UV LED 및 AI 음성인식을 활용한 도어 손잡이 소독기 디자인 개발

하승한,김윤호,이상도 사단법인 한국융합기술연구학회 2024 아시아태평양융합연구교류논문지 Vol.10 No.3

이 연구의 목적은 UV LEDs과 AI 음성인식을 활용한 도어 손잡이 소독기의 설계 및 디자인 개발에 대한 연구이다. 본 연구에서는 275 nm 대역의 자외선 LEDs를 사용하여 소독 효과를 최적화하기 위한 시작품을 디자인하였다. 또한, 도어 손잡이를 이용하려고 하는 사람들을 감지하기 위한 인공지능 기반 Wav2vec 2.0와 같은 인체 감시 센싱 기능, 일정시간 지정 시 해당시간마다 살균 및 소독이 가능한 타이머 설정 기능, 다양한 세균을 살균할 수 있는 UV LED 살균기능, 살균 중 인체 감지시 원위치 기능 및 강제 원위치 기능, 배터리 및 아답터 겸용 사용 기능, 살균 잔여시간 표시 기능, 살균 잔여시간 표시 선택 기능이 포함되어 있는 회로를 설계하였다. 컴퓨터 보조디자인 소프트웨어, 3D 프린트, 아두이노, Wav2vec 2.0 등 기술을 사용하여 UV LED을 활용한 도어 손잡이 소독기 시제품을 단계별로 제작하였다. 이 각각의 시제품 대해 장단점 분석을 진행하여 최종 시제품 방안을 도출하였다. UV LED를 이용한 도어 손잡이 소독기의 동작원리 및 외형적 심미성을 중심으로 연구된 결과물을 제시하였다. 향후 UV LED를 이용한 출입문 손잡이 소독기의 성능평가 및 살균 효능평가를 진행할 예정이며, AI 음성인식 기술의 다양한 활용방안에 대해 모색할 예정이다. This research aims to study the design and development of a door handle sanitizer using UV LEDs and AI technology. In this study, a prototype was designed to optimize the disinfection effect using 275 nm wavelength ultraviolet light emitted diodes (UV-LEDs). Furthermore, a circuit was designed to incorporate features such as artificial intelligence-based body sensing, akin to Wav2vec 2.0, to detect individuals intending to use the door handle. It includes a timer setting function for periodic sterilization and disinfection at specified intervals, a UV LED sterilization capability to eliminate various bacteria, a repositioning feature during sterilization if human presence is detected, a forced repositioning function, a dual-use functionality for both battery and adapter and a display for remaining sterilization time with an optional display selection feature. Utilizing computer-aided design software, 3D printing, Arduino, Wav2vec 2.0, and other technologies, prototypes of the door handle sanitizer using UV LED were systematically created. The results of this research focused on the operational principles and aesthetic aspects of door handle sanitizer using UV LED. A performance evaluation and disinfection efficacy assessment of a door handle sanitizer using UV LED was planned for the future. Additionally, various applications of AI voice recognition technology were explored.

UV-LED기반 고도산화공정을 이용한 수중 마이크로시스틴-LR, 이취미 물질, 자연유기물 분해

양보람(Boram Yang),박정안(Jeong-Ann Park),남혜림(Hye-Lim Nam),정성목(Sung-Mok Jung),최재우(Jae-Woo Choi),박희등(Hee-Deung Park),이상협(Sang-Hyup Lee) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.5

