초록 ▼

1. 최종목표
정수 처리시 염소소독 공정에서 실시간으로 지속적인 모니터링이 가능한 전류법(amperometry)을 이용한 무시약형의 수질연속자동 잔류염소 측정기를 순수 국내 기술로 개발하고 상품화하는 것으로,
· 수중 유리 잔류염소에 대해 정량적으로 전기적 신호를 발생하는 전류법을 이용한 전기화학방식의 기체 투과형 잔류염소센서를 개발하고,
· 센서로부터 측정된 전기적 신호를 잔류염소의 함량치(mg/L)로 바꾸어 표시해 주는 실시간 자동 연속 측정 시스템을 개발하고자 한다.
· 측정값을 실시간으로 저장하고 분석하

1. 최종목표
정수 처리시 염소소독 공정에서 실시간으로 지속적인 모니터링이 가능한 전류법(amperometry)을 이용한 무시약형의 수질연속자동 잔류염소 측정기를 순수 국내 기술로 개발하고 상품화하는 것으로,
· 수중 유리 잔류염소에 대해 정량적으로 전기적 신호를 발생하는 전류법을 이용한 전기화학방식의 기체 투과형 잔류염소센서를 개발하고,
· 센서로부터 측정된 전기적 신호를 잔류염소의 함량치(mg/L)로 바꾸어 표시해 주는 실시간 자동 연속 측정 시스템을 개발하고자 한다.
· 측정값을 실시간으로 저장하고 분석하는 기능을 수행하는 잔류염소 측정 시스템을 개발하고자 한다.
2. 개발내용 및 결과
· 센서부: 전극사이에 외부전압이 걸리는 경우 전극사이에 저항전위강하 (iR drop)가 생겨 기준전극전위가 평형값으로 벗어나게 되는바, 이러한 오차를 피하기 위해 본 개발 과제에서는 전기화학방식의 전류법을 이용한 3-전극계 기체 투과형 잔류염소센서는 상수(원수)중의 유리잔류염소의 농도에 비례하는 전기화학적신호를 발생해주는 센서를 개발하고,
· 지시기록부: 가전압부, 신호변환부, 기타 입/출력부 그리고 모니터링부로 구성이 되며,
◦ 가전압부는 기준전극에 대한 작동전극의 전위를 가전압 신호발생에 의해서 밖에서 가하는 인가전위를 제어하고, 작동전극에 흐르는 전류에 따라서 작동전극과 보조전극 사이의 전압을 조절하며,
◦ 신호변환부는 일반적으로 작동전극을 흐르는 전류신호를 전압신호로 변환하는 기능을 갖는다. 가전압부에서 보내는 신호에 의하여 샘플, 홀드회로, 적분회로 등을 제어하며, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능과 메모리 기능 등을 가진 장치이며,
◦기타 입/출력부는 측정기의 잔류염소 외의 기타 측정항목 (pH, 온도 등)를 사용할 수 있는 입력부와 측정값에 대한 데이터 또는 기타 외부로 신호를 보낼 수 있는 출력장치들이 구성되었으며,
◦ 모니터링부는 잔류염소농도 (mg/L)를 지시ㆍ기록할 수 있는 것으로 디지털 표시방식은 측정단위가 표시되도록 개발한다.
따라서, 개발하려는 잔류염소 측정 시스템은 전류법의 전기화학식 기체 투과형 잔류염소 센서와 측정기로 구분된다.
3. 사업성과
◦ 기술적 성과
· 본 개발에서는 유리잔류염소인 차아염소산 (hypochlorous acid; HOCl)만을 투과시키고 액상성분은 투과시키지 않는 선택적 미세 다공성 기체투과막을 이용한 수질자동연속 잔류염소측정기로서, 본 개발 장비는 반응시간이 필요 없어 실시간 연속 측정이 가능하고, 측정의 정확도 및 재현성이 높으며, 구조가 간단하여 유지관리가 편리하며, 색이나 탁도의 방해를 받지 않기 때문에 일부 폐수의 잔류 염소를 측정할 때 유용하다. 이러한 장점을 갖는 무시약식 전기화학측정방식의 잔류염소센서와 이를 이용한 측정기의 개발로 인하여 시약 사용이 없어 2차 오염의 문제에 대해 안정적이며, 실시간 지속적인 모니터링이 가능하여 공정제어에 유효할 것으로 판단된다.
