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문제 정의
- 각각의 시료는 2차 전처리를 마친 수용성 절삭유제를 사용하였으며, 폐 수용성 절삭유의 재생시 원 절삭유제와 유사한 형상을 지닐 수 있는지에 대한 가능성을 확인해 보았다.
- 따라서 본 연구에서는 각종 절삭유에 대한 비중, SS, 분산형태, 점도, COD, TOC 등의 일반 물성 및 성상의 변화를 비교하고 사용기간에 따라 오존, UV, 활성탄을 사용한 처리효과를 검토함으로서 보관 시 고려사항을 제시하고자 한다. 또한 이러한 결과들은 폐 절삭유의 재생 가능성을 타진할 수 있는 기본 자료로서의 활용이 가능하기 때문에 궁극적으로는 폐기 Cycle을 연장시키고자 하는 노력에도 일익을 담당할 수 있을 것으로 판단된다.
- 따라서 본 연구에 사용된 수용성 원 절삭유는 현장의 사용 상태와 동일하게 혼합하여 시료로 사용하였으며, 폐 절삭유의 경우는 혼합된 상태 그대로를 샘플로 사용한 후, 먼저 1차적으로 조망과 침전을 이용하여 거대 크기의 불순물을 제거하고, 절삭 가공 공정 중에 발생되는 금속chip을 제거하였으며, 분석을 실시하기 전에는 진공여과기를 이용하여 여과 후 여액을 샘플로 사용하였다. 또한, 폐 수용성절삭유는 절삭공구의 금속 이물질 이외에도 공구내의 모빌유와 같은 물질이 혼입되어 있기 때문에 이들을 비중차에 의해 분리하고 가장 하부에 있는 수용성 절삭유만을 분석에 이용하여 기타 물질에 의한 오차를 줄이고자 하였다.
- 때문에。오존의 접촉에 의해 유화제의 변화를 확인해 보았다. 실험은 음이온성 계면활성제를 이용하였으며 오존의 접촉 시간을 변화시켜 유화제 농도의 변화를 분석하였다.
- 그림에서 볼 수 있는 것과 같이 CODcr과 TOE 경우는 사용기간에 따라 그 값들이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 절삭가공 공정으로 인한 절삭유제의 사용이 늘어날수록 불순물 유입량이 증가하고 미생물의 증식에 의한 결과로 판단되며 불순물의 제거와 미생물의 제어에 필요한 장치로서 본 연구에서는 오존발생기를 이용한 처리를 수행하였다. Fig.
제안 방법
- 1차 전처리된 수용성 원 절삭유와 수용성 폐 절삭유를 GFC 여지를 이용하여 진공여과하고 105士 5°C에서 건조 후 여지의 무게를 측정하는 방법으로 폐 절삭유의 사업장 작업에서 발생할 수 있는 금속 chip 및 기타 불순물과 절삭유의 미생물 산화에 의해 발생하는 SS를 측정하였다.
- 5〜2 g/hr의 성능을 지닌 것을 사용하였다. Fig. 1에서 보는 바와 같이 원통형 오존 접촉반응칼럼은 오존의 산화력을 견딜 수 있는 아크릴을 사용하여 높이 130cm, 체적 900畝로 제작하였고, 산기석을 이용하여 발생되는 오존을 실험 샘플에 접촉시켰다. 오존발생기의 투입산소량은 순산소로 3 L/min의 유량을 적용하였다.
- Ozone 보다 상대적으로 산화력이 약한 UV를 이용하여 폐 수용성 절삭유의 살균효과, TOC변화 및 성상변화를 조사하였다. 폐 절삭유는 3개월 이상 사용된 것을 사용하였고, 3M사의 페트리 Film을 사용하여 살균효과를 Colony counter에 의해 생균수를 측정하였고, 그 결과와 TOC, pH 및 색상 변화를 Table 5에 나타내었다.
- UV 램프를 2개를 설치하고 하부에 설치된 높이 2cm, 가로 40cm, 세로 20cm 정도의 UV접촉 반응기에 수용성 폐 절삭유(완전폐액)을 주입하고 UV 조사기간에 따른 수용성 폐 절삭유 내의 미생물 살균효과를 조사하였으며, 램프의 위치는 시료에서 약 20cm정도로 조정하였다. 분석은 3M사의 미생물측정용 페트리 필름을 사용하였으며, 살균정도는 Colony counter에 의해 결과를 도출하고, 관능법에 의한 외관상의 색상변화와 냄새의 변화, TOC를 분석하여 절삭유제의 성상변화를 관찰하였다.
