이 연구실은 수질처리를 핵심 축으로 하여 정삼투(FO), 역삼투(RO), 나노여과(NF), 세라믹 막, 막접촉기 등 다양한 막 기반 공정을 고도화하는 연구를 수행한다. 특히 하·폐수 재이용, 해수담수화, 고염도 수계 처리, 산업용수 정제와 같은 실제 적용 환경에서 막 분리 성능을 높이면서도 에너지 소비와 운영 부담을 줄이는 방향에 초점을 둔다. 연구 데이터 전반에서 나타나듯이 암모니아 제거용 막접촉기, 세라믹 촉매막, 정수 및 재이용 공정의 막 적용 등 폭넓은 주제를 다루며, 막 공정의 설계·운전·성능평가를 통합적으로 접근하는 점이 특징이다. 또한 이 연구실은 막 공정의 가장 큰 한계 중 하나인 막오염과 바이오파울링 문제를 정밀하게 분석하고 제어하는 데 강점을 보인다. 미생물 분석, 콜로이드 거동, biofilm 형성 메커니즘, 막 표면의 유기오염 축적, 세정 후 막 특성 변화 등을 종합적으로 연구하며, 물리·화학·생물학적 관점에서 오염 원인을 규명한다. 실제로 quorum quenching 기반 생물막 억제, 친환경 세정제 및 생체모사형 세정물질 개발, 화학세정 조건 최적화, 표면 개질 및 막해체 분석을 통한 오염 진단 등은 이 연구실이 막오염 제어를 단순한 유지관리 문제가 아닌 핵심 원천기술로 다루고 있음을 보여준다. 이러한 연구는 정수장, 하수재이용 플랜트, 담수화 설비, 반도체용 초순수 시스템 등 고신뢰 수처리 인프라의 안정성과 경제성을 동시에 높이는 데 기여한다. 장기적으로는 저에너지·저약품 기반의 지속가능한 분리막 공정, 오염 예측 및 운영 최적화 기술, 현장 적용형 세정·복원 기술로 확장될 가능성이 크다. 따라서 이 주제는 연구실 전체의 정체성을 가장 잘 드러내는 대표 분야 중 하나이며, 기초 메커니즘 연구와 실증형 공정 개발이 유기적으로 연결된다는 점에서 산업적 파급력도 매우 높다.

이 연구실은 기존 생물학적 처리만으로 제거가 어려운 난분해성 유기물, 미량오염물질, PFAS, 방사성 물질, 중금속 등을 대상으로 고도산화 및 전기화학 기반 처리기술을 개발하고 있다. 논문과 특허, 프로젝트를 종합해 보면 중성 pH에서 작동하는 Fenton-like 촉매 세라믹막, 광촉매 기반 과불화화합물 분해, 전도성 막전극을 이용한 전기산화·환원, 방사성 오염수 처리용 하이브리드 시스템 등 다양한 접근이 확인된다. 이는 단순한 오염물 제거를 넘어서 선택적 분리와 분해, 그리고 복합 오염수 대응 기술을 동시에 추구하고 있음을 의미한다. 핵심 방법론으로는 촉매 기능이 부여된 막 소재 설계, CNT·그래핀 등 탄소기반 전도성 소재 활용, 3D 프린팅을 통한 막전극 제조, 산화제 및 라디칼 반응 최적화, 흡착과 막분리를 결합한 하이브리드 공정이 활용된다. 특히 전극이면서 동시에 투과형 분리체로 작동하는 막전극 기술은 물질전달 한계를 낮추고 반응 효율을 높일 수 있어, 미량오염물질 제거와 자원회수 모두에 응용 가능하다. 또한 PFAS 선택 흡착용 LDH 기반 소재 개발, 실제 고염수 및 전자산업 폐수에 대한 적용 연구는 차세대 규제오염물질 대응 역량을 보여준다. 이 연구 방향은 미래 물환경 분야에서 매우 중요하다. 기존 처리공정으로는 충분히 제어되지 않는 신규오염물질이 증가하고 있고, 산업 공정의 복잡화로 인해 선택적 제거와 고효율 처리가 요구되기 때문이다. 연구실의 고도산화·전기화학 연구는 수처리 공정의 고도화뿐 아니라 원전 해체 오염수, 반도체 및 전자산업 폐수, 고염분계 난처리수 등 고난도 분야에 직접 연결될 수 있다. 향후에는 반응 선택성 향상, 촉매 재사용성 확보, 실규모 공정 적용성 검증을 통해 환경안전성과 산업적 실용성을 동시에 강화할 수 있을 것으로 보인다.

