벤토나이트 현탁액에 의한 폴리에틸렌 정밀여과 모세관 막의 오염특성에 대하여 검토하였다. 막오염의 윈인은 막표면 위에서 생성되는 케익층의 성장과 입자들이 세공을 막는 표준 및 완전세공막힘 때문이었으며, 막오염은 이들 세 가지 오염형태가 동시에 발생하지만 케익여과오염에 의해 크게 지배를 받는다. 운전압력 1.0kg/cm2에서 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 표준세공막힘 3.36%, 완전세공막힘 3.18% 그리고 케익여과오염 93.46%이었다. 현탁액의 농도가 1000 ppm인 경우에는 완전세공막힘 1.71%, 표준세공막힘 1.90% 그리고 케익여과오염이 96.39%이었으며, 운전초기에 총 오염의 96.14%가 발생했다. 총 오염에 대한 케익여과의 영향은 세공이 0.34 μm막에서 컸다. 순환흐름속도의 증가로 인해 성분오염은 약 10.20% 감소하였고, 총 오염에 대한 세공막힘의 비율은 높았다.

본 연구에서 처리수를 이용한 주기적인 역세척은 세라믹 정밀여과에 의한 고도정수처리 시스템에서 막오염을 저감하고 투과선속을 향상시키고자 수행되었으며, 물 역세척 주기(FT) 및 시간(BT)의 영향과 최적 운전조건을 규명하고자 하였다. FT의 영향을 알아보기 위해 일정한 BT 3초에서 FT를 30∼120초로 변화시켰고, BT 영향 실험에서 일정한 FT 120초에서 BT를 3∼12초로 변화시켰다. 그리고 다른 운전변수인 막간압력차는 1.52 bar, 물 역세척 압력 0.98 bar, 유입유량 0.5 L/min, 공급액의 온도 20℃로 일정하게 유지하였다. 그 결과, 일정한 BT 3초에서 본 실험 범위의 최적 FT는 30초로, 이것은 빈번한 역세척이 막오염의 저감에 더 효과적임을 의미한다. 그러나 너무 짧은 BT로 인하여 FT의 영향은 크지 않았다. 한편, 일정한 FT 120초에서 BT가 증가함에 따라 막오염에 의한 저항(Rf)은 감소하고 투과선속(J)과 무차원화한 투과선속 (J/Jo)은 증가하는 경향을 나타내어, 최대 BT인 12초에서 가장 많은 총여과부피(VT)를 얻을 수 있었다.

니켈입자와 고분자를 함유한 니켈슬러리를 상전환법을 이용하여 중공사 형태로 성형한 후, 소결법을 이용하여 1,150℃ 환원조건에서 소결하여 금속 필터를 제조하였고 니켈 입자를 표면에 함침한 후, 800℃ 환원조건에서 소결하여 금속 정밀여과막을 제조하였다. 소결조건에 따른 금속 중공사 필터와 정밀여과막의 기공크기, 강도를 살펴보았다. 금속 중공사 정밀여과막은 산, 염기 및 염소에 대한 저항성이 뛰어났으며 역세척에 의한 투수량 회복률이 우수하였다.

본 연구에서는 p-toluenesulfonic acid (TSA)와 polyvinylpyrrolidone (PVP)를 함유한 polyethersulfone (PES) 고분자 용액을 이용하여 PES 멤브레인 내에 최소 공경을 갖는 내부 분리층을 만드는 방법에 관한 새로운 방법을 제시하고자 한다. 팽윤제로 사용된 PVP와 응고제로 사용된 TSA를 함유한 평막형 PES 멤브레인의 제조 및 구조적인 특성 조사가 수행되었으며, 상업용 막에 대등할 만한 투과 성능과 좁은 pore size distribution을 가지는 멤브레인을 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한 PVP의 첨가는 멤브레인의 단면구조와 투과 성능에, TSA는 투과 성능보다는 pore size distribution에 영향을 준다는 것을 확인하였으며 이는 FE-SEM 결과와 TSA를 첨가한 멤브레인의 단면 사진에서 내부 최소 기공층의 두께가 두꺼워짐을 확인할 수 있었다.

