분리막 생물반응조내 침지형 평막(공칭공경 0.15 ㎛, CPVC)을 사용하여 운전방식에 따른 막 오염 저감효과를 알아보았다. 또한 SMP, EPS와 같은 입자성 물질을 플록으로 형성시켜 장기운전을 가능하게 하였다. 운전방식은 기존 운전/휴지 방식과 연속적으로 처리수를 생산할 수 있도록 자체 개발한 사인파형 투과유속 연속운전(Sinusoidal flux continuous operation; SFCO)을 적용하였다. 응집제를 투여한 경우 기존 운전/휴지방식에 비하여 SFCO의 TMP는 최대 30% 미만으로 유지됨을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 침지형 정밀여과막(공칭공경 0.15㎛, CPVC)을 사용하여 에멀젼형 절삭유(MECOOL-7000, Megalube사) 수용액을 처리하였다. 막 오염을 효과적으로 감소시키기 위하여 대칭형 또는 비대칭형의 사인파형 투과유속 연속운전(Sinusoidal flux continuous operation; SFCO) 실험을 실시하였다. 분리막의 투과유속이 증가함에 따라서 막간차압이 증가하였으나, 대칭형 운전방식이 비대칭형 운전방식에 비하여 막간차압이 낮게 형성되어 막오염 제어에 효과적임을 확인할 수 있었다.

COMSOL 소프트웨어 프로그램을 이용하여 중공사형 분리막 모듈 내 용액의 속도 및 압력 분포를 포함한 유동현상을 규명하였으며 투과유속에 따른 농도분극을 수치해석하였다. 모듈의 길이, 충전율, 회수율 및 투과 유속 그리고 입구의 위치를 하단부 혹은 측면부로 변화시키면서 계산하였다. 이상의 운전변수 중 모듈의 길이가 압력 강하에 가장 큰 영향을 미침을 확인하였으며 중공사형 모듈 내의 농도분극은 입출구의 위치에 따라서 변화함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 산화그래핀(GO)을 기질 고분자인 PVdF에 도입하여 전기방사법으로 나노섬유 형태의 분리막을 제조하고, 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하였다. 제조된 GO와 나노섬유 분리막은 SEM, TEM, XPS, FT-IR, Raman spectra등을 이용하여 GO의 도입여부 및 화학적 구조를 분석하였으며, 순수투과도 및 제거율, TMP변화를 상용막인 CPVC(chlorinated Polyvinyl chloride) 평막과 비교분석하였다. 또한, 항균성 향상과 중금속 제거를 위해 금속물질과 복합화를 진행하고, 이에 따른 활용가능성을 조사하였다.

본 연구에서는 dimethylformamide (DMF)와 acetone의 혼합용액에 산화그래핀(graphene oxide, GO)을 분산시키고 기질 고분자인 PVdF (polyvinylidene fluoride)를 도입하여 전기방사법으로 나노섬유를 제조하였다. 또한 PVdF/GO 복합 나노 섬유를 평막 형태로 적층시켜 기공크기 0.4 μm인 정밀여과막을 제조하였다. 그리고 GO의 고유한 항균 특성으로 생물학적 오염을 줄일 수 있는 PVdF/GO 복합막의 막오염을 평가하기 위하여 막간 압력차(transmembrane pressure, TMP)를 측정하였 다. 유효 막면적이 0.01 m2인 PVdF/GO 평막과 상용화된 MBR용 CPVC (chlorinated polyvinyl chloride) 평막을 MLSS 4,500 mg/L인 활성슬러지 수용액 내에서 동시에 투과 실험하였다. 공기를 주입하지 않을 경우, 투과유속이 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 79%까지 감소하였다. 또한 운전/휴직 방식으로 운전할 경우, 10 L/m2⋅h일 때 PVdF/GO 막의 TMP는 CPVC 막의 최대 69%까지 감소함을 확인하였다.

본 연구에서는 MBR 내에 침지된 분리막 오염을 평가하기 위하여 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측정하였 다. 유효 막면적이 0.02 m2이고 공칭 세공크기가 0.15 μm인 정밀여과용 평막 모듈을 MLSS 5,000 mg/L인 활성슬러지 용액 에 침지시켰다. 운전/휴직(R/S) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식에 따른 TMP를 비교하기 위하여 동시에 투과 실 험을 수행하였다. SFCO 운전방법에 따른 TMP는 R/S에 비하여 최대 93% 낮게 유지되었으며 투과유속이 증가함에 따라서 TMP 감소 효과는 줄어들었다. 또한 응집제인 FeCl3를 활성슬러지 용액에 500 mg/L 농도로 주입시키면 SCFO 운전방식의 경우, 투과 운전시간을 5배 이상 증가시켜도 한계 운전 TMP인 55 kPa의 40% 미만으로 유지됨을 확인할 수 있었다.

