KR102366411B1 - 비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법 - Google Patents

비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 뛰어나고, 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경 안정성 측면에서 우수하며, 종래 전분 기반 비산먼지 억제제 대비 피막 내구성과 토양 표면 침투 및 피막 효율이 향상된, 전분(Starch), 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, 이하 PVA), 키토산(Chitosan)을 특정 중량부 비로 포함하는 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는, 비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법에 관한 것이다 .

Description

비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법{COMPOSITION FOR PREVENTING DUST SCATTERING AND THE REDUCING METHOD FOR DUST FROM SCATTERING USING THE SAME}
본 발명은 비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법에 관한 것이다.
오늘날 각종 개발사업과 채석장, 재개발과 재건축, 도로공사 등과 같은 건설 공사로 인해 발생하는 미세먼지와 비산먼지는 인근 주민의 건강 및 생활 자체를 위협하고 있어서 심각한 민원의 대상이 되고 있다. 특히, 이러한 비산먼지는 주민들의 호흡을 통해 인체에 침입하여 기관지 및 폐에 침착·축적되어 각종 질병을 야기하며, 대기 중에 부유 상태로 존재하면서 식물의 잎에 부착되어 잎의 기공을 막고 햇빛을 차단하여 동화작용, 호흡작용 등을 저해하여 식물 생육에도 악영향을 끼친다.
한편, 이러한 문제의 심각성을 인지한 정부에서는 비산먼지 발생 사업장에 대한 관리를 실시하고 있으나 대형 공사 현장의 비산먼지 대책 방안은 출입차량의 살수시설 설치나 주기적 살수 등 단편적인 방안에 지나지 않고 있으며, 이러한 살수에 의한 비산먼지 저감 조치는 햇빛과 바람 등에 의해 짧은 시간 내 수분이 증발함으로써 효과가 반감되며, 반복적인 살수 작업으로 인한 노동력과 수량 손실이 큰 실정이다. 따라서 비산먼지 발생에 대해 보다 근본적이고 효과적인 대책이 요구되고 있다.
현재 가장 널리 사용되고 있는 비산먼지 억제제로서는 염류(salt) 계통의 염화마그네슘(MgCl2) 또는 염화칼슘(CaCl2) 등이 있는데, 이들 물질들은 조해성 및 흡습성으로 인하여 봄과 가을의 평균 상대습도 조건(65 내지 70%)에서 약 120 내지 140% 이상의 습기를 빨아들임으로써 토양의 수분 함유를 증가시켜 비산먼지 발생을 억제하는 것으로 알려져 있는데, 대기 중 상대습도가 50% 이하인 경우, 비산먼지 억제 효과가 급격히 떨어지는 한계를 가지고 있으며, 토양 기준치를 초과하는 높은 농도의 염류를 살포하여야 하기에 토양 및 지하수의 경도 증가를 유발하고, 금속 시설에 스케일을 발생시키는 원인이 된다. 또한, 주변 강물의 BOD를 높이고 DO를 낮추는 결과를 초래하여 식물과 동물들에게 악영향을 끼칠 우려가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 착안하여, 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 뛰어나고, 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경 안정성 측면에서 우수하며, 종래 전분 기반 비산먼지 억제제 대비 피막 내구성과 토양 표면 침투 및 피막 효율이 향상된, 전분(Starch), 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, 이하 PVA), 키토산(Chitosan)을 특정 중량부 비로 포함하는 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는, 비산먼지 억제용 조성물 및 이를 이용한 비산먼지 억제 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는 전분(Starch) 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올(PVA) 10 내지 20 중량부, 키토산(Chitosan) 1 내지 2 중량부를 포함하는 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서, 상기 복합 생분해성 고분자는 전분 10 중량부당 폴리비닐알코올 10 중량부, 키토산 1 내지 1.5 중량부를 혼합한 것인, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 복합 생분해성 고분자는 상기 수용액 내에서 0.001 내지 0.01 %(v/v) 농도 범위로 포함되는, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 전분과 키토산은 작용기 간 수소결합을 형성하는, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 조성물의 점도는 1.0 내지 1.2 cps인, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 조성물은 4 내지 8주간 비산먼지 억제능을 발현한 후 생분해되는 것인, 비산먼지 억제용 조성물을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 전분(Starch) 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 10 내지 20 중량부, 및 키토산(Chitosan) 1 내지 2 중량부를 물에 분산하여 제조한 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는 비산먼지 억제용 조성물을 살포하는 단계를 포함하는 비산먼지 억제 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 수용액 내에서 복합 생분해성 고분자는 0.001 내지 0.1 %(v/v) 농도 범위로 분산된 것인, 비산먼지 억제 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 살포 단계는 3,000 내지 4,000 g/m2의 살포량으로 수행되는, 비산먼지 억제 방법을 제공한다.