호소, 하천 등에 다량의 영양염류의 유입과 수문학적, 지리학적, 생물학적 요소 등으로 인해 남조류가 대량 발생하게 되며 대표적 독성물질인 마이크로시스틴-LR(MC-LR)이 증가한다. MC-LR이 포함된 지표수를 적절하게 처리하기 위하여 정수처리공정에서는 고도산화공정을 적용하고 있다. 다양한 고도산화공정 중 특히 UV, UV/H2O2, UV/O3, UV/TiO2 등에 대한 연구는 꾸준히 되어왔다. 기존의 UV램프의 짧은 교체주기, 수은 폐기물 발생, 큰 열 손실 등의 단점을 보완한 UV-LED를 MC-LR제거에 적용하였다. MC-LR 초기농도 100 μg/L을 280 nm의 파장인 LED-L (0.024 mW/cm<SUP>2</SUP>)와 LED-H (2.18 mW/cm<SUP>2</SUP>)를 이용하여 산화시켰을 때 각각 최대 약 30%, 95.9%의 MC-LR 제거율을 나타냈다. LED-H를 조사 시 자연유기물 변화는 휴믹물질, UVD, SUVA가 감소하는 경향을 보였고 방향족 유기물이 지방족 유기물로 분해되어 저분자 물질이 되었다. LED-H/H2O2 (H2O2: 1, 2, 5, 10 mg/L)산화반응에 의한 MC-LR제거율은 LED-H 단독에 의한 MC-LR 제거율과 유사하였다. 남조류가 발생한 낙동강 원수를 대상으로 LED-L산화를 적용하여 수질분석을 통하여 특성변화를 확인하였다. DOC 및 TOC의 변화는 거의 없었으나 SUVA와 UV254의 감소로 인하여 유기물의 분해되었으며 조류유래물질인 용존 및 총 MC-LR, geosmin, 2-MIB농도가 시간이 지남에 따라 서서히 감소하였다. Microcystin-LR (MC-LR) is one of most abundant microcystins, and is derived from blue-green algae bloom. Advanced oxidation processes (AOPs) are effective process when high concentrations of MC-LR are released into a drinking water treatment system from surface water. In particular, UV-based AOPs such as UV, UV/H2O2, UV/O3 and UV/TiO2 have been studied for the removal of MC-LR. In this study, UV-LED was applied for the degradation of MC-LR because UV lamps have demonstrated some weaknesses, such as frequent replacements; that generate mercury waste and high heat loss. Degradation efficiencies of the MC-LR (initial conc. = 100 μg/L) were 30% and 95.9% using LED-L (280 nm, 0.024 mW/cm<SUP>2</SUP>) and LED-H (280 nm, 2.18 mW/cm<SUP>2</SUP>), respectively. Aromatic compounds of natural organic matter changed to aliphatic compounds under the LED-H irradiation by LC-OCD analysis. For application to raw water, the Nak-dong River was sampled during summer when blue-green algae were heavy bloom in 2016. The concentration of extracellular and total MC-LR, geosmin and 2-MIB slightly decreased by increasing the LED-L irradiation; however, the removal of MC-LR by UV-LED (λ= 280 nm) was insufficient. Thus, advanced UV-LED technology or the addition of oxidants with UV-LED is required to obtain better degradation efficiency of MC-LR.

다중 집광성 UV-LED 경화형 코팅의 경화특성에 관한 연구

정찬권(Chan-Gwon Jung),김범수(Beom-Su Kim),박대희(Dae-Hee Park) 한국산학기술학회 2018 한국산학기술학회논문지 Vol.19 No.10

