• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.243-243
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• 2020

본 연구는 장래 유입수질 변화로 해수담수화(Desalination) 역삼투압(Seawater Reverse Osmosis) 공정의 전력비 예측 모델을 개발하고 별도의 해수담수화 추가공정이 필요한지 검토하였다. 플랜트 시설은 한번 설치되면 오랜 기간 운영이 되고, 주요 공정의 시설물 변경이 어려우며, 특히 해수담수화 시설의 경우에는 생활용수 및 공업용수를 수요자에 상시 공급함으로서 중간에 추가 시설물을 증설하거나 변경하기가 쉽지 않다. 따라서 해수담수화 시설의 계획 초기부터 현재의 유입수질 및 장래의 수질 변화를 예측하여 해수담수화 공정을 계획하는 것이 필요하다. 금회 검토는 해수온도 및 염분도 변화를 고려하여 서해에 위치한 대산산업단지 해수담수화 시설의 해수담수화 공정 전력비를 예측하였고, 입력 자료(온도 및 염분도)는 국가해양환경정보통합시스템(MEIS, Marine Environment Information System) 22년 과거자료(1997~2018년)를 이용하였다. 개발된 모형에 적용하여, 해수담수화에 필요한 전력비의 변화를 예측할 수 있으며, 이를 바탕으로 해수담수화 시설물 공정계획을 검토할 수 있었다. 금회 연구에서는 장래 수질변화 예측모형의 결과를 기반으로 해수담수화 시설물 공정을 제시하였다는데 의의가 있다.

• Membrane and Water Treatment
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• 제8권5호
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• pp.449-462
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• 2017

Direct treatment of municipal wastewater by forward osmosis (FO) process was evaluated in terms of water flux decline, reverse salt diffusion, pollutants rejection and concentration efficiency by using synthetic seawater as the draw solution. It was found that when operating in PRO mode (active layer facing the draw solution), although the FO membrane exhibited higher osmotic water flux, more severe flux decline and reverse salt diffusion was also observed due to the more severe fouling of pollutants in the membrane support layer and accompanied fouling enhanced concentration polarization. In addition, although the water flux decline was shown to be lower for the FO mode (active layer facing the feed solution), irreversible membrane fouling was identified in both PRO and FO modes as the water flux cannot be restored to the initial value by physical flushing, highlighting the necessity of chemical cleaning in long-term operation. During the 7 cycles of filtration conducted in the experiments, the FO membrane exhibited considerably high rejection for TOC, COD, TP and $NH_4{^+}-N$ present in the wastewater. By optimizing the volume ratio of seawater draw solution/wastewater feed solution, a concentration factor of 3.1 and 3.7 was obtained for the FO and PRO modes, respectively. The results demonstrated the validity of the FO process for direct treatment of municipal wastewater by using seawater as the draw solution, while facilitating the subsequent utilization of concentrated wastewater for bioenergy production, which may have special implications for the coastline areas.

• 상하수도학회지
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• 제35권1호
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• pp.39-52
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• 2021

The global water shortage is getting more attention by global climate change. And water demand rapidly increases due to industrialization and population growth. Desalination technology is being expected as an alternative water supply method. Desalination technology requires low energy or maintenance costs, making it a competible next generation technology, with examples such as forward osmosis (FO), membrane distillation (MD), capacitive deionization (CDI), and electrodialysis (ED) to compete with reverse osmosis (RO). In order to identify recent research trends in desalination technologies (FO, MD, RO, CDI, and ED) between 2000-2020, a bibliometric analysis was conducted in the current study. The number of published papers in desalination technology have increased in Desalination and Journal of Membrane Science mainly. Moreover, it was found that FO, MD, RO, CDI, and ED technologies have been applied in various research areas including electrochemical, food processing and carbon-based material synthesis. Recent research topics according to the desalination technologies were also identified.

• 대한환경공학회지
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• 제38권9호
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• pp.476-481
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• 2016

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.

