역삼투 해수담수화 공정에서 막 오염은 생산수량 감소 및 공정의 에너지 소비량 증가를 야기한다. 막간 차압 증가, 생산수량 감소 외에 막 저항 값의 증가는 막 오염 정도를 판단하는 수치로 사용이 가능하다. 특히 막 저항 값 기반의 세정은 막 오염 제어를 통해 역삼투 해수담수화 공정에서 막의 성능 유지 시 사용 가능하다. 이에 본 연구에서는 해수 수질 인자 및 공정 운전 인자에 기반하여 막 저항 값을 예측하는 알고리즘을 제안한다. 알고리즘은 해수담수화 플랜트의 운전 데이터에 기반하여 인자들과 막 저항 값 사이의 관계를 학습하고 검증과정을 거쳐 막 오염 발생 시점을 사전에 예측하는 방식으로 개발되었다. 예측 정확도를 분석하고 개발된 알고리즘의 수정을 통해 예측 정확도 향상을 위한 연구를 진행하였다.

하수처리장 반송슬러지를 채취한여 안정시킨 후 같은 평막 모듈 2개를 침지 시키고 각각의 막에 기존 MBR 공정인 FR (Filtration/Relaxation) 운전방식 및 연속운전을 적용시켜 막에 손상이 가지않을 정도의 압력에 도달할 때까지 운전 하였다. 이후 여러 가지 물리적 세척방법을 적용하여 막을 세척하는 실험을 반복하여 각 세척법에 대한 가역오염 기울기를 측정하였다. 또한 막에 대한 임계 투과유속을 측정하여 실험에 어떠한 영향을 끼치는지 확인하였다. 실험에 사용한 막은 P사의 평막이며 공칭세공크기 0.4 μm이며 막 면적은 약 0.02 m2이다.

삼투압과 기계적 가압의 영향을 모두 받아 비가역적 거동을 보이는 역삼투 (RO) 막오염과는 달리 정삼투(FO)에서 발생된 막오염층은 물리적 세척을 통해 일정수준이상 회복되는 가역성을 보인다. 최근 연구결과에 따르면 FO의 막오염 물질 중 단백질과 다당류와 같은 물질들이 비가역적인 막오염을 유발할 수 있 다는 결과를 보여주었는데 이는 FO의 장점인 가역성을 저해할 수 있다. 이러한 원수에 있는 막오염 물질들이 막오염에 영향을 줄 수 있기 때문에 실제 하수 2 차 처리수를 이용하여 평가한 결과 40% 이상 막오염 회복도가 떨어졌으며 이는 분리막과 원수의 특성에 따라 차이를 나타내었다. 따라서 정삼투공정 운전 시 원수성상과 사용하고자하는 분리막의 재질을 고려하여 물리적세척주기를 결정하여야 한다.

Ceramic membrane technology has been remarkably progressed for water treatment. The advantages were founded on the intrinsic properties of ceramics. Membrane fouling is regarded as a serious obstacles which deteriorate the stable purification process. The surface modification of ceramic membranes would be necessary to relieve the severe membrane fouling and to improve filtration efficiency. We aimed to develop a unique ceramic membrane with resistance to fouling. The ceramic membranes are subjected to chemical modification, and the surface charge effects were extensively investigated.

고분자막이 가진 수투과능 한계와 비가역적 막오염에 의한 효율 저하는 막기반 수처리공정의 추가적인 경쟁력 확보를 위해 해결해야 하는 문제이다. 본 연구에서는 초고속 물투과 특성과 뛰어난 선택성을 지닌 Graphene oxide (GO)막 에 뛰어난 항균성을 가진 은나노(nAg)가 코팅된 막을 제작, 평가하였다. GO막 은 막오염 저감에 효과적일 수 있는 높은 친수성과 음표면전하와 같은 특성과 막오염에 취약할 수 있는 높은 비표면적과 뛰어난 흡착능력과 같은 특성을 동 시에 가진다. 따라서, 논란의 부분이 있는 GO막의 막오염에 대한 저항성의 확실한 향상을 위해 nAg를 적용하였다.

Biofouling is about of how marine organisms attach to marine substrata at different length and time scales. Anti-fouling is the process of removing the accumulation, or preventing their accumulation. Recently, many research groups in the world try to invent an anti-fouling agent via biomimicking processes. Naturally occurred antifouling materials and processes (i.e. calcareous algae that cause barren ground phenomenon, and periostracum of bivalves ) give us some insights to design novel anti-fouling agent via biomimicking. Here, I will present bio-inspired and environmentally friendly anti-fouling agents based on understanding marine fouling mechanisms.

본 연구는 정밀여과막의 막오염 수준을 예측할 수 있는 막오염 평가지표 개발에 관한 것이다. 막오염 지표는 세공크기가 0.1 μm인 Polyvinylidene fluoride (PVDF) 재질의 침지형 중공사 미니모듈을 이용한 실험장치로 측정되었다. 유입 수는 막오염 메커니즘을 대표할 수 있는 막오염 물질인 Kaolin, Silica, Humic Acid, Alginate를 최적의 비율로 조합한 표준 조제수를 이용하였으며, 단시간에 막오염의 변별력을 높이기 위해 한강원수 기준으로 가혹조건의 농도를 적용하였다. 이 막오염 평가지표의 타당성 검증은 미니모듈과 현장 실규모 모듈의 평 가결과를 비교함으로써 수행하였다. 본 막오염 지표는 막오염의 속도를 예측하 기 위한 객관적인 지표로 활용이 가능하다고 판단되며, 미니모듈 측정결과는 정수장내 막면적 50 m2의 실규모 모듈의 결과와 부합되는 것으로 나타났다.