본 논문은 기존의 단일 파장의 UV(Ultraviolet: 자외선)-LED(Light-Emitting Diode) 경화형 코팅 방법과 달리 UV 파장에서 동작되는 LED를 중첩한 다중 집광성 UV-LED 경화형 코팅의 경화 특성에 대해 연구하였다. 각각 365nm, 395nm, 420nm, 450nm 단일 파장의 UV-LED 광원을 선정하여 광원의 광속, 지향각 등 광 특성을 분석하였으며, 또한 UV-LED 광원의 파장별 경화 특성에 대해 분석을 통하여 복합 파장에 대한 LED를 최적화를 진행하였다. 다파장 UV 광원이 중첩되었을 경우 경화 성능 상태를 전산모의 실험을 통해 예측하였으며 실제 설계 및 제작을 하였다. 내부 고속경화도 향상을 위해 각각의 LED를 집광시켜 동일한 위치에서 다파장이 합성, 집광되는 multi-spot 방식 모듈을 제작하여 파장 조합 조건을 달리하여 경화제의 접착력 및 표면, 내부 경화도를 실험하였다. 경도계와 FT-IR 분석 장비를 이용하여 표면 경화와 내부 경화 상태를 비교 분석하였다. 그 결과, 단일 파장보다 UV-LED 4파장을 중첩한 multi-spot방식이 표면 및 내부 경화도의 특성이 높아짐을 확인할 수 있었다. We investigated the curing properties of cured coatings for a multi-focal UV-LED. The coatings are for LEDs that operate at multiple UV wavelengths, unlike conventional single-wavelength UV-LEDs. Using UV-LED light sources with wavelengths of 365, 395, 420, and 450 nm, we analyzed the optical characteristics such as the direction of light flux and light source. We also analyzed the curing characteristics at each UV-LED wavelength to optimize the LED for composite wavelengths. The curing performance state was predicted through computer simulation for when the multiple wavelengths of UV light sources are superimposed, and then actual LEDs were designed and fabricated. To improve the internal high-speed curing, a multi-spot module was fabricated, in which each LED is condensed, and multiple wavelengths are synthesized and condensed at the same position. The adhesive strength, surface hardness, and internal hardness of the curing agent were tested by varying the wavelength combination conditions. The surface hardening and internal hardening were compared and analyzed using a hardness tester and FT-IR analyzer. As a result, the characteristics of the surface and internal hardness were improved by a multi-spot method in which four wavelengths were overlapped in a UV-LED rather than a single wavelength.

UV-LED/chlorine 기술에 의한 맛·냄새 유발물질 및 미량유기물질 제거

이주원 ( Joowon Lee ),남숙현 ( Sookhyun Nam ),구재욱 ( Jae-wuk Koo ),김은주 ( Eun Ju Kim ),황태문 ( Tae-mun Hwang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

맛, 냄새 유발물질은 표준정수처리 방법으로는 처리가 어렵기 때문에 이를 제거하기 위해서는 고도처리가 필요하다. 그 중 고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP)은 UV, H2O2, O3 등을 사용하여 라디칼 물질을 발생시켜 유기물을 제거하는 방법으로, 난분해성 유기물 제거에 효과적인 방법으로 각광받고 있다. 본 연구는 기존 UV 램프를 대신하여 UV/LED를 사용하였으며, 255 ㎚와 285 ㎚에서 파장에 의한 맛, 냄새물질 제거율을 비교하였다. 대부분의 연구에서 대상 맛, 냄새 유발 물질로 Geosmin과 2-methylisoborneol(2-MIB)를 사용하는데 본 연구에서는 2,4,6-trichloanisole(TCA), 2-isopropyl-3-methoxypyrazine(IPMP), 2-isobutyl-3-methoxypyrazine(IBMP)를 대상 물질로 선정하여 실험을 진행하였다. 이 물질들은 식수로 사용되는 자연수에서 주로 발생하며 이들 물질은 공중보건에 직접적인 영향을 끼치지는 않지만, ng/L의 낮은 역치를 가지며 미각과 악취 문제를 발생시킨다. 대상 물질을 정량화하기 위해 SPME-GC/MS 방법을 사용하였다. 분석은 GC/MS(TraceGC ultra/Polaris Q, Thermo, USA)와 Autosampler(TriPLUS AS, Thermo, USA)를 사용하였다. SPME Fiber는 50/30 ㎛ Stable flex divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS) (Supelco, Bellfonte, USA)를 사용하였다. 시료는 N 정수장 모래여과수에 pH는 7과 9로 조정하여 각각의 맛, 냄새 물질을 100 ㎍/L로 제조하여 사용하였다. UV-LED 직접조사와 UV-LED/염소의 두 가지 방법에서 맛, 냄새 물질의 제거를 비교하였다. LED 조사장치는 PearlBeam(TM) Collimated Beam Device(AquiSense Technologies, USA)를 사용하였다. 맛, 냄새 유발물질의 제거 기작과 UV-LED 공정에서의 분해정도를 분석하기 위하여 LED 강도, pH, 염소 주입량을 달리하여 다양한 조건에서 실험을 진행하였다. LED 파장은 255 ㎚, 285 ㎚로 하였고 UV-LED에서 자외선 조사량은 0, 400, 600 및 1000 mJ/㎠로 조절하였으며, 염소 농도는 0, 1.2, 2.5, 5 ㎎/L로 주입하여 비교 분석하였다. 실험 결과 UV-LED/염소에서 pH 7, 염소 주입량 1.2 ㎎/L의 조건에서 파장 255 ㎚는 IPMP, IBMP, TCA에 대해 각각 22 %, 31 %, 45 %의 제거율을 보였으며, 파장 285 ㎚는 각각 35 %, 52 %, 56 %의 제거율을 보였다. IPMP, IBMP, TCA 물질 파장 255 ㎚ 조건보다 파장 285 ㎚에서 제거율이 10 % 정도 높은 것으로 나타났다. 고농도의 염소 주입 조건에서는 더 높은 제거율을 보였으며 UV를 사용한 실험과 비슷한 효율을 얻을 수 있을지는 추후 연구를 통해 규명할 것이다.

