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공정 제어 및 관리를 위한 실리카 연속 모니터링 시스템
전문환,정헌상,박종택,김병갑,이상민 한국분석과학회 2021 학술대회논문집 Vol.2021 No.11
최근 그린 뉴딜 정책 시행에 따라 기후 변화 대응 및 저탄소 사회로의 전환에 대한 국민적 관심이 증대되고 있으며, 이에 환경부는 탄소 중립, 기후 변화 대응, 스마트 상수도 관리체계 도입 등을 통하여 환경에 대한 신뢰도 향상을 위해 노력 중이다. 이산화규산은 일반적으로 실리카라고 칭하며 자연계에서 두 번째로 많은 양이 존재하는 물질로 알려져있다. 수중에는 약 30 mg/L 이하의 실리카가 함유되어 있으나 해수에는 1,000 mg/L 이상의 실리카도 함유 될 수 있다. 실리카는 보일러 급수 중 칼슘 성분과 결합하여 규산칼슘을 형성하고 알루미늄 이온과 결합하여 스케일을 형성하며 잔류 경도가 없는 경우에도 실리카 단독으로 석출이 가능한 물질로 실리카 함유량이 많은 스케일의 경우 경질성으로 기계·화학적 방법에 의해 제거가 어려운 특성이 있다. 따라서 보일러, 터빈 등의 기기에서는 실리카의 함유량을 0.005 mg/L 이하로 유지하여야 하며 실시간으로 실리카의 분석이 가능할 경우 장치의 문제 발생 예방 및 대응, 급속한 노후화 등에 보다 효율적인 관리가 이루어질 것으로 판단된다. 실리카 분석기는 수입 제품이 대부분으로 고농도와 저농도 측정 방식으로 구분하며 고농도의 경우 실리카와 인을 산성 조건에서 Molybdate 이온과 반응하여 노란색의 화합물을 형성, 이때 형성된 Phosphomolybdic Acid를 제거하기 위해 구연산(Citric Acid)를 첨가 후 잔류 실리카로 발생된 노란색 흡광도를 452 nm에서 측정하여 산출한다. 저농도의 경우 고농도 방법의 확장 개념으로 낮은 농도에서 희미하게 나타나는 노란색 화합물은 Amino- naphthol Sulfonic Acid를 첨가 후 진한 파란색으로 변환하여 원래 샘플에 함유되어 있는 실리카와 직접적으로 비례하여 810 nm 흡광도를 측정하여 농도를 산출하는 방식이다. 본 연구에서는 해외 제품의 분석기 성능은 유지하면서 현장에서 요구되는 기술을 접목한 실리카 연속 모니터링 시스템을 개발하였으며, ppb 수준에서의 정확도와 재현성 및 최소검출농도 등을 정량적으로 평가하였다. 실리카 표준시료(HACH Silica Standard Solution 1,000 mg/L, 500 mL, 19449-KR)를 희석하여 측정한 Lab Test 결과 기기의 분석 정확도 97.5% 및 재현성 ±3% 이하 및 최소검출농도 10 ppb로 확인할 수 있었다. 또한 대역통과필터(Band pass filter) 적용을 통한 파장 정확도와 상보성금속산화막반도체(CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) 적용을 통한 대역폭(Bandwidth) 정확도 등을 확인, 실리카 연속 모니터링을 위한 온라인 시약은 특허 출원을 진행 중이다. 본 연구를 통해 실리카 연속 모니터링 시스템 기술개발이 완료되었으며, 향후 발전소 및 반도체 등 Test-bed 운영결과를 바탕으로 국내 및 해외 시장으로의 진출이 가능할 것으로 기대된다.
