터널, 지하철 역사 및 열차 내에 미세먼지 저감 시킬수 있는 세계 최초 전기집진기술
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터널, 지하철 역사 및 열차 내에 미세먼지 저감 시킬수 있는 세계 최초 전기집진기술
  • 김종우 기자
  • 승인 2020.01.10 08:30
  • 댓글 0
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사진 : 리트코
사진 : 리트코

도로결빙방지시스템, 철도, 터널 등 교통 지능화, 공정안전감시제어 시스템 연구 및 제작을 하는 (주)리트코가 지하철 본선환기구에 양방향 전기집진기술을 적용한 미세먼지 저감기술을 개발했다.

미세먼지 저감 기술은 세계 최초로 양방향 전기집진장치를 지하철 본선터널 환기구에 설치하여 지하철 환기방식에 상관없이 초미세먼지(PM2.5)와 미세먼지(PM10)를 제거하여 지하철 역사, 본선터널, 열차 객실의 공기질과 지하철 역사 주변의 대기질까지 향상시키는 기능을 갖췄다. 단위유닛형 집진셀이 적용되어 현장별 맞춤 설치가 용이하고 13m/s 고풍속과 고풍량에 적합한 특징을 갖고 있다.

일반적인 전기집진기는 통과 풍속이 증가할 경우 효율이 급속히 감소하지만 신기술의 집진셀은 풍속이 최대 13m/s 일 때에도 고효율의 집진을 유지할 수 있도록 멀티크로스핀 이오나이저를 이용하여 집진 효율을 극대화했다. 집진기를 가동할 때 93.5% 이상의 미세먼지 집진이 가능하며 자연환기일 때는 85.8% 이상의 미세먼지를 집진하여 높은 미세먼지 저감효율을 가진다. 또한 자동운전시스템과 자동세척장치가 적용되어 유지관리가 용이하고 먼지, 수분, 부식에 강한 재질이 사용되어 반영구적으로 사용할 수 있다.
지하철 본선환기구에 양방향 전기집진기술을 적용한 미세먼지 저감 시스템은 이러한 기술력을 바탕으로 건설신기술 제849호로 지정됐다.

추운 동절기에도 미세먼지 경보가 발생하는 등 미세먼지와 초미세먼지는 이제 사회적으로 문제가되고 있다. 지하철 역사의 실내공기 미세먼지 기준농도는 150㎍/㎥이다. 특히 승객들이 몰리는 지하철 역사는 환기와 정화시설을 갖추고 있어 미세먼지 농도를 일정 수준 이하로 유지하고 있으나 본선 터널은 미세먼지 정화시설 없이 외부와의 환기로만 공기를 정화하고 있다. 지하철의 공기오염은 환기구나 계단을 통하여 유입되는 실외적인 요인과 선로와 승객들의 이동에 따른 실내적인 요인으로 구분할 수 있다. 여기서 지하철 터널과 지하역사의 미세먼지는 대부분 터널 내부의 열차운행 등으로 인한 실내적인 요인에 의하여 발생한다.

열차의 운행에 따른 레일과 차륜 사이의 마찰, 긁힘으로 인한 마모, 레일 연마작업과 지하구조물 유지보수작업 등으로 인한 오염물질 등이 그것이다. 이러한 미세먼지는 열차가 터널을 통과하는 동안 열차풍에 의해 흩어진다. 터널 내부의 오염도가 증가하면 터널 미세먼지가 객실로 유입되어 열차 내부의 오염을 강화시킨다. 객실로 유입된 미세먼지는 승객과 열차 운전자의 건강을 위협할 수 있다.

기존의 공기질 개선장치 기술을 살펴보면 서울도시철도공사는 구조물에 고착된 오염물을 세척하기 위하여 고압살수차를 활용하고 있으며 침강속도가 느린 미세먼지를 제거하기 위한 미세먼지 청소차, 열차운행으로 부유된 쇳가루를 회수하기 위한 마그네틱 집진장치 등 청소장비가 운용되고 있다. 현재 상용화된 기존의 전기집진기는 단방향의 집진 능력을 갖고 있다. 또한 기존의 집진셀은 와이어 방식으로 전원공급이 원활하지 못한 단점을 갖고 있다. 이에 따라 ㈜리트코와 대구도시철도공사는 기존의 단방향 기술에 비해 효율이 우수하고 바람의 방향에 따라 제한없이 다양한 장소에서 적용이 가능한 양방향 전기집진기술을 적용한 미세먼지 저감기술을 개발했다. 이 기술은 대구도시철도공사의 대구1호선 월촌역과 상인역의 본선환기구에 설치됐다. 전기집진기를 이용한 오염물 제거 시스템은 주로 도로터널에 적용되어 왔으나 지하철 본선 환기구에 양방향 전기집진기술이 적용된 사례는 이번이 처음이다.
 

