• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.323-328
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• 2016

공기주입형 가압식 MBR 공정은 일반적인 침지식 MBR 공정과 마찬가지로 정상 운전조건에서 막 오염에 대한 제어 및 관리 기술뿐만 아니라 저유량, 저부하 조건과 같은 비정상 운전조건에서도 시설의 운영에 지장이 없도록 막 오염에 대한 제어 대책이 필요하다. $85m^3$/일 규모의 공기주입형 가압식 MBR 실증시설 운영을 통해 공기주입에 의한 분리막 오염 저감효과와 비상 시 운전조건에서 미생물에 의해 나타날 수 있는 막 오염 문제를 고찰하였다. 가압식 분리막에서 공기의 주입은 분리막 표면에서 공기방울에 의한 scouring 효과에 의해 TMP 상승 기간을 연장시키고 처리의 안정성과 높은 효율의 플럭스($40L/m^2{\cdot}h$ 이상)를 장시간 유지할 수 있는 것으로 분석되었다. 비정상 운전조건에서는 생물반응조에 PACl (53 mg/L as Al)을 주입한 경우 19%의 TMP 상승 감소효과가 있었으나 MBR 공정의 비정상 운전조건 지속에 따른 반복적인 PACl의 주입은 질산화 미생물의 활성도에 영향을 미치게 되어 궁극적으로 질소 처리효율이 악화될 수 있음을 회분식 배양 실험을 통해 확인하였다. 생물반응조에 PAC (0.6 g/L)을 주입한 경우에서는 연속운전 5일 동안 TMP 상승 없이 운전 초기 TMP인 $0.2kg/cm^2$을 유지하여 안정적으로 운전이 가능하였다. 이것은 미생물의 성장 저해조건에서 막 오염 원인물질을 유발하는 EPS와 같은 고분자 물질의 흡착에 따른 것으로 판단된다.

• 한국환경과학회지
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• 제20권10호
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• pp.1233-1241
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• 2011

The main objective of this experimental investigation was $CH_4$ recovery from biogas generated in municipal and wastewater treatment plant. The polysulfone hollow fiber membrane was prepared in order to investigate the permeation properties of $CH_4$ and $CO_2$. Permeability of $CO_2$ in Polysulfone membrane was 11-fold higher than of $CH_4$ gas. A membrane pilot plant for upgrading biogas was constructed and operated at a municipal wastewater treatment plant. The raw biogas contained 66 ~ 68 Vol % $CH_4$, the balance being mainly $CO_2$. The effect of the operating pressure of feed and permeate side and feed flowrate on $CH_4$ recovery concentration and efficiency were investigated with double stage membrane pilot plant. The $CH_4$ concentration in the retentate stream was raised in these tests to 93 Vol % $CH_4$.

• Membrane and Water Treatment
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• 제7권4호
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• pp.297-311
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• 2016

Modeling and simulation of air humidification by hollow fiber membrane contactors are investigated in the current study. A computational fluid dynamic model was developed by solving the k-epsilon turbulence 2D Navier-Stokes equations as well as mass conservation equations for steady-state conditions in membrane contactors. Finite element method is used for the study of the air humidification under different operating conditions, with a focus on the humidity density, total mass transfer flux and velocity field. There has been good agreement between simulation results and experimental data obtained from literature. It is found that the enhancement of air stream decreases the outlet humidity from 0.392 to 0.340 (module 1) and from 0.467 to 0.337 (module 2). The results also indicated that there has been an increase in air velocity in the narrow space of shell side compared with air velocity wide space of shell side. Also, irregular arrangement has lower dead zones than regular arrangement which leads to higher water flux.

