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영은 장
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1 2016 년도한국철도학회추계학술대회논문집 KSR2016A189 산업용전기집진장비에서의오존 (O3) 발생에대한산업기준필요성과저감방안연구 Industry standards for ozone generation in industrial electrostatic precipitator Need & Reducing research 김영수 *, 황준호 **, 유홍수 *, 임형길 *, 김정훈 *, 심재석 *, 최갑봉 * Young-Soo Kim *, Jun-Ho Hwang **, Hong-Soo Yoo * Hyung-Gil Im *, Jung-Hoon Kim *, Jae-Seok Sim *, Gap-Bong Choi * Abstract Increasing social interest in the fine dust (PM10) and ultra-fine dust (PM2.5), the utilization rate is high multiple use facilities of the masses, various reduction measures and measurement techniques have been applied. In particular, the efficiency of the maintenance on air conditioning equipment of the managed facilities at home and abroad of the fine dust is increasing the proportion of high electrostatic precipitator (Electrostatic Precipitator, EP). But, Standardized ozone measurement procedures and accurate management criteria associated with this is an unsatisfactory state. In this paper, to analyze current, mainly being used are part corona (negative corona, following NC) ozone generation status of the system of electrostatic precipitator. Also Attempting to seek a sealed necessity of setting standardized measurement methods and reference values of ozone generated by the use of electrostatic precipitator in space or underground tunnels and effective reduction measures. Keywords : Fine Dust, Electrostatic Precipaitator, Corona, Ozon) 초록미세먼지 (PM10) 와초미세먼지 (PM2.5) 에대한사회적관심이높아지면서대중의이용률이높은다중이용시설에서는다양한저감대책과측정기술이적용되고있다. 특히국내외미세먼지관리대상시설의공조설비에유지관리효율이높은전기집진장비 (Electrostatic Precipitator, EP) 의사용비중이늘어나고있으나, 이에따른표준화된오존측정절차나정확한관리기준이미흡한상태이다. 본논문에서는현재주로사용되고있는부코로나 (negative corona, 이하 NC) 방식의전기집진장비에대한오존발생현황을분석하고, 밀폐된공간혹은지하터널에서의전기집진설비사용으로발생한오존의표준화된측정방법과기준치설정필요성및효율적인저감방안을모색코자한다. 주요어 : 미세먼지, 전기집진, 코로나방전, 오존 1. 서론미세먼지 (PM10) 와초미세먼지 (PM2.5) 저감에관한사회적관심이높아진국내외상황에서전기집진장비 (Electrostatic Precipitator, EP) 의사용비중이늘어나고있는추세이다. 일반적인전기집진방식은코로나방전을이용하여미세먼지입자를음 (-) 또는양 (+) 이온 교신저자 : 건국대학교공과대학기계공학과 (@naver.com) * 서울메트로도시철도연구원, ** 건국대학교공과대학기계공학과

으로하전시킨후집진판에접착시켜습식혹은건식으로입자를포집하고있다. 본논문에서는현재개발하고있는미세먼지제거차량과관련하여적용할수있는부코로나식 (NC) 전기집진기술의오존발생특성을알아보고일부밀폐된공간 ( 지하터널 ) 에서의전기집진설비상용화에따른오존발생에대한산업기준필요성과오존발생저감방안을모색하였다. 2. 본론 2.1

