"1조. 분뇨의 질주"의 두 판 사이의 차이

2020년 6월 20일 (토) 02:23 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 난분해성 폐의약품 제거를 위한 TCSPC-MBR 복합기술

영문 : Combination of integrated membrane bioreactors and the TCSPC (TiO2 - Coconut Shell Powder Composite) for the removal of non-degradable drugs

과제 팀명

분뇨의질주

지도교수

한인섭 교수님

개발기간

2020년 3월 ~ 2020년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20114300** 최**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20114300** 박**

서울시립대학교 환경공학부 20114300** 최**

서울시립대학교 환경공학부 20114300** 김**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

개발 과제의 배경 및 효과

내용

개발 과제의 목표와 내용

내용

관련 기술의 현황

State of art

◇ 하수처리장 내 폐의약품 처리 현황

최근 의약물질의 자연계로의 유입을 방지하기 위해 하수 내에 함유된 잔류의약물질을 처리하기 위한 고도화된 하수처리공정들이 도입되고 있다. 위해성과 난분해성이 있는 유기물질의 처리효율을 높이기 위해 대표적으로 오존이나 과산화수소(H₂O₂), UV 등을 사용한 고도산화처리 기술, 활성탄 흡착공정, 막분리 공정 등이 있다.

◇ MBR 기술

MBR (Membrane bioreactor)은 일반적인 생물반응조와 분리막기술(MF막, UF막분리법 등)을 결합시킨 것으로 분리막생물반응기라고도 한다. MBR은 최초 및 최종 침전지가 필요 없고, 농축조의 부피 또한 감소되어 공간과 유지가 용이하다. 또한 추가슬러지가 발생하지 않아 수처리 후의 수질이 고도화되는 특징이 있다.

◇ 광촉매 TiO₂

광촉매는 빛을 받아서 광화학반응을 가속화시키는 물질을 통칭한다. TiO₂는 높은 산화·환원력과 더불어 광촉매능이 뛰어나고, 가격이 저렴할 뿐만 아니라 물리화학적으로 매우 안정하며, 인체에 무해한 물질로 알려져 있기 때문에 다양한 분야에서 많은 연구가 수행되어오고 있다.

TiO₂ 표면에 밴드갭 에너지 이상의 빛 에너지가 조사되면 가전도대(valence band)에 있는 전자가 전도대(conduction band)로 전이하면서, 전자(e−)와 정공(h+) 쌍이 생성된다. 가전도대에서 생성되는 정공은 산화반응에 기여하며, 표면에 흡착된 물 분자와 반응하여 하여 hydroxyl 라디칼(·OH)을 생성시키거나 직접 반응을 통하여 유기물을 산화시킨다. 전도대에서 생성되는 전자는 산소분자의 환원반응을 일으켜 superoxide 이온(·O2−)을 형성하고, 몇 단계의 추가 반응을 통하여 hydroxyl 라디칼을 생성시킨다. 정공과 전자에 의해서 생성된 hydroxyl 라디칼에 의해 유기물이 이산화탄소와 물로 분해될 수 있다.

◇ TiO₂-Coconut Shell Powder Composite (TCSPC)

위에서 설명했듯이 TiO₂는 친환경적 정화소재로 널리 사용되고 있으나, 낮은 비표면적으로 수중의 유기오염물질에 대한 낮은 흡착력을 보여준다. 또한 수중의 TiO₂분말들은 쉽게 뭉쳐져서 광원에서 발생한 광자를 차단하여 전체적인 광촉매 산화력을 감소시키거나 사용된 나노분말을 재사용하기 위해 필터링과 같은 분리공정을 반드시 거쳐야 하는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 높은 비표면적을 가진 다양한 지지체를 TiO₂와 합성하게 되는데, 활성탄을 TiO₂의 지지체로 사용할 경우 광촉매 반응에 의해 분해된 유기오염물질에서 생성된 중간계물질들을 흡착하므로 잔류 오염물질을 완전히 처리할 수 있다. 따라서 높은 탄소함량과 낮은 무기물질 함량을 가지고 있는 농업 폐기물인 코코넛 껍질 분말을 이용하여 TiO₂와 합성한 후, 한 번의 탄화공정을 통해 새로운 형태의 코코넛 껍질 분말 복합체 (TiO₂-Coconut Shell Powder Composite : TCSPC)를 제조할 수 있는 것이 선행연구로 확인되었다.

