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보고서 초록
목차
제1장 서론 16
1절 연구개발의 중요성 및 필요성 18
1. 연구개발의 중요성 및 필요성 18
2절 연구개발의 국내외 현황 21
1. 해외 기술개발 동향 및 시장 21
2. 국외 연구동향 24
3. 국내 기술개발 동향·시장 33
3절 연구개발대상 기술의 차별성 42
1. 차별성 42
2. 주관기관의 관련기술 보유현황 42
제2장 연구개발의 목표 및 내용 44
1절 연구의 최종목표 및 연구내용 46
1. 연구의 최종 목표 및 연구내용 46
2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 47
1. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 47
2. 평가의 착안점 및 기준 48
3절 연도별 추진체계 49
제3장 연구개발 결과 및 활용계획 50
1절 연구개발 결과 및 토의 52
1. 하수슬러지를 이용한 다공체 개발 52
2. 제올라이트의 합성/코팅 기술개발 74
3. 제올라이트/TiO₂ 복합코팅 기술개발 98
4. 박막코팅 기술개발 116
5. 파일럿 실험 및 시제품 제조 139
6. 개발제품의 적용성 평가 154
2절 연도별 연구개발목표의 달성도 195
3절 연도별 연구성과(논문·특허 등) 196
1. 학술발표 성과 196
2. 논문게재 성과 197
3. 특허 성과 198
4절 관련분야의 기술발전 기여도 199
1. 기술적 측면 199
2. 환경적 측면 200
3. 경제적·산업적 측면 201
4. 일자리창출 측면 202
5절 연구개발 결과의 활용계획 203
1. 개발제품과 관련한 시장현황 203
2. 개발 제품의 경제성 평가 204
3. 개발 제품의 사업화를 위한 전략 209
4. 개발 제품의 구체적 사업화 방안 212
제4장 참고문헌 214
부록 230
〈표 1.1〉 외국의 비점오염물질 유출저감 동향 22
〈표 1.2〉 우수 처리 시설 기본 체계의 특징 25
〈표 1.3〉 국내 적용되고 있는 비점오염원 저감기술 유형 35
〈표 1.4〉 폐수, 분류식 및 합류식 하수관 월류수의 성상 38
〈표 1.5〉 여과형 비점오염원 처리시설 국내 특허 현황 40
〈표 3.1〉 하수슬리지의 기본 물성 52
〈표 3.2〉 하수슬러지의 성분 분석(XRF 분석) 53
〈표 3.3〉 다공체 제조 조건 59
〈표 3.4〉 성형 방식별 장·단점 60
〈표 3.5〉 소성온도와 점토량에 따른 밀도와 흡수율 71
〈표 3.6〉 중금속 용출 시험 결과 74
〈표 3.7〉 겔화 전/후에 따른 양이온 교환능 결과 83
〈표 3.8〉 숙성의 영향에 따른 실험 조건 84
〈표 3.9〉 겔화 및 숙성에 따른 전구물질의 양이온 치환능 결과 87
〈표 3.10〉 코팅 온도에 따른 제올라이트 합성 실험 조건 89
〈표 3.11〉 광촉매의 특성 103
〈표 3.12〉 코팅액의 조성 109
〈표 3.13〉 제올라이트 + 광촉매의 혼합비에 따른 샘플 조건 114
〈표 3.14〉 중금속 제거능 결과 116
〈표 3.15〉 각 코팅 혼합액의 조성 122
〈표 3.16〉 각 코팅 혼합액의 조성 124
〈표 3.17〉 각 코팅 혼합액의 조성 126
〈표 3.18〉 촉매에 따른 Cu 1ppm에 대한 흡착 실험결과 135
〈표 3.19〉 탄화 다공체의 비표면적 및 세공 용적 142
〈표 3.20〉 탄화 다공체의 겉보기 밀도 및 흡수율 142
