• 멤브레인
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• 제32권4호
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• pp.209-217
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• 2022

이온교환막(IEM)은 다양한 종류의 단가이온과 다가이온을 분리하기 위해 사용되는 막의 한 종류로, 배터리, 연료전지, 염화물-알칼리 공정 등에 사용된다. 이온교환막을 통한 막분리는 전기 구동력을 기반으로 한 녹색 분리 방식이며, 해수 담수화와 수처리 분야에서 떠오르는 방식이다. 전기투석(ED)은 양이온과 음이온이 이온교환막을 따라 선택적으로 이동하는 기술이다. 음이온 교환막(AEM)은 전기투석의 중요한 구성 요소 중 하나이며, 공정 효율을 향상시키는 데 상당한 역할을 한다. 이온교환막에 가교결합을 도입하면 자유 부피의 감소로 인해 이온 선택 분리 성능이 향상된다. 역삼투(RO) 공정을 통한 해수 담수화 시 RO 농축수에 용해된 염이 다량 존재한다. 따라서 1가 양이온 선택막으로 구성된 전기투석 공정은 오염을 줄이고 막 플럭스를 개선한다. 이 검토는 전기투석, 음이온 교환막, 그리고 양이온 교환막의 세 부분으로 나뉜다.

• 상하수도학회지
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• 제29권1호
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• pp.89-96
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• 2015

Smart water grid is a water network with communication to save water and energy using various water resources. In smart water grid, water product from the various sources can be blended to be supplied to end-users. The product water blending was reported by literatures while feed water blending has been rarely reported so far. In this work, a commercial reverse osmosis (RO) system design software provided by a membrane manufacturer was used to elucidate the effect of feed water blending on the performance of seawater reverse osmosis (SWRO) plant. Fresh water from exisiting water resource was assumed to be blended to seawater to decrease salt concentration of the RO feed water. The feed water blending can simplify the RO system from double to single pass and decrease seawater intake amount, the unit prices of the RO system components including high pressure pump, and operation risk. Due to the increase in RO plant capacity with the feed water blending, however, the RO membrane area and total power consumption increase at higher water blending rates. Therefore, a specific benefit-cost analysis should be carried out to apply the feed water blending to SWRO plants.

• Carbon letters
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• 제16권2호
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• pp.93-100
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• 2015

Surface modified carbon felts were utilized as an electrode for the removal of inorganic ions from seawater. The surfaces of the carbon felts were chemically modified by alkaline and acidic solutions, respectively. The potassium hydroxide (KOH) modified carbon felt exhibited high Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface areas and large pore volume, and oxygen-containing functional groups were increased during KOH chemical modification. However, the BET surface area significantly decreased by nitric acid ($HNO_3$) chemical modification due to severe chemical dissolution of the pore structure. The capability of electrosorption by an electrical double-layer and the efficiency of capacitive deionization (CDI) thus showed the greatest enhancement by chemical KOH modification due to the appropriate increase of carboxyl and hydroxyl functional groups and the enlargement of the specific surface area.

• Membrane and Water Treatment
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• 제8권3호
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• pp.279-292
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• 2017

This study was aimed at ultrafiltration (UF) as a pretreatment before reverse osmosis (RO) within the scheme of hybrid reverse osmosis-multistage flush (RO-MSF) desalination. Seawater at elevated temperature (after MSF heat-exchangers) was used as a feed in this process. The pretreatment system was represented as a set of functionally-linked technological segments such as: UF filtration, backwashing, chemical- enhanced backwashing, cleaning, waste disposal, etc. The process represents the sequences of operating cycles. The cycle, in turn, consists of the following unit operations: filtration, backwashing and chemical-enhanced backwashing (CEB). Quantitative assessment was based on the following indicators: normalized permeability, transmembrane pressure, specific energy and water consumption, specific waste generation. UF pre-treatment is accompanied by the following waste streams: $W1=1.19{\times}10$ power of $-2m^3$ (disposed NaOCl with 0.0044% wt.)/$m^3$ (filtrate); $W2=5.95{\times}10$ power of $-3m^3$ (disposed $H_2SO_4$ with 0.052% wt.)/$m^3$(filtrate); $W3=7.26{\times}10$ power of $-2m^3$ (disposed sea water)/$m^3$ (filtrate). Specific energy consumption is $1.11{\times}10$ power of $-1kWh/m^3$ (filtrate). The indicators evaluated over the cycles with conventional (non-chemical) backwashing were compared with the cycles accompanied by CEB. A positive impact of CEB on performance indicators was demonstrated namely: normalized UF resistance remains unchanged within the regime accompanied by CEB, whereas the lack of CEB results in 30% of its growth. Those quantitative indicators can be incorporated into the target function for solving different optimization problems. They can be used in the software for optimisation of operating regimes or in the synthesis of optimal flow- diagram. The cycle characteristics, process parameters and water quality data are attached.