Degradation mechanism of cyanide in water using a UV-LED/H₂O₂/Cu²⁺ system

Kim, Tae-Kyoung,Kim, Taeyeon,Jo, Areum,Park, Suhyun,Choi, Kyungho,Zoh, Kyung-Duk Elsevier 2018 CHEMOSPHERE - Vol.208 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>In this study, we developed a UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> system to remove cyanide, which is typically present in metal electroplating wastewater. The results showed the synergistic effects of UV-LED, H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>, and Cu<SUP>2+</SUP> ions on cyanide removal in comparison with UV-LED photolysis, H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB> oxidation, UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>, and H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> systems. Cyanide was removed completely in 30 min in the UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> system, and its loss followed pseudo-first order kinetics. Statistically, both H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB> and Cu<SUP>2+</SUP> ions showed positive effects on cyanide removal, but Cu<SUP>2+</SUP> ions exhibited a greater effect. The highest cyanide removal rate constant (<I>k</I> = 0.179 min<SUP>−1</SUP>) was achieved at pH 11, but the lowest was achieved at pH 12.5 (<I>k</I> = 0.064 min<SUP>−1</SUP>) due to the hydrolysis of H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB> (pK<SUB>a</SUB> of H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB> = 11.75). The presence of dissolved organic matter (DOM) inhibited cyanide removal, and the removal rate constant exhibited a negative linear correlation with DOM (<I>R</I> <SUP>2</SUP> = 0.987). The removal rate of cyanide was enhanced by the addition of Zn<SUP>2+</SUP> ions (from 0.179 to 0.457 min<SUP>−1</SUP>), while the co-existence of Ni<SUP>2+</SUP> or Cr<SUP>+6</SUP> ion with Cu<SUP>2+</SUP> ion reduced cyanide removal. The formation of OH radicals in the UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> system was verified using an aminophenyl fluorescence (APF) probe. Cyanate ions and ammonia were detected as the byproducts of cyanide decomposition. Finally, an acute toxicity reduction of 64.6% was achieved in the system within 1 h, despite a high initial cyanide concentration (100 mg/L). In terms of removal efficiency and toxicity reduction, the UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> system may be an alternative method of cyanide removal from wastewaters.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Cyanide completely removed in 30 min of UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> reaction. </LI> <LI> UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> reaction exhibited highest removal rate at pH 11. </LI> <LI> Cyanate and ammonia were detected as organic and inorganic byproducts. </LI> <LI> More than 64% of acute toxicity during reaction decreased within 60 min. </LI> <LI> UV-LED/H<SUB>2</SUB>O<SUB>2</SUB>/Cu<SUP>2+</SUP> reaction showed significantly lower energy consumption. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>

