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자료명/저자사항
마이크로그리드 물 재이용 기술 개발 [전자자료] = Water reuse technology for smart water microgrid : 지능형 물 공급시설 건설기술 개발 / 연구책임자: 최준석, 이원태 ; 연구수행자: 김이태, 안광호, 이창규, 김수귀, 박광덕 인기도
발행사항
고양 : 한국건설기술연구원 : KICT, 2013
청구기호
ER 전자형태로만 열람 가능함
자료실
전자자료
총서사항
KICT ; 2013-152
제어번호
MONO1201614237
주기사항
2013년도 주요사업 단계보고서(기관고유임무형)
위탁연구기관: 금오공과대학교 산학협력단
원문
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요약문

Summary

목차

제1장 서론 22

1. 연구배경 및 필요성 22

1.1. 기후변화에 따른 물 부족 발생 22

1.2. 물 시장 성장 23

1.3. 정부정책 변화 24

1.4. 대체수자원 개발기술 관심 증대 24

1.5. 다중수원 확보 및 물 관리 효율화 필요 24

2. 연구동향 25

2.1. 국내현황 25

2.2. 국외 물 재이용 현황 46

2.3. 특허동향분석 64

2.4. 기술수준분석 70

제2장 주요 연구수행 방법 및 체계 72

1. 연차별 추진 목표 72

1.1. 정성적 목표 72

1.2. 정량적 목표 72

1.3. 대표적 성과물 73

2. 연차별 추진 계획 및 내용 73

제3장 연구 수행내용 및 결과 75

1. 다중수원 특성 분석 75

1.1. 다중수원별 물 재이용 현황 및 추이 75

1.2. 재이용수의 소독부산물 발생 특성(위탁연구:금오공대) 83

1.3. 소독부산물 최대생성능 평가 결과(위탁연구:금오공대) 88

1.4. 마이크로그리드 물 재이용 공정의 미량오염물질 제거 특성(위탁연구:금오공대) 91

2. 다중수원별 최적 공정 선정 98

2.1. 다중수원별 적용 가능 공정 98

2.2. 용도별 적용 가능 공정 105

3. 다중수원 활용 하이브리드 공정 성능 평가 110

3.1. 세라믹 - 고도산화(AOP) 연계 공정 110

3.2. Membrane Distillation(MD) 124

4. 마이크로그리드 물 재이용 실증플랜트 구축 및 운영 150

4.1. 통일동산 파일럿플랜트 개요 150

4.2. 파일럿플랜트 제작 개요 151

4.3. 파일럿플랜트 운영계획 161

4.4. 파일럿플랜트 운영결과 171

5. KICT 테스트 베드 구축 및 운영 187

5.1. 테스트베드 개요 187

5.2. 테스트베드 구축방향 187

5.3. 테스트베드 운영계획 189

5.3. 테스트베드 운영결과 192

6. 평가 인자 및 평가기법 도출 197

6.1. 평가인자 도출 197

6.2. 평가기법 도출 201

제4장 결론 214

제5장 활용방안 및 기대효과 217

참고문헌 219

서지자료 223

Bibliographic Data 224

판권기 225

〈표 1.1〉 하천 취수율에 따른 물 스트레스 구분 22

〈표 1.2〉 우리나라 수자원이용의 현황 및 변화 25

〈표 1.3〉 하수처리수 재이용사업 현황 28

〈표 1.4〉 우수 이용 사례 30

〈표 1.5〉 용도별 지하수 이용현황 31

〈표 1.6〉 2006년 하수처리수 재이용 시범사업 34

〈표 1.7〉 사업대상지역 및 사업비 37

〈표 1.8〉 인천 가좌 하수처리재이용시설 수질현황 42

〈표 1.9〉 제주시 판포 하수처리장 재이용시설 수질현황 44

〈표 1.10〉 국외의 하수처리수 재이용 현황 46

〈표 1.11〉 국가별 물 재이용 현황 47

〈표 1.12〉 국가별 물 재이용 용도 현황 48

〈표 1.13〉 국외 대표적 재이용 시설 현황 49

〈표 1.14〉 국외의 건축물별 빗물이용시설 사례 50

〈표 1.15〉 세계 물 재이용 기존 사업 현황 62

〈표 1.16〉 분석 대상 특허 64