- pH, CODcr, TOC, 점도, 산가를 측정하였으며, 산가의 측정 방법은 시료 2.0g을 Flask에 넣고 30i圳의 Ethanol을 가한 후 가열하면서 1%의 Phenolphthalein ethanol 용액을 0.5皿가 하고 여기에 O.OlN-NaOH 수용액을 가하고 분홍색으로 30초 이상 지속될 때까지 중화시켜 다음과 같이 계산하여 산가를 측정하였다.
- 오존발생기의 투입산소량은 순산소로 3 L/min의 유량을 적용하였다. 또한, 유량의 조절은 1〜10단계까지 단계적으로 변화시켜 오존 발생기로부터 가장 많은 양의 오존이 발생되는 시점을 고정하여 수용성 절삭유의 오존에 의한 반응을 살펴보았다. 오존을 접촉시킨 절삭유의 분석은 TOC(Total Organic Carbon Analyser; Phoenix 8000)를 이용하여 분석하였으며, 절삭유의 갱유시기를 연장할 수 있는 방안을 조사하였다.
- 조정하였다. 분석은 3M사의 미생물측정용 페트리 필름을 사용하였으며, 살균정도는 Colony counter에 의해 결과를 도출하고, 관능법에 의한 외관상의 색상변화와 냄새의 변화, TOC를 분석하여 절삭유제의 성상변화를 관찰하였다.
- 수용성 원 절삭유와 수용성 폐 절삭유의 미생물 산화 정도를 확인하고, 수용성 원 절삭유와 수용성 폐절삭유의 보관 조건(처음 시료 채취후, 4°C 5일 보관, 상온 5일 보관에 따른 미생물 산화속도를 확인하기 위해 CODcr과 TOC를 이용하였으며, 총 유기물의 량으로써 각 절삭유의 산화특성을 분석하였다.
- 수용성 절삭유를 S사의 사용기간 1주에서 완전폐기(3개월)까지 단계별로 샘플링하여 전처리 과정을 거친 후 사용기간에 따른 물성변화를 조사하였다.
- 수용성 절삭유의 비중은 비중병 (Pycnometer)을 이용하여 온도 25°C에서 비중병(공병)의무게를 측정하고, 이에 수용성 절삭유를 가득 채운 후 전 . 후 무게 차에 의해 측정하였다.
- 수용성 절삭유의 사용전과 완전 폐기상태의 절삭유의 성상과 부패정도 등을 파악하기 위해 수질오염 공정시험방법에 따라 CODcr을 측정하였고, TOC 분석기를 이용하여 TOC변화를 조사하였다.
- 수용성 폐 절삭유를 접촉 반응 칼럼에 주입하고, 오존을 접촉 시킴으로써 접촉시간에 따른 TOC의 변화를 조사하였다. 오존의 발생량은 1 g/hr, 접촉시간은 1, 2, 5, 10, 30분의 간격으로 실험을 실시하였으며, 수용성 폐 절삭유는 D사의 선반가공 공정 3개월 후의 완전 폐 절삭유(W 1종)를 적용하였다.
- 수용성 폐 절삭유에 E. Coli, E. Coli 0157, Salmo nella Typhimunium, Vibrio Parahaemolyticus 를 접종시키고 Ozone접촉시간을 변화시 켜 살균효과를 검토하였다. (Fig.
- 수용성 폐 절삭유의 배지에 각기 다른 균을 접종하고 접종된 배지를 오존의 접촉시간에 따른 생균수를 Colony counter로 확인하였다.
- 수용성 폐 절삭유의 오염 지표로서 pH를 측정하였다. 측정결과 pH값은 W 1종, W 2종의 원 절삭유의 경우는 한국공업규격에 만족하는 10.
- 수용성 폐 절삭유의 재생을 위해 S사에서 제조된 오존 발생기와 접촉 칼럼을 이용하여 처리하였다.
