본 연구는 NRF 과제 “회전식 수력학적 공동현상 발생장치의 실험적 연구: 하수슬러지 처리(2019R1F1A1061458)” 및 NSFC과제 “A study on the cavitation characteristics and its influencing mechanism on the external characteristics of an advanced rotational hydrodynamic cavitation reactor (51906125) 의 연구 성과 및 한중 연구책임자간 근년의 교류 성과를 바탕으로 다음과 같은 연구내용을 수행한다.” (1) 전체 범위의 유량 및 회전 속도 조건 하(유량: 8, 10, 12, 14L/min 및 회전속도: 2400, 2800, 3200, 3600, 4000 rpm)에서 ARHCR의 WAS 처리 실험을 수행하며 (한국 측), 실험 조건이 WAS 처리 효과에 미치는 영향을 연구하고, 이를 캐비테이션수 또는 붕괴율 등과 같은 매개 변수를 통해 기확보된 내부 특성 및 외부 특성 간의 상관성을 분석한다. (2) SEM, TEM 및 입자분석 결과를 바탕으로 처리 전후의 WAS의 형태학적인 변화를 분석하여 ARHCR의 WAS에 대한 손상 원리를 규명한다. (3) 기확립된 수치해석 방법을 바탕으로 ARHCR의 공동현상 발생 유닛(CGU)의 구조가 WAS처리에 미치는 영향에 대한 표면반응법을 수행한다. 외부 특성 반응 모델 및 반응 표면을 건립하며 CGU 구조가 유동장 및 분해율의 변화에 미치는 영향을 조사한다. (4) NSGA-II 유전자알고리즘을 바탕으로 CGU 구조를 최적화하며 최적 CGU인 ARHCR의 WAS처리 실험으로 최적화 결과를 검증한다. 상술한 바를 종합하면, ARHCR의 WAS처리 성능 및 원리를 제시하며 새로운 메커니즘 연구 방법을 제출한다.

a) 기존의 세척방법과 회전식 공동현상 발생장치의 세척방법으로부터 처리된 폐플라스틱 내 잔여 오염물질을 측정하여 세척능력을 비교한다. 공동현상의 물리적 효과는 펌프의 임펠러, 선박의 프로펠러에 미세한 자국을 형성하여 강도를 저하시킬 만큼 국소영역에 미치는 영향은 매우 크다. 공동현상을 이용한 세척기술은 이를 이용하기 때문에 강력한 세척기술이며 플라스틱 폐기물 세척기술에도 충분히 적용할 수 있는 능력을 보유하고 있을 것으로 판단한다. 이에 구축한 인프라를 적극 활용하여, 미세저울과 분광기를 이용한 CPI(Cleaning Performance Index)를 측정 및 계산하여[17, 18] 기존의 세척방법과 비교분석을 하여 그 효과의 정도를 보여 공동현상의 응용 가능성을 보인다. b) 세척능력 비교 실험 후, 탈취능력을 비교분석한다. 플라스틱 폐기물은 다양한 악취원인물질을 포함하고 있어 탈취의 어려움을 내재하고 있다. 공동현상은 화학적 효과인 강력한 산화제를 통해 악취원인물질의 다양성을 극복하고 효과적으로 플라스틱의 탈취효과를 얻을 수 있는 지를 분석하기 위해 다양한 탈취분석 방법 중 적절한 방법을 선정하여 기존의 세척방법과 비교분석을 진행한다. c) 많은 연구 결과를 통해, 공동현상을 응용한 하수슬러지 전처리기술은 유망한 하수슬러지 전처리기술이라는 것을 인정받은 기술이다. 공동현상은 세척과 동시에, 폐수를 전처리하여 환경오염을 저감할 수 있는 지를 분석하기 위해, 세척공정에서 발생되는 폐수를 회수하여 TCOD, BCOD, TS, VSS 등을 측정한다. 측정결과를 통해, 플라스틱 폐기물 세척공정 페수의 처리용이성을 비교하여 처리방법의 친환경성 및 경제성을 분석한다.