제지공정 폐수 내에 포함된 리그닌을 재사용하기 위해 같이 포함되어있는 금속이온을 줄여야한다. 본 연구에서는 세라믹 분리막을 이용하여 제지공정 폐수 내의 금속이온을 제거하는 연구를 진행하였다. 분리막은 DMAc 용매에 PESf 고분자를 용해시킨 뒤 α-Alumina 분말을 넣고 PVP 분산제를 첨가하여 평판형 분리막을 제조하였다. FE-SEM으로 분리막의 단면과 표면을 관찰하고 CFP (Capillary Flow Porometer)장치를 통해 기공크기를 측정하였다. 분리막을 이용 한 금속이온제거 실험을 한 뒤 실험 전, 후의 폐수를 ICP-MS분석을 통해 금속 이온량을 측정하였다.

심냉법을 이용한 산소 제조 기술은 지난 한 세기 동안 사용되어 왔으나 에너지 효율의 문제가 제기 되고 있으며, 최근에는 이온전도성 분리막을 이용한 산소 제조 기술이 효율적으로 산소를 제조할 수 있는 대안으로 대두되고 있다. 이 온전도성 분리막을 산소 연소 공정에 적용하기 위해서는 높은 산소투과능과 이산화탄소에 대한 내성이 필요하다. Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ와 같이 기존에 잘 알려진 조성의 분리막은 높은 산소 투과성능을 나타내지만 이산화탄소에 대한 내성이 낮다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 이산화탄소 내성을 가지는 Sm0.3Sr0.7Cu0.2Fe0.8O3-δ과 Ce0.8Sm0.2O2-δ으로 이상 분리막(dual phase)을 제조하였다. 제조된 분리막의 특성을 분석하고, 헬륨 및 이산화탄소 조건에서 산소투과 실험을 진행하였다.

In this paper, we investigate the characteristics of membrane fouling caused by water temperature in the Membrane bioreactor(MBR) process and try to derive the membrane fouling control by chemical enhanced backwashing(CEB). The extracellular polymeric substances(EPS) concentration was analyzed according to the water temperature in the MBR, and the membrane fouling characteristics were investigated according to the conditions, with sludge & without sludge, through a lab-scale reactor. As shown in the existing literature the fouling resistance rate was increased within sludge with the water temperature was lowered. However, in the lab-scale test using the synthetic wastewater, the fouling resistance increased with the water temperature. This is because that the protein of the EPS was more easily adsorbed on the membrane surface due to the increase of entropy due to the structural rearrangement of the protein inside the protein as the water temperature increases. In order to control membrane fouling, we tried to derive the cleaning characteristics of CEB by using sodium hypochlorite(NaOCl). We selected the condition with the chemicals and the retention time, and the higher the water temperature and the chemical concentration are the higher the efficiencies. It is considered that the increasing temperature accelerated the chemical reaction such as protein peptide binding and hydrolysis, so that the attached proteinaceous structure was dissolved and the frequency of the reaction collision with the protein with the chemical agent becomes higher. These results suggest that the MBRs operation focus on the fouling control of cake layer on membrane surface in low temperatures. On the other hand, the higher the water temperature is the more the operation strategies of fouling control by soluble EPS adsorption are needed.

CO2 포집을 위한 아민흡수기술의 문제점으로 제기되고 있는 과다한 재생에너지의 감소를 위해 최근 접촉막 기술이 주목받고 있다. 하지만 대부분의 기존 연구들은 고분자 분리막을 이용하여 수행되었고, 장기 운전 안정성 문제가 제기되었다. 세라믹 분리막은 고분자 분리막에 비해 화학적·열적안정성이 뛰어나 접촉막 탈거 공정에서의 장기 안정성을 확보할 수 있다. 본 연구에서는 세라믹 중공사 접촉막 탈거 장치를 고안 및 제작하였고, 아민흡수제를 이용하여 탈거특성을 분석하였다.

CCS(CO2 capture and storage)는 발전소 등 고정배출원에서 CO2를 포집하고, 수송 및 저장하는 기술이다. 특히, 아민 흡수법은 CO2 포집 기술 중 가장 널리 알려진 공정이다. 하지만 큰 규모의 장치와 높은 재생에너지를 필요로 하는 문제점이 제기되고 있다. 따라서 기존 흡수 공정보다 고효율의 접촉막 연구가 주목받고 있다. 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 제조하였으며 SEM, 기체투과 특성 등을 분석하였다. 또한 이를 모듈화하여 아민흡수제를 이용한 CO2 흡수 실험을 수행하였다.

