표제지
목차
전해흡수 농축, 전기분해 및 나노복합체흡착 기술을 이용한 용존성 VOCs 처리장치 개발 최종보고서 1
제출문 3
환경기술개발사업 최종보고서 요약서 4
요약문 5
목차 6
1. 연구개발과제의 개요 20
가. 연구개발 목적 20
(1) 휘발성유기화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds) 21
(2) VOG 및 악취의 영향 24
(3) VOCs와 악취 배출실태 및 현황 24
(4) VOCs 배출 규제 및 관리동향 32
나. 연구개발 개요 38
(1) 연구개발 대상의 국내·외 현황 40
다. 연구개발의 필요성 56
(1) 소분류 배출원에 대한 규제 필요 56
(2) 용존성 VOCs 등 복합유해물질의 유해성 56
(3) VOCs 및 악취제거기술의 고기능화 Needs 증대 56
라. 연구개발 범위 59
(1) 연구개발대상 기술의 차별성 59
(2) 주관연구기관의 관련기술 보유현황 63
2. 연구수행내용 및 성과 67
가. 연구 내용 67
(1) 연구개발의 추진전략·방법 및 추진체계 67
(2) VOCs 대상물질 선정 및 현장조사 70
(3) Main Stream 현장조사 80
(4) VOCs 대상물질 휘발특성평가 및 Bench Type 농축(흡수)율 평가 100
(5) Bench Type 반응기를 통한 VOCs 및 THC 농축(흡수)율 평가 101
(6) 전기분해를 이용한 VOCs 대상물질 제거율 평가 109
(7) CFD 유동해석을 통한 전기분해장치 설계 111
(8) 전기분해장치의 VOCs 제거율 평가 113
(9) VOCs 제거율 결과 115
(10) 전기분해를 이용한 VOCs 대상물질 제거율 평가 117
(11) 유동 해석 120
(12) 설계 128
나. PILOT 설비 이동 및 설치 131
(1) 최적 조건 PILOT 현장으로 설비 이동 및 설치 131
(2) 현장 소개 131
(3) A 하수처리장(의왕시 소재)에 설치 운영 중이었던 Pilot Plant 해체 진행 134
(4) 대한제지 청주공장(청주시 소재)에 이전 설치 136
(5) 설비 안정화 후 Data 수집 137
다. PILOT TEST 진행 139
(1) 일반 사항 139
(2) 특이 사항 140
라. 연구 개발 성과 150
(1) Lab 규모 스크러버 설계 및 제작 150
(2) 성과목표 달성도 165
(3) 논문(국내외 전문학술지) 게재 165
(4) 국내 및 국제 학술회의 발표 166
(5) 특허 167
(6) 사업화 성과 167
(7) 경제성 평가 168
마. 연구 결과 170
(1) Lab 규모 스크러버 농축(흡수)율 평가 결과 170
(2) Lab 규모 반응기 현장 테스트 결과 173
(3) 전극소재 특성 분석 결과(1차년) 176
(4) 전극소재 특성 분석 결과(2차년) 187
(5) PILOT 테스트 결과 202
3. 위탁연구개발 최종보고서 229
가. 연구개발과제의 개요 229
(1) 연구개발 목적 229
(2) 연구개발의 필요성 229
(3) 연구개발 범위 230
나. 연구수행내용 및 성과 232
(1) 연구 내용 232
4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 299
가. 목표 299
(1) 연구개발의 최종목표 299
(2) 연차별 개발목표 및 내용 300
나. 목표 달성여부 305
(1) 연구목표 달성도 305
(2) 정량적 평가항목별 결과 306
다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) 306
5. 연구개발성과의 활용 계획 등 307
가. 사업화 추진 방안 307
(1) 과제 기술 적용 진행 및 연계 사업 발굴 307
(2) 사업화계획 및 효과 313
(3) 기대성과 및 파급효과 322
나. 연구개발결과의 활용방안 및 기대성과 324
(1) 연구개발결과의 활용방안 324
붙임 : 참고문헌 325
부록 327
부록1. 공인성적기관 시험성적서(VOCs 항목 수질 분석) 327
부록2. 공인성적기관 시험성적서(VOCs 항목 대기 분석) 331
부록3. 자체 및 공인성적기관 시험성적서(중금속 분석) 334
부록4. 공인성적기관 시험성적서(복합악취 분석) 337
부록5. 공인성적기관 시험성적서(기타 항목 분석) 338
부록6. SCI 논문 345
부록7. 전문연구인력 졸업논문(석사 3人) 346
부록8. 용존성 VOCs 폐수처리 시스템 매뉴얼 349
1. System 구성 350
2. 운전 350
3. System 조작 352
4. System 동작 Flow 353
5. 약품사용 354
점토광물 나노복합체기반의 용존성 VOCs 및 중금속 등 복합유해물질 흡착분해공정 실용화 개발 최종보고서 355
제출문 356
환경기술개발사업 최종보고서 요약서 357
요약문 358
목차 359
1. 연구개발과제의 개요 367
가. VOCs 및 중금속 오염원의 정의 및 위해성 367
(1) VOCs 정의 및 종류, 위해성 367
(2) 중금속 오염원의 정의 및 종류, 위해성 369
나. 각종 산업에 따른 VOCs 및 중금속 발생특성 370
다. VOCs 및 중금속 관리 및 기준 372
(1) 해외 372
(2) 국내 375
라. 연구개발의 목적 377
(1) 연구개발의 필요성 및 범위 377
2. 연구개발 수행내용 및 결과 381
가. Main Stream의 유해성 물질의 발생원 및 현황조사 381
(1) 국내 산업특성에 따른 Main Stream의 VOCs 및 중금속 발생 특성 조사 381
나. 극초단파를 이용한 VOCs 제거기술 390
(1) 극초단파의 정의 및 원리 390
(2) 극초단파 모듈실험 393
