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연구개발 결과

최종목표
국내 기술로 실증화가 가능한 막면적 75m², 순수투과도 0.5kgf/cm², 25°C에서 270 LMH 이상을 갖는 PVDF 소재의 가압형 중공사 분리막 및 모듈을 제조할 수 있는 대량생산 시스템을 설계하고 개발 (안정화 및 인증)하며, 제막 조건 최적화, PVDF 분리막의 최적 성능 및 특성분석 시스템 확보를 통한 최적화 정수용 대형모듈을 설계/제작하여 현장 적용성 평가를 수행한다.

개발내용 및 결과
본 연구에서 연구개발된 '정수처

연구개발 결과

최종목표
국내 기술로 실증화가 가능한 막면적 75m², 순수투과도 0.5kgf/cm², 25°C에서 270 LMH 이상을 갖는 PVDF 소재의 가압형 중공사 분리막 및 모듈을 제조할 수 있는 대량생산 시스템을 설계하고 개발 (안정화 및 인증)하며, 제막 조건 최적화, PVDF 분리막의 최적 성능 및 특성분석 시스템 확보를 통한 최적화 정수용 대형모듈을 설계/제작하여 현장 적용성 평가를 수행한다.

개발내용 및 결과
본 연구에서 연구개발된 '정수처리용 PVDF 멤브레인 및 모듈’ 은 사업초기 관련 기술이 전무한 상태에서 연구를 시작하여, 막투과압력 50kPa, 유입수 온도 20°C에서 순수투과유속 350 LMH, 공극크기 50 nm를 갖는 고강도, 고 내구성을 가지며, 내산하성과 내산성이 뛰어난 중공사막을 개발하였다. 이를 토대로 75m²의 유효막면적을 갖는 정수용 대형 모듈을 개발, 구의정수장에서 18개월간의 평가를 거쳐, 영등포 시범 정수장에 공급, 하루 25,000톤의 정수를 생산하고 있다. 본 연구 결과를 토대로 국내 최대의 정수용 분리막을 생산할 수 있는 양산시설을 구축하였으며, 정수용 분리막 최초로 2008년 9월 미국 위생 협회(NSF)의 NSF 61 인증을 획득하였으며, 2009년 9월 한국상하수도협회 단체표준표시 인증을 획득하였다. 2010년 1월에는 가압식 분리막 개발 기술을 인정받아 2010년 제 7주차 장영실상을 수상하였다.

개발기술의 특징·장점
본 연구를 통해 개발한 정수처리용 PVDF 멤브레인 및 막모듈은 크게 세분야로 나누어 기술적 특징을 설명할 수 있다. 첫째 PVDF 멤브레인은 국내에서 최초로 개발된 가압식 정수용 멤브레인으로 표면 기공이 10~20 nm 정도로 매우 작은 반면, 내부 기공은 매우 큰 비대칭으로 이루어져 높은 수투과도와 배제율을 동시에 확보하면서 고강도를 유지하는 특징을 지니고 있다. 두 번째 막모둘은 유효 막면적이 75m²로서 주요 외산 정수용 막모듈보다 큰 면적을 가지고 있어 SKID 제작시 효과적이며, 부지 감소 이점을 가진다.
마지막으로 본 모듈을 장착한 정수시스템에 대한 유지관리, 운영관리기술의 개발이다. 막완결성 시험, 운전주기, 주기세정, 물리세정 방법, 화학세정방법 등에 대한 최적 조건을 확립하였다.

기대효과 (기술적 및 경제적 효과)
기술적 측면에서 볼 때 본 사업은 좁은 의미에서 정수용 분리막 제조 및 제작에 있으나, 본 사업이 성공할 경우 하폐수 고도 처리는 물론 다양한 하폐수 처리공법과의 기술 융합을 토대로 최적의 공정조건을 확보할 수 있는 근거를 마련하는 계기가 될 것이다. 또한 분리막 및 분리막 공정이 응용되는, 석유화학, 식품, 바이오산업 등에서의 분리/정제, 의료용 분리막 분야 등 다양하게 적용할 수 있는 기술적 도약을 유도할 수 있다.
본 MF/UF 및 NF 소재는 정수용으로 개발이 되지만, 기본적으로 분리막의 수처리 분야의 핵심소재로서 오수, 하폐수를 비롯한 중수도의 MBR의 핵심소재로 수질개선을 위한 사업 부분에도 경제효과가 클 것으로 기대될 뿐만 아니라 여타의 유수분리 및 고액 분리 공정에 큰 파급효과를 기대할 수 있다.

