• 유기물자원화
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• 제28권1호
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• pp.65-72
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• 2020

본 연구는 초기 식종슬러지 종류별 CO₂의 생물학적 바이오메탄 생산 적용 가능성을 비교를 위해 국내 혐기성 소화조로부터 획득한 식종미생물을 종류에 따라 Specific methanogenic activity (SMA) test를 수행한 결과이다. 36일간의 실험 결과 CH₄ yield는 2,434-2,051mL CH₄/g COD의 범위를 얻었고 생산된 가스 내 CH₄ 분압은 맥주공장과 음식물류 폐기물 식종슬러지에서 가장 높은 89.3-91.9% CH₄ 분포를 보인 반면 하수슬러지 식종슬러지로부터 가장 낮은 효율을 나타냈다. 반응조의 CH₄ production rate/CO₂ consumption rate 비교를 통해 CH₄전환 속도 및 CO₂소비율의 간접적 물질 수지 비교가 가능했으며 SMA test 실험 기간 중 반응조 내 아세트산의 농도의 검출이 확인되었다. 이는 식종슬러지 내부의 잔류 유기물들의 분해, 식종미생물의 사멸 및 이들의 분해, Homoacetogenic bacteria의 활성에 의해 반응조 내 Metabolic pathway가 부분적으로 Hydrogenotrophic methanogenesis 단계에서 Acetoclasctic methanogenesis로의 변환됨에 따른 결과로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권8호
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• pp.561-569
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• 2014

본 연구는 인제거를 위한 하수처리시설에서 발생하는 약품 잉여슬러지의 혐기성소화 특성을 조사하기 위한 것이다. 잉여슬러지의 최종생분해도 값은 Biogas발생량을 기준으로 약 31%, PACl 슬러지는 24%이며, Alum 슬러지는 26%이었다. 20일 동안 잉여슬러지는 $S_1$이 75%로써 $k_1$ ($0.1129day^{-1}$)의 속도로 분해되었으며, PACl 슬러지는 $k_1$ ($0.0998day^{-1}$)의 속도로 $S_1$인 74%의 BVS를 분해시켰고, Alum 슬러지는 $S_1$이 76%로써 $k_1$ ($0.1091day^{-1}$)의 속도로 분해되었다. SCFMR 반응조 운전시 모든 슬러지는 pH 6.7~7.0을, Alkalinity는 1,800~2,200 mg/L 범위로 차이가 미미하며 유사한 값을 유지하였다. HRT 20일에서 PACl 슬러지와 Alum 슬러지 Biogas 발생량은 각각 0.089, 0.091 v/v-d로 Control 0.124 v/v-d에 비해 낮은 27~28%이었다. 운전 전반에 걸처 메탄의 함량은 세 반응조 모두 70~76%로 PACl과 Alum을 주입함에 따른 영향은 없는 것으로 판단된다. PACl과 Alum을 주입한 슬러지의 TVS 제거효율은 HRT 20일에서 각각 평균 19.6%, 19.9%로 Control (23.8%)에 비해 약 4% 가량 작은 값을 나타내었으며, BVS 제거효율은 HRT 20일 조건에서 Control 반응조의 경우 평균 34.5%, PACl과 Alum 슬러지는 각각 평균 25.8%, 26.9%로 나타내어 PACl과 Alum 슬러지가 Control 보다 약 8% 낮은 제거효율을 보였다.

