초록 ▼

연구개요
기존의 해수담수화 분야에서 새롭게 대두된 3세대 수처리 분리막 공정인 FO/RO 공정의 제한사항을 극복하기 위해 정삼투 공정과 결합된 LPMs(UF/NF) Hybrid 방식을 유도용액이 내재된 증강된 압력셀과 결합함으로서 해수담수화 플랜트/수처리/에너지회수 분야에서 활용될 수 있는 핵심기술들을 연구개발 하는 것을 목표로 하고 있음.

연구 목표대비 연구결과
▣ 다양한 유도용액의 후보군 분석과 유도용액 선정 및 상관관계 분석, DSs 후보군과 연계 하여 하이브리드 셀 내부에서 물의 회수율 연구, rGO,

연구개요
기존의 해수담수화 분야에서 새롭게 대두된 3세대 수처리 분리막 공정인 FO/RO 공정의 제한사항을 극복하기 위해 정삼투 공정과 결합된 LPMs(UF/NF) Hybrid 방식을 유도용액이 내재된 증강된 압력셀과 결합함으로서 해수담수화 플랜트/수처리/에너지회수 분야에서 활용될 수 있는 핵심기술들을 연구개발 하는 것을 목표로 하고 있음.

연구 목표대비 연구결과
▣ 다양한 유도용액의 후보군 분석과 유도용액 선정 및 상관관계 분석, DSs 후보군과 연계 하여 하이브리드 셀 내부에서 물의 회수율 연구, rGO, MXenes based UF 공정을 통한 Fouling 제어기술을 도출하였으며, 추가적으로 FO/LPMs 공정에서 막힘(Fouling) 인자를 선정하여 최신 모델링 기법을 적용하여 최적 공정을 연구하였음.
▣ 1차년도에는 FO/LPMs 공정의 전처리 과정에 활용될 수 있는 물과 폐수처리를 위한 adsorption membrane hybrid systems 적용성을 검토하여 1차년도에 제시하였던 다양한 DS 후보군 분석 및 유도용액 선정, DSs와 FO 멤브레인 특성분석(접촉각, Reverse Salt Flux 최소화 등), DSs MW, 특성 구조 등에 따른 이론적인 삼투압 생성을 연구하였음. 이를 바탕으로 UF/NF 하이브리드에 여과시스템 적용에 관한 연구를 기존 문헌 연구를 통하여 종합적으로 검토하고 본 연구과제 맞게 적용하여 추진하였음(이러한 연구 성과는 화학·환경공학 관련한 최상위 SCI 저널에 Review paper를 통해 발표하고 게재를 완료하였음).
▣ 2차년도에는 투명한 Prototype의 FO/LPMs 셀에서 식별이 용이한 타겟물질인 Rhodamine B를 선정하여 Rhodamine B 제거를 위한 최신의 머신러닝을 기법을 적용하였음. 이를 바탕으로 무동력 정삼투 및 저압막분리 하이브리드 시스템(FO-LPM Hybrid System)의 성능 평가 및 최적화 연구를 진행하고 논문을 게제하였음. 2차년도에 진행된 이러한 연구 결과는 2차년도에서 제시되었던 DSs 후보군과 연계하여 하이브리드 셀 내부에서 순수한 물의 회수율 연구, rGO, MXenes based UF 공정을 통한 Fouling 제어기술, 하이브리드 셀 내부에에서 유도용액의 성능평가와 무동력 삼투시스템의 설계, 하이브리드 시스템의 여과능력과 Dewatering 성능개선, US에 의한 음압효과와 공동효과에 의한 농도 분극 최소화 연구에 대한 내용을 포함하고 있으며, 다각적 조건에서의 적용을 통해 무동력 정삼투 및 저압막분리 하이브리드 시스템을 구현하기 위한 연구를 진행하였음.
▣ 3차년도에서는 하이브리드 수처리 장치 공정 시스템 원형을 제작(Prototype)하여 ANN, ANFIS, SVM을 이용한 무동력 FO-UF hybrid system에 의한 SMX 제거 모델링을 진행하였고 이러한 실험장치와 모델링을 통해 하이브리드 공정에서 막 최적 투과특성 도출 및 모델링을 통한 DOM-유해물질 투과 안정성 검증하였음.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 과제는 연구개발단계에서 기초 및 응용연구를 포함하고 있으며, 위에서 언급한 선두그룹에 뒤처지지 않기 위해 미래형 하이브리드 수처리 플랜트 요소기술 개발하는 것임 : 기초연구로서 ① 선정된 DS의 잠재적인 삼투에너지 측정, ② 하이브리드 공정에서의 US/NPs/계면 활성제에 의한 농도분극 최소화를 포함하고 있으며, 연구개발단계에서의 응용부분은 ③ 정삼투-LPMs를 적용한 하이브리드 막공정 최적화 기술을 개발하는 것임. 기술개발이 완료되었을 때 ① 저에너지/고효율의 유도용액으로부터 맑은 물 유도에 초점을 맞춘 최적 하이브리드 공정 기술 적용이 가능하고, ② 신개념의 삼투에너지 회수 및 유도용액 농축수 회수 및 활용기술이 개발되며, 최종적으로 ③ 차세대 하이브리드 공정 성능분석 및 해수담수화 막 플랜트사업에 적용이 가능함.
본 연구는 최근 DOM 거동-나노물질과 관련한 멤브레인 거동(특히, FO/PRO 공정) 연구가 미국을 위주로 싱가포르, 호주, 사우디아라비아에서 활발하게 연구되어 성장단계에 있으며, 국내도 이러한 하이브리드 융합공정을 적용한 저에너지 고회수율의 해수담수화 분야에서 원천기술개발 효과를 기대함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 개요 ... 4
• 2) 연구의 목적 ... 4
• 3) 최신 연구동향 ... 4
• 4) 연구의 필요성 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 물과 폐수처리를 위한 adsorption-membrane hybrid systems 검토 ... 4
• 2) MB(methylene blue), MO(methylene orange) 제거에 대한 MXene-UF, PAC-UF hybird system ... 7
• 3) Rhodamine B 제거를 위한 머신러닝을 이용한 무동력 정삼투 및 저압막분리 하이브리드 시스템(FO-LPM Hybrid System)의 성능 평가 및 최적화 ... 8
• 3) ANN, ANFIS, SVM을 이용한 무동력 FO-UF hybrid system에 의한 SMX 제거 모델링 ... 12
• 3) 자기조직화 맵을 이용한 병렬요인분석을 이용한 직렬 순방향 삼투-초여과 하이브리드 공정에 의한 2차 폐수 유기물 제거 평가 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 20
• 7. 참고문헌 ... 20
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 22
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 36