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.

침지식 분리막 모듈에서 공기강도에 따른 분리막 위치에 대한 오염을 조사하였다. 분리막의 충진밀도가 낮은 곳에서 높은 유체 유속을 나타내었으며, 유체 속도는 기-액 주입률에 비례하였다. 전단응력은 기-액 주입률 및 유체 유속에 비례하였다. 비가역오염(Rir)은 흡입 압력이 가까운 부분에서 가장 높게 나타났다(position 1). 비가역오염에 대한 저항과 분리막 고유 저항의 비(Rir/Rm) 및 비가역오염에 대한 저항과 가역오염의 저항의 비(Rir/Rr)도 position 1에서 가장 높게 조사되었다. 비가역오염(Rir)은 흡입 압력이 높은 곳인 position 1에 오염물질이 축적되어진 결과이다. 분리막 위치에 따른 오염현상은 모듈 디자인 최적화에 중요한 인자임을 알았다.

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.

국내 정수장 노후화의 가속과 더불어 신규 위험물질 및 미량유해물질에 대한 안전성 확보를 위하여 정수장의 고도화를 위한 노력이 지속되고 있으며, 막여과 기반의 고도정수처리 공정의 도입이 안전성 확보의 대안으로 자리잡고 있다. 그러나 원수의 특성을 고려한 막여과공정의 구성방안 및 운영방안 마련이 필요한 실정이다. 본 연구는 원수내 망간의 계절적 발현 특징을 나타내는 U정수장을 대상으로 500m³/일 용량의 정밀막여과를 기반으로 한 고도정수처리 테스트베드를 구축하고, 원수의 수질특성을 고려한 운영인자 확립과 더불어 처리효율을 평가하였다.

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.

본 연구의 목적은 대기공 정밀여과(Large Pore Micro-Filtration, LPMF)막의 수처리 응용을 위한 실험실 규모에서의 성능을 평가한 것으로 이를 통해 문제점 및 해결방안을 제시하는 것이다. 본 연구에 사용된 평균 기공이 5 µm LPMF막은PET Braid가 보강되어 있는 PVDF 재질의 외압형 중공사막으로 여과실험은 30 cm의 수두차 혹은 1.5 bar 이하의 압력차로수행하였으며, 역세는 여과수에 압축공기로 약 4 bar의 압력을 가한 후 수초 내에 순간 역세하는 가압역세였다. 0.2 bar의 TMP (Trans Membrane Pressure)에서 0.05 µm UF로 전처리한 시수로 0.4 µm의 MF와 flux를 비교한 결과 UF에 비해 LPMF의 flux가 약 2배 정도 높았으며, 동일한 시수에 대해 15~30 cm의 수두차에 따른 flux를 측정한 결과 30 cm 수두차에서 800 LMH 이상의 높은 flux를 확인하였다. 또한 여과수의 탁도 향상과 여과 flux의 안정적 유지를 위해 여러 가지 무기응집제에 대한 5 µm 기공의 여지를 이용한 Time-To-Filter (TTF)를 통해 적정 응집제 및 그 주입량을 결정하였다. 고농도 무기응집제 주입 및 30 cm 이상의 수두차로 LPMF를 중력식으로 운전하였을 때 flux는 80 LMH 이상이었고, 탁도 제거율은 93.5~99.5%이었다. 특히 약 4 bar의 압력의 순간 가압역세를 한 결과 막의 충진율이 19%인 경우 여과수의 회수율을 약 97%로 유지하면서도 여과 flux가 안정적으로 유지되었으나, 막충진율을 약 43%인 경우 순간 가압역세만으로는 역세가 불안정하였던 관계로 여과압력이 지속적으로 상승하는 등의 여과공정이 불안정한 문제점을 보였다.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO₂) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 pH 및 포화산소, 역세척 매체의 영향을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총처리수량(VT) 측면에서 물 또는 질소, 산소 역세척 결과를 비교하였다. pH가 증가할수록 Rf는 감소하였고 J과 VT는 증가하였다. 탁도 처리효율은 pH에 상관없이 물 또는 질소 역세척 모두 유사한 값을 보였고, 용존유기물(DOM) 처리효율은 물 역세척 시 일정한 경향을 보이지 않았다. Rf는 공급수를 산소로 포화시킨 무역세척(NBF)에서 포화산소(SO)가 없는 NBF보다 낮게 나타났다. DOM 처리효율도 SO가 있는 NBF에서 SO가 없는 NBF보다 낮게 나타났다. 이러한 결과는 SO가 광촉매 TiO₂와 반응하여 발생된 OH 라디칼이모듈 내에 채워진 물에 의해 희석되었기 때문이다. 역세척 주기 10분에서 물 역세척보다 기체 역세척 시 DOM 처리효율은큰 값을 보였다. 이러한 결과는 기체 역세척이 물 역세척보다 PES 구를 효과적으로 세척함으로써, PES 구에 의한 흡착과 광분해가 활발하게 진행되기 때문이다.

