In order to measure the filtration characteristics of a cotton ball shape filter, the experiments of suspended solids(SS) surrogate material selection and filtration performance have been carried out in this study. Between the two materials of powdered activated carbon(PAC) and powdered red-clay, PAC is more suitable surrogate material in terms of experimental criteria and particle size distribution in the non-point source pollutants removal system. As a result of the filtration experiments with the cotton ball shape filter, the initial headloss was about 8 cm, and the headloss slightly increased over filtration time. The Kozeny-Carman equation was used to analyze the changes of pressure and porosity during the filtration. The initial porosity was calculated as 0.945 and it decreased to 0.936 at the end of design filtration time. As the filtration continued, the SS concentration of the filtered water gradually increased and the SS removal rate gradually decreased. When the SS target removal efficiency is assumed to be 80%, the cumulative SS removal capacity is expected as 28.8 kg/m2. This means the volume loading rate of the cotton ball shape filter can be 115 m3/m2 when the typical SS concentration of non-point source water pollution is assumed as 250 mg/L.

BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

The algal blooms in stagnant streams and lakes have caused many problems. Excessive algae leads to disturbance of ecosystem and overload of water treatment processes. Therefore, phosphorus(P), source of algal blooms, should be controlled. In this study, a filtration trench has been developed to convert dissolved phosphorus into hydroxyapatite(HAP) so that it could be crystallized on the surface of ‘phosphorus removal granular material’; and residual particulate phosphorus could be removed by additional precipitation and filtration. The front and rear parts of filtration trench consisted of ‘phosphorus removal granular material contact bed’ and ‘limestone filtration bed’, respectively. As a result of the column test using phosphorus removal granular material and limestone serially, PO4-P was removed more than 90% when EBCT(empty bed contact time) of the contact bed was over 20 minutes; and T-P represented 60% of removal efficiency when total EBCT was over 1.5 hours. The results of column tests to figure out the sedimentation characteristics showed that more than 90% of particulate phosphorus could be removed within 24 hours. It was necessary to optimize the filtration part in order to increase removal efficiency of T-P additionally. Also, it was confirmed through the simulation of Visual MINTEQ that most of particulate phosphorus in the column tests is the form of HAP. Based on the results of the study, it could be suggested that the design parameters are over 0.5 hour of EBCT for phosphorus removal granular material contact bed and over 1.5 hours of EBCT for limestone filtration bed.

분리막을 이용한 생물학적 처리 공정(MBR)은 과다한 에너지 사용, 제품의 높은 단가 등이 단점으로 지목되었으나, 제품 및 시스템 개선이 이루어지고 있는 추세이다. 그럼에도 불구하고 MBR 공정의 운영시 발생되는 대부분의 막 오염은 슬러지 특성에 따른 유기물 오염이라고 할 수 있다. 일반적으로 슬러지 여과능과 TMP 증가 기울기는 연관성이 높은 것으로 알려져 있으며 MBR 공정에서 분리막의 막오염 제어를 위해 슬러지 여과능은 중요한 관리 지표가 될 수 있다. 본 연구에서는 슬러지 여과능에 대해 colloid 물질, 특히 EPS 와 SMP 유분이 미치는 영향을 확인하고자 하였다.

