보고서 정보
주관연구기관 |
(주)케이이테크 |
연구책임자 |
홍의전
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보고서유형 | 연차보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-10 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201800035912 |
과제고유번호 |
1711033911 |
사업명 |
연구개발특구육성 |
DB 구축일자 |
2018-07-21
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키워드 |
바이오매스 흡착여재.광촉매 나노입자.투수블록.빗물저류조.빗물재이용 시스템.LID TOTAL SYSTEM.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800035912 |
초록
▼
1. 연차목표
► 친환경 소재 기반 톱착여재 제조 및 물리·화학적 특성 시험
► 광촉매 나노입자 및 바이오매스 흡착여재에 의한 유·무기 오염물질 및 중금속 개별 제거성능 평가
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 방안 도출
► LID TOTAL SYSTEM에 의한 오염물질 제거효율 평가모델 방안 도출
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 기술을 적용한 시험체 설계·제작 및 성능평가
► 현장 Pilot 규모
1. 연차목표
► 친환경 소재 기반 톱착여재 제조 및 물리·화학적 특성 시험
► 광촉매 나노입자 및 바이오매스 흡착여재에 의한 유·무기 오염물질 및 중금속 개별 제거성능 평가
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 방안 도출
► LID TOTAL SYSTEM에 의한 오염물질 제거효율 평가모델 방안 도출
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술과 광촉매 나노입자/바이오매스 흡착여재 연계 기술을 적용한 시험체 설계·제작 및 성능평가
► 현장 Pilot 규모 LID TOTAL SYSTEM 설계·제작·운전을 위한 효율 안정성 확보 및 극대화 방안 도출
► 현장 Pilot 규모 LID TOTAL SYSTEM (투수블록:100m2, 빗물저류조:2m3) 설계
2. 개발내용 및 결과
► 친환경 소재 기반 톱착여재 제조 및 오염물질 제거성능 평가
-3종류의 친환경 소재 기반 흡착여재(피트모스, 바크, 왕겨)에 대한 가격 및 중금속 흡착 예비실험을 통해 1개 흡착여재(바크)를 선정함.
-바크의 대량생산 과정을 고려해 표면개질 방법에 따른 중금속(Cu, Pb) 및 유·무기 오염물질 (BOD, T-N, T-P) 제거효율 평가 실험 수행 및 흡착능 산정함.
-중금속의 경우 Cu와 Pb가 산처리 후 초음파 처리를 적용했을 때 각각 0.261(mg/g) 와 0.299(mg/g) 로 가장 높았음.
-BOD의 경우 전처리를 미실시한 경우에 가장 높은 흡착능(0.166 mg/g)을 나타냄.
-T-N 과 T-P 의 경우 산처리만 실시한 경우 각각 0.059(mg/g)와 0.0053(mg/g) 으로 가장 높은 값을 나타냄.
► TiO2 나노입자를 이용한 오염물질 제거성능 평가
- 오염물질 제거성능 평가를 위해 회분식 광촉매 반응기를 제작하고, BOD, 대장균, T-P와 T-N 의 처리효율 평가 실험을 수행함.
- BOD 유발 단일 오염물질이 존재할 경우 제거율과 1차 반응 속도 상수는 각각 93%와 0.23/hr로 산정됨. 또한 조경용수 수질기준을 충족시키는데 약 6시간이 소요되는 것을 확인함.
- 대장균이 단일 오염물질로 존재할 경우 99% 이상의 제거율을 나타냈으며, 약 1.2시간 내에 조경용수 수질기준을 만족시킴.
- BOD 유발 단일 오염물질과 대장균이 복합오염물질로 존재할 경우 BOD 분해속도가 30% 감소되며, 대장균 처리 시간이 75% 증가함.
- T-P과 T-N의 경우 광촉매 나노입자에 의한 분해가 미미한 것으로 나타남.
- 빗물저류조를 모사한 광촉매 반응조를 제작하고 운전중에 있으며, 지속적인 모니터링을 통해 조경용수 기준을 만족시키는 운전인자를 도출할 예정임.
► LID TOTAL SYSTEM에 의한 효율평가 모델 구축 및 예측
- LTS의 효율 예측 및 평가를 위해 강우에 의해 수위가 유공관의 타공 위치 이상으로 차오르면 강우가 유공관으로 유입되는 "유공관 회수 모델" 개념을 수립함.
