• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.246.1-246.1
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• 2010

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

• 생명과학회지
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• 제19권3호
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• pp.349-355
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• 2009

돈 도축 식품폐수를 처리하는 생물막 시스템인 RABC (rotating activated Bacillus contactor) 공정의 생물막과 점감식으로 운영되는 포기조의 동일한 시료를 대상으로 Biolog GN2 plate를 이용한 호기/혐기 대사지문 분석으로 다음과 같은 결과를 얻었다. 첫째 대응표본 상관관계 분석과 pairs t-test를 통하여 매일 측정값보다 일별변화량이 전반적인 군집구조의 유사성을 나타내는 것으로 판단되었다. 둘째 생물막이 포기조 시료들에 비해 높은 탄소원 이용도를 보여(p<0.01) 생물막의 높은 유기물 제거 능력을 알 수 있었고 포기조 시료사이는 이용된 탄소원의 상관관계가 높았고(78%) 활성정도도 비슷하였다(p=0.287). 셋째 활발하게 이용된 탄소원의 종류는 시료별로 차이를 보여 활성을 보이는 군집이 각 처리단계 별로 변화하는 것으로 판단되었다. 마지막으로 같은 시료라도 호기/혐기 조건에 따라 대사지문에 차이를 보여 미호기성 및 혐기성 군집구성원에 의한 활성 차이를 확인하였다. 향후 대사지문(metabolic fingerprinting)을 통한 활성군집 비교에 일별변화량과 혐기조건 분석을 병행하면 더욱 풍부한 분석이 가능할 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권5호
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• pp.837-847
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• 2000

고농도의 유기물과 질소성분을 포함하는 맥주공장과 석유화학 산업폐수를 처리하기 위하여 실험실 규모의 혐기/호기 순산소-생물막 공정 (POB)이 이용되었다. 그리고 A/O POB process와 장기폭기법의 경제성분석도 수행되었다. TOC 농도기준으로 70에서 150 mg TOC/L 범위의 맥주공장폐수가 유입되었을 때 TOC 제거율은 각각 92% 이상으로 좋은 효율을 보였다. 석유화학폐수의 경우 초기 TOC제거율은 52%로 매우 낮았지만 32일 이후에는 86%의 TOC 제거율을 나타내었으며, TKN의 제거율은 유입부하가 증가함에도 불구하고 27일 이후에 71%의 제거율로 유지되었다. 순산소 생물막공법은 초기 건설비인 순산소 발생장치 (PSA)와 메디아 설치비가 소요되기 때문에 장기폭기법에 비하여 약 2.9배 정도 높았다. 이에 반해서 순산소 생물막공법은 극히 적은 잉여슬러지 발생량과 슬러지의 재순환의 불필요, 낮은 에너지 소요량 등의 많은 장점들로 인하여 운전비와 유지비가 약 2.5배 정도 장기폭기법 보다 적었다. 그러므로 장기적인 측면에서 보면 순산소 생물막공법이 높은 처리효율을 가지면서도 장기폭기법보다 경제적인 것으로 생각된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.116-116
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• 2011