또한, 본 명세서에서 상기 살포 단계에서 상기 조성물 내 복합 생분해성 고분자 입자는 토양 입자와 결합하여 피막을 형성하는, 비산먼지 억제 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 키토산(Chitosan)을 특정 중량으로 포함하여 전분과의 수소결합을 형성함으로써, 비산먼지에 대한 접착능력은 좋으나 내구성이 떨어지는 종래 전분 기반 비산먼지 억제제의 단점을 보완하고, 피막의 내구성을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 계면활성의 양쪽성 특성을 가진 폴리비닐알코올(PVA)을 특정 중량으로 포함함으로써, 소수성 특성을 가진 토양 내 미세입자에 의해 원활한 토양 내부 침투가 어려운 종래 전분 기반 비산먼지 억제제 대비 토양 내 고른 분산이 가능하며, 소수성 비산먼지 입자의 토양 표면 침투 및 피막 효율 향상, 및 피막 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 뛰어나고, 기존 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경영향성 측면에서 우수한 측면이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물에 있어서, 전분과키토산 간 혼합 시 토양 내 비산먼지를 억제하는 기작을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물에 있어서, 전분과폴리비닐알코올 및 키토산 간 혼합 시 토양 내 비산먼지를 억제하는 기작을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물의 특성을 테스트하기 위해 풍동시험용 토양 시료를 준비하는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물의 특성을 테스트하기 위해 준비한 풍동시험 장치의 평면도 및 측면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단일 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 적용농도별 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 적용농도별 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 혼합비별 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 혼합비별 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 혼합비별 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물의 풍속 변화에 따른 비산먼지 억제 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물의 장기적 비산먼지 억제 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물의 장기적 비산먼지 억제 효과를 측정하여 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 명세서 및 청구범위 전반에서 사용되는 용어인 "비산먼지"는 골재야적장, 아스팔트야적장, 주물모래(molding sand), 시멘트 제조공장, 석탄화력 발전소, 광산, 제철소, 도로 및 토목현장 등에서 발생한 먼지, 미세먼지, 분진 등이 바람에 의하여 비산(飛散)하는 것을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명의 명세서 및 청구범위 전반에서 사용되는 용어인 "v/v"는 volume per volume의 약자로서, 용매의 용량에 대한 용질의 용량을 나타내는 것이고 "%(v/v)"는 이를 백분율로 나타낸 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 비산먼지 대책 방안으로는 주기적인 살수 방식, 염화마그네슘(MgCl2) 또는 염화칼슘(CaCl2)과 같은 염류 계통의 기존 비산먼지 억제제 사용, 종래 전분 기반의 비산먼지 억제제 사용 등이 있다.
