다성분계 휘발성 유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds)의 분리를 위하여 상전이법을 이용하여 방사한 poly (ether imide) (PEI) 중공사 지지체에 poly (dimethylsiloxane) (PDMS)를 코팅하여 중공사 복합막을 제조하였다. VOCs 회수용 중공사막으로서 적합성을 알아보기 위해서 중공사막의 모폴로지, 질소 및 산소 기체 투과도를 측정하고, 벤젠, 톨루엔 그리고 자일렌에 대한 내구성을 조사하였다. 다성분계 휘발성 유기화합물의 효과적인 분리성능을 조사하기 위하여 Stage-cut과 feed 농도에 따른 다성분계 VOCs 투과 성능 변화를 관찰하였다. PEI 지지체 중공사막에 PDMS를 코팅시킴에 따라 산소와 질소 투과도는 각각 45,000 GPU와 49,450 GPU에서 63 GPU와 30 GPU로 감소하는 것을 확인하였다. VOCs 투과농도는 Stage-cut이 감소함에 따라 증가하나, 회수율은 감소하였다. 반면에 공급농도 증가에 따라 투과농도는 비례적으로 증가하였지만, 농축비나 회수율은 큰 변화가 없었다.
이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.
산소 투과율이 좋은 silicone tube안쪽에 nutrient 공급을 위한 3개의 isotropic polypropylene hollow fiber 3개를 넣어 제작된 이중 실관 반응기에서 E. coli cell을 immobilization 하여 cell density와 packing characteristics를 조사해 보았다. E. coli cell들은 거의 100% Packing되어 동물조직에서 처럼 층을 이루면서 자랐고 ceil density를 측정해 본 결과 약 550g/$\ell$고농도 세포배양이 가능하였다.
A novel system to thicken the concentrated colloidal solution from membrane water treat-ment processes was developed. A hollow-fiber microfilter(hydrophilic polyethylene nominal pore size 0.1 μm total surface area 0.42 m2) was installed in an acrylic housing that has an aeration port 5 cm below the membrane and a clarifier in the bottom. The concentrate was uniformly supplied from the top of the housing. Bacuum filtration caused downward flow of concentrate and as a result thickening interface. The addition of poly-aluminum chloride (PAC) resulted in rapid increase of trans-membrane pressure (TMP) and in no improvement of the filtered water turbidity and thickening process. Two types of con-centrate and concentrate turbidity had little effect on the increase of TMP and concentrate thickening. It was observed that for the same height of membrane housing membrane surface area to housing volume (A/V) ratio had significant effect on the increase of TMP. When the housing volume was increased ten times the increasing rate of TMP was three times faster as compared to the original housing. A hydraulic model successfully simulated the formation and sedimentation of thickening interface.
Using the hollow fiber membrane module in a lab-scale membrane bioreactor, the anoxic- oxic (AO) process for nitrogen removal was operated for about one year. For the influent wastewater containing 1,200-1,400 mg $1^{-1}$ of CODcr and 200-310 mg $1^{-1}$ of nitrogen, this process achieved a high quality effluent of less than 30 mgCOD $liter^{-1}$ and 50 mgN $liter^{-1}$. The removal rate of organics was above 98% at a loading rate larger than 2.5 kgCOD $m^{-3}$$d^{-1}$. When the internal recycle from the oxic to the anoxic reactor changed room 2n to 600% rout the influent flow rate, the nitrogen removal rate increased from about 70 to 90% at a loading rate of 0.4 kgT-N m-s d-1. The initial increase of transmembrane pressure (TMP) was observed after a 4-month operation while maintaining the flux and MLSS concentration at 7-9 1 $m^2$$h^{-1}$ and 6,000-14,000 mg $1^{-1}$, respectively. The TMP could be maintained below 15 cmHg for an 8-month operation. The chemical cleaning with an acid followed by an immersion in an alkali solution gave better cleaning result with the membrane operated for 10 month rather than that only by an alkali immersion.