바이오 가스 플랜트의 혐기소화 공정에서 발생하는 바이오 가스는 중 유해가스인 황하수소($H_2S$)는 부식성 가스로 수천 PPM농도를 함유하여, 발전기나 가스보일러로 이용하는 경우에는 $H_2S$를 제거하는 탈황공정이 반드시 필요하다. 탈황방식에는 산화철 탈황(건식 탈황)과 생물 탈황이 현재 많이 사용되고 있어나 산화철 탈황은 산화철 pellet이 유화철에 변화하면 탈황능력이 저하되어 pellet을 교환해야 하며 많은 비용이 발생한다. 생물 탈황 방식은 유황산화세균의 서식활동조건(온도, 반응시간, 산소량)확보가 반드시 필요하여 높은 운전기술을 필요로 한다. 본 연구에서는 바이오가스 전처리 기술 중 활성탄 또는 약액을 이용한 기존의 탈황정제방식보다 흡착성능이 뛰어난 이온교환섬유를 이용하여, 황화수소($H_2S$)를 95% 이상 제거할 수 있는 고효율 섬유상 이온촉매 악취제거 시스템 개발을 수행하였다. 이온교환섬유는 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 인위적으로 형성시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 양이온을 교환할 수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제로, 이온교환 섬유의 화학적 이온교환과 물리적 흡착 및 탈착반응이 동시에 발생되고, 활성탄/실리카켈 보다 흡착능력이 2~4배 높다. 또한 이온섬유의 재생기능을 이용하여 장기적 다양한 악취($H_2S$, $NH_3$, 아민계, 메르갑탄류, 알데히드 등) 및 유해가스(VOCs, NOx, SOx) 등을 95% 이상 제거할 수 있다.

• 생명과학회지
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• 제13권4호
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• pp.511-515
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• 2003

대표적인 azo계 반응성 염료인 Remazol Black B에 대한 탈색능이 우수한 신규 백색부후균인 Phanerochaete sp. EJ-31L의 탈색 특성을 평가해 보았다. 보조 탄소원 농도, 질소원, pH 등의 배양조건이 염료 탈색율에 미치는 영향을 분석한 결과, 3%(w/v)의 sucrore, 0.05%(w/v)의 $(NH_4)_2SO_4$를 첨가한 배지에서 pH 6.5의 조건에서 탈색능이 우수하였다. 혐기적 조건에서는 호기적 조건 대비 27% 수준의 탈색 효율을 보였으며, 진탕배양에서의 탈색율이 정치배양 대비 2배이상 높아 Phanerochaete sp. EJ-31L은 호기적 조건에서 탈색능이 우수함을 알 수 있었다. 초기 Remazol Black B 농도 50 ppm에 대한 회분식 처리시 약 95% 이상의 탈색율을 보여 향후 azo계 염료 처리용 생물공정에 백색부후균인 Phanerochaete sp. EJ-31L을 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.152.2-152.2
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• 2010

LFG는 매립된 폐기물 중 유기성분이 혐기성조건에서 미생물에 의해 분해가 되면서 발생하며, 이러한 매립지가스는 주변 지역의 자연 및 생활환경에 악영향을 미치기 때문에 소각 등의 방법으로 LFG를 처리하고 있다. 일반적으로 매립지로부터 발생하는 가스의 량은 폐기물 1톤 당 $150{\sim}250m^3$로서 매립 후 2~3년 후에 최대량이 발생하며 매립 후 20~30년 후까지 지속적으로 발생함으로 안정적인 LFG의 공급이 가능하며, 메탄함량이 50%인 경우 약 $5,000kcal/m^3$의 높은 발열량을 가지므로 대체에너지원으로 이용할 경우 환경적인 문제 해결 및 신재생에너지원으로 활용할 수 있다. LFG 자원화 할 경우 가장 안정적인 방안으로 발전 및 중질가스로 활용하는 것이나, 발전의 경우 최소 200만톤 이상의 매립용량을 갖추어야 경제적인 사업성을 확보할 수 있으며, 중질가스로 활용하는 경우 인근에 가스 수요처를 확보해야 하는 어려움이 있다. 만약 중 소규모의 매립장에서 발생하는 LFG를 안전하고 경제적인 조건으로 저장 및 수송할 수 있다면 중 소규모의 매립지에서 발생하는 LFG도 활용할 수 있을 것으로 기대되며, 안전하고 경제적인 저장과 수송기술을 통하여 발전이 아닌 중질가스로의 활용도 가능하게 될 것이다. 또한 여러 곳의 매립장에서 발생한 LFG를 한 곳으로 집중시켜 고질가스로 전환하는 설비비용을 절감할 수 있으며, 정제된 고질가스를 이용하여 발전보다 경제적인 자동차 연료나 도시가스로 활용할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 LFG의 저장과 수송기술 중 GTS 기술을 통하여 저장과 수송에 제약이 크고 많은 비용이 소비되는 기체 상태의 에너지원을 하이드레이트화 시킴으로서 중 소규모 매립지에서 상대적으로 적은 비용으로 가스저장과 지상수송이 가능하게 할 수 있다. 본 연구의 결과로 LFG 에너지화 실증화 플랜트를 설계/제작 하였으며, 메탄+이산화탄소+물 하이드레이트 형성 실험 결과 4.56 Mpa, 277.2 K 조건에서 3시간을 한 사이클로 하는 공정운전을 가지는 것을 확인하였다. 이때 생성된 슬러리상의 하이드레이트를 고압으로 배출하여 펠릿으로 형성시켰으며, 형성된 하이드레이트 펠릿의 경우 92.27%의 메탄을 포함하는 것을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.768-774
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• 2009