합성 지표수 용액을 가압식 한외여과 시스템을 통하여 100 L/m2/h 정속 및 0.15bar 정압 조건에서 전량 여과하였다. 공극 크기 0.05μm의 중공사막으로 구성된 가압식 모듈을 통해 실리카(SiO2) 입자 50, 10, 2 mg/L와 알긴산 나트륨(SA) 10, 2, 0.4 mg/L가 혼합된 용액을 여과하였다. 여과 공정은 30분 여과 후 30초 역세와 30초 정세의 주기적 물리 세정과 병행하여 수행되었다. 실험 결과 높은 농도 조건에서 정속 / 정압 여과조건에 따른 파울링 거동은 큰 차이를 보이지 않았으나, 낮은 농도 조건에서는 정속 여과가 정압 여과에 비해 파울링 속도가 빠른 것으로 관찰되었다. 모델링 결과 이는 정속 여과에서 막간 차압 증가에 의한 케이크 층 압축에 의한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 신선편이 양배추 내 Bacillus cereus의 최 적 증균 온도를 선정하고 증균배양액에 소수성필터를 적용하여 multiplex PCR의 검출률을 확인하였다. B. cereus 증균온도는 B. cereus 균주 5 개를 혼합하여 1 Log CFU/ mL이 되도록 증균배지에 접종하고 30oC, 37oC, 42oC에서 증균한 뒤 3시간 간격으로 MYP agar에 도말한 후 계수하여 선정하였다. 소수성필터 미적용 그룹은 B. cereus 균 주 5 개를 혼합하여 신선편이 양배추에 접종한 뒤 최적 증균온도에서 증균하였으며, 증균배양액을 가열하여 DNA 를 추출한 뒤 multiplex PCR을 진행하였다. 소수성필터 적용 그룹은 증균배양액을 소수성 필터에 적용하고 필터에 있는 균을 멸균증류수로 현탁한 뒤 가열하여 추출된 DNA 로 multiplex PCR을 진행하였다. 증균온도 확인 결과, 6시간 증균 시 42oC에서 증균된 샘플(5.4 ± 0.3 Log CFU/mL) 과 30oC에서 증균된 샘플(4.6 ± 0.6 Log CFU/mL) 간 유의 차가 확인되었다(p < 0.05). 소수성필터 적용 유무에 따른 multiplex PCR 결과, 1 Log CFU/g 접종된 샘플의 검출률이 소수성 필터 적용 전 60%(3/5)에서 100%(5/5)로 향상 되었다. 2 Log CFU/g 접종 샘플은 소수성필터 적용 전 80%(4/5)에서 소수성 필터 적용 후 100%(5/5)로 검출률이 증가하였으나, 3 Log CFU/g 접종 샘플은 소수성 필터 적용 전후 모두 100%(5/5)로 확인되었다. 이상의 결과를 통해 신선편이 양배추 내 B. cereus 검출 시 증균배양액에 소수성필터를 적용하고 multiplex PCR을 적용했을 때 신속하고 효율적인 검출이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 비용매 유도 상분리와 소결 공정을 혼용하여 기체 및 액체에 대하여 슈퍼플럭스 거동을 보이는 니켈 모세관 지지체를 성공적으로 제조하였다. 니켈 모세관 전구체는 니켈, 폴리술폰, DMAC, PEG를 이용하여 도프용액을 제 조한 후 NIPS 공정에 의하여 제조된 후에, 다양한 소결온도에서 수소 분위기 조건에서 소결하여 니켈 모세관 지지체를 제조 하였다. 최적의 니켈 모세관 지지체는 950°C 소결온도에서 얻어졌는데 외경 722 μm, 내경 550 μm, 두께 94 μm이었다. 니켈 모세관 지지체 기공율은 26%, 평균 기공경은 4 μm이었으며 3차원으로 서로 연결된 기공구조를 갖고 있었다. 그리고 파괴하 중은 2.84 kgf, 파괴 연신율은 13%이었다. 니켈 모세관 지지체의 He, N2, O2, CO2에 대한 단일 기체 투과도는 상온에서 각각 432,327, 281,119, 264,259, 193,143 GPU로 슈퍼플럭스 거동을 보였다. 이는 3차원적으로 서로 연결된 4 μm 크기 마크로기 공을 통하여 viscous flow가 일어났기 때문에 나타나는 현상으로 설명되었다.

The water containing soluble manganese may cause problems such as discolored water, unpleasant taste, fouling or scaling of pipes in water distribution system, and so on. Conventional water treatment processes using sand filtration or sedimentation after oxidation, however, cannot often meet manganese standard for drinking water. Two types of oxidants, potassium permanganate (KMnO4) and sodium hypochlorite (NaOCl), were utilized at the same time for manganese oxidation, and then the precipitated manganese oxides were removed by low pressure membrane filtration in this study. In batch experiments, the multiple injection of both oxidants showed more effective manganese removal than did the single injection using either of them. Moreover, the deterioration of manganese removal at low temperature was less serious for the multiple injection than that for the single injection. Manganese removal by the continuous system of oxidation by multiple injection combined with membrane filtration was higher than those by batch experiments at the same oxidation conditions. In addition, less membrane fouling was observed for membrane filtration with oxidation during continuous membrane filtration than membrane filtration without oxidation. These results indicate that the oxidation by multiple injection coupled with membrane filtration was efficient and applicable to actual water treatment for manganese removal.

Well-defined methacrylate based amphiphilic block copolymers (BCs) used as additives to fabricate poly(vinylidene fluoride) (PVDF) UF membranes, where the amphiphilic BC additives hydrophilically altered PVDF with PPEGMA block segment by strong interaction with the other PMMA block segment, which reduced water resistance to the PVDF polymer solution during phase separation. FT-IR and XPS studies showed carbonyl groups of BCs in the PVDF membranes. Obtained membranes showed porous surface layer and finger-like pore structures on the sublayers, of which sizes were increased with the increase of BC contents. Obtained membranes showed MWCO with 100K PEO and the best water flux was achieved in the PVDF membrane with BC/LiCl additive and improved the anti-fouling property for BSA protein.

