선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 기계적 에멀젼 또한 아주 안정 한데 화학적 에멀젼보다는 약간 큰 입자형태의 에멀젼이다. 본 연구에서는 화학적 처리방법을 이용하여 오일 에멀젼의 안정성을 파괴하고 파괴된 기름입자들을 서로 응집시켜 부상 처리하는 방법에 관하여 연구하였다.
제안 방법
- 이러한 문제를 해결하기 위하여 IMO 에서는 선박내의 빌지폐수를 처리하기 위한 Bilge Separator의 새로운 형식승인 방법과 절차에 관하여 의결하였다. IMO MEPC 49차 회의에서 Bflge Separator의 형식승인을 위한 에 멀젼(Emulsion)의 구성요소 및 제조절차, Test rig, 형식승인을 위한 시험절차를 결정하였다. 이 결정에 따르면 기관실에서 일반적으로 사용되는 산화제 (agent), 유화제(emulsifier), 용제(solvent)나 계면활성제(surfactarmt)에 의하여 기름이 에멀젼 상태로 변화하여 빌지 Tank에 존재함에 따라 기존의 Bilge Separator로는 처리가 어려웠던 점을 보완하고, 장치의 가동기록을 위한 기록장치의 추가도입으로 빌지 폐수를 처리하지 않고 선외로 배출하는 것을 제한하고, 선원의 훈련에 대하여 강한 규정을 적용하여 빌지 폐수가 기준치 이하로 배출되도록 하였다.
- 국내 H사가 생산하는 응집제의 종류는 수십여 종에 이르나 제조사의 자체 실험을 통해 3가지의 응집제를 추천하였고 이를 바탕으로 Lab. Scale 실험을 통해 최종적으로 본 연구에 적합한 응집제를 선 정하였다. 기존 제품을 사용하는 것은 대부분의 Bilge Separator 생산 기업체가 중소규모이므로 응집제를 직접 개발하는 것 보다는 경제적이고 쉽게 응집제를 확보할 수가 있어 훨씬 이득일 것이다.
- 에 나와 있다. 각 공정의 결과 차이를 확인하기 위해 필터링과 역세를 하지 않고 실험을 수행하였다. 실험 결과 용존 공기 부상방법의 처리 효율이 가장 좋게 나타났다.
- 고액 분리한 현탁액을 Fig. 3의 그림과 같이 여과장치를 제작하여 여과하였다 여액을 받는 용기는 아스피레이터(aspirator)와 연결되어 감압여과를 수행하며, 여과도중 감압을 위한 아스피레이 터에 의한 압력의 요동을 방지하기 위하여 여과기와 아스피레이터 사이에 공기탱크를 설치하여 이 감압에 의한 여과를 수행하였다. 여과실험을 시작하기 전에 여과기와 공기탱크 사이의 밸브를 잠그고 아스피레이터를 가동시켜 원하는 압력으로 조절한 후 아스피레이터와 공기탱크 사이의 밸브를 잠그고 아 스피레이터를 정지시킨다.
- 육상에서 일반적으로 부상처리 시에 필요한 시간이 1시간정도 소요되는데 비해 선박에서는 장치의 크기가 한정되어있으므로 약 15분 내외로 부상처리를 해야만 하는 어려움이 있다. 공기 부상의 경우 Fig. 4.에서 보는 것과 같은 멤브레인 산기관을 이용하여 실험을 수행하였고, 가압공기부상의 경우엔 먼저 가 압탱크에서 5기압정도로 압력을 높이고 에어 콤프레셔로 공기를 주입한 후 릴리즈밸브를 사용하여 1기압으로 낮추어 부상이 일어나도록 하였다. CPI 모듈은 유체의 흐름을 고려하여 Fig.
- 하지만 용존 공기부상의 경우 따로 가압탱크를 두어야 하고 공기 콤프레셔가 필요하여 생산비가 너무 많아서 제품의 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 있었다. 본 연구에서는 생산 기업체의 의견을 받아들여 제작이 간단하고 생산단가가 비교적 적은 CPI 모듈을 이용한 부상법을 적용키로 하였다. CPI 모듈 부상의 경우 효율은 용존 공기 부상에 비하여 조금 떨어지나 꾸준한 처리효율을 유지할 수 있고 생산비가 적게 든다는 장점과 유지가 쉽다는 측면에서 좋은 방법으로 생각된다.
