This short review focuses on fouling by proteins and macromolecules in microfiltration/ultrafiltration. First, an experimental system that enables investigation of how the extent of the adsorption of proteins and macromolecules on membrane surfaces contributes to a decrease in filtrate flux in microfiltration/ultrafiltration is described. Using this system, a causal relationship - not a correlation - indicating that adsorption results in a decrease in filtrate flux could be clearly demonstrated in some cases. Second, a hydration structure at the membrane surface that can suppress adsorption is discussed, inspired by biomaterial research. In their hydrated states, polymers with low-fouling properties have water molecules with a particular structure. Finally, some successful examples of the development of low-fouling membranes via surface modification using low-fouling polymers are discussed.

In water treatment process using microfiltration membranes, manganese is a substance that causes inorganic membrane fouling. As a result of analysis on the operation data taken from I WTP(Water Treatment Plant), it was confirmed that the increase of TMP was very severe during the period of manganese inflow. The membrane fouling fastened the increase of TMP and shortened the service time of filtration or the cleaning cycle. The TMP of the membrane increased to the maximum of 2.13 kgf/cm2, but it was recovered to the initial level (0.17 kgf/cm2) by the 1st acid cleaning step. It was obvious that the main membrane fouling contaminants are due to inorganic substances. As a result of the analysis on the chemical waste, the concentrations of aluminum(146-164 mg/L) and manganese(110-126 mg/L) were very high. It is considered that aluminum was due to the residual unreacted during coagulation step as a pretreatment process. And manganese is thought to be due to the adsorption on the membrane surface as an adsorbate in feed water component during filtration step. For the efficient maintenance of the membrane filtration facilities, optimization of chemical concentration and CIP conditions is very important when finding the abnormal level of influent including foulants such as manganese.

Ceramic membranes can be applied under extreme operating conditions such as low pH, high pressure and high temperature. In particular SiC has excellent mechanical properties and also has excellent properties related to membrane performance. However, high processing temperature increases cost of SiC products and thus limit’s its use. In this study oxidation bonding technique was used to fabricate cost-effective SiC microfiltration membrane at low temperature. The oxidation behavior at different thermal treatments was related with pore morphology and ultimately the membrane permeability. We have found that the membrane made by coating of oxidation bonded SiC layer over clay-bonded SiC support, sintered at 1000-1100°C could make a defect-free microfiltration membrane with pure water permeability above 700 LMH per bar. The membrane has narrow pore size distribution with average pore size about 0.1 μm.

대칭막이 가지는 유량 한계성과 비대칭막이 가지는 한계 압력 향상을 위한 분리막 제막 방법으로 인산 및 인산 에스테르 화합물을 포함한 PSF 고분자 지지층을 제조하였다. 활성층 두께와 구조를 조절하기 위하여 냉각판의 온도와 캐 스팅 용액의 두께가 조절되었으며 비대칭성 확보를 위하여 VIPS-NIPS 공정을 적용하였다. 상전이 안정성을 확인하기 위하여 용매 비교 실험이 진행되었으며 가장 비대칭 구조가 우수한 것은 NMP, 재현성이 뛰어난 용매는 DMAc로 확인 되었다. 운전 조건에 가장 민감하게 변화하였다. DMAc 용매 역시 Template 표 면층– 최소기공층– 비대칭 거대 기공층의 구조를 가지면서 BP 13 – 18 psig, 통기성 3140 cc/sec의 고유량 비대칭성 정밀여과막을 제조할 수 있었다.

본 연구에서는 알루미나 정밀여과 및 광촉매 코팅 폴리프로필렌의 혼성 수처리 공정에서 물역세척 시간 (back-flushing time, BT) 및 PP 구 변화의 영향을 알아보고, 알루미나 한외여과막와 동일한 PP 비드를 사용한 선행 결과와 비 교하였다. 물역세척 주기(FT)는 10분으로 고정한 채, BT를 6~30초로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막 오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. BT가 길어질수록 Rf는 급격히 감소하고 J는 증가하였으나, VT는 BT 10초일 때 최대였다. 탁도의 처리효율은 99.0% 이상으로 BT의 영향이 보이지 않았다. 한편, 유기물 처리효율은 역세척 없 는 조건(NBF)에서 89.0%로 가장 높았으며, BT가 길어질수록 증가하였다. 막오염 측면에서 최적 PP 비드의 투입 농도는 20 g/L이었으나, 알루미나 한외여과막와 동일한 PP 비드를 사용한 선행 결과 최적 PP 비드의 농도는 40 g/L이었다. 탁도와 유기 물 처리효율은 PP 농도 30 g/L에서 최대였으나, 선행 결과 탁도와 유기물 처리효율은 모두 PP 농도 40 g/L에서 가장 높았다.