〈표 2.1〉 연차별 추진계획 및 내용 73

〈표 3.1〉 우수이용시설 목표량 산정결과(목표년도 2020년까지) 76

〈표 3.2〉 목표연도별 우수이용시설 목표량 76

〈표 3.3〉 중수도로의 재이용 사례 77

〈표 3.4〉 중수도시설 목표량 산정결과(목표년도 2020년) 78

〈표 3.5〉 건축연면적 대비 물사용량 79

〈표 3.6〉 하수처리수 재이용 단계별 목표 80

〈표 3.7〉 목표연도별 물 재이용 목표 81

〈표 3.8〉 유량확보 수원별 내용 분석 82

〈표 3.9〉 대표적 소독부산물 85

〈표 3.10〉 THM 분석 조건 87

〈표 3.11〉 HAN 분석 조건 87

〈표 3.12〉 HAA 분석 조건 88

〈표 3.13〉 국내 재처리공법 적용현황 98

〈표 3.14〉 용도별 재처리 공정 분류 99

〈표 3.15〉 용도별 지하수 이용현황 103

〈표 3.16〉 재이용수의 용도 구분 및 제한 조건 105

〈표 3.17〉 환경부 하수처리수 재이용 사업 107

〈표 3.18〉 국내 재이용사업 추진 사례 108

〈표 3.19〉 하수재이용수 처리 구분 109

〈표 3.20〉 세라믹막의 특징 111

〈표 3.21〉 하수 2차 처리수의 수질 112

〈표 3.22〉 막간차압에 따른 막여과 처리수 수질 115

〈표 3.23〉 수온에 따른 이론점도와 실험점도의 변화 118

〈표 3.24〉 수온에 따른 막여과 처리수 수질 119

〈표 3.25〉 평막의 재질적 특징 125

〈표 3.26〉 PVDF 온도별 실험 운전 사항 127

〈표 3.27〉 PVDF 온도별 평균 Flux 128

〈표 3.29〉 PTFE 온도별 평균 Flux 129

〈표 3.28〉 PTFE 온도별 실험 운전 사항 128

〈표 3.30〉 PVDF 와 PTFE 평막 실험 조건 131

〈표 3.31〉 막 재질별 Feed와 Permeate의 전기전도도 결과 132

〈표 3.32〉 유기물 주입에 따른 MD 실험 조건 133

〈표 3.33〉 RO농축수 합성수 조성 134

〈표 3.34〉 실제 RO농축수 처리 전·후 수질비교 136

〈표 3.35〉 실제 RO농축수와 합성수 처리 전·후 수질비교 136

〈표 3.36〉 용도별 하수처리수 재이용 수질권고기준 137

〈표 3.37〉 멤브레인 주요 특성 141

〈표 3.38〉 물재이용 파일럿 플랜트 상세 공정 152

〈표 3.39〉 MF membrane 모듈 사양 153

〈표 3.40〉 UF membrane 모듈 사양 155

〈표 3.41〉 파주 통일동산 파일럿 플랜트 현장 설치 사진 157

〈표 3.42〉 파일럿 플랜트 시운전 일지 162

〈표 3.43〉 파일럿 플랜트 NaOCl 주입농도 및 역세 간격에 따른 flux 변화표 176

〈표 3.44〉 파일럿 플랜트 bag filter 공극별 flux 감소 시간 177

〈표 3.45〉 파일럿 플랜트 CEB 최적화 실험 조건표 179

〈표 3.46〉 지하수 및 수돗물 분석결과 187

〈표 3.47〉 KICT 테스트베드 적용 세라믹 막 사양 190

〈표 3.48〉 중수도의 용도별 수질기준 196

〈표 3.49〉 Raw data 목표수준 평가인자 197

〈표 3.50〉 용도별 하수처리수 재이용 수질권고 기준 198

〈표 3.51〉 공정 평가 지표 199

〈표 3.52〉 WQI index 평가기준 200

〈표 3.53〉 회귀모형의 종류 203

〈표 3.55〉 공정능력 판단기준 208

〈표 3.56〉 RO 모듈 제어방식 문헌정리 212

〈그림 1.1〉 세계 물 부족 현황 23

〈그림 1.2〉 물 시장 현황 23

〈그림 1.3〉 국내 용도별 하수처리수 재이용 현황 26

〈그림 1.4〉 국내 하수처리수 재이용율 추세 현황 26

〈그림 1.5〉 연도별 하수처리수 재이용 용도 변화 추이 27

〈그림 1.6〉 국내 대표적 하수처리 재이용 시설 28

〈그림 1.7〉 공동주택의 빗물... 29

〈그림 1.8〉 학교의 빗물 사용용도 29

