• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1995년도 춘계 총회 및 학술발표회
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• pp.62-63
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• 1995

혐기성 소화는 고농도의 유기폐수를 최종적으로 메탄으로 전환하여 에너지원을 회수할 수 있는 효율적인 생물학적 폐수처리 공정 중의 하나이다. 그런데 이러한 혐기성 소화 공정에서 가장 큰 장애요인으로 작용하고 있는 요소 중의 하나가 매생물의 침강성 저하로 인한 고액분리의 문제이다. 이로인해 현재 고전적인 중력침강법, 부상법 대신에 분리막을 이용한 막결합형 혐기성 소화 공정이 대두되고 있으며 완전한 고액분리, 반응조내의 고농도 미생물 보유, 양질의 최종 유출수 획득 등 많은 장점들이 제시되고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 시간에 따른 막오염 현상, 분리막 표면에서의 케이크층 형성 등으로 인한 막투과 유속 (flux)의 감소는 분리막의 응용에 있어 경제성을 저하시키는 주요한 부정적 요인으로 지적되고 있다. 그리고 막분리 성능은 분리막의 특성, 유체역학적 조건, 그리고 혐기성 소화 상태 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 막결합형 혐기성 소화 공정의 십자흐름 (crossflow) 막분리 공정에서 유체역학적 조건 및 혐기성 소화조의 상태와 관련된 요인들이 어떻게 막투과도 및 배제율 등에 영향을 미치는 지 살펴보고자 한다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제13권1호
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• pp.52-64
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• 2002

유기성 폐기물을 이용하여 생물학적 수소생산 통합화 시스템 연구를 수행하였다. 통합화 시스템은 유기성폐기물의 전처리, 2단계 혐기발효 및 광합성 배양으로 구성된 생물학적 수소생산 공정, 초임계수 가스화 공정, 생산된 가스의 저장, 분리 및 연료전지를 이용한 전력 생산으로 구성되었다. 실험에 사용된 유기성 폐자원은 식품공장 폐수, 과일폐기물, 하수슬러지이며, 전처리는 폐기물에 따라 열처리 및 물리적 처리를 하였으며, 전처리된 시료는 생물학적 수소생산 공정에 직접 적용되었다. Clostridium butyricum 및 메탄 생성조에서 발생하는 하수슬러지중의 미생물 복합체는 수소생산 혐기 발효공정에 사용되었으며, 광합성 수소생산 미생물인 홍색 비유황 세균은 광합성 배양에 사용되었다. 생물학적 공정에서 발생하는 미생물 슬러지는 초임계수 가스화 공정으로 수소를 발생하였으며, 슬러지 중의 COD를 저하시켰다. 생물학적 공정 및 초임계수 가스화 공정에서 발생하는 수소는 가스탱크에 가입상태로 저장한 후, 95%순도로 분리하였으며, 정제된 수소는 연료전지에 연결하여 전력 생산을 하였다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1996년도 추계 총회 및 학술발표회
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• pp.60-61
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• 1996

