한국광물학회 2000년도 제13회 한국광물학회 추계학술답사 및 벤토나이트 주제 학술발표 논문집
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pp.31-42
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2000
1. 선진국의 경우 한 사업체에서 광산-가공산업체-연구소를 운영하는 시스템으로서 제품규제부터 시작하여 계속적인 용도개발이 가능하다. 2. 한국의 벤토나이트 광업 및 가공산업체의 현황이 일본의 5분의 1규모이며 년간 생산량 및 수요량이 100,000톤 규모로서 세계 15위권에 해당된다. 3. 벤토나이트 광업의 영세화로 효율적이고 장기적인 개발이 되지 못한다. 4. 광량의 고갈 및 개발 침체로 수입량이 증대되고 있다. 5. 새로운 용도개발이 요구된다. 특히 최근 증대되는 cat litter용, 흡착제용등 우선 개발이 용이한 용도개발을 추진해야 하며 다음으로 방사성 폐기물 처분장 liner 및 brick용, 폐수처리용 유기-벤토나이트, 쓰레기매립장 liner용과 화장품용등의 부가가치를 향상시킬 수 있는 용도개발이 시급하다고 본다.
폐수처리장치등의 발효조와 매립지등에서 발생하는 biogas는 CO$_2$와 CH$_4$를 주성분으로 하여 $H_2S$, 할로겐화합물, 방향족화합물 등을 포함하고 있으므로 이들 성분들로 인한 환경오염의 방지와 함께, $CH_4$를 가스터빈에 의하여 전력을 생산하거나 천연가스에 상당하는 경제성있는 에너지원으로 변환시키기 위하여 분리, 정제 공정이 필요하다. 본 연구에서는 biogas의 주성분을 이루는 CO$_2$와 CH$_4$를 상용 Cellulose Acetate 막을 이용하여 분리함에 있어서 분리효과에 대한 두 기체와 막 사이의 상호영향을 알아보고자 하였다.
환경부에서는 에코스마트 상수도 기술, 하 폐수 고도처리기술, 폐금속 유용자원 재활용 기술, 친환경자동차 기술 등 수출 전략형 및 상용화를 위한 4대 글로벌 탑 기술개발사업단 및 Non-$CO_2$ 온실가스 저감기술개발사업단을 발족하였으며, 2014년에는 센서 기술과 ICT 기술을 접목한 원격측정제어 시스템을 개발하여 환경측정기기의 국산화율을 높이고 관련 산업의 경쟁력제고를 위하여 원격 측정제어기술개발 사업단을 발족할 계획이다.
냉간압연유는 종래보다 극심한 압연하중 및 압연속도 조건하에서도 Roll과 압연강판간의 균일한 윤활피막을 형성시켜 Heat Scratch를 방지시키고, 여러가지 종류의 압연기 특성과 압연조건에 맞는 윤활 및 마찰상태를 부여시켜 안정된 조업을 유지시켜야 한다. 또한 최근 우리나라뿐만 아니라 국제적인 환경 추세에 부응하여 기본적인 압연윤활성 및 마찰특성이외에 작업환경 개선(Mill Clean화, 폐수처리용이성, 생분해성), 보다 우수한 강판표면 품질(Oil Stain, 이물 Mark, 광택성 등)을 생산할 수 있는 특성을 나타내어야 한다. 본 보에서는 이와같은 철강용 냉간압연유의 전반적인 동향에 대해 기술코져 한다.