• 대한환경공학회지
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• 제36권7호
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• pp.492-497
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• 2014

해수담수화 시설에서 전처리와 역삼투막(reverse osmosis, RO) 공정의 유기물 제거특성을 살펴보고, 유기물의 특성변화가 막오염 지수에 미치는 영향을 조사하였다. 연구에서 비교된 전처리 공정은 다중여재여과(dual media filter, DMF), 가압형 정밀여과(MF), 침지형정밀여과(SMF) 이다. 유기물의 특성변화를 알아보기 위해 원수와 공정별 처리수의 탁도, $UVA_{254}$, DOC, size exclusion chromatography (SEC), fluorescence excitation emission matrix (FEEM), transparent exopolymer particles (TEP) 등을 분석하였다. 이온성 물질과 무기물 항목은 전처리 공정의 종류에 관계없이 처리되지 않았고 RO공정을 거치면서 99% 이상 제거되었다. 유기물에 의한 막오염에 큰 영향을 미치는 소수성 유기물은 전처리를 통해 상대적으로 제거가 용이하였다. 전처리 공정의 유기물 제거율은 막여과 공정(MF, SMF)이 기존 DMF 공정에 비해 높았다. 처리수내 유기물의 농도가 감소할수록 막오염지수 중 하나인 silt density index (SDI) 값도 감소하였다. MF로 전처리한 경우 SDI값이 가장 낮게 나타났는데, 처리수 내의 $0.1-0.4{\mu}m$ TEP 농도가 MF와 SMF 막오염지수의 차이와 상관관계를 보였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.721-728
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• 2016

지구상에 존재하는 물의 97%는 해수로 존재한다. 따라서 해양자원을 어떻게 활용하는 가는 최근 가장 중요한 이슈 중 하나이다. 해수의 이용은 해수담수화, 원자력 발전소의 냉각수, 해양심층수 활용 등 다양한 분야로 확대되고 있다. 깨끗한 해수를 취수하기 위해 여과사를 이용한 해수취수시스템이 활발하게 사용되고 있으며 이러한 시스템에 적용되는 취수관의 경우 각 취수구 별로 균등하게 취수될 때 취수효율뿐만 아니라 여과의 효율도 높일 수 있다. 본 연구에서는 해수취수시설에 적용된 2중관 구조의 취수효율 향상 효과를 3차원 수치모의를 통해 확인하였으며 상부유공의 간격변화에 따른 구간별 취수량을 분석하였다. 그 결과 관 말단부로 갈수록 상부유공의 간격이 감소되는 경우가 전체적인 취수량은 큰 차이가 없었으나 상부유공을 통한 취수량의 구간별 표준편차가 최소로 나타났다. 또한 이 경우에 관내 흐름이 안정적이어서 취수의 효율도 향상되는 것으로 나타났다. 추후 본 연구의 결과를 바탕으로 다양한 조건 및 영향인자에 대한 민감도 분석이 수행된다면 개별 환경에 적합한 최적설계안을 도출하는데 활용될 수 있을 것이라고 생각한다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권4호
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• pp.333-337
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• 2014

본 연구의 목적은 해수담수화 과정 중 생기는 농축수(Concentrated seawater)에서 염소이온은 제거하고 유용미네랄인 마그네슘, 칼슘은 잔존시키는 수질조정 기술로 고경도 농축수 제조 공정 개발에 있다. 기존의 고경도 농축수를 생산하는 일반적인 방법으로 증발법을 사용하고 있는 실정이다. 증발법은 에너지 소비량이 큰 단점을 가지고 있어, 본 연구에서는 에너지 소비량을 줄일 수 있는 막여과법을 사용하여 고경도 농축수를 제조하였다. 연구에 사용한 막은 나노여과막으로서, 제품의 사양, 농축 차수, 압력 등의 인자에 따라 고경도 농축수를 다양하게 만들 수 있었다. 본 연구의 실험 결과로 나노여과 막을 이용하여 고경도 농축수를 제조한 실험 결과, 압력은 15 bar~20 bar, 농축차수는 2차~3차에서의 결과 값이 경제성 등을 고려하였을 때 효과가 큰 것으로 나타났다. 본 실험을 통하여 나노여과막을 이용한 고경도 농축수 제조에 경제적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 사료되어진다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권7호
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• pp.477-484
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• 2016

