청징한 사과쥬스를 역삼투 장치를 이용하여 예비농축을 하였다. 사용한 역삼투막의 종류에 따른 농축한계농도는, HR 95 및 HR 98형의 역삼투막에 60 bar를 가하여 농축하였을 때 $29.0^{\circ}$Brix이었으며, 이 농도에 도달하는데 소요된 시간은 HR 95형이 86분, HR 98형이 71분이었다. CA 865와 CA 960형은 30 bar에서 농축한계 농도를 보이지 않고 역삼투압 장치의 가동시간이 경과함에 따라 직선적으로 농도가 증가 하였는데 HR형의 경우에 비하여 동일 농도에 도달하는 시간이 더 많이 소요되었다. 한편 역삼투막을 통하여 손실된 가용성 고형물의 양을 쥬스의 농축농도와 관련지어 비교시 20.0 $25.0^{\circ}$ Brix의 농축범위에서 HR 95 HR 98 CA 865및 CA 960의 역삼투막을 통과한 permeate에는 가용성고형물이 각각 평균 1.3, 0.5, 7.5 및$2.3^{\circ}$Brix씩 함유되어 있었으며 HR형 특히 HR 98을 통한 손실이 가장 적은 것으로 나타났다. 또한 총산 및 향기성분 permeate를 통한 손실도 가용성고형물의 손실에서 보인 경향과 유사 하였다.
비료를 유도용액으로 사용하는 정삼투를 하수처리수(2차 침전지 유출수)의 재이용에 적용하여 유도용액의 성능을 평가하였다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 비료 중에서 삼투압, 용해도 및 pH 등을 고려하여 $NH_4H_2PO_4$, KCl, $KNO_3$, $NH_4Cl$, $(NH_4)_2HPO_4$, $NH_4NO_3$, $NH_4HCO_3$ 및 $KHCO_3$을 유도용액 후보군으로 선정하고, 수투과선속 및 역용질선속을 측정하여 유도용액의 성능을 평가하였다. 평균 수투과선속은 KCl > $NH_4Cl$ > $NH_4NO_3$ > $KNO_3$ > $KHCO_3$ > $NH_4HCO_3$ > $NH_4H_2PO_4$ > $(NH_4)_2HPO_4$의 순서로 나타났으며, KCl을 유도용액으로 사용하였을 때, 평균 수투과선속은 13.49 LMH이었다. 하수처리장 2차 침전지 유출수의 삼투압은 탈이온수의 삼투압에 비해 큰 차이가 없었다. 역용질선속은 $NH_4H_2PO_4$ < $NH_4Cl$ < $(NH_4)_2HPO_4$ < $KNO_3$ < $NH_4HCO_3$ < $NH_4NO_3$의 순서로 나타났으며, $NH_4H_2PO_4$를 유도용액으로 사용하였을 때, 역용질선속은 $4.96{\times}10^{-3}mmol/m^2{\cdot}sec$이었다.
비가열 방식의 역삼투압법으로 제조한 양파농축액의 휘발성 성분 변화를 알아보기 위하여 양파착즙액과 역삼투압 양파농축액을 SAFE로 휘발성 성분을 추출하였고, 이를 GC-MS로 분석하였다. 양파착즙액과 양파농축액에서 각각 48종과 62종의 휘발성성분을 동정하였다, 휘발성 성분 중 sulfur-containing compounds를 19종 검출하였고. 양파의 특징적인 향기성분으로 알려진 11종은 약 1.7-1,664배로 증가하였으며, 또한 양파착즙액에서 검출되지 않았던 휘발성 성분이 양파농축액에서 14종이 검출되었다. 이는 역삼투압법을 이용한 양파 농축액이 향미성분의 변성이 적어, 양파 고유의 향미를 갖는 농축액 제조에 응용할 수 있으며, 미량의 휘발성 성분을 분석하는 전처리 방법으로 바람직한 영향을 줄 것으로 생각한다.
