미세먼지는 먼지 입자의 크기에 따라 일반 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5)로 나뉘어 분류하고 있다. 미세먼지는 심혈관 질환(Cardiovascular disease) 등을 증가시킬 수 있는 위험성을 보유하고 있기 때문에 저감하기 위한 노력이 필요하다. 본 논문에서는 소형선 박용 디젤엔진에 설치될 미세먼지 저감 장치의 콘 형상에 따른 유동 균일도 특성과 압력강하에 미치는 영향에 대해서 수치해석을 통하여 조사하였다. 사례별로 유동 균일도 및 압력강하는 상용해석 코드인 AVL社의 FIRE-M을 이용하여 분석하였으며, 콘 형상에 따른 두 가지 모드에 대하여 비교분석 하였다. 콘 형상 변경에 의해 압력분포가 개선되었으며, 특히 소형선박에서는 유의미한 결과라고 분석되어 진다.

연근해 소형선박의 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)의 배출 저감은 강화되는 해양환경 규제 대응을 위해 필수적이다. 본 연 구에서는 총톤수 21톤, 정격출력 367 kW(@1,800 rpm)의 고속디젤엔진을 장착한 연근해 소형선박에 배출저감설비(DPF+SCR)를 적용하여 해상실증 시험을 수행하였다. 가스상물질은 NOx Technical Code와 ISO 8178 기준을 준용한 장비를 사용하였으며 입자상물질(매연)은 국제 해사기구(IMO)에서 논의 중인 블랙카본 측정 방법 중 스모크미터를 이용하여 측정하였다. 황 함유량 0.03%S 이하 연료를 사용하여 20일 간 실제 운항 데이터를 모니터링하고, 모니터링 전·후 시험조건에 따라 1, 2차 성능시험을 수행하였다. 시험결과, NOx 저감효율은 62.0~97.8%, PM 저감효율은 93.0~97.4%를 나타냈으며, 배압은 60mbar 이하를 유지하였다. 운항 조건을 고려한 최적 저감효율은 70~80%이 며, 요소수 탱크 용량은 연료 저장 탱크 용량 대비 최소 4% 이상 요구된다. 본 연구는 연근해 소형선박의 NOx와 PM 동시 저감을 위한 배 출저감설비(DPF+SCR) 적용 가능성을 확인하였다.

도로에서 발생하는 대기오염의 주요 원인은 자동차 등의 연료연소로 인해 발생하는 미세먼지(PM), 질소산화물(NOX), 황산화물(SOX), 암모니아(NH3), 오존(O3) 등이며, 특히 미세먼지와 질소산화물은 도로를 이용하는 운전자와 보행자의 건강에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 버스정류장에 설치되는 미세먼지 저감시설의 미세먼지 저감효과를 분석하기 위하여 미세먼지 저 감능력을 실증할 수 있는 실대형 미세먼지 실증인프라와 실규모의 버스정류장을 이용하였다. 미세먼지 실증인프라에서 미세먼지 저감 시설이 설치되는 실험군(2곳)과 미설치되는 대조군(1곳)을 대상으로 미세먼지(PM10) 발생농도를 측정하였으며, 미세먼지 저감시설의 미 세먼지 저감효과를 분석하기 위하여 미세먼지(PM10)의 발생확률과 확률밀도함수를 산정할 수 있는 통계학적 방법인 Anderson-Darling 테스트(AD 테스트)를 이용하여 분석하였다. 미세먼지 저감시설의 미세먼지 저감효과는 대기질지수(AQI)의 기준을 준용하여 실험군ㆍ 대조군의 미세먼지 농도발생확률을 비교하여 정량적ㆍ정성적으로 분석하였다. 미세먼지(PM10) 농도발생확률 산정결과, AQI ‘보통’의 경우, 실험군 측정지점 1, 2와 대조군의 농도발생확률은 각각 77.24%, 63.26%, 0.00%로 대조군에 비해 실험군의 측정지점 1, 2에서 높 게 나타났으며, AQI ‘나쁨’의 경우, 실험군 측정지점 1, 2와 대조군의 농도발생확률은 각각 21.70%, 35.09%, 100.00%로 나타나 실험군 내의 미세먼지(PM10) 발생농도가 대조군과 비교해 개선되는 것으로 분석되었으며, 대조군 내부의 미세먼지 농도의 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. 일반적으로 미세먼지를 측정하는 방식인 중량법과 베타선법을 통한 미세먼지 저감효과 분석방법은 시간당 평균으로 측정한 미세먼지 농도만 비교 가능하므로 정성적인 효과분석이 미비해 본 연구를 통해 소개한 통계학적 방법이 정량적 분석 뿐만 아 니라 정성적 분석에도 효과적일 것으로 기대하고 있다.