이 중 주기적인 살수의 경우 성능과 지속력이 떨어지고, 많은 인력과 반복적인 살수 작업이 필요하여 경제성이 떨어지고 수량 손실이 큰 문제가 있다. 한편, 염류 계통의 비산먼지 억제제를 사용하는 경우 고 농도의 염류 살포로 인한 토양 및 지하수의 경도 증가, 금속 부식 및 식물과 동물을 비롯한 환경에 유해한 문제가 있다. 또한, 종래 기술에 따른 전분 기반 비산먼지 억제제의 경우 피막의 내구성이 약해 비산먼지 억제능을 장기간 발휘시키기 어렵고, 소수성 특성을 가진 토양 내 미세입자로 인해 전분 용액이 토양 내부에 원활히 침투하기 곤란하여 토양 내 전분 용액이 고르게 분산되기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 비산먼지 억제용 조성물에 포함되는 복합 생분해성 고분자 수용액 내에 전분(Starch), 폴리비닐알코올(PVA), 키토산(Chitosan)을 특정 중량부 비로 포함하는 경우, 포함된 키토산으로 인해 종래 전분 만으로 구성된 비산먼지 억제제의 단점으로 꼽히던 피막 내구성이 보완되고, 포함된 폴리비닐알코올로 인해 종래 전분 만으로 구성된 비산먼지 억제제에서 문제되던 소수성 비산먼지 입자의 토양 표면 침투, 피막 효율 향상 및 피막 내구성 등을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 전분(Starch) 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 10 내지 20 중량부, 키토산(Chitosan) 1 내지 2 중량부를 포함하는 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함한다.
전분(Starch)은 생분해성이 뛰어나고 독성 물질을 발생시키지 않는 천연 고분자로서 가격이 저렴하고 제조자원이 풍부하여 공급이 용이할 뿐만 아니라, 열이나 압력을 가할 경우 호화(gelatinization)하여 접착성질을 띠게 되므로 접착 분야에 응용이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 전분은 분자식으로 (C6H10O5)n·(H2O)을 가지며, 다음의 구조식 1과 같은 구조를 가지는 옥수수 전분(Corn Starch)일 수 있다.
Figure 112019123623719-pat00001
[구조식 1]
폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol, PVA)은 결정성의 수용성 고분자 재료이며, 우수한 수용성과 피막 특성(강도, 니유성, 조막성, 산소 가스 배리어성 등)이 있어 유화제, 현탁제, 계면활성제, 섬유 가공제, 각종 바인더, 종이 가공제, 접착제, 필름 등에 널리 이용된다.
본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 폴리비닐알코올은 분자식으로 [-CH2CHOH-]n을 가지며, 다음의 구조식 2와 같은 구조를 가지는 것일 수 있다.
Figure 112019123623719-pat00002
[구조식 2]
키토산(Chitosan)은, 게, 새우 등 갑각류의 껍질에 존재하는 키틴(Chitin)을 고온, 강알칼리로 처리하여 탈아세틸화 시킨 천연 고분자 물질로서, 독성이 없고, 생분해가 가능하며, 생체친화성이 우수하여 상처치료제, 인공피부, 혈액응고제, 면역증강제, 항균 및 항산화제 등의 분야에 활용되어 왔다.
본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 키토산은 분자식으로 [C6H11NO4]n을 가지며, 다음의 구조식 3과 같은 구조를 가지는 것일 수 있다.
Figure 112019123623719-pat00003
[구조식 3]
한편, 상기 복합 생분해성 고분자 수용액은 전분 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올 10 내지 20 중량부 및 키토산 1 내지 2 중량부를 포함하는 것일 수 있고, 상세하게는 상기 복합 생분해성 고분자는 전분 10 중량부당 폴리비닐알코올 10 중량부, 키토산 1 내지 1.5 중량부, 더욱 상세하게는 전분 10 중량부당 폴리비닐알코올 10 중량부, 키토산 1 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 전분(Starch)의 호화는 전분이 물과 열에 의하여 물리적 상태가 변화하는 것을 의미하는데, 전분은 물에 매우 민감하여 내수성(water resistance)이 떨어지고 대기 중의 습도에 따라 물성이 쉽게 변화하는 단점이 있으며, 비산먼지 접착 필름으로 사용 시, 비산먼지에 대한 접착력은 좋으나 내구성이 현저히 떨어지고, 토양 내부에 대한 원활한 침투가 어려워 토양 내 고른 분산이 어려운 문제점이 있다.
