미세분진 및 냄새제거 효율향상을 위한 선회류식 세정전해 기술개발 Development of Vortex Scrubber Using Electrolyzed Water for the Removal Efficiency Improvement of Minute Particles and Odor원문보기
(주)시원기업에서 개발한 선회류식 세정전해기술을 이용한 실내공기오염물질 제거장치를 이용하여 다중이용시설에 관한 실내공기질 관리법에 따라 미세먼지, 냄새, VOC 등의 실내공기질을 기준치 이하로 제거하는 실험을 30분 동안 진행한 결과 미세분진(담배연기)은 $920{\mu}g/m^3{\rightarrow}112{\mu}g/m^3$로 저감되었고 가스상 물질은 포름알데히드(HCHO) 20ppm$\rightarrow$4ppm, 암모니아($NH_3$) 50ppm$\rightarrow$1ppm, 트리메틸아민($(CH_3CH_2)_3N$) 15ppm$\rightarrow$trace, 메틸에틸케톤($CH_3COC_2H_5$) 25ppm$\rightarrow$trace, 아세트알데히드($CH_3CHO$) 15ppm$\rightarrow$2ppm, 초산($CH_3COOH$) 20ppm$\rightarrow$trace, 아세톤($CH_3COCH_3$) 50ppm$\rightarrow$N.D로 고효율의 제거성능을 보여 선회류 세정장치에서 전해수를 세정하여 생성되는 세정필터를 이용한 실내공기질 저감기술로 실내환경을 쾌적하게 유지하는 것을 확인하였다. 오염물질을 제거하고 배출되는 다습한 공기는 실내습도를 40~60%정도로 유지하여 실내를 쾌적하게 하였다. 유해성제거실험으로 전기분해를 이용하여 대장균(E.coli)과 황색포도상구균(S.aureus)에 대해 살균시험을 수행한 결과 99.9%이상의 살균효과를 나타내었고 CODcr, 탁도는 완만한 저감곡선을 보여 세정수의 재이용 여부가 가능한 것을 확인하였다.
(주)시원기업에서 개발한 선회류식 세정전해기술을 이용한 실내공기오염물질 제거장치를 이용하여 다중이용시설에 관한 실내공기질 관리법에 따라 미세먼지, 냄새, VOC 등의 실내공기질을 기준치 이하로 제거하는 실험을 30분 동안 진행한 결과 미세분진(담배연기)은 $920{\mu}g/m^3{\rightarrow}112{\mu}g/m^3$로 저감되었고 가스상 물질은 포름알데히드(HCHO) 20ppm$\rightarrow$4ppm, 암모니아($NH_3$) 50ppm$\rightarrow$1ppm, 트리메틸아민($(CH_3CH_2)_3N$) 15ppm$\rightarrow$trace, 메틸에틸케톤($CH_3COC_2H_5$) 25ppm$\rightarrow$trace, 아세트알데히드($CH_3CHO$) 15ppm$\rightarrow$2ppm, 초산($CH_3COOH$) 20ppm$\rightarrow$trace, 아세톤($CH_3COCH_3$) 50ppm$\rightarrow$N.D로 고효율의 제거성능을 보여 선회류 세정장치에서 전해수를 세정하여 생성되는 세정필터를 이용한 실내공기질 저감기술로 실내환경을 쾌적하게 유지하는 것을 확인하였다. 오염물질을 제거하고 배출되는 다습한 공기는 실내습도를 40~60%정도로 유지하여 실내를 쾌적하게 하였다. 유해성제거실험으로 전기분해를 이용하여 대장균(E.coli)과 황색포도상구균(S.aureus)에 대해 살균시험을 수행한 결과 99.9%이상의 살균효과를 나타내었고 CODcr, 탁도는 완만한 저감곡선을 보여 세정수의 재이용 여부가 가능한 것을 확인하였다.
According to Indoor Air Quality(IAQ) management law for multi-use buildings, SEEONE CO., Ltd. made pilot and tested it to remove minute particle, odor, VOCs, etc. within the standards of IAQ. This pilot made by SEEONE CO., Ltd. is vortex scrubber washing electrolyzed water. As 30 minutes test result...
