나노 소재는 표면적이 매우 크고 크기나 기공이 균일하여 분리막에서 물질 전달 통로나 특수한 기능성을 갖게 하는 소재로 이용이 가능하다. 그러나 나노 소재 및 나노 기술을 기반으로 한 분리막의 상용화를 위한 여러 가지 기술적인 한계가 존재하며 최근 나노 소재 및 제조 기술이 발전하고 다양해짐에 따라 분리막에 나노 소재 및 기술을 활용하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 나노 소재 및 기술을 활용하는 경우 기존 분리막의 투과도 및 선택도를 크게 높일 수 있으며 열적, 화학적, 기계적 안정성 및 내오염성을 향상시키거나 기능성 소재를 활용하여 분리막에 새로운 기능을 부여할 수 있다.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 질소 역세척 주기(FT)와 시간(BT)의 최적운전조건을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT)의 관점에서 고찰하였다. FT가 짧고 BT가 길수록, Rf는 감소하고 J가 증가하여 결국 FT 10분과 BT 30초에서 최대 VT를 얻었다. FT영향 실험 결과 NBF (no back-flushing)에서 막오염이 급격히 진행되어 탁도 및 용존유기물의 처리효율이 가장 높게 나타났다. BT 영향 결과에서는, FT 실험과는 다르게 BT 30초에서 최대 처리효율을 보였다. 결과적으로 FT가 감소하고 BT가 증가할수록 광촉매 첨가 구의 세척이 효율적으로 일어나, 탁도 처리효율은 FT가 짧을수록 95.4%에서 97.5%로, BT가 길수록 95.9%에서 98.5%로 다소 증가하였다. 또한 유기물 처리효율은 FT가 짧을수록 70.8%에서 80.6%로, BT가 길수록 75.1%에서 85.8%로 증가하였다. 본 실험 범위에서 처리효율과 VT가 최대인 최적 질소 역세척 조건은 FT 10분과 BT 30초로 판단된다.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 유기물질의 영향 및 정밀여과(MF), PES 구 흡착, 광산화의 역할을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT)를 통해서 비교 및 고찰하였다. 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 급격한 막오염으로 인해 Rf 는 증가하고 J는 감소하였으며, VT는 휴믹산의 농도가 2 mg/L인 조건에서 가장 높았다. 광산화와 흡착의 영향을 알아보기 위해 휴믹산의 농도 4 mg/L와 6 mg/L에서의 결과를 비교하였다. 두 가지 조건에서 공통적으로 정밀여과(MF)만의 단독공정에서 막오염이 급격하게 진행되어 Rf값이 가장 높게 나타났고, 총여과부피(VT)는 광촉매와 자외선의 혼성공정(MF + TiO2 + UV)에서 가장 높은 값을 나타내었다. 탁도와 유기물질의 평균처리효율은 MF + TiO2 + UV 공정에서 가장 높은 값을 나타내었다.

탄소섬유 한외여과막 및 광촉매 혼성 수처리를 위해 관형 여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이 공간에 광촉매를 충전하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구에 이산화티타늄 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅한 것이다. 휴믹산과 카올린 모사용액을 대상으로 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 기존 결과와 동일하게 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항 (Rf)이 감소하여 2 mg/L에서 최대 총여과부피 (VT)를 얻었다. 탁도와 휴믹산의 처리효율은 각각 97.1%와 74.2% 이상으로 휴믹산 농도의 영향을 받지 않았다. 그러나 기존 결과에서는 휴믹산의 농도가 증가할수록 휴믹산의 처리효율이 다소 증가하는 경향을 나타냈다.