· 본 연구과제에 의해 개발될 전기화학 센서를 이용한 수질연속자동측정기는 다양한 전기화학센서와 현재 수질 및 환경 그리고 제조공정에서 그 수요가 증가되는 자동측정기의 제조에 있어 순수 국내기술을 보유한다는 기술상의 파급효과를 기대할 수 있으며,
· 궁극적으로는 기존의 2-전극계 화학센서를 이용한 수질환경분야의 모든 연속자동측정기기에 적용이 가능하리라 판단되며, 특히 기존의 습식분석법을 이용한 연속자동측정기에서 진일보한 전기화학센서를 이용한 중금속 측정, 화학적산소요구량 측정, 용존산소의 측정 등에 적용 및 개발이 가능할 것이다.
◦ 경제적 성과
· 국내 각 정수장에서 사용되고 있는 잔류 염소 측정기는 대부분 수입품으로 순수 국내 기술을 이용한 자동연속 잔류 염소 측정기가 개발되지 않아 전량 수입에 의존하여야 하는 문제가 있다. 국내 정수장은 약 540여개, 배수지는 1,771개소 (환경부 통계, 2010년 12월말 기준)이며, 또한 마을상수도 시설, 소규모급수시설, 전용상수도시설 등 약 21,000여개소가 있으며, 광역시 위주의 아파트 단지 등 수도꼭지 모니터링 설치 사업이 진행중에 있다. 외국 수입품의 경우 기기 가격은 대당 약 800 - 1,200만원대로 전량 수입에 의존하였을 때 약 500억 이상의 수요가 예상되며, 이를 순수 국내 기술로 개발하여 판매시 기기 가격은 대당 약 500만원대로 동일 기기 사양에 대해 약 2/3정도의 수입 대체 효과를 얻을 수 있다.
· 향후, 외국제품에 의해 완전히 점유된 국내 수요 시장을 국내 개발 제품으로 전환하는 계기가 될 것으로 판단된다. 연간 300억원 규모의 국내시장에서의 수입대체 및 비용절감, 저가격화에 따른 신규 시장창출 및 고용 창출 효과, 4∼5,000억원 규모의 세계시장의 수출기대 등의 경제적 효과가 있으며, 수질 환경의 실시간 감시 및 개선뿐만 아니라 타 환경 관련 산업발전에 긍정적인 효과를 가져올 수 있다. 또한, 제품 개발에 따른 상용화가 진행될 경우 조합의 각 3개 전문분야별 매출액은 개발이 완료되는 2013년에는 300억 시장에서 1%에 지나지 않을 것으로 전망하지만 2014년도에는 40억, 그리고 2015년도에는 100억의 매출이 예상되고 있다.
· 기존의 잔류염소 측정기를 대체하는 제품으로 (1) 수천만 달러에 달하는 수입품들을 대체하여 외화절약의 효과가 있을 것이며, (2) 세계 시장에 대리점 및 인터넷 등을 통하여 판매하여 외화획득에 기여하여 국제 경쟁력을 확보할 것이다. 더 큰 효과는 (3) 국내의 환경분석 기기 회사에서 개발자들이 직접 모든 현장의 문제점들에 대하여 자문하여 줄 수 있고, 비슷한 문제를 가진 기관끼리 엮어 상호의 문제를 해결할 수 있도록 도와 줄 수 있으며, 이에 대한 파생효과로 이화학 및 환경 측정기기들을 보급하는데 유리한 위치를 점할 수 있다는 점이다.
◦ 사회적 성과(일자리 창출 등)
· 고용 창출 효과에서 본 장치의 개발과 생산 및 판매에 관련한 창출 효과는 매년 2명에서 2년간 17명의 창출이 이루어질 것으로 예측하지만, 전국 지자체로 본 장비가 운영된다면 작은 도시별로 기준해서 년간 500명이상의 신규 창출이 이루어질 것으로 예측하고 있다. 국내 기업의 국제 경쟁력을 확보하고 차후 이를 기반으로 수출을 통하여 각 조합원사들이 환경측정기기 종합회사로의 도약이 기대되고 있다.
· 또한, 국산 환경측정기기에 대한 신뢰도 확보로 전체적인 국산 환경측정기기 시장의 활성화에 큰 기여를 할 것이며 국내에서 부품의 조달이 가능한 한국형 기기들을 개발하는데 일조를 할 수 있다. 또한 현재 우리의 문제점이 전자-전기 파트를 기본으로 하는 측정기기들을 개발하는데는 뛰어난 기술력을 확보하고 있으나, 정작 소모품으로서 장기적 이익을 남길 수 있는 핵심기술에 대한 시장은 완전히 외국의 업체에 손을 내준 상태로 남아있음을 직시해볼 때 기반기술개발은 그 필요성이 자명하다.