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.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성공정에서 pH 및 산소 역세척의 영향을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT)의 관점에서 고찰하였다. pH가높아질수록 Rf가 감소하고, J는 증가하는 경향을 보였다. 결과적으로 pH 9에서 최대의 VT를 나타내었다. 탁도의 처리효율은 pH와 무관하게 98.7∼99.0%의 비슷한 처리효율을 보였다. 용존유기물질(DOM)의 처리효율은 pH가 높아질수록 감소하였다.산소와 질소 역세척의 차이를 비교한 결과, Rf,180 값이 산소 역세척 시 질소보다 낮게 나타났고, 초기투과선속(J0)으로 무차원화한 최종투과선속(J180/J0)은 역세척 주기(FT) 10분과 12분을 제외하고 산소 역세척이 질소 보다 높게 유지되었다. 산소 역세척 시 탁도물질의 처리효율은 질소 보다 다소 높게 나타났지만, 그 차이는 미비하다. 질소 역세척 시 DOM의 처리율은 산소보다 높게 나타났다. 또한, 포화산소 조건에서 탁도물질의 처리율은 산소 또는 질소 역세척 경우와 비슷하게 나타났지만, 포화산소가 광촉매와 반응하여 OH 라디칼을 생성하였기 때문에 DOM의 처리효율은 큰 폭으로 증가하였다.

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.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼성 공정에서 역세척 주기(FT)와 역세척 시간(BT)의 영향을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 측면에서 기 존의 질소 역세척 결과와 비교하였다. FT가 짧아질수록 Rf는 감소하고 J와 VT는 증가하였다. 탁도의 처리효율은 물과 질소 역세척 모두 NBF (no back-flushing)에서 최대이고, FT가 짧아질수록 처리효율이 다소 증가하였다. 유기물질 처리효율은 물 역세척 시 FT 4분에서 최대이었으나, 질소 역세척 시 FT가 짧아질수록 증가하였다. BT가 길어질수록 Rf와 가역적 막오염 저 항(Rrf)은 감소하고, J와 VT는 증가하였다. 탁도 처리효율은 물 역세척 시 98% 이상으로 거의 일정하였으나, 질소 역세척 시 NBF를 제외하고 BT가 길어질수록 증가하였다. 유기물질 처리효율은 물 역세척시 BT 6초에서 최대이고, 질소 역세척 시 NBF를 제외하고 BT가 길어질수록 증가하였다. BT 30초와 FT 2분에서 최대 VT값을 나타내어서, 본 실험 범위에서 최적 조 건은 FT 2분마다 BT 30초이다.

관형 알루미나 정밀여과와 이산화티타늄 광촉매 코팅 PP (polypropylene) 구의 혼성공정에서 질소 역세척 주기 (FT)와 시간(BT)의 영향을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT)의 관점에서 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구를 사용한 기존 결과와 비교하였다. 일반적인 역세척 방법인 공기가 아닌 질소로 역세척을 한 이유는 공기에 포함 된 산소에 의해 수질분석에 영향을 줄 가능성을 최소화하기 위한 것이다. FT가 짧아질수록 Rf는 감소하고, J와 VT는 증가하 였다. 용존유기물의 평균 처리효율은 82.0%로 PES 구 결과의 78.0% 보다 높았다. 이러한 결과는 광촉매 코팅 PP 구가 광촉 매 첨가 PES 구 보다 효과적으로 용존유기물을 제거한다는 것을 의미한다. BT가 길어질수록 최종 Rf는 감소하고 최종 J는 증가하였지만, VT는 BT 15초에서 최대값을 보였다. 탁도의 평균 처리효율은 BT 변화에 따라 특별한 경향을 보이지 않았다. BT가 6초에서 30초로 증가함에 따라 용존유기물의 처리효율은 11.8% 증가하여, PES 구의 결과보다 다소 크게 증가하였다.

고도정수처리를 위한 관형 세라믹 정밀여과와 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 첨가 PES (polyethersulfone) 구의 혼 성공정에서 주기적 물 역세척 시 유기물질의 영향 및 정밀여과(MF), PES 구 흡착, 광산화의 역할을 막오염에 의한 저항(Rf) 및 투과선속(J), 총여과부피(VT) 측면에서 기존의 질소 역세척 결과와 비교하였다. 휴믹산 농도가 증가함에 따라 급격한 막 오염으로 Rf는 증가하고 J는 감소하여, VT는 휴믹산 농도 2 mg/L에서 가장 높았다. 탁도 처리효율은 물과 질소 역세척 모 두 휴믹산 농도와 상관없이 비슷하였다. 유기물질 처리효율은 물 역세척 경우 최대 휴믹산 10 mg/L에서 최소 71.4%이었으나, 질소 역세척에서는 거의 일정하였다. 물과 질소 역세척 모두 MF 및 PES 구, 자외선의 혼성공정(MF + TiO2 + UV)에서 Rf가 최소이고, J와 VT는 최대였다. 탁도 및 유기물질의 처리효율도 물과 질소 역세척에 상관없이 MF + TiO2 +UV에서 최대였 고, 공정이 MF로 단순화될수록 처리효율도 점차 감소하였다. 하지만 물 역세척에서는 광산화 보다 흡착이, 질소 역세척에 서는 흡착 보다 광산화가 더 주요한 역할을 하였다.

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.