• 멤브레인
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• 제31권5호
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• pp.327-332
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• 2021

멤브레인 기반의 MBRWG (Membrane Bioreactor for Waste Gas) 처리기술은 폐가스 흐름에 대한 높은 선택성을 바탕으로 효과적인 생물학적 제거를 수행할 수 있다. MBRWG에는 몇 가지 잠재적 이점이 있는데, 이 중 가장 두드러진 점은 기상과 액상이 멤브레인 양쪽으로 명확히 분리되어 액상 내 생물막의 최적제어가 용이하고 이를 통해 효과적인 생분해와 생물막의 활성화를 도모할 수 있다는 것이다. MBRWG 처리기술은 특히 xylene 같은 소수성 독성 기체 성분 제거에 유리한데 이는 소수성 기체의 물질전달속도, 독성 및 제거율이 생물막 인근의 액상흐름 및 수분제어에 민감하게 변화하기 때문이다. MBRWG 처리에 쓰이는 다양한 멤브레인 중에서 PDMS-중공사막(hollow fiber)이 가장 높은 기체 물질 전달을 제공한다고 보고되었다. Capillary 형태도 중공사막형태에 비해 비표면적은 낮지만 비교적 활발한 연구가 진행되고 있다. 소수성 기체성분 제거 외에도 기존 생물학적 폐가스 처리 장치에서 배출된 잔류 기체 혼합물이나 먼지를 제거하기 위한 후단 공정에서 멤브레인 활용을 고려할 수 있다.

• 멤브레인
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• 제16권3호
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• pp.204-212
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• 2006

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.

• Membrane and Water Treatment
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• 제8권2호
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• pp.113-123
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• 2017

This study investigated effects of physical and chemical cleaning methods on the initial flux recovery of fouled membrane in membrane distillation process. A laboratory scale direct contact membrane distillation (DCMD) experiment was performed to treat digested livestock wastewater with 3.89 mg/L suspended solids, 874.7 mg/L COD, 543.7 mg/L nitrogen, 15.6 mg/L total phosphorus, and pH of 8.6. A hydrophobic PVDF membrane with an average pore size of $0.22{\mu}m$ and a porosity of 75 % was installed inside a direct contact type membrane distillation module. The temperature difference between feed and permeate side was maintained at $40^{\circ}C$ with the feed and permeate stream velocity of 0.18 m/s. The results showed that the permeate flux decreased from $22.1L{\cdot}m^{-2}{\cdot}hr^{-1}$ to $19.0L{\cdot}m^{-2}{\cdot}hr^{-1}$ after 75 hours of distillation. The fouled membrane was cleaned first by physical flushing and consecutively by chemicals with NaOCl and citric acid. After the physical cleaning the flux was recovered to 92 % as compared with the initial clean water flux of the virgin membrane. Then 94 % of the flux was recovered after cleaning by 2,000 ppm NaOCl for 90 minutes and finally 97 % of flux recovered after 3 % citric acid for 90 minutes. SEM-EDS and FT-IR analysis results presented that the foulants on the membrane surface were removed effectively after each cleaning step. The contact angle measurement showed that the hydrophobicity of the membrane surface was also restored gradually after each cleaning step to reach nearly the same hydrophobicity level as the virgin membrane.

• 대한환경공학회지
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• 제37권11호
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• pp.607-618
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• 2015

본 연구에서는 CFD 모사와 PIV 기법을 이용하여 실규모의 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 대상으로 유입부의 수리구조를 개선하여 모듈로 유입되는 유입 유량을 수직으로 균등하게 분포시킬 수 있는 방안을 제시하고 이를 실험적으로 검증하고자 하였다. 사이드 스트림 방식의 막 모듈을 대상으로 유입 유량을 수직으로 균등하게 분포시킬 수 있는 방안을 CFD로 설계한 결과, 내부 유입 수리구조에 유공 격벽을 설치함으로써 모듈내로의 유입유량은 표준편차 기준으로 약 40% 정도 감소됨을 확인하였다. 또한 CFD 결과를 검증하고 사이드 스트림 막 모듈의 편중된 오염의 원인을 조사하기 위해 수행된 입자영상유속 측정 결과로부터 유입구 반대편 유공에서 막 모듈 내부로 들어오는 수체의 유속이 상대적으로 커 수체의 모멘텀이 유입구 측벽에 강한 전단력을 발생하지만 유입구 반대 측벽에서는 사류가 형성됨을 확인하였다.

