• 대한환경공학회지
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• 제28권8호
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• pp.866-871
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• 2006

연속 회분식 방식의 실험실 규모 상향류 반응조를 사용하여 인 결정화공정을 이용한 영양물질 회수에 대한 연구를 수행하였다. 양이온 공급원으로서 산업폐기물인 폐석회와 마그네슘염을 이용하여 그 운전특성을 비교하였다. 이 연구는 고성능 발효조와 인 결정화 반응조로 구성된 새로운 통합 슬러지 처리 공정에 있어서 인 결정화공정의 성공적인 적용성 평가에 초점을 두고 있다. 발효조 유출수와 유사한 특성으로 제조된 합성폐수를 이용한 첫 번째 struvite 결정화 실험에서 반응은 $0.5{\sim}1$ hrs 사이의 반응시간에서 빠르게 진행되었는데, 그 동안 상당량(약 60% 이상)의 암모니아와 인이 제거되었다. 알칼리성 조건이라는 기질의 고유특성으로 인하여 암모니아 탈기 현상이 다소 발생하였으나 그 정도는 미미한 것(<5%)으로 나타났다. 또한 공기주입에 의한 이산화탄소 탈기조건을 추가적으로 제공하였을 때 struvite 형성속도의 향상은 일어나지 않았다. 실폐수로서 발효조 유출수를 사용한 두 번째 실험에서 stuvite 결정화를 위한 마그네슘염의 최적주입량은 struvite형성질량비와 유사한 0.86 g Mg $g^{-1}$ P이었다. 반면에 폐석회의 최적주입량은 0.3 g $L^{-1}$으로 다소 높게 나타났으며, 약 3시간의 반응시간 조건에서 $NH_4$-N과 $PO_4$-P의 제거효율은 각각 80%와 41%로 나타났다. 각 실험에서 침전물을 현미경으로 분석한 결과 마네슘염을 사용한 경우 프리즘과 같은 결정체가 관찰된 반면 폐석회를 사용한 경우는 비결정질의 결정체가 주로 관찰되었다. 하수처리용량 158,880 $m^3\;d^{-1}$의 실규모 처리시설의 경우를 대상으로 한 통합 슬러지처리시스템의 물질수지 분석결과 결정화 반응조 유출수로 부터의 반송되는 영양물질의 재순환 부하(각각 하수 1 $m^3$ 당 0.13 g N와 0.19 g P)는 매우 낮게 유지되는 것으로 나타났다. 그러므로 이미 산업폐기물 형태로 존재하는 폐석회를 본 연구에서와 같이 통합 슬러지 처리시스템의 영양물질 회수 공정에서 재이용하는 것은 높은 환경적 및 경제적 이익과 동시에 산업폐기물의 지속발전적 처리/처분이라는 다양한 장점을 가질 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권7호
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• pp.514-520
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• 2014

본 연구에서는 상용 응집제와 동일한 응집 성능을 확보할 수 있는 대체 응집제(황산알루미늄 용액)의 제조 가능성을 평가하였다. 사용된 대체 응집제 원료는 폴리머 제조 공정에서 발생하는 폐촉매 부산물(Waste activated alumina)이며, 대체 응집제는 1) 강열 및 분쇄, 2) 황산과의 화학적 중합 및 치환 반응, 3) 용해 및 희석, 4) 침전 및 분리과정을 거쳐 제조되었다. 실험실 규모의 autoclave 및 용해조에서의 최적 운전 조건을 도출하기 위해 황산 순도, 반응 온도, 황산 주입비 및 용해조에서의 물 주입비의 변화 등에 따른 대체 응집제 내 $Al_2O_3$ 함량이 분석되었다. 연구 결과, 황산 순도 50%, 반응 온도 $120^{\circ}C$, 황산 주입비 5배 및 용해조 물 주입비 2.5배의 조건하에서, 7~8% 범위의 $Al_2O_3$ 함량을 가지는 대체 응집제가 제조된다는 것이 확인되었다. 대체 응집제의 응집 성능을 평가하기 위해 호기조 유출수를 대상으로 Jar-test를 수행한 결과, Al/P의 몰비를 1.5 및 2.0으로 주입한 두 가지 경우 모두에서 기존 응집제의 인 제거 성능과 유사하거나 더 높은 제거 성능이 확인되었다. 추가적으로 경제성 평가를 통해 상용 응집제와 비교했을 때 50% 이상의 생산 단가 절감이 가능하였고, 생태독성 평가를 통해 환경적 문제없이 대체 응집제가 실제 하수처리장 또는 폐수처리장에 적용될 수 있는 것이 확인되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권10호
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• pp.1905-1919
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• 2000