- 투수블록 시험체 성능평가 시 모니터링한 투수블록 표면유출/유공관 유출 결과를 모델링 결과와 비교하고 검증한 결과, 유공관 회수 모델을 LID TOTAL SYSTEM에 적용하는 것이 타당하다고 판단됨.
- 실내실험을 통해 산출한 흡착여재의 분배계수(Kd)를 이용해 예측한 오염물질 농도는 투수블록 시험체 결과와 유사한 결과를 나타냄. 따라서 2차년도에 다양한 강우강도 조건에서 파일럿 시험을 수행하는 것이 필요함.
- 과거 강우자료(1987년, 2016년)를 활용해 모델의 민감도 분석 후, 투수블록 시공 현장의 지질학적 조건 및 설계인자를 입력해 최적 설계기준에 대한 적합성을 검증하고 보완대책을 제시함.
- 그 결과 쇄석층 두께/토양층 투수계수 및 두께/유공관 위치가 유공관 회수율에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이중 토양층 투수계수 및 두께의 경우 시공단계에서 조정할 수 없는 조건이므로 추가적인 유공관 회수율 극대화 방안이 요구됨.
- 유공관 회수율 극대화를 위해 유공관 위치 변경 및 토양층 다짐작업 추가와 같은 방안이 필요함.
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술-바이오매스 흡착여재/광촉매 나노입자 연계방안 도출
- 기 계획한 투수블록-흡착여재 연계방안을 변경해 투수블록 내부공간에 흡착여재를 충진하는 방식을 선정했으며, 시험체 설계 및 제작 과정에 반영함. 또한 투수블록-흡착여재 연계방안을 구체화한 결과물을 특허 출원 중에 있음.
- 빗물저류조-흡착여재/광촉매 나노입자 연계방안의 경우 빗물저류조를 다단으로 제작한 후 1단에서 흡착여재를 이용해 (BOD, 부유물질, 염화물, 중금속, T-N, T-P)을 일차적으로 제거하며, 격벽으로 나뉜 2단에는 광촉매 나노입자 설치해 BOD, 총대장균 를 제거하는 연계 방안을 수립함.
► LID TOTAL SYSTEM 요소기술 구현을 위한 시험체 설계 및 제작
- 투수블록 설계/시공기준과 실제 시공사례를 검토한 후 탈착이 가능한 4단의 투수블록 시험체를 제작했으며, 토양 수분함량/온도 센서를 설치함. 또한 투수블록 시험체 성능평가를 위해 임의로 강우조건을 조절할 수 있는 이동식 프레임 형태의 인공강우장치(1,500 mm × 1,500 mm × 2,OOO mm)를 설계/제작함.
- 인공강우장치 시운전을 통해 강우강도를 검증하고 투수블록 시험체 성능평가에 적합한 강우강도를 선정함.
► 투수블록 시험체 성능평가
- 투수블록 내부 공간에 흡착여재를 채운 후 인공강우 모사기를 이용해 오염물질이 포함된 빗물을 살포함(강우강도 투수블록 표면유출/유공관 유출을 모니터링하며, 유공관으로 배출되는 빗물의 수질분석을 수행함.
- 물수지 분석 결과 총 강우량의 72.8%가 유공관으로 회수되며, 평가모델로서 제시한 유공관 회수 모델의 적합성을 확인함.
- 오염물질 별 평균 제거율은 Cu, Pb, Cl, NO3-N, T-N, PO4-P, T-P, TOC, BOD, 탁도, SS, 총 대장균이 각각 99.9%, 99.9%, -%, 6.4%, 12.1%, 10.6%, 17.6%, 9.6%, 18.9%, 53.7%, 63.4%, 38.0% 로 산정됨 (Cl의 경우 유입농도 < 유출농도로 인해 산정 불가).
- 조경용수 수질기준에 해당하는 6개 항목(Cl, BOD, 탁도, pH, SS, 총대장균군수)을 모두 통과함으로써, LID TOTAL SYSTEM의 기술평가 목표를 달성함.