자료 : 리트코
자료 : 리트코

신기술의 특징은 급기와 배기가 한 환기구에서 발생하는 지하철 본선 터널 환기구의 특성을 고려하여 급·배기 시 풍향에 관계없이 양방향으로 미세먼지 제거가 가능하다는 것이다.
또한 대전부를 기존 와이어 방식이 아닌 플레이트 방식으로 개발하여 집진셀의 성능과 내구성을 향상시켰다. 개발된 집진셀은 멀티크로스 타입의 플레이트 방식으로 일정한 집진효율 성능을 유지하면서도 내구성이 우수하며 반영구적으로 사용할 수 있다.  집진셀은 양측의 대전부에서 통과되는 미세먼지 입자에 (-)전기를 하전시키고, (+)전기를 띈 집진부에서 초미세먼지와 미세먼지를 집진하여 공기를 정화하게 된다.

이렇게 양방향 전기집진기가 본선터널 급·배기 환기구에 설치되면 열차 진입 시 발생하는 열차풍에 의해 터널 내 공기가 외부로 배출되는 배기와 열차 통과 후 발생한 음압에 의해 본선 터널 내로 유입되는 외부 공기 중에 포함되어 있는 양방향의 미세먼지를 모두 제거할 수 있다.
특히 통과되는 기체의 유속이 13m/s 일 때에도 고효율의 집진을 유지할 수 있다. 기존 기술의 경우에는 일반적으로 9m/s의 풍속에서는 집진 효율이 있으나 통과 풍속이 증가할 경우 효율이 급격히 감소한다. 또한 신기술은 송풍기를 가동하지 않더라도 열차풍에 의한 공기의 유입으로 상시 가동상태를 유지하게 되어 경제적이며 스테인리스 스틸과 알루미늄으로 제작되어 기대 수명이 높다. 아울러 단위 유닛형 집진셀 타입으로 개·보수 시 교체가 용이하다.

기존 기술의 집진필터는 집진 후 먼지탈착을 위해 바람이나 프레임 타격으로 미세먼지를 털어주거나 1년주기로 고압세척을 하게 되는데 이 경우 미세먼지 제거효과가 떨어지는 단점이 있다. 반면 신기술의 미세먼지 제거장치는 별도의 조작 없이 자동으로 운용된다. 또한 집진셀의 세척과 건조 역시 정기적으로 자동실행된다. 이에 따라 미세먼지 집진효율이 일정하게 유지되고 미세먼지 제거장치의 운전과 세척 시 작업인원이 필요 없어 유지관리가 쉽고 유지비용을 절감할 수 있다. 고압의 물로 세척을 할 경우 케이블 연결부위에 수분이 침투하지 않도록 설계되어 장시간 사용을 할 경우에도 케이블 피복의 경화현상이나 성능저하로 고압이 새는 누전현상이 발생하지 않는다. 또한 세척장치가 설정된 세척구간을 일정한 이동속도로 정확하게 반복 세척하기 때문에 집진셀에 우수한 세척효과를 갖고 있다. 세척을 통해 포집된 미세먼지와 오염된 폐수는 별도로 처리하여 지하철 본선 터널에 2차 오염되는 것을 방지한다. 세척 시 발생한 폐수는 침전조에서 미세먼지를 침전시킨 후 맑은 상등수를 외부로 배출하게 된다.

전기집진기는 미세먼지를 저감하는데 중요한 역할을 하고 있으며 이러한 기술을 개발하여 ㈜리트코와 대구도시철도공사는 세계 최초로 양방향 전기집진방식의 도시철도 본선 환기구용 집진시스템을 개발했다. 한편 지하철 출퇴근 혼잡시간대를 비롯한 지하공간의 실내오염과 미세먼지에 대한 사회적 관심이 더욱 증가하고 있다. 이에 환경부는 제2차 지하역사 공기질 개선 목표 로드맵을 통해 전국평균오염도를 2022년 이후에는 60㎍/㎥까지, 2027년 이후에는 50㎍/㎥까지 단계적으로 강화하기로 했다. 국내 뿐만 아니라 미국과 일본 등 주요선진국에서도 미세먼지 저감농도를 강화하고 있다.  ㈜리트코와 대구도시철도공사가 개발한 양방향 전기집진기술을 지하철 본선환기구에 적용한 미세먼지 저감기술은 앞으로 국내외 철도건설공사 현장에서 활발히 적용될 것우로 예상한다.


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