(3) 극초단파 모듈결정 및 설계 404
다. 개발 흡착제를 이용한 VOCs 및 복합 중금속 제거기술(위탁기관 : 가톨릭관동대학교) 429
(1) 점토광물 기반의 흡착제 개발 429
(2) 개발 흡착제의 흡착타워 설계 467
라. Pilot Plant 운전 493
(1) TEST BED 선정 493
(2) Pilot Plant 구성을 위한 검토 495
(3) TEST BED 내 Pilot Plant 구축 496
마. 연구수행성과 509
(1) 흡착제 생산의 국산화 검토 509
(2) 점토기반의 흡착제 제조설비의 표준화 509
(3) Main Stream에 적용 가능한 용존성 VOCs 및 중금속 제거 공정 표준화 509
(4) 국가 정책의 적용성 검토 512
3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 513
가. 목표 513
나. 목표 달성여부 514
다. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) 514
4. 연구개발성과의 활용 계획 등 515
가. 사업화가능성 SWOT분석 515
나. 비즈니스 모델 수립 배경 517
다. 비즈니스 모델 목표 및 핵심경쟁요인 520
라. 목표 시장 구조 520
라. 수익 확보 전략 521
붙임 525
용어의 정의 525
참고문헌 527
부록 531
전해흡수 농축, 전기분해 및 나노복합체흡착 기술을 이용한 용존성 VOCs 처리장치 개발 최종보고서 11
Table 1. The List of VOCs to be controlled 22
Table 2. 지정악취물질 배출허용기준 및 엄격한 배출허용기준의 설정 범위 23
Table 3. 2006년~2012년 배출원 대분류별 VOCs 배출량 26
Table 4. 뉴욕시 14개 폐수처리시설에서의 VOCs별 방출 또는 용존 농도 29
Table 5. 단위 공정별 VOCs 농도 30
Table 6. 폐수처리시설 단위공정별 VOCs 발생량 추정 결과 32
Table 7. VOCs 화합물질을 배출하는 시설의 종류 및 규모 34
Table 8. 미국의 VOCs 규제 현황 35
Table 9. VOCs emissions by SNAP sectors for the EU 36
Table 10. Solvent Directive의 VOCs 규제항목 37
Table 11. Control technologies of VOCs 47
Table 12. VOCs 제거기술에 따른 특징 48
Table 13. 국내 환경설비의 시장전망 49
Table 14. 전기화학적 폐수처리 업체 및 처리방식 49
Table 15. 흡수세정방식 주요 경쟁사 시장점유율 50
Table 16. 전기분해기술관련 지식재산권 현황 51
Table 17. 흡수세정식 지식재산권 현황 51
Table 18. 전기화학시스템 국외기업 현황 54
Table 19. 국외 전극 제조 업체 54
Table 20. 국외 습식세정 기술보유 기업 55
Table 21. 외국 지식재산권 현황 55
Table 22. 주요 산화제의 표준생성전위 58
Table 23. 복합유해물질 처리를 위한 복합 Hybrid형 처리 시스템 개발 원천기술확보 65
Table 24. 복합 Hybrid형 처리시스템 기술 비교 66
Table 25. 용존성 VOCs 폐수의 거동특성에 따라 2개 대상위치별 Target 물질 선정 70
Table 26. 용존성 VOCs 중 BTEX의 물리화학적 특성 72
Table 27. 용존성 VOCs 중 BTEX의 흡입독성 데이터 및 헨리상수 72
Table 28. 용존성 VOCs 중 할로겐족 화합물 물리화학적 특성 73
Table 29. TCE 독성값 74
Table 30. PCE 독성값 74
Table 31. DCM 물리화학적 특성값 75
Table 32. 클로로포름 독성값 75
Table 33. 포름알데히드 독성값 76
Table 34. 00폐수종말처리장 분석결과 78
Table 35. H제지 폐수처리장 공정별 분석결과 79
Table 36. 00폐수종말처리장 분석결과 82
Table 37. AA석유단지 정유업체 폐수처리장 분석결과 83
Table 38. J의약제조업체 폐수처리장 분석결과 85
Table 39. L업체 폐수처리장 분석결과 86
Table 40. 00폐수종말처리장 발산량 분석결과 90
Table 41. AA사 폐수처리장(최초침전지-침사지) 발산량 분석결과 91
Table 42. 대상물질 조제용액 농도 92
Table 43. VOCs 대상물질 헨리상수 비교표 95
Table 44. 대상물질 조제용액 농도 100
Table 45. 선회류식 스크러버 설계기준 109
Table 46. CFD 해석 방법 및 경제 조건 111
Table 47. 전기분해장치 설계사양 113
Table 48. 전기분해장치 설계사양 118
Table 49. 전기분해 처리수 분석결과 119
Table 50. 전해조의 Control Volume 격자 수 124
Table 51. VOCs and HC in Pulp and Paper Mills 131
Table 52. 선회류식 스크러버 설계기준 150
Table 53. 현장용 선회류식 스크러버 설계기준 154
Table 54. 선회류식 스크러버 설계기준 155
Table 55. 스크러버 각 Control Volume 격자 수 159
Table 56. 해석 Case 160
Table 57. Lab규모 반응기 현장 처리결과(공인성적기관) 174
Table 58. 시료채취 방법에 따른 VOCs 처리결과(공인성적기관) 175
Table 59. 전극소재 표면조도 측정결과 195
Table 60. Plate type 전극 코팅균일성 측정결과 197