압력지연삼투는 삼투압을 구동력으로 하여 에너지를 생산하는 새로운 막 기술이다. 압력지연삼투는 반투과성 막을 사이에 두고 삼투압으로 인해 저농도의 유입원수가 고농도의 유도용액으로 이동하는 것이다. 본 연구는 역삼투 공정의 농축수를 유도용액으로, 역삼투 공정의 생산수를 유입원수로 하여 8인치 나권형 막모듈의 성능을 평가 하였다. 실험에 사용된 유입원수와 유도용액의 유량은 2.4 L/min, 5.0 L/min, 10.0 L/min, 압력범위는 5 bar에서 30 bar이다. 유입원수와 유도용액의 농도, 유입유량, 유입비에 따른 공정 성능의 영향을 본 연구에서 확인 하였다. 중요 결과로 유도용액의 농도의 증가는 압력지연삼투 공정의 전력밀도, 투과수량을 향상시키는 결과를 보였다. 유입유량의 증가 또한 전력밀도와 투과수량을 향상시키는 결과를 보였다. 또한 최대 전력밀도를 형성하는 유입원수와 유도용액의 최적 유입비는 1:1의 비에서 나타났다.
우리나라엣 발생되는 축산 폐수는 $130,00m^3/day$로 전체 폐수의 0.43%에 불과하지만 총 BOD(생물학적 산소요구량)의 8.6%를 차지하고 있다. 그러나 생활폐수나 산업폐수와 달라 높은 질소, 인을 함유하고 있어 강이나 호수의 부영양화의 주원인이 되고 있다. 우리나라 축산폐수는 각 농가 당 폐수 발생량이 $2.5m^3/day$에 불과해 소규모이어서 경제적인 처리 방법이 필요하다. 부유물질 제거를 위해 미세여과 공정대신 충전탑을 이용한 전처리 방법을 통해 90% 이상의 부유물질을 제거하고 이어 역삼투압 방법을 적용하면 전질소와 전인의 제거율은 95%이상이나 되어 방류수는 전질소는 200 mg/이하, 전인 1 mg/L이하로 환경부의 축산폐수 배출수 수질 허용기준인 전질소 260 mg/L, 전인 50 mg/L이하를 충분히 만족 시킬 수 있다. $2m^3/day$의 축산폐수를 처리하는데 $0.4m^2$의 역삼투압 막 면적만 필요해 효과적인 소규모 처리시설이 가능함을 밝혔다. 처리에 소모되는 전력량도 월 30 Kwh로 에너지 절약적인 공정이 가능함을 예측하였다.
일반적으로 역삼투압 공정에 의해 중성 pH 조건에서 40~90%의 붕소를 회수할 수 있다.정삼투공정은 새로운 선진 기술로 폐수처리 및 담수화 분야에서 관심이 높아지고 있다. 본 연구의 목적은 정삼투공정으로 방사성 액체 폐기물의 붕소제거 가능성을 고찰하고자 하는데 있다. 액체폐기물에서의 붕소 제거를 위한 정삼투공정의 성능을 평가하기 위해 pH, 삼투압, 용액의 이온강도 등을 고려하였다. 폐액의 붕산분리능을 좌우하는 주 조업변수인 pH 조건은 pH 7 이하에서 80% 이상의 붕소분리를 달성할 수 있었다. 약 1,000 mg/L 정도의 염농도에서는 막의 물의 플럭스는 거의 영향이 없었으나 붕소 투과율은 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 공급액 내 붕소 농도 증가에 따라 붕소플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 붕소의 투과율은 약 80% 정도로 일정하였다.