대기 중에는 $CO_2$, CH$_4$ 및 $H_2O$$_2$ 등 온실효과를 일으키는 가스가 포함되어 있고, 이들은 지구의 기온을 일정 수준으로 유지시켜 줌으로써 인간가 동식물에게 살기 좋은 환경을 제공한다. 그러나 산업 혁명 이후 화석 연료 및 화학 물질 사용 증가에 따라 $CO_2$, NOx 및 CFC, VOC 등의 온실가스는 다양한 경로를 통하여 대기 중으로 배출되고 이것은 지구 온난화의 원인이 되고 있다.(중략)
지구온난화현상은 1980년대 들어서 급격한 기후의 변화와 이상난동 등의 기상이변이 발생하면서 세계적인 관심사로 대두되었다 전 지구적으로 온실가스의 배출량은 증가하고 있어, 이를 대처하기 위하여 1992년 브라질 리우에서 개최된 UN환경개발회의에서 기후변화협약을 체결하게 되었고, 특히 1997년 12월에는 일본의 교토에서 개최된 제3차 기후변화협약 당사국총회에서 선진국들은 1990년을 기준으로 2008 - 2012년간 온실가스를 평균 5.2% 감축하도록 하는 교토선언을 결정하였다. (중략)
축산폐수는 축사가 대부분 상수원보다 상류지역에 산재하고 있어 이를 효과적으로 관리하기 어려우나, 연속 회분식 반응기(Sequencing Batch Reactor, SBR)는 장치가 간단하고 경제성이 우수하여 축산폐수처리에서 효율적으로 적용될 수 있다. 본 연구에서는 DO(Dissolved Oxygen)과 ORP(Oxidation-Reduction Potential)을 이용하여 지식기반 고장진단 시스템을 제안하였다. 실시간으로 얻어진 ORP, DO값들을 전처리하여, [ORP], [DO]외에 [ORP DO]합성data와 ORP, DO의 특징벡터의 합에서 얻어진 fusion data의 총 4개의 data set을 이용하여 각각에 대한 진단과 분류성능을 검토하였다. 이 값을 이용하여 FCM (fuzzy C-mean) 클러스터링 한 후, K-PCA과 LDA로 차원축소시켜 특징벡터를 추출하였다. 그리고 Hamming distance로 test data와 특징벡터의 거리를 계산하여 각 class를 F1에서 F8까지 분류하였다. 그 결과 데이터를 그대로 이용하는 것 보다 차분데이터형태로 이용하는 것이 우수했으며 그 중 fusion 데이터의 결과가 다른 것들보다 향상된 결과를 보였다. 그리고 K-PCA와 LDA를 결합한 결과가 다른 방법에 비해 우수한 결과를 보였으며 fusion method를 이용한 최고인식율은 98.02%를 나타내었다.
국내의 백상지 공정은 공정에 투입되는 청수의 양을 줄이면서 동시에 폐수 배출 양을 감 소시키기 위해 많은 노력을 하고 있다. 공정으로 유입되는 청수의 양과 처리된 폐수의 양을 줄이기 위한 방법으로 PDFCpolydisk filter)를 도입하여 백수를 여과하여 showertf sealing 에 재사용하고 있으며 공정수 재활용에 따른 유기 물질과 무기물질의 계 내로의 축적을 방 지하기 위한 효과적인 폐수 처리방법을 모색하고 있다. 일반적으로 청수를 백수로 대체할 경우 공정 백수 내에 TDSCtotal dissolved solid), T TSSCtotal suspended solid), CODCchemical oxygen demand), 전기 전도도와 칼숨 경 도 등이 증가되며 음이온성 저해 물질Canionic trash)이 증가하여 보류 및 지력증강용 첨가제의 효율 을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 마모, 슬라엄, 펠트 막힘 등의 문제를 유발하게 된다고 알려져 있다. 청수를 백수로 대체함에 따라 생기는 이러한 문제를 해결하면서 효율적인 청수 절약 방안 을 세우기 위해서는 무엇보다도 문제를 유발하는 원인 물질의 축적 양을 예측하는 것이 중 요하다고 판단된다. 본 연구는 백상지 공정의 폐쇄화 수준이 높아짐에 따른 공정 백수 내의 유기물질의 축적 현상을 분석하는 것올 목적으로 하였다. 이를 위해 산화전분을 유기물질의 대표하는 물질로 설정하였다. 이는 백상파지와 함께 초지계 내로 유업되는 산화전분은 파지의 4%를 차지할 정도로 유입량이 많을 뿐만 아니라 음이온성을 띄고 있어서 지료에 홉착율이 낮고 양이온성 고분자의 효율을 저해하며 슬라임의 원인이 되기도 하는 물질이기 때문이다. 산화전분의 축적 현상을 분석하기 위하여 pilot 설비 상세 설계도를 참고하여 하루 생산량 이 16 T/D이고 백상파지만이 파지로 유입되는 백상지 생산 공정을 모델로하였으며, 산화전 분의 홉착과 용출 모델을 만들어 상용 시율레이터를 이용하여 시율레이션 프로그램을 작성 하였다. 시률레이션 프로그램에서는 장섬유 미세섬유, 충전제를 지료 구성 성분으로 설정하였고 O Orccotoma 등이 사용한 일과 보류도 모델을 응용하여 보류도 모델올 만들었다. 산화전분은 백상파지에 포함된 형태로만 초지계 내로 유입되며 백상파지가 해리되는 과정에서 완전히 백수에 용출되었다가 지료 구성 성분에 홉착되는 것으로 가정하였다. 지료 홉착된 산화전분 의 양은 용존 산화전분 총량에 비례하는 것으로 가정하였으며, 이 때 이 비례상수를 전분 홉착율이라 정의하였다. 시율레이션 결과, 공정 폐쇄화가 진행됨에 따라 백수 내의 산화 전분 농도는 증가하게 되 며, 폐쇄화 수준이 높아질수록 백수 내 전분 농도의 증가량은 더 높아졌다. 백수 내의 전분 농도의 증가량은 백상파지 첨가량이 증가할수록, 표면 사이징 양이 증가할수록 커졌다.