연구에서는 펄프공정으로부터 배출되는 리그닌 추출물 내의 금속이온분리를 위한 연구를 진행하였다. α- Alumina 분말에 DMAc (N,N-dimethylacetamide) 용매와 PESf (Polyethersulfone) 고분자를 혼합하고 PVP (Polyvinylpyrrolidone) 분산제를 첨가하여 슬립 캐스팅 방법으로 분리막을 제조하였다. 분리막은 CFP (Capillary Flow Porometer) 장치 를 통해 기공크기를 측정하고 FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 장치를 이용하여 실제 분리막 표면과 단면을 관찰하였다. 플럭스는 분리 실험장치를 이용하여 시간당 여과된 무게를 측정하여 계산하였다. 기공크기측정은 0 psi에 서 30 psi까지 서서히 증가하는 승압조건에서 진행하였다. 분리막의 기공크기는 0.4 μm 크기를 가지며 플럭스는 분리막의 파 울링에 의해 초기 플럭스 값인 6.36 kg⋅m-2⋅h-1에서 1.98 kg⋅m-2⋅h-1으로 감소하여 3시간 이후부터 일정해지는 것을 확인 하였다. 투과 실험 후 막 오염물질은 간단한 세척을 통해 제거 가능하였다. 분리실험을 통해 초기 리그닌 추출물 내에 포함되 어 있던 Na은 69%만큼 줄었고, Fe은 87%, K은 95%, Ca은 93%, Mg은 96%만큼 제거됨을 보였다

Ce0.8Sm0.2O2–δ―Sm0.1Sr0.9Cu0.2Fe0.8O3–δ dual-phase membranes were prepared with one-pot method and citric acid sol-gel process. After calcination of the powder at 850 ℃, the dual-phase membranes were prepared by uniaxially pressing the powder. The dual-phase membranes were sintered at 1150 ℃ for 5h with heating/cooling rates of 2 ℃/min. The phase structure and microstructure of the sintered membrane were studied by XRD and SEM. Elemental analysis of the membrane surface and cross section was performed. The oxygen permeation fluxes of Cu-containing dual-phase membranes were evaluated in the temperature range of 800―950 ℃ with He and CO2 as the sweep gas.

아민 흡수제를 이용한 흡수 공정은 CO2 포집 기술 중 가장 널리 알려진 공정이지만, 커다란 규모의 장치와 높은 재생에너지를 필요로 하는 문제점이 제기되고 있다. 따라서 기존 흡수 공정보다 높은 효율을 달성할 수 있는 접촉 분리막 공정 연구가 주목받고 있다. 특히, 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막을 적용하여 장기 안정성을 확보하였으며, 이를 모듈화 하여 실험실 규모의 CO2 흡수 성능을 평가하였다.

접촉막은 기존 흡수 공정과 분리막의 장점을 결합한 하이브리드 공정으로써, 고효율-저에너지 공정으로 주목받고 있다. 접촉막에 사용되는 분리막은 물질전달 저항을 최소화하기 위하여 높은 소수성과 기공도가 확보되어야하며, 화학 흡수제에 대한 내성이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 뛰어난 세라믹 소재의 중공사막 제조하고, 소수성으로 개질하여 모듈화하였다. 또한, 세라믹 중공사막 모듈을 이용하여 CO2 흡수 성능을 평가하고 분석하였다.

Membrane bioreactors (MBRs) employ a process of biological treatment that is based on a membrane that has the advantages of producing high-quality treated water and possessing a compact footprint. However, despite these advantages, the occurrence of “fouling” during the operation of these reactors causes the difficulty of maintenance.Hence, in this study, three physical cleaning methods, namely, backwashing, air scrubbing, and mechanical cleaning ball was performed to identify optimum operating conditions through laboratory scale experiments, and apply them in a pilot plant. Further, the existing MBR process was compared with these methods, and the field applicability of a combination of these physical cleaning methods was investigated.Consequently, MCB, direct control of cake fouling on the membrane surface was found to be the most effective. Moreover, as a result of operating with combination of the physical cleaning process in a pilot plant, the TMP increasing rate was found to be – 0.00007 MPa/day, which was 185% higher than that obtained using the existing MBR process. Therefore, assuming fouling only by cake filtration, about one year of operation without chemical cleaning is considered to be feasible through the optimization of the physical cleaning methods.