반면, 상술한 종래 기술과 달리 비산먼지 억제용 조성물에 있어서, 복합 생분해성 고분자 수용액 내에 전분, 폴리비닐알코올 및 키토산이 상기 중량부 비로 포함되는 경우, 키토산(Chitosan)이 전분과의 작용기(functional group) 간 수소결합(Hydrogen bonding)을 형성함으로써, 비산먼지에 대한 접착능력은 좋으나 내구성이 떨어지는 종래 전분 기반 비산먼지 억제제의 단점을 보완하고, 피막의 내구성을 향상시킨다. 또한, 계면활성의 양쪽성 특성을 가진 폴리비닐알코올(PVA)이 소수성 특성을 가진 토양 내 미세입자에 의해 원활한 토양 내부 침투가 어려운 종래 전분 기반 비산먼지 억제제 대비 토양 내 고른 분산을 가능케 하며, 소수성 비산먼지 입자의 토양 표면 침투 및 피막 효율 향상, 및 피막 내구성 향상 효과를 가져온다.
또한, 상기와 같이 생분해성 고분자 수용액 내에서 전분, 폴리비닐알코올 및 키토산이 상기 중량부 비로 포함된 비산먼지 억제용 조성물은, 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 뛰어나고, 기존 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경영향성 측면에서 우수한 효과를 가지게 된다.
한편, 본 발명의 일실시예에서, 상기 복합 생분해성 고분자는 상기 수용액 내에서 0.001 내지 0.01 %(v/v) 범위, 더욱 상세하게는 0.005%(v/v)로 포함될 수 있으며, 상기 복합 생분해성 고분자를 포함하는 비산먼지 억제용 조성물의 점도는 1.0 내지 1.2 cps일 수 있다. 상술한 바와 같은 v/v% 농도 및 점도 범위 내에서 비산먼지 억제용 조성물의 살포가 용이하며, 토양 표면 침투 및 토양 내 고른 분산이 효과적으로 이루어질 수 있게 된다. 한편, 상기 농도 및 점도 범위를 초과하는 경우, 분사 및 살포가 어렵고 토양 표면 침투력이 떨어져 적용성이 떨어지는 문제점이 있으며, 상기 농도 및 점도 범위 미만에서는 토양 표면에 피막(혹은 방진막) 형성속도가 매우 느리거나 형성 자체가 불완전하여 살포 대상 토양 입자의 응집력이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 4 내지 8주간 비산먼지 억제능을 발현한 후 생분해되는 것일 수 있고, 상기 조성물은 상술한 기간 동안 비산먼지를 효과적으로 억제하므로, 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 현저히 뛰어나고, 기존 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경영향성 측면에서 우수한 효과가 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물을 이용하여 비산먼지를 억제하는 방법은 다음과 같다.
본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제 방법은 전분(Starch) 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 10 내지 20 중량부, 및 키토산(Chitosan) 1 내지 2 중량부를 물에 분산하여 제조한 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는 비산먼지 억제용 조성물을 살포하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 수용액 내에서 복합 생분해성 고분자는 0.001 내지 0.1 %(v/v) 농도 범위로 분산된 것일 수 있고, 더욱 상세하게는 0.005 %(v/v) 농도 범위로 분산된 것일 수 있다.
한편, 상기 살포 단계는 3,000 내지 4,000 g/m2의 살포량으로 수행되는 것일 수 있고, 더욱 상세하게는 0.005%(vol/vol) 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는 비산먼지 억제용 조성물을 3,000 내지 4,000 g/m2의 살포량으로 수행되는 것일 수 있으며, 상기 살포 단계에서 상기 조성물 내 복합 생분해성 고분자 입자는 토양 입자와 결합하여 피막을 형성하는 것일 수 있다. 상술한 바와 같은 피막은 전분과 폴리비닐알코올 및 키토산 간 수소결합을 통해 형성되는 것일 수 있다.