본 연구는 정밀여과막의 막오염 수준을 예측할 수 있는 막오염 평가지표 개발에 관한 것이다. 막오염 지표는 세공크기가 0.1 μm인 Polyvinylidene fluoride (PVDF) 재질의 침지형 중공사 미니모듈을 이용한 실험장치로 측정되었다. 유입 수는 막오염 메커니즘을 대표할 수 있는 막오염 물질인 Kaolin, Silica, Humic Acid, Alginate를 최적의 비율로 조합한 표준 조제수를 이용하였으며, 단시간에 막오염의 변별력을 높이기 위해 한강원수 기준으로 가혹조건의 농도를 적용하였다. 이 막오염 평가지표의 타당성 검증은 미니모듈과 현장 실규모 모듈의 평 가결과를 비교함으로써 수행하였다. 본 막오염 지표는 막오염의 속도를 예측하 기 위한 객관적인 지표로 활용이 가능하다고 판단되며, 미니모듈 측정결과는 정수장내 막면적 50 m2의 실규모 모듈의 결과와 부합되는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 산기량의 변화에 따른 임계 투과유속을 투과유속단법으로 측정하였다. 유효 막 면적이 85 cm2이고 공칭 세공크기가 0.4 μm인 중공사형 막모듈을 MLSS 5,000 mg/L인 활성슬러지 수용액에 침지시켜 투과 실험하였다. 산기시 키지 않을 경우 임계 투과유속은 15.2 L/m2⋅h로 측정되었으나 산기량을 100에서 1,000 mL/min까지 증가시키면 임계 투과 유속이 20.6에서 32.5 L/m2⋅h까지 크게 상승하였다.

저압 침지식 멤브레인을 이용한 해수 담수화 전처리에 있어서 유기 파울링은 막간 압력 증가로 인한 화학 세정 횟 수의 증가 및 에너지 소비 증가 등 멤브레인 운전시 문제점들을 야기한다. 조류대응 해수전처리에서 조류가 배출하는 extracellular polymeric substances의 대표물질인 sodium alginate를 이용하여 침지식 여과에서 파울링 현상을 관찰하였다. 공기 폭기가 적용되지 않은 경우 순수한 aglinate 파울링은 농도가 증가하면서 증가하였다. 그러나 공기 폭기를 적용해 준 경우 alginate 파울링 감소는 매우 효과적이었다. 공기 폭기가 없는 경우 칼슘 농도의 증가에 따라 alginate 파울링은 감소하였다. 동 일 조건에서 공기 폭기 시 높은 alginate 파울링 감소효과를 나타내었으나 NaCl 농도를 증가시킨 경우 칼슘 농도의 증가에 따 라 파울링 제어를 위한 공기 폭기 효과는 감소하였다. 해수와 유사한 높은 NaCl과 칼슘 농도에서 고농도 sodium alginate의 경우 공기 폭기량 증가를 통해 초기 파울링을 감소시킬 수 있었으나 시간의 경과에 따라 상대적으로 낮은 폭기량에서의 파울 링 감소 효과와 큰 차이는 없었다.

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.

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.

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.

본 연구는 거대고리 금속 이온 착화합물과 유도체를 이용하여 미세 다공성 구조를 가지는 분리막의 제조에 관한 것이다. 고분자와 금속이온 리간드 착물 시스템을 이용함으로써 기존의 방법들에 비해 상 전이 과정을 보다 정교하게 제어할 수 있었다. 금속염, cyclohexanedione dioxime, hydroxyphenylboronic acid와의 축합 반응을 통하여 금속 clathrochelate 착물을 얻을 수 있었다. PES, PVP, BE와 금속 clathrochelate 착물을 DMF에 녹인 후 비용매 유도 상 전이법을 통하여 유무기 혼성 고분자막을 제조하였다. 제조된 분리막의 구조는 FE-SEM과 microflow permporometer로 조사하였다. p-Hydroxyphenyl group 을 가지는 Fe(II) clathrochelate 착물의 첨가는 분리막의 구조에 있어 기공 크기 분산도를 좁혀주고, 표면의 기공 밀도를 높여 주었으며 최대 기공 크기를 감소시킴을 볼 수 있었다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 약품세척 조건을 도출하고자 수행되었다. 세라믹 막 공정의 전처리로 오존과 응집공정이 있는 A계열의 경우 응집공정만 있는 B계열에 비해 9배 정도 잦은 약품세척(CIP)를 실시하였다. 이는 전처리 공정의 차이로 인하여 A와 B계열의 막오염현상이 다르게 나타난 근본적인 원인 이외에 막제조업체가 제시한 CIP 방법이 부적절한 것으로 조사되었다. 즉, CIP 회복률이 보정여과유속이 아니라 보정차압을 기준으로 계산되어 과대평가되었을 뿐만 아니라 구연산이 철산화물에 의한 파울링을 효과적으로 제거하지 못했기 때문이었다. 따라서 1단계 산세척 약품종류를 달리하여 CIP 효율을 평가한 결과 황산(0.1 N)과 구연산(1%)를 혼합하여 사용한 경우 회복률이 가장 높았고, 황산(0.1 N)만을 사용한 경우 회복률이 가장 낮은 것으로 나타났다. 그러나 황산의 농도를 0.3 N로 높인 결과 산세척 효율은 증가하였으나 알칼리세척 회복률이 낮아져 총회복률은 0.1 N 황산을 사용한 것과 유사하였다. 산과 알칼리세척 순서를 바꿔서 CIP를 수행한 결과 산세척을 먼저 수행시 CIP 효율이 더 높은 것으로 나타났다.