자외선 LED 포장용기 시스템에 의한 포장절단당근의 품질보존

김남용(Nam Yong Kim),이동선(Dong Sun Lee),안덕순(Duck Soon An) 한국식품영양과학회 2014 한국식품영양과학회지 Vol.43 No.1

신선농산물의 저장성을 향상시키기 위해 저장용기에 장착된 자외선영역의 LED는 저온 냉장시스템에서 지속적 조사 처리 또는 간헐적 조사 처리 방식으로 활용되며 비교적 저렴한 가격으로 이용 가능하다. 저장용기에 자외선영역의 280 nm, 365 nm, 405 nm LED를 각각 장착하고 대표적 신선편이식품의 하나로서 절단당근을 선택하여 10°C 온도에 저장하면서 LED 조사 처리 조건에 따른 품질변화를 살펴보았다. 저장용기의 뚜껑 안쪽 부분에 장착된 자외선 LED는 절단당근의 표면으로부터 2 cm 높이에서 조사되도록 하였으며, 하루에 30분 간격으로 on/off를 2회 반복하여 조사하였다. 공기조건에서 절단당근에 Escherichia coli 균주를 접종한 경우와 자연적 미생물 오염도를 측정해 본 결과, 280 nm 자외선 LED 조사 처리를 한 경우 다른 파장(365 nm, 405 nm)의 조사 처리구보다 더 큰 미생물 성장 억제능력을 보여 가장 효과적이었다. 공기 조건에서 절단당근의 카로티노이드 함량은 365 nm와 405 nm에서 대조구에 비해 높은 함량을 보였다. MA 조건에서는 대조구를 포함한 모든 처리구에서 산소농도 1.2~4.3%, 이산화탄소 농도 8.4~10.6%의 가스농도로 유지하여 LED 처리에 따른 내부기체조성의 차이는 나타나지 않았지만, 280 nm 자외선 LED 조사 처리가 가장 큰 미생물 성장 억제를 보였다. 카로티노이드 함량은 LED 조사 효과보다 MA 포장 효과에 의해 카로티노이드 보존이 지배적으로 작용한 것으로 보여 처리구 간의 유의적인 차이는 없었다. MA 조건에서 DPPH 라디칼에 대한 소거활성은 365 nm와 405 nm에서 약간 높게 나타났다. 이를 바탕으로 자외선 LED를 이용하여 신선농산물 포장의 적용 가능성을 확인하였으며, 저장용기에 자외선 LED를 장착함으로써 수확 후 수송, 판매, 저장 단계에서 신선농산물을 더욱 신선하게 유지시킬 것으로 기대된다. Pre-storage ultra-violet (UV) light treatment on fresh produce is known to inactivate the contaminated microorganisms, activate the defense system, and delay ripening extending the shelf life. As UV light emitting diode (LED) becomes available at a relatively low price, continuous or intermittent UV treatment during chilled storage is possible in a container or package. This study attempted an in situ UV LED treatment on fresh produce stored under a refrigerated container in order to see its potential in the fresh produce storage and further optimize its application conditions. The effect of in-container UV LED irradiation on the quality preservation of shredded carrots was investigated in the air and modified atmosphere (MA) conditions. Two sets of experiment with Escherichia coli inoculation and with natural microbial flora in the air (two 30 minute on-off cycles of 1 diode/dm<SUP>2</SUP> per day at a location above 2 cm) showed a clear and significant effect of the UV LED irradiation on the suppression of microbial growth: 280 nm was the most effective by maintaining a lower microbial count by at least 0.5 log (CFU/g) throughout the 6 day storage period. The carotenoids content of shredded carrots subjected to UV LED treatment at 365 and 405 nm in the air was higher than that of the control shredded carrots. In MA condition of O₂ of 1.2~4.3% and CO₂ of 8.4~10.6% being indifferent with LED wavelengths, 280 nm UV LED irradiation was also effective in inhibiting the microbial growth. While there was no observed difference in the carotenoids content between untreated and UV LED-treated shredded carrots in MA, UV LED irradiation at 365 and 405 nm was slightly better in DPPH radical scavenging activity. The use of UV LED in storage container or package seems to give the benefits of preserving the microbial and nutritional qualities of minimally processed fruits and vegetables.

