침지식분리막 오염을 최소화하기 위한 두 가지 공기세정방식을 비교하였다. 연속적인 공기세정과 단계별 공기량을 증가시키는 방식을 연구하였다. 15분의 여과 중에 세정공기의 증가는 5분마다 단계별로 공기량을 증가시켜주었다. 모의 여과 원수에 분말활성탄을 10 g/L 이하 그리고 카올린은 20 g/L 이하로 준비하였으며, 플러스는 80 LMH로 하였다. 단계별 공기세정방식은 연속적인 공기세정 방식보다 분리막 오염억제에 효과적이었다. 추가적으로 주입된 응집제는 분리막 오염저감을 보다 향상시켰다. 연속적인 공기세정의 오염현상은 공경막힘과 분리막 표면에 지속적인 입자의 축적에 기인하였다.

기공 0.4 μm PVDF 나노섬유 정밀여과 나권형 모듈을 대상으로 모사용액을 이용해 유량 48 L/h, TMP를 0.9 bar부터 2.1 bar까지 증가시키는 조건에서 탁도와 DOM (dissolved organic matter) 제거율, 여과저항 및 물역세척 후 회복율(Rb), 여과저항 증가율(Rr), 비가역적 여과저항 증가율(Rir)을 구하였다. 모사용액은 휴믹물질과 탁도물질을 모사하기 위해 휴믹산과 카올린으로 만들었다. TMP가 증가 할수록 탁도 제거율은 변화가 없었지만, DOM 제거율은 다소 증가하였다. 여과 초기 여과저항(R0)은 거의 일정하였고, 물역세척 전 여과저항(R1) 및 물역세척 후 여과저항(R2), Rir은 다소 증가하고, Rr과 Rb는 크게 감소하는 경향을 보여주었다.

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.

Arsenic (As) in drinking water was guided to 10μg/L by World Health Organization (WHO). People living in highly As-contaminated areas can be poisoned by As through inhalation, dermal absorption, and digestion. Many researches and technologies were applied to remove Arsenic in water, such as oxidation, coagulation–precipitation, absorption, ion exchange and membrane techniques. This study aimed to develop microfiltration membranes possessing capability of removing Arsenic. Iron composite Polyvinylidene fluoride (PVDF) membranes were synthesized via phase inversion method for this objective. The As removal of the membranes were investigated by using dead-end filtration system. Membrane properties were characterized by various analytical tools for studying As removal mechanism of these membranes.

Polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane has high resistance to chlorine, which is a great advantages in chemical cleaning to recover water flux during membrane processes in drinking water systems. A humic kaolin water with approximately 4 mg/L of DOC and 10 NTU of turbidity was prepared as a feed water. Coagulation pretreatment with or without settling was applied. The coagulation with settling showed the greatest water production. The reduced flux was effectively recovered by NaOCl cleaning, i.e., 21% recovery by 50 mg/L of NaOCl cleaning and 49% recovery by 500 mg/L NaOCl cleaning. The images of SEM and AFM analyses were corresponded to the water flux variation. However, when the floc was accumulated on the membrane surfaces, the efficiency of NaOCl cleaning was substantially limited. In addition, dynamic contact angle became greater after cleaning, which indicates changes in characteristics of fouling layer such as surface hydrophobicity. Proper cleaning technologies during enhanced backwash using NaOCl would expand application of PTFE membranes in drinking water systems.

강도가 강하고 내약품성, 무독성, 내연소성 등의 장점을 가지고 있는 PVDF (polyvinylidene fluoride) 나노섬유로 기공이 각각 0.3, 0.4 μm 평막을 제조한 후, 그 평막으로 나권형 모듈을 각각 제작하였다. 그중 0.3 μm 모듈은 제조 시 부직 포를 포함하지 않았고, 기공이 0.4 μm 모듈은 제조 시 부직포를 포함하였다. 카올린과 휴믹산으로 조제한 모사용액과 순수를 대상으로 두 모듈의 투과선속와 제거율을 비교하였고, 물 역세척을 실시한 후 회복률과 여과저항을 계산하였다. 또한, 기공이 0.4 μm인 나권형 모듈을 사용하여 유량과 막간압력차가 처리율과 여과저항에 미치는 영향을 고찰하였다.