Table 61. Mesh type 전극 코팅균일성 측정결과 197
Table 62. 전극 형상에 따른 비표면적 201
Table 63. 대기 VOCs 항목 분석 결과(19.02.27 채취 시료) 222
Table 64. 유해성평가 대상 VOCs(CAS No. 순) 233
Table 65. 인화성 액체의 구분과 평가점수, 해당 VOCs 234
Table 66. 급성 독성 구분과 평가점수, 해당물질 235
Table 67. 피부 부식성/피부 자극성 구분과 평가점수, 해당물질 236
Table 68. 심한 눈 손상성/눈 자극성 구분과 평가점수, 해당물질 237
Table 69. 생식세포 변이원성 구분과 평가점수, 해당물질 238
Table 70. 고용노동부 고시 발암성 구분과 평가점수, 해당물질 239
Table 71. IARC 발암성 구분과 평가점수, 해당물질 239
Table 72. 생식독성 구분과 평가점수, 해당물질 240
Table 73. 특정표적장기독성 : 1회 노출 구분과 평가점수, 해당물질 241
Table 74. 특정표적장기독성 : 반복 노출 구분과 평가점수, 해당물질 241
Table 75. 특정표적장기독성-1회 노출 구분과 평가점수, 해당물질 242
Table 76. 급성 수생환경 유해성 구분과 평가점수, 해당물질 242
Table 77. 만성 수생환경 유해성 구분과 평가점수, 해당물질 243
Table 78. 미국 40개 도시 폐수처리장에서 빈번히 발생하는 VOCs와 평가점수 244
Table 79. 국내 폐수처리장에서 검출된 VOCs의 검출빈도와 평가점수 245
Table 80. 유해성 평가 대상 VOCs의 항목별 평가 점수 247
Table 81. 선정된 VOCs의 물리적 특성 249
Table 82. GC 분석조건 250
Table 83. 처리대상 VOCs의 물리적 특성 269
Table 84. GC 분석조건 270
Table 85. 국외 대기산업 시장규모 변화 추이 317
Table 86. 경쟁사 현황 318
Table 87. Target 별 우선순위 평가 318
Table 88. 기업별 수익원 319
Table 89. 가치 제공 요소 320
Table 90. 2020년~2024년 세정기술 관련 수출입 예상 금액 321
Table 91. 대기환경시장규모 중 세정시설 시장규모 산출 근거 321
Table 92. 세정기술 관련 예상 수출입 금액 산출 근거 322
점토광물 나노복합체기반의 용존성 VOCs 및 중금속 등 복합유해물질 흡착분해공정 실용화 개발 최종보고서 361
표 1. 대표적인 VOCs의 독성 368
표 2. WTO에서 구분하는 VOCs의 만성중추신경계 장해 369
표 3. 대표적인 중금속의 독성 370
표 4. VOCs의 종류에 따른 위해성과 규제현황 371
표 5. 대기환경보전법의 대기오염물질 배출시설의 분류 372
표 6. 일본의 배출허용기준 374
표 7. 수질오염물질 배출허용기준(물환경보전법 시행규칙 별표13, 2019년 1월1일 이후) 375
표 8. 대기환경보전법 지정 휘발성유기화합물 376
표 9. 석유화학 폐수처리장(4,800m³/일)으로부터 연간 대기 중으로 방출되는 VOC량 사례 378
표 10. A시의 Main Stream에서 처리된 물질의 성상 397
표 11. 극초단과 실험 전처리시 약품의 주입조건 397
표 12. 국제 도파관 규격표 410
표 13. 축산에서 이용되는 항생제 종류 및 화학식 413
표 14. 각종 산화제의 산화력 415
표 15. 차아염소산나트륨과 과황산나트륨의 주입비율에 대한 기호 419
표 16. 인위적 복합 VOCs 시료의 성분 및 함량 424
표 17. 점토광물 나노복합체 종류에 따른 특성 436
표 18. Fe-Bentonite와 Bentonite로 제조된 흡착제를 이용한 Pb와 Zn의 제거율 453
표 19. Langmuir와 Freundlich 등온흡착에서 흡착량 456
표 20. 등온흡착실험으로부터 칼럼 교체주기 계산 456
표 21. 납의 흡착능을 검토하기 위한 고정층 칼럼 실험으로부터 Tomas식 상수 458
표 22. 납제거 대상의 고정측 흡착칼럼으로부터 칼럼 교체주기 계산 459
표 23. 비소의 흡착능을 검토하기 위한 고정층 칼럼 실험으로부터 TOMAS식 상수 459
표 24. 비소 제거 대상의 고정층 흡착칼럼으로부터 칼럼 교체주기 계산 461
표 25. 흡착칼럼의 구동에 대한 구동밸브의 동작 Logic 477
표 26. SIDE STREAM에서 발생되는 유출시료의 pH의 변화에 따른 성상 변화 490
표 27. TEST BED의 1차처리수의 부유물질 제거방법에 대한 검토 495
표 28. Side Stream의 농축수내 흡착반응조 적용 검토를 위한 중금속 측정결과 497
표 29. Main Stream의 Pilot Plant의 설비별 동력소요 504
전해흡수 농축, 전기분해 및 나노복합체흡착 기술을 이용한 용존성 VOCs 처리장치 개발 최종보고서 14
Figure 1. 일반적인 VOCs 처리 공정도 20
Figure 2. 국내 VOCs 발생원 분포도 25
Figure 3. 연도별 악취민원 발생현황 26
Figure 4. VOCs emission fluxes for specific treatment unit of WWTPs in Taiwan 27
Figure 5. 폐수처리공정 내 총탄화수소(THC) 흐름도 28
Figure 6. 2017년 말 기준 폐수처리 업종별 폐수발생량 및 방류량 31
Figure 7. 복합 Hybrid VOCs 처리시스템 개념도 38
Figure 8. 복합 Hybrid형 처리장치 개발 연계도 39