기술 로드맵

특허조사

◇ 이산화티타늄 나노구조체가 결합된 분리막 및 그 제조방법

본 발명(공개특허 10-2014-0006188)은 이산화티타늄을 분리막에 고정시킴에 있어서 분리막의 비표면적이 감소되거나 분리막의 투과성능이 저하되는 것을 억제함과 함께 이산화티타늄 및 분리막에 의한 미량오염물질 제거 효율을 극대화할 수 있는 이산화티타늄 나노구조체가 결합된 분리막 및 그 제조방법에 관한 것이다.

◇ 광촉매 나노입자가 고정된 다공성 알루미나 멤브레인을 포함하는 수처리시스템, 이의 운전방법 및 이를 이용한 폐수의 정화방법

본 발명(공개특허 10-2014-0134990)은 광촉매 나노입자가 고정된 다공성 알루미나 멤브레인을 포함하는 수처리시스템 및 이를 이용한 폐수의 정화방법에 관한 것이다. 상세하게는 유기오염물질을 포함하는 폐수를 공급하는 공급부 및 상기 공급부로부터 폐수가 공급되고, 내벽으로는 복수 개의 자외선 램프가 구비되며, 그 내부로는, 광촉매 나노입자들이 고정된 복수 개의 다공성 알루미나 멤브레인을 포함하는 분리모듈이 구비되는 광촉매 반응기를 포함하는 시스템이다. 본 발명은 알루미나 멤브레인에 광촉매를 고정시키기 때문에 이를 다시 회수해야하는 추가 공정이 없어 비용을 절감할 수 있고, 광촉매를 안정적으로 고정화할 수 있는 고정방법을 개발하여, 알루미나 멤브레인을 이용하여 오염물질을 분리함과 동시에 광촉매를 이용하여 고도산화 수처리를 가능하게 함으로써 고효율의 수처리를 가능하게 한다.

특허전략

◇ 기존 고도 산화처리에 광촉매 반응기를 설치할 경우, 광촉매에 의한 분해 반응 후에 폐수로부터 미세 광촉매 입자를 제거하기 위해 후속곡정으로 MBR를 부가적으로 설치하여 사용하여야 했다.

◇ 게다가 막의 오염으로 인해 광촉매를 전부 회수하는 것이 어려우며, 처리장치 밖으로 유출되는 광촉매의 손실로 인한 처리비용 증가로 인한 문제점이 있다.

◇ 따라서 본 조는 위의 특허 방식을 접목하여 다른 광촉매보다 강한 산화력을 가지고 가격이 저렴한 TiO₂를 광촉매로 설정하고, 여기에 코코넛 껍질 파우더를 합성한 TCSPC 멤브레인에 접목시켜 이를 포함하는 TCSPC-MBR 수처리시스템을 개발하고자 한다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

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 ====특허전략====
-내용
+◇ 기존 고도 산화처리에 광촉매 반응기를 설치할 경우, 광촉매에 의한 분해 반응 후에 폐수로부터 미세 광촉매 입자를 제거하기 위해 후속곡정으로 MBR를 부가적으로 설치하여 사용하여야 했다.
+◇ 게다가 막의 오염으로 인해 광촉매를 전부 회수하는 것이 어려우며, 처리장치 밖으로 유출되는 광촉매의 손실로 인한 처리비용 증가로 인한 문제점이 있다.
+◇ 따라서 본 조는 위의 특허 방식을 접목하여 다른 광촉매보다 강한 산화력을 가지고 가격이 저렴한 TiO₂를 광촉매로 설정하고, 여기에 코코넛 껍질 파우더를 합성한 TCSPC 멤브레인에 접목시켜 이를 포함하는 TCSPC-MBR 수처리시스템을 개발하고자 한다.
 ===관련 시장에 대한 분석===