본 연구에서는 Na2SO4 폐수 처리를 위한 바이폴라막 전기투석(bipolar membrane electrodialysis, BPED)에 적용하 기 위한 sulfonated poly(phenylence oxide) (SPPO) 기반 강화 양이온교환막(cation-exchange membrane, CEM)을 제조하고 그 성능을 평가하였다. 특히, 다양한 open area, opening size, 두께를 가지는 직조형 지지체를 사용하여, 지지체가 강화막의 물리 적 및 전기화학적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, open area와 opening size가 증가할수록 이오노머의 충진율 이 증가하고 이온 전도 경로가 개선되어 막의 전기적 저항이 감소하고 함수율은 증가하는 경향성을 나타내었다. 한편, OH- 이온은 함수율이 높은 조건에서 막을 통해 더 쉽게 투과하였으며, SO4 2‒ 이온은 지지체의 특성과는 상관없이 전반적으로 낮 은 투과도를 나타내었다. 또한 제조막의 특성과 산/알칼리 조건에서의 내화학성을 종합적으로 고려한 결과, polypropylene (PP)이 가장 적합한 보강재 소재로 판단되었으며, 이를 활용하여 제조한 강화막은 상용막 대비 우수한 인장강도와 구조적 안 정성을 나타내었다. 개발된 강화 CEM을 BPED에 적용한 결과, 상용막 대비 막을 통한 SO4 2‒ 누출이 현저히 억제되어 산/염 기 순도, 전류 효율, 및 에너지 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다.

Membrane-Aerated Biofilm Reactor(MABR)는 하수처리 공정의 에너지 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있다. 기존 활성슬러지 공정의 기포형 산기 시스템은 산소전달효율(OTE)이 낮고 전체 에너지 소비의 80%까지 차지하는 등 에너지 비효율성을 내포하고 있다. 반면 MABR은 기체 투과성 막(membrane)을 통해 생물막으로 산소를 직접 공급함으로써, 이론적으로 100%까지 OTE 달성이 가능하다. 본 논문은 MABR의 산소전달 메커니즘과 구조적 특징을 정리하고, OTE, 산소전달속도(OTR), 폭기 효율(AE) 등의 에너지 효율 지표를 중심으로 파일럿 및 실규모 적용 사례 11건을 분석하였다. 분석 결과, AE는 기존 활성슬러지 공정 대비 약 4-5배 향상된 수치이다. 그러나 OTE와 OTR 간의 상충관계, 공정 규모, 기질 농도 등 다양한 운영 변수에 따라 성능이 상이하게 나타났으며, 현장 적용에서는 이론적 효율을 하회하는 사례도 확인되었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 기술적 접근으로는 간헐 공기 공급, 주기적 환기, 막 소재 개선, 막 이완 제어 등이 시도되고 있다. 동시에, 실증 연구들 간 실험 조건 및 효율 지표 산정 기준의 상이함은 결과 해석의 일관성을 저해하는 요인으로 지적된다. 따라서 본 연구는 향후 MABR 기술의 실용화를 위해 에너지 효율 평가 기준의 표준화와 대규모 현장 검증의 필요성을 강조한다.