- 또한, 일반적으로 수용성 절삭유에 사용되는 유화제는 음이온 및 비 이온성 계면활성제가 많이 사용되고 있기 때문에。오존의 접촉에 의해 유화제의 변화를 확인해 보았다. 실험은 음이온성 계면활성제를 이용하였으며 오존의 접촉 시간을 변화시켜 유화제 농도의 변화를 분석하였다.
- 오존 발생기를 이용하여 수용성 폐 절삭유의 접촉시간에 따른 TOC의 변화를 조사하였다. 수용성 폐 절삭유는 사용 3개월 후의 완전 폐 절삭유(。사 W 1종)를 선택하였으며, 분석결과는 Table 4에 나타내었다.
- 오존보다는 산화력이 작은 UV 램프를 이용하여 수용성 절삭유의 성상변화를 시키지 않으면서 살균과 탈취의 효과에 대한 가능성을 조사하였다.
- 또한, 유량의 조절은 1〜10단계까지 단계적으로 변화시켜 오존 발생기로부터 가장 많은 양의 오존이 발생되는 시점을 고정하여 수용성 절삭유의 오존에 의한 반응을 살펴보았다. 오존을 접촉시킨 절삭유의 분석은 TOC(Total Organic Carbon Analyser; Phoenix 8000)를 이용하여 분석하였으며, 절삭유의 갱유시기를 연장할 수 있는 방안을 조사하였다.
- 조사하였다. 오존의 발생량은 1 g/hr, 접촉시간은 1, 2, 5, 10, 30분의 간격으로 실험을 실시하였으며, 수용성 폐 절삭유는 D사의 선반가공 공정 3개월 후의 완전 폐 절삭유(W 1종)를 적용하였다.
- 원 절삭유와 폐 절삭유의 미생물 산화 정도를 확인하고, 원 절삭유와 폐 절삭유의 보관 조건에 따른 미생물 산화 속도를 확인하기 위해 CODcr 및 TOC를 이용하여 수용성 절삭유의 보관 조건에 따른 성상변화를 측정한 결과를 아래 Table 3에 나타내었다.
- 원 절삭유와 폐 절삭유의 수용액상에 분산시키고 전자현미경(X300)을 이용한 유분의 흐름과 확산을 비교하였다. 각각의 시료는 2차 전처리를 마친 수용성 절삭유제를 사용하였으며, 폐 수용성 절삭유의 재생시 원 절삭유제와 유사한 형상을 지닐 수 있는지에 대한 가능성을 확인해 보았다.
- 0g 으로 변화시켜 50业의 수용성 폐 절삭유에 투입하고 각각의 TOC 변화를 조사하였다. 이때 25°C, lOOrpm, 24시간의 shaking 조건으로 실험한 후 그 여액을 TOC 분석에 사용하였다.
- 입상 활성탄을 0.1, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 5.0g 으로 변화시켜 50业의 수용성 폐 절삭유에 투입하고 각각의 TOC 변화를 조사하였다. 이때 25°C, lOOrpm, 24시간의 shaking 조건으로 실험한 후 그 여액을 TOC 분석에 사용하였다.
- 절삭유의 냉각성의 지표가 되는 점도의 변화를 살펴보기 위해 점도계(RIONVT-03E)를 이용하여 수용성 원 절삭유와 폐 절삭유의 변화를 비교하여 검토하였으며, 이로써 절삭유의 성능 저하 정도를 파악하고자 하였다.
- 폐 수용성 절삭유의 처리를 위해 기본 물성 변화 및 TOC, COD의 변화 그리고 Ozone, UV에 의한 살균 효과 및 활성탄에 의한 TOC변화를 고찰하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 있다. 따라서 본 연구에 사용된 수용성 원 절삭유는 현장의 사용 상태와 동일하게 혼합하여 시료로 사용하였으며, 폐 절삭유의 경우는 혼합된 상태 그대로를 샘플로 사용한 후, 먼저 1차적으로 조망과 침전을 이용하여 거대 크기의 불순물을 제거하고, 절삭 가공 공정 중에 발생되는 금속chip을 제거하였으며, 분석을 실시하기 전에는 진공여과기를 이용하여 여과 후 여액을 샘플로 사용하였다. 또한, 폐 수용성절삭유는 절삭공구의 금속 이물질 이외에도 공구내의 모빌유와 같은 물질이 혼입되어 있기 때문에 이들을 비중차에 의해 분리하고 가장 하부에 있는 수용성 절삭유만을 분석에 이용하여 기타 물질에 의한 오차를 줄이고자 하였다.
