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제출문
보고서 초록
목차
제1장 서론 14
제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 14
1. 연구개발대상 기술의 경제적·산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 14
제2절 연구개발의 국내외 현황 26
1. 세계적 수준 26
2. 국내수준 31
3. 국내·외의 연구현황 33
제3절 연구개발 대상기술의 차별성 34
제2장 연구개발의 목표 및 내용 37
제1절 연구의 최종목표 37
제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 40
1. 연차별 연구개발의 목표 및 내용 40
2. 평가의 착안점 및 기준 41
제3절 연도별 추진체계 43
제3장 연구개발 결과 및 활용계획 44
제1절 연구개발 결과 및 토의 44
1. 주요 연구내용 변경사항 44
2. 운전조건 최적화 (온도, pH 등) 45
3. 유입농도별, 체류시간별 복합 악취유발물질 제거특성 조사 77
4. 장기운전시 발생되는 문제점 규명 및 해결방안 모색 91
5. 광스위칭 시스템 적용 : 주간(태양광), 야간 (인공광원) 93
6. 상용화를 위한 하이브리드시스템의 모듈화 방안 제시 97
7. 태양광 집적에 의한 온도제어 방안 99
제2절 연구개발 결과 요약 100
1. 복합 악취제거를 위한 광촉매/바이오필터 시스템 적용 및 효율개선 100
2. 처리용량 10㎥/min급 복합악취 제거용 하이브리드 시스템 수립 101
제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 102
제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) 103
제5절 관련분야의 기술발전 기여도 104
제6절 연구개발 결과의 활용계획 105
제4장 참고문헌 106
표 1. 화합물 조성에 따른 악취발생물질 분류 및 특징 15
표 2. 복합악취 배출허용기준 15
표 3. 단일악취물질 배출허용기준 16
표 4. 주요 악취처리공정의 특징 (한국기술은행, 2006) 17
표 5. 상용 바이오필터 재료들의 중요 물성 요약 20
표 6. 다양한 오염물질별 바이오필터 내 생분해도 21
표 7. 웹상에 있는 시설종류에 따른 바이오필터 처리의 일반적 특성 (Iranpour et al., 2005) 27
표 8. 웹상의 시설종류별 VOC와 악취물질 제거에 관한 바이오필터의 처리 특성 (Iranpour et al., 2005) 28
표 9. 기상 VOCs의 biofiltration (biofilter and Biotrickling) 기작에 따른 제거 30
표 10. 국내외 연구현황 33
표 11. 대상 VOC 물질의 물성 및 특성 44
표 12. 미생물 생장 조건 45
표 13. 바이오필터 운전조건 48
표 14. VOCs 광분해 반응기 구성 51
표 15. 연도별 VOCs 광분해 반응기 구성 비교 55
표 16. 다공성 무기담체의 특성 70
표 17. 시간대별 광세기와 톨루엔의 분해율 90
표 18. 상용시 활성탄 흡착탑과 하이브리드 시스템 시설의 소요비용 및 안정성 비교 97
그림 1. 바이오필터 공정개요도 (Devinny et al., 1995) 18
그림 2. 바이오필름의 흡착기작 (Devinny et al., 1995) 19
그림 3. 처리용량에 따른 시설투자비 및 유지관리비 비교 (Devinny et al., 1995) 22
그림 4. 폐가스 유입 농도 및 유량에 따른 악취제거공정의 적용성 비교 (Devinny et al., 1995) 22
그림 5. TiO₂ 광촉매에 의한 광산화 기작 23
그림 6. UV photooxidation-biofiltration 실험 설계도 (Mohseni and Zhao, 2006P) 30
그림 7. 광촉매 반응기 개요도 (Yu, et al., 2006) 31
그림 8. 태양광 집광장치 전경 34
그림 9. 태양광 광섬유 생물반응기 공정도(a) 및 악취제거용 바이오필터 공정도(b) 35
그림 10. UV램프 삽입형 광촉매 반응기(a) 및 광섬유 삽입형 광촉매 반응기(b) 35
그림 11. SEM images of TiO₂-coated glass 36
그림 12. 광촉매/바이오필터 하이브리드 공정개발 연구개념도 37
그림 13. 바이오필터 높이에 따른 습도변화 46
그림 14. 바이오필터 높이에 따른 온도변화 46
그림 15. 바이오필터 내 담체표면에 서식하는 미생물의 SEM 사진 47
그림 16. 3단 바이오필터의 단별 pH 변화 48
그림 17. VOCs 제거를 위한 광촉매/바이오필터 하이브리드 시스템의 공정 구조도 49
그림 18. VOCs 제거를 위한 광촉매/바이오필터 하이브리드 시스템의 실제배치 사진 50
그림 19. 복합 VOCs의 반응기 주입 사진 50
