[논문]미세기포 세척장비를 이용한 도로시설물 염화칼슘의 제거

박일건; 이준형; 박형준; 김현진; 김흥래; 조일형

doi:10.12925/jkocs.2019.36.4.1281

미세기포 세척장비를 이용한 도로시설물 염화칼슘의 제거
Removal of calcium chloride in road structure using ultra-fine bubble washing machine 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.36 no.4, 2019년, pp.1281 - 1289

박일건 ((주)평화엔지니어링 연구원) , 이준형 ((주)평화엔지니어링 연구원) , 박형준 ((주)평화엔지니어링 연구원) , 김현진 ((주)평화엔지니어링 연구원) , 김흥래 ((주)평화엔지니어링 연구원) , 조일형 ((주)지티앤)

초록
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본 연구는 도로시설물의 염화칼슘 제거를 위한 미세기포 세척장비의 최적 운용조건에 대하여 성능평가를 수행하였다. 실험에 사용된 미세기포의 직경은 196.6±100.6nm에 1.36×108개/ml의 농도를 나타낸다. 세척장비의 분사장치에 대한 실험 성능결과, 100bar의 분사압력에서 100cm, 150cm 분사거리에 약 93%, 91%의 세척효율이 나타나는 것으로 확인되었다. 미세기포 생성(순환)횟수를 2-6회로 증가시킴에 따라 최소 1%에서 7%까지 염화물 제거율이 높아짐을 확인하였다. 미세기포 생성 공기유량을 4 ml/min에서 0.5 ml/min으로 낮춤에 따라 세척효율이 최대 30%까지 증가하는 것이 확인되었다. 일반 상수도와 미세기포의 세척효율은 미세기포가 일반상수도 보다 세척효율이 25% 높게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to evaluate the optimal operating condition of ultra-fine bubble washing machine for removing calcium chloride from road concrete structure. The diameter of the ultra-fine bubble was measured to 196.6 ± 100.6 nm and the ultra-fine bubble concentration was measured to 1.36 × 108 cell/ml. As a result of the performance on the spray device of the washing machine, it was confirmed that the washing efficiency of 93% and 91% appeared at 100cm and 150cm of injection distance at 100bar injection pressure. By increasing the ultra-fine bubble generation cycles from 2 to 6, the chloride removal rate increased from 1% to 7%. As the ultra-fine bubble generation air flow was lowered from 4 ml/min to 0.5 ml/min, it was confirmed that the washing efficiency increased up to 30%. The washing efficiency of ultra-fine bubble water was 25% higher than normal water.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. ultra-fine bubble washing machine and test bed.
그림 Fig. 2. Calcium chloride absorption process of concrete.
표 Table 1. Operating condition for evaluating calcium chloride removal rate
그림 Fig. 3. The result of nano bubble size distribution on this study
그림 Fig. 4. Calcium chloride removal rate according to the distance and pressure of the washing machine(C: Concentration of chloride after washing, C₀: Initial concentration of chloride)
그림 Fig. 5. Calcium chloride removal rate according to the air flow and cycle count of the washing machine(C: Concentration of chloride after washing, C₀: Initial concentration of chloride)
그림 Fig. 6. Calcium chloride removal rate using water and nano bubble(C: Concentration of chloride after washing, C₀: Initial concentration of chloride).

AI 본문요약
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문제 정의

위의 특징에 따라 장기간 유지가 가능한 마이크로-나노버블 기술을 이용할 경우 콘크리트 염화물 제거작용은 버블의 순간붕괴에 의한 염화물의 탈리작용으로 일반 상수도를 이용한 방법보다 효과적일 것으로 사료된다. 하지만 실질적으로 도로시설물에 세척장비를 사용할 경우 분사조건과 미세기포의 성상에 따라 세척효율성이 상이할 것으로 판단되므로 본 연구에서는 미세기포를 이용한 세척장비를 제작하여 분사거리, 분사압력과, 나노버블수 생성장치의 공기유량 및 농축도를 변화시켜 도로시설물의 염화물을 제거하기 위한 최적조건을 찾는데 그 목적이 있다.