In this study, hybrid devices were developed to simultaneously remove odor and particulate matter (PM) emitted during meat grilling, and their performance was evaluated. A ceramic filter system and surfactant microbubble plasma system were used to reduce particulate matter. For odor reduction, an electro-oxidation system, an ozone-active catalytic oxidation system, and a multi-adsorption filter system were used. By combining the above particulate matter reduction and odor reduction devices, the reduction efficiency of odor and particulate matter generated during meat grilling was analyzed. As a result, most of the six combined device conditions showed a reduction efficiency of more than 90% for particulate matter. The combined odor also showed a high reduction efficiency of less than 200 times the emission concentration standard. This study also evaluated 22 types of odorous substances, of which ammonia (NH3) and hydrogen sulfide (H2S) showed removal efficiencies of more than 99%. Therefore, it is expected that the combination of these technologies can be used and applied directly to the sites where meat grilling restaurants are located to effectively contribute to the simultaneous reduction of particulate matter and odor.

선박용 엔진에서 배출되는 배기가스에는 다량의 수분과 미세먼지를 포함하고 있다. 미세먼지에는 여과성 미세먼지와 배기 배 출 후 액상으로 변화하는 응축성 미세먼지가 포함되어 있으며 배출 전에 걸러지는 고체상 미세먼지보다 응축성 미세먼지가 더 많은 것으 로 보고되고 있다. 본 연구에서는 배기가스의 배기열과 수분을 회수하고 응축성 미세먼지를 제거하기 위한 실험장치를 실험실 내의 가스 보일러 배기가스를 이용하여 테스트 하였다. 배기가스는 1차적으로 냉각방식으로 수분과 응축성 미세먼지가 제거되고 2차적으로 흡수제 방식에 의해 추가적으로 수분이 제거되었다. 상대습도 측정에 의한 배기가스 수분 제거율을 계산하면 1단계 배기냉각 방식으로 73%, 2단 계 흡수제 방식으로 90% 제거되는 것으로 측정되었다. 이 과정에서 응축성 미세먼지는 80~90% 제거되는 것으로 측정되었다. 개발 시스템 에 의해 회수된 열은 공정열로 활용할 수 있으며, 회수된 물은 수처리 과정을 통해 공정수로 활용할 수 있다. 또한 현재 관리 규제가 되고 있지 않지만 미세먼지의 주요 원인인 응축성 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다.

This study is to investigate the effect of material for GPF on the PM reduction characteristics before the improvement of filter efficiency in GPF. The material of GPF was changed to ceramic and metal. The ceramic material was applied to SiC, and the metal materials were employed to STS 310s, STS 316s, and STS 410s. The number of honeycomb and wall thickness were set to 200CPSI, 0.3987mm, respectively. The inlet mass flow was fixed at 0.00695kg/s. The inlet air temperature was changed from 500K(0s∼350s) to 1000K(400s∼900s). It was found that the differences in loading amount according to the GPF materials were difficult to observe because the pore density and porosity were set to be the same to affect only the mechanical properties. STS 310s with the highest temperature value had the fastest regeneration time. However, as time goes on, SiC had the highest regeneration rate characteristics. The reason is that the high-temperature region in the GPF by the high-temperature exhaust gas was rapidly transferred toward the outlet due to the high thermal conductivity of SiC.

PURPOSES : High concentrations of particulate matter (PM) are emitted or generated from vehicle emissions in urban roads with dense transient populations. To reduce the effect of PM emission on bus stop users at roadsides, a plan to reduce PM emitted from the roadside must be devised. In this study, an atmospheric environment at a roadside is simulated in a large-scale environment chamber, and a test for reducing PM around the bus stop is conducted by installing a bus stop adapted to a PM reduction system. METHODS : Exhaust gas is injected into the experimental and reference chambers using diesel and gasoline vehicles for roadside airquality simulations. The two vehicles are operated in an idle state without an acceleration operation to emit exhaust gas uniformly, and the initial conditions are achieved by injecting car emissions for approximately 40 min. The initial condition is set to 1 ppm of NOx concentration in the environment chamber. Between the two environment chambers, a bus stop adapted to the PM reduction system is installed in the experimental chamber to conduct a PM reduction experiment pertaining to the air quality around the roadside. The experimental progress is set as the start time of the experiment based on the time at which the initial conditions are achieved; simultaneously, the PM reduction system in the experimental chamber is operated. After the simulation is commenced, the PM concentration, which changes over time, is measured using a high-resolution time-of-flight aerosol mass spectrometer (HR-ToF-AMS) without additional injection of car emissions or pollutants. The HR-ToF-AMS measures the chemical composition of non-refractory PM1.0 (NR-PM1.0) in real time. RESULTS : The NR-PM1.0 compound (organic aerosol (OA), NO3 -, SO4 2-) increases by 160% compared with the simulated initial concentration up to T90min in both environmental chambers; this is speculated to be due to secondary formation. The reference chamber indicates a slight decrease or a steady-state after T90min, whereas the experimental chamber indicates a gradually decrease as the experiment progresses. The bus stop adapted to the PM reduction system reduces the amount of black carbon in the experimental chamber by 37% at 200 min. This implies that the PM emitted from the roadside is filtered via the PM reduction system installed at the bus stop, and cleaner air quality can be provided to passengers. CONCLUSIONS : The PM reduction system evaluated in this study can be detached from and attached to the outdoor billboard of a bus stop. Since it adopts air filtration technology that uses a high-efficiency particulate air filter, it can be maintained and managed easily. In addition, it can provide an atmospheric environment with reduced PM emission to passengers as well as provide a better air-quality condition to passengers waiting for public transportation near roadsides.

