Field

고도산화공정을 활용한 수처리 기술 연구   

Advanced Oxidation Processes for Water Treatment 

본 연구는 다양한 산화제를 활용한 고도산화공정을 적용하여 수계 환경에서 유기오염물질의 산화 반응 메커니즘과 전환생성물의 구조 규명, 동정 및 정량 분석을 수행합니다.  

• 산화 기반 수처리 공정: 오존(O₃), Ferrate(VI), 이산화염소(ClO₂) 등 다양한 산화제를 이용하여 유기오염물질의 산화 반응과 제거 특성을 평가합니다. 

• 산화전환생성물 동정 및 정량 : 산화 반응 중 생성되는 중간산물과 최종산화생성물의 구조, 분포 및 변화 과정을 규명합니다.

• 소독부산물(DBPs) 형성 평가: 산화 및 소독 과정에서 생성되는 질소계 소독부산물(N-DBPs)을 포함한 소독부산물의 생성 특성과 저감 방안을 연구합니다. .

• 고도 분석 기법 활용 : HPLC, IC, UV-spectroscopy 등을 활용하여 반응 속도론, 생성물 정량 및 산화 기작을 분석합니다.

Our research focuses on advanced oxidation processes (AOPs) using a variety of oxidants to investigate reaction mechanisms and characterize transformation products formed during the oxidation of organic contaminants in aquatic environments. 

• Oxidation-Based Water Treatment: Evaluating the oxidation and removal of organic contaminants using various oxidants, including ozone (O₃), ferrate(VI), and chlorine dioxide (ClO₂). 

• Transformation Product Identification: Elucidating, identifying, and quantifying intermediate and final oxidation products generated during oxidative reactions.

• Disinfection Byproduct (DBP) Assessment: Investigating the formation of disinfection byproducts, including nitrogenous DBPs (N-DBPs), during oxidation and disinfection processes, as well as strategies for their mitigation. 

• Advanced Analytical Tools: Analyzing reaction kinetics, product distribution, and oxidation mechanisms using HPLC, IC, and UV-spectroscopy.

수처리 소독제 기반 미생물 불활성화 및 소독부산물 생성 평가

Evaluation of Microbial Inactivation and Disinfection By-Product Formation during Water Treatment Disinfection Processes

다양한 수처리 소독제를 대상으로 미생물 불활성화 특성과 소독부산물 생성을 체계적으로 평가하여 안전하고 효과적인 정수처리 전략을 제시하는 연구를 수행합니다. 

• 미생물 불활성화 평가: 염소, 이산화염소, 자외선, Ferrate 등 다양한 소독제를 활용하여 미생물의 불활성화 특성과 세포 손상 거동을 분석합니다 .

• 작용 기전 규명: SEM, qPCR, Gel electrophoresis 등 분석 기법을 통해 세포막 손상 및 DNA 산화 등 소독제의 작용 메커니즘을 규명합니다.

• 소독부산물 생성 평가: 유기 소독부산물 및 무기 소독부산물의 생성 특성과 생성 요인을 분석합니다.

• 실제 수계 적용성 검증: 다양한 수계 조건(PBS, 하천수)에서 소독 효율과 수질 인자의 영향을 평가하여 현장 적용성을 검증합니다. 

We conduct research to systematically evaluate microbial inactivation and disinfection by-product (DBP) formation by various disinfectants and to provide safe and effective drinking water treatment strategies.

• Microbial Inactivation Evaluation: Assessing inactivation kinetics and cell damage of microorganisms using various disinfectants, including chlorine (Cl₂), chlorine dioxide (ClO₂), ultraviolet (UV), and ferrate (Fe(VI)). 

• Elucidation of Mechanisms: Investigating disinfection mechanisms such as cell membrane damage and DNA oxidation using analytical tools including SEM, qPCR, and gel electrophoresis.

• DBP Formation Assessment: Analyzing the formation characteristics and influencing factors of organic DBPs (THMs) and inorganic DBPs (ClO₂⁻, ClO₃⁻). 

• Validation under Real Water Conditions: Evaluating disinfection efficiency and the impact of water quality parameters in various water matrices (laboratory water, river water, and source water) to verify field applicability. 