본 연구에서는 디스크 링 형태에 패터닝된 박막을 적층시킨 모듈의 분리특성을 규명하고자 투과실험을 수행하였다. 먼저, 본 연구에서 자체 제작한 5가지 형태의 디스크 필터의 순수 투과도를 측정하였으며 그 값은 0.25 내지 2.24L/m2·hr·bar이었다. 0.1 wt% 카올린 수용액을 투과시키면 순수 투과율이 가장 높은 모듈의 투과유속이 가장 높았고, 순수 투과율이 가장 낮았던 모듈의 카올린 투과유속이 가장 낮게 나타났다. 그러나 모든 모듈의 카올린 투과유속이 순수 투과율에 비례하지는 않았다. 또한 0.1 wt% 수용액으로 장시간 운전하기 위하여 디스크 필터 모듈 1에 주기적으로 역세척을 실시하였으며 가장 효율적인 운전조건은 투과시간 8분, 역세척 2분 주기임을 확인하였다.

본 실험은 실험실적 규모의 침지식 평막형 분리막이 장착된 활성슬러지 생물반응기에 인공폐수를 사용하여 수행하였다. 분리막 운전은 MLSS 5,000 mg/L 활성슬러지 용액을 일정 유량으로 계속 투과시키는 방식과 주기적으로 10분여과/2분휴지 방식으로 구분하여 실시하였다. 산기량은 0.25 L/min로 일정하게 유지한 상태에서 투과유속을 10에서 25 L/m2⋅hr까지 증가시키면서 막간차압을 측정하였다. 또한 분리막 오염 상태를 판단하기 위하여 완전막힘, 표준막힘, 중간막힘, 비압축성케이크 및 선형압축성 케이크 오염 모델을 실험값에 적용하였다. 10분운전/2분휴지 운전방식에서는 매 주기마다 펄스형태로 막간차압이 변화하므로 최고점 및 최저점 연결선으로 구분하여 막오염 모델을 적용하였다. 활성슬러지 케이크 막오염은 이상의 5가지 오염 모델 중 선형압축성 케이크 오염 모델이 모든 투과실험 결과와 가장 잘 일치하였다.

본 연구는 정밀여과용 관형 분리막 모듈 내에 자체 설계한 기체분사형 노즐을 장착하여 막오염 감소 효과에 따른 투과유속을 측정하였다. 원료 용액으로는 0.1 wt% yeast 입자를 사용하였으며 공기 주입에 따른 막오염 감소 효과를 확인하기 위하여 공기를 주입하지 않은 경우와 주입한 경우의 투과유속을 비교⋅분석하였다. 공기를 주입하지 않았을 경우 투과유속은 지속적으로 감소하였지만 공기를 주입할 경우 투과유속은 공기를 주입하지 않은 경우와 비교하여 30% 이상 향상됨을 확인 하였다.

본 연구는 이산화탄소를 효율적으로 분리하기 위한 이온성액체 지지분리막 제조를 목적으로 한다. 공칭크기 0.1 mum PVDF 정밀여과막에 이온성액체인 [bmim][PF6] (1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate)를 분리막 세공내로 흡입시켜 고정화하였다. 제조된 이온성액체 지지막에 대한 N2, H2, CO2 기체의 투과도는 0.075, 0.203, 1.380 GPU로 측정되었으며 CO2/N2, H2/N2의 선택도는 각각 14.2와 2.69이었다. 또한 이온성액체 지지분리막은 이온성 액체가 운전압력 2.0 bar까지 세공 내에 고정되어 안정적으로 운전 가능하였다.

막증류는 소수성이 강한 0.1 내지 0.5μm의 정밀여과막을 통하여 휘발도가 상대적으로 큰 성분을 증발시켜 분리하는 방법이다. 본 연구에서는 중공사형 분리막을 이용한 직접접촉식 막증류 공정을 "COMSOL Multiphysics" 프로그램을 이용하여 수치해석 하였으며 유체의 유입온도, lumen 및 shell side 공급 유속의 변화로 인한 투과량의 변화를 해석하였다. Lumen 공급용액의 온도가 30 에서 50℃까지 증가할 경우 막증류 투과량은 1.0에서 3.8 L/㎡·hr 까지 증가하였으나 shell 유체온도 영향은 상대적으로 낮았다. 또한 lumen 공급유속에 따른 막증류 투과량과 운전 압력손실을 고려할 경우 0.15 m/s (ReL = 135)일 때 가장 효율적임을 확인하였다.

