새로운 알루미나 (Al2O3)와 실리카(SiO2)로 이루어진 규산알루미나질 납석광물을 적용하여 세라믹 지지체를 개발하고 수처리 적용가능성을 평가하였다. 납석 세라믹 지지체의 순수투과도는 약 1370 L/m2.hr.bar 였으며 지표수의 탁도 및 유기물의 제거율은 각각 98 %와 75 %였다. 실 하수처리장 MBR의 MLSS를 취수하여 실험한 결과 완벽한 SS 제거효율을 나타내었다. 모듈간격에 따른 납석지 지체 파울링 현상을 관찰한 결과 모듈간격이 증가할수록 파울링은 감소하였으나 일정 모듈간격(3.5 cm)이상인 경우 파울링은 증가하였고 이는 공기 폭기량이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다.

본 연구에서는 알루미나 정밀여과 및 광촉매 코팅 폴리프로필렌의 혼성 수처리 공정에서 물역세척 시간 (back-flushing time, BT) 및 PP 구 변화의 영향을 알아보고, 알루미나 한외여과막와 동일한 PP 비드를 사용한 선행 결과와 비 교하였다. 물역세척 주기(FT)는 10분으로 고정한 채, BT를 6~30초로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막 오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. BT가 길어질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하였으나, VT는 BT 10초일 때 최대였다. 탁도의 처리효율은 99.0% 이상으로 BT의 영향이 보이지 않았다. 한편, 유기물 처리효율은 역세척 없 는 조건(NBF)에서 89.0%로 가장 높았으며, BT가 길어질수록 증가하였다. 막오염 측면에서 최적 PP 비드의 투입 농도는 20 g/L이었으나, 알루미나 한외여과막와 동일한 PP 비드를 사용한 선행 결과 최적 PP 비드의 농도는 40 g/L이었다. 탁도와 유기 물 처리효율은 PP 농도 30 g/L에서 최대였으나, 선행 결과 탁도와 유기물 처리효율은 모두 PP 농도 40 g/L에서 가장 높았다.

새롭게 제조된 납석기반 세라믹 멤브레인의 기본성능을 관찰하였다. 실규모 하수처리 membrane bioreactor (MBR) 미생물 고농도 현탁액을(MLSS : 약 6 g/L) 처리하는 납석기반 멤브레인 파울링 현상을 서로 다른 공기 폭기량과 막 간격에 대해 관찰하였다. 공극크기가 약 1.0 μm인 비코팅 납석기반 세라믹 멤브레인 지지체의 순수투과도의 경우 약 1100 L/m2⋅hr⋅bar로 측정되었으나 알루미나로 코팅된 납석기반 세라믹 멤브레인은 공극크기의 감소로(0.3 μm) 순수 투과도는 두 배가량 감소하였다. 실규모 MBR 미생물 현탁액을 적용한 침지식 여과실험에서 납석 기반 세라믹 멤브레인 지지체의 경 우 투과플럭스 20 LMH에서 공기폭기량을 증가시켰을 때 파울링은 감소하였다. 그러나 공기폭기가 파울링에 미치는 영향은 막간 간격에 상당히 의존하였다. 일정한 공기폭기 유량에서 막간간격의 증가는 파울링을 감소시켰으나 막간 간격을 3.5에서 5.4 cm로 증가시켰을 때 파울링 속도는 오히려 증가하였다. 알루미나 용액으로 표면코팅된 납석기반 지지체의 경우 유사한 결과가 관찰되었으나 파울링 속도는 코팅층이 없는 지지체에 비해 상대적으로 낮았다. 표면코팅에 상관없이 납석기반 지지체 와 멤브레인의 경우 거의 완벽한 SS 제거효율을 나타내었다. 또한 납석 지지체 알루미나 표면코팅은 PEG (분자량 8,000 kDa)을 적용하였을 시 멤브레인의 유기물 배제율을 향상시켰다.

