• Membrane and Water Treatment
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• 제6권1호
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• pp.53-75
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• 2015

This paper provides an overview of the role of membranes in bioelectrochemical systems (BESs). Bioelectrochemical systems harvest clean energy from waste organic sources by employing indigenous exoelectrogenic bacteria. This energy is extracted in the form of bioelectricity or valuable biofuels such as ethanol, methane, hydrogen, and hydrogen peroxide. Various types of membranes were applied in these systems, the most common membrane being the cation exchange membrane. In this paper, we discuss three major bioelectrochemical technology research areas namely microbial fuel cells (MFCs), microbial electrolysis cells (MECs) and microbial desalination cells (MDCs). The operation principles of these BESs, role of membranes in these systems and various factors that affect their performance and economics are discussed in detail. Among the three technologies, the MFCs may be functional with or without membranes as separators while the MECs and MDCs require membrane separators. The preliminary economic analysis shows that the capital and operational costs for BESs will significantly decrease in the future due mainly to differences in membrane costs. Currently, MECs appear to be cost-competitive and energy-yielding technology followed by MFCs. Future research endeavors should focus on maximizing the process benefits while simultaneously minimizing the membrane costs related to fouling, maintenance and replacement.

• Membrane and Water Treatment
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• 제5권3호
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• pp.207-219
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• 2014

Fouling is one of the critical factors associated with the application of membrane technology in treating palm oil mill effluent (POME), due to the presence of high concentration of solid organic matter, oil, and grease. In order to overcome this, chemical cleaning is needed to enhance the effectiveness of membranes for filtration. The potential use of sodium hydroxide (NaOH), sodium chloride (NaCl), hydrochloric acid (HCl), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), and ultrapure water (UPW) as cleaning agents have been investigated in this study. It was found that sodium hydroxide is the most powerful cleaning agent, the optimum conditions that apply are as follows: 3% for the concentration of NaOH, $45^{\circ}C$ for temperature solution, 5 bar operating pressure, and solution pH 11.64. Overall, flux recovery reached 99.5%. SEM images demonstrated that the membrane surface after cleaning demonstrated similar performance to fresh membranes. This is indicative of the fact that NaOH solution is capable of removing almost all of the foulants from PES membranes.

• 상하수도학회지
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• 제24권1호
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• pp.15-24
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• 2010

Coagulation can be used for pretreatment of NF membrane filtration. Foulants such as organic matter and particulate can be removed effectively with the process while high flux recovery is maintained. Recently various types of polyaluminium coagulants including polyaluminium chloride(PAC) are commercially available for water treatment. This study examines effects of polymeric Al and hydrolysis products of PAC on nanofiltration membrane performance. Dominant hydrolysis products were polymeric Al, $Al(OH)_3$, and ${Al(OH)_4}^{-1}$ at acidic, neutral, and alkaline pH conditions, respectively. Under acidic pH condition, flux decline was increased with increasing PAC concentrations, possibly due to polymeric Al adsorption on membrane pore and/or surfaces. For neutral and alkaline pH conditions, little flux decline was observed with increasing PAC concentrations except the highest ${Al(OH)_4}^{-1}$ concentration, with which rapid flux decline was shown. Removal of ionic matters was also varied with pH conditions in this study. Especially, conductivity removal was substantially low and $Ca^{2+}$ concentration in the permeate was quite high at neutral pH condition.

• 대한환경공학회지
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• 제28권6호
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• pp.613-619
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• 2006

[ $MIEX^{(R)}$ ]와 응집에 의한 분자량 크기별 제거특성에서는 10 kDa 미만의 유기물질에 대해서는 $MIEX^{(R)}$ 처리가 우수한 제거능을 나타내었으나, 10 kDa 이상의 유기물질은 응집 공정에서 높은 제거능을 가지는 것으로 나타났다. 막의 공극 크기에 대한 투과 flux 실험결과 UF 공정에 비하여 MF 공정에서의 투과 flux 감소율이 낮게 나타나고 있으며, MF 공정에 적용된 전처리 공정중 $MIEX^{(R)}+MF$ 공정의 경우 응집+MF 공정에 비하여 투과 flux 감소율이 낮게 나타나고 있다. $MIEX^{(R)}+UF$ 공정의 경우 입자상 물질의 존재 유무에 상관없이 flux 감소율은 거의 유사하게 나타났으나, 응집+UF 공정의 경우에는 용존성 유기물질만이 존재하는 시수에 비하여 입자상 물질이 존재하는 경우 투과 flux 감소율은 작게 나타났다. 응집 공정의 적용 후 다양한 입도분포 변화가 발생하였으며, pH 7에서 $MIEX^{(R)}$ 입자의 제타전위 측정결과 $MIEX^{(R)}$ 입자의 전하는 평균 -2.3 mV로 나타나 전기화학적으로 입자상 물질의 흡착이 가능하며 $MIEX^{(R)}$가 침전됨에 따라 입자상 물질이 sweep되어 입도분포 변화를 보였다.