다중효용 태양열 담수기에서 다중효용부 각 효용단의 해수 공급유량은 효용수 증가에 따른 열에너지 감소를 고려하여 점차 줄어드는데, 선행연구에서는 효용단 별 서로 다른 공급유량 감소율을 제시하였다. 이론적으로 열에너지 감소율이 일정하기 때문에 효용단 별 서로 다른 유량감소율은 적절하지 않다. 본 논문에서는 수치해석을 통해 다중효용부의 공급유량 감소율에 따른 담수생산량 특성을 분석하였다. 해석결과 공급에너지가 같은 조건(12MJ)에서 동일한 감소율(11%)일 때와 그렇지 않을 때의 생산량 차이는 0.56%로 거의 비슷하였다. 또한 수치해석을 통해 고온의 배기가스로부터 얻은 공급 에너지량에 따라 다중효용부 해수공급유량의 최적값을 도출하였다. 최적 유량은 에너지의 공급 형태에 따라 선형적으로 증가하거나 증가 후 평형상태에 도달하는 현상이 발생하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.21-27
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• 2013

The present study explored the way to desalinate seawater for agricultural irrigation using forward osmosis (FO) process using liquid fertilizer as draw solution. FO experiments were performed in a cross flow mode using flat sheet FO membrane. The effect of membrane orientation, flow rate, and draw solution concentration on the performance of forward osmosis was investigated by measuring water flux of forward osmosis membrane. The water flux when the draw solution was placed against the membrane active layer was lower than the water flux when the feed solution was placed against the membrane active layer. This results indicated that the decrease of effective osmotic pressure by dilutive internal concentration polarization was less than that by concentrative internal concentration polarization. Increasing flow rate from 66.7 to 133.1 $cm^3$/min resulted in increase of the water flux when the membrane active layer orient to draw solution and feed solution, respectively. The reduction of resistance to water flow increased water flux at higher flow rate. The water flux of FO membrane increased with increasing draw solution concentration from 10000 to 30000 mg/L. The water flux for $KH_2PO_4$ draw solution was similar to that for commercial fertilizer. Optimization of FO process would contribute to economically desalinate brackish water for agricultural use.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제8권2호
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• pp.60-66
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• 2005

삼투압보다 높은 외부압력을 역으로 걸어주면 용매는 용질 농도가 낮은 용액쪽으로 이동하게 되는데 이 현상을 역삼투라고 한다. 역삼투 원리를 이용하여 40-70 기압의 압력구배를 구동력으로 해서 해양심층수의 담수화 적용성을 검토 조사하였다. 역삼투막의 성능에 영향을 미치는 유량과 염제거율에 관한 온도와 압력등 여러 인자들에 관하여 고찰하였다. 온도는 역삼투압 분리막의 유량에 비례하는 반면, 염제거율에 반비례하는 관계를 보이고 있다. 압력은 분리막의 유량과 염제거율에 비례하는 관계를 보였다. $Mg^{2+},\;Ca^{+2},\;Na^+,\;K^+$ 등과 같은 해수의 주성분 미네랄에 대한 역삼투 분리막의 분리특성은 해수와 같은 강전해질 용액에서 전하량이 큰 $Mg^{2+}$와 $Ca^{2+}$의 염제거율은 99% 이상으로 온도에 비례하는 관계를 보였다. 전하량이 적은 $Na^+$의 염제거율은 98%-99.5%로 2가 이온의 염제거율보다는 낮고, 전하량이 작은 $K^+$ 이온보다는 크게 나타났다. 약산이나 상온에서 기체상태나 유리상태로 존재하는 보론의 배제율은 역삼투 분리 막에서 상당히 낮게 나타나고 대부분 우리나라 먹는물의 수질 기준치를 상회한다. 그러나 보론의 배제율은 온도에 반비례하고 압력에 비례하는 관계를 이용하여 수온 $5^{\circ}C$, 압력 $70kgf/cm^2$의 운전조건에서 생산된 생산수의 보론 농도는 우리나라의 먹는물 수질 기준을 만족한다.