• KSBB Journal
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• 제16권4호
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• pp.403-408
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• 2001

알코홀 증류폐액은 통상적으로 COD 50,000-60,000 ppm, TS 3-8%, SS 2-4%, TN 0.05-0.2% 정도가 포함되어 있어 높은 SS와 TN 함량 때문에 종합폐수로써 생물학적 처리를 하거나 혐기성 소화를 통하여 처리하는 데 문제가 있다. SS의 주성분으로는 미발효 원료 잔류물과 함께 균체, 단백질, 섬유질, 그리고 기타 현탁성 또는 용해성 물질들이 포함된다. 본 연구에서는 알코홀 증류폐액 처리의 한 해결책으로써 0.1 $\mu$m Pore size를 갖는 스테인레스 재질의 분리막을 이용한 pilot scale 정밀여과(microfiltration)를 실시하였다. Decanter로 처리된 증류폐액을 정밀여과 처리한 결과 2.5 bar, 6$0^{\circ}C$ 조건에서 VCR 농축도 10X 정도가지 원활한 permeate flux를 얻으며 24시간 이상 장시간 여과가 가능하였고 feed 중 0.7%였던 SS가 100% 가까이 제거된 permeate를 얻을 수 있었다. SS는 retentate 중에 7%까지 농축 가능하였으며 COD는 25-27% 정도 제거되었다. SS가 2.6%인 decanter를 거치지 않은 증류 원폐액의 경우, VCR 3X 이내의 조건으로 여과할 때 SS를 100% 가까이 그리고 COD는 약 50% 정도 제거 가능하였다. 무방류 시스템으로의 전용을 위하여 정밀여과로 얻어진 permeate와 retentate를 발효배지 사입수으로 재활용하여 알코홀 발효에 미치는 영향을 검토한 결과, 재활용 사입수를 사용하지 않은 경우에 비해 발효 도중 이상 현상이나 발효속도와 알코홀 생산량에 부정적인 영향을 미치는 징후는 발견되지 않았다. 발효에 의한 총 $CO_2$ 발생량과 최종 알코홀 함량은 약간 증가하고 큰 차이를 보이지 않았으나, 발효시간 동안의 $CO_2$ 발생속도는 비교적 빨라져서 $CO_2$ 발생량 450 L/ton에 도달하는 시간은 재활용 사입수를 15% 사용했을 때 83-87%, 30%를 사용했을 때 72-76% 정도 단축되는 효과를 얻었다. 증류폐액을 처리하기 위해 사용되는 기존 decanter를 대체하여 정밀여과 막분리장치를 이용한다면 SS가 완벽하게 제거됨으로써 폐수처리의 부하를 줄이는 한편 부가적인 농축 공정을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 여과 permeate를 발효배지 사입수로 재활용함으로써 발효속도를 증진시킬 수 있으며 용수사용량을 절약할 수 있다.

• 신재생에너지
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• 제7권3호
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• pp.17-28
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• 2011

Biogas production and utilization are an emerging alternative energy technology. Biogas is produced from the biological breakdown of organic matter through anaerobic digestion. Biogas can be utilized for various energy sectors such as space heating, electricity generation and vehicle fuel. Especially, to be utilized as vehicle fuel, raw biogas needs to be upgraded that is mainly the removal of carbon dioxide to increase the methane content up to more than 95 ~ 97 vol% in some cases, similar to the composition of fossil-based natural gas. Usage of Biogas as a fuel of vehicles have an effect of reducing $CO_2$ emission compared to fossil fuels. Biomethane which is produced by upgrading of biogas is regarded as a good alternative energy and usage of clean energy is encouraged to deal with air pollution and waste management as well as production of clean energy. Recently, biogas projects for vehicle fuel are newly being launched and Korea government have also announced a plan for investment to develop biogas as a transport fuel. In this study, it is aimed to examine the potential feasibility of biomethane as a transport fuel. As a results, the status of biomethane, quality standard, quality characteristics, and upgrading technology of biogas were investigated to evaluate of biogas as a vehicle fuel of transportation.