염색폐수를 처리하기 위하여, 일반적으로 물리.화학적 공정과 호기성 생물학적 공정을 조합한 방법들을 사용하고 있다. 하지만 호기성 생물학적 공정은 난분해성 물질의 제거능력이 낮고, 염색폐수의 주된 오염원인 염료분자가 호기성 미생물에 대한 에너지원으로 적합하지 않아 분해되기 어려우며, 물리.화학적 공정을 이용한 처리방법으로도 높은 처리효율을 얻을 수가 없다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 염색폐수 처리에 혐기-호기공정을 이용하며, 혐기성 공정에서 생물학적으로 분해되기 어려운 고분자 물질들을 가수분해하여 생물학적으로 분해가능한 저분자물질로 전환시키고, 호기성 공정에서 저분자 물질을 효과적으로 처라할 수 있기때문에 기존의 염색폐수 처리공정에 비하여 훨씬 높은 처리효율을 얻을 수 있다. 특히, 혐기성 미생물은 호기성 미생물에 비하여 난분해성 물질에 대한 분해력이 높고, 생물독성 물질에 대한 내성이 강하기 때문에 수중생물에 유해한 염료를 함유한 염색폐수의 색도제거에 효과적인 것으로 기대된다. 또한, 막분리 공정은 유기물 및 미생물이 막표면에 축적, 증식함으로써 막세공에 막힘현상을 초래하여 역세척 등의 물리적인 방법이나 화학약품을 이용한 화학적 세척 방법으로도 투과플럭스의 회복이 불가능한 상태를 유발함으로 막의 수명을 단축시키는 원인이 된다. 따라서, 혐기-호기공정과 조합하면 색도성분 제거 및 막 오염의 원인이 되는 유기물 및 용존성 고형물을 제거하고, 막 오염의 억제를 통한 후 수염의 연장은 물론, 처리수의 수질향상에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.1로 강구와 함께 공구강 vial에 장입 후, Spex mixer/mill을 이용하여 기계적 합금화 하였다. 기계적 합금화 공정으로 제조한 분말에 대한 X-선 회절분석과 시차 열분석으로 합금화 정도를 분석하였다. (Bi1-xSbx)2Te3 및 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말을 10-5 torr의 진공중에서 300℃∼550℃의 온도로 30분간 가압소결하였다. 가압소결체의 파단면에서의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰하였으며, 상온에서 가압소결체의 열전특성을 측정하였다. (Bi1-xSbx)2Te3의 기계적 합금화에 요구되는 공정시간은 Sb2Te3 함량에 따라 증가하여 x=0.5 조성에서는 4 시간 45분, x=0.75 조성에서는 5 시간, x=1 조성에서는 6 시간 45분의 vibro 밀링이 요구되었다. n형 Bi2(Te1-ySey)3 합금분말의 제조에 요구되는 밀링시간 역시 Bi2Se3 함량 증가에 따라 증가하였으며 Bi2(Te0.95Se0.05)3 합금분말의 제조에는 2시간, Bi2(Te0.9Se0.1)3 및 Bi2(Te0.85Se0.15)3 합금분말의 형성에는 3시간의 bivro 밀링이 요구되었다. 기계적 합금화로 제조한 p형 (Bi0.2Sb0.8)2Te3 및 n형 Bi2(Te0.9Se0.1)3 가압 소결체는 각기 2.9x10-3/K 및 2.1x10-3/K 의 우수한 성능지수를 나타내었다.ering)가 필수적이다. 그러나 침전법에서 얻게 되는 분말은 매우 미세하여 colloid를 형성하게 되며, 이러한 colloid 상태의 미세한 침전입자가 filte

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.393-400
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• 2005

수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권3호
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• pp.463-473
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• 2000

폐금속광산폐수를 혐기성 생물학적 처리를 함에 있어서 석회석에 의한 화학적 전치리의 특성을 파악하고 SRB를 위한 탄소원으로서 제지 및 축산슬러지의 적용 가능성을 검토하였다. 혐기성 석회석층의 효능은 시간이 경과함에 따라 급격하게 감소하였지만 폐금속광산폐수의 혐기성 생물학적 처리에 있어서 전처리공정으로 활용할 경우에 초기에 중화능이 우수하여 후속처리 공정에 높은 pH를 제공함으로서 시스템의 안정화에 기여할 수 있을 것으로 여겨진다. R-1~R-3에 비하여 R-4에서 실험초기 HRT 5일에 유출 SCOD가 낮을 뿐만 아니라 시간이 경과한 후 HRT 1일에 오히려 높은 농도를 나타내어 유기물의 지속성과 공급 측면에서는 단기간 내에 다량의 분해에 의한 유기물 소실보다는 유용할 것으로 판단되어진다. 모든 반응조에서 전 HRT에 걸쳐 SRB의 성장에 적합한 안정적인 pH를 유지하였으나, ORP를 보면 HRT 2일 이후에 SRB의 생육을 위한 최적조건을 유지하고 있어 SRB의 활성이 가장 활발하였던 것으로 평가되었다. $SO_4{^{2-}}$ 환원효율에 따라 중담속 제거효율 또한 비슷한 경향을 보여주고 있으며, HRT 2일에 $SO_4{^{2-}}$ 환원효율과 중금속 제거효율이 비교적 높은 것으로 평가되었다.

