초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구과제의 최종목표는 해수담수화 공정을 위한 전처리로써 용존 산소 부상 분리막 장치에서 고도산화인 페레이트(ferrate)의 실시간 생성을 통한 조류 및 조류와 관련된 유기물질을 제거하고 생물 막오염(membrane biofouling) 가능성을 줄일 수 있는 지속 가능하고 효율적이며 친환경적인 공정기술의 개발임.

○ 전체 내용
최종목표를 성취하기 위하여 다음 5개의 연구내용으로 구성함.
• 1차년도: 해수 내에서 페레이트의 실시간 생성 조건을 최적화하

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종 목표
본 연구과제의 최종목표는 해수담수화 공정을 위한 전처리로써 용존 산소 부상 분리막 장치에서 고도산화인 페레이트(ferrate)의 실시간 생성을 통한 조류 및 조류와 관련된 유기물질을 제거하고 생물 막오염(membrane biofouling) 가능성을 줄일 수 있는 지속 가능하고 효율적이며 친환경적인 공정기술의 개발임.

○ 전체 내용
최종목표를 성취하기 위하여 다음 5개의 연구내용으로 구성함.
• 1차년도: 해수 내에서 페레이트의 실시간 생성 조건을 최적화하고 화학적인 생성 메커니즘을 규명
• 2차년도: 조류 세포와 조류에서 생성되는 유기물질들에 대한 제거를 위한 페레이트의 응집효율의 기존의 응집제와 비교평가
• 3차년도: 응집에서 페레이트에 의한 막 오염 전구물질에 대한 전 단계 산화 효과를 기존의 산화제와 비교 평가
• 4차년도: 해수에서 바이오 파울링 가능성 감소와 미생물 비활성에의 페레이트의 효과를 개발된 바이오 센싱 기술을 사용하여 측정
• 5차년도: 페레이트의 실시간 생성을 포함한 전체 전처리 공정 (용존 산소 부상 분리막 장치)의 효율을 분리막에서의 파울링 저감 관점에서 최신 광학 센싱 기술인 Optical Coherence Tomography (OCT)를 이용하여 평가

○ 1단계
□ 목표
해수 내에서 페레이트의 in situ 자발적 생성을 유도하는 최적조건을 찾고, 페레이트를 이용하여 조류 및 조류와 관련된 유기물질들의 산화 및 응집 효과를 평가

□ 내용
• 해수 내에서 높은 페레이트의 자발적 생성을 유도하는 최적 조건을 찾는 batch 테스트
• 고도 분석기술을 이용한 조류와 조류 관련 유기물질의 페레이트에 의한 산화와 산화 부산물의 분석
• 조류에서 생성되는 파울링을 일으키는 전구물질 제거를 위한 페레이트의 응집효율 평가

○ 2단계
□ 목표
실제 해수에서 페레이트 및 용존산소 부상법을 적용하여 분리막 운전에서 조류와 미생물에 의해 생성되는 막오염 가능성의 감소와 미생물 비활성화의 신속하고 정확한 정량 및 전체 전처리 공정에서 막오염의 실시간 형태학적 모니터링을 통하여 개발된 전처리 공정을 최적화

□ 내용
• 해수에서 바이오 파울링(biofouling) 가능성 감소와 미생물 비활성에의 페레이트(ferrate)의 효과를 바이오센서를 사용하여 측정
• 실시간 페레이트 생성을 포함한 전체 전처리 공정의 효율을 분리막에서의 파울링(fouling) 저감 관점에서 Optical Coherence Tomography (OCT)를 이용하여 평가

□ 연구개발성과
• 1단계: 해수 내에서 추가적인 pH 조절이 없이도 페레이트의 자발적인 생성 최적조건을 확보, 페레이트의 조류에서 기인한 유기물질에 대한 높은 산화력을 확인하고막오염 및 최종 공정에서의 높은 제거율도 확인, 기존 응집제와 비교하여 낮은 농도에서도 더 우수한 응집 및 전산화와 페레이트 생성을 통한 우수한 유기물질 제거효율 달성 (국외 SCI 논문: 6건, 초청 강연실적: 4건, 학술대회 논문발표: 국내 2건, 국제 13건, 저서 1건)
• 2단계: 페레이트에 의한 미생물 제거 및 비활성화 기술확보 (소독 효과), 미생물 막오염 가능성 측정기술 확보 (AOC 방법 개선 및 최적화), OCT를 이용한 막 오염실시간 형태학적 모니터링 매뉴얼 (OCT 사용 최적화), 형태학적 모니터링 결과로부터 미생물 막 오염 제어를 위한 전처리 방법 최적화 (OCT 데이터 활용의 극대화), 페레이트 적용성 확대 (하수 재이용 분야에도 적용) (국외 SCI논문: 3건, 학술대회 논문발표: 국내 9건, 국제 4건, 수상실적 2건)

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
분리막 기반 해수담수화 공정을 위한 새로운 전처리 방법을 제시, 수립, 평가함으로써 해안가 도시들을 위한 대규모 담수화 시설부터 먹는 물이 부족한 지역의 염수를 처리할 수 있는 소규모 담수화 플랜트까지 연구성과의 적용 가능성을 높일 수 있을 것이다. 단일 전처리 공정에서의 응집·산화·소독을 동시에 가능하게 함으로써 기존 시스템 대비 운전 비용과 에너지의 감소를 가져올 수 있고, 결과적으로 해수담수화에 의한 물생산 비용의 감소를 가져올 것으로 기대된다. 또한, 화학물질 사용의 감소는 운전 비용의 감소와 동시에 추가로 발생할 수 있는 슬러지 처리에서도 경제적인 이점이 되며, 농축수 내의 화학물질 감소를 통해 환경 비용을 감소할 수 있다. 과제에 참여한 연구원과 학생들의 연구 역량 발전이 가능하며, 해수담수화를 통한 수자원의 지속 가능성과 수자원 보호에 중요도도 교육 과정을 통해 전달될 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 39