초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
국내 시설재배지 및 간척지의 염류 집적 현황을 문헌과 현지 방문을 통해 조사하였으며, lab, pilot scale에서의 실험을 통해 실제 염류집적으로 심각한 피해를 보고 있는 농가에 실증규모의 친환경적 EK 염류제거 시스템을 설계, 구축하였다. EK 실증실험을 통해 효과적으로 염류를 제거할 수 있었고, 염류가 제거된 토양을 대상으로 작물재배를 함으로써 제염에 의한 효과를 검증하였다. 공정변수 연계형 EK 전원장치, 실증실험 동안 발생되는 유출수를 처리 및 재순환할 수 있는 기술을 개발하여 2차

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
국내 시설재배지 및 간척지의 염류 집적 현황을 문헌과 현지 방문을 통해 조사하였으며, lab, pilot scale에서의 실험을 통해 실제 염류집적으로 심각한 피해를 보고 있는 농가에 실증규모의 친환경적 EK 염류제거 시스템을 설계, 구축하였다. EK 실증실험을 통해 효과적으로 염류를 제거할 수 있었고, 염류가 제거된 토양을 대상으로 작물재배를 함으로써 제염에 의한 효과를 검증하였다. 공정변수 연계형 EK 전원장치, 실증실험 동안 발생되는 유출수를 처리 및 재순환할 수 있는 기술을 개발하여 2차 오염을 원천적으로 차단하였으며, 본 기술에 대한 기술 비용을 산출하여 기존의 제염 기술과 비교, 분석하였다. 구체적인 연구개발의 내용은 아래와 같다.
- 국내 염류오염 집적 현황 조사를 통한 실태 파악
- lab scale 주요변수에 따른 염류 제거 실험 및 핵심공정변수 영향 분석
- EK-bio(전기동력학-생물학적) 융합 기술로 질산염 화합물 제거 기술 개발
- 전산모사를 통한 토양 내 염류 이동 특성 고찰
- Pilot scale 실험장 구축/설계 및 염류 이동 특성 고찰
- Pilot scale 실험장 핵심요소기술 확보(EK 전원공급시스템, 공정변수 저장시스템, EOF 자동배수, 일체형 전극 모듈, 전해질 제어 시스템 등)
- Pilot scale 실험을 통한 EK 핵심설계인자 추출
- EK 실증실험장 설계/구축 및 염류제거율 제고
- 실증규모의 시스템 설계 최적화를 통한 염류제거율 제고
- 작물재배시험(EK-동시시험, EK 처리 후 시험)을 통한 EK 염류제거 효과 검증
- 유출수 처리를 통한 배출수가 없는 유출수 재순환 시스템 구축
- 공정변수(토양 EC, pH, 온도) 연계형 저전력형 EK 전원장치 개발
- 공정 단순화 설계 및 기술 운용 표준화
- 전기동력학(EK) 및 타 제염기술 비용 분석
- 잔효기간, 증수율 등의 변수 고려한 EK 및 타 제염기술 비용 분석

Abstract ▼

Ⅲ. Contents and scale
One of the objectives in this project is to know the present circumstances of salts-contamination in the greenhouse in Korea by investigating the agriculture-related literatures and visiting the greenhouse with salts-contamination. Through lab-scale and pilot-scale EK experi

Ⅲ. Contents and scale
One of the objectives in this project is to know the present circumstances of salts-contamination in the greenhouse in Korea by investigating the agriculture-related literatures and visiting the greenhouse with salts-contamination. Through lab-scale and pilot-scale EK experiments, in-situ EK system in field scale was established and applied to the greenhouse in which lots of salts were accumulated too much. After EK experiments were conducted in field scale, salts were removed efficiently. In addition, by growing the crops after EK process as well as during EK process, EK technology was verified as an efficient technology for removing the salts in field scale. By developing EK rectifier fed back by process variables during in-situ EK process, power was controllable with checking the soil properties influenced on the crops’ growth. Besides, by developing the treatment and recycling system of the effluents with high concentration of salts generated by EK process, the contamination of underground water was basically prohibited. We analyzed the cost analysis of EK system based on EK experiment in real field scale and compared with other desalination technologies.
● Investigation of total circumstances in greenhouse : literatures and visit the greenhouse in Jinju for getting information.
● Lab-scale EK experiment of removing salts with main process variables and the analysis of influences on salt removal efficiency
● Development of removing the nitrate complex by EK-biotechnology
● Prediction for the transport characteristics of salts in soil media by simulation
● Development of core element technologies in pilot-scale EK system
● Design and establishment of pilot-scale EK system and figuring out of each salt removal characteristics
● Deduction of core design elements by pilot scale EK experiment
● Design and establishment of EK system in real field scale and improvement of salt removal efficiency
● Verification of the effects of salts removal by EK process through growing crops during EK process and after EK process
● Development of EK rectifier fed back by process variables such as electrical conductivity, temperature, and pH.
● Simplification of core technology and standardization of applying process technology to real field
● Realization of low energy consumable EK system by conducting in-situ EK technology in field scale.
● Cost analysis of EK and other desalination technology