• 한국환경농학회지
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• 제18권1호
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• pp.54-60
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• 1999

축산폐수의 효율적 처리와 최적 메탄발생을 위하여 AF 그리고 이단의 ASBF-PR과 ASBF-SP 실험실적 생물반응기를 구성하고 $35^{\circ}C$ 항온조에서 수리학적체류시간 $1{\sim}2$일 그리고 유기물부하 $1.1{\sim}63kg-COD/m^3{\cdot}d$까지 연속 운전하여 처리효율을 비교, 분석하였다. 하수종말처리장의 혐기성 소화조 잉여 슬러지에 의한 혐기성 생물반응기의 식종은 효과적이었으며, 적응 기간은 약 40일 정도가 소요되었다. 생물반응기는 COD 제거율 $66.4{\sim}84.9$% 그리고 바이오 가스 발생량은 제거된 COD 기준 $0.333{\sim}0.796m^3/kg-COD{\cdot}d$. 으로 축산폐수의 처리에 효율적이었으며 유입 COD의 증가와 수리학적체류시간의 감소에 의한 유기물부하 증가의 경우 COD 제거율은 감소하고 바이오가스 발생량은 증가하였다. 높은 유기물부하에서 AF와 ASBF-PR의 처리효율은 비슷하였으며 ASBF-SP보다 우수하였다. 생물반응기에 충진된 미디어의 공극율과 공극의 크기가 비표면적에 비교하여 유기물질 제거능력 향상에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 유입수 TKN 농도가 $1,540{\sim}1,870mg/L$ 범위에서 메탄발효 미생물의 활동은 저해영향을 받아 생물반응기의 처리효율과 바이오가스 발생량은 각각 50% 이하로 감소되는 것으로 나타났으므로 혐기성 소화가 축산폐수의 처리에 주 공정으로 응용된다면 전처리에 의한 TKN의 제거는 필수적이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.396-396
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• 2022

생물전기화학적 혐기성소화(Bioelectrochemical anaerobic digestion; BEAD)는 소량의 전압공급을 통해 고농도 하·폐수의 효과적인 처리 및 에너지 회수가 가능한 처리방법으로, 기존 하·폐수처리공정(활성슬러지 및 그 변법)에서 벗어나기 위한 방법 중 하나로 연구되고 있지만, 내부저항 및 전극구조에 따른 물질전달저해로 인해 소규모 연구 위주로 진행되었다. 하지만 stainless steel(SS) 등 내부저항을 완화할 수 있는 전극재료 및 전극구조 개선 연구가 진행됨에 따라 BEAD 적용규모가 증가하는 추세이며, 본 연구에서는 100 L의 용량에서 전극재질 및 구조에 따른 적용적합성을 에너지효율 비교를 통해 평가하였다. 반응조는 비교를 위한 AD, 반응조 내부에 전극을 설치한 BEAD, 반응조 외부에 전극이 포함된 반응조를 추가한 ABEAD로 구성하였으며, AD 및 BEAD는 기계적 교반, ABEAD는 기계적 교반 및 펌프를 통한 bulk 용액 순환으로 물질전달이 이뤄졌다. 또한 BEAD는 탄소계 전극, ABEAD는 SS계 전극을 사용하였으며 두 반응조 모두 0.4 V의 전압을 공급하였다. 실험조건은 유효용량 100 L, 유기물부하율 3 kg/m³/d, HRT 20 days 및 중온소화(35℃)으로 운전하였다. 실험결과 AD, BEAD 및 ABEAD의 유기물제거율은 각각 평균 68.1 %, 68.9 %, 74.9 %로 전극 및 반응조의 분리를 통해 물질전달을 개선한 ABEAD에서 증가하였다. 에너지 생성량의 경우 AD에 비해 BEAD는 평균 229 kJ/d, ABEAD는 309 kJ/d가 추가 생성되었으며 유기물제거율이 높은 ABEAD에서 더 높은 에너지생산이 이뤄졌다. 마지막으로 전압공급으로 인한 에너지소비량은 BEAD는 평균 3.4 kJ/d, ABEAD는 평균 0.9 kJ/d로 전극의 낮은 생물적합성으로 인해 전극에서의 생화학반응이 적은 ABEAD가 에너지소비량이 낮았다. 따라서 본 연구에서는 SS 전극의 사용가능성 및 전극구조 개선에 따른 에너지효율성 향상을 확인할 수 있었으며, 추후 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제38권4호
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• pp.362-372
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• 2010