According to Indoor Air Quality(IAQ) management law for multi-use buildings, SEEONE CO., Ltd. made pilot and tested it to remove minute particle, odor, VOCs, etc. within the standards of IAQ. This pilot made by SEEONE CO., Ltd. is vortex scrubber washing electrolyzed water. As 30 minutes test result in multi-use building indoor place, minute particle(the smoke of a cigarette) was reduced $920{\mu}g/m^3{\rightarrow}112{\mu}g/m^3$, gaseous contaminants was reduced Formaldehyde (HCHO) 20ppm$\rightarrow$4ppm, Ammonia($NH_3$) 50ppm$\rightarrow$1ppm, Trimethylamine ($(CH_3CH_2)_3N$) 15ppm$\rightarrow$trace, Methylethylketone($CH_3COC_2H_5$) 25ppm$\rightarrow$trace, Acetic acid ($CH_3COOH$) 20ppm$\rightarrow$trace, Acetaldehyde($CH_3CHO$) 15ppm$\rightarrow$2ppm and Acetone($CH_3COCH_3$) 50ppm$\rightarrow$N.D. The pilot test result of the air filter using electroyzed water in vortex scrubber showed high removal efficiency. Because purified air maintain indoor humidity of approximately 40~60%, so users can feel pleasant. In E.coli, S.aureus sterilization test and CODcr, turbidity treatment test by electrolysis, germs was sterilized over 99.99% and CODcr and turbidity was decreased gradually. So water used for washing can be reused by electrolysis.
According to Indoor Air Quality(IAQ) management law for multi-use buildings, SEEONE CO., Ltd. made pilot and tested it to remove minute particle, odor, VOCs, etc. within the standards of IAQ. This pilot made by SEEONE CO., Ltd. is vortex scrubber washing electrolyzed water. As 30 minutes test result in multi-use building indoor place, minute particle(the smoke of a cigarette) was reduced $920{\mu}g/m^3{\rightarrow}112{\mu}g/m^3$, gaseous contaminants was reduced Formaldehyde (HCHO) 20ppm$\rightarrow$4ppm, Ammonia($NH_3$) 50ppm$\rightarrow$1ppm, Trimethylamine ($(CH_3CH_2)_3N$) 15ppm$\rightarrow$trace, Methylethylketone($CH_3COC_2H_5$) 25ppm$\rightarrow$trace, Acetic acid ($CH_3COOH$) 20ppm$\rightarrow$trace, Acetaldehyde($CH_3CHO$) 15ppm$\rightarrow$2ppm and Acetone($CH_3COCH_3$) 50ppm$\rightarrow$N.D. The pilot test result of the air filter using electroyzed water in vortex scrubber showed high removal efficiency. Because purified air maintain indoor humidity of approximately 40~60%, so users can feel pleasant. In E.coli, S.aureus sterilization test and CODcr, turbidity treatment test by electrolysis, germs was sterilized over 99.99% and CODcr and turbidity was decreased gradually. So water used for washing can be reused by electrolysis.
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문제 정의
실내공기오염물질은 크게 입자상 오염물질과 가스상 오염물질, 병원성세균 등으로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 표준물질, 발생 가능한 물질을 선별하여 실험하였다. 또한 세정장치의 단점인 발생폐수를 전기분해하여 재사용 가능하도록 하며, 다중이용시설에서 많이 발견할 수 있는 E.
본 연구에서는 미세분진 및 냄새제거 효율향상을 위해 선회류식 세정전해 기술을 개발하여 다중이용시설 및 실내환경에서 공기정화기로서의 적합성을 실험하고 하고자 하였다.
상기의 반응식처럼 전기분해수가 유해가스와 반응하여 발생된 오염수를 다시 전기분해장치에서 산화제거하여 오염부하를 줄이고 재사용이 가능하게 하여 무배출 시스템을 구현하고자 하였다.