탄소 한외여과막 및 광촉매 혼성 수처리를 위해 관형 여과막 외부와 원통형 막 모듈 내부 사이 공간에 광촉매를 충전하였다. 광촉매는 PP (polypropylene) 구에 이산화티타늄 분말을 플라즈마 화학증착 공정으로 코팅한 것이다. 휴믹산과 카올린 모사용액을 대상으로 막오염을 최소화하기 위해 10분 주기로 10초 동안 물 역세척을 시행하였다. 기존 결과와 동일하게 휴믹산을 10 mg/L부터 2 mg/L로 변화시킴에 따라, 막오염에 의한 저항(Rf)이 감소하여 2 mg/L에서 최대 총여과부피 (VT)를 얻었다. 탁도와 휴믹산의 처리효율은 각각 98.9%와 88.7% 이상이었다. UF 및 UF + TiO2, UF + TiO2 + UV 공정의 처리 분율 결과, 광촉매 흡착과 광산화에 의해 탁도는 거의 처리되지 않았으나, 광촉매 흡착 및 광산화에 의한 휴믹산 처리 분율은 각각 2.5%, 12.3%이었다. 기존 결과와 비교하면, 분리막의 재질과 기공의 크기에 따라 광촉매 흡착과 광산화에 의한 휴믹산의 처리 분율이 다르게 나타났다. 공정이 단순화될수록 180분 운전 후 막오염 저항(Rf,180)은 증가하였고, 최종 투과선속(J180)은 소폭 감소하였다.

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.

새만금 지역의 담수수자원의 활용과 고부가가치 창출을 위해 새만금 담수호를 활용한 요구수질별 용수공급을 위한 최적의 수처리 시스템을 선정하고 이에 대한 비용분석을 통해 요구수질별 담수수자원의 활용 방안을 제시하고자 하였다. 다양한 수처리 기법들의 종류, 주요 특성 및 오염인자 제거효율, 공법의 장단점 등의 비교분석을 통해 수질오염인자별 유리한 처리공법을 제시하였으며, 최적의 수처리시스템을 도출하여 새만금 지역 내 요구수질별 수처리 비용을 분석하였다. 연구결과를 통해 SS(Suspended Solid), BOD(Biochemical Oxygen Demand), 탁도 제거를 위해 FDA(Filter Disinfection Adsorption)여과기, 대장균 제거를 위한 UV(Ultra-Violet)처리공정, T-P(Total Phosphorus), T-N(Total Nitrogen) 제거를 위한 FNR(Ferrous Nutrient Removal)공법, 그리고 저농도 염처리 공정을 위해 전기투석법이 유리한 공법으로 조사되어 최적의 수처리시스템의 요소기술로 각각 선정되었다. 각 요구수질별 선정된 수처리공정에 따른 비용분석과 적용사례를 제시하여 새만금지역 담수 활용도를 높이고 부족한 상수원 해결의 대안으로 적용할 수 있을 것으로 사료된다.

산성 용액의 수처리가 폴리아크릴로니트릴계 중공사형 한외여과막에 미치는 영향을 십자흐름 방식의 순환식 막 모듈 여과 장치를 이용하여 연구하였다. 막 모듈 여과장치를 이용하여 pH 2인 강산성 용액의 수처리를 시작한 지 약 80시간이 경과되었을 때 막 투과량(permeate flux)이 급격히 감소하는 것을 관측하였다. 또한, 수처리 시간 별로 막 모듈 여과장치의 공급조에서 채취한 샘플 용액의 자외선/가시광선 흡수 스펙트럼과 기체 크로마토그래피/질량분석(gas chromatography/mass spectrometry, GC/MS) 스펙트럼을 분석한 결과 수처리 시간이 경과함에 따라 막 모듈을 통과한 농축액 속에 새로운 유기 화합물이 생성된다는 사실을 알아내었다. 질량스펙트럼 분석을 통해 이 화합물을 1,6-dioxacyclododecane-7,12-dione이라고 예측하였으며, 각종 플라스틱 특히 폴리우레탄 제조 시 사용되는 첨가제 중 하나라는 사실도 알아내었다. 수처리에 사용된 막에 대한 전자주사 현미경 사진 및 고체 NMR 분석 등의 추가 실험을 통해 산성 용액 수처리 과정에서 발생한 막 투과량의 감소는 산성 용액 하에서 일어나는 UF막의 변형에 의한 것이 아니라 막 모듈 여과장치에 사용된 폴리우레탄 튜브에서 산과의 반응에 의해 용출된 저 분자량의 유기화합물이 막 오염 현상을 일으켰기 때문인 것으로 결론지었다. 이번 연구 결과는 산성 용액의 수처리 공정 시 UF막 자체의 산에 대한 반응성 뿐 아니라 막 모듈을 포함한 수처리 장치 자체의 산에 대한 반응성 역시 산 용액의 수처리 효율은 물론, 산을 이용한 막의 화학 세정 효율 및 수처리 막의 pH 사용 한계를 결정하는 데 매우 중요한 요소 중 하나라는 것을 보여준다.