Figure 9. VOCs 부하에 따른 각 공정별 연계공정 개념도 40
Figure 10. 전기응집반응 모식도 45
Figure 11. 전기분해반응 모식도 46
Figure 12. 국내 환경산업 종류별 시장규모 48
Figure 13. 세계 환경시장 규모 전망 및 성장률 53
Figure 14. 다양한 선회류식 Scubber 기술 60
Figure 15. 고기능, 고효율 전기분해기술 개발 61
Figure 16. 나노복합체 흡착소재 특징 61
Figure 17. 개발 흡착소재 기술개발 로드맵 62
Figure 18. 연구개발 추진전략 67
Figure 19. 국내외 폐수처리장 THC 및 VOCs 발생량 DB기반 Target 물질 선정 70
Figure 20. 방향족 용존성 VOCs 중 BTEX 71
Figure 21. 할로겐족 용존성 VOCs 대표물질 71
Figure 22. EPA IRIS 센터 홈페이지 73
Figure 23. 00산단 업종별 현황 76
Figure 24. 00폐수종말처리장 처리공정도 77
Figure 25. 00폐수종말처리장 침사지, 침전조 전경 77
Figure 26. H제지 폐수처리장 79
Figure 27. 00산단 업종별 현황 81
Figure 28. 00폐수종말처리장 처리공정도 81
Figure 29. 00폐수종말처리장 전경 82
Figure 30. AA 정유사 폐수처리장 전경 83
Figure 31. J의약제조업체 전경 및 대기방지설비 사진 84
Figure 32. 서로접촉하고 있는 두상간의 농도구배 88
Figure 33. 이중저항이론에 대한 농도추진력 90
Figure 34. VOCs 대상물질에 대한 휘발특성 평가 실험 사진 93
Figure 35. 대상물질의 시간별 VOCs 배출농도 94
Figure 36. 대상물질별 저류, 폭기 상태에서의 휘발율 95
Figure 37. 대상물질 농도별 VOCs 배출량(Air Blowing : 0.25L/min) 96
Figure 38. 대상물질 농도별 휘발율 및 잔류 농도(Air Blowing : 0.25L/min) 97
Figure 39. 약액별 VOCs 흡수율 결과 99
Figure 40. VOG 대상물질에 대한 휘발특성 평가 실험 사진 100
Figure 41. VOCs 대상물질에 대한 휘발특성결과 101
Figure 42. Bench Type 반응기 흡수율 평가실험 102
Figure 43. 액기비에 따른 VOC5 유입, 유출 농도변화 103
Figure 44. 액기비에 따른 VOCs 흡수율 결과 103
Figure 45. 액기비에 따른 THC 유입, 유출 농도변화 104
Figure 46. 액기비에 따른 THC 흡수율 결과 104
Figure 47. 유입속도에 따른 VOCs 유입, 유출 농도변화 105
Figure 48. 유입속도에 따른 VOCs 흡수율 결과 105
Figure 49. 유입속도에 따른 THC 유입, 유출 농도변화 106
Figure 50. 유입속도에 따른 THC 흡수율 결과 106
Figure 51. 세정약액에 따른 VOCs 유입, 유출 농도변화 107
Figure 52. 세정약액에 따른 VOCs 흡수율 결과 107
Figure 53. 세정약액에 따른 THC 유입, 유출 농도변화 108
Figure 54. 세정약액에 따른 THC 흡수율 결과 108
Figure 55. 전극 상에서의 벤젠 산화 반응 메카니즘 110
Figure 56. 전기분해 반응조 형태별 CFD 해석 결과 112
Figure 57. Lab 규모 전기분해 반응조 CFD 해석 결과 113
Figure 58. 전기분해장치 분해그림 114
Figure 59. 전기분해장치 구성 그림 114
Figure 60. 대상물질별 전기분해 제거효율 115
Figure 61. 대상물질별 전기분해시간에 따른 농도변화 116
Figure 62. 전극 상에서의 벤젠 산화 반응 메카니즘 118
Figure 63. 전기분해장치 구성 그림 119
Figure 64. Scrubber Schematic Diagram 120
Figure 65. 다상유동 수치해석을 수행하기 위한 기본 흐름도 121
Figure 66. Geometry & Single Flow Boundary Condition 122
Figure 67. Multi-Phase Condition 123
Figure 68. Mesh View 124
Figure 69. 단상유동 해석결과 - 유선 125
Figure 70. Water Volume Fraction 126
Figure 71. 0₂ Volume Fraction 126
Figure 72. H₂ Volume Fraction 126
Figure 73. Pressure Contour 127
Figure 74. 전극 형상과 조립 128
Figure 75. 전극 스페이서 129
Figure 76. 유로 스페이서 130
Figure 77. 대한제지 주변 환경 및 폐수처리장 전경 132
Figure 78. TEST Data 수집 현장 사진 139
Figure 79. TEST Data 측정값 139
Figure 80. 대기 시료 Sampling 사진 140
Figure 81. 대기 시료 검지관 Kit 분석 사진 140
Figure 82. 원수 T/K 확장 사진 141
Figure 83. 내부 이물질(얼음) 발생 사진 141
Figure 84. 파손 예방을 위한 호스 교체 사진 142
Figure 85. 전기분해시스템 누수 사진 142
Figure 86. T/K 및 배관 내부 청소 및 이물질 사진 143
Figure 87. 드럼형 Filter press 정기보수 사진 144
Figure 88. Leak로 인한 누수 사진 144
