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표제지

목차

I. 서론 12

1. 연구의 배경 및 목적 12

2. 연구의 범위 및 방법 15

II. 이론적 고찰 16

1. 우리나라의 악취관리 체계 16

1) 악취 관리 정책 16

2) 악취의 주요발생원 20

3) 악취의 영향 27

4) 악취관리의 필요성 31

2. 악취모니터링 기술 35

1) 후각을 이용한 공기희석관능법 35

2) 개별적인 악취물질의 농도를 평가하는 기기측정법 37

3) 악취발생원 추적을 위한 악취연속분석 시스템 39

4) 가스센서를 이용한 악취측정 방법 41

3. 실시간 악취모니터링을 위한 가스센서의 기술 조사 43

1) 금속산화물 반도체식(metal oxide semiconductor) 가스센서 43

2) 전기화학식(electrochemical) 가스센서 45

3) 광이온화 검출식(photoionization detector) 가스센서 47

4. 가스센서를 활용한 국내·외 악취모니터링 사례 48

1) 국내의 악취센서 모니터링 시스템 48

2) 국외의 악취센서 모니터링 시스템 50

5. 악취 측정방법 및 분석기술의 비교 51

III. 재료 및 실험방법 53

1. 희석용 무취공기 제조장치와 공기희석관능법 53

1) 무취공기 제조 장치 53

2) 공기희석관능법 54

2. 악취센서 평가용 가스의 준비 55

1) 표준가스 조제 55

2) 산업단지 복합악취 56

3) 시료채취 방법 57

3. 반도체식 가스센서의 선정과 평가 방법 58

1) 반도체식 가스센서의 선정 58

2) 가스센서 어레이 평가 시스템 60

3) 농도 선형성, 검출한계, 반복 재현성 평가 방법 62

4. 악취배출시설 복합악취 모니터링 타당성 평가방법 63

1) 악취센서와 공기희석관능법간의 상관성 평가 63

2) 고습 조건에서의 악취센서 안정성 평가 66

3) 악취모니터링 시스템의 장기 운영 안정성 평가 67

IV. 결과 및 고찰 69

1. 복합악취 모니터링을 위한 최적 악취센서의 선정 69

1) 단일 및 혼합가스에 대한 가스센서의 반응성 검토 69

2) 산업단지 복합악취 시료에 대한 가스센서의 반응성 평가 75

3) 가스센서 측정치와 희석배수의 상관성 분석 80

4) 악취센서 개발을 위한 최적의 가스센서 도출 82

2. 최적 악취센서의 반응성 평가 83

1) 반복 재현성 평가 83

2) 농도 선형성 평가 88

3) 검출한계 평가 90

4) 악취배출시설별 악취센서와 공기희석관능법의 상관성 분석 92

3. 실시간 복합악취 모니터링 시스템 구축 102

1) 악취센서 피로도 및 수분영향 저감 방안 개발 102

2) 현장 교정방법 개발 108

4. 실시간 복합악취 모니터링 시스템의 현장운영 115

1) Acid 방지시설에서의 모니터링 시스템 활용성 평가 116

2) Alkali 방지시설에서의 모니터링 시스템 활용성 평가 122

3) 방해가스에 대한 악취센서의 간섭 영향 127

4) 동일계통 배출원에 대한 Dual 악취모니터링 시스템의 평가 133

V. 결론 139

1. 연구의 결론 139

1) 표준가스 및 산업단지 복합악취 시료에 대한 최적의 악취센서 선정 139