The agitator with a reducer are usually using on the process of a water treatment. However, working the reducer at the field, a lubricant oil can leak out. It causes an environment pollution and a water service/sewerage pollution problem. In this study, the reducer with a drywell structure is developed in order to prevent the oil leakage. The drywell structure is that the reducer bottom housing and the support column of an output shaft are united, and taper roller bearings are in the bottom housing. During the development of the reducer, a mockup and a prototype are made by using CAD and a high speed CNC machine. Then, to prove the performance of the prototype, the performance tests, unload working test and the mechanical torque efficiency test, are conducted by the torque meter device. Also a motor velocity(rpm) control system is developed by a PID control according to the working loads(MLSS data). The results of the test are shown that the maximum torque efficiency is 88.45%, the oil leakage and the abnormal noise do not occur during the work. Therefore the reducer with the drywell structure and the motor rpm PID control system is successfully developed.

본 연구는 하수 및 오폐수 처리를 위해 침지식 수처리 공정 적용을 위한 평판형 MF막인 ENVIS(R)을 이용한 MBR SYSTEM 적용에 관한 연구이다. (주)퓨어엔비텍에서 만든 장치를 이용하여 공장의 오수시설(10;m3/일)과 폐수처리장(30;m3/일) 현장에서 실험을 수행한 결과, 공장 오수처리에 있어 제거율은 각각 SS 99.7%, BOD 97.6%, COD 96.8%였으며, 폐수처리에 있어 제거율은 각각 SS 99.6%, BOD 95.6%, COD 80.3%였다

In this work, we prepared a heterojunction anode with a surface layer of SnO2-Sb-Ni (SSN) on a Ti/IrO2 electrode by thermal decomposition to improve the electrochemical activity of the Ti/IrO2 electrode. The Ti/IrO2-SSN electrode showed significantly improved electrochemical activity compared with Ti/IrO2. For the 0.1 M NaCl and 0.1 M Na2SO4 electrolytes, the onset potential of the Ti/IrO2-SSN electrode shifted in the positive direction by 0.1 VSCE and 0.4 VSCE, respectively. In 2.0-2.5 V voltages, the concentration in Ti/IrO2-SSN was 2.59-214.6 mg/L Cl2, and Ti/IrO2 was 0.55-49.21 mg/L Cl2. Moreover, the generation of the reactive chlorine species and degradation of Eosin-Y increased by 3.79-7.60 times and 1.06-2.15 times compared with that of Ti/IrO2. Among these voltages, the generation of the reactive chlorine species and degradation of Eosin-Y were the most improved at 2.25 V. Accordingly, in the Ti/IrO2-SSN electrode, it can be assumed that the competitive reaction between chlorine ion oxidation and water oxidation is minimized at an applied voltage of 2.25V.

산업화, 도시화로 인해 수자원의 오염이 악화 되면서 기존에 염소를 이용한 정수처리 방법으로는 깨끗한 물을 공급하는데 어려운 실정이다. 이에 오존을 이용한 고도정수 처리 시설의 도입이 증가하고 있다. 그러나 기존의 방수⋅방식 공법으로 사용되는 에폭시계 방수⋅방식제 및 스테인리스는 오존의 강력한 산화력으로 인해 열화되어 박리 등 문제 발생하였으며, 콘크리트까지 영향을 미쳐 내구성 저하의 원인이 된다. 이에 따라 본 연구에서는 내오존성 및 내화학성이 뛰어난 금속 패널을 기존의 시공법 보다 손쉬운 방법으로 시공하기 위한 방법으로 금속용사 공법을 이용하여 수처리 시설 콘크리트 구조물의 열화를 원천적으로 방지하기 위한 마감공법 개발 연구의 일원으로 용사금속 종류 에 따른 내오존성 평가를 실시하였으며, 실제 하수처리장 환경에서의 전기화학적 안정성능 평가를 실시하였다. 실험결과 용사금속 Ti이 용사 후에도 내오존성이 뛰어난 것으로 나타났으며, 하수처리장 환경에서의 전기화학적 안정성능 평가 결과 용사금속 Ti가 403.83k∙ Ω∙cm2의 가장 높은 분극저항을 나타남으로써 높은 수준의 내구성을 확보하는 것을 확인할 수 있었다.

