본 연구에서는 고투과성 및 높은 염 제거율을 가지는 역삼투막의 성능향상을 위하여 다양한 첨가제 및 계면중합 시 경화 온도 및 시간에 따른 특성평가에 대한 연구가 수행되었다. 첨가제가 없는 막과 첨가제를 첨가한 막의 모폴로지는 모 두 “ridge-and-valley” 구조를 나타내어, 폴리아미드 층이 다공성 지지층 표면에 성공적으로 중합되었음을 확인하였다. 또한 2-Ethyl-1,3-hexanediol (EHD) 첨가함으로써 향상된 친수성과 수투과율 가졌으며, 이는 접촉각 측정을 통해서 확인되었다. 최 종적으로 97.78%와 98.7%의 NaCl 및 MgSO4 제거율과 3.31 L/(m2⋅h⋅bar)의 높은 수투과율을 가진 고투과성 계면중합막을 제조하였다.

In this study, a pilot-scale (3 m3/day) membrane distillation (MD) process was operated to treat digestate produced from anaerobic digestion of livestock wastewater. In order to evaluate the performance and energy cost of MD process, it was compared with the pilot scale (10 m3/day) reverse osmosis (RO) process, expected competitive process, under same feed condition. As results, MD process shows stable permeate flux (average 10.1 L/m2/hr) until 150 hours, whereas permeate flux of RO process was decreased from 5.3 to 1.5 L/m2/hr within 24 hours. In the case of removal of COD, TN, and TP, MD process shows a high removal rate (98.7, 93.7, and 99% respectively) stably until 150 hours. However, in the case of RO process, removal rate was decreased from 91.6 to 69.5% in COD and from 93.7 to 76.0% in TP during 100 hours of operation. Removal rate of TN in RO process was fluctuated in the range of 34.5-62.9% (average 44.6%) during the operation. As a result of energy cost analysis, MD process using waste heat for heating the feed shows 18% lower cost compare with RO process. Thus, overall efficiency of the MD process is higher then that of the RO process in terms of permeate flux, removal rate of salts, and operating cost (in the case of using waste heat) in treating the anaerobic digestate of livestock wastewater.

In this study, a MWCNT(multi-wall carbon nanotube) was added to polysulfone(PSf) support layer to improve flux of TFC(thin film composite) RO(reverse osmosis) membrane. Two different kinds of MWCNT were used. Surfaces of some MWCNTs were modified hydrophilically through acid treatment, while those of other MWCNTs were modified through heat treatment to maintain their hydrophobicity. MWCNT/PSf support layer was prepared by adding PSf to the NMP mixed solvent containing 0.1 wt% MWCNTs using a phase inversion method. The surface porosity of the MWCNT/PSf support increased by 42~46% while its surface pore size being maintained. The TFC RO membrane made of MWCNT/PSf support layer showed a 20% flux increase while its salt rejection characteristics is sustained. In addition, the MWCNT/PSf support layer has better mechanical stability than the PSf support layer, there resulting in an increased resistance of flux reduction due to physical pressure.

Pretreatment system of desalination process using seawater reverse osmosis(SWRO) membrane is the most critical step in order to prevent membrane fouling. One of the methods is coagulation-UF membrane process. Coagulation-UF membrane systems have been shown to be very efficient in removing turbidity and non-soluble and colloidal organics contained in the source water for SWRO pretreatment. Ferric salt coagulants are commonly applied in coagulation-UF process for pretreatment of SWRO process. But aluminum salts have not been applied in coagulation-UF pretreatment of SWRO process due to the SWRO membrane fouling by residual aluminum. This study was carried out to see the effect of residual matal salt on SWRO membrane followed by coagulation-UF pretreatment process. Experimental results showed that increased residual aluminum salts by coagulation-UF pretreatment process by using alum lead to the decreased SWRO membrane salt rejection and flux. As the salt rejection and flux of SWRO membrane decreased, the concentration of silica and residual aluminum decreased. However, when adjusting coagulation pH for coagulation-UF pretreatment process, the residual aluminum salt concentration was decreased and SWRO membrane flux was increased.