본 연구에서는 분리, 흡착에 관한 물리적인 수처리 공정이 매우 중요해짐에 따라 이번 연구에서 Track-etched polycarbonate membrane이 친수성의 성질을 가지며 균일한 기공크기를 가지고 기계적 강도가 우수한 점을 활용하여 제조를 진행하였다. 이 분리막에는 표며이 하전 된 균일한 크기의 나노입자를 포함시킨 후 제거 능력에 대한 분리 특성평가를 진행하였다. 유화중합을 통해 얻어진 Polystyrene particle을 Cation/Anion으로 각각 하전시켰고 이 Latex입자들의 특성을 파악하기 위해 SEM, DSC, FT-IR 및 Zeta를 측정 진행하였다. 동시에 PC membrane이 갖는 표면 전하 및 기공크기와 입자의 표면이 갖는 전하 및 입자 크기에 따른 수투과도에 대한 조사를 진행하였다.

현재까지 상당한 기술적인 진보가 있어왔지만, 연구개발의 커다란 기술적 어려움으로 꼽히는 것은 오염물질의 비가역적인 흡착에 의한 분리막 오염과 이로 인한 시스템 성능 저하이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 redox 반 응을 이용한 표면개질을 통해 분리막의 표면을 산화/환원 반응을 통해 개질하는 것으로서, 고분자 분리막의 탄소를 바탕으로 음이온 및 양이온을 가진 작용 기를 순차적으로 중합하여 오염물질과 분리막의 전기적 반발력을 향상시켜 분리막의 표면 오염을 저감하는 것이다. 본 연구에서는 양이온, 음이온성 오염물 질을 동시에 제거할 수 있는 표면개질 방법을 개발하고자 redox 반응을 이용한 접목중합을 통해 고분자 분리막의 표면을 개질하는 연구를 수행하였다.

제조나노물질의 발전으로 이를 이용한 제품들이 늘어남에 따라 상수 내 나노 물질에 대한 잠재 위해성 논란이 제기되어 왔다. 응집과 같은 기존 나노물질 처리 방법에 비해 막 분리법은 2차 오염물이 없고 재사용이 가능하기 때문에 각광받고 있다. 하지만 수계환경 변화로 인한 나노물질의 특성변화에 따른 막 기 반 공정 내 나노물질 거동에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서 는 국내에서 사용되고 있는 대표 제조나노물질인 Ag, ZnO, TiO2의 수계 내 유 기물 존재여부에 따른 특성을 분석하고 막기반 상수처리 공정에서의 거동을 평가하고자 하였다. SR-NOM을 대표 자연유기물로 평가하였으며 상수 내 SR-NOM의 유/무에 따른 나노물질들의 응집성 등의 변화가 막기반 공정 결과에 영향을 주었음을 확인하였다.

본 연구에서는, 산화그래핀과 은나노물질의 복합체인 Ag/GO를 합성하고 이를 PAN 고분자용액에 도입하여 전기방사함으로써 나노섬유형태의 분리막을 제조하였다. Ultraviolet-visible spectra분석을 통해 합성조건을 최적화하였으며, SEM, TEM, Raman 분석을 진행하여 구조 및 형태를 확인하였다. 그램음성균 (Salmonella, E. coli.)과 그램양성균(B. cereus, St. aureus)에 대한 항균성 실험결과 제조된 복합나노섬유의 항균효과를 확인할 수 있었다. 또한, 복합체의 도입 에 따라 약 100%이상의 높은 수투과도 값과 막오염 저감효과를 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제조된 나노섬유 분리막은 수처리용 분리막으로 충분히 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

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.