〈표 3.21〉 전처리 전/후의 요오드 흡착능 결과 145
〈표 3.22〉 탄화 다공체와 활성화 탄화 다공체의 비표면적 및 요오드 흡착능 결과 146
〈표 3.23〉 탄화 다공체와 활성화 탄화 다공체의 비표면적 및 요오드 흡착능 결과 147
〈표 3.24〉 인공 노면 유출수의 비점오염물질 농도 155
〈표 3.25〉 용존성 실험 원수에 사용한 약품 158
〈표 3.26〉 총부유물질의 제거 효율(초기 농도 - 247.2mg/L) 163
〈표 3.27〉 개발 제품과 여과사리의 BET 및 CEC 측정 결과 165
〈표 3.28〉 초기 중금속 이온의 농도 변화에 따른 흡착량과 제거 효율 168
〈표 3.29〉 개발 제품의 양에 따른 흡착량과 제거율 170
〈표 3.30〉 실험 조건에 따른 개발 제품의 Kinetic parameters 172
〈표 3.31〉 토지이용별 기초 유출계수 173
〈표 3.32〉 계산과정 174
〈표 3.33〉 아세트알데히드 분해능 결과 189
〈표 3.34〉 표면처리 시편별 아세트알데히드 검지관 농도변화 모습 190
〈표 3.35〉 다양한 하수슬러지 처리 방식의 비교 208
〈그림 1.1〉 일본 내 침투시설 설치 사례 23
〈그림 1.2〉 독일 내 침투시설 설치 사례 23
〈그림 1.3〉 TORAY사 블록의 투수성 및 보수 성능 실험 예 26
〈그림 1.4〉 TORAY사 블록의 NOx 제거 실험 예 26
〈그림 1.5〉 독일의 투수성 블록 포장 및 배수성 포장 27
〈그림 1.6〉 네덜란드 투수성 포장 사례 28
〈그림 1.7〉 도로유출수, 투수포장, 광촉매 복합소재 등 비점오염처리소재 특허동향 결과 30
〈그림 1.8〉 세부기술별 출원동향 분석 결과 31
〈그림 1.9〉 교량부 비점오염처리 시스템(Bridge-Runoff Pollution Control System) 33
〈그림 1.10〉 광촉매 코팅에 의한 오염제어형 포장재 34
〈그림 1.11〉 국내 현장적용 운영사례 (유출저감율 모니터링 결과 : 약 4~47%) 36
〈그림 3.1〉 하수슬러지의 XRD 분석 결과 54
〈그림 3.2〉 하수슬러지의 미세구조 관찰(SEM) 54
〈그림 3.3〉 하수슬러지의 입도 분포 특성 55
〈그림 3.4〉 열분석(TGA/DTA) 결과 56
〈그림 3.5〉 다공체 제조 방법 58
〈그림 3.6〉 가경식 드럼형, 압출 롤러 방식 60
〈그림 3.7〉 성형기(제환기) 61
〈그림 3.8〉 산화 분위기에서 점토 첨가량과 온도에 따른 비표면적 변화 62
〈그림 3.9〉 산화 분위기에서 점토 첨가량과 온도에 따른 압축강도 62
〈그림 3.10〉 환원 분위기에서 반응 시간과 반응 온도에 따른 비표면적 특성 63
〈그림 3.11〉 환원 분위기에서 점토 첨가량과 시간 의한 비표면적 특성 64
〈그림 3.12〉 환원 분위기에서 점토 첨가량과 시간과 온도에 따른 압축강도 특성 65
〈그림 3.13〉 점토 함량에 따른 기공률 변화 67
〈그림 3.14〉 점토 함량에 따른 개기공률 변화 67
〈그림 3.15〉 온도에 따른 기공률 변화 68
〈그림 3.16〉 온도에 따른 개기공률 변화 69
〈그림 3.17〉 다공체의 기공 분포 70
〈그림 3.18〉 900℃/3hr 조건의 다공체 SEM image 70
〈그림 3.19〉 제올라이트 A의 분자체 모양 76
〈그림 3.20〉 제올라이트 합성 결과를 나타낸 3성분 조성 79
〈그림 3.21〉 겔화의 영향 없이 제올라이트 합성한 XRD 분석 결과 82