UV (275nm) LED를 이용한 대장균 (E.coli) 살균

김경래 ( Kyeong-rae Kim ),장인성 ( In-soung Chang ),유순재 ( Soon-jae Yu ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

자외선 (UV)은 파장의 길이에 따라 크게 UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm), UV-C (100-280 nm)로 구분한다. 살균 및 소독에 주로 사용되는 것은 UV-C 영역의 파장으로 수은램프를 사용하고 있다. 그러나 수은램프는 소비전력 면에서 비효율적이며 수명이 다하여 폐기할 때 수은이 환경에 노출될 가능성이 높아서 위험하다는 단점이 있다. 반면에 UV-LED (Light Emitting Diode)는 수은램프에 비해 작고 전력소비면에서 수은등보다 경제적이며 수명이 상대적으로 긴 장점이 있다. 또한, UV-LED는 발광 파장을 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 UV-C 영역의 275 nm 파장을 발광하는 UV-LED를 제작하여 대장균(E.coli)에 대한 살균 특성을 분석하였다. UV-LED를 이용한 살균 장치는 1.7L의 용량을 갖는 원통 내부에 총 384개의 UV-LED를 삽입게 제작되었다. UV-LED의 전류를 조절하여 살균력의 차이를 비교하였다. 전류가 10mA일 경우에 전력 (Power)이 0.58 W/㎠이었고, 30mA에서는 1.74W/㎠ 로 조절하였다. 살균 실험은 회분식으로 진행되었으며 대장균 용액을 펌프를 이용하여 UV-LED 장치 내에서 순환되도록 설계하였다. 살균대상 미생물은 대장균(ATCC8739, KCCM)을 Nutrient broth 배지에 접종하여 정온 배양기에서 37℃로 24시간 배양하여 살균 실험 직전에 필요한 초기 균체수로 희석하였다. 초기균체량은 10³-10⁷으로 조절하였다. UV-LED의 전력이 0.58 W/㎠, 90분 접촉 시간에서 2 log 사멸율을 보였다. 전력이 1.74 W/㎠로 증가하면 90분 접촉시간에서 4 log 사멸율을 보였다. 또한, 동일 전력에서 초기균체량이 적을수록 더 짧은 시간에 대장균이 사멸하는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 275nm의 파장의 UV-LED를 이용하여 0.58 W/㎠ ∼ 1.74W/㎠의 전력으로 대장균을 살균하였을 때 2-4 log 사멸율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

UV (275nm) LED를 이용한 대장균 (E.coli) 살균

김경래 ( Kyeong-rae Kim ),장인성 ( In-soung Chang ),유순재 ( Soon-jae Yu ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