- 본 연구에서는 에멀젼 함유 빌지폐수의 수질 특성 중 폐수 내에서의 응집 반응성에 영향을 줄 수 있는 pH, 응집제의 주 입농도에 따라 미립자의 표면전위를 측정하여 최적응집조건을 설정하였다. 응집의 경우 시료의 pH나 온도, 포함된 전해질의 이온화 세기에 따라 응집 강도가 변화되는데 본 연구에서는 온도와 전해질은 고려하지 않고 pH에 대해서만 실험을 수행하였다.
- 선정된 응집제와 응집조건을 적용하여 빌지폐수내의 에멀젼 처리를 시험하였다. 교반하여 응집이 일어나도록 한 후에 분별깔대기를 이용하여 고액 분리하였다.
- IMO 규정에 규정된 시험 유체 (Test Fluid)의 O/W 에멀젼 농도는 3000ppm이고 이를 Bilge Setparator에서 처리하여 유출수 중의 유분함유농도가 15ppm 이하가 되도록 해야 한다. 실험실에서 3000ppm의 O/W 에멀젼 시료 500㎖에 선정된 응집제를 농도별로 투여하고 NaOH를 이용하여 pH를 약 8로 중화한 후 응집 특성을 관찰하였다. 각 농도별로 투여하여 실험한 결과 500ppm 정도의 농도로 응집제를 투여하였을 경우 가장 응집효율이 높은 것으로 나타났다.
- 이러한 이유로 시료의 pH를 변화시키면서 응집 강도를 확인하였다. 응집 강도의 확인을 위해 Fig. 2.에서 보는 것과 같은 Zeta meter (ZETA-METER, INC., USA)를 사용하여 pH 2-12까지의 영역에서 입자들의 표면 전위를 측정하였다. 응집제의 종류, 응집제 주입량, pH 등의 변화에 따라 응집현상을 조사하여 최적 응집제를 선정하고 이 응집제를 이용하여 빌지폐수를 처리하는 실험을 수행하였다.
- 응집제 선정을 위해 효과적인 응집제로 알려진 국내 H사 제품, 미국 U사 제품, 일본 J사 제품을 선정하여 빌지폐수에 포함된 에멀젼의 응집 실험을 수행하였다. 응집 실험은 기존의 선박용 유수분리기의 처리 시간이 20분 미만인 것을 감안하여 응집 시간을 5분으로 정하였고(혼합과 부상에 약 15분 정도 소요 예상), IMO에서 규정한 방법으로 제작된 테스트 시료를 6%비율로 청수에 섞어 가상의 빌지폐수를 만들었다. 이 가상의 빌지폐수에 각각의 응집제를 투여하고 NaOH를 이용하여 pH를 8로 조정하여 혼합한 뒤 5분후 테스트 시료의 분리 상태를 살펴보았다.
- pH는 응집이론에서 가장 중요한 부분을 차지하는 환경요인 의 하나로 pH에 따라서 Zeta Potential이 변하게 되어 응집 에 차이가 나타난다. 응집 효과를 최대로 얻을 수 있는 pH 영역을 찾기 위해 입자들의 Zeta Potential을 Fig. 2.에서 보는 것과 같은 Zeta-Meter를 사용하여 pH에 따라 측정하였다. 그 결과를 Fig.
- 응집된 플럭의 부상을 위해 공기부상, 가압공기부상, CPI 모듈 부상 실험을 수행하였다. 선박의 특성상 한정된 공간 내에서 부상이 이루어져야 하고, 모든 장치들이 밀폐되어야 하는 조건으로 인해 육상에서의 부상과는 다른 기술이 필요하였다.
- 본 연구에서는 에멀젼 함유 빌지폐수의 수질 특성 중 폐수 내에서의 응집 반응성에 영향을 줄 수 있는 pH, 응집제의 주 입농도에 따라 미립자의 표면전위를 측정하여 최적응집조건을 설정하였다. 응집의 경우 시료의 pH나 온도, 포함된 전해질의 이온화 세기에 따라 응집 강도가 변화되는데 본 연구에서는 온도와 전해질은 고려하지 않고 pH에 대해서만 실험을 수행하였다. 이는 응집에 가장 결정적인 요인으로 작용하는 Zeta Potential이 pH에 따라 변하기 때문이다.