본 연구는 분리막 성능 저하로 기능을 상실한 역삼투막의 힐링을 통한 복원의 가능성을 알아보고자 하는 데에 목적이 있다. 손상된 막은 양이온고분자인 poly(styrene sulfonic acid) sodium salt (PSSA)와 음이온고분자인 polyethyleneimine (PEI)를 염석법을 이용하여 이중으로 코팅했으며 또한 소재의 순서를 바꿔 코팅을 수행했다. 그리고 농도, 시간, 이온세기 등 에 따라 코팅된 역삼투막의 투과도와 배제율을 측정하여 손상된 막으로부터 복원된 정도를 알아보았다. 또한 역삼투 평막에서 복원이 우수한 조건을 가정용 정수기 모듈에 적용하여 손상된 역삼투막 모듈에 또한 대하여 복원 가능성을 알아보았다. 이로부터 PEI 30,000 ppm (IS = 0.1)/PSSA 20,000 ppm (IS = 0.7) 코팅 조건에서 역삼투막 모듈에 적용했을 때 염 배제율은 69%에서 86% (손상 전 모듈의 경우 90%)까지 복원되었다.

본 연구에서는 하수처리유출수의 유기물 성상을 제어하기 위해 서로 다른 흡착제를 적용하여 역삼투막의 막오염 경향성을 관찰하였다. 실험실 규모에서 역삼투막 운전결과, 다중벽탄소나노튜브 (5%), 팽창흑연 (21%), 하수처리유출수(25%), 활성탄 (26%) 순서로 초기대비 투과수량이 감소하였다. 형성된 막오염 물질의 FEEM 분석결과, 활성탄의 경우 팽창흑연, 다중벽탄소나노튜브, 하수처리 유출수에 상대적으로 높은 미생물유래물질에 의한 막오염이 존재하였다. 더 나아가, 분자량 분석 결과를 통해 고분자 미생물유래물질(>15K Da)의 영향이 큰 것을 확인하였다. 결과적으로, 하수재이용공정에서 고분자 미생물유래물질이 역삼투막 효율저하의 주요한 역할을 하며, 이를 저감시키기 위한 방안마련이 필요하다고 판단되었다.

본 연구는 역삼투막의 물리-화학적 표면 개질을 통하여 친수성 증가에 따른 내오염성 및 내염소성을 향상하고자 하였다. 자외선조사로 상용막 표면을 활성화한 후 실란 커플링제를 sol-gel법으로 개질하여 염소에 대한 민감도를 낮춰 폴리 아마이드 활성층을 보호하여 내염소성을 향상시켰다. 또한, 에폭사이드의 개수가 다른 PGPE, SPE 두 종류의 에폭시로 코팅 후 에폭사이드의 개환반응으로 내오염성을 향상시켰으며, 표면 개질 조건은 접촉각과 FT-IR, XPS 분석을 통해 최적화하였다. 실란-에폭시 개질막의 오염성 평가 결과 투과도 감소율이 상용막보다 약 1.5배 감소하였고, 내염소성 평가 결과 20,000 ppm × hr에서도 염제거율이 90% 이상 유지되었다.

가솔린, 플라스틱, 섬유 등 수많은 일상 소재들의 원재료를 저에너지 및 저탄소 공정으로 생산하는 것은 석유화학 회사들의 초미의 관심사라고 할 수 있다. 특히 우리나라는 원유를 해외에서 수입하고 이를 분리 및 정제 하여 다양한 고부가 가치를 창출하는데 여러 집약된 기술에 의존하고 있다. 이와 같은 석유화학 원재료들이 복합적으로 섞여있는 혼합물로부터 비슷한 종류의 성분을 분리하는 공정에 전 세계적으로 막대한 양의 열에너지가 소비 된다. 본 발표에서는 석유화학 에너지 비용을 낮출 수 있는 멤브레인 기반 상온 액상 탄화수소 역삼투 분리 공정에 대해 소개하고자 한다. 특히 탄소 분자체 기반 분리막의 제조와 이의 응용에 대한 내용을 다루고자 한다.

해수담수화의 빠른 증가와 함께 붕소 제거에 대한 중요성이 상승하고 있다. 본 연구는 표면개질 시 친수성 화합물을 이용하여 수투과량을 최대한 막고 붕소 제거율을 높이기 위한 연구를 진행하였다. 첫째로, Control polyamide 역삼투막을 얻기 위해 M-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 Polysulfone 한외여과막에 계면중합을 시켜 polyamide 활성층을 제조하였다. 다음으로, Control polyamide 역삼투막에 표면개질을 진행시켜 D-gluconic acid (DGCA)와 D-gluconic acid sodium salt (DGCA-Na)를 glutaraldehyde (GA)와 hydrochloric acid (HCl)을 이용하여 합성시켰다. 합성된 역삼투막의 표면 분석을 위해 XPS 분석을 진행하였으며, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과의 반응이 되었음을 확인하였다. 또한, morphology 측정을 위해 FE-SEM과 AFM 분석을 진행하였으며, polyamide 활성층 형성 및 표면 거칠기를 확인할 수 있었다. 수투과량의 경우, 표면개질을 진행한 역삼투막은 10 GFD 수준이거나 그 이하의 값을 가졌다. 하지만, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과 표면개질을 진행한 역삼투막의 붕소 제거율은 94.38, 94.64%로, Control polyamide 역삼투막보다 각각 12.03, 12.29 %p만큼 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

