"털어서 먼지 안 나오는 조"의 두 판 사이의 차이

2019년 12월 18일 (수) 20:58 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 도심 건설현장 비산먼지 저감을 위한 미분사식 순환형 시스템 개발

영문 : Development of Fine-spray Circulation System for reducing Fugitive Dust at Urban Construction Sites

과제 팀명

털어서 먼지 안 나오는 조

지도교수

000 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 김**(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 박**

서울시립대학교 환경공학부 20158900** 김**

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 윤*

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 정**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

 최근 국내의 미세먼지 농도가 강화되어 이에 대한 문제 인식이 확산되면서 미세먼지를 저감할 수 있는 방안이 많이 제시되고 있다. 기상현상에 의해 유입되는 미세먼지는 국내 해결이 어렵기 때문에 현재는 국내에서 발생하는 미세먼지를 저감하는 것이 주로 이루어지고 있다. 
미세먼지 발생원인 중 건설 및 철거 현장은 PM10 배출량의 약 22%로 많은 비중을 차지하고 있다. 이에, 본 과제에서는 “도심 속 건설현장에서 발생하는 집중형 및 분산형 비산먼지의 현장 제거 및 외부 확산∙이탈 방지 장치 개발”을 통해 건설 현장 근로자와 인근 주민들의 건강 및 민원 및 고려하는 해결방안을 모색하고자 한다.

[[파일:]]====개발 과제의 배경 및 효과====

◆ 인구와 산업, 교통량 등이 밀집한 도심지의 배출 오염원 특성 및 형상이 다원화되고 최근 “미세먼지”에 관련한 대국민 관심도가 높아지는 가운데 효과적인 정부 정책 및 대책 마련의 필요성이 커지고 있다. 2014년 대기환경보전법 개정으로 미세먼지로부터 국민 건강 보호를 위해 대대적 언론 보도가 시작되었고, 미세먼지에 대한 시민들의 관심도가 증가했다.

◆ 현행 ‘대기환경보전법’에서 미세먼지 중 일정한 배출구 없이 대기 중에 직접 배출되는 미세먼지를 ‘비산먼지’라고 총칭하고 있으며 도시에서 발생하는 비산먼지의 22%가 건설업에서 발생한다.

◆ ‘건설 현장(재개발과 재건축, 대형건물의 신축공사 등)’에서 발생하는 비산먼지에 대한 시민들의 피해 및 민원 발생이 증가하고 있으며 사업장마다 관리 강화를 통한 쾌적한 환경조성의 필요성이 대두되고 있다.

◆ 이에 본 연구의 선행조사로 건설사업장마다 방진벽, 방진 덮개, 살수 시설, 세륜 시설 등 비산먼지에 대한 지속적인 관리방안이 연구되고 있음을 확인하였으나 비산먼지를 원천적이고 장기적으로 관리하는 시설은 아니다.

◆ 건설현장의 비산먼지는 주로 1) 건설 장비의 이동 및 적재물의 상역과 하역 등 미세먼지의 발생 위치가 설비에 집중된 집중형 비산먼지 발생, 2) 공사 도중에 동시다발적이고 국소적으로 여러 곳에서 발생하는 분산형 비산먼지 발생으로 나누어질 수 있다.

 

개발 과제의 목표와 내용

본 설계의 목적은 “도심 속 건설현장에서 발생하는 집중형 및 분산형 비산먼지의 현장 제거 및 외부 확산∙이탈 방지 기술 연구 및 개발”이다.

관련 기술의 현황

State of art

 최근 건설현장의 비산먼지가 미세먼지 발생 원인에서 차지하는 비중이 높다는 것을 인식하여 비산먼지를 처리하기 위해 여러 종류의 저감 장치를 사용하고 있다. 비산먼지를 제거하는 기술은 근본적으로 일반 미세먼지를 저감하는 방법과 동일하다. 이 중 단순 살수는 제외하고 설계할 장치에 대한 내부 기술인 집진기술 중 미세먼지 처리에 적합한 여과집진장치, 세정집진장치, 전기집진장치 기술을 조사하였다. 

1. 여과 집진장치 (Bag housefilter)

입자를 포함한 가스가 여과재를 통과 할 때 여과재가 장벽으로 작용하여 통과하는 공기의 먼지를 분리해 제거하는 기술이다. 여과포의 종류로는 목면, 나일론, 흑연 등이 있으며 내열성, 내구성, 내산성, 비흡수성을 고려해야 한다. 집진 메커니즘으로는 관성충돌, 직접차단, 확산이 있다. 크기가 0.1μm 이하인 미세한 입자는 주로 확산작용에 의해 포집되고 이보다 큰 입자는 주로 관성충돌, 차단작용을 통해 제거된다. 탈진방식에 의해 진동형, 역기류형, 충격제트형으로 나뉜다.