그림 20. VOCs 광분해 반응기 사진; (a) 유량계, (b) 주사기펌프, (c) 에어펌프, (d) 가습기 52
그림 21. 광반응기 구조도 (a) 광반응기, (b) 실험설계도, (c) 실제 반응기 53
그림 22. 광섬유를 적용한 반응기 구조 (a) 반응기 시스템 사진 (b), (c) 반응기 설계도 54
그림 23. 500W 수은램프의 에너지 스펙트럼 55
그림 24. hydroxypropyl cellulose의 화학식과 구조식 56
그림 25. 졸-겔 방법을 통한 다공성 TiO₂ 필름 제조 57
그림 26. 용매 종류별 TiO₂ 코팅의 SEM 사진 (a) 에탄올, (b) PGME, (c) EGME 58
그림 27. HPC 함유량 별 다공성 TiO₂ 코팅의 SEM 사진 (a) 0, (b) 0.3×10-2, (c) 1.0×10-2, (d) 1.4×10-2, (e) 1.8×10-2 g/g solvent(이미지참조) 59
그림 28. HPC 양에 따른 (a) 처리율, (b) 전환율 변화 60
그림 29. 반도체 종류별 conduction & valance bands 61
그림 30. 광원별 TiO₂의 여기상태와 dye sensitized 상태에서의 파장과 스펙트럼 62
그림 31. N719 dye의 화학적 구조식 63
그림 32. TiO₂(P-25), Pt, N719의 흡수 스펙트럼 63
그림 33. dye sensitized TiO₂(P-25)의 제조 65
그림 34. (a) dye sensitized Pt/TiO₂(P-25), (b) 졸-겔 방법에 의한 titanium-binder 제조 66
그림 35. 습도 증가에 따른 TiO₂(P-25), dye sensitized TiO₂, dye sensitized Pt/TiO₂의 톨루엔 처리율 67
그림 36. 툴루엔에 대한 P-25, dye sensitized Pt/TiO₂, dye sensitized TiO₂의 광산화 능력 비교 68
그림 37. 파일롯 바이오필터의 전경 69
그림 38. 다공성 무기 담체 70
그림 39. lab-scale 바이오필터 시스템 71
그림 40. lab-scale 바이오필터 시스템의 실험 설계도 71
그림 41. 무기담체에 미생물 담지 실험 73
그림 42. 바이오필터 내 오염물질별 미생물 SEM 사진 (a) toluene, (b) acetone, (c) MEK 74
그림 43. photocatalyst/biofilter 하이브리드 시스템의 구조도 75
그림 44. 다공성 무기담체가 충진된 바이오필터 76
그림 45. UV photoreactor(photoreacctor)/biofilter 하이브리드 시스템의 각 단별 styrene의 농도변화 77
그림 46. Inlet loading rate에 따른 styrene의 제거능력과 분해 효율 78
그림 47. Inlet loading rate에 따른 하이브리드 시스템과 UV 광반응기의 styrene에 대한 분해 효율 비교 79
그림 48. 하이브리드 시스템과 바이오필터에서 styrene의 제거농도 변화 비교 80
그림 49. 하이브리드 시스템과 바이오필터에서의 styrene 농도변화에 대한 다른 논문과의 비교 (a) o-xlyene; (b) this study 81
그림 50. UV-biofilter의 충진제 높이에 따른 톨루엔 농도 변화 82
그림 51. 하이브리드 시스템에서 O-xylene의 분해효과 (Madjid Mohseni, J. L. Z., 2006) 83
그림 52. UV photoreactor/biofilter 하이브리드 시스템의 각 단별 복합 VOCs의 농도변화 85
그림 53. UV photoreactor(photoreacctor)/biofilter 하이브리드 시스템의 VOCs 종류별 각 단에서의 농도변화 86
그림 54. UV photoreactor(photoreacctor)/biofilter 하이브리드 시스템의 복합 VOCs 농도변화 87
그림 55. 복합 VOCs의 체류시간에 따른 제거능력 변화 88
그림 56. 시간에 따라 집광된 태양광의 세기 89
그림 57. 시간에 따른 톨루엔의 태양광 분해도 변화 89
그림 58. 태양광 세기에 따른 톨루엔 분해능력 비교 90
그림 59. Hybrid system의 장기간 운전에 따른 안정성 91
그림 60. 실배치된 광 반응기의 내부모습 92
그림 61. UV/태양광 광스위칭 시스템 93
그림 62. 태양광 집광 시스템 94
그림 63. 태양광 집광용 렌즈 94
그림 64. 태양광 집광 시스템의 적용 95
그림 65. 12개의 렌즈로 구성된 태양광 집광기 모습 96
그림 66. 하이브리드 시스템 모듈 구조 및 사양 97
그림 67. 하이브리드 시스템 모듈 구조 98
그림 68. 광원과의 거리에 따른 광반응기 내부의 온도변화 99
그림 69. 실험용 광반응기 내부 및 외부 모습 99
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