sand filtration process. Thus, comparing the operation costs of the two processes, there is no significant difference in the operating cost of the membrane filtration process and the sand filtration process as 85.94KRW/m3 and 79.71KRW/m3 respectively (the sum of electricity and chemical cost). As a result of operating the membrane filtration process for 3 years including the winter season and the high turbidity period, the filtrated water turbidity was stable to less than 0.025 NTU irrespective of changes in the turbidity of raw water. And the CIP(Clean In Place) cycle turned out to be more than 1 year. Based on the results of this study, the membrane filtration process showed high performance of water quality, and it was also determined to have the economics and operation stability.

In this study, it is estimated that ceramic membrane process which can operate stably in harsh conditions replacing existing organic membrane connected with coagulation, sedimentation etc. . Jar-test was conducted by using artificial raw water containing kaolin and humic acid. It was observed that coagulant (A-PAC, 10.6%) 4mg/l is the optimal dose. As a results of evaluation of membrane single filtration process (A), coagulation-membrane filtration process (B) and coagulation-sedimentation-membrane filtration process (C), TMP variation is stable regardless of in Flux 2 m3/m2･day. But in Flux 5 m3/m2･day, it show change of 1-89.3 kpa by process. TMP of process (B) and (C) is increased 11.8, 0.6 kpa each. But, the (A) showed the greatest change of TMP. When evaluate (A) and (C) in Flux 10 m3/m2･day, TMP of (A) stopped operation being exceeded 120 kpa in 20 minutes. On the other hand, TMP of (C) is increased only 3 kpa in 120 minutes. Through this, membrane filtration process can be operated stably by using the linkage between the pretreatment process and the ceramic membrane filtration process. Turbidity of treated water remained under 0.1 NTU regardless of flux condition and DOC and UV254 showed a removal rate of 65-85%, 95% more each at process connected with pretreatment. Physical cleaning was carried out using water and air of 500kpa to show the recovery of pollutants formed on membrane surface by filtration. In (A) process, TMP has increased rapidly and decreased the recovery by physical cleaning as the flux rises. This means that contamination on membrane surface is irreversible fouling difficult to recover by using physical cleaning. Process (B) and (C) are observed high recovery rate of 60% more in high flux and especially recovery rate of process (B) is the highest at 95.8%. This can be judged that the coagulation flocs in the raw water formed cake layer with irreversible fouling and are favorable to physical cleaning. As a result of estimation, observe that ceramic membrane filtration connected with pretreatment improves efficiency of filtration and recovery rate of physical cleaning. And ceramic membrane which is possible to operate in the higher flux than organic membrane can be reduce the area of water purification facilities and secure a stable quantity of water by connecting the ceramic membrane with pretreatment process.

최근 먹는물 수질 기준 강화에 따라 정수처리시설에 고분자 나노여과(Nanofilatration, NF)막이 도입되고 있으나, 화학 세정으로 인한 막의 주기적인 교체가 불가피하다. 반면, 세라믹 막은 강한 물리/화학적 내구성을 지니고 있으나, NF막 제조 기술의 한계로 상용화되지 못하고 있다. 연구에서는 알루미나-지르코니아 나노물질을 여과코팅 방법으로 세라믹 막의 평균 공극 크기를 감소시켰고, SEM-EDX, 분획분자량, 자연유기물, 염(CaCl2) 제거를 통해 막의 특성 변화를 분석하였다. 제조된 막은 분획분자량이 400 Da.이고, Suwannee river 자연유기물과 염의 제거율이 각각 92%와 58%였다. 이취미 물질인 지오스민 제거평가 결과, 실험조건에서 65%의 지오스민이 제거됨을 확인하였다.

무기실리카 입자로 구성된 고탁도 원수를 처리하는 침지식 정밀여과 운전에서 휴민산과 2가 양이온의 존재유무에 따라 시간에 따른 파울링 저항을 관찰하였다. 공기폭기로 인한 무기실리카 입자의 파울링 감소효과는 휴민산과 칼슘이 혼합 으로 존재 시 감소하였다. 파울링층의 전자현미경 관찰결과 칼슘의 존재 시 휴민산의 무기실리카 입자 표면흡착이 관찰되었 다. 이는 멤브레인 표면에 조밀한 파울링층을 형성시켜 공기폭기 효과를 감소시킨 것으로 판단된다. 용액의 조성에 따른 고탁 도 원수의 탁도 제거율에는 큰 변화가 없었으나 공기폭기량에 따라 칼슘과 무기실리카 입자의 혼합 존재 시 유기물질의 제거 율은 80% 이상으로 증가하였다. 이는 공기폭기 하에 무기실리카 입자 표면에 흡착된 일부 휴민산들이 멤브레인 표면으로부 터 함께 역수송 되어 유기물질 제거율을 증가시킨 것으로 사료된다.