- 사용되고 있다. 또한 에멀젼 타입의 W사에서 제조한 W 1종 1호와 W 2종 1호를 실험재료로 선정하였다. 분석용 시료는 수용성 원 절삭유와 사업장에서 3개월정도 사용 후 완전 폐기되는 폐 절삭유, 그리고 사용중인 절삭유는 1주일 기간의 간격으로 샘플링(1~4주)한 것으로 사용하였다.
- 1은 오존 접촉 반응기(a)와 오존발생기(b)의 실제 사진을 나타내었다. 본 연구에 사용된 오존발생기는 오존 발생량 0.5〜2 g/hr의 성능을 지닌 것을 사용하였다. Fig.
- 본 연구에 사용된 절삭유는 D사와 S사, C사에서 CNC선반 가공작업에 사용된 수용성 절삭유로서 이는 내부패성, 방청성 및 윤활성이 우수하며 풀림성이 뛰어나 일반강 및 비철금속의 절연삭 작업에 널리 사용되고 있다. 또한 에멀젼 타입의 W사에서 제조한 W 1종 1호와 W 2종 1호를 실험재료로 선정하였다.
- 또한 에멀젼 타입의 W사에서 제조한 W 1종 1호와 W 2종 1호를 실험재료로 선정하였다. 분석용 시료는 수용성 원 절삭유와 사업장에서 3개월정도 사용 후 완전 폐기되는 폐 절삭유, 그리고 사용중인 절삭유는 1주일 기간의 간격으로 샘플링(1~4주)한 것으로 사용하였다.
- 수용성 폐 절삭유는 사용 3개월 후의 완전 폐 절삭유(。사 W 1종)를 선택하였으며, 분석결과는 Table 4에 나타내었다.
- 조사하였다. 폐 절삭유는 3개월 이상 사용된 것을 사용하였고, 3M사의 페트리 Film을 사용하여 살균효과를 Colony counter에 의해 생균수를 측정하였고, 그 결과와 TOC, pH 및 색상 변화를 Table 5에 나타내었다.
성능/효과
- Coli 0157, Salmo nella Typhimunium, Vibrio Parahaemolyticus 를 접종시키고 Ozone접촉시간을 변화시 켜 살균효과를 검토하였다. (Fig. 5)에서 볼 수 있는 바와 같이 4종의 균주 모두 접촉시간 10분에서 현저한 살균효과를 보이고 있으며 30분의 접촉시간 에서 99.99%의 사멸효과를 보이고 있어 폐 수용성 절삭유의 살균은 Ozone 접촉시간이 30분이면 충분할 것으로 판단된다.
- 1) 사용한 폐 수용성 절삭유의 CODcr 및 TOC는현저히 증가하고 있어 절삭가공 중에 일어난 열화 및 산화작용으로 인해 절삭유 분자 chain의 분해가 활발하게 일어나고 있음을 확인할 수 있었으며 분산 상태를 확인한 현미경 사진에서도 폐 절삭유의 경우 유적의 파괴와 불순물 유입을 관찰할 수 있었다.
- 2) 점도와 산가 그리고 pH 변화에서처럼 산가의 증가는 산화가 진행된 증거를 제시하며 점도의 증가 역시 절단된 짧은 분자 chain이나, 불순물 유입에 기인하고 있으며, pH의 감소가 산가의 증가를 뒷받침 하는 결과를 보여주고 있다.
- 3) 폐 수용성 절삭유의 부패를 방지하기 위해 Ozone 및 UV를 이용하여 살균효과와 TOC변화를 고찰해 본 결과 Ozone은 UV에 비해 산화력이 뛰어나 살균효과는 우수하지만 TOC가 급속히 증가하고 있어 분자 chain 의 절단이 현저한 것으로 나타났다. 따라서.