다양한 하 폐수 처리공정 중 혐기성 소화공정은 이산화탄소 배출을 감소시키고 생성되는 메탄을 에너지로서 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 혐기성 소화공정의 문제점과 보완점에 대해 살펴보았다. 가수분해과정은 혐기성 소화과정 중 율속단계에 해당하여 소화공정과정을 촉진시키고 바이오가스의 생산을 증가시키기 위하여 다양한 전처리 방법이 개발되어왔다. 현재 혐기성 소화공정을 위한 전처리 방법 중 열처리 방법, 초음파 처리, 기계적 처리방법, 화학적 처리방법 등이 상업적으로 이용되고 있으며, 이들 공정은 슬러지 플록 또는 세포의 파괴를 통해 세포분획물이 생물학적으로 분해될 수 있는 형태로 전환시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 과정들 모두는 특정 상황에 따른 장점과 단점을 모두 지니고 있으므로 각 공정과정에 대한 이해와 이를 통한 적용을 통해 특정 슬러지에 적합한 최적의 전처리 공정을 도출해 낼 필요가 있다. 또한 혐기성 소화공정의 효율증대와 경제성 확대를 위한 혐기성 소화공정 개발이 필요하다고 할 수 있다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2004년도 학술대회지
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• pp.47-84
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• 2004

Principal Component Analysis나 Partial Least Squares와 같은 다변량 통계 기법은 변수간의 correlation structure로부터 공정의 variance를 설명할 수 있는 latent variable를 얻고 이를 이용하여 공정을 효과적으로 modeling할 수 있는 방법으로 최근 들어 많은 관심을 얻고 있다. 하지만 PLS는 공정이 stationary state에 있다고 가정하기 때문에, 생물학적 공정의 non-stationary and time-varying behavior를 설명하기에 부적절하다. 본 논문에서는 PLS 알고리즘의 혐기성 폐수처리 공정에의 적용에 있어, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 adaptive PLS 알고리즘을 사용함으로써 변화하는 공정의 특성에 대응하여 모델을 update하는 방법을 이용하였다. 하지만 실시간 데이터로부터 adaptive PLS 방법을 적용하는 데에는 많은 어려움이 존재하며, 특히 outlier나 abnormal disturbance에 모델이 부적절하게 adaptation하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이의 해결을 위해 adaptive PLS를 적용하는데 있어 robustness를 향상시키기 위해 monitoring index를 이용하여 abnormal data에 weight를 주고 안정적인 모델의 update가 가능하게 하는 방법을 제안하였으며, 이를 적용하여 성공적으로 혐기성 폐수처리 공정의 Output을 예측하고 효과적으로 공정을 모니터링할 수 있었다. 만들어진 PLS 모델은 산업폐수를 처리하기 위한 industrial plan에서 측정된 실제 데이터에 적용하여 그 효용성을 입증하였으며, 그 결과는 mechanistic model을 적용하기 힘든 실공정에 비교적 쉽게 implementation할 수 있는 장점이 있다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.859-863
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• 2008