역삼투 공정은 에너지 효율의 증가로 해수담수화에서 많이 사용되고 있는 공정이다. 보론은 해수에서 대개 4∼5 mg/L의 농도로 존재하며, pH 8.2에서 B(OH)3로 76%, B(OH)4 -로 12%, 나머지 11%는 복합체와 금속 이온을 이룬 구조로 존재하고 있다. 이러한 구조로 인해 역삼투 후에도 보론 한계기준보다 높은 수치로 남아 있어 효과적으로 제거할 수 있는 공정이 필요하다. 본 연구에서는 N-methyl-D-glucamine (NMDG)이 포함된 첨가제를 이용하여 역삼투막을 제조 하였으며, 제조된 막의 성능을 평가하였다.

본 연구에서는 사용 후 폐기되는 정수기용 역삼투(Reverse Osmosis; RO)막 필터를 세정하여 새 필터의 수준으로 복원시키는 연구를 수행하였다. 화학적 세정액으로는 수산화나트륨, 중아황산나트륨, EDTA용액을 사용하였으며 마이크로버 블 발생 장치와 함께 in-situ의 방법으로 세정하였다. EDTA를 0.1%의 농도로 제조한 뒤 마이크로버블과 함께 사용하여 30분 세정하였을 때 가장 좋은 결과를 나타내었다. 이때 폐 필터와 세정 후 폐필터의 성능을 비교해 보았을 때 투과도는 19.9%, 회수율은 49.5%증가하였으며 NaCl 100 mg/L 용액에 대한 염제거율은 2.3% 감소되었는데, 이는 새 필터와 동등한 수준으로 회복이 되었다. 또한 전자현미경 분석을 이용하여 막 표면의 오염물의 제거를 육안으로 확인하였다. 이로써 전량 매립 또는 소각 되어지는 정수기용 폐 RO막 필터의 세정을 통하여 재사용이 가능할 것으로 판단된다.

역삼투 공정은 현재 해수담수화 공정으로 가장 많이 사용되는 공정으로 향후 지속적으로 사용량이 증가될것으로 보인다. 보론은 인체와 동물, 식물에게 필수적인 영양소이지만, 과잉 공급된 보론은 인체 및 식물의 신경계 장애 및 생식능력 저하를 초래하고, 식물성장 및 과실의 성장을 방해하는 독성물질로 의심받고 있다. 보론은 흔히 쓰이는 하수처리 및 폐수처리 공정에서 제거되지 않으며, 역삼투 공정에서도 중성인 B(OH)3로 남아 있어 역삼투 후에 보론 한계기준보다 훨씬 높은 농도가 생산수에 존재하는 경우가 종종 있다. 그래서 물에서 보론이 제거되는 공정이 절실한 상황이다. 본 연구에서는 보론 제거율 향상을 위해 첨가제를 활용한 polyamide를 계면중합을 통해 합성하여 역삼투막을 제조하였으며, 제조된 역삼투막의 성능평가를 수행, 비교하였다.

기후변화에 따른 수자원 불균형 문제의 해결을 위해 최근 역삼투막 공정을 이용한 해수 담수화 시설 등이 다양하게 고려되고 있다. 본 연구에서는 역삼투 막의 막오염을 제어하기 위해 화학세정을 실시할 때, 세정효율과 오염막 표면의 잔류물질과의 상관관계를 규명하고자 공업용수 생산에 사용된 RO 막의 화학세정 전⋅후의 막표면 분석을 진행하였다. 막표면에 존재하는 주요 오염물은 미생 물에서 유래된 유기물로 나타났으며, 전형적인 화학세정 결과 대부분의 막표면 유기물이 제거되어 RO 막의 초기 성능이 회복되었다. 그러나 고분자 구조의 방 향족 유기물 특성을 나타내는 미생물 유래물질은 세정후에도 막표면에 잔류하는 것으로 나타나 장기적인 역삼투막 운전을 저해할 것으로 판단된다.