〈그림 1.9〉 상업·업무용 건축물의... 30

〈그림 1.10〉 공공건축물의 빗물... 30

〈그림 1.11〉 경기도 S천의 하천유지용수 사례(하천수를 상류로 방류) 32

〈그림 1.12〉 안산 하수처리장 재이용시설 공정 40

〈그림 1.13〉 인천 가좌 하수처리재이용시설 처리공법 41

〈그림 1.14〉 제주시 판포하수처리장 재처리시설 공정도 43

〈그림 1.15〉 국내 하수재이용 시설 확대 계 45

〈그림 1.16〉 국외 지역별 및 용도별 물 재이용 현황 47

〈그림 1.17〉 미국, 일본 물 재이용 용도별 사용 현황 48

〈그림 1.18〉 Orange County(Water Factory 21) 하수 재처리 계통도 54

〈그림 1.19〉 NEWater 사업 하수 재처리 계통도 56

〈그림 1.20〉 NEWater 공업용수 이용현황 56

〈그림 1.21〉 세라믹 막과 오존을 활용한 개념도 57

〈그림 1.22〉 ISE의 Solar-MD 설비 58

〈그림 1.23〉 University of Nevada... 58

〈그림 1.24〉 광역단위 하수재이용과 Sewer Mining에 의한 하수재이용 비교 59

〈그림 1.25〉 Pennat Hills Golf... 60

〈그림 1.26〉 Sewer Mining System... 60

〈그림 1.27〉 세계 물 산업 전망 61

〈그림 1.28〉 국외 및 국내 물 산업시장 성장률 추이 61

〈그림 1.29〉 물재이용/재생 분야의 특허건수 추이 65

〈그림 1.30〉 물재이용/재생 분야의 전구간, 최근 5년간 점유율 65

〈그림 1.31〉 물재이용/재생 분야의 특허누적건수 추이 66

〈그림 1.32〉 물재이용/재생 분야의 각 국가별 출원인별 특허 동향 66

〈그림 1.33〉 물재이용/재생 분야의 전체 출원인별 특허 동향 67

〈그림 1.34〉 한국의 물재이용/재생 분야의 출원 기술 동향 68

〈그림 1.35〉 Ceramic Membrane과 Membrane Distillation의 특허동향 68

〈그림 1.36〉 포트폴리오로 본 기술 수준 현황 70

〈그림 1.37〉 포트폴리오로 본 기술 수준 현황 71

〈그림 3.1〉 하수처리수 재이용 목표량 80

〈그림 3.2〉 전형적 물 재이용을 위한 하수처리 공정 84

〈그림 3.3〉 물재이용 시설 공정별 THM 생성특성 89

〈그림 3.4〉 물재이용 시설 공정별 HAA 생성특성 90

〈그림 3.5〉 염소산화에 의한 Iopromide 제거 91

〈그림 3.6〉 염소산화에 의한 diclofenac 제거 92

〈그림 3.7〉 염소산화에 의한 lincomycin 제거 92

〈그림 3.8〉 염소산화에 의한 trimethoprim 제거 93

〈그림 3.9〉 염소산화에 의한 의약물질 제거 비교 93

〈그림 3.10〉 오존산화에 의한 Iopromide 제거 94

〈그림 3.11〉 오존산화에 의한 diclofenac 제거 95

〈그림 3.12〉 오존산화에 의한 lincomycin 제거 95

〈그림 3.13〉 오존산화에 의한 trimethoprim 제거 96

〈그림 3.14〉 오존산화에 의한 의약물질 제거 비교 96

〈그림 3.15〉 오존/과산화수소 산화에 의한 의약물질 제거 비교 97

〈그림 3.16〉 대표적인 고준위 처리공정 100

〈그림 3.17〉 유량계를 이용한 초기빗물 배제방식 100

〈그림 3.18〉 홈통에서의 배제 방식 100

〈그림 3.19〉 부자를 이용한 초기우수 배제방식 101

〈그림 3.20〉 여재형 초기우수 처리장치 101

〈그림 3.21〉 집수장소별·용도별 빗물처리방식의 관계 102

〈그림 3.22〉 실험장치 개념도 112

〈그림 3.23〉 막간차압에 따른 플럭스와 총 여과저항의 변화 114

〈그림 3.24〉 막간차압에 따른 Normalized flux의 변화 115

〈그림 3.25〉 막간차압에 따른 막여과 수질 116

〈그림 3.26〉 수온에 따른 막여과 수질 117

〈그림 3.27〉 수온에 따른 이론점도와 실험점도의 변화 117

