초록 ▼

개발 목적 및 필요성

1차년도
1. 저비용-저에너지 초미세기포(800 nm급)발생장치 개발
2. 초미세기포의 크기 및 부상속도 측정방법 개발
3. 초미세오존기포의 산화력 분석 및 중수처리시스템 적용

2차년도
1. 맞춤형 초미세기포 발생장치 개발 (500 ~ 1,000 nm)
2. 저비용-고효율 오존처리장치 개발
(산소발생장치 및 배오존시설 배제, 비용분석)
3. 마을간이상수도 적용

활용계획

- 초미세기포 발생장치를 오존 수처리 공정에 적용하여 설

개발 목적 및 필요성

1차년도
1. 저비용-저에너지 초미세기포(800 nm급)발생장치 개발
2. 초미세기포의 크기 및 부상속도 측정방법 개발
3. 초미세오존기포의 산화력 분석 및 중수처리시스템 적용

2차년도
1. 맞춤형 초미세기포 발생장치 개발 (500 ~ 1,000 nm)
2. 저비용-고효율 오존처리장치 개발
(산소발생장치 및 배오존시설 배제, 비용분석)
3. 마을간이상수도 적용

활용계획

- 초미세기포 발생장치를 오존 수처리 공정에 적용하여 설치비 및 운영비를 30% 이상 절감함
- 다양한 크기의 오존기포에 대한 물질 전달 특성 및 산화력, 효율에 관한 분석을 통해 오존 수처리 공정을 최적화하는데 기본적인 자료를 제공
- 초미세기포발생장치의 산업화를 통해 고용창출을 기대함.
- 다양한 분야(농축산업, 수산업 등)에 적용, 생산성 및 효율을 높일 수 있음.

연구개발 결과

1. 초미세 기포 발생장치의 개발
- Mixing chamber와 일반펌프로 구성된 나노기포발생장치 개발
- 공기흡입관과 밸브 설치를 통해 유입공기량 및 기타 기체 주입 가능하도록 개발
- 초고속선회식(SIF : Super-speed Impeller Flotation)으로 개발된 본 장치는 DAF의 고압순환수펌프와 공기압축기의 기능을 함께 수행하기 때문에 설치 비용과 운전비용이 낮다.
2. 기포의 크기 측정 방법 개발
- 화상 분석법(Image-analysis) : 디지털 이미지를 통해 측정하며, 매우 정확하지만 장치가 복잡한 단점이 있음.
- 입자계수법(Particle counting method-size, PCMS) : 측정셀을 통과하는 기포들에 의해 반사 또는 흡수되는 빛의 강도변화를 감지하여 크기와 개수를 측정. 측정범위가 좁은 대신 조작이 간단하고 시간이 짧다.
- DO 농도변화에 의한 측정(간접법) : 기포 크기에 따라서 표면적이 변하기 때문에 DO농도에 영향을 주는 것을 활용하여 역으로 추정하는 방법
3. 기포의 발생량 측정 방법 개발
- 수상 치환법 : 분사된 물의 부피에 대한 기포의 부피비로써 측정하며 가정 정확한 방법.
- PCMV : 기포발생값을 얻을 수는 없지만 경향을 가늠할 수 있는 방법.
4. 기포의 부상속도 측정 방법 개발
화상분석법 : 화상분석법의 변형(수평 셋팅, 동영상 촬영 등)을 통해 기포의 부상속도를 측정함. 나노기포는 마이크로기포와 다르게 브라운운동을 함.
5. 기포의 전위측정 방법 개발
-전기영동법 : 전기영동셀, 현미경, ccd카메라, 이미지분석 시스템으로 구성되며 정지면 결정, 전압을 통해 기포가 수평으로 움직인 거리를 측정하는 방법
6. 현장 적용
서울대학교 39동 중수도 시설 및 정수장에 적용하여 실험을 수행했으며, 기포의 크기가 작을수록 물질전달 효율이 높게 나타나기 때문에 현장의 각종 수질지표에서도 나노기포가 마이크로 기포보다 처리효율이 좋게 나타났다.