• 멤브레인
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• 제19권1호
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• pp.7-18
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• 2009

본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 모듈 내부와 관형 세라믹 정밀여과막 외부 사이의 공간에 입상 활성탄(GAC)을 충전한 혼성 모듈을 사용하였다. 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 대상으로 하였다. 혼성공정에서 막오염을 최소화하고 투과선속(J)을 향상시키기 위하여 역세척 시간(BT)과 역세척 주기(FT)에 따른 영향을 알아보았으며, 최적운전조건을 규명하고자 하였다. 그 결과, BT가 증가함에 따라 $R_f$ 다소 감소하는 경향을 보였으며, 더 짧은 FT는 빈번한 역세척으로 $R_f$의 감소와 J의 향상에 더 효과적이었다. 그러나 운전비용을 고려하였을 때, 최적 BT 및 FT는 각각 10초와 8분이었다. 한편, 모사용액으로 실험하여 도출된 최적 운전조건을 호소수의 고도정수처리에 적용하였다. 그 결과, 탁도 및 $UV_{254}$ 흡광도, $COD_{Mn}$의 평균처리효율은 각각 99.11% 및 91.40%, 89.34%로 우수하였으나, TDS의 평균처리효율은 30.05%로 낮았다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.224-231
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• 2019

최근 지하수의 오염이 심각해지고 있다. 특히 축산농가 근처의 지하수 오염은 더욱 심해지고 있으며, 음용수로 마시기 어렵다. 그러나 일부 지역에서는 오염된 것을 알면서도 마시고 있다. 본 논문에서는 마을 공동우물에 설치할 수 있는 지하수 정수 장치를 설계 하였다. 설계된 지하수 정수 장치는 RO 멤브레인 필터를 사용하고, UV 살균을 통해 중금속, 박테리아, 유기화합물 등의 오염물질을 제거할 수 있게 하였다. 또한 원격 모니터링을 위해 전기 전도도, 압력, 유량 등의 센서를 부가하였다. 원격으로 모니터링하는 압력 및 유량 데이터로 RO 멤브레인 필터의 파울링 및 오염의 여부를 판단할 수 있으며, 급수의 전기전도도를 통해 유입되는 지하수의 오염 및 상태의 변동을 파악할 수 있다. 본 논문에서 설계된 지하수 정수 장치를 시골 농가에 설치하여 원격 모니터링 하였다. 15일간 지하수 정수 장치를 운영하고 모니터링 데이터를 분석한 결과, 생산수 유량은 평균 2.67L/min이고 급수의 압력 평균 7.09kgf/㎠로 RO 멤브레인 필터가 파울링 및 막힘없이 필터링되고 있음을 파악할 수 있었다. 또한 평균 전기전도도는 급수 796.6 uS/㎠이고 생산수 55.6uS/㎠로 일반적인 수돗물과 유사한 값을 나타내고 있어 주변에 오염원이 발생하지 않았음을 확인 할 수 있었다. 따라서 설계된 지하수 정수 장치는 원격 모니터링을 통해 필터의 교체 시점을 미리 확인할 수 있고, 지하수의 오염 여부에 대한 상태 확인이 가능하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권4호
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• pp.1391-1398
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• 2010

S전자에서 발생되는 유기성 산업폐수의 생물학적 처리인 MBR 공정의 유출수를 LCD 제조공정의 용수로 재사용하기 위하여 $32m^3/d$ 규모의 pilot-scale RO 막분리 공정을 구축하고 RO 막분리 공정의 운전압력과 투과유량에 따른 막간차압 및 CIP 주기 그리고 TOC와 전기전도도의 용질분리에 대한 영향을 분석하였다. MBR 공정의 유출수는 일반적인 처리수 재사용 수질기준을 만족하나 LCD 제조공정의 S전자 자체 재사용 용수 수질기준인 TOC<1mg/L와 전기전도도<$100{\mu}S/cm$를 만족하지 못하므로 후속 처리가 불가피하다. RO 막분리 공정의 회수율을 85%로 일정하게 유지한 상태에서 투과유량을 12.5 LMH에서 22.0 LMH로 증가시키면서 운전한 결과 모든 투과유량에서 RO 투과수는 자체 재활용 용수 수질기준을 만족하였다. 그러나 RO 막오염에 의한 막간차압이 상승되어 CIP 주기는 투과유량이 증가되면 짧아지는 효과가 나타났다. RO 막분리 공정의 최적 운전인자는 회수율 85%에서 투과유량 16.5~18.5 LMH이었으며 운전압력은 $6.7{\sim}12.4kgf/cm^2$, CIP 주기는 투과생산량/운전비에 적절한 20일~25일로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제25권4호
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• pp.301-309
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• 2015