► Scale-up 을 위한 효율 안정성 확보 및 극대화 방안 도출
- LID TOTAL SYSTEM의 첫 번째 요소기술인 투수블록의 경우 내부에 흡착여재를 충진하고 시험체 장기 성능평가를 통해 오염물질 제거율 감소 및 막힘 현상에 의한 투수계수 저하와 오염물질 흡착 파괴능 모니터링이 필요함. 또한 흡착여재의 적정 교채시기 선정/주입량 산출이 요구되며, 복합 오염물질 유입에 따른 제거율 도출 및 실제 파과시간에 대한 예측·평가에 대한 연구가 필요함.
- 투수블록 내 유공관 회수율 극대화를 위해 파일럿 규모 투수블록 시험체 설계 시 원지반 토양과 유공관의 하단 구멍까지 일정 높이의 구조물을 설치해 수평방향으로 확산되는 침투 빗물 양을 최소화하는 방안을 수립함. 또한 원지반 토양 다짐을 시공기준보다 높게 실시하거나 투수시트를 설치해 유공관으로 배출되는 빗물 양을 극대화하는 설계/시공 방안을 구축함.
- UD TOTAL SYSTEM의 두 번째 요소기술인 빗물저류조의 경우 유공관을 통해 유입이 예상되는 오염물질 농도 이상이 유입될 경우를 대비하기 위해 다단으로 설계한 후 다종 오염물질 제거 효율이 탁월한 흡착여재를 통해 일차적으로 제거함. 이후 광촉매 나노입자를 이용해 유기 오염물질과 총대장균을 제거하는 오염물질 제거 극대화 방안을 수립함. 이때 빗물저류조의 용량은 예측 모델링 결과와 함께 오염물질별 1차 분해 속도 상수를 수리학적 체류시간에 반영해 설계하는 설계기술을 반영할 예정임.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과}
► 빗물 회수/저장 및 용수 공급을 목적으로 개발된 기존 제품에 공학적 인 설계 및 성능예측 프로세스를 도입 합으로써, 빗물 재이용 시스템 시장에서 기술적 우위를 차지할 수 있음.
► 국내 판로확보 및 설계·시공 실적을 확보한 후 선진국(유럽, 미국, 일본) 및 물부족 국가로의 해외 수출이 가능할 것으로 판단됨.
4. 적용분야
► 물순환 선도도시 선정지역 ('17~'21, 1,231억원), 신도시 및 행정중심복합도시, 공원 및 기타 공공시설, 도심지 초기우수 저류조 및 기존 빗물 재이용 시설 등
(출처 : 연차보고서 초록 3p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제출문 ... 2
- 연차보고서 초록 ... 3
- 목차 ... 9
- 제1장 서 론 ... 11
- 제1절 과제의 개요 ... 11
- 1. 사업화 추진배경 및 필요성 ... 11
- 2. 사업화 대상 기술 ... 13
- 3. 사업화 제품 개요 ... 16
- 제2절 사업화 전망 및 파급효과 ... 18
- 1. 국내·외 경쟁제품 현황 ... 18
- 2. 국내·외 시장현황 및 사업화 전망 ... 19
- 제2장 최종목표 및 개발 내용 ... 20
- 제1절 최종 목표 및 개발 내용 ... 20
- 1. 최종 목표 ... 20
- 2. 1차년도 개발 내용 및 범위 ... 20
- 3. 기술개발 목표 및 평가 항목 ... 21
- 제2절 사업화 추진 전략 및 체계 ... 23
- 1. 추진 전략 ... 23
- 2. 추진 체계 ... 24
- 3. 사업화 조직 편성도 ... 25
- 제3장 사업화 기술개발 추진현황 및 결과 ... 26
- 제1절 사업화 기술개발 추진 현황 ... 26
- 1. 사업화 기술개발 추진 일정 및 달성도 ... 26
- 2. 기술적 성능지표 달성도 ... 27
- 제2절 1차년도 사업화 기술개발 결과 ... 28
- 1. 사업화 기술개발 추진 현황 ... 28
- 제3절 2차년도 계획 ... 88
- 1. 2차년도 추진 계획 ... 88
- 2. 기술개발 목표 및 평가 항목 ... 89
- 제4장 사업비 사용 현황 ... 91
- 1. 주관기관 : (주)케이이테크 ... 91
- 2. 참여기관 : 고려대학교 ... 92
- 제5장 유형적 발생품 구입 및 관리 현황 ... 93
- 제6장 기업 재무건전성 현황 ... 93
- 제7장 부 록 ... 94
- 끝페이지 ... 99
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