이 연구실은 오염물질을 단순히 제거하는 수준을 넘어, 폐자원과 폐수로부터 유용 자원을 회수하는 순환형 환경공학 연구를 활발히 수행한다. 대표적으로 소변 내 질소 회수를 위한 막증발 공정, 혐기성 소화를 활용한 바이오가스 생산, 음식물류 폐기물과 생분해성 플라스틱의 병합 소화, 바이오가스로부터 바이오 납사와 윤활기유를 생산하는 통합 실증 연구 등이 있다. 이러한 주제는 물·폐기물·에너지 시스템을 통합적으로 다루는 연구실의 지향점을 잘 보여주며, 탄소중립과 순환경제라는 시대적 요구와도 맞닿아 있다. 세부적으로는 미생물 군집의 기능 분석, 질소 제거 균주의 분리와 유전체 분석, 탄소 기반 전도성 구조체를 이용한 메탄 생성 향상, 유기산 회수, 황화수소 저감, 고농도 암모니아 분리 등 생물학적·물리화학적 요소가 결합된 복합 공정 개발이 이루어진다. 또한 토착 미생물 캡슐화를 통한 석유계 탄화수소 오염 토양 및 지하수 정화 연구는 환경복원 측면에서도 중요한 축을 형성한다. 즉 이 연구실은 미생물을 오염 제거의 수단이자 자원전환의 핵심 매개체로 바라보며, 공정 설계와 미생물 생태를 함께 최적화하는 접근을 취하고 있다. 이러한 연구는 폐수처리장, 유기성 폐자원 처리시설, 산업 부산물 재자원화 설비 등에서 높은 활용 가능성을 가진다. 특히 질소·탄소·황과 같은 주요 원소를 환경오염 관점이 아니라 회수 가능한 자원으로 전환하는 사고방식은 미래 환경공학의 중요한 방향이다. 연구실의 성과는 바이오에너지 생산, 영양염 회수, 토양·지하수 복원, 폐기물 기반 화학원료 생산 등으로 이어질 수 있으며, 장기적으로는 에너지 회수형 하수처리와 자원순환형 도시 인프라 구축에 기여할 수 있다.

이 연구실은 반도체와 첨단 제조산업에서 요구되는 초순수 및 고순도 공업용수 생산 기술에도 집중하고 있다. 다수의 국가과제와 학술발표에서 연속식 탈이온(CEDI), 이온교환수지 및 이온교환막, 배관 및 부품의 용출 특성, 초순수 제조 공정 내 나노입자 침적 현상, 반도체 폐수 재이용 평가 등이 반복적으로 확인된다. 이는 연구실이 전통적인 환경 수처리뿐 아니라 첨단 산업 인프라의 물 품질 신뢰성 확보를 위한 응용 연구까지 확장하고 있음을 보여준다. 연구의 핵심은 초순수 생산장치의 소재·부품·모듈을 국산화하고, 실제 공정에서 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 체계를 구축하는 것이다. CEDI 유체흐름에 대한 CFD 분석, 배관 표면 거칠기에 따른 나노입자 오염도 평가, TOC-UV 및 탈기막 성능 검증, 재질별 용출 시험과 인증 체계 개발 등이 이러한 방향을 구체화한다. 초순수 시스템은 미량의 유기물, 이온, 입자조차 공정 수율에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 단순 수질 기준 충족이 아니라 장기 안정성과 재현성까지 확보해야 한다. 연구실은 바로 이 지점에서 환경공학적 분석 능력과 공정공학적 설계 역량을 결합하고 있다. 이 분야의 연구는 국내 반도체·디스플레이 산업의 공급망 안정성과 직결되는 전략적 가치가 있다. 초순수 생산과 부품 평가 기술이 고도화될수록 핵심 장비와 소재의 국산화 기반이 강화되고, 산업용수의 품질관리 수준도 높아진다. 나아가 공업용수 재이용, 고순도 수계의 오염 관리, 고신뢰 표준화 기술로 연결되며, 환경공학이 첨단 제조산업 경쟁력을 뒷받침하는 사례로 발전할 수 있다.