4.2 전기분해장치를 이용한 오염세정액 정화 실험
실제 선회류 세정장치에서 발생되어 용존 처리된 미세분진 및 가스상 물질과 세정액의 오염물에 대해서 전기분해 반응을 통해 오염부하를 줄이고 재사용이 가능한지를 확인하고자 하였다
. 이를 위해 CODcr 농도 300mg/L의 폐수를 Continuous Type과 Batch Type의 전기분해 반응조에 넣고 전류밀도 0.
이를 위해 Fig. 3와 같은 Continuous type 전기분해 장치와 Fig. 4와 같은 Batch type 전기분해장치를 제작 하여 물속에 용존된 VOCs물질과 암모니아, 아민류의 오염인자인 세정폐수중의 COD와 부유물의 처리 가능성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
THC 측정기는 전극이 없는 UV램프의 방전에 의한 높은 에너지의 광원을 PID (photoionization detector)로 검출하여 사용한다.
본 연구에서는 대표적인 표준물질, 발생 가능한 물질을 선별하여 실험하였다. 또한 세정장치의 단점인 발생폐수를 전기분해하여 재사용 가능하도록 하며, 다중이용시설에서 많이 발견할 수 있는 E. coli균과 S. aureus균의 살균성능실험에서 안전성을 검증하도록 하였다. Table 1은 국내 각 법령에 따른 실내공기질에 대한 기준을 표시한 것으로 상기된 기준치 이하로 유해물질을 제거하고자 하였다.
미세분진 제거실험은 다중이용시설에서 발생할수 있는 오염물질 중 미세분진의 대표적인 성분인 담배 연기를 사용하였다.
선회류 세정장치의 실험은 가스량: 10㎥/min, 가동 시간: 60min, 통과유속: 3.7m/sec, 압력손실: 10～25 mmAq, 체류시간 0.3sec조건에서 실험 전후 농도를 측정하여 실험하였다.
제공된 시료의 물 저장소에 티오황산나트륨을 이용하여 잔류염소를 중화시킨 수도수 15ℓ를 채우고 NaCl 1g을 용해 시킨 상태에서 준비된 시험균 1㎖를 접종하여 초기 접종균 제조하였다. 시료에 전원을 연결하고 정류기 스위치 동작(on) 상태에서 오염수의 생균수를 1시간 간격으로 최대 6시간까지 측정하여 초지 접종균의 농도와 비교하여 각 시간별 처리 수의 세균수 감소율을 측정하였다.
이를 위해 CODcr 농도 300mg/L의 폐수를 Continuous Type과 Batch Type의 전기분해 반응조에 넣고 전류밀도 0.01A/cm2로 일정하게 유지, 전극극간거리 5∼30mm로 변화시키면서 HRT 10∼180min까지 전기분해처리 실험을 수행하였다.
cfu/㎖ 가 되도록 조정하여 시험에 사용하였다. 제공된 시료의 물 저장소에 티오황산나트륨을 이용하여 잔류염소를 중화시킨 수도수 15ℓ를 채우고 NaCl 1g을 용해 시킨 상태에서 준비된 시험균 1㎖를 접종하여 초기 접종균 제조하였다. 시료에 전원을 연결하고 정류기 스위치 동작(on) 상태에서 오염수의 생균수를 1시간 간격으로 최대 6시간까지 측정하여 초지 접종균의 농도와 비교하여 각 시간별 처리 수의 세균수 감소율을 측정하였다.
대상 데이터
Batch type 전기분해 장치에서 사용된 전극중 양극으로는 IrO2-SnO2/Ti 촉매 전극을 사용하였고, 음극은 니켈 또는 철판을 사용하였다. 실제 반응 장치의 모습은 Fig.
Continuous type 전기분해 장치에서 사용된 전극중 양극으로는 IrO2-SnO2/Ti 촉매 전극을 대표적 전극으로 하고 RuO2-SnO2/Ti 및 RuO2-IrO2/Ti 전극 등을 선택하여 사용하였고, 음극은 니켈 또는 철판을 사용하였다. 실제 반응 장치의 모습은 Fig.
