막증발 (Membrane Distillation, MD) 기술은 역삼투 해수담수화 공정에서 발생하는 농축수의 처리 문제를 해결하고 공정 회수율을 증가시킬 수 있는 차세대 담수화 기술로 부각되고 있다. 하지만 MD 공정의 효율적 운영을 위해서는, 막의 오염 (Fouling) 및 젖음 (Wetting) 현상을 해결하여야 한다. 이 현상들은, 해수 속에 존재하는 성분, 막의 종류 등을 포함한 여러 가지 운영 조건 등에 따라 다를 수 있다. 따라서 본 연구에서는 막오염과 막젖음 현상이 어떻게 발생하는지 살펴보기 위해, MD 공정 운영 조건을 변화시키며 막투수도 및 여과저항, 처리수 전도도 등을 측정하고, SEM-EDX, LEP (Liquid Entry Pressure) 등을 이용하여 막을 분석하였다.

The water containing soluble manganese may cause problems such as discolored water, unpleasant taste, fouling or scaling of pipes in water distribution system, and so on. Conventional water treatment processes using sand filtration or sedimentation after oxidation, however, cannot often meet manganese standard for drinking water. Two types of oxidants, potassium permanganate (KMnO4) and sodium hypochlorite (NaOCl), were utilized at the same time for manganese oxidation, and then the precipitated manganese oxides were removed by low pressure membrane filtration in this study. In batch experiments, the multiple injection of both oxidants showed more effective manganese removal than did the single injection using either of them. Moreover, the deterioration of manganese removal at low temperature was less serious for the multiple injection than that for the single injection. Manganese removal by the continuous system of oxidation by multiple injection combined with membrane filtration was higher than those by batch experiments at the same oxidation conditions. In addition, less membrane fouling was observed for membrane filtration with oxidation during continuous membrane filtration than membrane filtration without oxidation. These results indicate that the oxidation by multiple injection coupled with membrane filtration was efficient and applicable to actual water treatment for manganese removal.

막여과 생물반응기는 분리막 공정을 기반으로 한 생물학적 고도 하폐수 처리기술이다. 최근, 막여과 생물반응기 내의 고질적인 문제인 생물막오염을 근본적으로 해결하고자 미생물 간의 정족수 감지(quorum sensing)를 차단하는 정족수감지 억제(quorum quenching) 기술을 적용한 연구가 활발히 보고되고 있다. 이 기술을 침지형 중공사막 생물반응기에 적용할 때 중공사막 간격에 따라 막오염과 정족수 감지 억제 효과가 다를 수 있는데, 그러한 효과를 비교한 연구는 없었다. 따라서 본 연구에서는, 정족수 감지 억제 담체를 적용한 침지형 중공사막생물반응기 안에서 막 사이의 간격에 따른 막오염 정도와 막오염 방지 효과를 비교하였다.

막여과 수처리 공정에서 막오염은 플럭스 감소나 막간차압 증가를 야기하는 중요한 문제로 남아있다. 막오염을 저감하는 여러 가지 방법 중, 막의 표면에 패턴을 입혀 그 패턴의 형상에 따라 유체의 이동을 변화시킴으로써 막오염을 저감시키는 방법이 연구되어 왔다. 특히 45° 회전된 피라미드 패턴은 피라미드 패턴에 비해 막오염 저감 효과가 크다는 연구결과가 있었다. 본 연구에서는 비용매상분리법과 소프트리소그래피(soft-lithograhy)를 이용하여 막의 표면에 45° 회전된 피라미드 패턴을 입히고, 크기가 다른 입자를 포함한 원수를 여과하면서 막오염 저감 효과를 비교해 보았다.

수처리용 분리막 여과 공정에서 막오염의 문제는 여전히 해결해야 할 난제이다. 막오염 현상을 제어하기 위한 방안으로 막표면에 패턴을 도입하는 방법이 연구되어 왔다. 분리막의 패턴은, 막표면에서의 유체 흐름에 변화를 일으켜 오염물이 쌓이지 않게 하거나 쌓인 오염물이 일부 떨어져 나가는 효과를 주는 것 으로 보고된 바 있다. 본 연구에서는 수처리용 패턴 분리막을 제조하고, 패턴의 막오염 방지 효과를 평가하고자 하였다. 이를 위하여 CFD 기법을 이용하여 유 체 흐름을 시뮬레이션으로 분석하고, 시뮬레이션 결과와 실제 실험 결과를 비교 분석하기 위해 구형의 모델 입자로 막여과 실험을 수행하였다. 다양한 크기의 모델 입자를 이용함으로써 오염물의 크기에 따른 패턴의 막오염 방지 효과를 분석해 보고자 하였다.

Phosphorus (P) removal by aluminum sulfate solution was investigated with varying pH and initial P concentrations. P removal was the highest at around pH 6. The pH range where P removal occurred was slightly wider at higher initial P concentrations. Compared to theoretical calculations, it was confirmed that AlPO4 precipitation was the main reason for P removal at low pH. At high pH, where there should be no AlPO4 precipitates, the P removal by adsorption of amorphous Al(OH)3 precipitates was experimentally observed. The P removal by adding amorphous Al(OH)3 precipitates prepared before the adsorption experiments, however, was lower than that by injecting aluminum sulfate solution because the prepared precipitates became larger, leading to less specific surface area available for adsorption. Ions other than sulfate had little influence on P removal.

망간은 수중에서 대체적으로 불용성이나, 지하나 지표에서 여러 가지 반응으로 인해 수중으로 용존되어 유입된다. 용존된 망간은 먹는 물에서 0.1 mg/L 이상일 경우 불쾌한 금속냄새가 나며, 0.02 mg/L 이상에서는 박테리아에 의한 이취미가 발생할 수 있다. 또한, 망간산화물이 급배수관에 피복되어 통수능을 감소시킨다. 최근 강화된 국내 먹는 물 수질 기준치는 0.05 mg/L이다. 이러한 망간 문제를 해결할 수처리 공정 연구가 필요하다. 본 연구에서는 과망간산칼륨(KMnO4)과 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 이용하여 망간을 산화물로 변화시키고, 이를 한외여과막으로 제거한 후의 망간제거효율을 연구하였다. 특히, 두 산화제를 복합으로 사용할 때의 효과를 분석하고 실제 적용 가능성을 타진하였다.