연구는 음식물 쓰레기를 음식물 소멸기에서 미생물에 의해 발효하여 유기물을 감량화하고, 음식물 발효시 발생되는 가스를 냉각기에서 기체와 수분으로 분리하여 기체는 반응기로 다시 보내고 수분은 응축하여 침지식 MF 중공사 분리막이 장착된 MBR 시스템에 적용하여 처리하는 시스템에 관한 연구이다. (주)바이오하이테크에서 제작한 음식물 소멸기와 수처리 장치에 침지식 MF 중공사 모듈을 설치하여 90일간 H연구소 직원식당에서 발생되는 음식물 쓰레기를 연속 투입하여 처리하였다. 음식물 소멸기 초기 Seeding를 위하여 수분조절제로 미강, 왕겨, 톱밥을 305 kg 투입하였고 음식물은 운전기간동안 1,648 kg투입하였고 응축폐수는 1,600 L 발생되었다. 음식물 소멸기 운전 종료 후 배출된 발효 부산물은 386 kg으로 감량율은 약 80%로 조사되었다. 침지식 MF 중공사 분리막 모듈을 응축폐수의 MBR 시스템에 적용하여 유기물 처리한 결과 제거율은 각각 BOD 99.9%, COD 97.5%, SS 98.6%, T-N 54.6%, T-P 34.7%였으며, 총대장균은 100%가 제거되었다.

카놀라유, 대두유, 자트로파유와 메탄올을 연속적으로 분리막 반응기에 순환시켜 바이오디젤을 제조하였다. 분리막은 반응기 역할과 반응 생성물로부터 미반응된 유지를 분리하여 고순도의 fatty acid methyl ester (FAME)를 생산하는 역할을 한다. 공칭 세공크기 0.2, 0.5 μm인 정밀여과형 세라믹 관형 분리막을 사용하였다. 운전압력 0.5 bar에서 0.2 μm 정밀여과막에 대한 투과유속은 공급유량 400 mL/min일 경우 15 L/m2·hr이었다. 또한 투과액중 FAME 함량은 0.5 bar에서 가장 높았으며 운전압력이 증가할수록 감소하였다.

본 연구는 정밀여과용 Chlorinated Polyvinyl Chloride (CPVC) 평막의 화학약품 수용액 내에서 경과시간에 따른 내화학성을 측정하기 위하여 실시하였다. 화학약품으로는 막 세정에 주로 사용되는 유효염소 0.5 wt% NaClO 수용액과 산성인 HCl 1 wt%, pH 4 수용액 그리고 알카리인 NaOH 4 wt%, pH 10 수용액을 사용하였다. 이상의 수용액중에 CPVC 분리막을 1일, 3, 5, 10일 동안 5, 25, 50℃에서 침지시킨 후, 각각의 인장강도와 파단시 신장율을 측정하여 내구성을 평가하였다. 막 세정시 주로 사용되는 유효염소 0.5 wt% NaClO 수용액의 경우 5℃ 조건에서는 인장강도 변화는 5% 이내이지만 25, 50℃에서는 17%까지 감소하였다. CPVC 분리막의 내화학성은 산성인 HCl 1 wt%와 pH 4 수용액에서 우수하였으나 NaOH 4 wt% 수용액에 대해서 가장 취약한 것으로 나타났다.

공칭 세공크기 0.1 μm이고 내경이 5 mm인 정밀여과용 관형 분리막 내에 자체 설계한 배출봉을 삽입하여 막오염 감소효과에 따른 투과유속을 측정하였다. 원료용액으로는 에멀젼 상태의 dioctyl tinoxide (DOTO) 입자를 사용하였으며 0.5 wt%까지 농도를 변화시키면서 1.6 bar 이내에서 운전하였다. 배출봉의 효과는 매 실험마다 배출봉을 삽입한 경우와 사용하지 않은 경우의 투과유속을 비교하여 평가하였다. 배출봉을 사용할 경우 운전압력 1.6 bar에서 최대 20%의 투과유속이 향상되었다. 또한 DOTO 농도가 증가함에 따라서 배출봉에 의한 투과유속 향상효과는 크게 나타났으며 0.5 wt% 농도에서 43%까지 투과유속이 향상되었다.

본 연구에서는 평판 지지층 위에 부착된 플라스틱 돌기에 의하여 형성되는 와류가 투과성능에 미치는 영향을 측정하기 위하여 돌기 있는 모듈과 돌기 없는 모듈에서 각각 투과 실험하였다. 운전압력을 0.4 bar에서 1.6 bar까지 증가시키면서 카올린 용액을 투과시킬 경우, 돌기형 평막 모듈은 돌기가 없는 모듈과 비교하여 초기 투과유속 감소 시간이 2배 이상 연장되었고 순수 대비 투과유속의 감소비 역시 1 내지 5% 가량 낮게 나타났다. 레이놀즈수가 1,750인 층류영역에서 돌기에 의한 투과유속 향상은 전이영역에 비하여 약 2배 높게 나타났다. 전반적으로 평막 모듈에 부착된 돌기는 60분 후 투과유속 향상에는 크게 기여하지 못하였지만, 투과실험 초기에는 막오염 방지에 효과적인 것으로 확인되었다.

