• 공업화학
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• 제25권4호
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• pp.401-408
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• 2014

분리막 생물반응기에서 산기량 제어는 반응기 내 유체흐름과 특히 막표면 근방에서의 전단응력을 변화시켜 막오염 감소 및 에너지 절약을 구현하는 중요 독립변수 중 하나이다. 본 연구에서는 원통형 생물 반응기 중심에 침지형 평막을 장착하고 하부에서 공기가 공급되는 3차원적 시스템에 대하여 "COMSOL"프로그램을 사용하여 수치해석하였다. 용액의 점도, 온도는 일정하다고 가정했으며 투과액 부피와 산기량의 비인 $SAD_p$를 변수로 사용하였다. 유속센서, 동영상 이미지분석으로 측정한 유속과 수치해석 결과는 11% 이내에서 일치함을 확인하였다. 반응기 내 유체의 흐름은 산기관과 막모듈 구간에서 급격하게 증가하였으나 막모듈을 지나면서 감소하였으며 반응조 벽에서 중심축 방향으로 갈수록 유속이 증가하는 경향을 보였다. 막 표면에서 계산된 전단응력은 하단 중앙부가 가장 크게 나타났으며 산기량이 증가할수록 전단응력이 증가하였다. 특히 산기량을 0.15에서 0.25 L/min로 증가할 경우 크게 증가함을 확인할 수 있었다.

• 한국식품과학회지
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• 제24권3호
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• pp.199-203
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• 1992

한외여과를 이용하여 다시마 열수추출물로 부터 가용성 저분자량의 정미성분을 회수하는데 필요한 조건을 최적화하기 위해, 분리막 선정 및 온도, 압력, Flow rate의 영향을 고찰하였고 선정된 최적 조건하에서 한외여과와 Diafiltration을 실시하여 투과유량의 flux profile과 정미성분의 회수율을 비교하였다. 분리막은 소수성인 GR 51PP가 친수성인 FS 형태보다 높은 투과유량을 유지하였다. Flow rate의 증가에 따라서 투과유량도 증가하는 경향을 보였으나 3.7 l/min에서 한계값을 나타내었다. 한편, 압력이 높은 경우에는 Steady-state에서 투과유량이 감소하는 경향을 보였고 온도 증가에 따라서는 큰 변화는 없었다. 한외여과와 Diafiltration 실시에 따른 투과유량의 Flux profile과 전체 고형분과 정미성분의 회수율을 조사한 결과 한외여과를 실시한 경우가 비교적 높은 회수율을 보였으나 투과유량은 전반적으로 Diafiltration 보다 낮았다.

• 상하수도학회지
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• 제34권4호
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• pp.259-266
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• 2020

In this study, a pilot-scale (3 ㎥/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 ㎥/day) reverse osmosis (RO) process, expected competitive process, under same feed condition. As results, MD process shows stable permeate flux (average 10.1 L/㎡/hr) until 150 hours, whereas permeate flux of RO process was decreased from 5.3 to 1.5 L/㎡/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.

• 멤브레인
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• 제8권2호
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• pp.94-101
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• 1998

폴리아크릴로니트릴 공중합계의 재질인 한외여과 중공사막 (분획분자량: $5\times 10^4$ Dalton)을 이용하여 금속표면처리 세척수로부터 오일입자를 제거하였다. 오일입자를 분리하고자 할 때 막표면에서의 농도분극 현상으로 투과플럭스를 감소시키므로 농도분극을 억제하기 위하여 질소기체로 역세척을 수행하였다. 정상운전 및 역세척시간을 각기 달리하여 운전함으로써 얻어진 투과플럭스의 거동을 정량적으로 비교하였다. 실험결과, 실질투과플럭스 증가율의 산출을 기준으로 정상운전시간/역세척시간이 10분/40초인 조건이 역세척을 하지 않은 경우와 비교하여 가장 높은 증가율 (약 23%)을 보였다. 하지만, 실제 운전에서 중요하게 고려되는 시간에 따른 투과플럭스의 안정성은 정상운전시간이 연장되면 크게 떨어짐을 알 수 있었다. 막투과플럭스가 역세척압력에 무관하게 일정한 거동을 보이는 레이놀즈수 이상에서는 역세척압력이 증가할수록 투과플럭스는 n제곱승으로 증가하는 상관관계를 보였고, 원료공급속도가 증가할수록 투과플럭스의 증가정도는 상승하는 경향을 나타냈다.

