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엄격해져가는 수질기준과 수자원 확보를 위하여 정수처리시설 및 하폐수처리시설에 나노막(Nanofiltration, NF)과 RO(Reverse Osmosis, RO) 멤브레인 적용이 증가하고 있다. 멤브레인 공정의 경우 오염물질이 지속적으로 농축됨에 따라 고농도의 농축수를 발생시키는 문제점을 지니고 있다. 이러한 NF/RO 농축수의 경우 용존 고형물로 구성되어 있으며, 유입수 대비 경도 물질(Ca2+, Mg2+), 난분해성 유기물 및 미량오염물질 등이 4~10배 농축되어 고농도이므로 별도의 처리가 요구된다. 본 연구에 적용한 CaCO3 결정화 기법은 유동상 반응기 내 seed를 충진하고, 반응기 하단부에서 상향류식 흐름으로 원수를 주입함과 동시에 NaOH, Ca(OH)2 등의 약품을 주입하는 방법이다. 약품 주입으로 pH는 증가하고, 이 과정에서 CaCO3, Mg(OH)2 의 형태로 경도 유발물질을 결정화시켜 회수가 가능하다. 반응기 내부의 seed는 반응 표면적을 증가시켜 반응속도를 증가시키는 역할을 하며, 이 과정에서 seed 표면에 결정이 성장하게 된다. 성장한 seed는 회수하여 석회생산, 산성폐수 중화제 등으로 재활용이 가능하다. 또한, 후단의 Ozone 산화 공정(1mg O3/mg DOC)을 연계하여 추가적으로 유기물 제거를 위한 연구를 진행하였다. 실험은 NF 농축수와 RO 농축수(G, D)로 진행하였으며, NF 농축수와 G RO 농축수의 경우 Ca 85%, Mg 13~32% 제거율을 나타났다. 그러나 D RO 농축수의 경우 상대적으로 경도 제거가 낮게 확인되었으며, 이는 수중의 알칼리도가 낮아 결정화 반응이 충분히 이루어지지 못한 것으로 판단된다. EDS-SEM 분석으로 seed 표면을 관찰하여 결정물질의 형성과 사용 전․후 seed의 구성 원소 분석을 통하여 Ca함량 변화를 확인하였으며, 경도 제거율이 높을 경우에 seed 표면에서의 Ca함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 경도 제거시 seed 표면에서 올바르게 결정화 반응이 이루어짐에 따라 회수 가능성을 확인하였다. PS 후단에 오존 산화를 연계하여 농축수를 처리한 후, COD, DOC, LC-OCD, UV254, SUVA, F-EEM 분석을 진행하였다. 그 결과 COD, DOC는 크게 변하지 않았으나, LC-OCD의 경우 biopolymer peak가 감소하고 humic peak가 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 유기물의 무기화가 아닌 비교적 고분자 물질인 biopolymer가 상대적으로 저분자 물질인 humic 등으로 저분자화된 것으로 사료된다. 또한, UV254 값은 원수대비 전체적으로 감소하였으며, SUVA 값의 경우 NF 농축수 34.5±2.7%, G RO 농축수 43.2±1.1%, D RO 농축수 45.2±10% 감소한 것으로 확인되었다. F-EEM 경향은 LC-OCD, UV254, SUVA와 유사한 경향을 나타냈으며, 모든 영역(Aromatic protein-like, Tryptophan Protein-like, Humic-like)에서 80% 이상의 높은 intensity 감소율을 보였다. 이는 오존 산화에 의하여 불포화 결함이 깨짐에 따라 저분자화가 이루어진 것으로 보인다. 위와 같은 결과를 통하여, 본 연구에서 멤브레인 농축수에서의 경도 물질의 결정화를 통한 회수 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 오존 산화 공정과의 연계를 통하여 유기물질의 저분자화를 통하여 추후 연구시 고려되어지는 MBR 공정과 같은 생물학적 처리 공정에 긍정적으로 작용 가능할 것으로 예상된다.