자외선 (UV)은 파장의 길이에 따라 크게 UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm), UV-C (100-280 nm)로 구분한다. 살균 및 소독에 주로 사용되는 것은 UV-C 영역의 파장으로 수은램프를 사용하고 있다. 그러나 수은램프는 소비전력 면에서 비효율적이며 수명이 다하여 폐기할 때 수은이 환경에 노출될 가능성이 높아서 위험하다는 단점이 있다. 반면에 UV-LED (Light Emitting Diode)는 수은램프에 비해 작고 전력소비면에서 수은등보다 경제적이며 수명이 상대적으로 긴 장점이 있다. 또한, UV-LED는 발광 파장을 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 UV-C 영역의 275 nm 파장을 발광하는 UV-LED를 제작하여 대장균(E.coli)에 대한 살균 특성을 분석하였다. UV-LED를 이용한 살균 장치는 1.7L의 용량을 갖는 원통 내부에 총 384개의 UV-LED를 삽입게 제작되었다. UV-LED의 전류를 조절하여 살균력의 차이를 비교하였다. 전류가 10mA일 경우에 전력 (Power)이 0.58 W/㎠이었고, 30mA에서는 1.74W/㎠ 로 조절하였다. 살균 실험은 회분식으로 진행되었으며 대장균 용액을 펌프를 이용하여 UV-LED 장치 내에서 순환되도록 설계하였다. 살균대상 미생물은 대장균(ATCC8739, KCCM)을 Nutrient broth 배지에 접종하여 정온 배양기에서 37℃로 24시간 배양하여 살균 실험 직전에 필요한 초기 균체수로 희석하였다. 초기균체량은 10³-10⁷으로 조절하였다. UV-LED의 전력이 0.58 W/㎠, 90분 접촉 시간에서 2 log 사멸율을 보였다. 전력이 1.74 W/㎠로 증가하면 90분 접촉시간에서 4 log 사멸율을 보였다. 또한, 동일 전력에서 초기균체량이 적을수록 더 짧은 시간에 대장균이 사멸하는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 275nm의 파장의 UV-LED를 이용하여 0.58 W/㎠ ∼ 1.74W/㎠의 전력으로 대장균을 살균하였을 때 2-4 log 사멸율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

UV (275nm) LED를 이용한 대장균 (E.coli) 살균

김경래 ( Kyeong-rae Kim ),장인성 ( In-soung Chang ),유순재 ( Soon-jae Yu ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

자외선 (UV)은 파장의 길이에 따라 크게 UV-A (315-400 nm), UV-B (280-315 nm), UV-C (100-280 nm)로 구분한다. 살균 및 소독에 주로 사용되는 것은 UV-C 영역의 파장으로 수은램프를 사용하고 있다. 그러나 수은램프는 소비전력 면에서 비효율적이며 수명이 다하여 폐기할 때 수은이 환경에 노출될 가능성이 높아서 위험하다는 단점이 있다. 반면에 UV-LED (Light Emitting Diode)는 수은램프에 비해 작고 전력소비면에서 수은등보다 경제적이며 수명이 상대적으로 긴 장점이 있다. 또한, UV-LED는 발광 파장을 자유롭게 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 UV-C 영역의 275 nm 파장을 발광하는 UV-LED를 제작하여 대장균(E.coli)에 대한 살균 특성을 분석하였다. UV-LED를 이용한 살균 장치는 1.7L의 용량을 갖는 원통 내부에 총 384개의 UV-LED를 삽입게 제작되었다. UV-LED의 전류를 조절하여 살균력의 차이를 비교하였다. 전류가 10mA일 경우에 전력 (Power)이 0.58 W/㎠이었고, 30mA에서는 1.74W/㎠ 로 조절하였다. 살균 실험은 회분식으로 진행되었으며 대장균 용액을 펌프를 이용하여 UV-LED 장치 내에서 순환되도록 설계하였다. 살균대상 미생물은 대장균(ATCC8739, KCCM)을 Nutrient broth 배지에 접종하여 정온 배양기에서 37℃로 24시간 배양하여 살균 실험 직전에 필요한 초기 균체수로 희석하였다. 초기균체량은 10³-10⁷으로 조절하였다. UV-LED의 전력이 0.58 W/㎠, 90분 접촉 시간에서 2 log 사멸율을 보였다. 전력이 1.74 W/㎠로 증가하면 90분 접촉시간에서 4 log 사멸율을 보였다. 또한, 동일 전력에서 초기균체량이 적을수록 더 짧은 시간에 대장균이 사멸하는 것을 확인할 수 있었다. 결론적으로 275nm의 파장의 UV-LED를 이용하여 0.58 W/㎠ ∼ 1.74W/㎠의 전력으로 대장균을 살균하였을 때 2-4 log 사멸율을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