Figure 89. 전기분해시스템 분해 및 정비 사진 145
Figure 90. Chamber Window glass 볼트 교체 및 용접 146
Figure 91. 전기분해시스템 유지보수 사진 146
Figure 92. 부대설비(Scrubber) 유지보수 사진 147
Figure 93. 현장에서 사용했던 가스포집기 사진 148
Figure 94. 1차 침전조 유막 형성 사진 148
Figure 95. 부대설비(Scrubber) 유지보수 사진 149
Figure 96. 스크러버 모델링 그림 150
Figure 97. Case-1 해석결과 151
Figure 98. Case-2 해석결과 151
Figure 99. Case-3 해석결과 152
Figure 100. 스크러버 유체흐름도 153
Figure 101. 스크러버 설치 전경 153
Figure 102. 현장형 스크러버 제작사진 152
Figure 103. 수치해석을 수행하기 위한 기본 흐름도 155
Figure 104. 해석모델의 경계조건 158
Figure 105. Impeller Mesh & Scrubber Pipe Mesh 159
Figure 106. 수렴성 판정을 위한 Error와 Tolerance 160
Figure 107. 임펠러 유·무에 따른 유선 비교 161
Figure 108. 임펠러 유·무에 따른 속도 분포 비교 162
Figure 109. 유량별 유선 비교 163
Figure 110. Scrubber Schematic Diagram 164
Figure 111. Lab 스크러버 Test 그림(1단, 4단 세정탑 VOCs 측정) 170
Figure 112. Lab 스크러버 흡수율 측정결과 171
Figure 113. 대상물질별 흡수액 흡수농도 172
Figure 114. Lab 규모 반응기 VOCs 유입, 유출 농도변화 173
Figure 115. Lab 규모 반응기 VOCs 흡수율 결과 174
Figure 116. Lab 규모 반응기 THC 유입, 유출 농도변화 175
Figure 117. Lab 규모 반응기 THC 흡수율 결과 176
Figure 118. 가속수명평가 장치 그림 177
Figure 119. 외산 전극 가속수명 평가 그래프 178
Figure 120. 개발 전극 가속수명 평가 그래프 179
Figure 121. 가속수명 테스트 전·후 외산전극 촉매 코팅면 SEM image 179
Figure 122. 가속수명 테스트 후 개발전극 촉매 코팅면 SEM image 180
Figure 123. 가속수명 테스트 후 외산전극 촉매 코팅면 EDS 성분 분석 181
Figure 124. 가속수명 테스트 후 개발전극 촉매 코팅면 EDS 성분 분석 182
Figure 125. 거칠기 곡선과 중심선 평균값과 근사값 183
Figure 126. 최대 거칠기(Rₘₐₓ) 184
Figure 127. Rz-10점 평균 거칠기[이미지참조] 185
Figure 128. 조도측정기 185
Figure 129. Sample 1 에칭 후 SEM Image 186
Figure 130. Sample 2 에칭 후 SEM Image 187
Figure 131. Sample 3 에칭 후 SEM Image 187
Figure 132. 가속수명평가 장치 그림 188
Figure 133. 개발 전극 가속수명 평가 그래프(2차년도) 190
Figure 134. 가속수명 테스트 전·후 Mesh type 전극 촉매 코팅면 SEM image 190
Figure 135. 가속수명 테스트 전/후 개발전극 촉매 코팅면 EDS 성분 분석 191
Figure 136. Sample 1 에칭 후 SEM Image 195
Figure 137. Sample 2 에칭 후 SEM Image 195
Figure 138. Samp1e 3 에칭 후 SEM Image 196
Figure 139. 코팅 두께 측정 전처리 197
Figure 140. 코팅 두께 단면 형상 관찰 198
Figure 141. Plate type Mesh type 코팅두께측정 199
Figure 142. 전극 비표면적 분석 흐름도 199
Figure 143. 전극 분석 실물 200
Figure 144. 3D 스캔 파일의 Surface Data 200
Figure 145. Paring 작업 후 전극의 형상 201
Figure 146. 50m³ 농축 222
Figure 147. 전극 표면 분석 224
Figure 148. XRF 분석 224
Figure 149. 신규 전극 SEM-EDS 분석 225
Figure 150. 테스트 전극 고압세척 후 SEM-EDS 분석 226
Figure 151. 전극 비교 사진 227
Figure 152. 전극 가속수명평가 228
Figure 153. 위탁기관의 전기화학고도산화 및 전극-촉매 사전연구 내용 230
Figure 154. 위탁기관의 연차별 연구개발내용 및 추진 전략 요약 232
Figure 155. 유해성과 노출량에 따른 화학물질의 위해성 평가 모식도 232
Figure 156. 위해성 평가 대상 VOCs의 항목별 평가점수 및 총괄평가점수 248
Figure 157. 5개 VOCs의 gas chromatogram 251
Figure 158. 정치, 교반, 폭기상태에 따른 VOC 휘발량의 변화 252
Figure 159. 상태별, 물질별 VOCs 수중 농도 및 농도비의 변화(계속) 254
Figure 160. 정치, 교반, 폭기상태에서 물질별 VOCs 수중 농도 및 농도비의 변화 255
Figure 161. 교반 및 폭기상태에서 농도에 따른 물질별 VOCs 휘발속도 255
Figure 162. SS 주입여부에 따른 시간별 VOCs 농도의 변화 256
