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정수장 유입조류 전처리를 위한 천연조류제거제(W.H.)의 최적주입농도 결정
장여주(Yeo-Ju Jang),정진홍(Jin-Hong Jung),임현만(Hyun-Man Lim),윤영한(Young H. Yoon),안광호(Kwang-Ho Ahn),장향연(Hyang-Youn Chang),김원재(Weon-Jae Kim) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.9
하천과 호수의 부영양화로 인하여 남조류가 대량으로 증식하게 되면 고유의 생물독소로 인한 위해뿐만 아니라 정수처리 과정에서 경제적 손실을 야기할 가능성이 있다. 현재 상용화되어있는 천연조류제거제인 M사의 W.H. 응집제(이하 W.H.)는 참나무 유래 성분의 살조 및 타감작용을 이용한 응집․부상공정을 통하여 조류를 사전에 제거함으로써 정수공정에 미치는 영향을 효과적으로 저감할 수 있다. 그러나, W.H.를 활용한 응집․부상공정은 정수처리의 전처리공정으로 적용된 사례가 없기 때문에 최적주입농도의 결정기법에 대한 보고 또한 전무한 실정이다. 본 연구에서는 ① 한강에서 채취한 복합 조류와 ② 남조류를 선택적으로 대량 배양하여 광조건 하에서 W.H. 투여량 및 조류농도 등의 여러 조건을 변화시키면서 Jar-test를 시행하여 응집·부상공정에서의 조류의 제거기작을 검토하였다. Jar-test 결과를 바탕으로 IBM-SPSS를 활용한 다중회귀분석을 실시하여 최적 W.H. 주입농도를 결정하기 위한 Chl-a 농도와 탁도를 변수로 하는 두 가지 선형식을 도출하였다. 또한 유입수질의 변동에 따라 W.H. 주입농도를 신속하게 결정하고 자동화할 수 있는 자동제어 로직의 프로토타입(Prototype)을 제시하였다. Algal blooms of cyanobacteria (blue-green Algae) due to the eutrophication of rivers and lakes can cause not only the damage by its biological toxins but also the economic loss in drinking water treatment. The natural algae coagulant, a commercial product known as W.H. containing the algicidal and allelopathic material derived from oak, can control algal problems proactively through the coagulation・flotation process. However, because there have been no applications of the process for pre-treatment in drinking water plants, we could find no report on the optimum injection dose of W.H.. In this study, we have conducted several sets of jar-tests while changing W.H. dose and concentration of chl-a for ① Han-river samples and ② subcultured cyanobacteria samples, and monitored the removal mechanisms of algae intensively. Based on these jar-test results, two linear equations with variables of chl-a and turbidity have been deduced to predict the optimal W.H. dose after the multiple regression analysis using IBM-SPSS. Also, prototypes of automatic control logic have been suggested to inject the optimal W.H. dose promptly in response to the variation of water quality.
정전기적 힘을 이용한 실내공기 미세부유먼지 제거 요소기술의 개발을 위한 기술별 시장현황 및 연구 동향 분석
윤영한(Yoon, Young H.),주진철(Joo, Jin-Chul),안호상(Ahn, Ho-Sang),남숙현(Nam, Sook-Hyun) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.12
본 연구에서는 실내공기 오염물질의 제어를 통하여 공기질을 개선 할 수 있는 요소기술의 개발을 위하여 최 근의 관련 기술 및 시장 현황을 살펴보고, 실내공기질 오염물질의 특성과 최근에 이루어진 연구를 바탕으로 실내공기 질 제어 기술의 특징 및 장·단점을 분석하였다. 적용기술에 따른 공기청정장치의 종류 중에는 현재 필터를 이용한 기 계식 여과기술 및 장치산업이 대부분을 차지하고 있으나, 최근에는 설치와 작동이 간편하고 에너지 효율과 기술의 적 용성도 좋은 전기전자식 기술이 주목받고 있으며 기계식 장치(5.5%), 이온화 장치(-0.3%), 오존청정(-0.5%) 등 다른 기 술에 비하여 향후 시장 발전가능성(성장률 6.3%)이 높은 것으로 분석되었다. 실내 공기질의 오염은 가스상의 VOCs와 입자상의 미세먼지들이 주 원인물질인데 특히 입자가 매우 작은 미세먼지들은 그 특성으로 인체 내부에 깊숙이 침투 하여 건강을 위협하고 가스상 오염물질과 반응하여 2차 오염물질을 낼 수 있어 근본적인 제어 기술이 필요하다. 전기 전자식 기술 중 유전영동 및 정전기력을 이용한 먼지 제어 기술은 전기적으로 미세먼지와 같은 입자를 부유시켜 제 어하는 기술로서 미세부유먼지에 많은 사람들이 노출될 수 있는 다중이용시설 등에 적용될 수 있으며 이를 위해 실 내 온도 및 습도, 대상물질의 수분 함량과 같은 주변 조건에 의한 부유먼지의 이동 특성이 함께 고려되어야 한다. 미 세 부유먼지를 효과적으로 제어할 수 있는 전기전자식 기술을 이용하여 다중이용시설 뿐 아니라 사무실 및 일반가정 등의 실내 공기질 개선을 위한 핵심기술로 발전할 수 있는 가능성이 높을 것으로 판단된다. This study examined the current and future Indoor Air Quality (IAQ) control device markets and analyzed the recent studies on indoor air pollutantr emoval to develop a new technology for fine dust control. Currently, the mechanical filter technique occupies the bulk of the IAQ control market but the electronic technique is emerging as an alternative to control fine dust efficiently. Among the gaseous VOCs and fine dust particles contaminating the indoor air quality, fine dust particles are more problematic because they threaten human health by penetrating deep into the body and producing secondary contaminants by chemical reaction with VOCs. The electronic IAQ control device using dielectrophoretic and electrostatic forces is a good option for public spaces where many people pass, and at the same time, it needs to consider temperature, humidity, and the particle properties of specific areas to highlight the control efficiency. Electronic-related technology is expected to be used widely in many public/private spaces wherever a dust-free environment is required.