• 한국수산과학회지
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• 제26권2호
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• pp.120-132
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• 1993

어류 가공시 부산물로 얻어지는 어피를 효율적으로 이용하고자 알칼리 전처리법으로 각시가자미 피(皮)로부터 제조된 젤라틴을 시료로 하여 연속식 중공사막 반응기를 이용한 젤라틴의 가수분해 최적조건과 중공사막 반응기 장치에서의 효소활성 및 안정성에 미치는 인자에 대하여 검토하였다. 연속식 중공사막 반응기에서 가수분해조건을 보면 효소농도는 0.1mg/ml 이상에서는 가수분해율이 거의 $72\%$ 이상이었다. 기질농도 $1\%$ 이하에서는 $70\%$ 이상의 가수분해율을 나타내었으며, 기질농도가 증가함에 따라 가수분해율이 약간 감소하는 경향이였다. S/E=100(w/w) 이하에서는 거의 $72\%$이상의 가수분해율을 나타내었다. 유출속도가 7.79ml/min일 때 잔류시간은 77분이였으며, 이때의 가수분해율은 $79\%$였다. 중공사막 반응기 장치의 최적조건은 $1\%$ 기질에 대해 효소농도 0.1mg/ml, 유출속도 7.79ml/min, 잔류시간 77분, 반응온도 $55^{\circ}C$에서 기질의 가수분해율은 반응시간 1시간 부근에서 최대값을 나타내었다. 효소활성은 온도 $55^{\circ}C$에서 $50\%$, $25^{\circ}C$에서 $20\%$가 감소되었으며, 막에 의한 효소활성은 3시간 후에 $34\%$ 감소하였다. 막을 통한 효소의 누출은 작동시간 20분에서 최대였으며 작동시간 5시간 이후에는 거의 효소가 누출되지 않았으며, 전체 효소량 중 효소누출량은 $12.95\%$이였다. 막의 fouling 성질은 $10\%$(w/v)기질용액에서 순수에 대한 상대적인 유출속도 감소율(RFR)은 $91\%$였으며 유출속도 재생율은 $92\%$였다. 높은 기질농도 $10\%$에서는 가수분해도가 $89\%$였으며, 그 이상의 기질농도에서는 $75\%$였다. 젤라틴에 대한 trypsin의 반응속도 상수인 $K_m$ 및 $V_{max}$는 회분식에서 각각 0.668mgN/ml, 1.468mgN/ml/min였으나, 연속식에서는 이들의 값이 각각 1.618mgN/ml, 0.347mgN/ml/min였다. 연속식에서 $K_m$값은 1.618mgN/ml으로 회분식의 0.668mgN/ml에 비해 2.4배 정도 큰 반면 $V_{max},\;K_2$는 매우 작았다. 회분식과 연속식에서 최적조건하에서 젤라틴을 가수분해하였을 때 효소 mg당 생산하는 가수분해물은 각각 87.58mg및 378.85mg으로 회분식에 비해 생산량이 4배 이상이었다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권6호
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• pp.406-413
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• 2012