본 연구는 침지형 분리막 모듈에 자체 설계한 회전원판을 적용하여 운전시간 경과에 따른 막오염 감소효과와 최적의 운전조건을 투과실험으로 알아보았다. 원료용액으로는 kaolin과 bentonite를 농도별로 제조하여 사용하였고, 원판의 회전수를 120 rpm까지 변화시키면서 60분 동안 실험하였다. 회전원판에 의한 막오염 감소 효과로 kaolin 수용액을 대상으로 한 실험에서는 흡입압력이 약 28%까지 감소하였다. 또한 kaolin 농도에 따라서 최적 투과유속이 감소하였으며 0.4wt% 일 경우는 60 내지 70 LMH가 적당하였다. Bentonite 수용액에 대하여 투과유속이 30 LMH 일 경우에 원판의 회전속도가 80 rpm 이상이 되면 흡입압력이 대략 0 mmHg에 접근하였다.

The purpose of this project is to develop the VOCs (the Volatile Organic Compounds) controlling process. In order to achieve our goal, we practiced with non-membrane electrolysis water for absorption scrubbing water. Non-membrane electrolysis system is produced to use absorption scrubbing water. And also this procedure obtains electrolysis water using electrolyte (20% of NaCl-sol). For absorption efficiency, it can be divided into two different types of Multi-Scrone (the vortex absorption tower). One is in a Laboratory scale and the other is in Pilot Plant scale. In Laboratory scale, it shows a difference from 20% of NaCl-sol in order. We also learned that the sudden change of ORP at the first stage gives such a big influence to velocity in process. The vortex absorption tower has better efficiency than packed tower. In spite of that fact, we all know BTX (insoluble organic compounds) has lower absorption efficiency. It is also confirmed in the vortex absorption tower. This project makes our future research strong enough to remove Odor and VOCs only with absorption scrubbing technique. Furthermore, this reference will help our research to develop electrolyte and improve absorption efficiency of BTX as well.

본 실험에서는 십자형 흐름 정밀여과 모듈에서 분리막 투과시 막표면에 일어나는 입자층의 형성을 고속비디오 시스템으로 관찰하였다. 공칭세공이 0.2 μm 정밀여과막과 기공크기보다 휠씬 큰 100 내지 180μm 크기의 polyacryl-copolymer 0.05 wt%의 농도 용액을 제조하여 투과실험에서는 공급유속을 0.5, 0.75, 1.0, 1.25 그리고 1.5 cm/sec으로 변화시키면서 공급유속의 20pm3%로 투과유량을 유지하였다. 공급유량이 증가할수록 입자가 보다 신속히 분리막 표면에 축적되는 것을 관찰할 수 있었고 공급유량이 낮은 0.5 cm/sec 에서는 입자층이 형성되지 않았다. 또한 입자층 형성 후 공급 유속을 1.88 cm/sec로 증가시키면 30초이내에 분리막 표면에 입자들이 대부분 제거됨을 확인하였다.

폴리아닐린(polyaniline, PANI)과 도판트인 camphorsulfonic acid(CSA), dodecyl benzene sulfonic acid(DBSA)와 의몰비 변화에 따라 가상 n형 PANI을 제조하였다. FT-IR측정으로부터 도핑유무를 확인하였고, indium thin oxide(ITO)에 코팅하여 제조한 전극에 대해, 순환전압전류법과 교류임피던스법을 이용하여 도판트의 영향을 조사하였다. FT-IR과 순환전압전류법으로부터, 제조된 전극이 양이온의 도핑-탈도핑이 일어나는 가상 n형의 특성을 가짐을 확인하였다. 순환전압전류법에서 산화-환원 피크전류값은 PANI/DBSA에 비하여 PANI/CSA가 약 5 배정도 더 큰 결과를 보였다. 교류임피던스법으로부터, 두 전극 모두 이상적인 Randles의 등가회로와 유사한 거동을 보였다. 전하이동저항은 PANI/CSA에서 1.14~1.09 kΩ으로 거의 일정한 값을 보였고, PANI/DBSA는 DBSA 몰 비에 증가에 따라 27.73~8.37KΩ으로 감소하여 나타났다. 이중층용량 또한 PANI/CSA는 13.47~14.59 μF으로 거의 일정하였으나, PANI/DBSA는 DBSA 몰 비 증가에 따라 0.49~l.20 μF으로 증가를 보였다. 결과적으로 PANI/CSA의 전기적 특성이 더 좋았으나, 도판트의 몰 비 증가에 따른 특성은 PANI/CSA 전극은 거의 일정하였고, PANI/DBSA 전극은 전기적 활성이 좋아짐을 알 수 있었다.