활성슬러지 공정에 기반을 둔 연속식반응기는 시스템이 가진 고유한 비선형성뿐만 아니라 계절, 기후 등의 환경변화에 따른 유입수의 유량 및 특성 등의 외부적인 조건의 변화를 고려하여 제어하여야 한다. 수학적 모델링 과정에서 고려하지 못했거나 무시되었던 부분을 포함한 시스템에 관련된 특징과 한정된 공간에서 기본적인 제어방법에 의한 현재의 운전방법을 고려하여 불 때 활성슬러지 공정은 개선할 수 있는 여지가 많다. 또한 숙련된 운전자의 지식을 구현할 수 있는 지능제어기법을 적용하여 전체적인 공정의 효율 향상을 도모할 수 있다. 제어방법의 적용에 앞서 제어대상공정인 활성슬러지 공정을 분석하여 이를 $Matlab^{(R)}5.3/Simulink^{(R)}3.0$을 이용하여 연속식반응기 모델을 구현하였다. IWA(International Water Association)와 COST(European Cooperation in the field of Scientific and Technical Research)에서 제시한 정상상태의 유입수 특성을 이용하여 모델의 정확성을 검증하였다. 본 논문에서는 이미 현장에서 사용중인 제어기법의 구현 및 성능 평가뿐만 아니라 다양한 고급제어기법들을 적용하여 새롭게 제안한 제어기법들이 실제 폐수처리장에 적용가능한지 여부를 검증하였다. 제어방법으로는 현장에서 일반적으로 사용되고 있는 비례-적분-미분제어기(Proportional-Integral-Derivative Controller; PID controller)와 PID제어기가 가진 장점과 퍼지 논리 제어기법이 가진 장점을 결합함과 동시에 제어기의 성능 향상 및 경제성을 높일 수 있는 퍼지 PID이득 조절기(fuzzy PID gain tuner)와 퍼지 셋포인트 변환기(fuzzy setpoint changer)를 적용하여 봄으로써 외란에 대해 강인한 제어기 설계의 가능성을 검증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.367-377
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• 2017

본 연구는 수산물가공폐수 내 포함된 염분이 황 탈질조에 미치는 영향을 파악하고자 수행되었다. 황 탈질조의 탈질효율 검토결과, 유입 T-N 농도 20mg/L 이하에서는 EBCT 1hr, 30mg/L에서는 EBCT 2~3hr가 최적 EBCT로 조사되었다. 또한 그 이상의 T-N이 유입될 경우 생물학적 처리공정으로 반송을 통하여, 유입 T-N 농도를 30mg/L 이하로 유지해야 한다. 질소 부하에 따른 탈질효율 검토결과, 유입부하를 $0.496kg/m^3{\cdot}day $ 이내로 유지하였을 때 방류수질 기준을 만족하였지만, 현장 적용시 반응조 용적이 증가되는 문제점이 발생하기 때문에 탈질효율과 경제성을 고려하였을 때 유입부하를 $0.372kg/m^3{\cdot}day$이내로 운전해야 한다. 황 탈질 반응속도 상수를 산정한 결과, 유입부하 $0.248{\sim}0.628kg/m^3{\cdot}day$에서 k은 $0.0890{\sim}0.5032hr^{-1}$로 유기물 생분해도의 반응속도 상수보다 높게 조사되었다. $Cl^-$ 농도에 따른 회분식 실험 결과, 유입 질소농도 30.0mg/L 에서 염분농도 $7,000mgCl^-/L$ 이하에서는 탈질효율의 영향은 크지 않으나, $9,000mgCl^-/L$ 이상에서는 저해가 발생하는 것으로 조사되었다. 연속식 반응실험에서 $Cl^-$농도에 따른 반응속도 상수 산정결과, raw wastewater${\sim}5,000mgCl^-/L$에서의 반응속도 상수는 $0.1049{\sim}0.2324hr^{-1}$로 조사되었다. 그러나 $7,000mgCl^-/L$의 경우 k은 $0.1588hr^{-1}$로, $9,000mgCl^-/L$는 k은 $0.1049hr^{-1}$로 염분 농도가 증가할수록 반응속도 상수는 감소되었다.

• 청정기술
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• 제28권3호
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• pp.218-226
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• 2022

최근 선진국들은 수소경제 및 탄소중립 사회로의 전환을 위해 수소에너지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이산화탄소(CO₂)를 배출이 없는 친환경적인 수소(H₂) 생산 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 암모니아(NH₃) 분해 수소 제조를 위해 루테늄 알루미나(Ru/Al₂O₃) 분말 촉매와 함께 알루미나 졸(alumina sol)의 무기바인더(inorganic binder)와 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose)의 유기바인더(organic binder)를 사용하여 딥 코팅(dip coating) 방법으로 루테늄 알루미나 메탈 모노리스 코팅 촉매를 제조하였다. 딥 코팅을 위한 촉매 슬러리의 최적 비율로 촉매와 무기바인더의 중량 비율을 1:1로 고정하여 유기바인더 0.1일 때 1회 딥 코팅 시 촉매 코팅양은 61.6 g L^-1이다. 이때 메탈모노리스 표면에 코팅된 촉매 층의 균일한 두께 (약 42 ㎛)와 결정상을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)과 X-ray 회절분석(X ray diffraction, XRD)을 통해 확인하였다. 또한, 암모니아 분해 수소 제조의 최적 공정조건을 찾고자 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 이용하여 반응온도와 공간속도의 독립변수에 따른 암모니아 전환율에 대한 수치 최적화 회귀식 모델을 계산하였다. 이러한 결과로부터 암모니아 분해 수소생산을 위한 상업적 규모의 공정운전 기본설계 자료로 활용이 가능하다.