UV-LED/chlorine 기술에 의한 맛·냄새 유발물질 및 미량유기물질 제거

이주원 ( Joowon Lee ),남숙현 ( Sookhyun Nam ),구재욱 ( Jae-wuk Koo ),김은주 ( Eun Ju Kim ),황태문 ( Tae-mun Hwang ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-

맛, 냄새 유발물질은 표준정수처리 방법으로는 처리가 어렵기 때문에 이를 제거하기 위해서는 고도처리가 필요하다. 그 중 고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP)은 UV, H2O2, O3 등을 사용하여 라디칼 물질을 발생시켜 유기물을 제거하는 방법으로, 난분해성 유기물 제거에 효과적인 방법으로 각광받고 있다. 본 연구는 기존 UV 램프를 대신하여 UV/LED를 사용하였으며, 255 ㎚와 285 ㎚에서 파장에 의한 맛, 냄새물질 제거율을 비교하였다. 대부분의 연구에서 대상 맛, 냄새 유발 물질로 Geosmin과 2-methylisoborneol(2-MIB)를 사용하는데 본 연구에서는 2,4,6-trichloanisole(TCA), 2-isopropyl-3-methoxypyrazine(IPMP), 2-isobutyl-3-methoxypyrazine(IBMP)를 대상 물질로 선정하여 실험을 진행하였다. 이 물질들은 식수로 사용되는 자연수에서 주로 발생하며 이들 물질은 공중보건에 직접적인 영향을 끼치지는 않지만, ng/L의 낮은 역치를 가지며 미각과 악취 문제를 발생시킨다. 대상 물질을 정량화하기 위해 SPME-GC/MS 방법을 사용하였다. 분석은 GC/MS(TraceGC ultra/Polaris Q, Thermo, USA)와 Autosampler(TriPLUS AS, Thermo, USA)를 사용하였다. SPME Fiber는 50/30 ㎛ Stable flex divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane (DVB/CAR/PDMS) (Supelco, Bellfonte, USA)를 사용하였다. 시료는 N 정수장 모래여과수에 pH는 7과 9로 조정하여 각각의 맛, 냄새 물질을 100 ㎍/L로 제조하여 사용하였다. UV-LED 직접조사와 UV-LED/염소의 두 가지 방법에서 맛, 냄새 물질의 제거를 비교하였다. LED 조사장치는 PearlBeam(TM) Collimated Beam Device(AquiSense Technologies, USA)를 사용하였다. 맛, 냄새 유발물질의 제거 기작과 UV-LED 공정에서의 분해정도를 분석하기 위하여 LED 강도, pH, 염소 주입량을 달리하여 다양한 조건에서 실험을 진행하였다. LED 파장은 255 ㎚, 285 ㎚로 하였고 UV-LED에서 자외선 조사량은 0, 400, 600 및 1000 mJ/㎠로 조절하였으며, 염소 농도는 0, 1.2, 2.5, 5 ㎎/L로 주입하여 비교 분석하였다. 실험 결과 UV-LED/염소에서 pH 7, 염소 주입량 1.2 ㎎/L의 조건에서 파장 255 ㎚는 IPMP, IBMP, TCA에 대해 각각 22 %, 31 %, 45 %의 제거율을 보였으며, 파장 285 ㎚는 각각 35 %, 52 %, 56 %의 제거율을 보였다. IPMP, IBMP, TCA 물질 파장 255 ㎚ 조건보다 파장 285 ㎚에서 제거율이 10 % 정도 높은 것으로 나타났다. 고농도의 염소 주입 조건에서는 더 높은 제거율을 보였으며 UV를 사용한 실험과 비슷한 효율을 얻을 수 있을지는 추후 연구를 통해 규명할 것이다.