하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

산업폐수 처리에서 미량오염물질(독성 유기물, 화합물, 연료 등)의 제거가 중요하다. 생물학적 처리에 의해서는 미량오염물질을 제거하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 분리막과 고도전기산화를 접목하여 색도, 미세입자등을 효과적으로 제거하고 막오염을 저감시키는 막결합형 고도전기산화시스템을 개발하였다. 색도는 원수 120 도(Pt-Co 색도 값)에서 처리수 20 도이하로 제거되었고, 탁도의 경우 처리수 0.1 NTU이하의 수준으로 감소하였다. 또한 막오염 저감의 성능으로 전극을 켜지않고 실험하였을때 16 kPa까지 증가하였으며 0.5 A/L전류를 공급하였을 때 5 kPa으로 유지되었다. 본 연구는 한국환경산업기술원의 환경융합 신기술 개발사업(No. 2015001640004) 연구결과의 일부이다.

Membrane based water and wastewater treatment becomes more and more popular; however, membrane fouling is still a critical obstacle for its extensive use. Most of the membranes being used are polymeric and have limitations in physical, chemical, and thermal stability, even though various novel materials were introduced. In this study, metal membranes were fabricated to solve those weak points of polymeric membranes. We evaluated the physical properties of a metal membrane, such as pore size distribution, surface morphology, and water flux, and finally used the membrane for electrochemical oxidation of municipal wastewater with simultaneous hydrogen fuel generation. The metal membrane removed 50-70% of the feed organic matter by electrochemical oxidation; 10-30 % removal by electrochemical oxidation plus 40% by membrane rejection.

Excess phosphorus in water has become a crucial aspect concerning the eutrophication. Experiments were carried out to fabricate particles of iron oxide to polymer and the beads were then calcinated. It was found that adsorption process most satisfactory fitted to Langmuir equation (R2>0.92) with maximum adsorption capacity 2.663 mg P/g adsorbent. Equilibrium of adsorption was reached after 3 h, while the initial adsorption rate increased from 0.46 mg/g-h to 3.83 mg/g-h when the bead iron content increased from 40.4 mg Fe/g to 160 mg Fe/g. This research was supported by a project (No. 2013001390002) from the Korea Environmental Industry & Technology Institute funded by the Ministry of Environment and the Brain Korea 21 Plus program of the Korean government.

Membrane biofouling is the major concern to be addressed in membrane bioreactors (MBRs). Synergistic combinations of quorum quenching and physical cleaning methods were applied to minimize membrane fouling in MBRs. Different types of physical cleaning modes, such as relaxation, air backpulsing, and permeate backwashing were used in combination with quorum quenching. A significant improvement in fouling control was accomplished when QQ was coupled with physical cleaning methods, especially in relaxation. In addition, mixed liquor properties and treatment performances were not affected by the QQ activity. This research was supported by a grant (2012001440001) from the Korea Environmental Industry and Technology Institute funded by the Ministry of Environment.

분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

자연산 유기물과 미세 입자는 분리막을 이용한 수처리 공정에서 반드시 제거되어야 하는 주요한 물질이다. 특히 휴믹물질은 막오염을 일으키는 자연산 유기물의 대표적인 물질로 알려져 있어 막여과 정수처리와 관련된 많은 연구에서 정수 원수를 모사하기 위해 이용되고 있다. 본 연구에서는 휴믹산 용액과 자연수의 한외여과시 막여과 및 세척 특성을 비교 분석하여 분리막 모듈의 실제 정수 원수 적용시 휴믹산 용액을 이용한 모사수가 가지는 대표성을 검토하고자 하였다. 정수원수의 막투과도는 5 mg/L 휴믹산 용액의 여과와 거의 같은 양상을 보였으나 유기물 및 탁도 제거율 측면에서 차이를 보였다. 용존성 유기물의 제거율은 휴믹산 용액에 비해 자연수의 제거율이 아주 낮으며 자연수 내에 존재하는 유기물은 분리막에 의해 거의 제거되지 않음을 알 수 있었다. 모사수의 제거율이 상대적으로 높게 나타난 이유는 유입수 내 유기물의 분자량 분포와 UV254 및 SUVA 값으로부터 휴믹산 용액 내 유기물의 크기 배제 및 소수성 흡착 때문인 것으로 사료된다. 미세입자 제거의 경우 입자 분포에 있어서 상대적으로 작은 크기의 카올린을 함유한 모사수가 자연수에 비해 한외여과 처리수의 탁도가 더 낮게 나타났다. 이는 입자 크기 자체보다는 입자의 형태가 분리막에 의한 입자 제거에 영향을 미치는 것으로 추정된다. 또한 화학세정을 통한 막성능 회복률의 경우 비슷한 막투과도를 보이며 오염을 일으킨 경우에도 모사수가 자연수에 비해 다소 높은 회복률을 보였고, 이 또한 모사수의 한계를 드러낸다고 하겠다.