제안 방법

또한, 미세기포는 공기유량에 따라 기포의 직경이 달라지고, 순환횟수에 따라 농축도가 달라지게 된다. 따라서 미세기포의 특성에 따라 세척효율이 달라질 것으로 예상되며, 최적의 미세기포 생성조건을 확인하기 위해 공기유량과 순환횟수에 따라 실험을 진행하였다. 분사장치의 분사거리는 100cm, 분사압력은 100bar로 설정하였고, 세척시간별로 표면 염화물 측정을 수행하였다.
본 연구에 사용된 미세기포 생성장치를 사용하여 발생된 나노버블의 직경크기를 분석하였다. 나노 입자 크기를 측정하기 위한 방법으로 나노 입자 추적 분석(NTA) 기술을 이용하는데 이 기술은 확산운동을 하고 있는 개별 입자를 동시에 직접 관찰하여 분석하고 이러한 개별 입자 관찰 방식은 데이터의 시각적 검증을 통해 입도 분포 및 농도에 대한 고분해능의 결과에 대한 신뢰도를 제공한다.
추가적으로 일반 상수도와 버블수와의 차이점을 비교하기 위해 동일한 세척분사장치를 사용하여 일반 상수도와의 비교실험을 진행하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 콘크리트는 약 3cm의 두께로 자체 제작한 시편을 사용하였다. Fig.

성능/효과

분사장치의 분사압력 및 분사거리에 따라 미세기포의 충돌압력과, 붕괴 작용시 염화칼슘과의 흡·탈착 반응시간이 달라지게 된다. 이에 따른 실험결과, 분사장치의 최적 운용조건은 100bar, 100cm로 약 93%의 세척효율성을 나타냈다. 공기유량이 낮을시 미세기포의 직경 사이즈는 작아지므로, 공기유량 4 L/min 대비 0.
5 L/min에서 최대 14%의 세척효율이 높아지는 것을 확인하였다. 또한 미세기포 생성횟수가 높아질 경우 농축도가 증가하여 최대 7%까지 세척효율성이 높아지는 것을 확인하였으며, 실험결과 공기유량 0.5ml/min, 순환횟수 6회의 생성조건이 최적으로 확인되었다. 미세기포와 일반 상수도의 세척효율을 비교한 결과, 미세기포의 세척효율이 약 27% 높게 나타난 것으로 확인되었다.
5ml/min, 순환횟수 6회의 생성조건이 최적으로 확인되었다. 미세기포와 일반 상수도의 세척효율을 비교한 결과, 미세기포의 세척효율이 약 27% 높게 나타난 것으로 확인되었다. 실질적으로 현장에서 세척장비를 운용시 미세기포를 이용한 세척방법은 일반 상수도를 이용한 세척방법보다 높은 세척효율성을 가짐으로 세척시간이 짧고, 용수사용량이 적기 때문에 시간 대비 활용도가 높을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로-나노버블 기술이 활용되는 분야는?	마이크로-나노버블 기술은 식물과 어류의 생장을 촉진시키는 생물기술에 이용되며, 마이크로 버블이 파열될 경우 순간적인 고열을 발생시켜 살균과 분해작용으로 또한 작용하여 토양오염 정화와 폐수처리 분야 등 다양한 분야에서 활용된다[13]. 최근 기술에서는 마이크로-나노버블을 사용하여 고체표면의 미생물을 세척하는 방안으로도 활용되고 있다[14, 15].
	제설제의 역할은?	최근 지구온난화에 의한 기상이변으로 국내 겨울철의 강설량이 증가하면서 도로 안전사고를 예방하기 위해 제설제(NaCl, CaCl2)의 투입량이 증가하고 있는 실정이다[1]. 도심지 도로에 사용되는 제설제는 콘크리트 표면에 쌓이게 될 시 순간적으로 온도를 상승시켜 표면에 쌓인 눈을 녹게 만든다. 제설제에 의해 녹은 눈은 높은 농도의 염화물 함량을 갖게 되는데 콘크리트에 염화물에 흡수되어 도로구조물의 성능저하가 발생한다[2].
	마이크로-나노버블 기술의 실질적인 효율은?	위의 특징에 따라 장기간 유지가 가능한 마이크로-나노버블 기술을 이용할 경우 콘크리트 염화물 제거작용은 버블의 순간붕괴에 의한 염화물의 탈리작용으로 일반 상수도를 이용한 방법보다 효과적일 것으로 사료된다. 하지만 실질적으로 도로시설물에 세척장비를 사용할 경우 분사조건과 미세기포의 성상에 따라 세척효율성이 상이할 것으로 판단되므로 본 연구에서는 미세기포를 이용한 세척장비를 제작하여 분사거리, 분사압력과, 나노버블수 생성장치의 공기유량 및 농축도를 변화시켜 도로시설물의 염화물을 제거하기 위한 최적조건을 찾는데 그 목적이 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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