식물의 흡수를 통한 공기오염물질 제거는 생육 상태에 따라 그 효과가 달라진다. 실내에서 토양수분의 공급은 식물의 생 육을 위한 기본적인 관리 사항이다. 따라서 본 연구는 토양수 분함량에 따른 생리적 반응이 가스상 공기오염물질인 톨루엔 저감에 미치는 영향을 구명하고, 최적의 생육과 공기 정화 효 과를 위한 적정 토양수분함량을 찾고자 수행하였다. 이를 위 해 스파티필름과 파키라를 사용하여 40일 동안의 평균 토양 수분함량을 25%, 20%, 15%, 10%로 처리한 후 양자수율, 광 합성률, 기공전도도, 증산량 등 생리적 지수와 엽면적당 톨루 엔 저감량을 측정하였다. 그 결과 스파티필름은 토양수분함량 을 20~25%로 관리할 때 생육이 양호하고 최적의 톨루엔 저 감 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 10% 이하 건조에 대한 주의가 요구된다. 반면 파키라는 토양수분함량 20% 이 하 처리구에서 톨루엔 저감량이 증가하였으나 10% 처리구에 서 생장량이 저하될 가능성이 있으므로, 공기 정화와 생육을 위한 최적 토양수분함량은 15~20% 범위이며, 25% 이상으로 장기간 유지하는 것은 과습을 유발할 가능성이 있는 것으로 판단된다.

본 연구는 스파티필름의 수분 스트레스 정도에 따라 실내 공간 내 오염물질 제거 효율을 구명하고자 수행하였다. 식물이 없는 공간을 대조구, 정상적인 스파티필름과 수분 스트레스를 받은 스파티필름을 각각의 처리구로 하였다. 스파티필름의 수분 스트레스 유무에 따른 chamber 내 온도를 조사한 결과 대조구와 처리구 모두 식물의 생육 적정 범위인 23±1℃를 유지하였으며, 처리 간의 0.7℃의 차이를 보였다. 습도의 경우 대조구와 처리구는 유의차 있게 나타났으며, 처리 간의 유의 차는 없는 것으로 나타났다. 수분 스트레스에 따른 실내 오염 물질을 조사한 결과, 포름알데히드(Formaldehyde) 경우 대조구는 0.30mg･m-3, 정상적인 스파티필름은 0.05mg･m-3 , 수분 스트레스를 받은 스파티필름은 0.09mg･m-3으로 대조구와 처리구는 통계적으로 유의차를 보였으며, 식물 내 수분 스트레스에 따른 처리구간에는 유의차가 없었다. TVOC(Total Volatile Organic Compound)조사 결과, 정상적인 스파티필름의 TVOC는 5시간 후 0.00mg･m-3 으로 모두 제거 된 반면, 수분 스트레스를 받은 스파티필름은 0.34mg･m-3으로 다소 남아 있었으며, 대조구는 1.25mg･m-3으로 세 처리 모두 통계적으로 유의차 있게 나타났다. 또한 이산화탄소 변화량 조사결과, 대조구는 459ppm, 정상 스파티필름은 446ppm으로 통계적으로 유의한 차이는 없으며, 수분 스트레스를 받은 스파티 필름이 대조구보다 이산화탄소 함량이 다소 높았다. 기공변화율 조사 결과, 정상 스파티필름의 변화율은 높게 나타났으며, 수분 스트레스를 받은 스파티필름은 변화율이 낮은 것으로 조사되었다. 따라서, 스파티필름이 배치되어있지 않은 공간보다 배치된 공간이 공기정화에 효과적이며, 수분 스트레스를 받은 스파티필름은 실내오염물질 제거에 있어서 기공 변화율 및 이산화탄소 흡수능력이 저하되므로 스파티필름을 이용하여 효과적으로 실내오염물질을 제거하기 위해서는 적절한 수분 관리가 필요한 것으로 판단된다.

이소프로필알코올/물 혼합물은 가교된 폴리비닐알코올 복합막을 이용하여 투과특성평을 알아보았다. 검화도가 다 른 3종 PVA를 이용하여 고분자의 농도와 GA 농도에 따라서 투과특성을 확인하였다. 복합막은 PVA 용액을 PAN 지지체 위에 캐스팅한 후, 열가교를 통해 제조하였다. PVA 농도가 증가할수록 투과도는 감소하지만 선택도는 증가하는 것을 확인하였다. PVA-3이 7 wt% 농도로 코팅된 복합막에서 209 g/m2h의 투과도를 가지고, 100 이상의 선택도를 가지는 것을 확인하였다. 침지형 분리막을 제조하여 feed tank 온도와 feed 용액의 IPA 농도에 따라서 투과실험을 확인하였다. 또한 IPA 수용액에 농축실험을 지속적으로 한 결과, 60시간 후에 IPA의 농도가 99%까지 증가하는 것을 확인하였다.