2. 세정집진장치 (Wet scrubber)

처리가스에 물을 분사하거나 얇은 액체막에 통과시켜 가스 내의 미세먼지를 제거하는 장치. 액체에 입자가 충돌 하면 미립자가 확산됨에 따라 액체와 쉽게 접촉한다. 이 때 배기의 습기 증가로 입자가 서로 응집하고, 응집한 입자는 응결핵으로 작용하여 응집성을 촉진시킨다. 세정집진장치에서 물방울과 분진은 관성충돌, 직접흡수 및 확산 3가지 방식이 개별 또는 복합적으로 이루어지는데 비교적 큰 입자상 물질 처리에만 이루어진다는 단점이 있다. 그러나 가연성, 폭발성 먼지를 처리할 수 있고 단일장치에서 가스흡수와 분진포집이 동시에 가능한 것이 장점이다.

3. 전기집진장치 (Electrostatic precipitators)

장치를 통과하는 가스의 흐름을 최소한으로 방해하는 정도로 유도 된 정전기 전하의 힘을 사용해 흐르는 가스에서 먼지 및 연기와 같은 미세 입자를 제거하는 여과 장치. 최근에 이용이 증가하고 있는 장치로,  유입공기의 이온화, 오염물질의 대전, 이동, 오염물 포집, 부착물제거 및 청정가스 배출의 과정으로 구성된다. 집진 전극판에 부착된 먼지 입자는 물리적 충격을 주어 분리하며 입경이 0.05μm인 미세먼지 즉 PM0.05까지 제거 가능하다. 
미세입자에 대한 집진효율이 높고 낮은 압력손실로 대량가스처리가 가능한 것이 특징이다. 또한 광범위한 운도범위에서 설계가 가능하고 흐르는 유체 매체에 직접 에너지를 공급하는 습식 세정기와는 달리, 전기집진장치는 수집되는 입자상 물질에만 에너지를 적용하므로 에너지 소비에서 매우 효율적이다.

4. 전기 집진 장치 관련 최신 기술 – 무필터 제거장치

전기집진 장치의 필터는 현재 세라믹이나 금속 섬유 등을 불규칙적으로 배열해 만들고 있다. 그러나 처리 효율을 유지하기 위해서는 매년 10만원 가량인 HEPA필터를 교체해야하는 경제적 부담이 있다. 이에 따라 무필터로 PM 2.5를 제거할 수 있는 기술이 연구되고 있다. 
미래창조과학부의 '초미세먼지 피해저감 사업단' 에서 물과 관성의 법칙을 이용한 ‘무필터’ 초미세먼지 정화장치를 연구하고 있다. 이 방식은 입자를 키우는 것이 핵심으로 물을 이용해 초미세먼지 입자를 키운 뒤(응축성장) ‘관성충돌’을 통해 제거판에 집진하는 것이 목표이다. 관성충돌을 하면 매개체 흐름에 따라 움직이는 입자가 관성 때문에 곡선의 유선을 쫓아가지 못하고 매개체 표면에서 벗어나게 된다. 이 때 초미세먼지의 경우 매개체 흐름에 상관없이 불규칙하게 움직이는 '브라운 운동'을 하기 때문에 관성충돌 제거방식이 불가능한데, 입자를 키워 이 방식을 적용하는 것이다. 아울러 지금처럼 초미세먼지 전체농도만 파악하는 게 아니라 세부 화학성분까지 알 수 있는 기술이 개발 단계에 있다

기술 로드맵

내용

특허조사

내용

특허전략

내용

◆ 기존에 출원되었던 특허자료와 거절된 특허를 조사하여 주요 타겟 기술 (도류벽, 살수장치, 분진흡입장치 등)의 특허 DB를 구축한다.
◆ 본 설계에는 건설현장의 물에 흡착된 비산먼지를 처리하기 위해 도류벽을 사용 한다는 것이 최근 특허들과의 큰 차이점이다. 물을 재이용한다는 점을 장점으로 하여 추후 이를 극대화할 수 있는 방안을 모색한다.
◆ 도류벽을 통한 저감 효과를 더 높일 수 있는 설계를 하여 기존의 방법과 더욱 차별화를 하고 이외에도 새롭게 고려할 것이 있는지 연구한다.
◆ 건설재의 성분에 따라 미세먼지 성분이 변하므로 미세먼지가 함유된 폐수  전처리 과정을 설계할 때 각 현장의 특성에 맞게 제시할 수 있게 한다.

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

내용

마케팅 전략

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◆ 소형화

 본 설계에서는 장치의 소형화와 조립식화를 고려하고 있다. 소형화를 위해 흡입력과 내부 장치에 대한 더 세밀한 설계가 요구될 것으로 생각된다. 또한 건설 현장 규모에 맞는 설계가 필요할 것으로 보인다. 소형화를 통해 설치와 이동 편의성을 확보할 수 있을 것이고 기존 건설현장 대비 소형화된 설비 도입으로 경제성을 높이려고 한다.

