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2024년 12월 19일 (목) 02:57 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 멤브레인 가스분리기를 이용한 정화조 메탄의 자원화 및 스마트 안전 관리 시스템 구축

영문 : Resource Utilization of Septic Tank Methane Using Membrane Gas Separators and Establishment of a Smart Safety Management System

과제 팀명

메탄탄후루후루

지도교수

구자용 교수님

개발기간

2024년 9월 ~ 2024년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 2019890066 조*희(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 2019890035 여*형

서울시립대학교 환경공학부 2019890060 정*수

서울시립대학교 환경공학부 2019890063 조*주

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 멤브레인 가스분리 기술을 활용하여 아파트 정화조에서 발생하는 메탄가스를 포집 및 자원화
◇ 포집된 바이오가스의 전처리를 진행하고, 이후 멤브레인을 통해 고순도의 바이오 메탄 획득
◇ 가스 센서와 IoT 기술을 통해 실시간 모니터링 및 위험 상황을 감지
◇ 환경 보호와 안전사고 예방을 동시에 달성하는 통합 시스템 구축

개발 과제의 배경

◇ 여름철 아파트 정화조에서 발생하는 메탄가스로 인한 폭발 사고 발생

여름철에는 높은 기온으로 인해 정화조 내 유기물 분해 속도가 증가하여 메탄가스와 같은 가연성 가스가 다량 발생한다. 이 때 주로 발생하는 메탄가스는 무색, 무취로 축적 시 감지하기 어려워 위험성이 높아진다. 이렇게 정화조 내에 축적된 메탄가스는 적절한 환기나 가스 관리 시스템이 없을 경우 작은 불꽃이나 전기 스파크에도 폭발할 수 있고, 특히 아파트와 같은 밀집된 주거 지역에서는 폭발 사고 시 인명 피해와 재산 손실이 매우 크다.

[그림 1] 여름철 메탄가스로 인한 아파트 내 정화조 폭발 사고 (MBC 뉴스)

◇ 정화조에서 방출되는 가스로 인한 정화조 청소 작업 중 발생하는 질식사고 발생

아파트와 밀집 주거 지역의 정화조는 주기적으로 연 1회 이상 청소 작업이 필요하다. 정화조 청소 시 내부에 축적된 유해 가스(메탄, 황화수소 등)가 투입된 작업자에게 직접적으로 노출될 수 있고, 밀폐된 공간에서의 작업은 이러한 위험을 더욱 증가시킨다. 유해 가스에 노출되면 호흡 곤란, 두통, 현기증을 유발하며, 심한 경우 의식 상실이나 사망에 이를 수 있으므로 관리시스템이 필수적이다. 고용노동부 통계자료에 따르면 최근 10년간 질식사고 중 정화조 청소 작업과 같이 밀폐된 공간에서의 오폐수 처리가 37%로 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 확인되었다. 이와 같이 유해가스에 노출이 쉬운 정화조 청소 작업에서 고도화된 관리 시스템이 필요하다.

[그림 2] 정화조 청소 도중 질식사 사고 발생 (KBS 뉴스)

[그림 3] 질식사고 월별 추이 통계 (고용노동부)

◇ 멤브레인 가스 분리 기술을 활용해 메탄가스를 포집, 경제적 이익 창출 가능성 고려

멤브레인 가스 분리 기술은 특정 가스를 선택적으로 투과시키는 멤브레인을 사용하여 혼합 가스에서 원하는 가스를 효율적으로 분리하는 기술이다. 여름철 정화조에서 발생하는 바이오 가스를 포집해 에너지 자원으로 활용할 수 있다. 포집된 바이오 가스는 멤브레인 가스 분리 기술을 이용하여 고순도 메탄 가스로 분리할 수 있다. 발전용 연료나 산업용 열원으로 사용 가능하며, 이를 통해 에너지 비용 절감과 추가적인 수익 창출이 가능하다. 또한, 메탄 가스는 강력한 온실가스로 대기 중 방출 시 지구 온난화를 가속하므로 메탄 가스를 포집하여 활용한다면 환경 보호에도 기여할 수 있다.

◇ 스마트 안전 관리 시스템으로 실시간 모니터링 및 사고 예방과 환경 보호 도모

IoT 기술과 센서 기술의 발전으로 다양한 환경 시설에서 활용 가능성이 높아지고 실제 활용 사례도 늘었고, 정화조와 같은 시설에도 내부 상태를 실시간으로 모니터링하고 관리하는 것이 가능해졌다.

[그림 4] IoT 기술과 센서 기술을 활용한 실제 정화조 관리 시스템(조은이엔지)

현재 산업계의 IoT기술과 센서 기술을 접목한 정화조 관리 시스템의 경우 정화조의 정상 작동이나 이상 징후 등의 가동 상태를 확인하거나 악취 문제를 해결하기 위해 관련 시스템이 개발된 상태다. 외에도 정화조에서 수집된 데이터를 분석하는 추세이다.

우리가 제안하고자 하는 설계 시스템은 유해 가스 탐지 센서와 기술이 접목된 형태로 실시간 모니터링으로 가스 누출이나 농도 상승을 조기에 발견한다. 이를 통해 사고를 예방하고 안전한 작업 환경을 조성하여 작업자의 질식사고 및 건강 피해를 방지할 수 있다. 또한, 센서를 통해 탐지된 유해 가스 중 메탄가스를 포집하여 대기 중 방출을 최소화하여 환경 오염을 줄이고, 포집된 가스를 재활용하여 자원 효율성을 높이고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 멤브레인 가스 분리 기술로 정화조에서 발생하는 메탄가스를 포집
◇ IoT 기반 스마트 안전 관리 시스템을 위한 센싱 기술 구현
◇ 실시간 모니터링을 통한 자동화된 대응 방안 마련
◇ 에너지 자원화를 통한 경제적, 환경적 가치 창출

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ====개발 과제의 목표 및 내용====
-내용
+◇ 멤브레인 가스 분리 기술로 정화조에서 발생하는 메탄가스를 포집
+<br>◇ IoT 기반 스마트 안전 관리 시스템을 위한 센싱 기술 구현
+<br>◇ 실시간 모니터링을 통한 자동화된 대응 방안 마련
+<br>◇ 에너지 자원화를 통한 경제적, 환경적 가치 창출
 ===관련 기술의 현황===