적용분야
정수용 막분리 공정 및 중수처리용 막분리 공정에 적용

(출처 : 보고서 초록 4~5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 6
• 그림목차 ... 8
• 표목차 ... 15
• 제1장 서론 ... 18
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 18
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 20
• 2.1. 분리막 기술 개요 ... 20
• 2.1.1. 분리막의 정의 ... 21
• 2.1.2. 분리막의 분류 ... 22
• 2.2. 연구개발의 국내·외 현황 ... 28
• 2.2.1. 세계적 수준 ... 29
• 2.2.2. 국내수준 ... 34
• 2.2.3. 특허 분석 ... 36
• 2.2.4. 시장 분석 및 현황 ... 44
• 2.2.5. 국내·외의 연구현황 ... 50
• 제3절 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 51
• 3.1. 고투과플럭스 ... 51
• 3.2. 고배제율 ... 51
• 3.3. 저오염성 ... 51
• 3.4. 고내구성 ... 51
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 52
• 제1절 연구의 최종목표 ... 52
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 53
• 2.1. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 ... 53
• 2.2. 평가방법 ... 55
• 제3절 연도별 추진체계 ... 56
• 3.1. 제 1, 2 단계 연구 추진체계 ... 56
• 3.2. 제 3단계 연구추진체계 ... 56
• 3.3. 제 4단계 연구추진체계 ... 57
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 58
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 58
• 1.1. 용매유도상분리법에 의한 정수용 막모듈 개발 ... 58
• 1.1.1. PVDF 중공사막 개발 ... 58
• 1.1.2. 대형모듈 개발 ... 73
• 1.1.3. 대형모듈 시제품 제작을 위한 설비 구축 ... 83
• 1.1.4. 대형모듈 평가공정 개발 ... 85
• 1.1.5. 현장적용 테스트 ... 91
• 1.2. 제 1차 양산 공정 개발 ... 99
• 1.2.1. 실험용 pilot 장비 및 양산공정 설치 ... 99
• 1.2.2. 모듈 제작 및 평가 ... 103
• 1.3. 열유도 상분리법에 의한 정수용 막모듈 개발 ... 105
• 1.3.1. 기존 연구결과의 문제점 분석 ... 105
• 1.3.2. 과제 해결을 위한 5차 기술개발회의 ... 115
• 1.3.3. 전문가 공동연구결과 ... 131
• 1.3.4. 위탁기관연구결과 ... 140
• 1.4. MTIPS에 의해 제조된 분리막의 성능평가 ... 167
• 1.4.1. 중공사 멤브레인 성능평가 ... 167
• 1.4.2. 중공사 막모듈 성능평가 ... 183
• 1.5. 정수시스템 설계 ... 192
• 1.5.1. 5,000톤 정수처리시스템 기본설계 ... 192
• 1.5.2. 100,000톤 정수처리시스템 기본설계 ... 201
• 1.6. 최적운전시스템 구축 ... 211
• 1.6.1. 화학세정 조건 최적화 ... 211
• 1.6.2. 모듈구성과 LRV구성 ... 216
• 1.6.3. 모듈내 오염물 농축 가능성 분석 ... 220
• 1.7. 제막성능최적화 ... 229
• 1.7.1. 내약품성 ... 229
• 1.7.2. 고강도 분리막 제조 (최종연구목표: 강도 800g/fiber 이상) ... 232
• 1.8. 현장 파일럿 운전평가 ... 235
• 1.8.1. K 정수장 Pilot 평가 ... 235
• 1.8.2. D 정수장 파일롯 테스트 결과 ... 250
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 269
• 2.1. 주요 연구개발결과-개조식 ... 269
• 2.2. 주요연구개발 결과-그래프 ... 270
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 271
• 제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) ... 274
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 278
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 279
• 끝페이지 ... 280