가스측정기는 측정 가스별로 Table 2와 같은 검지관식 가스 측정기(Gasteko)와 Digital THC 측정기(Mini RAE 2000)를 사용하였다.
성능/효과
1. 담배연기를 이용한 분진제거 실험에서 60분 동안 제거실험한 결과 제거효율은 약 85% 이상이며 오염농도 920㎍/m3 → 112㎍/m3으로 법적기준치 이하로 제거되었다.
2. 선회류 세정장치를 30분 동안 가동시 가스상 물질 제거효율은 암모니아 98%, 트리메틸아민 99%, 아세트알데히드 87%, 초산 99% 등으로 선회류 세정장 치의 탁월한 세정효과를 알 수 있었다. 동 운전시간 대비 타사 공기청정기의 평균 가스상 물질 제거효율이 70% 정도임을 감안하면 선회류식 세정장치의 가스상 물질 제거효과가 탁월함을 알 수 있었다.
3. 오염된 세정수를 전기분해하여 180간 실험한 결과 CODcr 초기농도 300ppm에서 24ppm으로 92% 가량 낮아졌으며, 탁도는 20분 정도를 경과하면 일반 수도수처럼 투명해져 전기분해장치의 COD 및 부유물 제거성능이 효과가 있음을 증명하였으며 세정수의 재이용이 가능함을 확인하였다.
4. 그람 음성균인 대장균(E.coli)에 대하여 시료를 처리하기 시작한 후 한 시간 후부터 99.9%이상의 살균력을 나타내고, 그람 양성균인 황색포도상구균(S. aureus)도 마찬가지로 시료 처리 한 시간 후에 99.9%의살균력을 나타내어 병원성 세균이 존재할 수 있는 병원이나 산후조리원, 장례식장, 찜질방 등과 같은 다중이용시설에 안전하게 적용가능함을 입증하였다.
Fig. 7과 같이 대상폐액은 극간거리가 짧을수록 보다 빠른 분해속도를 보이는 처리특성을 보여 극간거 리는 5mm의 조건에서 180분 동안 반응시킨 결과 대 상폐액 CODcr이 300ppm이 92%(처리수 24ppm)정도의 탁월한 효과를 나타내었다. 또한 탁도 검사에서는 20분 경과 후 시수와 비슷한 투명도를 가짐으로서 세정 재이용수로 사용하기에 적정함을 확인하였다.
선회류 세정장치를 30분 동안 가동시 가스상 물질 제거효율은 암모니아 98%, 트리메틸아민 99%, 아세트알데히드 87%, 초산 99% 등으로 선회류 세정장 치의 탁월한 세정효과를 알 수 있었다. 동 운전시간 대비 타사 공기청정기의 평균 가스상 물질 제거효율이 70% 정도임을 감안하면 선회류식 세정장치의 가스상 물질 제거효과가 탁월함을 알 수 있었다.
담배연기를 이용한 분진제거 실험에서 60분 동안 제거실험한 결과 제거효율은 약 85% 이상이며 오염농도 920㎍/m3 → 112㎍/m3으로 법적기준치 이하로 제거되었다. 또한 광산란법을 적용하는 기계의 특성상 물분자를 분진으로 측정할 수 있음을 감안한다면 제거효율은 상승할 것으로 판단하며 공기청정기 로서 충분한 기능을 가짐을 확인할 수 있었다.
7과 같이 대상폐액은 극간거리가 짧을수록 보다 빠른 분해속도를 보이는 처리특성을 보여 극간거 리는 5mm의 조건에서 180분 동안 반응시킨 결과 대 상폐액 CODcr이 300ppm이 92%(처리수 24ppm)정도의 탁월한 효과를 나타내었다. 또한 탁도 검사에서는 20분 경과 후 시수와 비슷한 투명도를 가짐으로서 세정 재이용수로 사용하기에 적정함을 확인하였다.