This study compares characteristic of membrane fouling in MBR-RO systems. In lab. scale MBRs test, MBRs were operated at different Flux(10, 20, 30 & 40 LMH) and temperature(10, 15, 20, 25 & 30°C). The results show that MBR permeate was measured lower amounts of organic substances in Higher flux and lower temperature and led to lower RO fouling rates. The main cause was that due to cake fouling formed on membrane surfaces in MBRs. Under both cases, Cake layer of membrane surfaces formed in MBRs removed RO fouling factors, polysaccharide and protein, because of cake layer attached on membrane surfaces greater amounts of organic substances. This study implies that optimization of MBR with operating conditions is a crucial strategy to RO membrane fouling control.

국내 농작물의 중요 해충인 목화진딧물, 복숭아혹진딧물, 기장테두리진딧물, 무테두리진딧물, 콩진딧물 등 5종에 대하여 향후 RCP 8.5 기상시나리오에 따른 포괄적 적합도를 평가하였다. 진딧물 내적자연증가율(r)과 온도와의 관계는 곤충발육율 모형의 하나인 Lactin-모형을 적용하여 매개변수를 추정하였다. 내적자연증가율은 기존 보고된 자료와 국내 개체군 실험자료를 종합하여 이용하였다. 서식처 온도와 각 진딧물 최적온도와의 차이를 포괄적 적합도로 취급하였는데, 이를 TSM(thermal safety margin)으로 정의 하였다. TSM이 ‘0’에 가까울수록 포괄적 적합도가 높은 것으로 판단하였다. 또한 내적자연증가율이 최고가 되는 온도를 추정하여 해당 진딧물의 최적온도로 이용하였다. 추정된 최적온도는 상기 5종에 대하여 각각 28.1, 25.1, 27.9, 28.9, 26.3℃ 이었다. 기상청에서 제공하는 1km 공간해상도를 가지는 RCP 8.5 기상시나리오에 따라 10년 단위 계절별 TSM 값을 계산하였다. 각 TSM 값을 10등급으로 세분화하여 포괄적 적합도의 변화를 GIS 지도에 표출시켰으며, 년도 및 계절별 포괄적 적합도의 변화를 제시하였다.

알루미나 분말이 분산된 고분자용액을 비용매 유도 상전이법으로 방사 및 소결하여 알루미나 중공사막을 제조하 였다. 용매-비용매의 상호작용 속도에 따른 중공사막 기공 구조 형성을 확인하고, 특성을 분석하기 위해 dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylacetamide (DMAc), triethylphosphite (TEP) 용매를 사용하여 방사액을 제조하였으며, 고분자 바인더로는 polyethersulfone (PESf), 첨가제로는 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 사용하였다. 알루미나 중공사막의 기공 구조 변화를 확인 하기 위해 SEM으로 중공사막 단면을 분석하였다. DMSO, DMAc 용매를 사용할 경우 지상 구조(finger-like structure)와 망상 구조(sponge-like structure)가 복합된 기공 구조가 나타났으며, TEP 용매를 사용할 경우 전체적으로 망상 구조를 가졌다. 기공 구조에 따른 중공사막의 특성을 확인하기 위해 기체투과도, 기공도 및 기계적 강도를 측정하였다. 망상 구조를 갖는 중공사막 은 높은 기체 투과특성을 보였으며 지상 구조가 증가할수록 기체투과도가 감소하였다. 반대로 기계적 강도는 지상 구조가 발 달할수록 증가하였다.