2 으로하전시킨후집진판에접착시켜습식혹은건식으로입자를포집하고있다. 본논문에서는현재개발하고있는미세먼지제거차량과관련하여적용할수있는부코로나식 (NC) 전기집진기술의오존발생특성을알아보고일부밀폐된공간 ( 지하터널 ) 에서의전기집진설비상용화에따른오존발생에대한산업기준필요성과오존발생저감방안을모색하였다. 2. 본론 2.1 전기집진기술과오존 오존의유해성과관리기준오존 (O 3 ) 은산업안전보건법에등재된관리대상유해물질로산화작용을하려는성격이큰기체이다. Ewers 등 [6] 에따르면이러한오존에사람이지속적으로노출되면, 호흡기관의단백질및효소구조를변형시켜호흡기질환악화, 폐용량감소등의위험성이있다. <Table1 오존농도의수준및노출시간별인체에미치는영향 ( 환경부 )> 환경부실내공기질관리기본계획 : 국내외실내오염물질관리기준 (Table 2) 은한국은 1시간평균 0.06~0.08ppm 이하, 미국 EPA(Environmental Pollution Agency) 기준 8시간평균 0.075ppm 이하, ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) 기준 0.05ppm 이하이며, WHO 기준 8시간평균 0.05ppm 이하로규정되어있다. 과거공기청정기등에서발생하는오존문제가대두되면서위에서제시된오존발생기준을만족하기위한국내외연구가많이진행되었으나산업현장에서사용되고있는대용량전기집진장비에서발생하는오존에대한관한연구는미비한상태이다. 다만캘리포니아법규집 94803조에산업용전기집진에대해단지 산업용으로만사용할것, [ 오존방출제품으로건강에유해할수있음 ] 라벨이눈에잘띄도록표시되어있어야한다. 는정도의명문적인규정만존재하고있다.

지하시설환경기준치등을수립하고적용할필요가있다. 2.1.2 산업용전기집진기술과기준치필요성그린피스 (NGO 환경단체 ) 와베이징대학연구팀의연구에따르면매년 25만명이초미세먼지 (PM2.

3 <Table 2. 환경부실내공기질관리기본계획 ( ) 국내외실내오염물질관리기준 > 최근미세먼지를저감하기위해전기집진시설이대중이용시설적용이늘어나면서오존발생에대한현황을정확하게파악하고, 지하터널등환기가잘이루어지지않는공간에서의오존발생량에대한분석을통해측정방법, 지하시설환경기준치등을수립하고적용할필요가있다 산업용전기집진기술과기준치필요성그린피스 (NGO 환경단체 ) 와베이징대학연구팀의연구에따르면매년 25만명이초미세먼지 (PM2.5) 로인해조기사망하는것으로보고하였으며 [7,10], 포스코ICT에서는중국제철소와석탄화력발전소등에산업용 MPS( 마이크로펄스하전 ) 전기집진기를수출하는등 [9] 전기집진방식의미세먼지제거공기청정시장이성장하고있는추세이다 (Table 2) <Table 3. 공기청정기세계및국내시장전망 >\ 국내외산업용전기집진시장의수출경쟁력을강화를위해서는사용환경및위험성을고려한규제및인증제정등으로장비의신뢰성을사전에확보할필요가있다. 전기집진장비의코로나방전에따른오존발생량에대한연구 [2] 에따르면일정전압이상의고전압에서오존의발생량이급격히증가함을알수있다. 현재본연구에서개발하고있는 NC방식을이용한전기집진장비의경우인가전압을최적화시켜미세먼지효율대비오존발생

치를최소화시켰으며, 일반적인대기환경기준치에맞출예정이다. 실제지하철환기실에동등한사양의전기집진기를설치하여측정한오존의평균값 (Table 4) 은 0.043ppm( 전체평균값과차이가큰 1월측정값을제외한 9~12월평균값 ) 으로실내공기질관리기준인 0.06ppm (8시간평균 ) 을넘지않는것으로나타나고있다. <Table4.