Discrete Element Model(DEM, 개별요소법)을 이용한 미세먼지입자 거동 분석
윤영한(Young H. Yoon),박은선(Eun-Sun Park),안호상(Ho-Sang Ahn),이새로미(Saeromi Lee) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회 학술대회 Vol.2014 No.2
건축물의 에너지 절감을 위한 밀폐 및 단열화와 경제성장에 따라 생활수준이 높아져 건축물 내장재의 고급화 등으로 실내 공간의 공기질이 다양한 오염물질에 노출되어 오염도가 심화되고 있다. 실내공기오염물질 중에 하나인 미세먼지는 주로 자동차 배기가스에 의하여 발생되어 실내로 유입되고 실내에서의 취사, 흡연, 각종 실내활동 등에서 발생하는 먼지들과 함께 실내에 거주하는 사람들의 호흡기로 유입되어 건강을 위협하고 있다. 이러한 실내 미세먼지에 대하여 다중이용시설을 대상으로 전기적인 힘을 이용하여 표면으로부터 먼지를 밀어내어 제거하는 원리를 이용하는 기술을 개발하고 있다. 본 연구에서는 유전영동 및 정전기적인 힘으로 먼지를 밀어내어 제거하는 실험적인 결과를 바탕으로 개발기술의 성능을 검토하기 위하여 개별요소법(Discrete Element Method, DEM)에 의한 상용화된 모사 프로그램(EDEM)을 이용하여 먼지의 거동을 분석하고자 하였다. 완전 구형의 입자로 간주하고 전극기판은 모사 프로그램에 정의하여 입력하였으며 입자 밀도, 해석 입자 개수, 전류의 크기, 기판의 반발력, 마찰계수 등을 변수로 하여 모사를 진행하였다. 시뮬레이션 대상에 작용하는 힘으로는 중력, 정전기력, 마찰력을 적용하였고 실험결과와 가장 유사한 결과를 구현하기 위한 조건을 설정하였다.
광촉매와 UVA에 의한 실내 부유 미생물 (E. coli 및 Bacillus. subtilis sp.) 살균 제거 연구
윤영한(Yoon, Young H.),남숙현(Nam, Sook-Hyun),주진철(Joo, Jin-Chul),안호상(Ahn, Ho-Sang) 한국산학기술학회 2014 한국산학기술학회논문지 Vol.15 No.2
실내공기 오염물질의 제어를 통하여 공기질을 개선시킬 수 있는 요소기술의 개발을 위하여 미세부유먼지 제거 방법을 도출하고자 하였다. 미세부유먼지 중에는 분진과 같은 무기물과 박테리아와 같은 작은 유기물도 포함되어 있어 이들의 동시 제거를 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 광촉매 및 UVA에 의한 미세부유먼지 중 미생물 제거 기술의 개발을 위하여 여러 종류의 광촉매에 대한 미생물 살균율을 조사하였다. 이를 위하여 3가지 종류의 광촉매(ZnO, TiO₂, ZnO/Laponite ball)와 최소한의 UVA 자외선 조사량 3 (㎼/㎠)을 이용하여 실내공기 부유미생물의 지표로 사용되는 Gram 양성균인 E. Coli와 Gram 음성균인 Bacillus. subtilis sp.에 대하여 살균실험을 진행하였다. 실험결과, 최소한의 UVA 자외 선 조사량에서도 광촉매제와 함께 두 시간 정도 반응하였을 때 E-Coli의 경우 세 가지 광촉매제 모두에서 80 % 이상 사멸 되는 것으로 나타났으며, UVA 단독 사용보다는 약 30 % 높은 사멸률을 보였다. 광촉매제 중에는 ZnO/Laponite ball 복합 체의 경우에 TiO₂와 동등한 살균력이 있는 것으로 나타났다. 하지만, 포자상태에서 강한 외벽을 가지고 있는 B. subtilis sp.의 경우는 낮은 자외선 조사량으로는 살균효과가 저하되기 때문에 살균율을 높일 수 있는 최적의 촉매제 종류와 첨가량 및 자외선 조사량을 찾아야 할 것으로 판단된다. New control methods are proposed for indoor air quality by removing fine airborne dust-particles. As suspended fine dust-particles contain inorganic dust as well as fine organic bacteria, studies for simultaneous control of these contaminants are required. In this study, photocatalytic disinfection of indoor suspended microorganisms such as E. coli and Bacillus subtilis is performed by three types of photocatalysts with UVA irradiation. The UVA irradiation strength was controlled to the minimum 3 ㎼/㎠, and ZnO, TiO₂, and ZnO/Laponite ball were used as the catalysts. The results indicate that E. coli was removed over 80 % after about 2 hours of reaction with UVA and all three types of photocatalysts, whereas only with UVA, around 50 % E. coli removal was obtained. Among the catalysts, ZnO/Laponite composite ball was found to have similar sterilizing capacity to TiO₂. However, in case of B. subtilis, which has thick cell wall in its spore state, disinfection was not effective under the low UVA irradiation condition, even with the catalysts. Further studies need to figure out the optimal UVA irradiation ranges as well as photocatalysts doses to control airborne dust, to provide healthy clean air environment.