Membrane filtration has been considered as an promising harvesting technology in the fields of microalgal biorefinery to produce biofuels and valuable chemicals from microalgal biomass. For developing the effective membrane-based harvesting process to produce highly concentrated biomass, membrane fouling should be controlled because it leads to not only reduced filtration rate but also insufficient reachable concentration of harvested biomass for downstream process. For that, a dynamic filtration using a rotating disk was evaluated in this study, efficiently generating high shear flow near the membrane surface by an independently moving part. It was demonstrated to achieve feasible filtration performance even under high biomass concentration with complete biomass recovery and moderate energy consumption observed.

Membrane filtration process is an advanced water treatment technology that has excellently removes turbidity and microorganisms. However, it is known that it has problems such as low economic efficiency and the operating stability. Therefore, this study was to evaluate on the economical feasibility and operational stability comparison of membrane and sand filtration process in Im-sil drinking water treatment plant. For the economic analysis of each process, the electricity cost and chemical consumption were compared. In the case of electric power consumption, electricity cost is 68.67KRW/㎥ for sand filtration and 79.98KRW/㎥ for membrane filtration, respectively. Therefore, membrane filtration process was about 16% higher than sand filtration process of electricity cost. While, the coagulant usage in the membrane filtration process was 43% lower than the sand filtration process. Thus, comparing the operation costs of the two processes, there is no significant difference in the operating cost of the membrane filtration process and the sand filtration process as 85.94KRW/m3 and 79.71KRW/m3 respectively (the sum of electricity and chemical cost). As a result of operating the membrane filtration process for 3 years including the winter season and the high turbidity period, the filtrated water turbidity was stable to less than 0.025 NTU irrespective of changes in the turbidity of raw water. And the CIP(Clean In Place) cycle turned out to be more than 1 year. Based on the results of this study, the membrane filtration process showed high performance of water quality, and it was also determined to have the economics and operation stability.

In this study, it is estimated that ceramic membrane process which can operate stably in harsh conditions replacing existing organic membrane connected with coagulation, sedimentation etc. . Jar-test was conducted by using artificial raw water containing kaolin and humic acid. It was observed that coagulant (A-PAC, 10.6%) 4mg/l is the optimal dose. As a results of evaluation of membrane single filtration process (A), coagulation-membrane filtration process (B) and coagulation-sedimentation-membrane filtration process (C), TMP variation is stable regardless of in Flux 2 m3/m2･day. But in Flux 5 m3/m2･day, it show change of 1-89.3 kpa by process. TMP of process (B) and (C) is increased 11.8, 0.6 kpa each. But, the (A) showed the greatest change of TMP. When evaluate (A) and (C) in Flux 10 m3/m2･day, TMP of (A) stopped operation being exceeded 120 kpa in 20 minutes. On the other hand, TMP of (C) is increased only 3 kpa in 120 minutes. Through this, membrane filtration process can be operated stably by using the linkage between the pretreatment process and the ceramic membrane filtration process. Turbidity of treated water remained under 0.1 NTU regardless of flux condition and DOC and UV254 showed a removal rate of 65-85%, 95% more each at process connected with pretreatment. Physical cleaning was carried out using water and air of 500kpa to show the recovery of pollutants formed on membrane surface by filtration. In (A) process, TMP has increased rapidly and decreased the recovery by physical cleaning as the flux rises. This means that contamination on membrane surface is irreversible fouling difficult to recover by using physical cleaning. Process (B) and (C) are observed high recovery rate of 60% more in high flux and especially recovery rate of process (B) is the highest at 95.8%. This can be judged that the coagulation flocs in the raw water formed cake layer with irreversible fouling and are favorable to physical cleaning. As a result of estimation, observe that ceramic membrane filtration connected with pretreatment improves efficiency of filtration and recovery rate of physical cleaning. And ceramic membrane which is possible to operate in the higher flux than organic membrane can be reduce the area of water purification facilities and secure a stable quantity of water by connecting the ceramic membrane with pretreatment process.