성능사양 및 기술개발 수준

본 연구를 통해 개발된 초미세 기포 발생장치는 현재 500nm 크기의 기포를 발생시킬 수 있다. 또한 기포의 발생량, 기포주입 가스 및 주입량을 자유롭게 선정 및 조절할 수 있기 때문에 처리대상, 처리장소(정수장, 하수처리장, 간이 상수도, 중수도 시설 등)에 따라 설계 및 적용이 가능하다.
현재 일본과 영국이 나노기포발생장치에 대한 연구를 진행하고 있으나, 아직 상용화 단계에는 이르지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구를 통해서 개발된 나노 기포 발생장치를 상용화단계를 거쳐 적용해 나간다면 시장을 선점할 수 있을 것으로 판단된다.

(출처 : 요약서 5p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
1) Development of high-efficiency water treatment system using sub-micron ozone bubble:
A new bubble generator developed has a normal pump and a mixing chamber. The inflow rate of the air can be controlled by the installation of an air value and an air suction pipe in a suction pipe

Ⅳ. Results
1) Development of high-efficiency water treatment system using sub-micron ozone bubble:
A new bubble generator developed has a normal pump and a mixing chamber. The inflow rate of the air can be controlled by the installation of an air value and an air suction pipe in a suction pipe of a pump.
Air is naturally pulled through the air valve by suction, and the water flows into the pump by its operation. The air and water mix, and the mixture, bulk phase splits into smaller ones by the impeller inside the pump. The air and water mix again, and the mixture is pressurized. The pressurized mixture is released into the reactor through the outlet where the pressure is 1 atm, generating micro bubbles due to a rapid drop in pressure.
The newly developed bubble generator is a simple device much easier to operate than the existing bubble generator for the DAF process. In particular, the normal pump in this device replaces the functions of the high pressure recycle pump and compressor lowering the cost of installation and operation.

2) Develop of measurement : The sizes of bubbles
The bubble size was measured using the Particle Counting Method – Size(PCMS), assuming that a particle and a bubble were similarly behaved. In the comparison of its measurement results with those of image analysis, the PCMS showed relatively accurate measurement results and it could measure the bubble sizes simply within a short time. Sub-micron bubbles, which cannot be directly measured, were indirectly able to be measured by analyzing both their coalescence phenomena and the DO concentration changes caused by them.

3) Develop of measurement : The number of bubbles
The number of bubbles, the Bubble Volume Concentration (BVC) was indirectly measured using the Particle Counting Method – Volume (PCMV). In the comparison of its measurement results with those of the water substitution method, the PCMV showed a relatively similar measurement tendency and it could measure the BVC simply within a short time.

4) Develop of measurement : The charges of bubbles:
It was confirmed via electrophoresis measurement that the charge of bubbles in water was negative generally.

5) field applications
The two case studies were conducted by applying it to the 39th Building in the Seoul National University, wastewater reclamation and reusing system and the water supply facility. The smaller the bubble size, the higher the mass transfer efficiency. Therefore, the sub-micron bubbles have better treatment efficiency than the micro bubbles in various water quality indicators.

(출처 : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요 약 서 ... 5
• 요 약 문 ... 8
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 16
• 표목차 ... 17
• 그림목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1-1. 연구개발 목적 ... 20
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 20
• 1-3. 연구개발 범위 ... 22
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 23
• 2-1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 23
• 2-2. 국외 오존 공정 기술 수준 및 시장 현황 ... 26
• 2-3. 국외 오존기포 수처리 기술 ... 26
• 2-4. 국외 오존 정수 처리 현황 ... 27
• 2-5. 미세 기포 기술 ... 29
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 31
• 3-1. 연구개발의 내용 및 최종목표 ... 31
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 32
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 98
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 100
• 4-1. 목표달성도 ... 100
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 101
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 102
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 102
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 103
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 103
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 103
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 104
• 11. 기타사항 ... 104
• 12. 참고문헌 ... 105
• 끝페이지 ... 111