4 치를최소화시켰으며, 일반적인대기환경기준치에맞출예정이다. 실제지하철환기실에동등한사양의전기집진기를설치하여측정한오존의평균값 (Table 4) 은 0.043ppm( 전체평균값과차이가큰 1월측정값을제외한 9~12월평균값 ) 으로실내공기질관리기준인 0.06ppm (8시간평균 ) 을넘지않는것으로나타나고있다. <Table4. 지하철환기실내설치된전기집진기공기질측정결과표 > 그러나 WHO 기준과실내공기청정기제품관리기준 (CA 인증기준 ) 인 0.05ppm 에근접하는수치로나타나평균값이아닌측정치의경우에따라서는기준치를초과하는경우가생기게된다. 즉, 대용량설비에적합한측정기준 ( 측정시간, 측정방법, 기준치초과회수, 환기시설이아닌폐쇄공간의경우등의여러가지환경요인 ) 을적용하지않을경우이에따른검증절차가더복잡해져, 신뢰성확보가어려워지므로인증에필요한산업용장비의정확한인증절차수립과기준치정립이필요한것이다. 2.2 지하터널의전기집진기술 터널단면적을고려한오존발생측정현재개발중인터널내전기집진기술을적용한차량을이용할경우여과되는공기의총유량은 ( 이동속도 5km/h, 작업시간 2시간, 풍량 23.4CMS 가정 ) 할경우 168,480 m 3 이다.

식 (1) M V O t ( a) A( x ) Bo (1) Va Ve (M t : 측정, V o : 오존누적치, V a : 총유량, V e : 주변유량, A: 보정계수, B o : 오프셋 ) 2.

5 <Fig 1. 두종류의단선터널모형도 > 전기집진차량의오존발생측정방법은위해당유량의총량을기준으로오존발생누적량의총량대비농도를산출해야하며, 이경우 <Fig 1> 과같이안전도를고려하여오존누적량이가장많은단선터널을기준으로수치를측정해야할것이다. 또, 집진차량의배기부, 운전석, 터널궤도상부에서의집진전후오존발생량을공기의유동에따라비교해석이추가적으로필요하며, 터널내공기의유동은작업구간뿐만아니라주변구간에도영향을끼치므로유효범위를산정하여총량의변수값을선정해야할것으로보인다. 식 (1) M V O t ( a) A( x ) Bo (1) Va Ve (M t : 측정, V o : 오존누적치, V a : 총유량, V e : 주변유량, A: 보정계수, B o : 오프셋 ) 지하터널의오존발생저감방안앞서측정된환기실내전기집진시설의경우측정값의일부가기준치를초과할위험이있어이를저감하기위한추가적인방안을고려해보면, 전기집진기의기준전압을낮추는방법외에도오존의특성을활용한후처리방안을고려해볼수있다. 오존은공기중에서다음과같이분해되어반감기를갖게된다 ( 식 (2), 식 (3)) O 3 + OH - HO O 2 (2) O 3 + HO 2 - OH + O O 2 (3) <Table 5. Half-life of ozone in gas and water at different temperatures - LENNTECH>

6 <Table 5> 에따르면, 공기중에서비교적낮은속도로분해되며, 온도가높을수록분해속도가빨라진다. 전기집진기의저항범위에따른특성은.<Table 6> 과같다.[3] 저항범위 10 4 Ω-cm이하 10 4 Ω-cm ~ Ω-cm Ω-cm 이상 오존상태 집진극재비산 이상적인집진상태 역전리 (Back Corona) 집진율저하 온도범위 150 ~160 이하 160 ~ 이상 집진기전도도증가로분진입자가반도체적물성으로기준상태상태전기비저항증가전기전도도증가 ( 체적전도증가 ) <Table 6. 저항범위와온도에따른전기집진기특성 > 따라서, 공기의온도를높일수있다면, 250 이상의 Baking 과정으로오존의분해속도를 높일수있다. 그러나배터리를이용하는차량의경우, 소모전력의문제로불가능해보여열을 확보할수있는추가장치가필요해보인다. 다른방안으로는오존의용해특성을이용한 방법이있다. 수용성기체인오존은 <Fig 2>, <Fig 3> 과같은용해특성을가진다. <Fig2.Ozone decomposition in different type of water(t=20 C), 1=double-distilled water, 2=distilled water, 3=tap water, 4=groundwater of low hardness, 5=filtered water from Lake Zurich(Switzerland), 6=filtered water from Bodensee(Switzerland)> <Fig3.Effect of the ph on the decay of ozone (T=15 C) > 이같은특성을이용해물의종류 ( 성분 ) 및 ph에따라반감기가변화하므로 [1] 습식전기집진기세정액을이용하거나후처리장치를이용하여배출되는공기에미스트를분무하여발생된오존을줄일수있을것으로보인다. 3. 결론 환기가잘되지않는곳의전기집진장비적용은오존발생에따른위험성이항상존재한다. 따라서, 지하터널, 실내공조내부시설등에산업용전기집진장비를사용할경우그에관한정확한관리기준과규제가필요하다. 이를위해서는운용시간, 시간당오존발생량제한치, 측정방법에대한표준화등실내공기질관리및산업현장에적용가능한구체적인