본 연구에서는 강화되는 황산화물 및 입자상물질의 배출규제를 만족시키기 위한 후처리장치로 습식전기집진기에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 실험을 위해 선박용 중유(HFO, 황함유량 약 2.1%)를 연료로 사용하는 선박용 4행정 디젤엔진(STX-MAN B&W)을 활용 하였으며, 연돌에 설치된 습식전기집진기 입/출구에서 측정을 실시하였다. 미세먼지 측정을 위해서는 광학식 계측기(OPA-102) 및 중량농 도측정방식(Method 5 Isokinetic Train)을 이용하였으며, 황산화물 계측을 위해서는 FT-IR(DX-4000)을 사용하였다. 엔진부하는 50%, 75%, 100%로 변화시키면서 실험을 실시하였다. 실험 결과로, 엔진부하가 50%에서 100%로 변화함에 따라 미세먼지 저감 효율은 모든 부하 조건에서 94~98% 정도의 높은 저감 효율을 나타내었다. 추가적으로 습식전기집진기 퀜칭존에서 배기가스의 온도를 낮추는 과정 중 세정액에 의한 이산화황(SO2) 저감을 확인할 수 있었으며, 저감율은 엔진부하에 따라 55%~81%로 확인되었다.

도심 교통섬과 도시숲 내부에서 미세먼지 농도와 영향 인자를 조사하여 숲의 미세먼지 효과를 분석하였다. 서울시 동대문구 홍릉시험림(도시숲)과 동대문구 청량리역 교차로에 조성된 숲(교통섬)에서 미세먼지 농도를 2018년 1월부터 11월까지 광산란법 기기를 적용하여 측정하였다. 연구 기간 동안 도시숲과 교통섬의 PM10 평균농도는 12.5 ㎍/㎥, 15.7 ㎍/㎥으로 나타났으며, PM2.5의 평균농도는 6.6 ㎍/㎥, 6.9 ㎍/㎥으로 나타났다. 환경부 도시대기 측정망과 도시숲 의 농도를 비교해본 결과, PM10의 저감율은 도시숲에서 66.9±28.6%, 교통섬에서 58.6±44.1%로 나타났고, PM2.5의 경우 71.3±23.0%, 64.9±31.3%로 각각 나타났다. 미세먼지 저감율의 차이는 도시숲의 규모와 구조의 차이와 관련이 있을 것이며, 풍속은 저감 요인으로 판단된다.

PURPOSES : NOx is a particle matter precursor that is harmful to humans. Various methods of removing NOx from the air have been developed. TiO2 and activated carbon are particularly useful materials for removing NOx, and the method is known as particulate matter precursor reduction. The removal of NOx using TiO2 requires sunlight for the photocatalytic reaction, whereas activated carbon absorbs NOx particles into its pores after contact with the atmosphere. The purpose of this study is to evaluate the NOx removal efficiency of TiO2 and activated carbon applied to concrete surfaces using the penetration method. METHODS : Surface penetration agents, such as silane-siloxane and silicate, were used. Photocatalyst TiO2 and adsorbent activated carbons were selected as the materials for NOx removal. TiO2 used in this study was formed by crystal structures of anatase and rutile, and plant-type and coal-type materials were used for the activated carbon. Each surface penetration agent was mixed with each particulate matter sealer at a concentration ratio of 8:2, and the mixtures were sprayed onto the surface. The NOx removal efficiency was evaluated using NOx removal efficiency equipment fabricated in compliance with the ISO 22197-1 standard. RESULTS : Anatase TiO2 showed a maximum NOx removal efficiency of 48% when 500 g/m² was applied. However, 500 g/m² of rutile TiO2 showed a NOx removal efficiency of up to 10%. When 700 g/m² of coal-based activated carbon and plant-based activated carbon was used, NOx removal efficiencies of up to 11% and 14%, respectively, were obtained. CONCLUSIONS : Rutile TiO2, a coal-based activated carbon, and plant-based activated carbon have lower NOx removal efficiencies than anatase TiO2. A lower amount of anatase TiO2 (500 g/m²), compared to the other spraying volumes, yielded the most significant NOx removal efficiency under optimal conditions. Therefore, it is recommended that 500 g/m² of anatase TiO2 should be sprayed onto concrete structures to improve the economic and long-term performance of these structures.