• 생명과학회지
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• 제12권6호
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• pp.700-707
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• 2002

높은 COD 농도의 유입수질에 따른 Bacillus 균주의 유기물 및 영양소 제거특성을 파악하고자 실험실 규모의 3가지 다른 기질 조성을 가지는 회분식 반응조(Rl, R2, R3)를 운전하였다. $NH_4^+$-N 및 $COD_{cr}$, 농도는 호기적 상태에서 95% 이상 제거되었으며, 각 반응조의 $NH_4^+$-N 및 $COD_{cr}$, 제거율은 각각 22.6 와 90.5%(Rl), 23.9 와 65.8%(R2), 30.2와 86.4%(R3)이었다. $NH_4^+$-N의 제거는 $NO_3^{-}$-N의 농도가 충분히 공급이 될 경우 제거효율이 높은 것으로 나타났고, 초기 nitrite의 농도가 높을 시에는 COD 처리효율을 크게 떨어뜨림을 알 수 있으며, 탈질에 이용되는 탄소량은 거의 없었다. 따라서, Bacillus 균주에 의한 탈질과정에서는 일반적 전자공여체 대신에 암모니아성 질소가 전자공여체로서 이용될 수 있다는 가능성을 보였다. $NO_3^{-}$-N농도는 무산소 조건에서 거의 탈질 되는 것으로 나타났으며, R3 반응조의 경우에만 호기상태에서도 10%의 제거가 일어났다. 총질소(TN)와 총인(TP)의 제거율은 각각 41.8 와 49.5%(Rl), 40.1와 35.8%(R2) 및 47.0 와 57.6%(R3) 이었다. Alkalinity는 호기조건에서 alkalinity의 농도가 많이 소모되었다가 다시 무산소 조건에서 탈질반응에 의하여 회복됨을 알 수 있었는데, 호기적 조건하에서 1 mg/L의 $NH_4^+$-N이 산화될 때 소모된 alkalinity는 Rl, R2, R3 반응조에서 각각 4.96, 5.41, 3.93 mg/L($CaCO_3$으로 환산한 농도로서)이었으며, 무산소 조건하에서는 1 mg/L의 $NO_3^{-}$-N이 제거되는 동안 회복되는 alkalinity는 각각 3.06, 3.17, 2.60 mg/L.($CaCO_3$으로 환산한 농도로서)이었다 Rl, R2, R3 각 반응조의 SOUR 값을 구해보면, 각각 38.5, 52.7 및 42.0 mg $O_2$/g MLSS/hr으로서 기존의 활성슬러지보다 높은 미생물 활성을 보였다. 각 반응조의 유기물질 용적부하율(OLR) 및 슬러지 생산량을 계산하면 각각 0.69 와 0.28(Rl), 0.77 와 0.20(R2) 및 0.61 kg COD/$m^3$/day 와 0.25 kg MLSS/kg COD(R3)이 었다. 유기물 부하율이 상당히 높은데 반해 슬러지 생산량은 다른 공법에 비해 다소 낮은 것으로 나타났다. 초기 $NO_3^{-}$-N 농도가 높은 R3 반응조는 무산소 조건하에서의 $NH_4^+$-N 1 mg 제거 당 가장 많은 양의 $NO_3^{-}$-N 제거 및 COD 1 mg 제거 당 가장 많은 $NO_3^{-}$-N 량이 제거되었다. Rl, R2 반응조에서의 $NH_4^+$-N 1 mg 당 제거된 COD mg수는 10.41-12.63으로서 호기적 탈질을 일으킨다고 보고된 T. pantotropha 균주를 사용한 실험결과와 비슷한 값을 나타내었고, $N_2$로의 변환에 의한 질소제거를 N-balance로부터 구해보면, R3 반응조의 경우가 가장 높은 제거율(40.9%)을 보였다. 이상의 결과들을 볼 때, Bncillus 균주는 호기적 탈질을 일으킬 수 있는 가능성이 있고, Bncillus 균주를 이용한 B3 공정은 탈질에 이용되는 탄소량이 거의 없고, 적은 alkalinity 소모에 의한 경제적 이익 등 장점을 가진 공정으로 보여 진다.