막오염을 감소시킬 수 있는 첨가제로서 chitosan, 염화제이철, MPE50의 막오염 저감 효과를 비교하여 연구하였다. 세가지 첨가제를 다양한 농도로 활성슬러지에 주입한 후 회분여과실험을 수행하여 막오염 특성의 변화를 평가하였다. Chitosan 20 mg/g-MLSS, 염화제이철 70 mg/g-MLSS, MPE50 20 mg/g-MLSS의 주입량에서 여과저항과 케이크 비저항이 모두 최소화되었는데, 케이크 여과저항 뿐 아니라 파울링 여과저항도 함께 감소하는 양상이 관찰되었다. 그러나 서로 다른 활성슬러지에 chitosan을 첨가하는 세 차례의 실험에서 최적 주입농도는 10, 20, 30 mg/g-MLSS로 서로 다르게 나타나, 최적 주입농도가 상수치가 아니라 활성슬러지의 특성에 영향을 받는 것으로 확인되었다. 세 첨가제 모두 최적 주입농도보다 더 많은 양을 주입한 경우 오히려 막여과 특성이 악화되었다. 첨가제의 주입에 따른 여과저항 감소의 기작을 분석하기 위하여 미생물 플록의 제타 전위, 소수성, 입도분포, 상징수 탁도, 용존성 EPS 등의 다양한 분석을 수행하였다. 최적 주입농도에서 제타전위는 0에 가깝게 그리고 입자크기는 가장 크게 나타났는데, 이러한 결과는 음전하를 띠는 슬러지 플록에 양전하의 첨가제가 주입되면서 미세입자의 불안정화 및 재안정화 메커니즘을 보이는 것으로 해석할 수 있다. 또한 최적 주입농도에서 용존성 EPS 농도와 상징수 탁도는 가장 작은 값이 관찰되었는데, 미생물 플록이 응집하며 성장하는 과정에서 고분자의 EPS와 미세 입자가 포집된 결과로 해석된다. 또한 이러한 효과는 고분자성 양이온물질인 chitosan과 MPE50에서 염화철보다 더 크게 나타났다.

• 멤브레인
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• 제21권2호
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• pp.201-211
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• 2011

본 연구에서는 정수처리용 세라믹 한외여과 빛 광촉매의 혼성공정에서 휴믹산 농도 및 광산화, 흡착의 영향을 알아보았다. 휴믹산 농도 각각 2mg/L와 4 mg/L 일 때 UF 단독 공정 및 광촉매를 투입한 공정, UV를 조사한 공정을 막오염에 의한 저항$(R_f)$ 및 투과선속(J), 총여과부피 $(V_{\Upsilon})$ 측면에서 고찰하였다. 휴믹산 농도가 낮아질수록 $R_f$는 급격히 감소하고 J는 증가하여, 휴믹산 농도 2 mg/L에서 $V_{\Upsilon}$는 가장 높았다. 탁도의 평균 처리효율은 휴믹산 농도가 증가할수록 감소하였으나, 4 mg/L에서 휴믹산의 처리효율이 가장 높았다. 이러한 결과는 낮은 휴믹산 농도에서 휴믹산 대부분이 분리막에 의해 제거되고 막을 통과한 일부 휴믹산은 광촉매에 흡착 산화되어, 처리수의 수질이 휴믹산 2 mg/L 와 4 mg/L 에서 거의 같고 원수의 수질은 4 mg/L에서 더 높기 때문이다. 광산화와 흡착의 영향 실험에서 UF + $TiO_2$ + UV 공정의 J가 가장 높게 유지되어, 180분 운전 후 $V_{\Upsilon}$가 가장 높았다. 휴믹산 및 탁도의 처리효율을 비교한 결과, 휴믹산 농도가 2 mg/L 에서 4mg/L로 증가하였을 때 광산화 보다 광촉매 흡착이 더 주요한 역할을 하였다.

• 멤브레인
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• 제25권6호
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• pp.524-529
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• 2015

본 연구에서는 사인파형 투과유속 운전방식을 중공사형 분리막에 적용하여 운전시간에 따른 막간차압(TMP)을 측정하였다. 유효 막면적이 $100cm^2$이고 공칭 세공크기가 $0.45{\mu}m$인 중공사막 모듈을 MLSS 5,000 mg/L 활성슬러지 용액으로 투과 실험하였다. 연속적인 단계별 투과유속 변화법으로 임계 투과유속을 측정하였으며 그 값은 $26.6L/m^2{\cdot}hr$이었다. 여과운전/정지이완(FR), 정지이완시 역세척(FR/BW) 및 사인파형 투과유속 연속운전(SFCO) 방식에 따른 TMP를 측정하였다. 임계 투과유속보다 낮은 15, 20 및 $25L/m^2{\cdot}hr$에서는 SFCO 운전방식이 FR 및 FR/BW에 비하여 효과적이었다. 그러나 임계 투과유속 이상에서는 FR/BW 운전방식이 SFCO보다 효과적으로 막오염을 제어할 수 있음을 확인하였다.