Figure 163. SS 주입여부에 따른 물질별 VOCs 농도비의 변화 256
Figure 164. 전기화학고도산화 반응기 257
Figure 165. DC power supply와 전기화학고도산화 실험 모습 258
Figure 166. 실험한 전극의 이미지와 EDS 분석결과 258
Figure 167. TCE 전기화학고도산화시 전해질(0.05M Nacl) 유무에 따른 농도와 농도비 변화 259
Figure 168. 3가지 전극을 이용한 TCE 전기화학고도산화 처리 260
Figure 169. 전기화학고도산화 처리시 기포 생성 261
Figure 170. 스틸렌의 전기화학고도산화 처리시 gas chromatogram의 변화 261
Figure 171. Anode 전극에 따른 VOCs 수중 농도 및 농도비의 변화(계속) 262
Figure 172. Anode 전극에 따른 VOCs 수중 농도 및 농도비의 변화 263
Figure 173. 전기화학고도산화반응 1시간 후 전극별 VOCs별 제거율 264
Figure 174. 전기화학고도산화 밀폐형 반응기 265
Figure 175. DC power supply와 전기화학고도산화 밀폐실험용 setting 265
Figure 176. 다양한 Ir based DSA 전극의 이미지 266
Figure 177. 다양한 Ir based DSA 전극의 SEM 이미지 267
Figure 178. 다양한 Ir based DSA 전극의 EDS 분석 결과 268
Figure 179. 25mA/cm², NaCI 0.O5M에서 다양한 전극의 VOCs 농도변화 271
Figure 180. 25mA/cm², NaCI 0.05M에서 다양한 전극의 VOCs 처리효율 272
Figure 181. 25mA/cm², NaCI 0.O5M에서 다양한 전극의 pH 변화 273
Figure 182. 25mA/cm², NaCl 0.05M 조건에서 다양한 전극의 기체발생량 274
Figure 183. 25mA/cm², NaCl 0.O5M에서 다양한 전극의 전압 변화 274
Figure 184. 전류밀도 변화에 따른 Chloroform의 처리율 변화 276
Figure 185. 전류밀도 변화에 따른 Benzene의 처리율 변화 277
Figure 186. 전류밀도 변화에 따른 TCE의 처리율 변화 278
Figure 187. 전류밀도 변화에 따른 Toluene의 처리율 변화 279
Figure 188. 처리효율 90% 달성을 위한 물질별, 전극별 전력량 280
Figure 189. 전류밀도 변화에 따른 산화처리 2시간 후 전극별 pH 변화 281
Figure 190. 전류밀도별 산화처리 2시간 후 전극별 최종 pH 282
Figure 191. 전극별 전류밀도 변화에 따른 전압의 변화 283
Figure 192. 전극별 전류밀도 변화에 따른 기체발생량의 변화 284
Figure 193. 전해질에 따른 VOCs의 처리율 변화 285
Figure 194. 전해질에 농도에 따른 VOCs의 처리율 변화 286
Figure 195. 전해질로써 NaOCl 1% + NaCl의 적용 287
Figure 196. 전극별 VOCs 물질 처리시 mass balance 289
Figure 197. 전류밀도 변화에 따른 VOCs 휘발비 290
Figure 198. 오염물질의 전기분해 반응 291
Figure 199. 전기화학고도산화 Lab Tester 제작 291
Figure 200. 붕소 도핑 다이아몬드 전극의 특성 293
Figure 201. (a) Ir-Pd DSA 전극과 (b) BDD 전극에서 VOCs 처리 294
Figure 202. 수산화라디칼에 의한 벤젠의 완전 산화 294
Figure 203. (a) 시간별, (b) DSA와 BDD 전극별 pCBA 제거효율 비교(25 mA/cm², 0.05 MNaCl) 295
Figure 204. (a) 시간별, (b) DSA와 BDD 전극별 FFA 제거효율 비교(25 mA/cm2, 0.05 MNaCl) 296
Figure 205. DSA 전극과 BDD 전극의 차아염소산(CIO⁻) 발생량 비교(25 mA/cm2, 0.05 MNaCl) 298
Figure 206. 연구개발의 최종목표 추진방향 299
Figure 207. 1차년도 개발 내용 - Lab Test를 통한 기초 자료 확보 301
Figure 208. 2차년도 개발 내용 - Pilot 영향인자 탐색 302
Figure 209. 2차년도 개발 내용 - Pilot 시스템 설계 및 제작(예시 그림) 303
Figure 210. 2차년도 개발 내용 - 각 기관별 Pilot 연계 설계 및 제작 303
Figure 211. 3차년도 개발 내용 - 복합 Hybrid형 시스템 처리 현장 운전 304
Figure 212. 3차년도 개발 내용 - 복합 Hybrid형 시스템 최적화 305
Figure 213. 대기산업 세부 분야 시장규모 추이 316
Figure 214. 기후·대기관리 분야 시장규모 및 성장률 316
Figure 215. 수익모델 319
Figure 216. 가치제공 프로세스 320
점토광물 나노복합체기반의 용존성 VOCs 및 중금속 등 복합유해물질 흡착분해공정 실용화 개발 최종보고서 362
그림 1. 용존성 VOCs 물질이 유입되는 폐수처리과정에서 VOCs 물질의 예상경로 367
그림 2. 석유정제산업에서 발생되는 폐수처리공정도 예 378
그림 3. 석유정제공정에서 발생되는 VOCs 배출원 및 오염물질 구분 378
그림 4. 기술개발의 배경 및 목적 379
그림 5. 공정에 따른 처리계통 분리 380
그림 6. A시 Main Stream 전경 382