선회류 세정장치에 의한 미세분진(담배연기) 제거실험 결과 920㎍/㎥->112㎍/㎥로 저감되었으며, 가스상 물질 제거실험 결과 30분 기준으로 포름알데히드(HCHO) 20ppm→4ppm, 암모니아(NH3) 50ppm →1ppm, 트리메틸아민((CH3CH2)3N) 15ppm→trace, 메틸에틸케톤(CH3COC2H5) 25ppm→trace, 아세트알데히드(CH3CHO) 15ppm→2ppm, 초산(CH3COOH) 20ppm→N.D, 아세톤(CH3COCH3) 50ppm→N.D로 나타났다.
이를 통하여 세균에 의한 오염가능성을 가지고 있는 병원이나 산후조리원, 장례식장, 찜질방 등과 같은 다중이용시설에 안전하게 적용가능함을 확인하였다. Table.
전기분해수의 살균성능실험을 통해 세균에 의한 오염가능성을 낮추고 안전성을 향상시키기 위하여 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)의 살균 실험을 하여 Table 3과 같이 1시간 후 99.9% 이상의 살균효과를 얻을 수 있었다.
후속연구
다중이용시설은 현재 대다수의 시민들이 사용하고 있지만 대부분의 시설에서 실내공기환경에 대해 근본적인 대책이 없는 실정이다. 따라서 본 연구진이 개발한 세정필터를 이용한 공기청정 기술을 다양한 형태로 다중이용시설에 적용하면 다중이용시설의 실내공기질이 개선되고 쾌적한 실내공기환경을 만들 수 있을 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
(주)시원기업의 선회류 세정장치는 처리형식에 따라 어떻게 구분할 수 있는가?
선회류 세정장치는 오염된 가스가 유입부에 설치된 GUIDE VANE을 지나면서 유속이 증대되어 회전력을 부여받아 선회류를 형성하고 그 중앙부에 SPRAY NOZZLE을 설치하여 세정액을 분사함으로서 선회하는 오염가스 층에 세정 액적이 혼합 접촉하여 흡수 세정되는 동시에 미세 포집 분진 및 액적은 원심력에 의해 탑 벽면에서 포집 처리된다. 처리형식에 따라 원통형, 원추형, 벤츄리형, 수직형, 수평형으로 설치할 수 있으므로 설치장 소에 제한을 받지 않고 대용량처리가 용이하도록 다단으로 제작할 수 있다.
실내공기오염물질은 어떻게 분류 가능한가?
실내공기오염물질은 크게 입자상 오염물질과 가스상 오염물질, 병원성세균 등으로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 대표적인 표준물질, 발생 가능한 물질을 선별하여 실험하였다.
필터방식의 단점은 무엇인가?
국내외에 개발되어 판매되는 공기청정기의 모양과 종류는 제품을 고르기 힘들만큼 다양하다. 하지만 지금까지 개발된 공기청정 방식은 대부분 필터방식 으로서 PM10을 제거하기 위해 보통 9개에서 최대 12 개까지의 필터를 사용하고 있어 분진이 많은 경우 효율이 급속도로 떨어지며 필터의 상태체크 및 유지관 리가 힘들다는 단점이 있다. 또한 건식필터 방식의 공기청정기는 입자상 물질에서는 제거 효율이 좋으나 냄새 등 가스상 물질에는 취약하기 때문에 필터에 고가의 특수재질을 코팅하거나 탈취제, 살균제 등의 화학약품을 첨가한다. 그러나 이는 거의 가정용과 같은 소형 공기청정기에 국한되어 있다.
참고문헌 (10)
Douglas M. Ruthven., "Principles of Adsorption and Adsorption Process", (1991)
김로중, "선회류식 흡수세정장치, 첨단환경기술", (1996)
김로중, "전기분해수를 이용한 악취 및VOCs 제거기술에 관한 연구", 서울산업대 석사학위논문(2003)
환경부, "다중이용시설 등의 실내공기질관리법", (2005)
서울시정개발연구원, "서울시 다중이용시설의 실내공기질 실태조사 및 관리방안 연구", (2004)
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