본 연구는 해수 온도(10-26°C)와 TDS (30,000, 35,000, 40,000, 45,000 mg/L) 별 최적의 스플릿 파샬 비율을 탐구하기 위한 연구로써, 역삼투 공정 생산수의 수질 기준(TDS : 150 mg/L 이하, 붕소 농도 : 1 mg/L 이하)을 충족하는 범위 내에서 최저 에너지 소비량을 나타내는 스플릿 파샬 비율 조건을 탐구하였다. 역삼투막 제조사에서 제공하는 3가지 역삼투 시뮬레이션 프로그램(DOW ROSA, TORAY CSMPRO5, LG Q+)을 이용하여 각 프로그램에서 나타내는 최적비율을 비교조사하였다.

We report on a new fabrication method of polyamide thin film composite RO membranes, so called support-free interfacial polymerization (SFIP). In SFIP method, the PA layer is first formed at the interface without a porous support, and then adhered onto a support unlike conventional IP where the PA layer is in-situ formed directly on a support. We control the surface chemistry of a PAN support by adjusting hydrolysis to maximize adhesion of the PA layer with the support. The SFIP-assembled membrane showed higher performance and unique surface morphology compared to conventional IP-assembled one. It allows facile characterization of the PA layer and PA-support interface together with well-defining each component. Therefore, SFIP provide an promising material platform for the fabrication of RO membranes and fundament study.

Pollutants removal efficiency in pretreatment(GAC filter, multi-media filter, disk filter) and RO facilities was investigated for the Jeju Samyang spring water source where raw water intake has been stopped due to sea water intrusion. In addition, preliminary feasibility analysis was conducted between RO and groundwater intake systems. Turbidity removal in 4 different pretreatment processes was less than 25% due to low concentration of turbidity(i.e., less than 0.21 NTU), while multi-media filter is recommended for the pretreatment facility based on the low organic content in raw water as well as cheaper operation and maintenance cost. The average concentration of Cl- in raw water was 691.4 mg/L, while that of RO permeate was 9.1 mg/L(i.e., removal efficiency was 98.4%). In addition, TDS removal efficiency was 98.1%, which was quite high. The production cost for RO system(Q=4,000 m3/d) was 362.1 won/m3 considering installation, operation and maintenance cost for 30 years. While that of groundwater was 262.6 won/m3 which was low compared to the RO system. However, it is recommended to introduce RO system for Samyang water source rather than new groundwater development because Samyang water source has been discharged to the sea without any usage, while groundwater can be used for other purpose as a sustainable water source.

본 연구에서는 현재 전량 폐기되는 정수기용 폐 카본블록 필터를 재활용하고자 폐 필터의 특성을 파악한 후 열 처리를 진행하였다. 성능 평가를 위해 실제 정수기에서 사용 후 폐기되는 카본블록 필터 (도레이 케미칼에서 제조)를 회수하여 활성탄의 흡착능을 측정하였다. 대조군으로써 새 필터도 같은 조건으로 진행하였다. 재활용을 위한 열처리의 온도는 400, 550, 및 700℃로 진행하였으며 최적 조건을 찾기 위해 새 필터에 먼저 열처리를 진행하였다. 또한 TGA, DSC, SEM 및 BET를 이용하여 폐 필터의 표면 특성을 분석하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 폐 필터 표면에 막 오염(fouling)과 정도를 확인하였으며, 폐 카본블록 필터의 재활용 및 복원기술 연구를 통한 순환 활용 기술을 확보하고자 한다.

본 연구에서는 Feed water의 분할 공급을 통해 후단 Element의 Flux를 향상시키고자 한다. 이에 다양한 Case 별 분할공급 형태로 유동해석을 하였으며, 높은 효율 및 최저 에너지로 분할공급이 가능한 형태를 검토하였다.

지하수를 식수원으로 활용하고 있는 대부분의 소규모 마을상수도 시설에서 방사성물질 발현에 대한 문제가 지속적으로 재기됨에 따라, 2015년 수질감시기준에 우라늄 항목이 추가되었다. 효과적인 우라늄 처리를 위하여, 마을상수도 시설에 NF 및 RO를 이용한 처리공정의 적용이 증가하고 있으나, 적용된 분리막의 효율적인 관리방법이 미흡한 현실이다. 전문적인 운영관리인원이 부족한 현실에서 안정적인 RO공정의 운영을 위한 방안으로 분리막의 세척방안 마련이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 RO공정을 마을상수도에 도입시키고 운영하며, 발생되는 RO 분리막 오염의 효과적인 제어방법을 도출코자 하였다. 효율적인 세척방법으로 산/염기의 순차적 세척방법이 도출되었으며, 약 93%의 분리막 세척효과를 확인하였다.

