전기화학적 나노 버블 기술을 이용한 바이오에어로졸 저감장치 개발 연구 (Study on Development of Bio-aerosol Reduction System using Electrochemical Nano-bubble Technology)

서지정보

· 발행기관 : 사단법인 한국융합기술연구학회
· 수록지 정보 : 아시아태평양융합연구교류논문지 / 9권 / 3호 / 311 ~ 320페이지
· 저자명 : 여인설, 박찬규

초록

바이오에어로졸(bioaerosol)은 기체환경에 생물학적 인자들이 미세한 입자로 분산된 상태를 말하며, 실내공기 질을 오염시킬 뿐만 아니라 실외 대기 에어로졸에도 포함되어, 국내외에서 전염성 질병 등의 확산에 영향을 미치고 있는 것으로 보고되고 있다. 따라서 이를 효과적으로 검측 하고 감소시키는 기술 개발이 필요하며, 본 연구에서는 나노 버블의 잠재 에너지를 활용하고, 나노 버블의 안정성 향상을 통한 체류시간 증가를 위해 표면의 음이온 집약을 위한 DSA 전극을 이용한 전기화학적 공정을 적용한 나노 버블 발생 시스템을 제작하였다. 또한, 이와 연계한 바이오에어로졸 저감용 공기정화 시스템을 제작하여 표피포도상 구균의 ATP 활성도 분석을 통한 저감 경향을 확인하고, 부유 미생물 및 부유 바이러스 저감 챔버 시험을 통해 운영 조건 최적화를 위한 성능평가를 수행하였다. 나노 버블 발생장치는 선행연구를 통해 도출된 최적 운영 조건으로 가동하였으며, 공기 정화시스템 내 나노 버블과 바이오에어로졸의 접촉 방식, 송풍량 및 공급수 공급량 선정을 위한 시험을 수행하였다. 실험 결과, 공기정화 시스템 반응조 내 나노 버블수의 수위 및 송풍량에 따라 저감 효율 경향이 변하였으며, 나노 버블을 분사하는 방식에 비해 바이오에어로졸을 직접 나노 버블에 접촉하는 방식이 효율적으로 저감되는 것을 확인하였다. 최종적으로 분사 및 직접 접촉하는 혼합 방식으로 나노 버블의 노즐 분사량 10 L/min, 송풍량 2.25 m3/min, 공급수량 40 L로 최적 운영 조건으로 선정하였으며, 10분간 운영한 결과, 약 99% 이상의 저감효율을 보이며, 가장 높은 저감 경향을 보였다. 또한, 챔버 공인시험을 통해 부유 미생물과 부유 바이러스의 저감 효율 시험을 실시한 결과, 99.9% 이상이 저감되며 본 연구에서 개발한 장치를 통해 효과적으로 바이오에어로졸이 저감됨을 확인하였다.

영어초록

Bioaerosol refers to a state in which biological factors are dispersed as fine particles in a gaseous environment. It has been reported that it not only pollutes indoor air quality but is also included in outdoor atmospheric aerosols, affecting the spread of contagious diseases. Therefore, it is necessary to develop technologies to effectively detect and reduce it. In this study, a nanobubble generating system was developed using the potential energy of nanobubbles and applying an electrochemical process using DSA electrodes for concentrating negative ions on the surface to increase the residence time by improving the stability of nanobubbles. In addition, an air purification system for reducing bioaerosols was developed, and the reduction trend was confirmed through the analysis of ATP activity of Staphylococcus epidermidis, and performance evaluation were performed to optimize operating conditions through airborne microorganism and airborne virus reduction chamber tests. The nano-bubble generator was operated under the optimal operating conditions derived from previous research. Experiment were conducted to select the contact method of nanobubbles and bioaerosol in the air purification system, the amount of air flow, and the input amount of feed water. As a result of the experiments, the reduction efficiency trends were changed according to the level of nano-bubble water in the air purification system reaction tank and the amount of air flow. It was confirmed that the method of directly contacting the bioaerosol to the nanobubbles was efficiently reduced compared to the method of spraying the nanobubbles. Finally, the experiment was carried out by spraying and direct contact mixing, and the optimal operating conditions were selected as nanobubble nozzle spraying amount of 10 L/min, blowing amount of 2.25 m3/min, and supply water amount of 40 L. When operating the system for 10 minutes, Staphylococcus epidermidis showed a reduction efficiency of about 99% or more, showing the highest reduction tendency. In addition, as a result of the reduction efficiency test of airborne microorganisms and airborne viruses through chamber accreditation tests, it was confirmed that each was reduced by more than 99.9%, and bioaerosols were effectively reduced through the device developed in this study.

참고자료

· 없음