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 11
• 표 차례 ... 16
• 그림 차례 ... 19
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 29
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ... 29
• 제 2 장 국내외 기술 개발 현황 ... 31
• 제 1 절 전기동력학 토양 정화 기술 ... 31
• 1. 국내 현황 ... 31
• 2. 국외 현황 ... 31
• 제 2 절 전기동력학을 이용한 토양 내 염류 제거 ... 32
• 1. 전기동력학 기술의 이론적 배경 ... 32
• 2. 전기동력학 기술을 이용한 염류 제거 연구 현황 ... 34
• 제 3 절 전기동력학 관련 특허 및 산업 동향 ... 36
• 1. 국내 특허 및 산업 동향 ... 36
• 2. 국외 특허 및 산업 동향 ... 37
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 38
• 제 1 절 국내 염류오염 현황 분석 ... 38
• 1. 국내 시설재배지 염류오염 현황 분석 ... 38
• 가. 시설재배 토양의 특성 ... 38
• 나. 국내 시설재배지 토양 실태 ... 41
• 다. 시설재배지 토양실태(현장 방문 조사) ... 43
• 2. 국내 간척지 염류오염 현황 분석 ... 47
• 가. 간척지 토양의 특성 ... 47
• 나. 우리나라 간척지 토양의 특성 및 개량 방법 ... 48
• 제 2 절 전기동력학적 염류제거 lab scale 실험 ... 63
• 1. 시설재배지 토양에 대한 염류 제거 실험 ... 63
• 가. 공정변수에 따른 염류의 이동특성 규명 ... 63
• 나. 황산염 및 질산염 집적 토양의 정화 ... 82
• 다. 전극재(SUS-316L)의 전기화학적 평가 ... 99
• 라. 전원 종류(AC, DC)에 따른 영향 평가 ... 108
• 마. 태양전지를 이용한 전기동력학적 정화 ... 112
• 바. 펄스 전원의 종류에 따른 영향 평가 ... 116
• 사. EK-bio 융합 기술을 이용한 질산염 제거 ... 131
• 아. pH 조절 전기동력학 시스템 개발 ... 139
• 자. 황산염 제거 메커니즘 규명 연구 ... 154
• 차. Lab pilot scale에서의 전기동력학적 염류 제거 ... 158
• 카. EK 효과 검증 시험(발아 시험) ... 180
• 2. 간척지 염류 제거 실험 ... 183
• 가. 실험 토양 ... 183
• 나. 실험 방법 ... 184
• 다. 실험 결과 ... 185
• 제 3 절 원내 파일럿 규모 전기동력학적 염류제거 실험 ... 191
• 1. 원내 파일럿 규모 실험장 설계 및 구축 ... 191
• 가. 원내 파일럿 실험장 개요 ... 191
• 나. 파일럿 실험용 전극 모듈 ... 191
• 다. 전원공급 및 제어 ... 192
• 2. 1차 파일럿 실험 ... 193
• 가. 실험 목적 ... 193
• 나. 실험 방법 ... 193
• 다. 실험 결과 ... 196
• 3. 2차 파일럿 실험 ... 200
• 가. 실험 목적 ... 200
• 나. 실험 방법 ... 200
• 다. 실험 결과 ... 202
• 4. 원내 파일럿 규모 실험 결론 ... 206
• 제 4 절 전기동력학적 염류제거 실증시험(창원시 대산면) ... 207
• 1. 실증시험장 설계 및 구축 ... 207
• 가. 실증시험 후보지 조사 ... 207
• 나. 실증실험장 설계 및 구축 ... 208
• 2. 실증실험 수행 ... 212
• 가. EK 실증실험장 1차 실험(Bentonite backfill) ... 212
• 나. EK 실증실험장 2차 실험(HSCI 전극) ... 221
• 다. EK 처리 후 토양에 대한 작물재배 시험 ... 229
• 라. 펄스 전원을 이용한 저전력형 EK 처리 실증 연구 ... 234