본 연구에서는 축산폐수공공처리장내에 설치된 Pilot-scale SBR(유효부피,20㎥)를 이용하여 sub-cycle의 폭기/무산소구간을 최적화하기 위하여 DO를 입력으로 하여 넓은 운전조건에서 적용될 수 있는 퍼지제어기를 개발하고, 또한 부하이상을 신속히 진단하여 유입부하량을 제어할 수 있는 퍼지 시스템 제어기를 개발하였다. DO값을 입력으로 한 퍼지제어기로서 안정성과 연속성에서 우수하였으나 시스템에 따라서 소속함수의 범위를 재조정해야 할 필요가 있다. DO미분값은 변화폭이 큰 지점을 검출함으로써 지연시간(lag time)의 DO값에 관계없이 적용할 수 있는 장점이 있다. 제어기의 적용성과 안정성을 높이기 위해서는 두 가지 제어인자를 동시에 고려할 필요가 있으며 퍼지 소속함수에 대한 입력으로서 DO값과 DO미분값을 적용하였다. 그 결과 폭기구간에서 매우 안정적이고 신속하게 폭기제어지점의 검출을 보여주고 있어 최적화된 제어가 가능함을 보여준다. 현장실험결과 지연시간에서의 DO가 높고 외란이 심한 경우에도 적용될 수 있음을 보여주었다.
전자산업 중 반도체 및 LCD 공장과 같이 폐수에 불소가 다량 함유되어 있는 경우, 불소처리를 위하여 과잉으로 사용되는 소석회에 의하여 처리수의 잔류 칼슘농도가 높으며, 높은 잔류칼슘 농도는 폐수의 재이용 시 일반적으로 채택되는 membrane 공정의 불안정한 운전을 초래하게 된다. 따라서, 전자폐수의 재이용을 위하여 신뢰성 있으며, 경제적인 칼슘제거기술의 개발이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 캐비테이션을 이용한 Hyperkinetic Vortex Crystallization(HVC) 공정을 적용하여 폐수중의 칼슘 이온의 calcification 속도를 촉진하였으며, HVC 공정 적용 시 기존 소다회법에 비하여 동일 약품 주입농도에서 31% 높은 칼슘제거효율을 보였다. 또한, 전자산업 폐수의 재이용을 위한 경제적인 칼슘제거효율인 70%를 달성하기 위한 최적 소다회 주입농도는 유입수 대비 530 mg/L였다. 반응조 내 동질의 반응 핵인 calcite seed 농도가 칼슘제거효율에 큰 영향을 주며, 최대 칼슘제거효율을 달성하기 위한 calcite seed 농도는 $800\sim1,200mg$ SSA이였다. 또한, 소다회 주입에 따른 calcite 발생량은 평균 0.30 g SS/g $Na_2CO_3$였다. HVC 케비테이션 생성장치의 설계 시 HVC 장치 통과횟수를 $2\sim5$회 범위에서 안전율을 고려하여 용량선정을 하여야 한다. HVC 공정을 이용한 연속회분식 운전 결과, 유입수 칼슘농도 변화폭은 $74\sim359$ mg/L(평균 173 mg/L)로 매우 컸던 반면, 처리수 칼슘농도는 $30\sim72$ mg/L(평균 49 mg/L)로 비교적 안정적인 처리효율을 보여주었다. 본 연구결과 HVC 공정은 화학약품 사용량의 절감 및 이에 따른 화학슬러지 발생량의 감소를 기대 할 수 있는 친환경기술로 유지관리비를 최소화할 수 있는 장점이 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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