• 적정기술학회지
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• 제7권1호
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• pp.72-81
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• 2021

안전한 음용수 확보를 위한 적정기술로써 환경적, 기술적 요구사항을 충족할 수 있는 나노섬유 멤브레인으로 구성된 무동력 막 여과 시스템을 평가하였다. 이 장치는 수두차에 의한 중력과 생물학적 막 오염층 제어로 별도의 에너지원이 필요 없고, 핵심 소재인 PVDF 나노섬유 멤브레인 필터가 병렬로 연결, 모듈화되어 있어 물 생산성을 높이는 구조이다. 이 장치의 실제 현장 적용 가능성을 평가하기 위해 Pilot-scale (3000-5000 L/day) 나노섬유 멤브레인 기반 정수 시스템이 개발도상국(키리바시, 투발루 등)에 2017년 8월 설치되어 3개월간 운영되었다. 14-92 L/(m²×h)의 플럭스로 안정적 물 생산성을 확인하였고 처리수의 탁도와 박테리아의 높은 제거율 (99.99% 이상)로 안전한 수질을 장기간 제공할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 현장 적용을 통해 나노섬유 멤브레인 기반 무동력 정수 시스템이 장기간 안전한 음용수를 공급할 수 있는 정수장치로 평가되었고, 적정기술로써 개도국의 수처리 장치로 활용 가능성을 보여준다.

• 상하수도학회지
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• 제23권4호
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• pp.439-446
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• 2009

This study was performed to evaluate SND(simultaneous nitrification and denitrification)efficiency, nitrogen removal efficiency and filtration function of non-woven fabric by using submerging MBR packed with granular sulfur covered with non-woven fabric filter. Synthetic wastewater was used as influent wastewater. Concentration of $NH_4{^+}-N$ in influent was maintained about 40 mg/L and the experiment was performed in four phases according to the flow rate. Nitrogen loading rate divided four phases ranging from $0.04 kg\;NH_4{^+}-N/m^3-day$ to $0.16 kg\;NH_4{^+}-N/m^3-day$. As a result, the maximum $NH_4{^+}-N$ removal rate was accomplished at $0.142 kg\;NH_4{^+}-N/m^3-day$ in nitrogen loading of $0.147 kg\;NH_4{^+}-N/m^3-day$. Nitrification efficiency was higher than 95% in all phases. $NO_3{^-}-N$ loading rate was adjusted ranging from $0.22 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$ to $0.89 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$. The maximum $NO_3{^-}-N$ removal rate was accomplished up to $0.71 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$ in $NO_3{^-}-N$ loading of $0.89 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$. The maximum $NO_3{^-}-N$ removal efficiency was 95% in $NO_3{^-}-N$ loading of $0.22 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$. T-N removal rate was 90% and concentration of T-N in effluent was 3.7 mg/L in T-N loading rate of $0.039 kg\;NO_3{^-}-N/m^3-day$. In this study, TMP in reactor with and without non-woven fabric filter were observed to define fouling of hollow-fiber membrane module. Reaching time to standard washing pressure(22 cm Hg) of two reactors were 29 days with non-woven fabric But the reactor without non-woven fabric reached standard washing pressure only after 4 days. Accordingly, non-woven fabric was demonstrated the superiority as a filtration ability. With high nitrogen removal rate and decreasing of fouling of membrane, MBR packed with granular sulfur covered with non-woven fabric filter submerging in activated sludge aeration tank can be used as an advanced treatment process.