7 기준치마련이필수적이다. 또한, 일정한공간에서운용시오존의분해속도와필터에서의오존발생속도가같아지는특이점에서의농도에관한기준이마련되어야하며, 작업자가필요할경우연속적인장비사용시간에따른근로기준도수립해야할것이다. 본연구에서진행하는미세먼지집진차량의경우도지하터널집진차량의특성상큰유량의공기가필터를통과하면서발생되는오존의누적절대량이높은편이고, 제한된공기유입으로인해 1차필터링된공기의 2차집진가능성이존재하여전체적인농도상승이발생할수있다. 따라서, 일반적인대기관리기준치에준하는전기집진전압을설정하여개발하고있으며, 앞서고찰해본오존기체의중화방법등을포함하여발생되는오존의후처리를통한저감방안도지속적으로연구할계획이다. 후기 본연구는국토교통부철도기술연구사업의연구비지원 ( 과제번호 : 16RTRP-B , 과제명 : 초미세먼지제거차량시스템개발 ) 에의해수행되었습니다. 참고문헌 [1] LENNTECH BV, Home Library Ozone - Ozone decomposition, , [2] Noh, Kwang-Chul, Young-Ho Lee, and Myung-Do Oh. "Generation Characteristics of Ozone and NO x and Particle Removal in the Electrostatic Precipitators." Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B27.10 (2003): [3] 박성복, 대기오염물질특성및방지시설, 한국환경기술단제 4 회계장기술, pp.112~119. [4] RITCO, 도시철도터널미세먼지제거차량개발 HEPA 필터적용검토, 국토교통부연구개발사업 ( 연구단 ) 나노기술을적용한실시간지하구간오염물질제거기술세부과제 3. [5] 환경부, 실내공기질관리기본계획 ( ), 국내외실내오염물질관리기준 ( 오존, 미세먼지 ), pp 15~16. [6] Ewers, U., and D. Nowak. "Health hazards caused by emissions of laser printers and copiers?." GEFAHRSTOFFE REINHALTUNG DER LUFT-GERMAN EDITION (2006): 203. [7] Nawahda, Amin, et al. "Evaluation of premature mortality caused by exposure to PM2. 5 and ozone in East Asia: 2000, 2005, 2020." Water, Air, & Soil Pollution (2012): [8] W. Jeong, S. Jeon Design of a dust intake system for railway vaccuming vehicle, 한국생산제조시스템학회학술발표대회논문집, , [9] 박승혁기자, 포스코 ICT " 미세먼지 OUT" 중국발전소에전기집진기공급, 매일신문, [10] 박승복, 공기청정기, 한국과학기술정보연구원 (KISTI), KISTI 마켓리포트,

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DBPIA-NURIMEDIA 한국소음진동공학회 2015추계학술대회논문집년 Study of Noise Pattern and Psycho-acoustics Characteristic of Household Refrigerator * * ** ** Kyung-Soo Kong, Dae-Sik Shin, Weui-Bong Jeong, Tae-Hoon Kim and Se-Jin Ahn Key Words