포항시 하수처리수 재이용 시설은 UF-RO 공정을 통해서 일 10만 톤의 재이용수를 생산하여 철강 산업단지에 공급하는 시설로서 2014년 8월부터 운영 중이며, 2020년 기준 포항시에서 예상되는 물 부족량의 45%를 충당할 것으로 예상한다. 본 시설의 전처리 공정은 침지형 UF 막으로, 회수율 95%, Flux 25.7 L/m²-h로 운영되며, 역삼투 분리막은 회수율 80%, Flux 20 L/m²-h로 운영된다. 농축수 25,000톤 중 9,000톤은 생물 막 여과를 통해 처리되어 방류되며, 16,000톤은 하수처리장으로 반송된다. 본 연구에서는 하수처리수 재이용 시설의 분리막 오염 특성에 대해서 살펴보고 운전 자료를 바탕으로 안정적인 실시간 운영을 위한 공정 구성 및 운전 방법에 대해 검토하였다.

역삼투법 해수담수화 기술은 에너지 소모 및 농축수 처리 문제로 인하여 기술 활용의 보급에 제한이 있는 실정이다. 해수·하수를 유도용액과 원수로써 사용하는 정·역삼투 융합공정은 별도의 유도용액이 필요하지 않으며 희석된 해수가 역삼투 공정의 원수로써 사용되기 때문에 일반적인 역삼투법 해수담수화 기술보다 낮은 압력에서 운전된다. 또한 역삼투 공정 후단에 정삼투 공정을 추가시킴으로써 농축수를 희석시킬 수 있으며 이로써 농축수 배출로 인한 문제점을 최소화 시킬 수 있다. 현재 국외에서는 Modern water, Porifera사 주도로 정삼투 모듈 개발 및 실용플랜트 개발이 이루어지고 있으며, 국내의 경우 FOHC 연구단에서 해당 공정의 기본 메커니즘 및 실용화에 관한 연구가 이루어지고 있다.

FO-RO 공정은 해수담수화와 하수재이용 기술이 통합된 방법으로 높은 수질과 낮은 막오염이 장점이나 실제 하수2차처리수(SWWE) 조건에서 정량적 평가는 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 FO-RO 공정의 막오염 제어와 높은 수질을 실제 SWWE를 이용하여 검증하였다. RO의 막오염이 감소된 것을 막오염지수(SDI)를 이용하여 정량적으로 평가한 결과 SWWE를 해수에 직접 혼합하거나 MF로 전처리 후 혼합하는 조건은 SDI 5이상 이였으나 FO로 처리한 삼투희석 조건만이 SDI 1.2로 RO의 운전 가이드라인(SDI<3)을 만족하였다. 이때 막오염 층은 물리적 세척만으로 제거가 되었다. 또한, 최종 처리수가 먹는물 수질기준 59개 항목을 모두 만족함으로써 음용수(DPR)로의 적용 확대 가능성을 확인하였다.

본 연구에서는 수처리 RO막 내부 Spacer에 Quorum quenching 항균성 제제를 적용함으로서 사전에 생물막 형성을 억제할 수 있는 기술을 개발하였습니다.

정삼투-역삼투 융합 플랜트 기술 개발 연구단은 국토교통부/국토교통과학기술 진흥원의 지원을 받아 시장지배적인 역삼투 해수담수화 공정기술을 탈피하는 기술선도형 정삼투-역삼투 융합 기술을 개발하고자 한다. 정삼투와 역삼투 기술을 결합시켜 기존 역삼투 해수담수화 기술 대비 톤당 전력량 35% 이상 감소, 톤당 생산단가 25%를 절감하는 기술을 개발하는 것을 목표로 한다. 이를 위하여 정삼투-역삼투 융합 플랜트 엔지니어링 기술, 공정 고도화(시스템 최적화, 막오염 제어 및 예측)기술, 저에너지・고효율의 전처리 기술을 개발한다. 실험실규모에서 개발된 모든 기술은 1,000m3/day 용량의 실증 파일럿 플랜트에 적용된다.

Biofouling in brackish water reverse osmosis (RO) membranes still needs extensive research to understand cause and mechanism and to obtain methods for reduction of its impact on RO applications. Natural compounds with biofilm formation inhibitory properties are being investigated. Two compounds, vanillin and Epigallocatechin gallate (EGCG), were selected due to their great potential on biofilm formation inhibition. Vanillin shows inhibition on quorum sensing mechanisms of biofilm formation. EGCG has potential to inactivate microbial activity. The two compounds were incorporated in typical polyamide reverse osmosis membranes and evaluated on flux behaviours and biofilm formation potential. The surface properties of membrane coated with vanillin were changed tremendously compared to those with EGCG. As a result, the flux was reduced substantially. The biofilm formation seems hindered with EGCG coated membranes compared to the virgin membranes. More research is needed to optimize coating methods applicable to RO membranes and to enhance biofouling reduction.