이차전지 산업 폐수 내 고농도 황산염 및 유가금속의 생물학적 통합 처리 시스템

Biological integrated Treatment of Sulfate-rich Battery Wastewater and Strategic Metal Recovery

이차전지 제조 공정에서 발생하는 고농도 황산염과 유가금속이 포함된 폐수를 생물학적 공정으로 처리하여 환경 부하를 줄이고 자원 순환을 극대화하는 연구를 수행합니다. 

• 미생물 기반 황산염 환원: 황산염 환원 미생물(SRB)을 활용하여 폐수 내 황산염을 황화수소로 전환합니다.

• 금속 유화물 침전 및 회수: 생성된 황화수소와 유가금속의 반응을 유도하여 고순도의 금속 유화물(Metal Sulfides) 형태로 회수합니다.

• 고도 분석 기법 활용: HPLC, IC, SEM, XRD 등 정밀 분석 장비를 통해 미생물 대사 경로 및 생성된 광물의 특성을 규명합니다.

We focus on developing biological treatment solutions for high-concentration sulfate wastewater from the battery industry. Our goal is to achieve simultaneous water purification and high-purity metal recovery using microbial consortia.

• SRB-mediated Sulfate Reduction: Converting sulfate into reactive sulfide using specialized sulfate-reducing bacteria. 

• Resource Recovery: Strategic precipitation and recovery of valuable metals (Co, Ni, Mn) as metal sulfides for industrial reuse. 

• Advanced Characterization: Evaluating chemical and mineralogical properties using state-of-the-art analytical tools (HPLC, IC, SEM, and XRD). 

시설재배 폐양액 처리를 위한 농업부산물 기반 생물학적 탈질 반응기의 설계 및 운전 성능 평가

Design and Operational Performance of an Agricultural Byproduct-Based Biological Denitrification Reactor for Greenhouse Waste Nutrient Solution Treatment 

시설재배(딸기 수경재배)에서 발생하는 고농도 질산성 질소(NO₃-N) 폐양액을, 같은 농장에서 발생하는 딸기 부산물(낙과·잎·줄기)을 외부 탄소원으로 재활용해 생물학적으로 탈질하는 연구를 수행합니다. 이를 통해 화학 약품(메탄올 등) 의존도를 낮추고, 농업 폐기물을 활용한 자원순환형 폐양액 처리 공정을 구축하는 것을 목표로 합니다.

• 부산물 기반 생물학적 탈질: 딸기 부산물에서 용출되는 유기탄소·유기산을 전자공여체로 활용해 탈질균이 NO₃-N을 단계적으로 환원(NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂)시킵니다.

• 자원순환형 폐양액 처리: 농가 현장에서 발생하는 부산물을 탄소원 + 생물막 담체로 동시에 활용해 외부 약품 투입과 폐기물 처분 부담을 함께 줄입니다.

• 다축 운전 성능 평가: NO₃-N · NH₄-N · T-N · COD · pH의 다각 분석으로 탈질 효율과 함께 DNRA(이화적 질산염 환원) 경로와 pH 변동 등 2차 수질 영향까지 정량적으로 규명합니다.

We focus on developing biological treatment solutions for nitrate-rich drainage from greenhouse hydroponic strawberry farming, by reusing on-farm strawberry residues (fallen fruits, leaves, stems) as an external carbon source. Our goal is to reduce dependence on chemical electron donors such as methanol and to establish a circular treatment process driven by agricultural byproducts.

• Residue-driven Biological Denitrification: Leveraging organic carbon and organic acids leached from strawberry residues as electron donors for denitrifiers to sequentially reduce NO₃-N (NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂).

• Closed-loop Wastewater Treatment: Using on-site residues simultaneously as carbon source and biofilm carrier, minimizing both external chemical inputs and agricultural waste disposal.

• Multi-axis Performance Evaluation: Quantifying denitrification efficiency together with secondary water-quality effects — DNRA pathway branching, pH shifts — through integrated monitoring of NO₃-N, NH₄-N, T-N, COD, and pH.