그림 7. 조사된 국내 일반산업단지 내 Main Stream 지역 383
그림 8. 일반산업단지의 Main Stream의 용존성 VOCs(a) 및 중금속(b) 측정 383
그림 9. 철강산업단지 Main Stream 처리계통도 384
그림 10. 조사된 국내 철강산업단지 지역 385
그림 11. 철강산업단지의 Main Stream의 용존성 VOCs(a) 및 중금속(b) 측정 385
그림 12. 석유화학산업단지 Main Stream HM 화면(운영 모니터링) 386
그림 13. 조사된 국내 석유화학산업단지 지역 387
그림 14. 석유화학산업단지의 Main Stream의 용존성 VOCs(a) 및 중금속(b) 측정 387
그림 15. 조사된 국내 염색산업단지 내 Main Stream 전경 388
그림 16. 염색산업단지 Main Stream 처리계통도 388
그림 17. 염색산업단지의 Main Stream의 용존성 VOCs(a) 및 중금속(b) 측정 389
그림 18. D시 제지 Main Stream 전경 390
그림 19. 전자기파 스펙트럼 391
그림 20. 마그네트론 구조 391
그림 21. 마그네트론 전자빔 분포 392
그림 22. 도파관 형태의 종류 392
그림 23. 도파관내 전파도 393
그림 24. 인위적 VOCs의 시료 제조과정 394
그림 25. VOcs 물질과 CODcr과의 상관성 그래프 395
그림 26. 물을 극초단파에 접촉 시 열량과 ORP와의 관계 396
그림 27. 펜톤산화에 대한 극초단파 접촉시의 유기물 분해능 397
그림 28. VOCs 대상지표의 펜톤산화와 연계한 극초단파 접촉 후 사진(기초실험) 398
그림 29. 온도, ORP와 CODcr의 제거율과의 관계 399
그림 30. A시 Main Stream의 시료에 대한 분해실험 모식도 및 실험사진 400
그림 31. 극초단파가 유체에 접촉시 유체내 존재하는 VOCs물질에 전달 401
그림 32. 극초단파 발진기를 이용한 A시 Main Stream에서 연속적 처리실험 402
그림 33. 극초단파 발진기를 이용한 A시 Main Stream에서 연속적 처리실험결과 403
그림 34. 극초단파 모듈 모식도 404
그림 35. HFSS계산에 의한 전기장으로부터 분리되는 공진파장 405
그림 36. 패러데이 법칙에서 전기장의 폐쇄등고선과 표면의 영향 406
그림 37. 임의적인 공간, 표면과 선형부하에서 전자기장의 변화 407
그림 38. 극초단파 반응기의 챔버형(a)과 도파관형(b) 409
그림 39. 극초단파 원리를 이용한 반응기의 형태 409
그림 40. 극초단파 발진기 손상된 상태(a) 및 이를 방지하기 위한 대역필터(b) 409
그림 41. 구형 도파관 내의 극초단파 발진에 따른 전자파의 분포도 변화 410
그림 42. 극초단파 발진기의 전자파가 도파관내 반응기에 미치는 온도영향 411
그림 43. LAB 극초단파 반응기 규격 및 사진 411
그림 44. VOCs 물질과 CODcr의 상관성 그래프(부록 참조) 413
그림 45. 펜톤산화반응의 메카니즘 416
그림 46. 펜톤 약품의 투입 방법(a) 및 실험(b), 발생슬러지(c) 417
그림 47. 펜톤 약품 중 과산화수소의 투입량과 성상변화 417
그림 48. 차아염소산과 과황산나트륨 약품의 투입 방법 418
그림 49. 차아염소산나트륨+과황산나트륨의 적용시 성상변화 419
그림 50. 난분해성 유기물을 대상으로 알카리제 투입 후 극초단파 반응기로 연계하는 Flow 420
그림 51. 알카리제 선반응 후 극초단파를 적용시 pH(a)와 ORP(b)의 변화 420
그림 52. 난분해성 유기물을 대상으로 한 LAB 규모의 전해액+극초단파 실험 421
그림 53. 전해액 적용 후 극초단파 접촉시간에 따른 CODcr의 변화 422
그림 54. 차아염소산과 과황산나트륨 반응 후 극초단파 적용에 대한 Flow 423
그림 55. 차아염소산과 과황산나트륨 반응 후 극초단파 적용시 연속흐름에 의한 성상변화 423
그림 56. 극초단파발진기의 펄스구현가능 Flow Setting 사진 425
그림 57. 10N-NaOH 반응 후 펄스 극초단파 적용시 연속흐름에 의한 성상변화 426
그림 58. 펜톤 반응 후 펄스 극초단파 적용시 연속흐름에 의한 성상변화 427
그림 59. 펜톤 반응 후 펄스 극초단파 적용시 유입과 처리후의 VOCs의 성분별 변화 428
그림 60. LAB 극초단파 발진기의 운영중 문제점 및 보완 TEST 428
그림 61. 흡착 등온선 430
그림 62. 벤토나이트 점토광물을 이용한 중금속 흡착에 대한 pH의 영향 433
그림 63. 3가지 유형의 흡착소재 및 비드성형 개발 레시피 433
그림 64. 천연 벤토나이트를 이용한 점토광물 나노복합체 제조 레시피 434
그림 65. 산활성화 벤토나이트와 활성탄을 폴리머와 합성한 비드 제작의 레시피 435
그림 66. FT-IR 스펙트럼 436
그림 67. SEM사진 측정결과 436
그림 68. LAB 규모의 흡착반응조의 유입부의 압력변화 437
그림 69. LAB 규모의 고정상 조건의 흡착반응 실험시 문제점 438
그림 70. 1차년도 제작된 흡착제의 개질화 필요성 및 방향 438
그림 71. 벤토나이트 점토광물 흡착제의 제조 방법 439
그림 72. Fe-벤토나이트 점토광물 흡착제 제조방법 440
그림 73. Fe-벤토나이트+AC 점토광물 흡착제 제조방법 441
그림 74. 복합중금속의 점토광물을 개질화한 흡착제의 흡착특성 442
그림 75. 개질화된 흡착제의 다양한 기능의 FT-IR 그래프 443
그림 76. 제조 흡착제(Product Adsroption)의 S.E.M. 측정결과 443