호소의 부영양화와 같은 수계오염을 유발하는 질소 및 인에 대한 방류수 수질기준 규제가 점차 강화되고 있으며, 최종 개정된 방류수 수질기준에서는 처리수를 Ⅰ지역에 방류하는 경우, 총 질소 20 mg-N/L, 총 인 0.2 mg-P/L로 규제하고 있다. 이에 따라 대부분의 공공하수처리시설은 고도처리공법을 확보하고 있으며 현재 운영중인 고도처리시설에는 생물학적 고도처리법인 SBR공법과 A O 공법이 가장 많이 적용되고 있다. 그러나 한국 하수 성상의 경우 질소에 대한 유기물의 비율이 낮기 때문에 질소 제거효율이 낮고, 탈질을 위해 외부 탄소원을 추가적으로 주입함에 따라 운영비의 증가 문제가 발생된다. 외부 탄소원의 주입에도 불구하고 2015년 환경부에서 발표한 방류수 수질현황을 참고하면 공공하수처리시설의 T-N 제거효율은 약 70%에 그친다. 이에 본 연구에서는 국내 생물학적 고도처리법으로 가장 많이 적용되고 있는 SBR 공법에 수처리용 스펀지 담체를 투입하였을 때, 폭기구간에서의 질소제거 효율을 평가하고자 하였다. 스펀지 담체와 같이 담체 내외부의 물질전달이 자유로운 담체의 경우, 담체 내외부에 형성되는 산소 농도구배로 인하여 담체 내부에는 국소적인 무산소 조건이 형성되며, 그에 따라 담체 외부에서는 질산화가 내부에서는 탈질이 일어나는 SND(Simultaneous Nitrification and Denitrification) 기작이 일어날 수 있다. 이에 폭기 전･후의 암모니아성 질소와 질산성 질소 측정을 통해 SND 효율을 계산한 결과, 약 30%의 효율을 나타내었으며, 이는 탈질이 유도되는 단위공정에서 탈질에 필요한 외부탄소원의 요구량을 감축시킬 수 있으므로 경제적인 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.

기후 변화가 가속화되어 국내에서는 국지성 호우가 증가하는 추세이며, 이에 대해 도심지역 토지의 불투수층이 증가하여 도로 유출수, Combined Sewer Overflows(이하 CSOs라고 한다.) 등 도심에서의 비점오염원에 의하여 하천 수중생물의 폐사, 부영양화, 대장균 및 병원성 미생물의 증가, 중금속 오염 등의 방류 수계에 타격을 줄 수 있기 때문에 이에 따른 환경오염 문제가 대두되고 있다. 그 중에서도 CSOs는 합류식 하수도 시스템에서 강우 시에 처리시설을 거치지 않고 하천이나 해안 등의 수계로 직접 방류되는 경우를 의미하며, 해당 오염 부하량은 강우의 지속시간 및 강우량에 큰 영향을 받는다. 이 때 합류식 하수관로에서는 관로 내부의 퇴적물이 강우 초기에 유출되는 초기세척효과(first flush effect)에 의해 강우 초기에 오염부하량이 높은 값으로 유출된다. 이런 CSOs에 대하여 현재 국내에는 3Q로 차집한 용량에 대하여 2Q의 월류수를 스크리닝 및 완충저류로 이루어진 간이처리만을 통하여 수계로 배출되고 있는 실정이다. 이러한 CSOs의 주된 오염물질은 입자성 물질이 가장 큰 비율을 차지한다. 환경부에서 제시한 임의의 도시지역 하수 평균 SS는 60 mg/L의 값을 나타내는데 강우 초기의 CSOs의 SS는 1,936 mg/L의 값으로 고농도의 값을 나타낸다. 이러한 입자성 물질을 제거해 줌으로써 입자성 물질에 영향을 받는 다른 항목에 대해서도 그 농도를 낮출 수 있다. 이에 본 연구에서는 CSOs의 입자성 물질을 제거하기 위한 공정으로 여과(filtration)방법을 선정하였으며, 여과용 담체로는 폐유리를 발포시켜 제조한 여재를 사용하였다. 여과속도 및 여과층 구성에 따른 SS제거효율 및 폐색된 여재의 효율을 복구시키기 위한 역세척 조건에 따른 역세척 효율에 대해 알아보고자 하였다.