PURPOSES: Nitrogen oxide (NOx) is a particulate matter precursor, which is a harmful gas contributing to air pollution and causes acid rain. The approaching methods for NOx removal from the air are the focus of numerous researchers worldwide. Titanium dioxide (TiO2) and activated carbon are particularly useful materials for NOx removal. The mechanism of NOx elimination by using TiO2 requires sunlight for a photocatalytic reaction, while activated carbon absorbs the NOx particle into the pore itself after contact with the atmosphere. The mixing method of these two materials with concrete, coating, and penetration methods on the surface is an alternative method for NOx removal. However, this mixing method is not as efficient as the coating and penetration methods because the TiO2 and the activated carbon inside the concrete cannot come in contact with sunlight and air, respectively. Hence, the coating and penetration methods may be effective solutions for directly exposing these materials to the environment. However, the coating method requires surface pretreatment, such as milling, prior to securing contact, and this may not satisfy economic considerations. Therefore, this study aims to apply TiO2 and activated carbon on the concrete surface by using the penetration method. METHODS : Surface penetrants, namely silane siloxane and silicate, were used in this study. Photocatalyst TiO2 and adsorbent activated carbons were selected. TiO2 was formed by the crystal structures of anatase and rutile, while the activated carbons were plant- and coal-type materials. Each penetrant was mixed with each particulate matter reductant. The mixtures were sprayed on the concrete surface using concentration ratios of 8:2 and 9:1. A scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray equipment was employed to measure the penetration depth of each specimen. The optimum concentration ratio was selected based on the penetration depth. RESULTS: TiO2 and activated carbon were penetrated within 1 mm from the concrete surface. This TiO2 distribution was acceptable because TiO2 and activated carbon locate to where they can directly come in contact with sunlight and air pollutant, respectively. Infiltration to the concrete surface was easily achieved because the concrete voids were bigger than the nanosized TiO2 and microsized activated carbon. The amount of penetration for each particulate matter reductant was measured from the concrete surface to a certain depth. CONCLUSIONS : The mass ratio on the surface can be predicted from the mass ratio of the particulate matter reductant measurement distributed through the penetration depth. The optimum mass ratio was also presented. Moreover, the mixtures of TiO2 with silane siloxane and activated carbon with silicate were recommended with an 8:2 concentration ratio.

본 논문에서는 선박용 디젤엔진의 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서의 형상과 배치에 따른 압력강하와 유동균일도 특성에 대한 연구를 진행하였다. 미세먼지저감 장치에 장착된 다공판 및 믹서는 미세먼지저감 장치 내의 배출가스 및 산화/환원제의 유동 균일도를 높여 배출가스 저감 성능을 높이는 긍정적인 효과와 함께 시스템의 배압을 상승시키는 부정적인 효과도 동시에 지니고 있다. 본 연구에서는 5개의 다공판, 1개의 믹서를 Case 별로 조합하여 6개의 사양에 대해서 유동해석을 통해 각각 유동균일도 및 압력 강하를 계산하였으며, 최적의 다공판 및 믹서의 형상과 배치를 선정하였다.

미세먼지 대응기술이 종전의 관리용이성(PM10, 1차 배출) 중심에서 위해성(PM2.5, 2차 생성) 중심으로 패러다임이 전환된 현시점에서, 입자상 물질뿐만 아니라 초미세먼지 2차 생성 전구물질인 질소산화물(NOx) 제거를 통하여 대기오염을 극복할 수 있는 방안이 사회적으로 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 도로이동오염원에서 배출되는 질소 산화물을 효율적으로 제거하기 위한 방안으로 미세먼지 전구체 저감 소재를 도로 및 도로변에 설치되어 있는 기존 콘크리트 구조물에 고정화하기 위한 기초연구를 진행하였다.