초록 ▼

□ 연구개요
펄스전기장 (PEF, Pulsed Electric Fields)은 고전압 전기장을 짧은 시간에 집적시켜 강한 고전압 펄스 전기장을 수중에 인가하는 기술이다. 본 연구에서는 PEF 기술을 수처리 분야의 기술에 활용하기 위해 수중에서 발생하는 기본적인 이화학/물리적 현상에 대한 연구를 수행하였다. 즉, PEF의 수중에서의 물리/화학적인 수질 변화에 대한 메카니즘 해석에 관한 기본연구를 수행하였다.
1차년도에서는 최적화된 PEF 시스템의 구축, 핵심성능 확인, 고전압 실험 안전 확보 및 매뉴얼 작성을 수행하였다.

□ 연구개요
펄스전기장 (PEF, Pulsed Electric Fields)은 고전압 전기장을 짧은 시간에 집적시켜 강한 고전압 펄스 전기장을 수중에 인가하는 기술이다. 본 연구에서는 PEF 기술을 수처리 분야의 기술에 활용하기 위해 수중에서 발생하는 기본적인 이화학/물리적 현상에 대한 연구를 수행하였다. 즉, PEF의 수중에서의 물리/화학적인 수질 변화에 대한 메카니즘 해석에 관한 기본연구를 수행하였다.
1차년도에서는 최적화된 PEF 시스템의 구축, 핵심성능 확인, 고전압 실험 안전 확보 및 매뉴얼 작성을 수행하였다. 2차년에서는 PEF 인가가 수중의 물리/화학적 변화에 미치는 영향을 파악하였다. 3차년도에서는 PEF를 활용하는 연구로 탈염 (desalting) 및 MBR의 막오염 제어 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 연구목표 (100% 완료): 최적화된 PEF 시스템의 구축, 핵심 성능 확인, 고전압 실험 안전 확보 및 매뉴얼 완성
- PEF 시스템 구축: 구축된 PEF 시스템의 점검 및 확인과 핵심성능 확인 완료
- 고전압 사용에 따른 실험자의 안전 조치 확보 및 안전 매뉴얼을 구축하였고 실험 안전 매뉴얼도 구축 완료

2차년도 연구목표 (100% 완료): PEF 인가가 수중의 물리/화학적 변화에 미치는 영향 파악
- 라디칼에 민감한 염료 (dye) 용액 screening 및 정량분석법 확립
- PEF의 주요 운영인자인 고전압 전기장 (E)에 따른 수중 물리화학적 인자들의 변화 관찰
- PEF의 주요 운영인자인 접촉시간 (t)에 따른 수중 물리화학적 인자들의 변화 관찰
- 전극 간 통전 시 발생하는 코로나 (corona) 방전 현상의 분석 및 이해
- PEF 인가 시 전극 주위의 radical의 직간접 정성, 정량화 수행 완료

3차년도 연구목표 (100% 완료): PEF 활용 연구 – PEF에 의한 탈염 (desalting) 및 MBR의 막오염 제어 연구
- 이온크로마토그래프를 통한 칼슘 이온 및 양이온 분석방법 확립
- PEF의 전압세기 및 접촉시간 변경에 따른 경수의 탈염 효과 분석 완료
- 실험실 규모의 MBR 운영 및 활성슬러지의 배양을 통한 막 오염 실험
- MBR에 사용되는 분리막의 인위적인 막오염 유발 및 PEF에 의한 막 오염 세정 및 모델링
- 오염된 분리막의 PEF cleaning 연구: Resistance in series 모델에 입각한 막오염 정량화

□ 연구개발결과의 중요성
1) 먹는 샘물의 오존 소독과정에서 발생하는 소독부산물 중의 하나인 브롬산염 (bromate, BrO3-)은 발암 의심물질이다. 브롬산염의 허용 농도가 10 ppb 이하로 규제되고 있다. PEF를 이용한 소독기술은 브롬산염을 발생시키지 않으며, 기존의 오존 소독에 소요되는 고에너지 비용을 극복할 수 있는 친환경 소독공정으로 활용가능하다. PEF 소독기술이 소독부산물인 브롬산염 생성이 없는 먹는 샘물 소독공정에 성공적으로 활용된다면 산업/경제적인 가치는 매우 클 것으로 예상된다.
2) 본 연구에서 추진하려고 하는 ‘PEF를 활용한 막 오염 제어 (membrane fouling control) 기술’도 세계적으로 아직 시도되고 있지 않은 기술이다. 분리막 시장은 수처리 시장의 매우 큰 부분을 차지하고 있는 분야로 본 기술이 성공적으로 개발된다면 산업/경제적인 파급효과가 매우 클 것으로 기대된다.
3) PEF를 활용한 탈염 기술은 아직 실험실 수준의 적용에 머물러 있다. 탈염은 모든 산업단지에서 사용하고 있는 범용기술로 매우 큰 시장을 가지고 있다. 본 연구에서 축적된 이론적 배경을 바탕으로 상용화한다면 성공 가능성이 매우 클 것으로 예상한다.
4) 미국과 일본의 몇 연구소에서는 본 연구에서 추진하려고 하는 PEF 활용 분야를 포함하여 농업, 의약학 및 바이오 분야의 PEF 응용에 관한 연구가 활발히 진행 중이다. 고전압 펄스 기술의 활용 잠재 가능성을 높이 평가하였기 때문인 것으로 판단된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2-1. PEF 시스템 핵심성능 점검 및 확인 ... 5
• 2-2. 코로나 방전 시 펄스 안정성 확인 연구 ... 7
• 2-3. 전극 전리 가능성 확인 연구 ... 7
• 2-4. PEF 시스템의 안전관리 시스템 확립 (안전 매뉴얼 및 안전 교육 시스템 구축) ... 8
• 2-5. 라디칼 발생 검증 연구 ... 10
• 2-6. PEF의 운영인자 (고전압 세기, 접촉시간)에 따른 수중의 이화학적 변화 연구 ... 10
• 2-7. PEF 인가 시 전극 주위의 radical 발생 연구 ... 11
• 2-8. 펄스 전기장의 활성슬러지 가용화 ... 14
• 2-9. 펄스 전기장의 MBR 막 오염 저감 모델링 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 21
• 4. 참고문헌 ... 21
• 5. 연구성과 ... 22
• 끝페이지 ... 22