This study describes the effects of treated water (TW) on PH changing, growth of watermelon seedlings, canola oil and diesel absorption, the antibacterial ability of the filter that composited from polyurethane(PU) and silver powder(Ag) producing by Electrospinning. In this study, we used the battery energy acquired from solar cell, the water has been processed when it pass through the electromagnetic field. The results of this research indicated that the PH value of TW changed slightly compared with untreated water (UW), but the TW could absorb smell of PH reagent. In addition, the TW could also promote the growth of watermelon seedling, and the growth of watermelon seedling stem length was about twice compared with UW. On the effects of canola oil and diesel absorption, the TW also showed a good oil absorptive capacity, especially for the diesel absorption, it could absorb 28% diesel. For the PU+PU+Ag/CNT filter, it showed about 100% of the antibacterial rate on strain 1 (Staphylococcus aureus ATCC 6538P) and 2 (Escherichia coli ATCC 8739).

Although microalgae are considered as a promising feedstock for biofuels, cost-efficient harvesting of microalgae needs to be significantly improved. In this study, the use of electro coagulation as a more rapid flocculation method for harvesting a freshwater (Scenedesmus dimorphus) microalgae species was evaluated. The results showed that, electro coagulation was shown to be more efficient using an aluminum anode than using an iron anode. And optimum conditions of electro coagulation for harvesting Scenedesmus dimorphus were found. The optimum stirring speed was 100 rpm and optimum pH was 5. Furthermore, the current density which the fastest and highest recovery efficiency is achieved at 30 A/m2, while the highest energy efficiency was achieved at 10 A/m2. A the rapid and high recovery efficiency indicate that electro coagulation is a particularly attractive technology for harvesting microalgae.

최근 분리, 흡착과 같은 물리적인 수처리 공정이 중요해졌고, 본 연구에서는 Track-etched polycarbonate(PC) membrane이 친수성이며 균일한 기공크기를 가지고 기계적강도가 우수하다는 점을 이용하여 하전 된 균일한 크기의 나노입자를 포함한 콜로이드 용액의 제거능력에 대해 조사하여 분리특성을 파악하였다. 유화중합을 이용하여 양전하, 음전하로 각각 하전 된 균일하며 착색된 나노입자(70 ~200nm)를 다양한 조건으로 제조하고, SEM, DSC, FT-IR 및 제타 전위를 측정하여 라텍스의 특성을 파악하였다. 또, PC membrane의 표면전하 및 기공크기와 입자의 표면전하 및 입자크기에 따른 수투과도 및 배제율을 조사하였다.

기공 0.4 μm PVDF 나노섬유 정밀여과 나권형 모듈과 GAC 컬럼의 혼성공정에서 모사용액을 순환 없이 선형유속 0.013 m/s, TMP를 0.5 bar 조건으로 GAC 충진량을 변화시키면서 실험하였다. 또한 동일한 혼성공정에서 모사용액을 순환시키면서 선형유속 0.026 m/s, TMP 1.5 bar의 조건으로 GAC 충진량의 영향을 고찰하였다. 탁도와 UV254 흡광도(DOM) 처리율을 비교하였는데, 탁도 처리율에는 영향이 없었으나, GAC의 충진량이 많을수록 DOM 이 증가하였다. 하지만 TMP와 유속이 높은 조건인 순환이 있는 실험에서 GAC에 의한 DOM 처리율이 더 낮은 이유는 순환으로 인해 모사용액 농도가 낮아졌기 때문인 것으로 판단된다.

국내 물산업의 경우 하수분야에서 점진적으로 상수분야로 전환되고 있으며, 그 일환으로 유수율제고를 통한 맑은물 공급을 목적으로 노후정수장 개량과 상수관망 정비사업에 필요한 「지방상수도의 노후도 실태평가 및 정비사업 타당성조사」를 수행중에 있다. 그중 환경부는 2008년부터 정수처리시설의 투자확대를 목적으로 20년 이상 노후화된 정수장의 Retrofitting이나, 기존 정수장 고도처리도입시 막여과공정 우선적으로 도입하는 계획을 수립하고 예산지원 등을 통하여 보급확대에 노력하고 있으나 시장의 활성화가 이루어지지 않고 있다. 따라서 국내 막여과 수처리사업의 정책방향과 사업추진현황 분석을 통하여 시장활성화를 위한 방안을 제시하고자 한다.