〈그림 3.22〉 겔화의 영향 없이 제올라이트 합성한 XRD 분석 결과 82
〈그림 3.23〉 숙성 조건에 따른 XRD 패턴 85
〈그림 3.24〉 70℃에서 숙성한 전구물질의 XRD 패턴 86
〈그림 3.25〉 합성 조건 변화에 따라 제조된 제올라이트 결정의 SEM image 88
〈그림 3.26〉 코팅 조건에 따른 XRD 패턴 90
〈그림 3.27〉 합성 제올라이트의 TG/DTA 분석 결과 91
〈그림 3.28〉 다공체 소성 중 열처리에 의한 제올라이트 코팅 소재 제조과정 모식도 92
〈그림 3.29〉 소성 후 후처리에 의한 제올라이트 코팅 성형물 제조 모식도 93
〈그림 3.30〉 제올라이트 코팅 성형물 94
〈그림 3.31〉 제올라이트 코팅 소재의 표면 SEM image 94
〈그림 3.32〉 하수슬러지 함량에 따른 제올라이트 코팅 골재의 CEC 변화 96
〈그림 3.33〉 카드뮴 흡착 결과 97
〈그림 3.34〉 납 흡착 결과 97
〈그림 3.35〉 광촉매 반응 매커니즘 98
〈그림 3.36〉 여러 가지 광촉매의 에너지 밴드 갭 99
〈그림 3.37〉 Dip coating의 5단계 101
〈그림 3.38〉 딥코터(Dip-coater) 102
〈그림 3.39〉 광촉매의 XRD 분석 결과 103
〈그림 3.40〉 광촉매의 메틸렌블루 분해능 평가 104
〈그림 3.41〉 농도별 광촉매 코팅 결과 105
〈그림 3.42〉 농도별 메틸렌 블루 용액의 변화 107
〈그림 3.43〉 바인더 종류별 코팅 결과 108
〈그림 3.44〉 바인더를 넣고 코팅한 시편 109
〈그림 3.45〉 코팅액의 농도별 광분해 효과 110
〈그림 3.46〉 벽돌 표면에 TiO₂코팅 결과 111
〈그림 3.47〉 TiO₂ 코팅된 소재의 SEM 112
〈그림 3.48〉 제올라이트와 광촉매 혼합 코팅액의 XRD 분석 결과 113
〈그림 3.49〉 반응시간에 따른 메틸렌블루 흡착 결과 115
〈그림 3.50〉 제올라이트 코팅 방법 117
〈그림 3.51〉 제올라이트 전구물질과 바인더 혼합물의 XRD 분석 118
〈그림 3.52〉 제올라이트 전구물질 농도별 XRD 분석결과 121
〈그림 3.53〉 전구물질 농도별 코팅 표면 SEM 사진 121
〈그림 3.54〉 전구물질 함유량에 따른 메틸렌블루 변화량 122
〈그림 3.55〉 초음파 처리 후 전구물질 함량에 따른 메틸렌블루 흡착능 123
〈그림 3.56〉 전구물질 함량에 따른 메틸렌 블루 흡착능 124
〈그림 3.57〉 전구물질 함유량에 따른 중금속 흡착능 변화 125
〈그림 3.58〉 바인더 함유량에 따른 메틸렌블루 흡착능 126
〈그림 3.59〉 바인더 함량에 따른 코팅시편의 SEM사진 127
〈그림 3.60〉 바인더 함량에 따른 부착 실험 전후의 코팅시편 SEM사진 128
〈그림 3.61〉 전구물질 함량에 따른 Cu 흡착능 변화 (바인더 2.5% 고정) 129
〈그림 3.62〉 전구물질 함량에 따른 Cu 흡착능 변화 (바인더 10% 고정) 130
〈그림 3.63〉 제올라이트 코팅 방법 131
〈그림 3.64〉 초음파 노출 횟수에 따른 Cu 흡착량 비교 134
〈그림 3.65〉 바인더 농축율에 따른 Cu 흡착량 비교 136
〈그림 3.66〉 바인더 코팅 후 안정화 시간별 Cu 흡착능 비교 137
〈그림 3.67〉 유리시편 흡착 성능 평가용 반응기 (L×W×H ＝ 5×2×18) 138
〈그림 3.68〉 다양한 두께의 제올라이트를 코팅한 유리 시편 138