이상으로 설명한, 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 키토산(Chitosan)을 특정 중량으로 포함하여 전분과의 수소결합을 형성함으로써, 비산먼지에 대한 접착능력은 좋으나 내구성이 떨어지는 종래 전분 기반 비산먼지 억제제의 단점을 보완하고, 피막의 내구성을 향상시킨다. 또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 계면활성의 양쪽성 특성을 가진 폴리비닐알코올(PVA)을 특정 중량으로 포함함으로써, 소수성 특성을 가진 토양 내 미세입자에 의해 원활한 토양 내부 침투가 어려운 종래 전분 기반 비산먼지 억제제 대비 토양 내 고른 분산이 가능하며, 소수성 비산먼지 입자의 토양 표면 침투 및 피막 효율 향상, 및 피막 내구성 향상 효과를 기대할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 비산먼지 억제용 조성물은 기존 살수 방식 대비 비산먼지 억제 성능과 지속력이 뛰어나고, 기존 염류 계통 비산먼지 억제제 대비 경제성과 환경영향성 측면에서 우수하다.
한편, 상기 비산먼지 억제용 조성물에는, 상기 복합 생분해성 고분자 수용액 이외에, 비산먼지 억제능을 발현시킬 수 있는 추가적인 성분을 더 포함할 수도 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실험 방법: 비산먼지 억제효과 측정을 위한 풍동 시험 장치 및 방법]
현재 건설이 진행되고 있는 서울 지역 건설 현장에서 야적토를 대상으로 1개 중심 지점과 주변 4 방위 5 ~ 10m 거리에 있는 1개 지점씩 총 5개 지점에서 표토층(0 ~ 15㎝)에서 채취하여 전처리 후 사용하였다(도 3 참조).
다음으로, 풍동 시험 장치 박스(L650㎜ x W380㎜ x H300㎜)를 준비하였다. 상기 풍동 시험 장치 박스는 내부에 크게 송풍기, 송풍강도를 조절하기 위한 전압조절기(slidacs, 0~250V), 풍속측정기, 비산먼지 농도 측정기, 시료를 넣는 시험부로 구성되어 있으며(도 4 참조), 송풍기는 DLD 社의 LD-B118 모델로 최대 풍량은 4.3m3/min, 풍속은 최대 24m/s까지 안정적으로 송풍이 가능하다. 풍속계는 Flus 社의 ET-955 모델로 풍속 측정범위는 0.3-45.0m/s이며 분석능은 0.01m/s이다. 미세먼지 농도측정기는 Temtop 社의 M2000모델로 PM2.5와 PM10 모두 측정범위는 0-999㎍/m3 이다.
먼저 가변 변압기(slidacs)를 이용하여 송풍기의 전압을 조절하여 사전에 운전조건의 풍속을 세팅한다. 이때 풍속계는 송풍기와 토양샘플 위치 사이에 고정시킨 후, 1분 가량 작동시키는 동안 안정된 풍속 값을 측정한다.
시험대상 토양시료를 실험용 트레이(길이 125㎜, 폭 150㎜, 높이 7㎜)에 담은 후 풍동 장치 내부에 설치하고 풍동 장치의 덮개를 닫아 밀봉한 후 풍속을 세팅한 송풍기를 가동시켜 비산을 발생시키면서 내부의 비산먼지 측정계를 이용하여 내부의 먼지농도를 일정간격으로 연속 측정하였다. 이때 송풍기의 공기는 내부에서 환류하여 운전하였다.