- 응집제 선정시험과 pH, 약품투여량 선정시험에서 얻어진 결과를 바탕으로 에멀젼 함유 빌지폐수에 응집제를 투입하고 NaOH로 pH를 조정하여 혼합하여 응집시킨 후 CPI 모듈을 이용하여 부상 처리하였다. 부상 처리한 시험수를 3㎛ 공극의 필터를 사용하여 여과한 후 유출수 중의 유분 농도를 KSMISO 9377-2 탄화수소 오일지수 측정법에 따라 시험한 결과가 Table 2.
- , USA)를 사용하여 pH 2-12까지의 영역에서 입자들의 표면 전위를 측정하였다. 응집제의 종류, 응집제 주입량, pH 등의 변화에 따라 응집현상을 조사하여 최적 응집제를 선정하고 이 응집제를 이용하여 빌지폐수를 처리하는 실험을 수행하였다.
- 응집 실험은 기존의 선박용 유수분리기의 처리 시간이 20분 미만인 것을 감안하여 응집 시간을 5분으로 정하였고(혼합과 부상에 약 15분 정도 소요 예상), IMO에서 규정한 방법으로 제작된 테스트 시료를 6%비율로 청수에 섞어 가상의 빌지폐수를 만들었다. 이 가상의 빌지폐수에 각각의 응집제를 투여하고 NaOH를 이용하여 pH를 8로 조정하여 혼합한 뒤 5분후 테스트 시료의 분리 상태를 살펴보았다.
- IMO MEPC 49차 회의에서 Bflge Separator의 형식승인을 위한 에 멀젼(Emulsion)의 구성요소 및 제조절차, Test rig, 형식승인을 위한 시험절차를 결정하였다. 이 결정에 따르면 기관실에서 일반적으로 사용되는 산화제 (agent), 유화제(emulsifier), 용제(solvent)나 계면활성제(surfactarmt)에 의하여 기름이 에멀젼 상태로 변화하여 빌지 Tank에 존재함에 따라 기존의 Bilge Separator로는 처리가 어려웠던 점을 보완하고, 장치의 가동기록을 위한 기록장치의 추가도입으로 빌지 폐수를 처리하지 않고 선외로 배출하는 것을 제한하고, 선원의 훈련에 대하여 강한 규정을 적용하여 빌지 폐수가 기준치 이하로 배출되도록 하였다. 이번 결정에 만족하는 Bilge Separator의 개발을 위해서는 기존 Bilge Separator에 에멀젼 처리를 위한 새로운 장치를 추 가하거나 기준에 부합하는 새로운 Bilge Separator의 개발이 필요하게 되었다.
- 이는 응집에 가장 결정적인 요인으로 작용하는 Zeta Potential이 pH에 따라 변하기 때문이다. 이러한 이유로 시료의 pH를 변화시키면서 응집 강도를 확인하였다. 응집 강도의 확인을 위해 Fig.
대상 데이터
- 에서 보는 바와 같이 규정하였다. 시험유체 "A"는 ISO 8217 에 의한 marine residual fuel oil type RMG35(15℃에서 밀도 980kg/㎥이상), 시험유체 "B"는 ISO 8217에 의한 marine residual fuel oil type DMA35(15℃에서 밀도 830kg/㎥이상), 시험유체 C는 기름과 청수의 혼합물로서 시험유체 C 1kg 제조 를 위해 청수 947.8g, 시험유체 A 25.0g, 시험유체 B 25.0g, 건조된 형태의 유화제 0.5g, 산화철 1.7g을 준비한다. 준비된 재료들을 순서에 맞게 Fig.
- 여과는 공기탱크의 감압으로 진행되므로 여과도중 압력의 요동은 없게 된다. 본 연구에서 사용된 여과매체는 GFC 여과지를 사용하였다. 여과 후 여액속의 유분 농도 즉정을 위해 GC-FID 를 이용하는 탄화수소 오일지수 측정법(KSMISC6377-2:2000)을 사용하였다.