- 4) 폐 수용성 절삭유내에 존재하는 짧은 chain의 절삭유는 절삭효과를 감소시키는 요인이기 때문에 이들의 제거를 위해 활성탄을 사용하여 TOC변화를 조사한 결과 약 40%의 TOC 감소효과를 보이고 있다. 따라서 폐 수용성 절삭유의 재생 공정의 개발에 앞서 이들 산화절삭유의 제거가 우선적임을 알 수 있었다.
- COD 측정은 처음 시료 채취후의 원 절삭유와 폐 절삭유, 4°C 에서 5일간 보관한 원 절삭유와 폐 절삭유, 그리고 상온에서 보관한 원 절삭유와 폐 절삭유로 분리하여 조건을 달리하여 도출한 결과로서 Table 3에서 볼 수 있는 것과 같이 원 절삭유의 COD는 보관 조건의 변화에 상관없이 거의 비슷한 결과를 나타내지만 폐 절삭유의 경우는 4°C에서 5일간 보관한 것과 처음 시료 채취 후 분석한 결과는 비슷하지만 상온에서 보관하였을 경우 COD가 10000 ppm정도가 차이가 나는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 절삭유의 사용전과 사용후의 분자구조가 상이한 결과로 사용후의 절삭유의 분자 chain이 절삭가공 공정에서 발생하는 열에 의해 절단되어 사용전의 분자 구조보다 짧은 분자 구조를 가지게 되며, 이러한 분자 구조를 가진 수용성 절삭유는 미생물에 의한 분해가 활발하다는 사실이 COD 증가로부터 확인된다.
- TOC분석 결과는 COD측정 결과와 비교하여 더 작은 값을 나타내고 있으며, 미생물이 생장하는데 도움이 되는 유기탄소(Organic Carbon)의 량이 보관일 수가 늘어날수록 줄어들고 있음을 확인할 수 있다.
- Table 5에서 볼 수 있는 것과 같이 미생물 배지를 이용한 UV접촉 시간에 따른 생균수의 측정결과 약 10분의 UV 접촉만으로도 50%이상의 미생물을 제거 할 수 있는 것으로 나타났으며, 30분 접촉시 약 95%이상의 제거율을 보였으며 60분 접촉시 99.99%의 사멸 효과를 확인할 수 있었다.
- 대장균군에 대한 분석결과 Fig. 7에서 보는 바와 같이 60분간의 UV 접촉으로 폐 수용성 절삭유 내에는 대장균의 존재가 전무한 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 Ozone 접촉에 비해 UV 접속은 2배정도 접촉시간이 필요한 것으로 확인되었다.
- 7에서 보는 바와 같이 60분간의 UV 접촉으로 폐 수용성 절삭유 내에는 대장균의 존재가 전무한 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 Ozone 접촉에 비해 UV 접속은 2배정도 접촉시간이 필요한 것으로 확인되었다.
- 측정결과 pH값은 W 1종, W 2종의 원 절삭유의 경우는 한국공업규격에 만족하는 10.2 〜 10.4로 측정되었으며 폐 절삭유의 경우에는 7.76〜7.82로 측정되었다. 또한 점도는 W 1종, W 2종의 원 절삭유의 경우는 1.
후속연구
- 제시하고자 한다. 또한 이러한 결과들은 폐 절삭유의 재생 가능성을 타진할 수 있는 기본 자료로서의 활용이 가능하기 때문에 궁극적으로는 폐기 Cycle을 연장시키고자 하는 노력에도 일익을 담당할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이상과 같은 결과로서 현재 현장에서 상온상태로 보관하는 수용성 절삭유를 냉장보관을 하는 것이 미생물에 의한 산화를 막을 수 있을 것으로 판단된다.
- 이러한 결과는 활성탄 외부의 미세 기공으로 분자 chain이 짧은 것부터 흡착될 것이기 때문에& 폐 수용성 절삭유의 재생가공 공정 개발의 중요한 결과로 활용할 수 있다. 즉, 절삭유의 열화 및 산화과정으로 인해 짧아진 절삭유의 분자 chain의 절삭유를 제거함으로써 재생 가능성을 타진할 수 있을 것으로 판단되며 나아가서는 분자량별 분별 방법과 같은 추가 연구가 수행되어 이들 결과를 뒷받침해야 할 것으로 판단된다.
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