◆ 고효율 달성

 단순 살수의 효율은 50%에 불과하지만 본 설계 장치에 사용될 미분사식 살수는 75%의 효율을 갖는다. 또 단순 먼지 침강에 그치지 않고 미세먼지를 함유한 물 입자를 흡수 후 집진 장치를 이용해 먼지를 분리하여 재비산을 방지할 것이다. 이에 우리는 90% 이상의 저감효율을 달성하는 것이 목표로 하고 있다.

◆ 부수적 효과

 살수와 흡입의 복합적인 방법을 동원한 비산먼지 장치에 대한 연구개발 참고자료로 쓰일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 공사장 내의 공기 흐름을 파이썬을 이용해 가우시안 플룸 모델로 파악하는 것을 추가로 이용하면 건설 현장 내 설치 장소의 최적화도 진행 할 수 있을 것으로 생각된다.

경제적 및 사회적 파급효과

B/C 분석 결과 값이 3.5정도로 비용대비 편익이 클 것으로 예상되어 경제적인 효과가 있을 것으로 기대된다. 공사장 근로자 분들의 근무환경 개선 및 주변 시민들이 쾌적한 생활에 도움을 주며 이전에 비해 민원 발생률이 감소할 수 있을 것이다. 주변 거주민 및 시민들의 비산먼지 및 유해물질의 직접적인 호흡기 유입을 차단함으로써 시민의 건강을 유지하는데 기여할 수 있을 것이다.

구성원 및 추진체계

◆ 과제 업무 분장 계획

◆ 과제 수행 일정 계획

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

조립도

내용

조립순서

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부품도

내용

제어부 및 회로설계

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소프트웨어 설계

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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

1. 환경부(2017), 비산먼지 관리 선진화 방안연구
2. 환경부(2017),미세먼지 관리 종합대책
3. 씨엔에이기업 집진기술 (2011.09.15.)
4. 미세먼지 관리 기술 동향 (국가환경정보센터 2016.11.28)
5. 이내현, and 김윤신. "연구노트/대규모 공사시 비산먼지 산정 및 확산분석에 관한 연구." 환경영향평가 9.3 (2000): 249-255.
6. 유희종, et al. "건설현장에서 발생하는 비산먼지의 실태 및 영향에 관한 연구." 한국건축시공학최 논문집 제 4권 (2004): 109.
7. 구자건, 강미연, and 서용칠. "건설사업장의 날림먼지 및 소음 저감 기술 적용사례 비교분석." 한국생태환경건축학회 논문집 9.1 (2009): 55-60.
8. 서영화. "건설현장에서 채취한 미세먼지 (PM 10) 의 분석으로 건설현장 오염원 분류표 작성." 환경관리학회지 19.2 (2013): 67-72.
9. 김동주, et al. "GIS 와 CFD 모델을 활용한 건설 현장 방풍벽 설치가 비산 먼지 확산에 미치는 영향 연구." Korean Journal of Remote Sensing 34.5 (2018):763-775.
10. 여인설, et al. "건설현장 세륜폐수 처리장치의 성능평가." 한국수처리학회지 27.3(2019): 13-19.
11. 고용센터 펑사 적합성 판단기준
12. 건축법 시행령 – 국가법령정보센터
13. 국립환경과학원(2008), 비산먼지 배출량 산정방법 개선 및 도로 재비산먼지 실시간 측정방법 개발 보고서
14. Chow, Judith C., et al. "A laboratory resuspension chamber to measure fugitive dust size distributions and chemical compositions."Atmospheric Environment 28.21 (1994): 3463-3481.
15. Vega, E., et al. "Chemical composition of fugitive dust emitters in Mexico City." Atmospheric Environment 35.23 (2001): 4033-4039.
16. Ho, K. F., et al. "Characterization of PM10 and PM2. 5 source profiles for fugitive dust in Hong Kong." Atmospheric Environment 37.8 (2003): 1023-1032.
17. Environmental, Kalestone. "NSW Coal Mining Benchmarking Study: international best practice measures to prevent or minimize emissions of particulate matter from coal mining." Report to NSW Office of Environment and Heritage (2011).
18. Ghim, Young-Sung. "Proposal for air quality improvement and green growth in the Seoul metropolitan area of the 21st century."Journal of Korean Society for Atmospheric Environment 28.2(2012):109-118.
19. Tawatchi Charinpanitkul. et al. “Deterministic model of open-space dust removal system using water spray nozzle: Effects of polydispersity of water droplet and dust particle“. Separation and Purification Technology 77 (2011): 382–388.
20. Dariusz Prostański. “Use of Air-and-Water Spraying Systems for Improving Dust Control in Mines.” Journal of Sustainable Mining (2013).

관련특허

내용

소프트웨어 프로그램 소스

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