The investigation of effects on fouling propensity with various viscosity of feed solutions would be better understanding for forward osmosis (FO) performance since the fouling propensity was directly influenced with solution viscosity. Therefore, this study was focused on the FO fouling with model foultants (humic acid, alginate) by altering solution viscosity with change of ionic strength (I.S) and Ca2+ concentrations. In the comparison between humic acid and alginate, as expected, the alginate generally caused more severe fouling (almost 35.8 % of flux reduction) based on the solution characteristics (high viscosity) and fouling patterns (coil and gel layer). However, interesting point to note is that the fouling propensity of alginate was more severe even though it was applied with low viscosity of feed conditions (I.S = 20 mM, Ca2+ = 1 mM). This might be due to that crossed linked gel layer of alginate on the FO membrane surface could be best formed in the condition of Ca2+ presence and higher I.S, and that is more dominant to fouling propensity than the low viscosity of feed solutions.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련 산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막분리 공정을 적용하고자 내산성 나노분리막을 제조하였다. 나노분리막은 다공성 지지막 에 aliphatic amine과 trimesoyl chloride (TMC)를 계면 중합하여 제조하였다. 제조한 분리막의 초기 유량 및 제거율은 25 GFD, 95 %의 결과를 나타냈으며, 내산성은 20일 동안 유지 하였다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

수처리에 있어 막여과 기술은 안전한 처리수질의 보장, 시스템의 집약화 및 자동화 등의 장점으로 인해 활발히 도입되고 있다. 하지만 핵심 기자재인 막 모듈의 설계나 전체 정수처리 공정의 안정성 부분에 대해서는 아직 기술개발의 여지가 남아 있다. 본 연구에서는 막여과 공정의 연속 운전에 있어서 막오염을 완화시키기 위한 목적으로 수행하는 물리적인 역세척의 효율 향상과 더불어 이 때 발생하는 역세배출수를 막 모듈 외부로 원활히 배출할 수 있도록 한 가압식 막여과 기술과, 이 때 발생한 가압식 막여과 배출수를 이중 구조로 구획된 침지 막조 이용하여 원활히 처리할 수 있는 침지식 막여과 기술을 결합하여 기존 기술에 비해 고회수율의 달성은 물론, 집약적이고 실용적인 2단 막여과 정수처리 시스템을 개발하고자 하였다.

수온 상승에 따른 조류 등 이취미 물질의 증가, 미량 유해물질의 검출로 인해 기존 여과 공정으로 시민들의 수질 기대조건을 충족할 수 없기 때문에 오존+활 성탄 등의 고도정수처리 공정의 도입이 활성화되었으며, 이미 대도시, 광역단위 에는 고도정수처리 공정 도입이 완료된 상황이다. 대부분의 국내 정수장의 여과 공정은 급속 모래여과 공정으로 구성되어 있으며, 10년간 막여과 공정이 등장하여 여과 공정에 따른 후단 오존+활성탄 공정에 미치는 영향을 파악하는 것이 필요하다고 판단되었다. 서울시 Y 정수장에 설치된 고도정수처리 파일럿 플랜트 를 활용하여 고도정수처리 공정에 모래여과수와 막여과수가 유입되었을 경우 수질 및 제거율의 변화와 활성탄 표면 변화를 관찰하였고 이를 통해 막여과 정수처리 공정 도입 필요성을 검토하였다.

최근 원전해체, 원전사고 등으로 인한 수계 내 방사성물질 제거 기술로 고분자 소재의 분리막이 사용되고 있지만 고에너지 광선으로 막의 변형 및 파손이 중요한 문제점 중 하나이다. 무기계열의 세라믹막은 강한 내구성을 지니며, 기 존의 한외여과막 수준의 표면 공극 크기를 나노여과막 수준으로 개질할 경우 방사선 물질 제거에 효과적이다. 본 연구에서는 알루미나-지르코니아 나노물질 을 여과코팅 방법으로 세라믹막 표면을 나노여과막 수준으로 개질을 하였고, SEM-EDX, 분획분자량, 오염 전 투수량을 통해 막의 특성 변화를 확인하였다. 제조된 세라믹 나노여과막의 방사선물질 제거 평가로 우라늄(Uranyl nitrate hexahydrate) 2 mg/L 수용액을 사용하였고, ICP-MS 분석결과 40% 제거율을 확인하였다.

본 연구는 잔류함으로써 문제를 일으킬 수 있는 응집제를 사용하지 않고 물리적인 처리만을 사용하는 막여과 정 수처리의 전처리로 F/A 공정을 구성하고자 하였고 이를 구성하는 여재의 성능을 연구하였다. 특히, 탁질 물질과 유기물 제거 가 가능한 것으로 알려진 Filtralite의 도입 가능성을 검토하였다. Filtralite의 탁도 제거효율은 원수대비 83~84%로 여과사와 비슷한 결과 값을 나타내었으며 여재표면에 잘 발달된 공극 때문에 유기물 제거능은 여과사보다 50% 더 높게 나타났다. 따 라서 F/A 공정을 구성함에 있어 여과사보다 Filtralite가 더 효율적이라 검토되었다. 활성탄과 연계한 F/A 공정을 구성하여 막 여과 처리 시스템의 전처리효율을 실험한 결과, TOC 농도는 TMP의 증가에 큰 영향을 주는 것으로 판단되어 막오염 저감에 유기물 제어가 중요함을 확인하였으며 유기물 제거 효율이 뛰어난 여재 사용이 필요할 것으로 판단되었다.