We have studied ternary polymer blend system (A-B/C), which A and C polymers have attractive interactions. The blend was prepared as thin layer coating on the top of the supporting membrane, such as alumina, by layer-by-layer deposition of each polymer from the diluted solution. By controlling the fraction of polymer, the morphology of the blend showed various states including inter-connected porous structure at a certain condition. In addition, we tried to have the better control in pore size and function by introducing small molecule-containing layers atop of the blended coating. The selectivity of filtering and flux of the coated membrane was studied by filtration experiments with aqueous mixtures of various sized solutes including inorganic and organic compounds. Beneficially, the active layer coating exhibited anti-fouling effect.

강도가 강하고 내약품성, 무독성, 내연소성의 장점을 가지고 있는 PVdF (polyvinylidene fluoride) 나노섬유로 기공이 0.4 μm 평막을 제조한 후, 그 평막으로 부직포를 첨가하여 나권형 모듈을 제작하였다. 카올린과 휴믹산으로 조제한 모사용액과 순수를 대상으로 나권형 모듈의 투과선속과 처리율을 비교하여 pH의 영향을 알아보았고, 여과실험 후 물 역세척을 하여 회복률과 여과저항을 계산하였다. 또한, 나권형 모듈을 통과한 처리수를 입상 활성탄(GAC, granular activated carbon)으로 채워진 컬럼에 통과시킨 후, 탁도와 UV254 흡광도를 측정하여 GAC의 흡착 효과를 고찰하였다.

고도정수처리를 위한 관형 탄소 한외여과 및 PP구의 혼성 수처리 공정에서 질소 역세척 시 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 등을 활용하여 휴믹산의 영향을 고찰하였다. 사용한 막은 프랑스 Tech-Sep사에서 제조하였으며 탄소 지지층에 산화지르코늄으로 코팅한 것이다. 실험에 사용한 모사용액은 유기물 중 상당부분을 차지하는 휴믹산과 점토 무기물과 같은 미세 무기입자인 카올린을 순수에 첨가하여 제조하였다. 휴믹산의 농도가 증가함에 따라 급격한 막오염으로 인해 Rf가 증가하는 경향을 보였고, 투과선속 J는 감소하는 결과를 나타냈다. 유기물질 처리효율은 증가하는 추세를 보였으며, 탁도 처리효율은 98%로 일정한 경향을 나타냈다.

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.

최근 분리, 흡착과 같은 물리적인 수처리 공정이 중요해졌고, 본 연구에서는 Track-etched polycarbonate(PC) membrane이 친수성이며 균일한 기공크기를 가지고 기계적강도가 우수하다는 점을 이용하여 하전 된 균일한 크기의 나노입자를 포함한 콜로이드 용액의 제거능력에 대해 조사하여 분리특성을 파악하였다. 유화중합을 이용하여 양전하, 음전하로 각각 하전 된 균일하며 착색된 나노입자(70 ~200nm)를 다양한 조건으로 제조하고, SEM, DSC, FT-IR 및 제타 전위를 측정하여 라텍스의 특성을 파악하였다. 또, PC membrane의 표면전하 및 기공크기와 입자의 표면전하 및 입자크기에 따른 수투과도 및 배제율을 조사하였다.

본 연구에서는 Hummers 법으로 제조된 산화그래핀(GO)를 활용하여 Poly(vinylidene fluoride)(PVdF) 나노섬유 분리막을 제조하고 수처리 적용을 위한 특성평가를 진행하였다. PVdF/GO 나노섬유 분리막의 제조는 나노섬유 지지막에 다양한 농도로 분산된 GO용액을 스프레이건을 이용하여 코팅하는 방법과 고분자 용액에 GO를 도입하여 혼합 방사하는 방법을 적용하였으며, 기공크기 제어 및 기계적 물성을 향상시키기 위해 후처리공정을 진행하였다. 도입방법에 따른 수투과 특성 및 접촉각 등 특성변화를 비교 분석하였다.