표면 처리 공정에서 발생되는 염산 및 가성소다 부산물을 이용한 고염기성 무기응집제 제조 네트워크 구축
전문환,김광렬,김대전,이인희 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-
최근 공공하수처리장의 방류수 수질이 강화됨에 따라 총인 수질 기준을 달성하기 위하여 응집 반응으로 인해 응집제 수요가 늘고 있다. 또한 기후 변화와 이상 기온 현상에 따라 고탁도 유기물 유입이 빈번함에 따라 취수장 및 정수장에서도 응집제 수요가 늘고 있다. 특히 고염기성 무기응집제는 일반 무기응집제와는 달리 응집 범위가 넓고 염기도가 높아 보조응집제(가성소다, 소석회) 등의 추가 사용량이 적으며 탁도의 급격한 변화에서 안정적인 수질 유지가 가능하기 때문에 수요량이 늘고 있는 실정이다. 본 사업은 기업의 제품 생산 공정에서 발생하는 부산물(폐기물)인 30% 염산 및 25% 가성소다 부산물을 활용하여 그림 1과 같이 고염기성 무기응집제를 제조하고자 한다. 본 사업을 통해 생산된 고염기성 무기응집제를 폐수종말처리장 및 정수장에 공급함으로써 염산 부산물 약 4,700톤/년 및 가성소다 부산물 약 3,100톤/년을 재활용할 수 있으며 발생 기업의 폐기물 처리 비용 1.5억원/년 및 고염기성 무기 응집제 구입 비용 1.1억원/년 그리고 신규 사업을 추진함으로써 5.8억원/년의 이윤을 창출할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 사사: 본 연구는 산업통상자원부와 한국산업단지공단의 생태산업단지구축사업의 일환으로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
산업단지 인근 지역의 잉여 열을 활용한 산업단지와의 에너지 네트워크 구축
전문환,방기연,김대전,이인희,김병수,곽윤택,이민규 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-
국제유가가 일시적으로 감소하는 추세를 보이고 있으나 향후 상승이 예상될 것으로 예상되며 신재생 에너지 등 대체 에너지에 대한 연구 뿐만 아니라 폐열 또는 잉여 열을 효율적으로 이용하기 위하여 많은 노력을 하고 있다. 또한 전세계적으로 자원소비형 사회에서 자원 순환형 사회로의 변화를 추구하여 신재생 에너지 확보 및 자원 순환을 도모하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 본 정책 방향의 일환으로 생태산업단지 구축 사업도 2005년부터 추진되어 왔으며 1단계 사업은 시범 사업으로 2005년부터 2010년까지 5개 산업단지(청주, 울산, 포항, 여수, 반월·시화)를 대상으로 추진 하였으며 2010년부터 2014년까지 2단계 사업으로 Hub & spoke 방식으로 8개 광역자치단체에서 추진 되었다. 그 동안의 성과를 바탕으로 2015년부터 3단계 사업으로 12개 광역자치단체를 대상으로 2019년까지 추진하고 있다. 앞서 언급을 했듯이 대체 에너지에 대한 연구와 폐열 또는 잉여 열을 효율적으로 이용하기 위한 사업을 생태산업단지 구축 사업에서 많이 추진되고 있다. 생태산업단지 구축 사업에서 추진되는 에너지 네트워크 구축 사업은 입주 기업 또는 산업단지 인근 지역에서 발생하는 폐열 또는 잉여 열을 산업단지 입주 기업에 저렴한 열원으로 공급하는 사업으로 폐열 또는 잉여 열이 발생하는 업체는 열 판매로 수익을 올리며 수요처는 저렴한 에너지원을 수용함으로써 에너지 비용을 절감하게 된다. 뿐만 아니라 폐열 또는 잉여 열을 활용함으로써 화석 연료 사용을 절감할 수 있으며 전세계적 문제인 온실 가스 발생 저감 효과를 달성할 수 있다. 본 사업은 D시에 조성되는 자원순환단지로부터 발생되는 잉여 열을 활용하는 사업으로써 가연성 폐기물 연료화(SRF) 시설, SRF 전용 보일러, 음식물 및 음폐수 자원화 시설(혐기성 소화)이 조성되게 된다. 이에 SRF 전용 보일러에서 발생되는 잉여 스팀 그리고 음식물 및 음폐수 자원화 시설에서 발생하는 Biogas를 본 시설로부터 약 3.5km 거리에 있는 산업단지 입주 기업에 공급하는 에너지 네트워크 구축 사업을 검토하고 있다. 생태산업단지 구축 사업은 이러한 자원 순환 및 에너지 순환에 대한 타당성 검토를 통해 사업화를 최종 목표로 추진하는 사업으로써 본 연구도 잉여 열원인 스팀 및 Biogas를 산업단지 입주 기업에 공급 가능성을 검토하는데 있다. 본 사업의 사업화를 통해 화석 연료 절감 약 15,000TOE/년, 온실 가스 발생 저감 18,000톤/년, 경제적 기대 효과 약 80억원을 목표로 추진하고 있으며 이러한 사례의 성공을 통해 타 지자체로의 추가 확산 및 에너지 절감의 모범 사례를 제공하고자 한다.