기장테두리진딧물의 온도의존적 발육과 산자(산란) 특성을 구명하기 위하여 6개의 항온조건(10, 15, 20, 25, 30, 35±1.0℃, RH 50~70%, 16L:8D)에서 실험을 실시하였다. 약충의 발육기간은 10℃에서 42.9일과 30℃에서 4.7일로 온도가 증가할수록 발육기간이 감소하였 다. 약충은 35℃에서 2영기 이후 성충까지 발육하지 못하였다. 선형모형 결과 약충의 발육영점온도는 8.3℃, 발육 유효적산온도는 101.6DD 이 었다. 약충 발육율과 온도와의 관계는 비선형 Lactin 2으로 잘 설명되었다. 약충 발육기간의 분포는 Weibull 함수를 이용하여 분석하였다. 성충 수명은 온도가 증가함에 따라 감소하였는데, 15℃에서 24.0일, 30℃에서 4.3일의 범위에 있었고, 10℃에서 비정상적으로 수명이 짧았다 (11.1 일). 총산자수는 20℃에서 38.2마리로 최대값을 보였고, 10℃에서 3.4마리로 최소값을 나타냈다. 본 실험의 결과를 통하여 무시 성충의 산자모 형을 작성할 수 있는 온도별 총산자수 모형, 연령별 누적생존율 모형, 연령별 누적 산자율 모형 및 생리적 연령 계산을 위한 성충 노화율 모형을 제 시하였다.

본 연구는 양배추에서 무테두리진딧물의 온도발육실험, 성충수명, 산자실험을 통해 매개변수를 추정하여, 약충의 온도발육모형, 무시성충 의 산자모형 작성에 필요한 기본모형들을 제공하기 위해 실시하였다. 6개의 온도(10, 15, 20, 25, 30, 35 ± 1℃, 16L:8D)에서 실험한 결과로 저 온인 10℃에서는 성공적으로 발육하지 못했다. 약충 발육기간은 온도가 증가할수록 30℃까지는 감소하였고 35℃에서는 다시 증가하였는데, 1 5℃에서 18.5일, 30℃에서 5.9일 이었다. 약충전체 직선회귀식에서 발육영점온도(DT)는 7.9℃로 나타났으며, 유효적산온도(DD)는 126.3일 이었다. 전기약충(1+2령), 후기약충(3+4령), 전체약충 발육률에 대한 비선형모형(Lactin 2 model)과 발육기간 분포 모형(Weibull model)을 작성하였다. 성충수명은 15℃에서 비정상적으로 18.2일을 보였고, 20℃에서 24.4일, 30.0℃에서 16.4일의 범위에 있었으며, 성충 생리적 연령 계산을 위한 노화율 모형작성에 이용되었다. 총 산자수는 20℃에서 91.6마리로 최대값을 보였다. 본 연구를 통하여 무테두리진딧물 무시성충 산 란모형 작성에 필요한 온도별 총산자수, 연령별 누적산자율, 연령별 생존율 모형 등 3개의 기본모형을 추정하였다.

본 연구는 잉여슬러지와 차아염소산나트륨을 혼합하여 제조한 차아염소산나트륨 처리 슬러지를 침지형 분리막이 설치된 생물반응조에 주입하여 수처리 미생물에 기질을 공급하고 수처리에 적합한 pH와 알칼리도를 유지함으로써 응집제 주입 없이 방류수의 총질소 농도 20 mg/L, 총인 농도 0.2 mg/L 이하로 처리할 수 있는 MBR 하수처리공정을 개발하였다. 개발된 공정은 별도의 응집제 주입 없이 질소와 인의 법적 방류수 수질기준 을 만족하였고, 향후 하수처리장 약품비용 절감에도 기여할 것으로 기대된다.

High oxygen permeability and structural stability are required in the presence of high concentrations of CO2 for application of oxygen transport membrane in the oxy-fuel combustion process. MIEC membranes based on alkaline earth metal such as Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ have low CO2 stability. Carbonates were formed over the surface of membranes including alkaline earth metal in the presence of CO2 and oxygen permeation fluxes are deteriorated. In this work, dense dual-phase hollow fiber membranes were prepared by a phase inversion spinning and sintering process. The oxygen permeation fluxes of dual-phase hollow fiber membrane were evaluated at various temperatures.

CO2 포집을 위한 아민 흡수 공정은 현재 가장 상용화에 근접한 기술로 알려져 있다. 하지만 흡수탑 장치의 규모가 크고, 흡수제 재생을 위한 에너지가 과다하게 필요로 한다는 문제점이 제기되고 있다. 이러한 문제를 해결하고, 기존 공정에 비해 고효율-저에너지 기술인 접촉 분리막 공정의 연구가 주목받고 있 다. 본 연구에서는 화학적, 열적 안정성이 높은 세라믹 소재를 이용하여 중공사 막을 제조하고, 이를 모듈화하여 기-액 접촉 분리막 공정에 적용한 실험을 수행 하였다.