세기원, 저비용 고효율의 TOC 수질분석 시스템 개발

광촉매 TOC 수질분석기. (자료제공: KICET)

한국세라믹기술원(원장 정연길)은 전자융합소재센터 백종후, 이영진, 신정희 박사 연구팀이 환경부 상하수도 혁신 기술개발사업을 통해 세라믹 섬유기판에 광촉매 반응기술을 적용한 새로운 방식의 TOC 수질분석 시스템을 개발했다고 지난달 22일 밝혔다.

TOC(총유기탄소량)는 유기물질 측정지표 중 하나로 시료를 고온으로 태우는 등의 방법으로 발생하는 이산화탄소를 측정하여 탄소량으로 표현한다.

국내 수질분석은 COD(화학적 산소요구량)를 기준으로 분석을 하였으나 2020년부터 물환경 보전법 개정에 따라 물속의 유기화합물을 측정하는 TOC(총유기탄소량)로 변경되었다. 기존 TOC 분석방법은 인산(Phosphoric Acid)과 같은 산을 사용하거나, 680℃ 이상의 고온을 사용하는 연소방식으로 많은 에너지가 필요하고 복잡한 구조로 인해 가격이 고가이기 때문에 새로운 방식의 TOC 수질분석 시스템이 필요했다.

공동연구팀이 개발한 시스템은 광촉매 반응기술을 적용하여 기존 TOC 분석기에 비해 구조가 간단하고 측정 시간이 단축되어 효율적으로 물속의 유기화합물을 측정할 수 있으며, 낮은 에너지 소모와 간단한 공정으로 향후 실시간 수질 모니터링 시스템에 효과적으로 적용할 수 있다.

개발된 광촉매 방식의 TOC 수질분석 시스템은 세라믹 섬유기판에 광반응이 우수한 촉매소재를 코팅하여 자외선 조사를 통한 촉매반응으로 수질을 분석하는 시스템이다. 광촉매가 유기탄소에만 반응을 하기 때문에 무기탄소 제거를 위한 산 사용과 고온이 불필요하며, 기존 TOC 분석기에 비해 간단한 구조로 구성이 가능하여 획기적으로 분석기의 크기를 줄일 수 있다. 특히, 분석 장비의 크기가 작아지고 소모 에너지가 크게 낮아지며, 측정 시간이 줄어들어 결과적으로 저렴한 가격과 효율적인 성능을 기반으로 대량 공급 및 하수관거 기반 모니터링 환경 구축이 가능하다.

국내 하수도에 개발한 시스템을 설치하여 TOC 분석기의 동작 상태 등을 실시간으로 모니터링하는 현장 실증시험을 성공적으로 진행하였으며, 국내·외 특허 6건, 논문발표 10건 등의 성과를 창출하였다.

한국세라믹기술원 백종후 박사는 “최근 주목받는 실시간 수질 분석이 가능한 수질자동 측정기기 TMS(Tele Monitoring System)에 접목하여 국내외 플랜트, 상하수도, 하천 등 다양한 물 관리 장소를 대상으로 실증사업 및 사업화를 추진할 계획”이라고 말했다.