본 연구는 통성 혐기성 미생물인 K. pneumoniae DSM4799을 이용하여 순수 글리세롤과 국내 바이오디젤 생산공정에서 발생된 폐글리세롤로부터 1,3-PD을 생산하기 위한 연구로서, 혐기 및 호기 조건, 배양온도, 글리세롤 농도, pH에 따른 1,3-PD 생산성 비교를 통해 최적 배양조건을 찾고자 하였다. K. pneumoniae DSM4799를 혐기조건과 호기/혐기 2단계 배양을 한 결과, 혐기조건에서 더 효율적인 1,3-PD 생산이 이루어졌다. 배양 온도를 $26{\sim}37^{\circ}C$로 변화시키면서 배양한 결과, $30{\sim}33^{\circ}C$에서 높은 1,3-PD 생산성을 나타내었고, 글리세롤 농도는 글리세롤의 종류에 상관없이 60 g/L 이상에서 균주의 성장 및 1,3-PD 생산이 저해되는 현상을 관찰할 수 있었다. 폐글리세롤 사용시 순수 글리세롤에 비해 초기 1,3-PD 생산은 감소하였으나, 48시간 후에는 오히려 더 높은 농도의 1,3-PD를 생산하였다. 유가식 배양으로 글리세롤 농도를 40 g/L 이하로 조절하면서 pH 조절유무에 따른 1,3-PD 및 부산물의 변화를 살펴본 결과, pH를 7.0으로 유지시켰을 때 pH 조절을 하지 않은 경우보다 25% 향상된 1,3-PD 수율을 나타내었다(0.56 g/g vs. 0.45 g/g). 본 연구를 통해 K. pneumoniae DSM4799를 이용하여 1,3-PD 생산시 혐기조건, 온도 $30^{\circ}C$, 순수 또는 폐글리세롤 40 g/L 이하, pH 조절 등의 배양조건이 적합함을 알 수 있었으며, 최적화된 배양조건을 통해 보다 가격경쟁력이 있는 생물학적 1,3-PD 생산이 가능할 것으로 기대된다.

• 상하수도학회지
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• 제24권1호
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• pp.51-62
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• 2010

The high concentration of N in the wastewater from livestock farming generally renders the efficiency of the wastewater treatment. Therefore, removal of N in livestock wastewater is crucial for successful treatment. The current study was conducted to investigate the optimum conditions for partial nitrification under anaerobic condition following nitritation in TPAD-BNR(two-phase anaerobic digestion-biological nitrogen removal) operating system. Sequential operating test to stimulate partial nitrification in reactor showed that partial nitrification occurred at a ratio of 1.24 in $NO_2{^-}$-N:$NH_4{^+}$-N. With this result, a wide range of factors affecting stable nitritation were examined through regression analysis. In the livestock wastewater treatment procedure, the hydraulic retention time (HRT) and pH range for optimum nitrite accumulation in the reactor were 1-1.5 days and 7-8, respectively. It was appeared that accumulation of $NO_2{^-}$-N in the reactor is due to inhibition of the $NO_2{^-}$-N oxidizer by free ammonia (FA) while the effect of free nitrous acid was minimal. Nitrification was not influenced by DO concentration at a range of 2.0-3.0 mg/L and the difference in the growth rate between $NH_4{^+}$-N oxidizer and $NO_2{^-}$-N oxidizer was dependent on the temperature in the reactor.