〈그림 3.28〉 수온에 따른 Normalized flux의 변화 118

〈그림 3.29〉 수온에 따른 막여과 수질 119

〈그림 3.30〉 오존적용에 따른 Normalized flux의 변화 120

〈그림 3.31〉 오존적용에 따른 Reversibility 120

〈그림 3.32〉 오존적용에 따른 F-EEM 분석 결과 122

〈그림 3.33〉 MD 실험장치 구성 126

〈그림 3.34〉 PVDF 온도별 실험 Flux 결과 그래프 128

〈그림 3.35〉 PTFE 온도별 실험 Flux 결과 그래프 129

〈그림 3.36〉 Feed 온도별 실험 Flux 종합 결과 그래프 130

〈그림 3.37〉 순환유속에 따른 플럭스 차이 비교 131

〈그림 3.38〉 멤브레인 재질별 카올린 주입시 Flux 결과 그래프 132

〈그림 3.39〉 유기물 주입에 따른 Flux 결과 그래프 133

〈그림 3.40〉 RO농축수 합성수 Lab-test Flux 135

〈그림 3.41〉 실제 RO농축수 온도별 Flux 136

〈그림 3.42〉 실제 RO농축수와 합성수 Flux비교 137

〈그림 3.43〉 설비형 태양열 시스템의 구성도 139

〈그림 3.44〉 Lab-scale MD+태양열 구성도 140

〈그림 3.45〉 Lab-scale MD+태양열 장치 사진 140

〈그림 3.46〉 계절별 일사량 분포 141

〈그림 3.47〉 태양자원시계열도-일조시간 142

〈그림 3.48〉 태양자원시계열도-일사량 142

〈그림 3.49〉 시간의 흐름에 따른 생산수 플럭스 변화 143

〈그림 3.50〉 유입수 및 생산수의 온도 변화 144

〈그림 3.51〉 유입수 및 생산수의 유속 변화 145

〈그림 3.52〉 수원 종류에 따른 영향 실험 결과 147

〈그림 3.53〉 기온에 따른 영향 실험 결과 148

〈그림 3.54〉 물재이용 파일럿 플랜트 공정구성 및 배치 152

〈그림 3.55〉 8인치 MF 막모듈 외형도 154

〈그림 3.56〉 8인치 UF 막모듈 외형도 156

〈그림 3.57〉 파일럿 플랜트 컨트롤 HMI 화면 162

〈그림 3.58〉 UF membrane TMP 및 flux 163

〈그림 3.59〉 유입수 및 유출수 탁도 164

〈그림 3.60〉 유입수 및 유출수 전기전도도 164

〈그림 3.61〉 역세조건에 따른 TMP 165

〈그림 3.62〉 단기간 내의 TMP 변화 166

〈그림 3.63〉 Flow rate 변화 166

〈그림 3.64〉 파일럿 플랜트 막여과 운전 HMI 화면 167

〈그림 3.65〉 파일럿 플랜트 역세운전 HMI 화면 168

〈그림 3.66〉 파일럿 플랜트 CIP HMI 화면 169

〈그림 3.67〉 파일럿 플랜트 CEP HMI 화면 170

〈그림 3.68〉 가압식 UF/MF 유량, TMP, Flux 경향(2012.9.17.~2013.6.5.) 171

〈그림 3.69〉 가압식 UF/MF 유량, TMP, Flux 경향(2012.6.6.~2013.10.24.) 172

〈그림 3.70〉 가압식 UF/MF 계절변화에 따른 flux 경향(2012.9.17.~2013.6.5.) 172

〈그림 3.71〉 가압식 UF/MF 유입, 유출 탁도(2012.9.17.~2013.6.5.) 173

〈그림 3.72〉 가압식 UF/MF 유입, 유출 탁도(2012.11~2013.10) 173

〈그림 3.73〉 가압식 MF 연간 온도 및 pH 경향(2012.11~2013.10) 174

〈그림 3.74〉 가압식 MF 연간 온도, pH, 탁도 경향(2012.11~2013.10) 174

〈그림 3.75〉 가압식 MF NaOCl 주입농도 및 역세 간격 최적화 175

〈그림 3.76〉 가압식 MF 전처리 bag filter 최적화 실험 176

〈그림 3.77〉 가압식 MF 전기전도도 경향 177

〈그림 3.78〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.6.3.~6.5) 178