• 한국물환경학회지
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• 제36권2호
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• pp.137-147
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• 2020

A direct contact membrane distillation (DCMD) was applied to treat strong nitrogenous wastewater of anaerobic digestion supernatant (ADS) and human urine (HU). The ammonia transfer was evaluated in terms of specific ammonia transfer (SAT) value, which is the ratio of total ammoniacal nitrogen divided by the amount of water transferred. The acidification resulted in low SAT values and high quality of produced water. The ammonia transfer control in the acidic condition was stronger for HU than ADS due to higher alkalinity (pH 8.8) and ammonia concentration (5700 mg-N/L) of HU. Acidified HU at pH 4 exhibited a SAT value of 1.64 × 10^-5, which was significantly smaller than the SAT value of 3.00 × 10^-3 for the original HU. The low pH enhanced the water flux for ADS, but HU showed a steep decrease in water flux due to enhanced fouling. It was considered that the fouling intensity in acidic conditions depends on the characteristics of the wastewater source. The major foulants on the MD membrane were NaCl, CaCO₃ and CuSO₄ as recognized by the SEM-EDS. Acidified ADS and HU at pH 4 showed relatively high N content of 8.18 % and 28.03 %, respectively, as organic fouling.

• 한국습지학회지
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• 제22권4호
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• pp.239-244
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• 2020

혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스는 열과 전력을 생산하는데 사용되기 전에 불순물, 특히 황화물 제거 공정이 수반 되어야 한다. 본 연구에서는 시설용량 46,000㎡/d의 하수처리장을 대상으로 습식스크러빙 장치를 활용하여 운전 조건의 변화에 따른 메탄감소율과 황화수소 및 이산화탄소의 제거율을 평가하였다. 부분순환에서 장치 유입전 평균 59.7%의 CH₄은 처리후 57.4%로 감소하여 3.9%의 감소율을 나타내어 마이크로버블 산화에도 불구하고 천천히 기화되는 것을 알 수 있었다. CO₂의 경우 38%가 장치로 유입되어 32%로 배출됨에 따라 15.8%의 제거율을 나타냈다. 1,400ppm의 H₂S는 DIWS장치로 유입되어 334ppm으로 배출되어 76.1%의 감소율을 나타냈다.

• 한국가스학회지
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• 제16권5호
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• pp.14-20
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• 2012

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발 열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 바이오가스 연료 내 불활성가스의 종류 및 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 종류의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험 결과로 각 불활성가스 종류 및 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 불활성 가스 조성 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 유기물자원화
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• 제28권4호
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• pp.43-52
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• 2020

멤브레인을 이용한 기체 분리 기술이 발전함에 따라 분리 과정을 설명하기 위해 다양한 수학적 모델을 개발하고 적용해 왔다. 본 연구에서는 셀룰로오스 아세테이트(CA) 중공사 분리막을 제조하여 실험에 사용하였다. 메탄, 질소, 산소 및 이산화탄소 순수가스를 이용하여 투과도를 측정하고, 향류 흐름 모델(Counter-current model)을 적용하여 실험데이터와 비교/해석하였다. CA 막에 대한 이산화탄소와 메탄의 투과도는 각각 25.82 GPU와 0.65 GPU로 나타났다. CO2/CH4 선택도는 39.7이었다. 순수가스 테스트 후 세 가지 모의 혼합가스에 대한 분리 테스트를 수행하였으며, 다양한 stage-cut 조건에서 투과된 가스의 농도를 측정하였다. 실험으로 얻은 데이터를 향류 흐름 모델로 비교한 결과 상당히 일치하는 것으로 나타났으며, CA 멤브레인 모듈을 사용한 바이오가스 분리를 수학적 모델로 구현할 수 있었다. 또한 유한차분법(FDM)을 적용하여 멤브레인에서 바이오가스의 분리 거동을 유추할 수 있었다. 향후 향류 흐름 모델은 바이오가스 분리 공정을 위한 모델로서 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 벤처창업연구
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• 제10권5호
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• pp.209-217
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• 2015