This study was evaluated the applicability of the membrane filtration process (Micro Filtration (MF), nanofiltration membranes (NF), reverse osmosis (RO)) on the major radioactive substances, iodine (I-) and cesium (Cs+) using membranes produced in Korea and domestic raw water. Iodine (I-) or cesium (Cs+) in the microfiltration membrane (MF) process could not be expected removal efficiency by eliminating marginally at the combined state with colloidal and turbidity material. At the domestic raw water (lake water, turbidity 1.2 NTU, DOC 1.3 mg/L) conditions, nanofiltration membrane (NF) and reverse osmosis (RO) showed a high removal rate of about 88 ~ 99% for iodine (I-) and cesium (Cs+) and likely to be an alternative process for the removal of radioactive material.

상 전이 공정을 이용하여 polysulfone계 비대칭 정밀 여과막을 제조하였다. Polysulfone/N-methyl-2-pyrrolidone/ polyvinylpyrrolidone/phosphoric acid계로 이루어진 casting 용액을 사용하였으며 응고조로는 물을 사용하였다. 멤브레인 제조공정에 적용된 상 전이 공정으로 증기 유도 상 전이 공정을 적용하였으며 상대습도 74%에서 캐스팅 판의 온도와 노출 시간을 조절한 결과 기공의 크기와 구조에 있어 변화를 관찰할 수 있었다. 제조된 멤브레인의 구조는 SEM과 microflow permpor-ometer를 사용하여 조사하였다. Phosphoric acid의 첨가는 조밀한 스펀지 형태의 멤브레인을 느슨한 스펀지 형태의 멤브레인으로 변화시켰으며 촉매량의 Phosphoric acid 첨가로도 평균 기공크기는 거의 0.2 µm 정도 커지고 유량도 약 3,000 LMH가증가하였다. 캐스팅 판의 온도와 노출 시간의 변화는 표면층의 구조, 기공의 크기 및 공극률에 큰 변화를 가져옴을 확인할 수있었다.

지붕이나 여러 가지 방법과 장소에서 수집된 빗물을 처리하면 직접적 간접적으로 유익하게 사용될 수 있다. 이러한 빗물은 점점 더 높은 품질을 위해 고려되고 있고, 분리막은 이러한 빗물 처리를 위한 중요한 기술이다. 특히, 분리막은 고품질 물 생산, 높은 집적도 및 낮은 에너지 소비 등의 장점이 있다. 그럼에도 불구하고, 막오염은 수처리 및 폐수 재활용 부분과 마찬가지로 심각한 문제로 간주되고 있다. 본 연구에서는 빗물 처리에 정밀여과(MF)막을 적용하였고, 저압 자외선(LPUV)처리를 정밀여과막의 전처리로 사용하였다. 유기물에 대한 UV의 영향을 정량화하기 위해 총 유기탄소(TOC) 및 UV 흡광도(UVA)를 모두 측정하였다. 또한 UV 전처리 효과에 따른 막의 오염 정도를 조사하였다. LPUV 전처리를 하고 실험을 한 결과 조류에 의해 오염된 빗물에서 막의 오염을 제어하는데 효과적임을 알 수 있었으며, 이것은 UV 처리 후 유기물의 양이 감소하고 특성이 변화하기 때문이었다. 따라서 UV/MF 처리는 마이크로 워터 그리드 시스템과 같은 수처리를 위한 유망한 옵션이 될 수 있을 것으로 생각된다.