본 연구에서는 정수처리용 탄소섬유 정밀여과막 및 광촉매의 혼성공정에서 물 역세척 주기(FT) 변화의 영향을 알아보고, 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 비교하였다. 물 역세척 시간(BT)는 10초로 고정한 채, FT를 2~10분으로 변화시키면서, 그 영향을 180분 운전 후 막오염에 의한 저항(Rf), 투과선속(J)과 총여과부피(VT) 측면에서 고찰하였다. FT가 감소할수록, Rf는 감소하고 J는 증가하여 알루미나 한외여과막을 사용한 기존의 결과와 동일하였다. 탁도의 처리효율은 99.2% 이상으로 높게 나타났으며, FT 변화에 의한 영향이 보이지 않아 기존의 결과와는 달랐다. 한편, 유기물의 처리효율은 NBF 조건에서 65.6%로 가장 낮았으며 FT가 감소할수록 증가하여 기존의 결과와 역시 다른 현상을 보였다. 이런 차이를 보인 것은 세라믹 분리막의 재질의 차이로 인한 막오염 현상이 다른 기작을 보이기 때문인 것으로 판단된다.

본 연구는 Y 정수장의 세라믹 정밀여과막 공정을 위한 최적의 응집 조건을 도출하고자 수행되었다. 쟈테스트 결과 Y댐 원수의 pH를 7로 조정 시 응집효율이 가장 우수하였으며, 원수 탁도가 10 NTU 이하인 평상시 탁도 조건하에서 최적 응집제 주입량은 3 mg/L (as Al2O3)인 것으로 나타났다. 최적 응집제를 선정하기 위하여 응집제 종류(PAC, PACS (II), PAHCS)별로 미니모듈 실험장치를 이용하여 평가한 결과 PAC를 주입하고 원수 pH를 7로 조정한 경우 비여과유속 감소율이 가장 낮은 것으로 나타났다. 원수 탁도를 10~150 NTU로 변화시키며 미니모듈에서 비여과유속 감소율을 평가한 결과 원수탁도 10~30 NTU 조건에서는 응집제 주입량 증가에 따라 비여과유속 감소율이 크게 감소하였으나 원수탁도가 50 NTU 이상에서는 응집제 주입량을 증가시켜도 비여과유속 감소율에 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 Y 정수장을 위해서 는 원수탁도 10 NTU 이하에서는 PAC (11% as Al2O3) 30 mg/L, 10~50 NTU에서는 30~50 mg/L, 50 NTU 이상에서는 50 mg/L이 적절하다.

본 연구는 폴리에틸렌 정밀여과 막을 이용한 Al2O3 콜로이드 현탁액의 운전압력 순환변화에 따른 투과거동을 검토하였다. 운전압력의 순환은 0.49에서 1.96 bar까지 증가시키는 증압운전 후 다시 0.49 bar로 감소시키는 감압운전으로 행하였다. 연속적으로 운전압력을 순환변화 시킨 결과, 증압운전과 감압운전의 투과유속이 서로 다른 이력(hysteresis)을 나타냈다. 현탁액의 투과저항은 감압운전의 경우가 증압운전의 경우보다 컸으며, 투과저항 증가율도 컸다. 막오염 형태는 증압운전과 감압운전 모두 운전초기에 케익오염이 강하게 나타났으며, 막오염의 크기는 감압운전의 오염이 증압운전의 오염보다 컸다.

화학적 안정성이 양호하고, 제막조건이 온화한 재료인 poly(vinylidene fluoride) (PVDF)를 주재료로 사용하여 용매, 첨가제, 혼합고분자 및 제막조건의 변화에 따른 고강도 친수성 정밀여파(microfiltration, MF) 중공사 분리막의 실험에 의해 고찰하였다. 제조된 MF 중공사막의 막성능은 평균 공경 0.3 μm, 인장강도 42kgf/㎠, 순수 투과유량은 600 LMH을 얻었다. 제막과정에서 다양한 첨가제의 막성능을 검토한 결과는 순수투과유량과 제거율에 상당한 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. MF막의 친수성을 개선하기 위해 소수성 PVDF와 상호 용해성 이 좋은 친수성 poly(methyl methacrylate) (PMMA)를 혼합하여 투과성능과 제거율을 개선한 우수한 친수성 MF막을 제조할 수 있었다.