본 연구는 압연공정을 이용하여 금속망 만을 사용하여 금속막을 제조하는 과정과 금속망과 금속분말을 사용하여 금속막을 제조하는 과정에 대해 연구했다. 금속망 압연과정에서 선택된 금속망은 각각 10%, 20% 그리고 30%의 감소율로 압연했다. 이 압연공정은 망 wire의 지름을 변화시키거나 망의 단면적의 감소를 통해 망의 공경 크기를 감소시킨다. 압연된 금속망의 여과율은 압연시키지 않은 금속망의 여과율과 거의 동일한 여과율을 보였으며 금속막의 공경크기 분포 또한 더 균일했다. 금속망 위에 금속분말 층을 제조하는데 있어 분말 접합제로서 PVA를 사용하였으며 1시간 동안 100℃에서 금속분말 층을 건조시키고 진공에서 3시간 동안 1000℃에서 소결시키는 방법이 높은 공경 밀도와 균열이 없는 금속망 위에 금속분말 층을 형성하는 최적 조건이었다. 소결 전 30%감소율을 가지는 금속망에 대해 금속분말 층 형성에 압연공정을 적용할 경우 여과율이 약 0.7 μm인 금속막이 성공적으로 제조되었다.

본 연구에서는 2종류의 다채널 알루미나 세라믹 정밀여과막으로 호소수를 처리할 경우, 질소 역세척 시간(BT) 및 막간압력차(TMP) 영향과 최적운전조건을 규명하였다. 정상여과시간(FT)은 8분, 유량 2.0 L/min, 역세척 압력 2.0 bar로 고정하였고, BT는 10∼60초, TMP는 0.6~2.0 bar로 변화시켰다. 또한, 최적운전조건은 막오염에 의한 저항 (Rf), 무차원한 투과선속 (J/Jo), 투과선속 (J), 총여과부피VT의 측면에서 고찰하였다. 그 결과, 0.4 μm의 평균기공 크기를 갖고 있는 HC04 분리막의 최적 역세척 조건은 BT=10초, 1.0 μm의 평균기공인 HC10 분리막에서는 20초임을 알 수 있었다. 한편, TMP가 증가할수록 구동력의 증가로 보다 많은 VT를 얻을 수 있었다. 오염물질 제거율은 탁도(Turbidity) 95.4% 이상, 화학적 산소 요구량 (CODMn) 12.7∼20.1%, 암모니아성 질소(NH3-N) 0.0∼6.4%, 총질소 (T-N) 1.9∼4.6%, 총인 (T-P) 34.9∼88.4%의 제거 율을 보였다.

먹는 물 내에 존재하는 발암원인으로 의심되는 유기화학물질을 재래식 정수처리방법으로 제거한다는 것은 불가능하다. 이들을 AOP산화 & M/F membrane 혼성공정법을 이용하여 목적하는 처리수로 처리하고자 지하수를 반응조에 유효용량으로 유입하고 유기화학물질을 인위적으로 투입 혼합하여 충분히 희석시키고 이것을 효율적으로 처리하기 위해 최적운전조건을 도출하였다. 유기 화학물질 중 VOCs는 페놀과 톨루엔을 그리고 농약은 파라치온, 다이아지논과 카바닐을 대상으로 조사하였다. 실험은 각각 분류별 단일용액과 혼합용액으로 수행하였으며, 실험결과 충분한 분해 및 제거를 위한 운전조건은 H2O2는 150 mL로 정량 주입하고, pH는 5.5~6.0, 온도는 12~16℃로 일정하게 유지하고, 용존오존량은 5.0 mg/L이상, 반응시간은 30~40분이 최적 조건이었으며 그리고 같은 반응기 내 분리막의 사용은 0.45 μm 공경크기의 M/F membrane을 이용하여 대량의 음용수를 얻기 위한 결정이었다.