Polyacrylonitrile (PAN) 기질고분자를 용매인 dimethylformamide (DMF)에 녹인 후 전기방사법을 이용하여 polyacrylonitrile nanofibers membrane (PAM)을 제조하였으며, 정밀여과(microfiltration) 적용을 위해, 제조된 PAM 샘플들의 layer 수를 변화시켜, 기공크기를 조절하였다. 또한, 순수투과도(water-flux) 향상을 위해 poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate와 azobisisobutylronitrile (AIBN)을 이용하여 자유 라디칼 중합(free radical polymerization)을 통해 합성된 AN‐ PEGMA 공중합체를 PAN과 3:1의 비율로 혼합한 후 위와 같은 방법으로 다공성 막(PAM/APM)을 제조하였으며, FT-IR과 E.D.S 분석을 통해 PAM 샘플과 비교⋅분석하였다. Scanning Electron Microscope (SEM) 분석과 기공크기, 기공도 실험을 통해 균일한 직경(400∼600 nm)과 균일한 기공특성(0.5∼0.4 μm)을 가진 다공성 막이 제조되었음을 확인할 수 있었다. 순수 투과도 측정을 통해 정밀여과용 막으로의 활용가능성을 조사하였으며, AN‐PEGMA 공중합체가 도입된 PAM/APM의 경우 상 용막인 polyvinylidenefluoride (PVdF)에 비해 순수투과도가 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 위의 결과로부터 전기방사법으로 제조된 PAN 나노섬유막들은 정밀여과용 막으로서 충분한 활용가능성이 있다고 판단된다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 약품세척 조건을 도출하고자 수행되었다. 세라믹 막 공정의 전처리로 오존과 응집공정이 있는 A계열의 경우 응집공정만 있는 B계열에 비해 9배 정도 잦은 약품세척(CIP)를 실시하였다. 이는 전처리 공정의 차이로 인하여 A와 B계열의 막오염현상이 다르게 나타난 근본적인 원인 이외에 막제조업체가 제시한 CIP 방법이 부적절한 것으로 조사되었다. 즉, CIP 회복률이 보정여과유속이 아니라 보정차압을 기준으로 계산되어 과대평가되었을 뿐만 아니라 구연산이 철산화물에 의한 파울링을 효과적으로 제거하지 못했기 때문이었다. 따라서 1단계 산세척 약품종류를 달리하여 CIP 효율을 평가한 결과 황산(0.1 N)과 구연산(1%)를 혼합하여 사용한 경우 회복률이 가장 높았고, 황산(0.1 N)만을 사용한 경우 회복률이 가장 낮은 것으로 나타났다. 그러나 황산의 농도를 0.3 N로 높인 결과 산세척 효율은 증가하였으나 알칼리세척 회복률이 낮아져 총회복률은 0.1 N 황산을 사용한 것과 유사하였다. 산과 알칼리세척 순서를 바꿔서 CIP를 수행한 결과 산세척을 먼저 수행시 CIP 효율이 더 높은 것으로 나타났다.

정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 주기적 질소 역세척 시 휴믹산 농도의 영향을 알아보고, 막오염에 의한 저항 (Rf) 및 투과선속 (J), 총여과부피 (VT) 측면에서 정밀여과의 물 역세척 또는 한외여과의 질소 역세척한 기존 결과와 비교 고찰하였다. 그 결과, 휴믹산 농도의 영향으로 막오염이 진행되는 경향은 질소 또는 물 역세척에 따라, 동일한 재질이라도 한외여과 또는 정밀여과에 따라 차이를 보였다. 또한 동일한 재질의 분리막의 경우 한외여과 보다 정밀여과에서 질소 역세척이 막오염 억제에 효과적이고, 동일한 정밀여과인 경우 물 역세척보다 질소 역세척이 효과적이었다. 탁도 처리효율은 휴믹산 농도와 무관하게 거의 일정하였으나, 휴믹산 처리효율은 휴믹산 10 mg/L에서 최대였다. 이러한 결과로부터 정밀여과막의 질소 역세척시 휴믹산의 농도가 증가할수록 처리수의 휴믹산 농도도 높아지지만, 휴믹산 농도 10 mg/L에서 광촉매 구의 흡착과 광산화로 휴믹산이 최대 효율로 제거된다는 것을 알 수 있었다.

본 연구에서는 정수처리용 알루미나 정밀여과 및 광촉매의 혼성공정에서 물역세척 주기(filtration time, FT) 변화의 영향을 알아보고, 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 비교하였다. 물역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막 오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf 는 감소하고 J는 증가하여 탄소 정밀여과막 또는 알루미나 한외여과막을 사용한 기존 결과들과 동일하였다. 탁도의 처리효율은 98.1% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 탄소 정밀여과막을 사용한 기존의 결과와 유사하였다. 한편, 유기물의 처리효율은 FT 8분 조건에서 89.6%로 가장 높았으며, FT 변화의 영향이 보이지 않았고 기존의 결과들보다 다소 높은 유기물 제거율을 보였다.