〈그림 3.69〉 탄화 다공체의 제조 방법 139
〈그림 3.70〉 탄화 다공체의 기공 분포도 141
〈그림 3.71〉 탄화 다공체의 SEM image 143
〈그림 3.72〉 탄화 다공체의 활성화 과정 144
〈그림 3.73〉 활성화된 탄화 다공체의 요오드 흡착능 결과 144
〈그림 3.74〉 활성화 탄화 다공체의 SEM image 146
〈그림 3.75〉 제올라이트 코팅된 탄화 다공체의 파단면 148
〈그림 3.76〉 제올라이트 코팅 탄화 다공체의 SEM image 148
〈그림 3.77〉 확대한 제올라이트 코팅 탄화 다공체 SEM image 149
〈그림 3.78〉 제올라이트가 코팅된 점토블럭의 SEM image 150
〈그림 3.79〉 점토블럭의 제올라이트 코팅 SEM image 151
〈그림 3.80〉 표면에 코팅된 제올라이트의 SEM image 151
〈그림 3.81〉 입자성 물질 제거를 위한 컬럼 개요도 및 사진 156
〈그림 3.82〉 개발 제품과 여과사리 사진 157
〈그림 3.83〉 용존성 오염물질 제거 특성(총인) 164
〈그림 3.84〉 용존성 오염물질 제거 특성(총질소) 164
〈그림 3.85〉 용존성 오염물질 제거 특성(구리) 165
〈그림 3.86〉 초기 구리 이온의 농도 변화에 따른 흡착량 166
〈그림 3.87〉 초기 아연 이온의 농도 변화에 따른 흡착량 167
〈그림 3.88〉 제품 양에 따른 시간별 구리의 흡착량 169
〈그림 3.89〉 제품 양에 따른 시간별 아연의 흡착량 169
〈그림 3.90〉 모형의 설계 도면 및 실제 모형 175
〈그림 3.91〉 실험 반응조 사진 176
〈그림 3.92〉 시간에 따른 NOx의 제거 효율 변화 178
〈그림 3.93〉 시간에 따른 SOx의 제거 효율 변화 179
〈그림 3.94〉 NOx, SOx 흡착 실험 장치 180
〈그림 3.95〉 NOx, SOx 분석장비 180
〈그림 3.96〉 시간에 따른 NOx의 제거 효율 변화 181
〈그림 3.97〉 시간에 따른 SOx의 제거 효율 변화 182
〈그림 3.98〉 UV 반응기 및 정량 펌프 183
〈그림 3.99〉 바닥재 자체의 오염물질 제거능 184
〈그림 3.100〉 제올라이트 코팅 바닥재의 오염물질 제거능 185
〈그림 3.101〉 제올라이트/TiO₂ 코팅 바닥재의 오염물질 제거능 186
〈그림 3.102〉 아세트알데히드 분해능에 사용된 가스백과 검지관 188
〈그림 3.103〉 벽돌시편을 5L 가스백에 넣어 밀봉한 모습 188
〈그림 3.104〉 벤젠연속흡착실험 벽돌 흡착 반응조 191
〈그림 3.105〉 벽돌 표면처리에 따른 벤젠연속흡착실험(표면처리×) 192
〈그림 3.106〉 벽돌 표면처리에 따른 벤젠연속흡착실험(Zeolite 표면처리) 193
〈그림 3.107〉 벽돌 표면처리에 따른 벤젠연속흡착실험(광촉매 표면처리) 194
〈그림 3.108〉 벽돌 표면처리에 따른 벤젠연속흡착실험(광촉매 표면처리) 194
〈그림 3.109〉 슬러지 10톤/일의 공장 설립 비용 204
〈그림 3.110〉 슬러지 10톤/일 처리 규모 설비의 총 운영 비용 개요도 206
〈그림 3.111〉 인공 토양 제조시의 경제성 수준 207
〈그림 3.112〉 인공토의 지자체 사업화 방안도 212
〈그림 3.113〉 인공토의 기업체 사업화 방안도 213
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