- 실험실에서의 기초 실험을 통해 본 연구에 가장 적합한 응집 제로 국내 H사의 제품을 선정하였다. 국내 H사가 생산하는 응집제의 종류는 수십여 종에 이르나 제조사의 자체 실험을 통해 3가지의 응집제를 추천하였고 이를 바탕으로 Lab.
- 실험에 사용된 시약은 특급 및 일급 시약을 사용하였으며 증류수는 2차 증류된 초순수를 사용하였다. 응집제는 Bilge Separator의 제품화 후에 쉽게 적용할 수 있도록 기존에 판매 되는 제품 중에서 선정하였다.
- 응집제 선정을 위해 효과적인 응집제로 알려진 국내 H사 제품, 미국 U사 제품, 일본 J사 제품을 선정하여 빌지폐수에 포함된 에멀젼의 응집 실험을 수행하였다. 응집 실험은 기존의 선박용 유수분리기의 처리 시간이 20분 미만인 것을 감안하여 응집 시간을 5분으로 정하였고(혼합과 부상에 약 15분 정도 소요 예상), IMO에서 규정한 방법으로 제작된 테스트 시료를 6%비율로 청수에 섞어 가상의 빌지폐수를 만들었다.
- 실험에 사용된 시약은 특급 및 일급 시약을 사용하였으며 증류수는 2차 증류된 초순수를 사용하였다. 응집제는 Bilge Separator의 제품화 후에 쉽게 적용할 수 있도록 기존에 판매 되는 제품 중에서 선정하였다. 실험에 사용된 시험 유체의 경우 IMO에서 규정하는 방법에 의하여 제조하였으며 청수에 6% 비율로 섞어 시험하였다.
이론/모형
- 응집제는 Bilge Separator의 제품화 후에 쉽게 적용할 수 있도록 기존에 판매 되는 제품 중에서 선정하였다. 실험에 사용된 시험 유체의 경우 IMO에서 규정하는 방법에 의하여 제조하였으며 청수에 6% 비율로 섞어 시험하였다.
- 본 연구에서 사용된 여과매체는 GFC 여과지를 사용하였다. 여과 후 여액속의 유분 농도 즉정을 위해 GC-FID 를 이용하는 탄화수소 오일지수 측정법(KSMISC6377-2:2000)을 사용하였다.
성능/효과
- 3가지 부상법을 실험하여 효율적인 측면에서는 용존 공기 부상이 가장 뛰어난 것을 볼 수 있었다. 하지만 용존 공기부상의 경우 따로 가압탱크를 두어야 하고 공기 콤프레셔가 필요하여 생산비가 너무 많아서 제품의 가격 경쟁력이 떨어지는 단점이 있었다.
- 에 나와 있다. 3시간동안 장치를 가동하였고 이는 IMO에서 규정하는 Test 시간의 150%로 이 시간 동안 규정에 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 기름과 물의 혼합물을 넣었을 때의 샘플이 A1~A9까지이고 에멀젼 을 투입하였을 경우가 B1~B9까지 이다.
- 실험실에서 3000ppm의 O/W 에멀젼 시료 500㎖에 선정된 응집제를 농도별로 투여하고 NaOH를 이용하여 pH를 약 8로 중화한 후 응집 특성을 관찰하였다. 각 농도별로 투여하여 실험한 결과 500ppm 정도의 농도로 응집제를 투여하였을 경우 가장 응집효율이 높은 것으로 나타났다.
- 그래프에 나타난 바와 같이 약 40여개의 샘플을 측정해 보 았더니 모든 샘플이 IMO에서 정한 배출규정을 만족하는 것으로 나나났다. 비록 Jar Test를 통한 실험이었으나 실험을 통해 선정된 응집제와, 응집조건에 따라 시험하였을 경우 빌지 폐수 내의 오일 에멀젼은 99%이상 제거되는 것으로 나타났다.
- 실험 결과 용존 공기 부상방법의 처리 효율이 가장 좋게 나타났다. 그러나 충분한 HRT를 확보하지 못한 관계로 처리시간이 길어질 경우 유출수중의 유분 농도가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있었다.