우유 또는 주스 종이용기를 재활용하여 화장지를 생산하고 있는 제지회사에서 배출되는 제지폐수를 대상으로 주기적 질소 역세척이 가능한 세라믹 정밀여과 시스템을 운전하였다. 제지폐수 재활용을 위해 본 연구에서 7개의 채널이 있는 2 종류의 알루미나 분리막이 사용되었다. 질소 역세척 시간을 40초, 막간압력차 1.0kgf/cm2, 역세척 압력 5.0kgf/cm2로 고정하였을 때 0.4mum의 평균기공 크기를 갖고 있는 HC04 알루미나 분리막의 최적 여과시간 간격은 4분으로 1.0mum의 평균기공인 HV10 분리막의 16분보다 짧았다. 여과시간 간격과 역세척 시간을 고정한 상태에서 막간압력차(TMP)의 영향을 살펴본 결과, 높은 TMP 조건에서는 쉽게 막표면에 케이크가 형성되고 막 내부 구조에도 막오염이 발생하기 때문에 낮은 TMP 조건이 막오염 제어에 유리한 것을 알 수 있었다. 그러나 TMP는 폐수처리 여과 시스템에서 구동력이기 때문에, 가장 높은 TMP 조건에서 가장 많은 총여과부피를 얻을 수 있었다. 한편, 다채널 세라믹 분리막을 사용한 정밀여과시스템에서 얻은 투과수는 탁도가 낮기 때문에 제지공정에서 재활용 될 수 있다.

정밀여과 모세관 막을 이용한 무기 콜로이드 현탁액의 투과유속 감소특성을 검토하였다. 무기 현탁입자의 종류에 따른 투과거동은 알루미나 현탁액의 투과유속이 벤토나이트 현탁액보다 평균 2배정도 컸으며, 운전시간 경과에 따른 투과유속의 감소도 알루미나 현탁액이 벤토나이트 현탁액에 비하여 전체적으로 서서히 감소하는 경향을 보였다. 운전 시간 10분까지의 투과유속 감소율을 나타내는 초기투과유속 감소율은 벤토나이트 현탁액이 알루미나 현탁액보다 더 컸다. 막 투과유속 감소는 케익오염과 세공막힘오염에 기인하며, 막오염 형태에 있어 벤토나이트 현탁액의 세공막힘오염이 알루미나 현탁액 보다 현저히 크게 나타났다. 운전압력 1.0;kgf/cm2에서 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 알루미나 현탁액의 경우 완전세공막힘 9.35%, 표준세공막힘 6.82%, 케익여과 83.832%이었다. 순환흐름속도의 증가로 인해 투과유속은 증가하였고, 알루미나 현탁액은 6.5%, 벤토나이트 현탁액은 13.5% 증가하였다. 세공크기가 0.34;μm인 막의 투과유속은 세공의 크기가 0.24;μm인 막보다 컸으며, 세공크기의 증가에 따른 투과유속은 알루미나 현탁액이 1.61배, 벤토나이트 현탁액이 1.76배 증가하였다.

MBR 공정에서 가장 문제시되는 부분은 실제 공정상에서 막 표면에 오염이 발생하는 문제이다. 일반적으로 막 오염은 활성 슬러지들이 막 표면에 퇴적되어서 일어나며 이로 인해 심각한 투과 유량의 감소를 야기하게 된다. 본 연구에서는 막 오염 저항성이 뛰어난 나노 입자를 분리막 표면에 함침시켜 MBR 막을 제작하였으며 이 입자들은 막 표면에서 활성 슬러지들이 쉽게 달라 붙지 못하는 역할을 수행하게 된다. 즉, 뛰어난 투수량을 지닌 정밀여과막에 나노 입자를 첨가함으로서 실제 MBR 공정에서 막 오염을 저감시킴으로서 투수량을 보전할 수 있게 하였다. 이들을 이용하여 MBR 공정에서 막 오염이 휠씬 적게 일어나는 것을 확인하였으며 이를 바탕으로 현장에 적용하여 막 오염 저항성을 확인하였다.

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

폴리에틸렌 정밀여과 모세관막을 이용한 벤토나이트 콜로이드 현탁액의 투과유속 감소특성을 검토하였다. 운전시간이 경과하면서 투과유속이 감소되는 원인은 막표면 위에서 케익층의 성장과 입자들에 의한 세공막힘 때문이었으며, 운전시간이 경과하여 정상상태에 도달하면 투과유속은 케익여과 모델에 의해 지배받는다. 운전압력이 높은 경우의 투과유속 감소는 세공막힘과 케익층이 치밀해졌기 때문이다. 운전압력이 증가함에 따라 J/J₁는 감소하였으며, 0.5 kg/sub f//㎠일 때의 45%, 2.0 kg/sub f//㎠일 때 38%로 감소하였다. 운전압력 0.5 kg/sub f//㎠에서 총 막오염에 대한 성분오염의 비율은 표준세공막힘 14.6%, 완전세공막힘 23.4% 그리고 케익여과 62.0% 이었다. 순환흐름속도의 증가로 인해 투과유속은 증가하였고, 그 효과는 운전압력이 1.0 kg/sub f//㎠일 때가 운전압력 2.0 kg/sub f//㎠ 경우보다 컸다. 세공크기가 0.34 ㎛인 막의 투과유속은 세공의 크기가 0.24 ㎛인 막보다 컸으며, 용액의 농도에 따른 투과유속은 농도가 낮은 용액이 컸다. 세공크기가 0.34 ㎛인 막의 막오염 형태는 유사하지만 농도가 200 ppm인 용액의 경우 1000 ppm인 용액에 비하여 상대적으로 미약한 세공막힘 현상을 보였다.