• 마. 처리기간 단축 실증실험 ... 255
• 바. 전기동력학 처리와 작물재배 동시 적용 시험 ... 263
• 3. 유출수 처리 기술 개발 ... 271
• 가. 유출수 처리 장치 ... 271
• 제 5 절 EK 정류기 설계 및 개발 ... 276
• 1. 공정변수 feedback 제어형 정류기 설계 ... 276
• 가. 출력 형태에 따른 정류기 모듈의 구성 ... 276
• 나. 파워회로 모듈 ... 277
• 다. 제어회로 모듈 ... 279
• 라. 외함 제작 ... 282
• 마. 각 출력 형태의 정류기 실험 파형 ... 284
• 바. 공인인증시험과 현장적용 실험 ... 285
• 2. 모듈 형태의 EK 정류기 개발 ... 288
• 가. 정류기 모듈의 구성 ... 288
• 나. 파워회로 모듈 ... 289
• 다. 외함 제작 ... 290
• 라. 정류기 실험 파형 ... 292
• 마. 공인인증시험 ... 292
• 제 6 절 염류 이동 모델링 ... 295
• 1. 오염물질 이동 메커니즘 모델링 ... 295
• 가. 전기이동 ... 295
• 나. 전기삼투 ... 296
• 다. 전기영동 ... 298
• 라. 확산 ... 298
• 2. 물의 전기분해 모델링 ... 300
• 3. 전기동력학 모델링 연구 동향 ... 301
• 4. 토양에서의 전기삼투 흐름 모델링 ... 303
• 가. 모델 정의 ... 303
• 나. 모델링 결과 ... 305
• 제 7 절 전기동력학(EK) 및 기타 제염기술 비용 분석 ... 307
• 1. 실험 대상 지역 ... 307
• 2. 공정비용 산출 내역 ... 307
• 가. 시스템 설계 ... 307
• 나. 전력공급장치 ... 307
• 다. 전극봉 제작 및 설치 ... 308
• 라. 시스템 배관설치 ... 308
• 마. 시스템 운영 ... 308
• 바. 폐기물처리 ... 308
• 사. 토양정화모니터링 ... 308
• 3. 공정비용산출 근거 ... 309
• 가. 시스템 설계(참여인력) ... 309
• 나. 시스템 설치 ... 309
• 다. 전력사용량 ... 309
• 라. 모니터링 ... 309
• 4. 타 제염기술의 특성 및 비용 분석 ... 310
• 가. 녹비작물 재배 ... 310
• 나. 담수재배 ... 311
• 다. 미분해성 거친 유기물의 투입 ... 312
• 라. 심토파쇄 ... 313
• 마. 객 토 ... 314
• 바. 환 토 ... 315
• 사. 심토의 반전 ... 315
• 아. 암거배수 ... 316
• 5. 전기동력학적 정화공정의 기술비용 분석 ... 318
• 가. EK 및 기존제염기술의 공정비용 산출 ... 318
• 나. 기술비용 분석에 적용할 작물군 선정 ... 318
• 다. 처리기술에 대한 작물별 경제성 평가 ... 319
• 6. 전기동력학(EK) 공정비용 산출 ... 321
• 7. 작물의 증수율 고려한 비용 분석 ... 322
• 가. 수박의 생산액 변화 ... 322
• 나. 참외의 생산액 변화 ... 322
• 다. 오이의 생산액 변화 ... 324
• 라. 토마토의 생산액 변화 ... 324
• 마. 배추의 생산액 변화 ... 325
• 8. LCA 모델을 통한 환경성 평가 ... 326
• 가. 연구방법 ... 326
• 나. 연구결과 ... 329
• 제 8 절 운전범위 표준화 및 공정단순화 ... 331
• 1. 운전범위 표준화 ... 331
• 가. 토양 pH 제어 현장적용을 위한 표준화 ... 331
• 2. 전극 및 배선 설치공정의 단순화 ... 335
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 336
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 338
• 제 6 장 참고문헌 ... 339
• 부록. 전기이용 염류오염 토양재생 설계·시공지침 ... 344