국내 다수의 정수장이 적용하고 있는 전통적인 정수처리 공정만으로는 신규 유해물질이나 미량유해물질의 처리 보증을 할 수 없다. 안정적인 고도정수처리공정으로 막분리공정의 적용과 연구가 진행되고 있다. 원수의 특성에 따른 막여과 고도정수처리공정의 개발과 이에 대한 장기적인 검증이 필요하다. 본 연구에서는 계절에 따라 고농도의 망간이 발현되고 있는 경북 U정수장 내의 막여과 시설을 운영하면서 고도정수처리공정의 개발과 장기 성능 평가를 진행하였다. 막여과시설의 일처리용량은 1,000 m³으로 최적 운영인자 확보와 정수처리성능을 평가하였다.

유가 및 희소 금속을 함유한 폐황산은 제련산업 공정에서 다량 방출되고 있으며 처리기술 부족으로 중화법을 통해 폐기되고 있다. 이에 본 연구에서는 폐황산에 존재하는 금속들을 경제적으로 회수하기 위해 막 분리공정을 적용하고자 내산성 NF 분리막을 제조하였다. 지방족아민 모노머인 piperazine을 이용하여 제조한 막은 산에 취약한 polyamide 구조를 지니고 있어 내산성을 가지는 triazine polymer를 첨가하여 NF 분리막을 제조하였다. 제조한 분리막은 15 wt% 황산에 노출한 후, 75psi 압력의 cross-flow 방식으로 내산성 투과실험을 진행하였으며 내산성은 10일 동안 유지되었다. 또한, FTIR, XPS, FE-SEM의 분석 통해 제조된 막의 특성을 확인하였다.

We have studied ternary polymer blend system (A-B/C), which A and C polymers have attractive interactions. The blend was prepared as thin layer coating on the top of the supporting membrane, such as alumina, by layer-by-layer deposition of each polymer from the diluted solution. By controlling the fraction of polymer, the morphology of the blend showed various states including inter-connected porous structure at a certain condition. In addition, we tried to have the better control in pore size and function by introducing small molecule-containing layers atop of the blended coating. The selectivity of filtering and flux of the coated membrane was studied by filtration experiments with aqueous mixtures of various sized solutes including inorganic and organic compounds. Beneficially, the active layer coating exhibited anti-fouling effect.

침지식분리막 오염을 최소화하기 위한 두 가지 공기세정방식을 비교하였다. 연속적인 공기세정과 단계별 공기량을 증가시키는 방식을 연구하였다. 15분의 여과 중에 세정공기의 증가는 5분마다 단계별로 공기량을 증가시켜주었다. 모의 여과 원수에 분말활성탄을 10 g/L 이하 그리고 카올린은 20 g/L 이하로 준비하였으며, 플러스는 80 LMH로 하였다. 단계별 공기세정방식은 연속적인 공기세정 방식보다 분리막 오염억제에 효과적이었다. 추가적으로 주입된 응집제는 분리막 오염저감을 보다 향상시켰다. 연속적인 공기세정의 오염현상은 공경막힘과 분리막 표면에 지속적인 입자의 축적에 기인하였다.

망간은 수중에서 대체적으로 불용성이나, 지하나 지표에서 여러 가지 반응으로 인해 수중으로 용존되어 유입된다. 용존된 망간은 먹는 물에서 0.1 mg/L 이상일 경우 불쾌한 금속냄새가 나며, 0.02 mg/L 이상에서는 박테리아에 의한 이취미가 발생할 수 있다. 또한, 망간산화물이 급배수관에 피복되어 통수능을 감소시킨다. 최근 강화된 국내 먹는 물 수질 기준치는 0.05 mg/L이다. 이러한 망간 문제를 해결할 수처리 공정 연구가 필요하다. 본 연구에서는 과망간산칼륨(KMnO4)과 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 이용하여 망간을 산화물로 변화시키고, 이를 한외여과막으로 제거한 후의 망간제거효율을 연구하였다. 특히, 두 산화제를 복합으로 사용할 때의 효과를 분석하고 실제 적용 가능성을 타진하였다.

본 연구에서는 막여과공정, 오존접촉공정, 활성탄흡착공정, 자외선소독공정 등이 계층형으로 배치된 정수처리 실증시설의 설계 및 운영을 통해 수직형 정수 처리시설의 최적 설계/운영방안을 도출하고자 하였다.