본 연구에서는 광촉매 반응과 막분리 기술을 접목시킨 혼성 고도 정수처리 공정에서 소독 부산물의 전구체로 알려진 자연산 유기물을 효과적으로 제거하고자 하였고 다양한 운전 조건에서 시스템의 성능을 비교 평가하였다. 자연산 유기물은 흡입여과 방식의 분리막과 TiO2 광촉매를 이용하여 광분해하였을 때 광촉매 투입량의 증가에 따라 반응속도가 증가하였지만 과량의 촉매 주입시에는 반응 속도 향상에 오히려 부정적으로 작용하였다. 자연산 유기물을 보다 효과적으로 제거하기 위해 산화철 주입, TiO2 표면처리, 분리막 표면코팅을 시도하여 제거특성 및 운전에 따른 막여과 특성을 평가하였다. 산화철 주입은 초기에 흡착작용으로 인해 제거율 증가를 보였으나 반응이 진행됨에 따라 산화철 입자에 의한 광산란으로 광분해 효율이 오히려 감소되었다. 산화철 입자에 의한 광산란을 제어하고자 TiO2 표면을 광처리와 열처리 방법을 이용해 철을 직접 부착시킨 경우 긍정적인 효과를 얻지 못했다. 그러나 산화철로 막표면을 코팅하여 광산란 효과를 배제시킨 경우에는 향상된 결과를 보였다 막투과 플럭스 15 L/m2-h에서 정밀여과를 수행하였을 때 TiO2나 산화철에 의한 막오염은 거의 일어나지 않았고 안정된 막투과도를 나타내었다.

합성 하수 및 실제 하수를 이용한 금속 막의 정밀 여과 공정에서 분리 막의 전체 저항의 증가는 입자의 막 표면 축적에 의한 케이크 층의 저항 (Rc)에 가장 큰 영향을 받았다. 막 오염 저감을 위한 방법으로 오존 가스를 이용한 간헐적 역세정은 공기에 의한 경우보다 막 오염 저감에 훨씬 더 효과적인 것으로 나타났다. 운전 인자에 대한 영향으로 동일한 오존 주입량에서는 주입시간을 길게 하기보다는 주입 가스 유량을 크게 할수록 더 높은 막 투과 유속의 회복을 보였다. 여과시간이 길수록 오존가스를 이용한 막 오염 저감효과가 감소하는 것으로 나타나 부착층 및 막 내부에서 파울링 물질에 의한 비가역적인 막 오염이 발생하기 전에 막 세정을 실시하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

본 실험에서는 십자형 흐름 정밀여과 모듈에서 분리막 투과시 막표면에 일어나는 입자층의 형성을 고속비디오 시스템으로 관찰하였다. 공칭세공이 0.2 μm 정밀여과막과 기공크기보다 휠씬 큰 100 내지 180μm 크기의 polyacryl-copolymer 0.05 wt%의 농도 용액을 제조하여 투과실험에서는 공급유속을 0.5, 0.75, 1.0, 1.25 그리고 1.5 cm/sec으로 변화시키면서 공급유속의 20pm3%로 투과유량을 유지하였다. 공급유량이 증가할수록 입자가 보다 신속히 분리막 표면에 축적되는 것을 관찰할 수 있었고 공급유량이 낮은 0.5 cm/sec 에서는 입자층이 형성되지 않았다. 또한 입자층 형성 후 공급 유속을 1.88 cm/sec로 증가시키면 30초이내에 분리막 표면에 입자들이 대부분 제거됨을 확인하였다.