본 연구에서는 정수처리용 탄소섬유 정밀여과막 및 광촉매의 혼성공정에서 물 역세척 주기(FT) 변화의 영향을 알아보고, 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 비교하였다. 물 역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf는 감소하고 J는 증가하여 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 동일하였다. 탁도의 처리효율은 99.2% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 기존의 결과와는 달랐다. 한편, 유기물의 처리효율은 NBF 조건에서 65.6%로 가장 낮았으며 FT가 감소할수록 증가하여 기존의 결과와 역시 다른 현상을 보였다. 이런 차이를 보인 것은 세라믹 분리막의 재질의 차이로 인한 막오염 현상이 다른 기작을 보이기 때문인 것으로 판단된다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 응집 조건을 도출하고자 수행되었다. 쟈테스트 결과 Y댐 원수의 pH를 7로 조정 시 응집효율이 가장 우수하였으며, 원수 탁도가 10 NTU 이하인 평상시 탁도 조건하에서 최적 응집제 주입량은 3 mg/L (as Al2O3)인 것으로 나타났다. 최적 응집제를 선정하기 위하여 응집제 종류(PAC, PACS (II), PAHCS)별로 미니모듈 실험장치를 이용하여 평가한 결과 PAC를 주입하고 원수 pH를 7로 조정한 경우 비여과유속 감소율이 가장 낮은 것으로 나타났다. 원수 탁도를 10~150 NTU로 변화시키며 미니모듈에서 비여과유속 감소율을 평가한 결과 원수탁도 10~30 NTU 조건에서는 응집제 주입량 증가에 따라 비여과유속 감소율이 크게 감소하였으나 원수탁도가 50 NTU 이상에서는 응집제 주입량을 증가시켜도 비여과유속 감소율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 Y 정수장을 위해서 는 원수탁도 10 NTU 이하에서는 PAC (11% as Al2O3) 30 mg/L, 10~50 NTU에서는 30~50 mg/L, 50 NTU 이상에서는 50 mg/L이 적절하다.

Chemically stable Polyvinylidene fluoride-hexa-fluoropropane (PVDF-HFP) copolymer asymmetric membranes were prepared by the conventional phase inversion process, using Dimethyacetamide (DMAc) as a solvent and water as a non-solvent. To control the pore size and porosity of the PVDF-HFP membranes, tetra-ethoxysilane (TEOS) was used as a pore-forming agent. The prepared membranes were characterized, using several analytical methods such as Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Thermo-gravimetric analyzer (TGA), Field Emission Scanning Electronic Microscopy (FESEM). TEOS turned out to increase porosity and make homogeneous pores on the membranes. Depending on the composition of the dope solutions, the pore size was ranged from 0.1 to 1.0 mum. The flux of the PVDF-HFP membranes prepared by using TEOS as a pore forming agent was increased substantially without much decrease in the rejection. When 15 wt% PVDF-HFP solution was blended with 13 wt% TEOS solution at composition ratio of 70/30 in wt%, the water flux at 2 bars was about 2 m3/m2day.

고탁도 원수의 고도정수처리를 위해 관형 세라믹 정밀여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이의 공간에 광촉매를 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구(bead)에 TiO2 분말을 플라즈마 화학증착(chemical vapor deposition) 공정으로 코팅한 것이다. 정수 원수 중 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항(Rf)이 감소하고 J가 증가하여 2 mg/L에서 가장 높은 총여과부피(VT)를 얻었다. 탁도 및 UV254 흡광도의 처리효율은 각각 98.5% 및 85.7% 이상이었다. MF 공정 및 MF + TiO2 공정, MF + TiO2 + UV 공정의 막여과 및 광촉매 흡착, 광산화의 처리 분율을 알아본 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 10.7, 8.6% 이상이었다.

본 연구는 폴리에틸렌 정밀여과 막을 이용한 Al2O3 콜로이드 현탁액의 운전압력 순환변화에 따른 투과거동을 검토하였다. 운전압력의 순환은 0.49에서 1.96 bar까지 증가시키는 증압운전 후 다시 0.49 bar로 감소시키는 감압운전으로 행하였다. 연속적으로 운전압력을 순환변화 시킨 결과, 증압운전과 감압운전의 투과유속이 서로 다른 이력(hysteresis)을 나타냈다. 현탁액의 투과저항은 감압운전의 경우가 증압운전의 경우보다 컸으며, 투과저항 증가율도 컸다. 막오염 형태는 증압운전과 감압운전 모두 운전초기에 케익오염이 강하게 나타났으며, 막오염의 크기는 감압운전의 오염이 증압운전의 오염보다 컸다.

화학적 안정성이 양호하고, 제막조건이 온화한 재료인 poly(vinylidene fluoride) (PVDF)를 주재료로 사용하여 용매, 첨가제, 혼합고분자 및 제막조건의 변화에 따른 고강도 친수성 정밀여파(microfiltration, MF) 중공사 분리막의 실험에 의해 고찰하였다. 제조된 MF 중공사막의 막성능은 평균 공경 0.3 μm, 인장강도 42kgf/㎠, 순수 투과유량은 600 LMH을 얻었다. 제막과정에서 다양한 첨가제의 막성능을 검토한 결과는 순수투과유량과 제거율에 상당한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. MF막의 친수성을 개선하기 위해 소수성 PVDF와 상호 용해성 이 좋은 친수성 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 혼합하여 투과성능과 제거율을 개선한 우수한 친수성 MF막을 제조할 수 있었다.