[실험 1: 단일 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 적용농도별 효과 측정]
비교예 1-1, 1-2 및 1-3에 따른 조성물 및 대조군으로 물을 준비하되, 적용 농도별 PM10 과 PM2.5의 비산먼지 억제 효과를 측정하였다. 비산먼지 억제용 조성물의 살포량은 토양시료 250g 기준으로 해당 토양의 pore volume에 해당하는 60㎖ 로 하였으며, 적용 농도는 0.001% 내지 0.1% (v/v) 범위에서 0, 0.001, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1% 각 조건에서 효과를 측정하였다. 적용 풍속은 서울시 최근 5년간 평균 풍속인 2.3m/s, 평균 최대풍속 7.8m/s, 평균 최대순간풍속 14.2m/s 자료를 바탕으로, 평균 최대순간풍속인 14m/s 조건에서 풍동 시험을 수행하였다.
도 5의 결과를 참고하면, PM10의 비산먼지 억제 효과에 있어서 물만 주입한 대조군 대비 전분 및 PVA가 모든 적용 농도 조건하에서 월등한 비산먼지 억제 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 적용농도가 증가할수록 효율이 증가하였으나, 0.005% 이상에서는 큰 차이가 없었다. 한편, 키토산은 낮은 적용 농도 조건에서 비산먼지 억제 효과가 높았으며, 높은 적용 농도에서는 오히려 대조군보다 낮은 비산 억제 효과를 나타내었다.
한편, 도 6의 결과를 참고하면, PM2.5의 경우도 PM10의 결과와 유사한 경향을 나타내는 것을 확인하였음.
[실험 2: 복합 성분을 포함한 비산먼지 억제용 조성물 혼합비별 효과 측정]
상기 실험 1에서 얻은 최적 적용농도 0.005%(v.v) 조건에서 전분과 PVA를 각각 기준으로 혼합비율별 먼지억제 효과를 확인하였다.
구체적으로, 도 7의 결과를 참고하면, 특히 PM10과 PM2.5 모두 전분과 PVA를 1 : 1의 중량부 비로 혼합한 경우, 전분과 키토산을 1 : 1의 중량부 비로 혼합한 경우, 전분 단독 적용 대비 높은 비산먼지 억제 효과가 있는 것으로 확인되었다.
또한, 도 8의 결과를 참고하면, 특히 PM10과 PM2.5 모두 PVA와 전분을 1 : 1의 중량부 비로 혼합한 경우, PVA와 전분을 1 : 0.5의 중량부 비로 혼합한 경우, 전분 단독 적용 대비 높은 비산먼지 억제 효과가 있는 것으로 확인되었다.
또한, 위 도 7 내지 8의 결과를 기초로 도출한 최적 혼합 적용 조건인 전분 : PVA 1 : 1 중량부 비의 혼합용액에 키토산 첨가 효과를 측정한 결과를 도 9에서 나타내었다. 도 9의 결과를 참고하면, 키토산이 적정 값을 초과하여 첨가되는 경우 위 전분 : PVA 1 : 1 중량부 비 대비 낮은 비산먼지 억제 효과를 나타내나, 적정 값 이하에서 첨가되는 경우, 더 높은 비산먼지 억제 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 구체적으로, 해당 실험을 통하여 도출한 최적 혼합 적용 조건은 풍동 시험 전반부에는 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.15 중량부 비, 풍동 시험 후반부에는 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.1 중량부 비 인 것으로 확인되었다.
[실험 3: 풍속 변화에 따른 비산먼지 억제용 조성물 효과 측정]
현장 풍속 예측 변화에 따른 비산먼지 억제용 조성물의 적용 효과를 확인하기 위하여, 최근 5년간 서울시의 평균 최대순간풍속 14.2m/s 를 기준으로, 4, 8, 12, 14, 18 m/s 풍속 조건에서 상기 실험 2에서 도출한 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.1 중량부 비로 혼합한 비산먼지 억제용 조성물을 토양 대비 0.005%로 적용하여 풍동 실험을 수행하였다.