• 한국물환경학회지
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• 제18권2호
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• pp.151-157
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• 2002

Landfill leachate is one of highly contaminated and heterogeneous wastewater. The leachate from initial landfill can be treated by anaerobic process because it contains biodegradable matters, particularly, volatile fatty acids (VFAs). However, the anaerobic treatment of leachate is generally required longer hydraulic retention time (HRT) than aerobic process and another treatment process to satisfy effluent concentration. Therefore the modification of conventional anaerobic treatment is needed. Two phase anaerobic membrane process (TPAMP) is an integrated membrane process to be able to separate anaerobic metabolism into two phase which are acidogenesis and methanogenesis for improvement of anaerobic treatment efficiency. In this study, the efficiency of TPAMP and conventional anaerobic treatment were compared in terms of HRT, effluent SCOD, VFAs Membrane used in TPAMP was the UF of capillary type with the surface area of $0.048m^2$. The average effluent SCOD of conventional anaerobic treatment was 1352 mg/L and the removal was 96 % at HRT 60 days, while in TPAMP, 927 mg/L and 98% at HRT 30 days.

• 유기물자원화
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• 제2권2호
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• pp.3-17
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• 1994

주방폐기물의 혐기성분해 반응에 대한 나트륨이온의 저해특성을 정량적으로 평가하기 위한 연구가 $0{\sim}20g\;Na^+/L$의 나트륨이온 농도에서 600mL 반응조를 이용한 저해효과실험을 통하여 수행되었다. $2g\;Na^+/L$ 이상의 나트륨이온에 노출된 혐기성미생물은 노출초기에 심각한 저해를 받는 것으로 평가되었으나, 혐기성미생물은 나트륨이온의 농도가 증가함에 따라 서로 다른 순응 및 저해 특성을 가지는 것으로 평가되었다. 나트륨이온에 의한 순응 및 저해효과를 정량적으로 평가하기 위한 방법으로 나트륨이온이 주입되지 않은 control에 대한 대상시료의 초기순응시간 및 최대메탄발생율의 비를 각각 상대적메탄화율 및 상대적순응시간으로 정의하였다. 나트륨이온이 $2g\;Na^+/L$에서 $20g\;Na^+/L$까지 증가함에 따라 상대적순응기는 약 19에서 90까지 지수적으로 급속히 증가하였으나, 상대적메탄화율은 0.97에서 0.02까지 선형적인 감소현상을 보였다. 주방폐기물의 혐기성분해 반응에서 최대메탄발생율, 1차반응속도 상수, 최종메탄발생량 등에 대한 나트륨이온의 영향은 일반화된 비선형 저해영향인자식에 의해 효과적으로 평가할 수 있었으며, 이와 같은 나트륨이온의 저해효과는 비경쟁저해모델에 의해서 가장 잘 설명가능한 것으로 밝혀졌다. 혐기성반응의 활성이 완전히 저해되는 나트륨이온의 농도는 사용한 모델에 의해서 약 $20{\sim}21g\;Na^+/L$로 평가되었으며, 약 $11g\;Na^+/L$의 나트륨이온에서 메탄화율이 50% 저해효과를 보이는 것으로 평가되었다. 본 연구결과는 높은 농도의 나트륨이온을 함유한 주방폐기물의 메탄발효공정의 설계 및 운전 인자의 결정에 유용하게 사용가능할 것으로 사료된다.