2) 공기희석관능법의 희석배수와 악취센서 측정치의 상관성 분석 140

3) 악취센서 피로도 문제 해결을 위한 측정 방법과 전처리 시스템의 고찰 141

4) 3배수 희석방법을 이용한 악취센서의 교정방법 고찰 142

5) 실시간 악취모니터링 시스템의 현장적용 가능성 및 안정성 평가 142

2. 향후 과제 144

참고문헌 146

ABSTRACT 150

표목차

Table 2-1. 우리나라의 복합악취 배출허용기준 18

Table 2-2. 우리나라의 지정악취물질 배출허용기준 19

Table 2-3. 생활환경에서의 주요냄새 원인 21

Table 2-4. 산업시설에서의 주요냄새 원인 22

Table 2-5. 악취의 영향 27

Table 2-6. 냄새 유해성 수준 30

Table 2-7. 6단계 악취강도 구분 35

Table 2-8. 공기희석관능법의 희석배수 계산 방법 예시 36

Table 2-9. 악취물질의 성분별 기기 분석방법 38

Table 2-10. 악취측정 및 분석 방법간의 비교분석 52

Table 3-1. 가스센서의 반응성 및 상관성 평가에 사용된 표준가스 정보 55

Table 3-2. 산업단지 복합악취 시료의 냄새 특징 및 주변 현황 56

Table 3-3. 평가에 사용된 6종의 금속산화물 가스센서 정보 59

Table 3-4. 가스센서의 반응성 평가를 위한 표준가스 및 농도 평가 범위 62

Table 3-5. 악취센서와 공기희석관능법간 상관성 평가 대상시설현황 64

Table 3-6. 방지시설별 악취모니터링 시스템의 평가 내용 67

Table 4-1. 산업단지 복합악취 시료에 의한 공기희석관능법과 가스센서간의 상관분석 81

Table 4-2. toluene 가스에 대한 최적 가스센서의 반복 재현성 84

Table 4-3. m-xylene 가스에 대한 최적 가스센서의 반복 재현성 85

Table 4-4. methyl ethyl ketone 가스에 대한 최적 가스센서의 반복 재현성 86

Table 4-5. iso-butyl alcohol 가스에 대한 최적 가스센서의 반복 재현성 87

Table 4-6. 탄화수소류 가스에 대한 악취센서의 농도 선형성 평가 결과 88

Table 4-7. 탄화수소류 악취물질에 대한 악취센서 검출한계와 후각 최소감지농도... 91

Table 4-8. 악취배출원에 대한 공기희석관능법과 악취센서 간의 상관성 분석 94

Table 4-9. 전처리 시스템의 수분제거 효율 평가 결과 106

Table 4-10. Alkali 방지시설 악취에 대한 악취센서와 관능법의 비교분석 126

Table 4-11. 악취센서의 방해가스 간섭 평가를 위한 혼합가스 제조 방법 128

Table 4-12. Organic 방지시설 악취에 대한 악취센서와 관능법의 비교분석 138

그림목차

Fig. 2-1. 우리나라 전국 악취관리지역 지정현황. 17

Fig. 2-2. 흡수법 및 흡착법에 의한 대기오염방지시설의 처리방법 24

Fig. 2-3. 대기오염물질 처리에 사용되는 연소법의 분류. 25

Fig. 2-4. 물질에 따른 최소자극농도와 최소감지농도 관계. 29

Fig. 2-5. 우리나라의 악취민원 건수 및 악취민원 발생 업체수의 연간 변화. 31