축산폐수, 침출수 등의 고농도 폐수를 생물학적으로 처리할 경우 최종 방류수는 강한 색도를 띠며 고분자량의 유기물질을 다량 함유한다. 이는 생물학적으로 분해하기 어려운 유기성 복합체와 생화학적 반응에 의한 중간생성물로 색도를 띠는 천연유기물질(NOM)을 포함한다. 생물학적 처리수의 색도는 심미적인 불안감, 방류수역의 수질오염 및 공중보건상의 잠재적 위해성을 갖는다. 또한, 수자원 이용측면에서 정수처리공정에서의 약품투입량 증가와 특히, 소독부산물 생성이라는 잠재적 문제점이 뒤따른다. 따라서 이러한 문제점을 해소하기 위한 생물학적 2차 처리수의 후속처리가 요구되며, 실제로 난분해성 유기물과 색도를 제거하기 위한 흡착, 막 분리, 고급산화(AOP) 및 화학적 응집 등의 물리-화학적 공정에 대한 연구가 수행되어왔다. 특히, 화학적 응집은 무기응집제 또는 고분자중합체(Polymer)를 이용하여 콜로이드성 입자와 색도를 띠는 난분해성 유기물을 전기적 불안정화를 유도함으로서 흡착 및 응집과정을 통해 제거하는 공정으로 많은 연구자들에 의해 연구되어왔다. 그러나 난분해성 유기물과 색도제거는 대상원수의 성상과 화학적 특성 등에 따라 각각의 제거효율과 최적 운전조건이 상이하게 나타난다. 화학적 응집공정은 비교적 높은 제거효율을 보이지만, 운전 및 유지관리의 기술적 어려움, 경제적 비효율성 등으로 인하여 적용에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 논문에서는 생물학적 혐기-호기성 공정에서 방류되는 축산폐수의 2차 처리수를 대상으로 화학적 응집에 의한 색도 및 난분해성 유기물의 제거거동을 고찰하였다. 대상 처리수의 $TCOD_{Cr}$ 농도는 평균 410 mg/L인 반면, $BOD_5$는 7-15 mg/L 범위로 난분해성 유기물을 다량 함유하고 있음을 알 수 있었다. 이에 황산알루미늄(Aluminium sulfate; $Al_2(SO_4){\cdot}14H_2O$)과 염화철(ferric chloride)의 무기응집제를 이용하여 자 테스트(jar test)를 수행한 결과, 동일한 응집제 주입량에서 염화철의 유기물 제거 효율이 높은 것으로 나타났다. 황산알루미늄과 염화철의 경우 각각의 응집제 주입율 5.85mM에서 89%, 7.03mM에서 97.5%의 최대 유기물 제거효율을 보여주었으며, 이 때 최종 pH는 4.0-5.6 범위이었다. 한편, 대상 원수 내의 콜로이드성 입자 또는 용존성 유기물의 작용기(functional group)는 일반적으로 음으로 하전 되어 있어 응집에 의해 잘 제거되지 않는 특성을 가지고 있다. 따라서 과량의 응집제를 주입하여 다가의 양이온성 금속염을 흡착시켜 전기적으로 중화시키고, 생성된 침전성 수화물 내에 포획 또는 여과시켜 제거하게 된다. 이 때, 금속염 수화종의 전하밀도가 응집효율에 영향을 주는 것으로 알려져 있는데, 다가의 양이온은 전기적 이중층(Double layer) 압축에 의한 불안정화를 향상시킬 수 있기 때문에다. 또한, 2가 금속염은 색도유발물질과 흡착하여 humate 또는 fulvate 등의 착화합물(complex)을 형성시켜 응집효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 생물학적 2차 처리수의 화학적 응집처리에 있어서 알루미늄염 등의 다가이온 첨가가 응집에 미치는 영향을 관찰하고, 후속되는 플록형성 및 침전공정에 의한 제거효율을 비교, 평가함으로써 2차 처리수로부터 난분해성 유기물과 색도를 보다 효과적이고 경제적으로 제거할 수 있는 최적인자를 도출하고자 하였다.