과불화화합물(PFAS)은 높은 화학적⋅열적 안정성으로 인해 환경에서 쉽게 분해되지 않고 축적되며, 생식 독성, 내분비계 장애 등 다양한 유해성을 나타내 글로벌 규제의 중심에 있다. 특히 반도체 제조 산업은 PFAS 계열 화학물질을 공정 중 직접 사용하거나 부산물 형태로 배출하고 있어, 이들 물질의 배출 현황과 특성에 대한 면밀한 관찰과 관리가 필수적이다. 본 연구는 반도체 제조 공정에서 발생 가능한 PFAS의 배출 경로를 공정 단계별로 체계적으로 분석하고자 하였다. 이를 위해 반도체 공정 중 PFAS의 사용 및 유출 가능성이 높은 포토 공정, 습식 화학 공정, 건식 화학 공정을 구분하여 각 단계에서 PFAS가 어떤 방식으로 사용되고 어떤 경로로 배출되는지를 체계적으로 검토하였다. 분석 결과, 포토 공정에서는 포토레지스트에 포함된 광산발생제를 통해 PFAS가 직접적으로 사용되는 것으로 나타났으며, 습식 공정에서는 식각 및 세정 단계에서 PFAS 계면활성제가 폐수로 유입되는 경로를 확인하였다. 건식 공정에서는 불소계 가스 및 리간드(Ligand) 물질이 간접적인 PFAS 발생원으로 작용할 수 있으며, 공정 내 화학적 분해 반응을 통해 형성되는 PFAS 유사물질의 배출 또한 고려할 필요가 있음을 밝혔다. 본 연구는 반도체 제조 공정에서의 PFAS 배출 특성을 공정 구조와 연계하여 통합적으로 분석함으로써, 향후 PFAS 저감 기술 개발 및 규제 대응을 위한 기술적⋅제도적 관리 방안 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Due to the onset of urbanization worldwide, there is an increasing demand for improving the quality of the urban environment. Odor in wastewater collection systems (WCSs) can interfere with the comfortable and safe living conditions of citizens. Additionally, it can cause economic losses, such as the corrosion of wastewater collection facilities. In this paper, the mechanism of odor generation in WCSs was summarized, and the odor concentrations and sulfide generation rates measured in domestic and foreign WCSs were comprehensively analyzed to review the characteristics of odor emission in WCSs. The complex odor intensity (dilution-tothreshold value) measured in combined domestic sewers ranged from 10 to 10,000, with a median of 100. The odorous compound with the highest contribution to complex odor intensity was hydrogen sulfide, which was the odor most frequently detected at the highest concentrations in most WCSs (its median and mean concentrations were 378.0 ppb and 3,771.2 ppb, respectively). The odor emission properties in the WCSs in Australia and Finland were similar to those of South Korea, with the median and mean concentrations of hydrogen sulfide being 1,927.5 ppb and 12,306.1 ppb, respectively. The sulfide generation rates measured in domestic and foreign WCSs ranged from 0.003 to 0.220 g m–2 h–1. In addition, the key factors affecting sulfide generation were sulfate and organic matter concentrations, pH, temperature, flow rate (retention time), dissolved oxygen concentration, and electron acceptor concentrations other than sulfate. To control odor in WCSs, various methods have been proposed to improve their anaerobic environment. These include sucking outside air into the WCSs and improving their hydraulic conditions, such as changing the slope of sewer pipes to minimize sediment deposition. Additionally, periodically removing sediments, which contain a significant amount of organic matters and sulfate-reducing bacteria, is also a useful method for controlling odor in WCSs. Since the odor compounds that contribute the highest odor intensity–and are the most frequently detected–are sulfur-containing odors such as hydrogen sulfide, the control of sulfides is crucial for controlling odor in WCSs. There are chemical control methods for the mitigation of sulfide in WCSs, including air (oxygen) injection and introducing various chemicals, such as alkalis, nitrates, iron salts, and biocides. However, most of the results of odor control using these methods were from laboratory-scale studies. Therefore, additional field-scale experiments should be conducted in WCSs to evaluate the actual effectiveness of various odor control methods. Through these field studies, the optimal conditions for each method to control odor in WCSs can be derived, and the efficiency and economic feasibility of each method can be verified.

황산은 뛰어난 촉매제로서의 특성과 경제성으로 산업현장에서 다양한 화학 반응에 널리 사용되고 있다. 그러나 황산은 사용 후 재활용이 불가능하고 대량의 폐수를 발생시키는 특성이 있어 폐기과정에서 환경오염의 위험이 있으며 폐수 처리 과정에서 추가적인 비용 과 에너지가 소모된다. 본 연구는 황산을 대신할 수 있는 친환경 촉매제를 활용하여 폐수 의 배출을 줄이고 기업의 친환경 경영을 강화할 수 있는 방안을 모색하고자 실시되었다. 연구에서는 아민 산화반응을 위해 사용되는 말레인산 무수물 기반 고분자 촉매인 PIMA 과 POMA을 평가하여 피리딘 유도체의 아민 산화반응을 최적화하였다. POMA 촉매는 아연 피리치온 합성에 적용되었으며, 98% 이상의 선택성과 93% 이상의 합성 수율로 높은 촉매 활성을 보였다. 또한 촉매는 여과 과정을 통해 쉽게 회수되었으며, 회수율은 99.8% 를 초과하였고, 여러 번 사용 후에도 활성을 유지하였다. POMA 촉매는 전통적인 황산 촉매를 대체하여 폐수 발생에 의한 환경 부담을 최소화하고 기업의 ESG 경쟁력을 높이는 데 기여할 것으로 기대한다.