현재 막여과 공정은 정수처리에서 많은 관심을 받고 있다. 그러나 막여과 공정은 저압 운전이 가능한 정밀/한외여과 분리막을 이용할 때는 효과적인 용존성 유기물 제거가 이루어지지 않으며 막오염 현상으로 분리막의 투과도 감소가 일어난다. 고압 분리막을 이용할 경우 양질의 수질은 얻을 수 있으나 고압 운전으로 인하여 운전비용의 소모가 높다. 따라서 최근 분리막의 효율적인 정수처리 적용과 성능 향상을 위해서 다른 물리화학적 공정과 결합한 혼성공정에 대한 다양한 접근이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 혼성공정으로 응집, 흡착, 특정 화학반응, 막표면 코팅 등과 정밀/한외여과 공정을 결합한 경우의 특징, 처리효율, 고려사항 등을 고찰하였다.

본 연구에서는 광촉매 반응과 막분리 기술을 접목시킨 혼성 고도 정수처리 공정에서 소독 부산물의 전구체로 알려진 자연산 유기물을 효과적으로 제거하고자 하였고 다양한 운전 조건에서 시스템의 성능을 비교 평가하였다. 자연산 유기물은 흡입여과 방식의 분리막과 TiO2 광촉매를 이용하여 광분해하였을 때 광촉매 투입량의 증가에 따라 반응속도가 증가하였지만 과량의 촉매 주입시에는 반응 속도 향상에 오히려 부정적으로 작용하였다. 자연산 유기물을 보다 효과적으로 제거하기 위해 산화철 주입, TiO2 표면처리, 분리막 표면코팅을 시도하여 제거특성 및 운전에 따른 막여과 특성을 평가하였다. 산화철 주입은 초기에 흡착작용으로 인해 제거율 증가를 보였으나 반응이 진행됨에 따라 산화철 입자에 의한 광산란으로 광분해 효율이 오히려 감소되었다. 산화철 입자에 의한 광산란을 제어하고자 TiO2 표면을 광처리와 열처리 방법을 이용해 철을 직접 부착시킨 경우 긍정적인 효과를 얻지 못했다. 그러나 산화철로 막표면을 코팅하여 광산란 효과를 배제시킨 경우에는 향상된 결과를 보였다 막투과 플럭스 15 L/m2-h에서 정밀여과를 수행하였을 때 TiO2나 산화철에 의한 막오염은 거의 일어나지 않았고 안정된 막투과도를 나타내었다.

Catalytic wet oxidation of trichloroethylene (TCE) in water has been conducted using TiO2-supported cobalt oxides at 36oC with a weight hourly space velocity of 7,500 h-1. 5% CoOx/TiO2, prepared by using an incipient wetness technique, might be the most promising catalyst for the wet oxidation although it exhibited a transient behavior in time on-stream activity. Not only could the bare support be inactive for the wet decomposition reaction, but no TCE removal also occurred by the process of adsorption on TiO2 surface. The catalytic activity was independent of all particle sizes used, thereby representing no mass transfer limitation in intraparticle diffusion. XPS spectra of both fresh and used Co surfaces gave different surface spectral features for each CoOx. Co 2p3/2 binding energy for Co species in the fresh catalyst appeared at 781.3 eV, which is very similar to the chemical states of CoTiOx such as Co2TiO4 and CoTiO3. The used catalyst exhibited a 780.3-eV main peak with a satellite structure at 795.8 eV. Based on XPS spectra of reference Co compound, the TCE-exposed Co surfaces could be assigned to be in the form of mainly Co3O4. XRD patterns for 5% CoOx/TiO2 catalyst indicated that the phase structure of Co species in the catalyst even before reaction is quite comparable to the diffraction lines of external Co3O4 standard. A model structure of CoOx present predominantly on titania surfaces would be Co3O4, encapsulated in thin-film CoTiOx species consisting of Co2TiO4 and CoTiO3, which may be active for the decomposition of TCE in a flow of water.