〈그림 3.79〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.10.23.~10.24) 178

〈그림 3.80〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.6.5.~10.24) 179

〈그림 3.81〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.6.7.~6.11) 180

〈그림 3.82〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.6.7.~ 6.8.) 180

〈그림 3.83〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.6.7. : 3 cycles) 181

〈그림 3.84〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.7.24.~7.29.) 181

〈그림 3.85〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.7.24.~7.25.) 182

〈그림 3.86〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.7.24. : 3 cycles) 182

〈그림 3.87〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.8.21.~8.26.) 183

〈그림 3.88〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.8.21.~8.22.) 183

〈그림 3.89〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.8.21. : 3 cycles) 184

〈그림 3.90〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.10.14.~10.18.) 184

〈그림 3.91〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.10.14.~10.15.) 185

〈그림 3.92〉 가압식 MF CEB 최적화 실험(2013.10.14. : 3 cycles) 185

〈그림 3.93〉 MF 테스트베드 모식도 188

〈그림 3.94〉 MF 테스트베드 P&ID 189

〈그림 3.95〉 KICT 테스트베드 적용 세라믹 막 190

〈그림 3.96〉 KICT 테스트베드 현장 설치 사진 191

〈그림 3.97〉 세라믹 MF 생산수 탱크 수위 192

〈그림 3.98〉 세라믹 MF 생산유량 및 TMP 193

〈그림 3.99〉 세라믹 MF 생산유량(Flux) 194

〈그림 3.100〉 세라믹 MF 생산유량(Flux) 194

〈그림 3.101〉 세라믹 MF 처리수 TOC & COD 195

〈그림 3.102〉 WQI 지표 활용 예시 201

〈그림 3.103〉 공정 관리한계선 예시 202

〈그림 3.104〉 이동평균법 및 회귀분석 예 203

〈그림 3.105〉 A histogram of TMP 204

〈그림 3.106〉 The fitting result of TMP 204

〈그림 3.107〉 가우시안 6차 회귀식 205

〈그림 3.108〉 도함수 분석 결과(TMP) 205

〈그림 3.109〉 The fitting result of permeate flux 206

〈그림 3.110〉 The derivatives of permeate flux 206

〈그림 3.111〉 공정지수 및 판단 예 207

〈그림 3.112〉 인자에 따른 효율(y) 반응표면 분석 예 209

〈그림 3.113〉 Model Predictive Control 개념도 212

〈그림 3.114〉 PI 제어에 따른 Set point 응답특성 예 213

〈그림 3.115〉 MPC 제어에 따른 Set point 응답특성 예 213

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