선박운항의 효율성을 감소시키는 생물부착(biofouling)을 방지하기 위해 사용되는 방오시스템(antifouling system)은 연안의 선체 수리, 해상 부착생물 제거 및 재 페인팅과정에서 해양으로 유출될 수 있다. 이에 대한 법적규제는 마련되어 있지 않아, 해양 생태계에 부정적인 영향을 초래할 할 수 있을 것으로 우려되고 있다. 선체청소배출수에 포함된 오염화학 물질과 관련된 잠재적인 독성 위험이 우려됨에도 불구하고, 이에 대한 생물의 독성영향을 보고한 사례는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 선체청소배출수에 노출된 넙치 수정란에 대한 발생독성영향을 분석하였다. 현장에서 실제 선체를 청소한 배출수를 채집하여 원수(wastewater)와 페인트 입자를 제거한 여과한 폐수(0.45 μm Lab filter wastewater)로 나누어, 희석 배율(10배, 100배, 1000배)에 따른 치사 및 아치사 수준의 생태독성영향을 평가하였다. 선체청소배출수의 화학조성은 결과, 구리(Cu), 철(Fe), 아연(Zn)이 높은 농도로 확인되었다. 선체청소배출수에 노출된 모든 실험구의 사망률은 유의한 차이가 없었으나, 심장 부종, 척추만곡, 꼬리지느러미 기형, 발달 지연의 아치사 수준의 형태발생기형 영향이 나타난 것을 확인할 수 있었다. 노출 6시간 후 전사체분석을 통해 독성기작을 분석한 결과, 선체청소배출수에 노출된 넙치 배아에서는 Nervous system development, Cell development, Muscle development, Animal organ development pathway와 관련된 유전자들이 유의하게 차등 발현되었다. 본 연구 결과는 선체청소배출수가 연안에 서식하는 넙치의 발생에 미치는 급성독성영향을 규명하여, 연안 해양환경을 보호하기위한 선체청소배출수의 관리기준 마련에 유용한 정보로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

A study on the denitrification of reverse osmosis(RO) concentrated wastewater from sewage reuse treatment plant in P city was conducted using waste desulfurization agent obtained from desulfurization process. Sulfur-based autotrophic denitrifying carrier comprises the predetermined amount of waste iron sulfide (FeS, Fe2S3), mine drainage sludge and elemental sulfur showing mesoporisity with 9.9 nm (99 Å) of average pore size. Sulfur denitrifying bacteria and sulfur reducing bacteria were implanted into the pores of sulfur denitrifying carrier. Nitrate was not affected by empty bed contact time (EBCT). It is probably due to larger reducing capacity of the carrier than the concentration of nitrate in RO concentrated wastewater. Total nitrogen (T-N) removal efficiency exhibited about 90% after 4 days. Sulfate ion was surprisingly decreased with sulfur autotropic process due to the reduction of sulfate ion to HS- and S2- by sulfur reducing bacteria. Sulfide and hydrogen sulfide ions were then taken by Fe(OH)3, main component of mine drainage sludge, releasing OH-. Alkalinity was therefore maintained between 7.5 and 8.5 in pH by the released OH-. Also, it had the effect of suppressing the production of H2S, which causes bad odor.

To mitigate carbon emissions, the government aims to transition to renewable energy sources including hydrothermal energy, specifically through wastewater heat recovery. This process involves extracting heat from wastewater or treated water. However, assessments of demand sources for local cooling and heating have predominantly focused on the proximity of nearby facilities, without conducting comprehensive demand analyses or defining explicit supply areas. This study proposes a methodology for prioritizing suitable wastewater treatment plants (WWTPs) for the implementation and expansion of renewable energy. The methodology is based on the gross floor area of potential wastewater heat demand surrounding WWTPs. Initially, potential supply and demand sources were identified based on the capacity of WWTPs and the gross floor area of buildings capable of utilizing wastewater heat. In the Republic of Korea, 330 WWTPs with a capacity of 5,000 m3/day or more have been recognized as demand sources for wastewater heat recovery. The provision of treated wastewater to structures located within a 500 m radius of the WWTPs for heat recovery is considered a feasible option. The potential wastewater heat demand and renewable energy cluster were identified among the surrounding buildings and complexes A total of 13 potential supplies were identified, provided that the gross floor exceeded 60,000 m². Finally, after prioritizing based on WWTPs with these conditions, the underground plant located in the downtown area was ranked as the highest priority. If further analysis of economic feasibility, CO2 reduction, and energy efficiency are conducted, this approach can be expanded and applied within the framework the Water-Energy Nexus. Wastewater heat can be utilized not only as a renewable energy source but also as a means to enhance wastewater reuse through the supply of treated wastewater.