AOF·EOF·TOP 기반 PFAS 총 유기불소 평가 

AOF-, EOF-, and TOP-based Total Organic fluorine Assessment of PFAS 

과불화화합물(PFAS)의 총 유기불소(total organic fluorine)를 평가하기 위해 AOF, EOF 및 TOP assay 기반 분석 기법을 활용한 연구를 수행합니다. 기존 타겟 기반 분석의 한계를 보완하고, 미지 PFAS 및 전구체 물질까지 포함한 포괄적 평가를 목표로 합니다. 

• AOF 및 EOF 기반 총 유기불소 평가: 활성탄 흡착(AOF) 및 고체상 추출(EOF)을 통해 다양한 PFAS fraction을 분리·농축하고, 연소 이온크로마토그래피(CIC)를 이용하여 총 유기불소를 정량합니다. 

• TOP assay 기반 전구체 평가: 산화 전환(TOP assay)을 통해 precursor PFAS를 측정 가능한 PFAS로 전환하여 숨겨진 PFAS burden을 평가합니다. .

• 고감도 분석 및 fraction 비교: ng/L 수준의 저농도 PFAS 분석을 수행하며, AOF·EOF·TOP 간 분획 특성 및 short-/ultra-short-chain PFAS 거동을 비교·해석합니다. 

We conduct research on total organofluorine analysis of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) using AOF-, EOF-, and TOP assay-based approaches. Our goal is to achieve comprehensive PFAS assessment beyond conventional target analysis by including unknown and precursor-derived PFAS. 

• AOF- and EOF-based Total Organofluorine Analysis: Various PFAS fractions are concentrated through activated carbon adsorption (AOF) and solid-phase extraction (EOF), followed by quantification using combustion ion chromatography (CIC). 

• TOP Assay for Precursor Evaluation: Oxidative conversion processes are applied to transform precursor PFAS into measurable PFAS, enabling assessment of hidden PFAS burdens. 

• High-Sensitivity Fraction Characterization: Ultra-trace PFAS analysis at ng/L levels is performed to compare AOF, EOF, and TOP fractions, including short- and ultra-short-chain PFAS behavior.

습식제련 기반 이차전지 유가금속 회수 및 자원순환 시스템 

Hydrometallurgical Recovery and Resource Circulation System for Strategic Metals from Spent Lithium-ion Batteries 

이차전지 폐배터리로부터 유가금속(Co, Ni, Mn, Li)을 회수하기 위한 습식제련 기반 자원순환 공정을 연구합니다. 폐배터리의 전처리 및 Black Powder 제조 이후, 침출·여과·용매추출·결정화 공정을 통해 고순도의 금속 화합물을 회수하고 친환경 재활용 기술을 구현합니다. 

• 폐배터리 전처리 및 Black Powder 생산: 방전, 해체 및 분리, 파분쇄·열처리 공정을 통해 유가금속이 포함된 Black Powder를 제조합니다. 

• 습식제련 기반 금속 회수: 산 침출 및 여과 공정을 통해 금속 이온을 용출하고, 용매추출 및 정제 과정을 통해 Co, Ni, Mn, Li를 선택적으로 분리·회수합니다. 

• 고순도 금속화합물 생산: 결정화 및 액상화 공정을 통해 황산코발트, 황산니켈, 황산망간, 탄산리튬 등의 고부가가치 금속 화합물을 제조합니다. 

• 친환경 자원순환 기술 개발: 폐배터리 재활용 효율을 향상시키고 자원 순환 경제 및 환경 보호에 기여하는 지속가능 공정을 개발합니다.

We focus on developing hydrometallurgical recycling processes for recovering valuable metals (Co, Ni, Mn, and Li) from spent lithium-ion batteries. Our goal is to establish sustainable resource circulation through efficient metal recovery and high-purity material production. 

• Pre-treatment and Black Powder Production: Discharging, dismantling, crushing, and thermal treatment processes are used to produce metal-rich black powder from spent batteries. 

• Hydrometallurgical Metal Recovery: Valuable metals are leached and separated through acid leaching, filtration, solvent extraction, and purification processes. 

• High-purity Metal Compound Production: Crystallization and refining processes are applied to produce high-value compounds such as cobalt sulfate, nickel sulfate, manganese sulfate, and lithium carbonate. 

• Sustainable Recycling Technology: Developing eco-friendly recycling technologies that improve resource efficiency and contribute to a circular economy and environmental protection.