- 5정도가 넘으면 응집된 floc이 다시 깨져서 수중으로 분산되었다. 본 실험에서 최적 pH 범위는 약 7.5에서 8.5 사이로 나타났다.
- 본 연구의 화학적 처리방법에 의한 에멀젼 함유 빌지폐수의 처리에 관한 실험결과 현재 IMO에서 규정한 기준에 적합하였다. 제작현장에서 몇 가지 추가적인 요인들만 해결이 된다면 조선시장에서 경쟁력 있는 제품의 개발이 완료될 것으로 생각된다.
- 그래프에 나타난 바와 같이 약 40여개의 샘플을 측정해 보 았더니 모든 샘플이 IMO에서 정한 배출규정을 만족하는 것으로 나나났다. 비록 Jar Test를 통한 실험이었으나 실험을 통해 선정된 응집제와, 응집조건에 따라 시험하였을 경우 빌지 폐수 내의 오일 에멀젼은 99%이상 제거되는 것으로 나타났다. 또한 빌지폐수와 응집제, NaOH를 혼합하여 응집 처리할 경우 응집이 일어나는 시간이 짧고 부상도 쉽게 이루어져서 HRT를 충분히 유지할 수 있다면 적당한 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
- 각 공정의 결과 차이를 확인하기 위해 필터링과 역세를 하지 않고 실험을 수행하였다. 실험 결과 용존 공기 부상방법의 처리 효율이 가장 좋게 나타났다. 그러나 충분한 HRT를 확보하지 못한 관계로 처리시간이 길어질 경우 유출수중의 유분 농도가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있었다.
- 응집제를 이용한 에멀젼 함유 빌지폐수의 처리에서 가장 중요한 인자중의 하나인 pH는 실험결과로 볼 때 pH 8을 전후 하여 가장 좋은 시험결과를 나타내었다. 형식승인과정이나 실제 선박에서 빌지폐수는 대부분이 바닷물로서 pH 약 8 전후를 띄고 있어서 pH 조정을 위한 NaOH의 투여량이 적어질 것이다.
후속연구
- 비록 Jar Test를 통한 실험이었으나 실험을 통해 선정된 응집제와, 응집조건에 따라 시험하였을 경우 빌지 폐수 내의 오일 에멀젼은 99%이상 제거되는 것으로 나타났다. 또한 빌지폐수와 응집제, NaOH를 혼합하여 응집 처리할 경우 응집이 일어나는 시간이 짧고 부상도 쉽게 이루어져서 HRT를 충분히 유지할 수 있다면 적당한 결과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
- 본 실험에 사용하였던 응집제는 pH가 2.6정도 이므로 pH 조정을 위하여 가성소다를 주입하고 혼합을 하는 등의 과정들이 추가 되었으나 pH 8 전후로 같은 처리 효과를 가지는 응집제가 개발된다면 pH 조정이라는 번거로운 과정이 없어져 제품 생산 단가 하락을 통해 더 큰 경제력을 가질 수 있을 것이다. 현재 대부분의 조선사들은 외국 제품을 선호하는데 이러한 제품의 대부분은 멤브레인을 사용한 방식으로 장시간 사용이 어렵고 유지비가 많은 단점이 있는데 본 제품이 개발된다면 이러한 외국제품을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구 결과는 우리나라 조선 기자재 업체들이 당면한 시급한 문제들을 해결하고 그동안 수입에 의존하고 있던 조선기 자재시장에 수입대체 효과를 일으킬 수 있으며 수출촉진 효과를 기대할 수 있어 명실상부한 조선강국으로서의 면모를 과시 하는 데에 기여할 것이다.
- 6정도 이므로 pH 조정을 위하여 가성소다를 주입하고 혼합을 하는 등의 과정들이 추가 되었으나 pH 8 전후로 같은 처리 효과를 가지는 응집제가 개발된다면 pH 조정이라는 번거로운 과정이 없어져 제품 생산 단가 하락을 통해 더 큰 경제력을 가질 수 있을 것이다. 현재 대부분의 조선사들은 외국 제품을 선호하는데 이러한 제품의 대부분은 멤브레인을 사용한 방식으로 장시간 사용이 어렵고 유지비가 많은 단점이 있는데 본 제품이 개발된다면 이러한 외국제품을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.