정삼투막(Forward osomosis, FO) 공정은 차세대 해수담수화 기술 중 하나이 다. FO 공정은 운영에너지나 막오염의 장점에도 불구하고 유도용액의 분리회수 등의 문제로 실증화 단계에 어려움이 있다. 따라서 현재 FO 공정에 대해서는 FO를 단독으로 사용하기보다 RO 전단에 FO 공정을 두어 이용하는 hybrid 시스 템으로 이용하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 본 연구는 유도용액의 분리회수 가 필요하지 않은 FO-RO 공정에서의 성능 지표 중 하나인 투과유량을 늘리기 위해 공정 운전 조건 중 유도용액의 유량변화에 따른 성능을 평가하였다.

기후변화에 따른 영향으로 전 세계적으로 물부족 문제는 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 이러한 물부족 문제를 해결하기 위하여 다양한 대체수자원 확보기술이 개발되고 있으며, 그 중에 해수담수화 기술이 가장 활발하게 도입되고 있다. 최근 새로운 개념의 해수담수화 기술이 검토되고 있으며, 그 중 막증발법(Membrane distillation, MD) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 국토교통부 국가연구개발사업으로 진행 중인 “Global MVP 연구단”에서는 세계 최대 규모인 400 m³/일 규모의 복합탈염 플랜트를 구축하고 있으며, 국산 중공사 막증발 모듈을 이용하여 새로운 개념의 복합탈염 설계기술과 구축기술을 확보하고자 현재 다양한 연구를 진행 중에 있다.

Membrane distillation (MD) has shown the potential to further reduce the volume of coal seam gas (CSG) reverse osmosis (RO) brine. However, despite its potential, the lack of appropriate MD membranes limits its industrial use. Therefore, this study was aimed on the fabrication of a robust membrane for the treatment of real CSG RO brine via an air gap MD (AGMD) process. Here, graphene/polyvinylidene fluoride (G/PVDF) membranes were prepared through a phase inversion method. Surface characterization revealed that all G/PVDF membranes exhibited favorable membrane properties having high porosity and liquid entry pressure, and suitable pore size. AGMD test results indicated a high water vapor flux of 20.5 L/m²h. Long-term AGMD operation revealed the robustness of G/PVDF membrane with superior performance compared to commercial PVDF membrane.

해수 담수화에 있어 RO막오염을 방지하기 위한 전처리로 MF 및 UF에 대하여 연구되어 왔으며, MF/UF의 전처리로 오토스트레이너를 사용하여 100μm 이상의 입자를 제거하는 것이 일반적이다. 그러나, 서해안의 경우 남해보다 높은 고탁도 물질이 다량으로 함유되어 있어 정확한 해수 특성분석에 따른 전처리 공정이 선정되어야 할 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 서해안 지역의 해수 특성에 대하여 분석하여 적합한 전처리를 선정하기 위한 조건을 도출하고자 하였다. 서해안 지역의 15지점 해수에 대하여 탁도, SS, SiO2, TOC, UV254, 보론, TEP 등 20여개 항목에 대하여 분석하였다. 해수의 탁도는 평균 6.5∼ 11NTU를 나타내었으며 입도분석결과 2∼20μm 입자가 97% 이상 존재하였다.

Various studies have forwarded an outstanding wastewater effluent treatment systems toward securing sustainable supply of water sources. In this paper, a broad overview of the performance of MF membrane as pretreatment option for wastewater reuse will be presented based on the literature survey and experiments conducted over the wastewater reuse pilot plant. The pilot plant was operated with a continuous data acquisition for about 300days under various chemical enhanced backwash (CEB) system with subsequent treated water quality analysis. Accordingly, assessment of the effluent revealed that the pretreated water is suitable enough to be used as an input for Reverse Osmosis (RO) unit and significant effect of CEB and concentration of NaOCl is also conceived from the analysis. Moreover, it's also observed that the application of various CEB condition over long operational hours induced a constant declination of overall performance of MF membrane.

The effects of dissolved inorganic and organic matter in seawater and the characteristics of fouling on the membrane surface were investigated within membrane distillation (MD) process. The changes of the membrane flux of PE and PVDF hollow fiber membranes under natural and synthetic seawater were compared with given variances of temperature. The flux of both membranes under the synthetic seawater, without any organic matter, were higher than that of the natural seawater, indicating the organic fouling on the membrane surface. The surface of the membrane was analyzed using scanning electron microscope (SEM) to examine the fouling. The experiment with organics has shown the formation of thin film over the membrane surface, while the experiment with inorganics has shown only the formation of inorganic crystals. The results indicated the organic matter as the major foulants and that the organics affected the formation of the crystals. Permeate water conductivity of all conditions verified the quality of the water to be better if not similar to that of RO.

전 세계적으로 대두되고 있는 물 부족 현상을 해결하기 위하여 하수재이용과 해수담수화 공정의 관심이 높아지고 있다. 특히, 정삼투-역삼투 융합공정은 해 수를 유도용액으로, 하수처리수를 유입수로 하여 정삼투 공정에서 유도용질의 회수 없이 희석된 해수를 역삼투 공정을 통해 하수재이용과 해수담수화를 동시 에 달성할 수 있는 공정으로 최근 각광받고 있다. 이 융합공정은 정삼투 공정과 역삼투 공정의 단점을 상호 보완하는 저에너지 공정으로 차세대 해수담수화 시장을 이끌어 나갈 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 정삼투, 역삼투 막의 특성과 융합공정의 운영인자를 반영한 공정모사를 통하여 정삼투-역삼투 융합 공정의 소비에너지를 최소화 시킬 수 있는 최적 운영조건을 도출하고자 하였다.

Poly propylene carbonate (PPC)와 cloisite 20B (PPC/C-20B)을 solution method를 통하여 합성하였고, 이를 통해 합성된 나노 조성물의 morphology, 열적 특성, 수분 흡수의 특성을 평가하였다. 나노 조성물의 구조는 X-ray diffraction (XRD) 로 확인하였고, 열적 특성은 thermal gravimetric analysis (TGA)와 differential scanning calorimetric (DSC)를 이용해 분석하였다. TGA와 DSC의 결과를 통해 나노 조성물은 기존의 PPC에 비해 높은 열적 안정성을 가짐을 확인할 수 있었다. DSC측정에서 5 wt%의 clay를 포함한 nanohybrid의 유리전이온도는 순수한 PPC의 21℃에서 30℃로 9℃ 증가하였고, TGA 측정을 통해 확인한 열분해온도(Td50%)는 순수 PPC에 비해 23℃가 높아졌음을 확인하였다. 또한 PPC 나노 조성물의 수분 흡수량은 기존의 PPC에 비해 상당히 감소하였다. 이는 clay의 PPC matrix 구조 내에 존재함으로 인해 수분 흡수를 감소시킨 것으로 해석할 수 있다. 수분 흡수는 코팅 막의 분해를 유발하고 물리적, 기계적 성능에 영향을 미친다. 따라서 나노 조성물로 인한 PPC의 열적 안정성, 수분흡수도 향상은 PPC의 사용과 실제 공정에 중요한 변수로 작용할 수 있다.