테일러 와류흐름 여과에서 평균기공 1.2 μm인 셀룰로우스 에스테르 정밀막으로 이루어진 내부원통의 회전속도와 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따른 여과선속의 변화를 실험을 통하여 알아보았다. 여과선속은 압력차에 비례하고 저항에 반비례하였으며, 시간에 따른 케이크 층의 저항 변화를 회전속도, 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따라 검토하였다. 회전속도가 증가할수록 케이크 저항이 감소하고 짧은 시간에 준정상 상태에 도달하였다 슬러리의 농도를 증가시킬수록 초기 저항이 급격히 증가하였고 높은 저항값에서 준정상 상태가 유지되었으나, 준정상 상태에 도달하는 시간은 농도에 무관하였다. 입자 크기가 작을 때 저항이 크게 나타남을 관찰하였는데, 입자 크기가 작을수록 막 기공을 막을 확률이 더 높고 전단력에 의해 영향을 덜 받기 때문이라 생각할 수 있다. 본 연구에서 제안한 모델식은 입자의 퇴적과 제거항으로 나누어져 있는데, 실험상수의 평균값을 사용하여 실험결과와 잘 일치하였다.

원자력 분야를 포함하는 다양한 산업에서 발생하고 있는 오일 함유 폐액의 처리에 있어서 전기여과막 공정의 적용성을 평가할 목적으로 폴리프로필렌 정밀여과막을 사용한 모의 오일 에멀젼 폐액의 막 여과 실험을 수행하였다. 이때 투과 플럭스에 대한 전기장의 효과 및 투과 플럭스에 영향을 주는 주요 인자들로써 막간 차압, 교차흐름 유속 및 오일 에멀젼 농도의 영향을 고찰하였다. 전기장을 가해주는 전기정밀여과 공정은 기존의 전기장을 사용하지 않는 막 여과 공정에 비해서 막 오염 문제를 현저히 개선함으로써 투과 플럭스가 크게 향상되었으며 장기간의 조업시에도 상당한 투과 플럭스의 유지가 가능함을 보였다.

본 연구는 하수를 공업용수로 재이용하기 위한 분리막 시스템 적용에 관한 연구이다. 정밀여과와 역삼투시스템으로 구성된 bench scale 실험장치를 이용하여 하수처리장 현장에서 실험을 수행한 결과, 정밀여과 시스템은 이온성분은 제거할 수 없었으나 SS를 70% 이상 처리할 수 있어 처리수는 직접냉각수로 재이용이 가능하였다. 그리고 역삼투 시스템은 SS는 물론 이온성분도 95% 이상 제거할 수 있어 처리수는 간접냉각수 및 제품세척수로 사용이 가능하였다. 100 m3/일 용량의 pilot Plant를 제작하기 위해서는 정밀여과 모듈은 20개, 역삼투 모듈은 12개가 필요하였다.

본 연구에서는 분리막의 일반적 역세척 방법이 아닌 질소 역세척을 하면서, 4종의 탄소계 관형 세라믹 한오여곽막으로 제지공장의 방류수를 처리하였을 때 역세척 주기 및 막간압력차 (TMP), 유량의 영향과 최적운 전조건을 규명하였다. 역세척시간 (BT)을 40초로 고정하였고, 정상운전시간 (FT)은 4~32분, TMP는 1.0~3.0kgf/cm2 유속은 0.53~1.09cm/s로 변화시켰다. 또한 최적조건은 무차원 투과선속 (J/J0) 및 총과여부부피 (VT) 막오염에 의한 저항 (Rf)의 측면에서 고찰하였다. 그 결과 최적 역세척주기는 BT/FT=0.083 (FT=8분)으로 가장 빈번한 역세척 BT/FT=0.167 (FT=4분) 보다 오히려 많은 총여과부피를 얻을수 있었다. 한편, TMP가 증가할수록 구동력의 증가로 보다 많은 VT를 얻을 수 있었고, 유량이 증가할수록 발생한 난류의 영향으로 막오염은 감소되고 투과유속은 증가하여 많은 VT를 얻을수 있었다. 오염물질 제거율은 탁도 95% 이상, 호학적 산소요구량 (CODCr)45~83%로 높았으나 총용존고형물 (TDS)의 경우 10% 이하로 낮았다