이 연구에서는 전류밀도와 전기삼투 현상이 전기투석(electrodialysis, ED)의 탈염성능에 미치는 영향을 분석하였다. 농축액의 농도를 10~200 g/L로 변화시키면서 정전압 조건에서 ED 실험을 진행하였다. ED 운전과정에서 스택에 공급되는 전류밀도와 전하량, 희석액과 농축액의 농도, 그리고 전기삼투에 의한 물 이동량을 측정하여 탈염성능을 분석하였다. 농축액의 농도가 증가함에 따라 이온교환막의 선택성이 감소하여 전류효율이 감소하였다. 또한 전류효율은 스택에 공급되는 전류밀도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 전류밀도가 15 mA/cm2 이상에서는 역 확산이 억제되어 전류효율이 증가하였다. ED 운전과정에서 전기삼투에 의한 물 이동량을 분석하였다. 물 이동량은 농축액과 희석액의 농도비에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있었다. 농도비가 100 이상에서는 삼투압에 의한 물 이동량이 급격히 증가하여 200 g/L 이상의 농축액을 얻는데 한계가 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서 상업용 폴리설폰 한외여과 중공사막을 지지체로 사용하여 저압 정수용 역삼투압막 제조시 막표면에서 feed의 큰 전단응력에 견딜 수 있도록 도포층과 지지층의 결합력을 증가시키는 전처리 방법을 확립하였다. 확립한 전처리 공정에서 지지막과 친화력이 좋으면서 도포층을 이루는 반응물과 반응성이 있는 글루탈알데히드와 촉매역할을 하는 염산 혼합 수용액으로 지지막을 전처리하면 이들 글루탈알데히드는 지지막 표면 및 기공 벽에 균일하게 분포되어 이후 표면중합법에 의해 형성된 도포층을 이루는 일부 반응물과 화학적으로 결합 되어 지지체와 도포층간에 강한 결합력을 제공한다. 전처리공정 없이 제조한 중공사 역삼투압막은 투과 후 5시간 이내에 feed의 큰 전단응력에 의해 도포층의 분리 파괴가 일어났으나 본 연구에서 확립한 방법으로 전처리하여 제조한 중공사막은 장시간 사용에도 우수한 막성능이 지속되었다.
본 연구에서는 날로 그 생산 및 소비량이 중대 되어가는 추세에 있는 포도주의 품질향상을 이루고자 역삼투 처리기술을 이에 적용하여 시도하였는데, 포도주의 제조공정에서 필요로하는 보당과정 없이 역삼투 처리에 의해 포도 착즙액중의 순수(純水)를 제거함으로써 자체 당도를 농인 상태에서 포도주를 제조하여 일반적인 제법으로 제조한 포도주와의 비교 분석 실험을 행하였다. 또한 GC-O(Gas chromatography-Olfactometry)와CC-MS(Gas chromatography-Mass spectrometry) 그리고, 훈련된 검사자들을 통한 관능검사의 실시로 그 차이점을 구명하였는데, 관능검사 결과 RO 28 시료가 General D사(社)의 제품에 비해 전체적인 선호도면에서 월등한 것으로 나타났다. GC-O및 GC-MS를 이용한 분석결과 RO 28시료가 General 및 D사(社) 제품에 비하여 훨씬 긍정적인 향기성분의 함량이 높은 것으로 나타났으며, 비교적 긍정적인 향기성분으로 사료되어지는 ethanol, ethyl acetate 등의 chemical compound를 동정해 낼 수 있었다.
무우쥬스 농축액의 저장성 및 활용성 증진을 위해 역삼투압법과 박막농축법 등을 이용하여 농축한 무우쥬스 농축액의 유통 특성을 조사한 결과는 다음과 같다. 무우쥬스 농축액은 약간의 의사가소성을 띠는 뉴턴유체의 흐름 특성을 보여주었다. 전단속도 1000(1/S)에서의 겉보기 점도는 1번 농축구(열처리 무우쥬스, 박막 농축구)가 0.0503Pa.s, 2번 농축구(생무우쥬스, 박막농축구)가 0.0578, 3번 농축구(열처리 무우쥬스, 역삼투압 농축구)가 0.0655Pa.s 값을 각각 나타내었다. 각 농축액 항복력은 $35{\sim}65^{\circ}Bx$에서 $0.0001{\sim}0.0580Pa$ 범위로 아주 적은 값이어서 power law model만 갖고도 흐름 특성의 해석이 가능하였으며 또한 Arrehenius식에 의해 구한 활성화에너지는 무우쥬스 농축액의 농도가 높아질수록 2.7057에서 $4.1159{\times}10^4KJ/kg.mol$로 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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