Fig. 2-6. 최근 5년간 지역별 악취민원 변화. 32

Fig. 2-7. 금속산화물 반도체식 가스센서의 구조 및 표면 반응기작. 44

Fig. 2-8. 전기화학식 가스센서의 형태 및 내부 전극 구조. 46

Fig. 2-9. 광이온화 검출식 가스센서의 내구 구조. 47

Fig. 2-10. 국내 기업의 악취모니터링 시스템 개발 현황. 49

Fig. 2-11. 국외 악취 모니터링 기술 적용사례. 50

Fig. 3-1. 악취시료 희석용 무취공기 제조장치 53

Fig. 3-2. 공기희석관능법의 절차와 계산 과정. 54

Fig. 3-3. 현장 시료 채취를 위한 간접흡입상자 방식의 시료 채취기. 57

Fig. 3-4. 악취평가를 위한 금속산화물 가스센서의 장치 모식도. 61

Fig. 3-5. 악취물질 평가를 위한 금속산화물 가스센서의 측정 로직. 61

Fig. 3-6. 전처리 시스템의 성능 평가를 위한 습식 전기집진 시설. 66

Fig. 3-7. 실시간 악취모니터링 시스템의 현장설치 모습. 68

Fig. 4-1. 황화수소 농도별 가스센서의 반응성 비교. 70

Fig. 4-2. 암모니아 농도별 가스센서의 반응성 비교. 71

Fig. 4-3. iso-butyl alcohol 농도별 가스센서의 반응성 비교. 72

Fig. 4-4. toluene 농도별 가스센서의 반응성 비교. 73

Fig. 4-5. 혼합가스 농도별 가스센서의 반응성 비교. 74

Fig. 4-6. 하수처리장 주변 냄새에 대한 가스센서의 반응성과 관능분석 결과. 76

Fig. 4-7. 산업폐기물 처리장 주변 냄새에 대한 가스센서의 반응성과 관능분석... 77

Fig. 4-8. 화학공장 주변 냄새에 대한 가스센서의 반응성과 관능분석 결과. 78

Fig. 4-9. 사료제조공장 주변 냄새에 대한 가스센서의 반응성과 관능분석 결과. 79

Fig. 4-10. 탄화수소 가스류에 대한 최적 악취센서의 농도 선형성 평가. 89

Fig. 4-11. 비금속원료 재생업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와... 96

Fig. 4-12. 담배제품 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와... 97

Fig. 4-13. 도금업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와 공기희석관능법의... 97

Fig. 4-14. 알루미늄 정련, 정련 및 합금 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한... 98

Fig. 4-15. 플라스틱 발포 성형제품 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한... 98

Fig. 4-16. 한의약품 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와... 99

Fig. 4-17. 화학제품 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와... 99

Fig. 4-18. 자동차 엔진용 부품 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와... 100