최근 해수담수화 기술에 관한 관심이 증가하면서 해수 전처리 기술의 중요성이 날로 증가하고 있다. 해수담수화 기술은 미래 수처리 핵심기술로 자리매김하고 있고 이를 위한 전처리 기술의 올바른 선택과 운영은 향후 해수담수화 기술의 효율향상과 공정 최적화를 위해 중요하게 고려되어야 할 것이다. 해수담수화 전처리 기술의 목적은 주로 해수에 존재하는 입자성 물질, 콜로이드성 물질, 유기물질, 무기물질 그리고 미생물 오염물질 등의 처리를 통해 후단 담수화 기술의 효율성을 향상시키기 위함이나 전처리 기술 대상 처리물질의 범위는 매우 다양하여 맞춤형 전처리 기술의 적절한 적용이 필요하다. 해수담수화에서 올바른 전처리 기술의 적용은 후단 담수화 시설의 높은 처리효율 및 문제점을 최소화시킴과 동시에 해수의 큰 수질변동과 기후적인 그리고 지역적인 영향 등에 즉각적으로 대처할 수 있으므로 전처리 기술의 운영전략은 미래 해수담수화 기술의 성공여부를 결정짓기 위해 매우 중요하게 다루어져야 한다. 또한 최근에 많은 관심을 가지고 있는 해수 미세조류의 번성은 담수화 전처리 기술의 선정에 있어서 잠재적인 장애가 되고 있어 이에 대한 올바른 이해도 반드시 필요하다. 본 총설에서는 해수담수화 전처리 기술에 관한 그동안의 연구동향을 분석하고 해수담수화 전처리 기술의 선택 및 운전 최적화 달성을 위한 향후 도전과제들을 제시하고자 한다.

• 멤브레인
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• 제24권3호
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• pp.201-212
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• 2014

본 연구는 국내 최초로 도입된 Y 정수장의 세라믹막 고도정수처리를 위한 최적 운영 인자를 도출하기 위하여 수행되었다. 경제성과 수질조건을 만족하면서도 세라믹막 여과성능을 지속 유지할 수 있는 최적 운영조건을 도출한 결과, Y 정수장의 평상시 수질 조건에서 막역세척으로 인한 배출수 발생량을 최소화시키면서도 막여과성능을 유지할 수 있는 최적 여과지속시간(역세척 주기)은 시설용량($16,000m^3$/일) 기준 시 4.0시간으로 조사되었다. 또한 화학세척(CIP)에 따른 막차압 회복력을 조사한 결과, 구연산을 이용한 산세정을 통하여 철, 망간, 알루미늄 등의 막 파울링을 일으키는 무기오염물질은 제거되지만 막회복률은 낮았다. 반면 차아염소산나트륨을 사용한 알칼리 세정을 통해서는 막 운영 초기 막차압으로 회복되는 것으로 나타났다. 막차압을 발생시키는 파울링 주요 원인물질은 친수성 고분자 유기오염물인 polysaccharides로 조사되었으며, 화학세척(CIP)시 막성능 회복률은 세척약품 온도에 의한 영향이 매우 크며, 온도가 높은수록 막성능 회복률이 향상되는 것으로 조사되었다.

• 멤브레인
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• 제18권3호
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• pp.191-197
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• 2008

본 연구에서는 고도정수처리를 위하여 모듈 내부와 세라믹 정밀여과막 외부 사이의 공간에 입상 활성탄(GAC)을 충전한 혼성 모듈을 이용하였으며, 정수 원수 중의 자연산 유기물(NOM)과 미세 무기 입자를 대체하기 위해, 휴믹산(humic acid)과 카올린(kaolin) 모사용액을 사용하였다. GAC의 충전율(packing fraction)에 따른 처리효율의 변화를 알아보고자. GAC의 충전율을 $0{\sim}24.05%$로 변화 시켰다. 그 결과, 3시간 운전하는 동안 막오염에 의한 저항($R_f$) 및 투과선속(J)의 변화 곡선은 GAC의 충전율에 관계없이 거의 중첩되었다. 그리고 탁도의 처리효율은 모든 조건에서 99.46% 이상으로 높았으며, $UV_{254}$ 흡광도로 측정한 NOM의 처리효율은 최대 충전율 24.05%에서 제거율은 99.43%로 가장 높게 나타났다. 한편, 충전율 24.05%에서 13시간 동안 운전한 결과, J는 막오염의 증가에 따라 운전 초기 1시간 이내에 급격히 감소하였으며 3시간 운전 후부터는 거의 일정한 투과선속을 나타냈다. 그리고 탁도 및 NOM의 처리효율은 각각 99.52%와 96.63%로 안정적인 높은 처리효율을 보였다.