산업사회의 발달과 더불어 지속적으로 증가되고 있는 음식물류 폐기물은 현재 여러 가지 방법으로 재활용되고 있다. 본 연구는 국내 음식물류 폐기물의 처리현황을 조사하고, 음식물류 폐기물 감량의무사업장으로 분류되어 있는 전국공영농산물도매시장을 대상으로 음식물류 폐기물의 합리적인 사업화를 위한 재활용 개선방안을 제시하고자 한다. 국내 음식물류 폐기물 처리업체 분포는 경기지역이 39.5%로 가장 많았으며 그 외 지역은 10% 이내로 나타났다. 이중 공공처리시설이 38.0% 이었고 민간처리시설이 62.0%이었다. 그리고 재활용 방법은 사료화가 47.5%, 퇴비화는 36.4%, 기타 12.6% 등의 순으로 나타났다. 특히 2011년 이후로는 혐기성소화의 비율이 5.4%로 뚜렷한 성장세를 나타내고 있다. 따라서 향후 음식물류 폐기물의 재활용 방향이 정부 정책과 부합되는 혐기성 소화방법으로 전환되고 있음을 나타내고 있다. 전국 33개 공영 농산물 도매시장의 전체 거래량 중 서울가락시장, 서울강서시장, 대구시장, 부산엄궁시장, 구리시장이 각각 34.67, 7.47, 6.98, 5.41, 5.30% 차지하는 것으로 나타났다. 그리고 농산물 거래량 대비 평균 음식물류 폐기물 처리량은 2.65% 이었다. 특히, 2006년 농림수산식품부의 무 및 배추의 포장화 정책으로 서울가락시장의 음식물류 폐기물 처리량은 1/3으로 감소하였다. 전국 공영 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물 처리방법은 2010년 탈수가 56.3%, 원상반출이 33.7%, 탈수 후 건조가 10.0%로 탈수처리가 가장 높게 나타났다. 그러나 2013년 원상반출이 56.30%, 탈수 37.5%, 탈수 후 건조가 6.3%로 원상반출이 급증하였는데 이는 전체 거량이 가장 많은 서울 가락동시장이 원상반출 처리량이 증가하였기 때문이다. 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 수분함량(평균 88%)이 높고 염분함량(평균 0.02%)이 낮은 특성을 가지고 있다. 따라서 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 원상반출 및 탈수 보다는 탈수 후 건조가 처리능력을 향상 시킬 수 있는 것으로 판단된다. 그리고 탈수 후 건조된 음식물류 폐기물은 양질의 퇴비화 원료를 활용할 수 있기 때문에 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 탈수 후 건조하여 퇴비화 방법으로 재활용사업화를 추진하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.781-788
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• 2008

본 연구는 실험계획법과 통계학적 분석을 이용하여 세가지 유기성 폐기물(축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기)의 혼합 산발효를 위한 최적 운전 조건을 구하였다. 먼저, 세가지 기질의 최적 혼합비 도출을 위해 15회의 회분식 실험을 진행하였고, 획득한 실험 값의 통계학적 분석 결과 도출된 최적 혼합비는 chemical oxygen demand(COD) 기준으로 축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기 순으로 0.4 : 1.0 : 1.1로 나타났다. 도출된 최적 혼합비율로 준비된 기질을 대상으로 산발효 연속 운전 최적화를 수행하였다. 중요 운전 인자로서 hydraulic retention time(HRT)과 기질 농도를 설정하고, 실험계획법의 일종인 반응표면법(Response surface methodology, RSM)을 적용하였다. 3단계의 실험 계획에 의거한 연속 운전 결과, total volatile fatty acids(TVFA) 생성을 극대화 할 수 있는 최적 운전 조건은 HRT 2일, 기질 농도 29,237 mg COD/L로 밝혀졌고, 제시된 2차 경험적 모델식을 통해 최적 운전 조건에서 73%의 TVFA 증가율을 예상할 수 있었다. 도출된 모델식의 정확도 검증을 위한 실험 결과, 약 4%의 상대오차를 나타내 반응표면법을 비롯한 실험계획법과 통계학적 분석 방안이 성상 변화가 큰 실 폐기물의 최적화에도 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.