Fig. 4-19. 도금업에서 발생하는 악취물질에 대한 악취센서와 공기희석관능법의... 100

Fig. 4-20. 기타 기초무기화합물질 제조업에서 발생하는 악취물질에 대한... 101

Fig. 4-21. 악취 모니터링 시스템 운영을 위한 측정부 설계. 103

Fig. 4-22. 전처리 시스템의 수분제거 성능평가 시스템. 105

Fig. 4-23. 습식 전기집진장치에서의 전처리 시스템 수분 성능 평가 결과. 107

Fig. 4-24. 현장 복합악취 시료에 의한 악취센서 교정방법 모식도. 109

Fig. 4-25. 반도체 생산시설의 악취배출원에 따른 악취센서와 공기희석관능법의 결과 비교. 111

Fig. 4-26. 악취센서 출력신호와 공기희석관능법에 의한 희석배수 결과값의... 112

Fig. 4-27. 악취센서에 의한 희석배수 산출결과 비교와 고농도 및 저농도 시료에 대한 반복 재현성 평가. 114

Fig. 4-28. Acid 악취배출시설에서의 악취센서 희석배수 산출식. 116

Fig. 4-29. Acid 계통 악취배출시설에서의 장기(68일)운영 모니터링 결과(일평균). 117

Fig. 4-30. Acid 방지시설 정상적인 가동기간(a)과 충전물질 교체기간(b)에서의 악취모니터링 시스템 운영 결과 비교. 119

Fig. 4-31. Acid 방지시설에서의 오전(a) 및 오후(b) 시간 관능분석 비교 결과. 121

Fig. 4-32. Alkali 악취배출시설에서의 악취센서 희석배수 산출식. 122

Fig. 4-33. Alkali 방지시설의 악취모니터링 시스템 운영 결과. 124

Fig. 4-34. RTO 악취배출시설에서의 악취센서 희석배수 산출식. 129

Fig. 4-35. RTO 악취배출시설에서의 유취방해가스 조건에서의 실험결과. 131

Fig. 4-36. RTO 악취배출시설에서의 무취방해가스 조건에서의 실험결과. 132

Fig. 4-37. 악취배출시설 Dual 모니터링을 위한 측정로직 구성. 135

Fig. 4-38. Dual 악취모니터링을 위한 Organic 악취배출시설의 악취센서... 136

Fig. 4-39. Organic 2개 악취배출시설에서의 Dual 악취 모니터링 시스템 운영 결과. 137

초록보기

 In this study, to develop a real-time odor monitoring system for odor emission facilities, the following researches were evaluated in the field and conclusions were obtained: selection of optimal odor sensor, on-site evaluation for various odor sources, air dilution olfactory method, evaluation of correlation with air dilution sensory method, evaluation method of dilution discharge by odor sensor, evaluation of pre-treatment system of high humidity condition sample, improvement of odor sensor fatigue.

Among the six types of metal oxide gas sensors used in the evaluation, the TGS 2602 sensor showed high sensitivity to standard odor substances and on-site complex odor samples, high reproducibility of less than 4.18% RSD and excellent linearity of R2=0.87~0.99, and it was possible to select the best odor sensor since high correlation with olfactory level R=0.96 is confirmed. Also, after designing the measurement module using the optimal odor sensor.

In addition, I was able to confirm a good correlation level of R=0.7371~0.9987 for each odor source after designing the measurement module using an optimized odor sensor, and compared the olfactory sense for the 13 odor emission facilities from 10 odor discharge business establishments. In order to calculate the dilution factor, which is the information to find out the output value of the odor sensor, calibration for the applied facility is necessary.

In this case, the method of calibrating by using the triple times dilution method prescribed in the odor process test method was considered, and as a result of verification, the correlation between output values of air dilution sensory method's olfactory sense and odor sensor was R2=0.7173~0.993. There were various correlation results for each discharge source.

In the hardware evaluation of the odor monitoring system, stable water removal performance of the pre-treatment, and it is possible to inject it into the measurement unit of the odor sensor after removing about 10% of the moisture in the incoming sample without physically and chemically treating it.

In order to solve the sensor fatigue problem, the measurement logic by injection time adjustment is applied. In the end, through the pre-treatment system and the injection time adjustment method, no corrosion occurred on the surface nor the fatigue phenomenon during the study period happened and therefore a reliable measurement method in terms of hardware was obtained.

To evaluate the continuous monitoring possibility and stability of the odor sensor, odor monitoring system that was being applied to the semiconductor industrial facility which uses special gas and toxic gas and operates various odor prevention facilities was long-term tested for a maximum of 68 days.

The odor monitoring system continuously reflects abnormal symptoms due to normal operation and inspection of the preventive facility. In addition, the correlation between air dilution sensory method was R=0.7365~0.9050 and repetitive reproducibility was less than 8.2%RSD for each odor prevention facility, which confirms excellent results. These results suggest that an approach to the method of management of odor emission facility, taking into account of 20~30% error range of odor sensor, should be considered, rather than absolute value verification, in managing the odor prevention management using an odor monitoring system.

The odor monitoring system was able to dual monitor the odor emission facilities of the same system simultaneously. These results suggest that the introduction of one measuring instrument can manage two odor sources and it is expected to reduce the investment cost of the company. Through this study, the odor sensor proved the possibility as an impartial measuring instrument to support the human olfactory sense.

However, in applying the malodor monitoring system, it is necessary to carefully review the applicability in advance and establish a management plan considering the error range, and in the future, if standardized calibration methods, performance evaluation and type approval of odor sensors are introduced, and since the odor monitoring system can provide the odor information on the spot in lieu of the human olfactory sense, it is expected that the value of the odor sensor in the field is expected to be very high.

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