그림 77. 점토광물 개질화 흡착제의 S.E.M-E.D.X. 측정 그래프 444
그림 78. X-Ray Diffraction(X.R.D.)를 이용한 Ca-Fe-벤토나이트+AC의 패턴변화. 444
그림 79. 벤토나이트 계열 점토광물 흡착제(건조 시료)의 비표면적(a) 및 세공함량(b) 445
그림 80. Fe-벤토나이트 계열 점토광물 흡착제(건조 시료)의 비표면적(a) 및 세공함량(b) 446
그림 81. Fe-벤토나이트+AC 계열 점토광물 흡착제(건조 시료)의 비표면적(a) 및 세공함량(b) 446
그림 82. 건식방법에 의한 점토기반의 흡착제 제조방법 447
그림 83. 건식방법에 의한 점토기반의 흡착제 제조시 배합의 불량에 따른 문제점 447
그림 84. 습식방법 후 건조를 통한 흡착제의 제조 과정 448
그림 85. 습식방법에 의해 제조된 점토기반의 흡착제의 건조 전·후의 부피변화 448
그림 86. Ca-Fe-벤토나이트+AC를 이용한 칼럼 수명 TEST 사진 449
그림 87. Cd(II)을 대상으로 한 Ca-Fe-벤토나이트+AC의 칼럼 수명 TEST결과 450
그림 88. 벤토나이트 흡착제의 입도분포 450
그림 89. Fe-벤토나이트 흡착제의 입도분포 451
그림 90. Fe-벤토나이트+AC 흡착제의 입도분포 452
그림 91. Langmuir와 Freundlich Pb 등온흡착식 455
그림 92. 실험에 이용된 컬럼장치 사진 457
그림 93. 개발된 흡착제를 이용한 Pb 파과커브 458
그림 94. 개발된 흡착제를 이용한 As 파과커브 460
그림 95. 흡착제 개질화 및 제조설비 설계도면 463
그림 96. 흡착제 재생설비 465
그림 97. 흡착탑의 충전 형식 467
그림 98. 이동형 흡착탑 예(하이퍼 소퍼) 468
그림 99. 유동층 흡착탑 예 468
그림 100. 컬럼을 이용한 기초실험 모식도(a) 및 실험사진(b) 469
그림 101. 습식법으로 제조되어 실험에 사용된 점토광물 흡착제(벤토나이트) 470
그림 102. 흡착제 ABn-G를 이용한 컬럼을 이용한 파과점에 대한 실험사진 471
그림 103. ABn-AG을 이용한 납에 대한 파과점 측정 결과 472
그림 104. 점토광물 나노복합체를 이용한 복합 중금속 오염물의 흡착특성 473
그림 105. 유동상에 대한 기초실험 모식도(좌) 및 실험사진(우) 474
그림 106. 유동상에 대한 기초실험결과 474
그림 107. LAB 규모의 컬럼내 유체의 거동특성 475
그림 108. LAB 규모의 흡착 컬럼 및 P&ID 476
그림 109. LAB 규모의 흡착 컬럼의 구동 밸브(삼방밸브 표기) 476
그림 110. LAB 규모의 흡착 컬럼 장치 478
그림 110. LAB 규모의 흡착 컬럼 장치 479
그림 111. A시 Main Stream 전경 479
그림 112. 고정상 흡착타워 운전 결과 480
그림 113. LAB 흡착반응기의 고정상 흡착제 충전시 압력의 변화 481
그림 114. LAB 고정상 흡착반응기의 운전 트러블 482
그림 115. LAB 유동상 흡착반응기에 적용된 기계식 교반장치 482
그림 116. 상향선회류 방법에 의한 유동상 조건 483
그림 117. 상향선회류 방법적용시 흡착제의 유동 483
그림 118. 유량 증대에 대한 유동상태 484
그림 119. 하부교반 방법에 의한 유동상 조건 485
그림 120. 하부교반(3,000 rpm)에 의한 유동상 485
그림 121. 기계식 교반과 유체의 흐름을 병행하여 적용된 흡착반응기 실험사진 486
그림 122. LAB 유동상 흡착반응기에 적용된 순환식 교반장치의 효과 487
그림 123. LAB 유동상 흡착반응기에 적용된 교반방식의 변화 487
그림 124. 순환식 교반 후 LAB 유동상 흡착반응기의 압력변화 488
그림 125. 순환펌프의 회전속도에 따른 유동층 변화 488
그림 126. 순환식 LAB 유동상 흡착반응기의 운전특성 489
그림 127. Side Stream LAB 유동상 흡착반응기 운영사진 490
그림 128. Side Stream의 유출시료를 대상으로 LAB 유동상 흡착반응기의 운영시 중금속의 처리수 중의 농도변화 490
그림 129. Pilot 흡착제 유동상 반응조 설계도면 492
그림 130. 일반적인 파지의 종이재생과정 493
그림 131. 위성사진을 이용한 TEST BED 위치 494
그림 132. TEST BED의 폐수처리시설 전경(a) 및 처리계통도(b) 494
그림 133. TEST BED 내 Pilot Plant의 위치 및 설치계획도 497
그림 134. TEST BED내 Pilot Plant 전경 498
그림 135. Pilot Plant 처리계통도 498
그림 136. Main Stream에서 펌프로 유입되는 유량변화 499
그림 137. Main Stream의 용존성 VOcs의 처리특성 500
그림 138. Pilot Plant 운영기간 중 CODcr 기준의 용존성 VOcs 제거특성 501
그림 139. Main Stream의 용존성 VOCs의 처리특성 502
그림 140. Main Stream 물질수지도 503
그림 141. Pilot Plant 유입수의 SS변화 508
그림 142. 점토광물 기반의 흡착제 제조 표준화 공정 구성도 510
그림 143. Main Stream의 용존성 VOCs 및 중금속 제거 공정도 511
그림 144. 2006년 물환경관리계획 지표평가 517
그림 145. 중국의 VOC 발생현황(2009) 518
그림 146. 국내 합성 흡착제 시장의 규모 및 전망 519
그림 147. 세계 합성 흡착제 시장의 규모 및 전망 519