4. 기술개발결과 활용계획
최종 시작품 제작을 통하여 제품 개발을 구현하고, 통합시스템의 지속적 현장 검증을 통한 재현성 확보하므로써, 성능 및 안정성 평가로 제품의 신뢰성을 확보한다. 개발완료 단계 후 양산 테스트로 다량의 제품의 신뢰성을 검증한 후 생산라인 증설과 신규 인원 채용을 하여 원활한 물량을 공급하고, 양산을 위하여 가능한 한 조합의 많은 회원사가 양산에 참여하도록 장려한다.
· 기술이전 계획
◦ 조합의 회원사들에게 세미나를 실시하여 기술 내용을 적극 홍보하도록 한다.
◦ 세미나를 통해 흥미를 표시하는 회원사들에게 적극 기술을 보급하도록 한다.
◦ 개발 초기부터 조합의 연구원진과 공동으로 개발하여 자연스럽게 기술보급이 이루어지도 한다.
◦ 개발에 참여하는 학생들이 졸업 후 관련 기업으로의 취업을 유도하도록 한다.
· 판로확보 및 마케팅 계획
◦ 기술개발을 통한 사전준비작업(사업추진화 검토, 시장동향파악 및 규모분석)
◦ 기술로드맵분석(개발된 제품의 평가, 중장기발전계획수립, 생산공정구축)
◦ 운영계획(자금소요파악, 정부지원금 검토, 기존 장비와의 호환성검토, 계획 수립)
◦ 제품생산(시제품개발, 표준화 기술자료확보, 신뢰성확보, 제품의 양산)
◦ 마케팅전략(비지니스모델수립, 시장동향 및 규모분석, 시장확보, 인력운영계획수립)
◦ 판로확보(공공 기관에 우선진출, 회원사들에게 적극 홍보,조합의 공동브랜드 마케팅 사업으로 추진, 다양한 디자인의 기구 개발로 영업기반 구축, 전문 관계사 방문 및 전시회 참여, 신문 및 방송에 기사화하여 홍보)
· 국내 기업의 국제 경쟁력을 확보하고 차후 이를 기반으로 수출을 통하여 각 조합원사들이 환경측정기기 종합회사로의 도약이 기대되고 있다
5. 기술개발자료의 보안관리
◦ 보안등급 분류기준에 따른 등급부여 및 관련 의견 기술
해당없음
◦ 연구개발의 기술임치 및 특허 출원등록 실적
주요 핵심기술은 특허등록이 되어 있으므로 법적으로 보호받을 수 있으며, 개발하면서 파생되는 기술이 발생하면 특허출원을 적극적으로 하도록 한다. 특히, 본 과제와 관련하여“전기화학식 기체 투과형 잔류 염소센서”를 사업과제 신청과 연계하여 조합 기업에서 출원(2012. 4. 18. 출원, 출원번호 : 10-2012-0040347)이 된 상태이다.

목차 Contents

• 개발결과의견서 ... 1
• 최종보고요약서 ... 2
• 최종보고서 작성순서 및 목차 ... 7
• 제 1 장 서론 ... 8
• 제 1 절 개발대상기술의 개요 ... 8
• 제 2 절 개발의 필요성 및 중요성 ... 10
• 제 3 절 국내외 관련기술 현황 ... 12
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법 ... 14
• 제 1 절 개발기술 기초자료조사 ... 14
• 제 2 절 센서 설계 및 제작/테스트 ... 19
• 제 3 절 센서 전기화학적 시험 ... 21
• 제 4 절 계측장비 H/W설계 ... 28
• 제 5 절 측정 CONTROLLER S/W 개발 ... 34
• 제 6 절 기계, 기구물 설계 및 제작 ... 41
• 제 7 절 측정결과 데이터 베이스화 ... 47
• 제 8 절 기능 수행6.2 내부 TEST 및 비교평가 ... 48
• 제 3 장 사업성과 ... 61
• 제 1 절 기술적 성과 ... 61
• 제 2 절 경제적 성과를 기술 ... 62
• 제 4 장 결론 ... 63
• 제 1 절 기술개발 ... 63
• 제 2 절 향후 계획 ... 64
• 부록 ... 67
• 끝페이지 ... 71