하수방류수 재이용을 위한 RO 전처리로 부유물질 및 콜로이드 물질의 제거를 위해 가압식 MF를 사용하였다. 남양주 J 하수처리장의 생물학적 처리와 모래여과를 거쳐 방류되는 방류수를 원수로 사용하였으며 100 톤/일 규모의 pilot plant를 1년 이상 운전하여 성능을 검토하였다. 가압식 MF에 의해 원수 수질 및 온도의 변화에 상관없이 flux 40 LMH 운전이 가능하였으며 전처리로 응집제를 넣어 용존 유기물을 응집할 경우 60 LMH 운전이 가능하였다. RO 공정에서 장기간 정지 이후 운전을 재개하였을 때 1단 pressure drop이 급격히 증가하는 현상이 나타났고 이러한 결과는 배관 내 형성된 유기물과 이온물질의 복합오염물질이 1단 RO막에 침적된 결과로 사료된다.

폴리아마이드 역삼투막 표면에 음이온 수용성 고분자인 poly(vinyl amine)(PVAm)을 코팅한 후 오염물질인 bovine serum albumin (BSA), humic acid (HA), sodium alginate (SA)에 대하여 파울링 개선효과가 있는지를 알아보고자 하였다. PVAm의 코팅과 파울링 여부는 scanning electron microscopy (SEM)을 통해 관찰하였다. BSA, HA, SA 100 ppm 공급원액을 이용하여 2, 4, 8 bar로 압력을 변화시켜 투과성능실험을 수행한 결과 PVAm으로 코팅되지 않은 막과 코팅된 막 모두 압력증가에 따라 파울링 현상이 심화되었으나 PVAm으로 코팅된 막이 BSA, HA, SA의 경우 모두에서 약 30%이상 투과도가 향상되어 파울링 개선효과가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. HA > SA > BSA의 순으로 파울링 개선효과가 나타났으며 HA의 경우 가장 두드러지게 나타났다.

로켓 추진기관의 해체 시 발생하는 고농도 암모늄 퍼클로레이트(AP)를 액상소각 처리 후 추가로 발생하는 저농도의 AP처리를 위해 NF/RO 멤브레인 공정을 적용하였고, 이때 AP제거 특성에 영향을 미치는 인자를 도출하기 위해 다양한 수리화학적 조건에서 전량여과방식으로 실험을 진행하였다. 고체 추진제에서 추출된 용액을 GC/MS와 FTIR분석을 통해 규산염 계열의 실록산 등을 검출하였으나, 이는 극미량이 포함되어 NF/RO 멤브레인 공정에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다. 상대적으로 낮은 압력의 운용조건에서는 높은 압력조건과 비교하여, 회수율 증가에 따라 농축된 AP의 삼투압 기작이 투과플럭스에 영향을 미치게 되어 13~17% 가량 플럭스가 감소됨을 확인하였다. 또한 AP의 제거율은 수리화학적 운영조건의 변화(압력 및 교반 속도 등)에 따라 크게 좌우됨을 알 수 있었고, 이 경우 NF와 RO 멤브레인 제거율은 각각 10~70%와 26~87% 가량 크게 달라짐을 확인하였다. 본 논문을 통해 NF/RO 멤브레인 공정을 적용한 AP 제거 기작에서 수리화학적 운영조건의 변화에 따른 농도분극, 멤브레인 선택성 및 삼투압 영향이 중요 지배 기작이었으며, 이는 'NF/RO 멤브레인의 물질이동과 선택성'의 기존 이론적 모델과 부합하였다.

본 연구에서는 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA)를 사용한 loose RO 중공사 막이 상전환 법으로 제조되었고 이들의 수처리 특성이 평가되었다. 1,4-dioxane과 리튬클로라이드(LiCl)는 각각 스킨층 형성제와 기공 형성제로 사용되었다. 제조된 CTA 중공사막의 특성을 알아보기 위하여 전자주사현미경을 통하여 모폴로지를 관찰하였고, 수투과도 및 염 제거율, 내염소성 테스트, 그리고 분획분자량을 측정하였다. CTA/NMP/1,4-dioxane = 18/72/10 (wt%) 에어갭 30 cm의 중공사 분리막의 경우 20.5 L/m2hr의 수투과도와 60%의 염 제거율, NaOCl 10,000 ppm/hr의 내염소성 및 약 5,000 Da값의 MWCO를 나타내는 우수한 특성의 loose RO 막이 제조되었다.