• 멤브레인
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• 제25권2호
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• pp.132-143
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• 2015

인구의 급속한 증가, 한정된 식수 자원의 오염 등으로 인하여 인류에게 필수적인 물이 점점 부족해지고 있다. 깨끗한 물을 얻기 위해 분리막 공정을 이용한 수처리 방식이 널리 사용되고 있으며, 분리막 공정 중 하나인 정삼투 공정은 고압펌프 없이 구동이 가능하다. 정삼투 공정이 높은 수투과도를 가지기 위해서는 내부 농도 분극 현상 및 Reverse salt flux를 적게 일으키는 유도 용질 개발이 필요하며, 희석된 유도 용액에 포함된 유도 용질의 경제적인 회수 방법 개발 또한 필요하다. 현재까지는 $60^{\circ}C$ 가량에서 회수가 가능한 $NaHCO_3$와 같은 무기 유도 용질, 음료수 생산이 가능한 sucrose와 같은 유기 유도 용질, 자기장을 이용해 회수가 가능한 magnetic nanoparticle과 같은 유도 용질들이 개발되어 보고되었다. 또한, 이러한 정삼투 원리를 이용하여 해수 담수, 폐수처리, 단백질 정제, 압력 지연 삼투 이용한 에너지 생산, 관개를 위한 농축된 비료 희석, 바이오 연료를 위해 폐수로부터 조류를 키우는 공정과 같은 분야에 적용될 수 있다. 본 논문에서는 정삼투 공정에 영향을 주는 유도용액의 특성과 이상적인 조건, 여러 가지 유도 용질 및 유도용질의 회수 방법, 정삼투 공정의 적용 분야를 여러 논문 내용들을 바탕으로 정리하였다.

• 상하수도학회지
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• 제30권4호
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• pp.417-425
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• 2016

Desalination is a key technology to overcome water shortage problem in a near future. High energy consumption is an Achilles' heel in desalination technology. Osmotically driven membrane processes like forward osmosis(FO) was introduced to address this energy issue. Characterizing membrane properties such as water permeability(A), salt permeability(B), and the resistance to salt diffusion within the support layer($K_{ICP}$) are very important to predict the performance of scaled-up FO processes. Currently, most of researches reported that the water permeability of FO membrane was measured by reverse osmosis(RO) type test. Permeating direction of RO and FO are different and RO test needs hydraulic pressure so that several problems can be occurred(i.e. membrane deformation, compaction and effect of concentration polarization). This study focuses on measuring water permeability of FO membrane by FO type test results in various experimental conditions. A statistical approach was developed to evaluate the three FO membrane properties(A, B, and $K_{ICP}$) and it predicted test result by the internal and external concentration polarization model.

• Membrane and Water Treatment
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• 제13권2호
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• pp.63-72
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• 2022

Choline chloride-glycerol (1:2 mol), a natural deep eutectic solvent (NADES) is examined as a draw solution in forward osmosis (FO) for dewatering application. The NADES is easy to prepare, low in toxicity and environmentally benign. A polyamide thin film composite membrane was used. Characterization of the membrane confirmed porous membrane structure with good hydrophilicity and a low structural parameter (722 ㎛) suitable for FO application. A dilute solution of 20% (v/v) NADES was enough to generate moderate water flux (14.98 L m^-2h^-1) with relatively low reverse solute flux (0.125 g m^-2h^-1) with deionized water feed. Application in dewatering industrial wastewater feed showed reasonably good water flux (11.9 L m^-2h^-1) which could be maintained by controlling the external concentration polarization and fouling/scaling mitigation via simple periodic deionized water wash. In another application, clarified sugarcane juice could be successfully concentrated. Recovery of the draw solute was accomplished easily by chilling utilizing thermo responsive phase transition property of NADES. This study established that low concentration NADES can be a viable alternative as a draw solute for dewatering of wastewater and other heat sensitive applications along with a simple recovery process.

• 멤브레인
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• 제26권4호
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• pp.273-280
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• 2016

가압형 정삼투(pressure-assisted forward osmosis, PAFO) 공정은 기존의 정삼투(forward osmosis, FO) 공정의 단점인 낮은 수투과도 및 유도용질의 역확산을 극복하여 전체 공정 효율을 향상시킨다. 하지만 가압에 의한 추가적인 수리학적 압력의 작용은 파울링을 가속화 시킨다는 단점이 있다. 본 연구는 PAFO의 간헐적 운전방법인 간헐적 가압형 정삼투(Intermittent pressure-assisted forward osmosis, I-PAFO)의 파울링 저감 가능성을 평가하기 위해 수행되었다. 비교를 위해 FO 및 PAFO를 동시에 운전하여, 세 가지 운전에서의 파울링 거동을 관찰하였다. 파울링 실험을 위한 오염물질로 콜로이드 실리카 입자를 사용하였고, 분리막 및 입자의 정전기적 상호작용 에너지 변화가 파울링 거동에 미치는 영향도 확인하였다. 실험결과, I-PAFO 운전에서, 용액 pH 변화에 관계없이 가압구간, 압력완화 구간에서 각각 PAFO, FO보다 높은 수투과도를 유지하였다. 파울링 실험 후, PAFO에 비해 I-PAFO운전에서 더 적은 수투과도 감소가 관찰되었고, 이로 인해 물리세정 후 향상된 수투과도 회복률 또한 관찰되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권4호
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• pp.227-238
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• 2013