총호기성균, 대장균군, Escherichia coli, Escherichia coli O157:H7, Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, Bacillus cereus를 대상으로 충청남도 청양의 맥문동 재배 농가 3곳의 미생물 오염도 조사하였다. 그결과 E. coli O157:H7, L. monocytogenes, Salmonella spp. 는 전혀 검출되지 않았으며, S. aureus는 작업자가 착용한 장갑의 일부에서만 정성적으로 검출되었다. 수확한 맥문동과 접촉가능성이 있는 주변환경(토양, 수확기, 수확용기, 세척기, 세척수, 채반 등)의 미생물 오염도가 전반적으로 낮은 것으로 조사되었는데, 다만 일부 세척기에서 대장균군이 4.35 log CFU/100 cm² 검출되어 위생관리에 유의할 필요가 있는 것으로 나타났다. 맥문동은 수확 이후에 세척과정과 건조 과정을 거치면서 미생물 오염도(총호기성균, 대장균군, B. cereus)가 감소하는 것으로 나타났다.

맥류에서 발생되는 붉은곰팡이병균(Fusarium)의 제2차 대사산물인 deoxynivalenol (DON), nivalenol (NIV), zearalenone (ZEA) 등과 같은 곰팡이 독소는 수확후 처리과정에서 소멸되는 경우도 있지만 이미 생성된 독소들은 농산물에 잔류 하게 된다. 발암물질로 알려진 곰팡이독소는 열에 안정적인 특성으로 인해 조리 및 가공 후에도 분해되지 않기 때문 에 오염된 농산물이나 식품을 사전에 선별하여 폐기하는 것이 중요하다. 기존 곰팡이독소 검출을 위해 사용되는 방법 으로는 Thin layer chromatography (TLC)법과 HPLC법이 있으며 최근 aflatoxin 등을 비롯한 주요 곰팡이독소 분석용으 로 효소면역분석법(ELISA)이 도입되고 있다. 이러한 화학분석법의 경우에 정확성은 높지만 분석에 대한 전체적인 과 정을 수행하기 위해서는 고가의 장비와 전문 인력이 요구되고 있으며 최종 결과를 획득하기 위해서 장시간이 소요되 는 단점이 있으며 다량의 시료를 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 근적외선 분광 기술을 적용하여 곰팡이독소(DON)에 오염된 겉보리 시료와 정상시료를 신속하게 판별하기 위해 수행되었다. 겉보리 시료에 적용된 곰 팡이독소(DON)의 농도는 0, 1, 10, 100 ppm으로 하였으며 용매는 물을 이용하였고 1, 12, 24시간 동안 초음파, 진탕, 정치의 3가지 방법을 이용하여 독소를 침투시켰다. 각각의 처리조건별로 15립의 겉보리 시료를 조제하였으며 파장대 역이 1,175~2,170 nm 분광센서를 이용하여 3회 반복 측정하였다. 오염됨 시료와 정상시료를 판별하기 위해서 PLS-DA (Partial least square discrimination analysis) 모델을 개발하였으며 물에 정치하여 조제한 100 ppm 곰팡이독소 감염 겉보리 시료와 정상 시료에 있어서 정상에 대한 판별율은 100%였으나 감염 시료에 대한 판별율은 34.6%로서 저 조하였다.

붉은곰팡이병균(Fusarium)은 맥류의 출수기에 많은 비가 내려 습도가 높거나 기온이 10~25℃ 환경 조건에서 병원균 이 급속하게 증식되어 발생 빈도가 증가하게 되는 특징이 있다. 이러한 붉은곰팡이병균에 감염된 피해 이삭은 껍질이 갈색으로 변색되고 분생포자 형태의 붉은색 곰팡이로 뒤덮이게 된다. 붉은곰팡이병균에 감염된 곡물은 수량이 감소되 고 품질이 저하되어 경제적 손실을 일으키게 되어 이를 사전에 신속하게 판별할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 붉은곰팡이병균에 감염된 겉보리 시료와 정상 겉보리 시료를 가시광선 및 근적외선(visible and near-infrared; VNIR) 초분광 영상 시스템을 이용하여 비파괴적이고 신속하게 판별하기 위해 수행되었다. 붉은곰팡이병균에 감염된 겉보리 시료는 총 298립이고 대조군(control)로 사용한 정상 겉보리 시료는 총 127립을 사용하였다. VNIR 초분광 영상 시스템은 파장대역이 403~998 nm이고 시스템의 구성은 EMCCD 카메라, 영상분광기(imaging spectrograph), 할로겐 램 프, C 마운트 렌즈, 시료대 등으로 구성되었다. 모든 시료는 종구(groove)를 기준으로 앞면과 뒷면을 구분하여 측정하였 으며 획득한 초분광 영상은 배경을 제거하여 겉보리 시료에 대한 관심영역(ROI)을 추출하였다. 정상 및 감염 시료를 판별하기 위한 최적 파장대역의 선발은 분산분석(ANOVA)을 적용하였으며 선발된 최적 파장 대역은 문턱값을 이용하 여 이치화 영상으로 변환하여 오염 겉보리 검출에 대한 판별률을 계산하였다. VNIR 초분광 영상 시스템을 이용하여 붉은곰팡이병균에 감염된 다수의 겉보리 시료를 비파괴적이고 신속하게 검출할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.