In this work, we studied systematically the effects of NCIF on defouling for a range of solutes that foul (BSA protein) and form cakes (alumina colloids) on the membrane thereby causing severe reduction in the flux. Changing the gravitational orientation of the batch cell induces NCIF in the membrane module and higher inclined angle offers stronger NCIF. This induced NCIF enhances back transport of the deposited solutes away from the membrane surface, therefore gives for the improvement of membrane performance. The flux results according to the inclined angles (from 0° to 180°) of the batch cell were analyzed by the pore blocking filtration model. It was shown that NCIF reduced the fouling of intermediate pore blocking by about 66% at the beginning of UF operation, and thereafter reduced the fouling of cake filtration by about 98%.

본 연구에서는 사용 후 손상된 정수기용 RO 여과막을 코팅하여 복원시키는 연구를 진행하였다. 사용된 고분자로는 PEI (Polyethyleneimine) 와 PSSA (Polystyrene sulfonic acid)을 사용하였으며, 계면중합을 코팅을 통해 진행하였다. 손상된 막은 3,450 ppm의 NaOCl 용액에 노출시켰고, NaCl 100 mg/L의 공 급액에서 NaOCl 노출전과 후, 코팅된 RO막에 대한 투과도와 제거율을 비교하였다. 실험은 PSSA, PEI 코팅용액의 농도와 코팅시간, 이온세기를 달리하여 실험 을 진행하였다. NaOCl 노출 전과 코팅 후 막의 성능을 비교했을 때, 염 제거율 이 3% 정도 감소되었는데, 이의 결과로 RO막 복원을 통하여 재사용이 가능할 것으로 사료된다.

본 연구에서는 다공성 PAN(Polyacrylonitrile) 중공사 분리막을 지지체로 이용하여 계면중합반응을 통해 나노여과막을 제조하였다. 지지체로는 PAN을 사용하였으며 수용상으로는 피페라진으로 중공사 분리막 내부에 코팅한 후 유기상인 TMC와 반응하여 계면중합이 일어나도록 진행하였다. 지지체로 사용된 UF 중공사 분리막은 분획분자량 10,000, 30,000, 100,000Da를 각각 사용하였으며 피페라진(Piperazine) 농도를 0.1%, 02%, 0.3%, TMC(Trimesoyl Chloride)의 농도를 0.05%, 0.1%, 0.2%로 변화시켜 제조 하여 5bar에서의 수투과도(LMH)와 MgSO4 2000ppm, Na2SO4 2000ppm, NaCl 500ppm 수용액으로부터 염배제율(Rejection, %)을 확인하였다.

최근 먹는물 수질 기준 강화에 따라 정수처리시설에 고분자 나노여과(Nanofilatration, NF)막이 도입되고 있으나, 화학 세정으로 인한 막의 주기적인 교체가 불가피하다. 반면, 세라믹 막은 강한 물리/화학적 내구성을 지니고 있으나, NF막 제조 기술의 한계로 상용화되지 못하고 있다. 연구에서는 알루미나-지르코니아 나노물질을 여과코팅 방법으로 세라믹 막의 평균 공극 크기를 감소시켰고, SEM-EDX, 분획분자량, 자연유기물, 염(CaCl2) 제거를 통해 막의 특성 변화를 분석하였다. 제조된 막은 분획분자량이 400 Da.이고, Suwannee river 자연유기물과 염의 제거율이 각각 92%와 58%였다. 이취미 물질인 지오스민 제거평가 결과, 실험조건에서 65%의 지오스민이 제거됨을 확인하였다.

무기실리카 입자로 구성된 고탁도 원수를 처리하는 침지식 정밀여과 운전에서 휴민산과 2가 양이온의 존재유무에 따라 시간에 따른 파울링 저항을 관찰하였다. 공기폭기로 인한 무기실리카 입자의 파울링 감소효과는 휴민산과 칼슘이 혼합 으로 존재 시 감소하였다. 파울링층의 전자현미경 관찰결과 칼슘의 존재 시 휴민산의 무기실리카 입자 표면흡착이 관찰되었 다. 이는 멤브레인 표면에 조밀한 파울링층을 형성시켜 공기폭기 효과를 감소시킨 것으로 판단된다. 용액의 조성에 따른 고탁 도 원수의 탁도 제거율에는 큰 변화가 없었으나 공기폭기량에 따라 칼슘과 무기실리카 입자의 혼합 존재 시 유기물질의 제거 율은 80% 이상으로 증가하였다. 이는 공기폭기 하에 무기실리카 입자 표면에 흡착된 일부 휴민산들이 멤브레인 표면으로부 터 함께 역수송 되어 유기물질 제거율을 증가시킨 것으로 사료된다.