• Korean Membrane Journal
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• 제8권1호
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• pp.1-12
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• 2006

In semiconductor industries, dissolved oxygen is one of the most undesirable contaminants of ultrapure water. A method for dissolved oxygen removal (DOR) consists in the use of polymeric hollow fibres, loaded with a catalyst and fed with a reducing agent such as hydrogen. In this work, PVDF hollow fibres loaded with Pd were characterized by means of perporometry, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray (EDX). The hollow fibre analyzed shows a five-layer structure with remarkable morphological differences. An estimation of pore diameters and their distribution was performed giving a mean pore diameter of 100 nm. The permeance and selectivity of the fibres were measured using $H_2,\;N_2,\;O_2$ as single gases, at different operating conditions. An $H_2$ permeance of $37 mmol/m^2s$ was measured and $H_2/O_2$ and $H_2/N_2$ selectivities of ca. 3 were obtained. $H_2$ permeance was 1/3 when a water stream flows in the shell side. Catalytic fibrebehaviour was simulated using a mathematical model for a loop membrane reactor, considering only $O_2$ and $H_2$ diffusive transport inside the membrane and their catalytic reaction. Dimensionless parameters such as the Thiele modulus are employed to describe the system behaviour. The model agrees well with the experimental reaction data.

• 대한환경공학회지
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• 제22권7호
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• pp.1273-1284
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• 2000

본 연구에서는 한외여과막을 이용하여 수중에 함유되어 있는 부식산의 제거실험을 수행하였다. 한외여과성능에 미치는 공정변수들의 영향이 비선형적으로 서로 얽혀 있기 때문에, 응답표면분석법(RSM)을 이용하여 분리막 공정의 최적화와 각 변수간의 상호관계 및 투과성능에 영향을 미치는 공정변수(압력, 농도, 유량 등)들이 분리성능에 미치는 영향을 분석하였다. 부식산용액의 공정변수에 대한 투과량의 변화는 유입용액의 부식산의 농도가 10ppm, 40ppm 70ppm으로 증가함에 따라 2.56, 2.27, $2.10({\times}10^{-2}cc/cm^2{\cdot}min)$으로 감소하였다. 즉, 순수한 물의 투과량에 비해 각각 17.7%, 26.7%, 32.2%만큼 감소하였으며, 투과부에서의 부식산농도는 0.5, 1.2ppm, 2.1ppm으로 증가하였다. 막내에서의 압력차를 1atm, 2atm, 3atm으로 변화하였을 때, 1atm에서의 투과량보다 각각 66%, 152%로 증가하였으며, 투과부에서의 부식산의 농도도 각각 0.5ppm, 1.5ppm, 3.5ppm으로 증가하였다. 응답표면분석(RSM)에 의하면 공정변수의 최적운전조건은 유입부식산농도 38.8~40ppm, 유입유량 30~30.7cc/min, 압력차는 2atm이었다.

• 멤브레인
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• 제15권4호
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• pp.310-319
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• 2005

본 연구는 LNG를 연료로 하는 화력발전소의 보일러를 대상으로 여기에서 배출되는 $8\~15\%$ 내외의 이산화탄소 배가스 1,000 $Nm^3$/일로부터 이산화탄소를 회수율 $90\%$, 농도 $99\%$로 회수하기 위한 다단 막분리 공정을 설계 및 제작하기 위한 선행연구결과이다. 본 연구실에서 이산화탄소에 대한 가소화안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)소재를 대상으로 비대칭구조의 중공사형 분리막 및 모듈이 개발되었다[1].. 개발된 중공사막을 대상으로 모듈의 투과현상을 전산모사 하였으며 이를 이용하여 막분리 공정의 최종 회수조건에 적합하게 하기 위해 재순환공정이 가능한 4단 막분리 공정을 전산모사 하였다. 설계된 다단계 막분리 공정의 타당성을 입증하기 위해 개발된 중공사막모듈을 대상으로 설계된 운전 압력(공급측의 압력 및 투과측의 압력)과 공급 농도의 변화에 따른 막분리 공정의 투과량 및 농도를 조사하였다. 얻어진 결과를 공정모사를 통하여 계산된 결과를 비교한 결과 운전조건에 따른 유량, 순도, 막 면적 등에서 이론치와 실험치가 매우 잘 일치함을 확인할 수 있었다.