도 10의 결과를 참고하면, PM10 및 PM2.5 모두 전 풍속범위 내에서 비산먼지 억제 효과는 큰 변화없이 안정적인 것으로 나타났으며, 환경부 미세먼지 기준 "좋음"의 범위를 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
[실험 4: 비산먼지 억제용 조성물의 장기적 효과 측정]
비산먼지 억제용 조성물의 장기적 효과를 확인하기 위하여, 실내온도 25℃ ± 3와 상대습도 45% ± 5 조건의 실내에서 상기 실험 2에서 도출한 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.1 중량부비로 혼합한 비산먼지 억제용 조성물을 토양 대비 0.005%로 적용한 12개의 현장 토양 시료에 대하여 1주일 간격으로 총 12주간 풍동 실험을 진행하여 시간에 따른 비산먼지 억제 효과 변화를 측정하였다. 풍동 실험은 서울시 평균 최대순간풍속인 14.0m/s 조건에서 수행하였다.
도 11 및 도 12의 결과를 참고하면, PM10 및 PM2.5의 경우 모두 2주차까지 비산먼지 억제용 조성물의 효능에 변화가 없었으며, 4주차까지 효능이 약간 감소하였으나, 환경부 미세먼지 기준 "좋음" 범위를 만족하였다. 이후 8주차까지 점차 효능이 감소하면서 환경부 미세먼지 기준 "좋음" 범위를 약간 상회하다가, 9주차에 이르러 효능이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
[실험 5: 비산먼지 억제용 조성물의 경제성 분석]
경제성 분석을 위해 문헌에 제시된 기존 비산먼지 억제제로 알려진 MgCl2, CaCl2, PAM(Poly acrylamide)와 비교하여 상기 풍동 시험의 결과를 바탕으로 개발된 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.1 중량부 비로 혼합한 비산먼지 억제용 조성물의 최적 살포 비율에 따른 1m2 처리 단가를 근거로 비교분석하였다.
아래 표 1에서 나타난 바와 같이, 단위 면적(1m2)당 처리 단가는 본 발명의 일실시예에 따른 전분 : PVA : 키토산 1 : 1 : 0.1 중량부 비로 혼합한 비산먼지 억제용 조성물 < MgCl2 < PAM < CaCl2 순으로 나타났으며, 최적 살포 비율을 바탕으로 할 때, 본 발명의 일실시예에 따른 비산먼지 억제용 조성물의 경제성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.
종류 최적 살포 비율
(g/m2)		 판매가격
(원/kg)		 처리 단가
(원/m2)		 비고
MgCl2 100 115 11.5 판매가격은 톤 단위 규모를 기준으로 하였으며 운송거리 등에 따라 변동될 수 있음
CaCl2 100 173 17.3
PAM 4.40 3,500 15.4
starch:
PVA:
chitosan=
1:1:0.1		 starch 0.076 310.5 0.023
PVA 0.076 1,963 0.149
chitosan 0.0076 25,012 0.190
계 0.16 2,272 0.362
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 전분(Starch) 10 내지 20 중량부, 폴리비닐알코올(Polyvinyl Alcohol) 10 내지 20 중량부, 및 키토산(Chitosan) 1 내지 2 중량부를 포함하는 복합 생분해성 고분자를 0.001 내지 0.01 %(v/v) 농도 범위가 되도록 물에 분산하여 제조한 복합 생분해성 고분자 수용액을 포함하는 1.0 내지 1.2 cps 점도 범위의 비산먼지 억제용 조성물을 살포하는 단계를 포함하는 비산먼지 억제 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 살포 단계는 3,000 내지 4,000 g/m2의 살포량으로 수행되는, 비산먼지 억제 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 살포 단계에서 상기 조성물 내 복합 생분해성 고분자 입자는 토양 입자와 결합하여 피막을 형성하는, 비산먼지 억제 방법.
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