다공성 지지체인 Polyvinylidene fluoride (PVDF) 중공사막에 염석법을 기반으로 하여 Polyethyleneimine (PEI)와 Polyvinylsulfonic acid (PVSA)를 가압법(phase separated and pressurization, PSP)으로 코팅시켜 다층막을 제조하였다. 이에 열처리 온도, 코팅농도, 유입수 농도, 가교시간 및 가교제 농도에 대하여 NaCl 100 ppm을 공급액으로 하여 4 atm에서 투과도와 제거율을 알아보고자 하였다. 가장 좋은 결과로는 PEI 20,000 ppm과 PVSA 1,000 ppm, PEI 15%에 말산 2% 수용액으로 가압코팅 후 열처리하였을 때 투과도 24.3 LMH, 제거율 82.1%의 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 폴리프로필렌을 소재로 열유도 상분리 공정과 연신공정을 적용한 복합공정을 통하여 중공사막을 제조하였다. 희석제로는 soybean oil을 사용하였고 구정의 조절을 위하여 benzoic acid를 기핵제로 사용하여 연신용 전구체를 제조하였고 이를 연신하여 다공성 중공사막을 제조하였다. 연신공정에서 연신율과 변형속도의 영향을 조사하였는데 연신율이 높을 때는 미세공의 크기가 커지면서 불균일한 미세공이 생성되었고 변형속도가 높을 때는 균일한 크기의 미세공 분포도를 보이며 미세공의 크기가 커졌다. 연신율이 증가할수록 고분자 사슬의 배향도가 높아지면서 인장강도가 향상되었고 변형속도가 높아지면서 결정성 영역의 고분자 사슬의 배향도는 변하지 않았으나, 무정형 영역의 고분자 사슬 배향도가 낮아지면서 전체적인 중공사막의 인장강도는 저하되었으며 상대적으로 약한 spherulite를 연결하는 micro-fibril이 끊어지면서 미세공의 병합이 이루어져 원형의 기공이 형성되었다.
에탄올의 발효 생산성을 높이기 위해서는 발효조의 균체농도를 높여 고농도의 배양을 해야하며 또한 에탄올에 의한 저해 작용을 감소시켜 비생산성을 향상시키기 위해서는 발효액 중에 축적되는 에탄올을 배출 시킬 필요가 있다. 이와 같은 목적으로 본 연구에서는 고분자 hollow fiber membrane, ceramic filter를 이용하여 가장 중요한 조작 변수인 희석율과 bleed stream ratio가 에탄올 생산성에 미치는 영향 및 조작의 문제점과 장기 조업 가능성을 검토하였다.
도장공정에서 발생되는 휘발성 유기화합물의 회수를 위하여 중공사 분리막 모듈을 이용한 공정을 준비하여, 공급압력과 시간변화에 따른 휘발성 유기화합물의 회수에 대한 특성평가를 실시하였다. 중공사 분리막 모듈을 도장공정에 직접 적용한 결과, 투과된 휘발성 유기화합물의 농도는 투과시간과 압력의 증가됨에 따라 증가되었으며, 단일공정보다 다단공정이 더 우수한 분리성능을 나타내는 것을 확인하였다.
Two-stage membrane bioreactor using submerged hollow fiber membrane was applied in laboratory scale to treat nitrogen and phosphorus of domestic wastewater. Alum as the flocculant and adsorbent was added into the anaerobic basin of two-stage membrane bioreactor and mixed liquid of aerabic basin was recycled to the anaerobic basin for the purpose of nitrogen removal. Experiment was carried out to find removal efficient of phosphorous and nitrogen components in the mixed liquid, and the stability of the permeate flux and pressure of two-stage membrane bioreactor. In case of alum was added as the flocculant and adsorbent into the anaerobic basin, soluble phosphorus removal efficient was relatively higher and total permeate resistance(Rtot) was more increased out nitrogen removal efficient was lower as the result of lack of alkalinity and insufficient nitrification process than the case of alum was not added.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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