본 연구의 목적은 해수담수화 과정 중 황산이온과 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘은 잔존 시키는 미네랄 수질 조정 기술로 먹는물 수질기준에 맞는 고경수 제조 공정 개발에 있다. 역삼투막(RO)에 통과시켜 농축수(Concentrated deep seawater)와 탈염수(desalted deep seawater)를 제조하고, 나노여과막(NF)를 사용하여 염화나트륨이 제거되지 않은 1차 미네랄 농축수(Mineral enriched deep seawater)를 제조하여, 전기투석 이온교환막(ED)을 가동하여 염화나트륨을 제거한 탈염 미네랄농축수(Mineral enriched desalted water)를 제조하여 이를 RO 탈염수와 희석하여 고경도 먹는해양심층수를 제조하였다. 역삼투막은 해수(해양심층수) 원수에서 용존물질과 담수를 분리할 수 있으며, 2차에 걸쳐 역삼투막을 사용하면, 용존성분 중 99.9% 이상 제거되고, 경도 1이하, 염소이온의 농도 2.3 mg/L인 용존물질이 완전히 제거된 탈염수(순수)를 제조할 수 있었다. 나노여과막 (NF 막)의 간극은 $10^{-9}$ m으로 마그네슘과 칼슘은 50%정도 통과시키며, 염소이온과 나트륨 같은 일가이온은 95%이상 통과한다. 나노여과막은 마그네슘과 칼슘과 같은 경도 성분과 나트륨과 염소이온과 같은 염분성분을 분리 농축할 수 있지만, 완벽하게 분리하지는 못한다. 전기투석막(ED)은 전기전도도에 따라 경도성분의 이가이온과 염분성분인 일가이온이 분리된다. 전기전도도 20 mS/cm 이상에서 경도성분(마그네슘이온, 칼슘 이온 등)은 제거되지 않는 반면, 염분성분 (나트륨이온, 염소이온 등)은 지속적으로 제거되었다. 따라서, 나노여과막을 이용하여 마그네슘과 칼슘과 같은 경도 성분을 농축하고, 전기투석막을 이용하여 경도농축수에서 염분성분을 분리하여 경도농도 12,600 mg/L, 염소이온 농도 2,446 mg/L의 염분성분이 배제된 고경도 농축수를 제조할 수 있었다. 이러한 고경도수를 역삼투막을 이용하여 용존물질이 모두 제거된 2차 RO 생산수로 10배 희석하면 염소이온 농도 244 mg/L 로 먹는물 수질기준에 적합하면서 경도농도 1,260 mg/L 인 고경도 수 제조도 가능하였다. RO/NF/ED 또는 NF/ED 연계공정은 해수의 증발 없이 역삼투막, 나노여과막과 전기투석막만을 이용하여 염소이온과 나트륨, 칼륨, 황산이온과 같은 염분성분을 제거하면서 마그네슘과 칼슘과 같은 경도성분은 농축할 수 있어서 먹는물 수질기준에 적합한 고경도수 제조가 가능하였으며, 이 과정 중 소모되는 에너지를 줄일 수 있었다.

• 한국물환경학회지
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• 제28권2호
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• pp.292-299
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• 2012

The objective of this study is to develop a novel method for evaluating forward osmosis (FO) membrane performances using a non-pressurized FO system. Basic membrane performance parameters including water (A) and solute (B) permeability coefficients and unique parameter for FO membrane such as the support layer structural parameter (S) were determined in two FO modes (i.e., active layer faces feed solution (AL-FS) and active layer faces draw solution (AL-DS)). Futhermore, these parameters were compared with those determined in a pressurized reverse osmosis (RO) system. Theoretical water flux was calculated by employing these parameters to a model that accounts for the effects of both internal and external concentration polarization. Water flux from FO experiment was compared to theoretical water fluxes for assessing the reliability of those parameters determined in three different operation modes (i.e., AL-FS FO, AL-DS FO, and RO modes). It is demonstrated that FO membrane performance parameters can be accurately measured in non-pressurized FO mode. Specifically, membrane performance parameters determined in AL-DS FO mode most accurately predict FO water flux. This implies that the evaluation of FO membrane performances should be performed in non-pressurized FO mode, which can prevent membrane compaction and/or defect and more precisely reflect FO operation conditions.