미세기포를 이용한 도로 시설물 미세먼지 제거 기술
Particulate Matter Removal Technology of Road Facility Using Ultra Fine Bubble
- 주제(키워드) 미세기포 , 미세먼지 , 도로시설물
- 주제(DDC) 628.5
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 이재영
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 환경안전공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032394
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 현장에서 도로 시설물의 미세먼지 제거 효율을 평가하기 전에 1.5 HP급 30 L/min 규모의 미세기포 발생장치를 제작하였다. 미세기포의 최적의 조건을 산출하기 위해 만족도 함수(Desirability function)를 활용하여 산출한 결과 펌프압력(Pressure) 4.5 bar, 공기량(Airflow rate) 3.3 LPM, 운전시간(Operation time) 2.2분에서 미세기포의 종말상승속도(Terminal rise velocity)가 5.14 cm/min (85.7 ㎛/sec)으로 최적의 조건을 달성하였다. 최종적으로 발생된 미세기포를 레이저 회절/산란법으로 측정한 결과 미세기포의 직경이 2~10 ㎛는 45.8%, 10~25 ㎛는 10.4%, 25~75 ㎛는 40.6%, 75~100 ㎛ 1.9%로 나타났다. 최종 현장평가를 위해 1.5 HP급 30 L/min 규모에서 4 HP급 80 L/min 규모로 확대 제작하였으며, 해당 장비를 활용해 경기도 시흥시의 능곡지하차도 벽면과 지하차도 도로 구조물(보행자 분리대, 콘크리트 구조물)의 미세먼지 제거효율을 평가하였다. 도로 시설물 미세먼지 제거 효율 평가는 정성적 분석과 정량적 분석으로 진행하였다. 정성적 분석은 국제표준기구(ISO 8502-3) 표면 청결도 평가에 따라 타일 표면의 미세기포수 세척 전과 후로 나누어 분석하였으며, 세척 전 타일표면이 ‘Class A’에서 4~5등급을 보였으나 미세기포수 세척 후 1등급으로 평가되었다. ‘Class B’에서 분진 크기 등급은 3~5등급이며 미세기포수 세척 후 0~1등급으로 육안으로 분진이 보이지 않았다. 정량적 분석은 세척작업 전과 세척 후 표면의 흡착된 분진의 무게를 전자식 저울로 각각 측정하여 분진 제거율(%)을 평가하였다. 평가결과 지하차도 타일벽면의 경우 분진 개수는 2,565~3,647 particles/㎖였으며, 무게는 440~850 ㎎으로 나타났으나, 세척 후 분진 개수는 14~29 particles/㎖였으며, 중량은 0~20 ㎎으로 나타났다. 미세기포수를 활용한 타일 벽면의 분진 개수 제거율은 99.57%, 중량 제거율은 91.92%로 산정되었다. 콘크리트 표면의 경우 세척 전 분진 개수는 5,708~9,531 particles/㎖이였으며, 중량은 1,190~1,650 ㎎으로 나타났으나 세척 후에는 분진 개수 20~52 particles/㎖, 중량 90~150 ㎎로 나타났다. 미세기포수를 활용한 콘크리트 표면 분진 개수 제거율은 99.57%, 중량 제거율은 91.92%로 산정되었다.
more초록/요약
In this study, a 1.5 HP level, 30 L/min ultrafine bubble generator was manufactured before evaluating the particulate matter removal efficiency of road facilities in the field. To calculate the optimal conditions for ultra-fine bubbles, the desirability function was utilized. In the condition of pressure 4.5 bar, airflow rate 3.3 LPM, and operation time 2.2minute, the terminal rise velocity reached 5.14 cm/min(85.7 ㎛/sec), achieving the optimal condition. As a result of measuring finally generated ultra-fine bubbles by laser diffraction-scattering method, 45.8% of the diameter of the ultra-fine bubbles was 2~10 ㎛, 10.4% was 25~75 ㎛, 40.6% was 25~75 ㎛, and 1.9% was 75~100 ㎛. For the final on-site evaluation, the ultra-fine bubble generator was expanded from 1.5 HP level, 30L/min to 4HP level, 80L/min, and this equipment was used to evaluate the particulate matter removal efficiency of Neunggok underpass wall and underpass road structures (pedestrian separator, concrete structure) in Siheung-si, Gyeoonggi-do. The evaluation of the particulate matter removal efficiency of road facilities was conducted through qualitative and quantitative analysis. Qualitative analysis was performed by dividing the tile surface before and after washing according to the surface cleanliness evaluation of the International Standard Organization (ISO 8502-3). The tile surface before washing was rated 4 to 5 grade in 'Class A', but after washing, it was rated 1 grade. In 'Class B', the matter size rated 3 to 5 grade, but after ultra-fine bubble washing it rated 0 to 1 grade, and the matter was not visible to the naked eye. For quantitative analysis, the matter removal rate(%) was evaluated by measuring the weight of matter on the surface respectively before and after washing with an electronic scale. The evaluation result showed that the number of the matter on the underpass tile wall was 2,565 to 3,647 particles/㎖ and the weight was 440 to 850 ㎎, but after the washing, the number of the matter was 14~29 particles/㎖ and the weight was 0~20 ㎎. The removal rate of the number of matter on the tile wall using ultra-fine bubble water was calculated to be 99.57%, and the weight removal rate was 91.92%.
more목차
제 1 장 서 론 1
1.1. 연구 배경 및 목적 1
1.2. 연구내용 3
제 2 장 이론적 배경 5
2.1. 미세기포 정의 및 특징 5
2.2. 미세기포의 생성 및 측정법 8
2.2.1. 미세기포 생성방법 8
2.2.2. 미세기포 측정방법 9
2.3. 도로 미세먼지 특성 10
2.3.1. 국내 미세먼지 배출량 10
2.3.2. 도로퇴적물 특성 13
2.4. 선행연구분석 15
2.4.1. 하수종말처리장 15
2.4.2. 반도체 세정 16
2.4.3. 토양정화 16
제 3 장 실험장치 및 방법 17
3.1. 미세기포의 운전조건 최적화 17
3.1.1. 실험장치 및 방법 17
3.1.2. 미세기포의 종말상승속도 19
3.1.3. 반응모델 및 통계분석 20
3.2. 미세기포를 이용한 공용 도로 시설물 미세먼지 제거 효율 평가 22
3.2.1. 실험 장소 및 조건 22
3.2.2. 미세기포 생성 및 세척 장치 23
3.2.3. 미세기포 측정 방법 27
3.2.4. 표면 분진 샘플링 27
3.2.5. 표면 분진 분석 28
제 4 장 결과 및 고찰 31
4.1. 미세기포의 운전조건 최적화 31
4.1.1. 예측모델 수립 및 검증 31
4.1.2. 수정된 최적화 모델식 수립 및 등고선도 37
4.1.3. 최적조건 수립 40
4.1.4. 기포 크기 측정 41
4.2. 미세기포를 이용한 공용 도로 시설물 미세먼지 제거 효율 평가 44
4.2.1. 미세기포 측정 결과 44
4.2.2. 미세먼지(PM10) 측정 결과 45
4.2.3. 표면 분진 측정 결과 46
제 5 장 결 론 51
제 6 장 참고문헌 53