수분을 포함한 압축공기는 공압 시스템에서 부식과 관석 등의 여러가지 문 제를 유발하기 때문에 기상 내의 수분을 효율적으로 제거하기 위한 다양한 기술이 개발되어오고 있다. 특히, 분리막을 이용한 제습 방법은 에너지 소비가 작 고, 장치를 소형화할 수 있다는 장점으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 제습용 중공사막을 상전이 방적법으로 제조하고, 친수성 또는 소수성으로 표면 개질하였다. 선택도와 투과도 향상을 위하여 기공 구조를 제어하였으며, SEM, 기체 투 과도, 접촉각 측정 등으로 중공사막의 특성을 분석하였다. 또한, 분리막을 모듈 화하여 제습 실험을 수행하였으며, 여러 운전 조건에서의 특성을 확인하였다.

멤브레인 드라이어는 일부의 공기와 수증기만을 상변화 없이 회수하는 기술로서 건조공정에 적용할 경우 타 제습기술 대비하여 폐열회수율을 높이고 에너지 사용율을 저감할 수 있는 기술이다. 멤브레인 드라이어의 성능은 기체분리막 의 특징에 따라 크게 달라지는데, 기체분리막은 선택도와 투과도에 Trade-off관 계가 있어 선택도가 높아지면 투과도가 낮아진다. 따라서 본 연구에서는 건조공 정에 멤브레인 드라이어를 적용하기 위한 기초 테스트로 선택도가 다른 2종의 막을 선정하여 멤브레인 드라이어의 성능을 관찰하였다. 그 결과, 선택도가 높 은 기체분리막을 사용한 경우 에어 회수율은 증가하였지만 수분제거 성능은 하락하였다. 따라서 건조공정에 적용하기 위해선 적절한 선택도를 가진 기체분리 막을 선택해야 한다.

본 연구에서는 복합 중공사 막을 이용하여 가스 중 수분(water vapor)의 제거에 관한 연구를 수행하였다. 막 소 재로는 PEI (Polyetherimide)를 사용하였고 건/습식 상전이 법을 이용하여 중공사 형태로 제조한 후, 표면에 PEBAX (Polyether block amides) 3533또는 PEBAX1657를 코팅하여 복합 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사 막에 대한 SEM 관찰을 통하 여 외부 표면에 치밀한 선택층과 망상구조의 하부로 이루어진 비대칭 구조임을 확인하였다. 막의 수분 투과특성을 확인하기 위하여 수분활성도(Water activity), 온도와 압력 변화에 따른 수분과 N2의 투과도를 측정하였다. PEBAX3533을 코팅한 복합 중공사 막의 수분 투과도는 운전 조건에 따라 385.6∼727.3 GPU, 수분/N2 선택도는 61.7∼118.5의 값을 나타내었다. PEBAX1657 코팅의 경우, 수분 투과도는 204.1∼562.1 GPU, 수분/N2 선택도는 85.3∼175.4의 값을 나타내었다. 막의 수분 제거율은 PEBAX3533 코팅한 경우에 90%를 나타내었다.

폐기물의 높은 수분함량은 폐기물 에너지화에 있어 효율을 저해시키는 주된 요인이다. 기계적･생물학적 처리(Mechanical Biological Treatment, MBT)는 생분해성 폐기물의 매립량을 줄이고, 고형연료 생산을 통한 에너지회수를 위해 적용된 기술이다. 최근에는 고품질의 고형연료를 생산하고자 MBT 시설에서 생물학적 처리공정으로 Bio-drying 공정을 적용하고 있다. 본 연구에서는 현재 가동중인 기계적 선별공정 중심의 생활폐기물 고형연료화 시설에서 배출되는 선별 잔재물을 대상으로 Bio-drying이 진행되는 과정에서의 수분제거 특성을 파악하였다. 또한, 특정 범위(45~50℃)로 배출가스의 온도가 유지될 수 있도록 송풍량 자동제어 방식을 적용하였으며, 단일방향의 공기공급에서 기인되는 수분함량의 불균질 분포를 해소하기 위해 송풍방향의 전환을 실시하였다. 2주 동안의 Bio-drying을 통해 폐기물의 40.3%이 감량되었으며, 초기 수분중량 대비 79.4%의 수분이 제거(건조)되었음을 확인하였고, Bio-drying 전/후 폐기물의 수분함량은 각각 43.0 및 14.8%로 분석되었다. Bio-drying 공정에서의 water balance 수립을 통해 송풍방향 전환시점에서의 평균 수분함량이 19.8%로 추정된 반면, 폐기물 상층의 수분함량은 39.0%로 분석되었다. 송풍방향의 전환 이후 실험종료 시점에서의 폐기물 상/중/하층의 수분함량은 각각 23.1, 13.3 및 16.0%로 분석되어, 송풍방향의 전환을 통해 폐기물 상층 수분함량의 효과적인 감소와 수분함량의 균질 분포가 유도될 수 있음을 확인하였다. 또한, 송풍량 자동제어 방식의 적용을 통해 배출가스 온도의 상승 및 하강 시점에서의 송풍량 증가 및 감소에 의해 배출가스의 온도가 특정 범위 내에 존재할 수 있었음을 확인하였으며, 송풍량의 변화가 수분 제거속도를 상승시키는 요인으로 작용한 것으로 분석되었다.