• 한국물환경학회지
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• 제31권2호
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• pp.151-158
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• 2015

The aim of this research is to derive an optimum operating condition for the thermal solubilization equipment that is employed to increase concentration of soluble organic materials and to assess whether it would be possible to use the waste sludge generated by thermal solubilization reaction as an external carbon source in biological denitrification process. For the purpose, we have constituted a laboratory-size thermal solubilization equipment and have assessed thermal hydrolysis efficiency based on various reaction temperature and reaction time. We have also derived SDNR using the waste sludge generated by thermal solubilization reaction through a batch experiment. As a result of research, the highest thermal hydrolysis efficiency of about 42.8% was achieved at $190^{\circ}C$ of reaction temperature and at 90 minutes of reaction time. And when SDNR was derived using the waste sludge, the value obtained was $0.080{\sim}0.094\;g\;NO_3{^-}-N/g\;MLVSS{\cdot}day$, showing SDNR that is higher than that obtained by the results of existing researches that used common wastewater as an external carbon source. Accordingly, in view of the fact that food wastes vary quite a bit in characteristics based on the area they are generated from and seasonal change, it seems that a flexible operation of thermal solubilization equipment is required through on-going monitoring of food wastes that are imported to food wastes recycling facilities.

• 한국물환경학회지
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• 제30권5호
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• pp.559-567
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• 2014

Since the ocean dumping of organic wastes is prohibited under the London Convention, the need for land treatment of food waste leachate (FWL) has significantly been growing in recent years. This study was conducted to use thermal solubilization to turn FWL into a form that can easily be degraded during the anaerobic digestion process, thereby reducing the percentage of solids and increasing the production of methane. To derive the optimal operating conditions of thermal solubilization, a laboratory-scale reactor was built and operated. The optimal reaction temperature and time turned out to be $190^{\circ}C$ and 90 min, respectively. The BMP test showed a methane production of 465 mL $CH_4/g$ $COD_{Cr}$ and a biodegradation rate of 90.1%. The production of methane rose by about 15%, compared with no the application of thermal solubilization. To reduce the solid content of FWL and improve the methane production, therefore, it may be helpful to apply thermal solubilization to pre-treatment facilities for anaerobic digestion.

• 상하수도학회지
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• 제14권1호
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• pp.117-126
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• 2000

Solubilization pretreatments were conducted to enhance the anaerobic digestion of the waste activated sludge. Four pretreatment techniques including heating, sonication freezing and thawing, and enzyme addition were employed to solubilize the waste activated sludge under various conditions. Thermal pretreatment by heating showed the highest efficiency compared with other methods, and freezing and thawing was confirmed as a feasible alternative of solubilization as well as the pretreatment of dewatering. There is a clear correlation between the solubilization efficiency of the waste activated sludge and the gas production. Batch digestion results showed the cumulative gas production as much as four times after thermal pretreatment as compared with that by the control sludge without pretreatment. As a result, hydrolysis or solubilization pretreatment might play a significant role in the high rate digestion of the waste activated sludge.

• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.5-13
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• 2022

현대의 환경문제는 다량의 폐기물의 발생과 무분별한 에너지의 소비로 인한 환경오염이 가속화 되고 있다는 것이다. 대표적인 에너지 생산 연료인 화석연료는 에너지를 생산하는 과정에서 연소가 이루어져 다량의 온실가스가 발생하고 최종적으로 기후변화를 야기한다. 또한 전 세계적으로 발생하는 폐기물의 양도 지속적으로 증가하고 있으며 처리하는 과정에서 환경오염이 발생하고 있다. 이와 같은 문제들을 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나는 유기성 폐기물의 에너지화 및 감량화이다. 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지는 해양매립이 전면 금지된 이후로 다양하게 처리되고 있으나, 그 발생량은 지속적으로 증가하는 추세이다. 하수슬러지는 유기물을 다량 함유하고 있어 혐기소화를 통하여 하수슬러지를 에너지화 하고 최종 배출되는 폐기물을 감량화 하는 것이 바람직하다. 하지만, 잉여슬러지의 경우 대부분이 하수처리에 이용되었던 미생물 덩어리로써 잉여슬러지가 혐기성소화 되기 위해서는 먼저 미생물의 세포벽이 파괴되어야 하는데 세포벽 파괴에는 많은 시간이 요구되기 때문에 혐기성 소화 과정만으로는 높은 바이오가스 생산율이나 폐기물 감량율을 달성할 수 없다. 따라서 잉여슬러지를 가용화하는 전처리 공정이 필요하며, 여러 가지 가용화 공법 중에서 열적 가용화 공정이 가장 효율적인 것으로 검증되었고, 혐기성소화 공정의 전처리 과정으로써 열적가용화 공정을 이용하여 잉여슬러지에 포함된 세포벽을 파괴한 후 전처리 된 잉여슬러지를 혐기성소화 함으로써 높은 바이오가스 생산율과 폐기물 감량율을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 열적 가용화장치를 통하여 TS 10%의 농축 잉여슬러지를 전처리하는데 있어서 체류시간 및 운전온도 변수에 따른 가용화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 열적 가용화장치의 체류시간에 대한 실험변수는 운전온도를 160 ℃로 고정한 상태에서 각각 30분, 60분, 90분, 120분이었다. 실험 결과로 도출된 TCOD와 SCOD를 통해 계산된 가용화율은 각각 12.11%, 20.52%, 28.62%, 31.40% 순으로 증가하였다. 또한, 운전온도에 따른 변수는 반응시간을 60분으로 고정한 상태에서 각각 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 200℃였으며 가용화율은 각각 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, 57.85% 순으로 증가하였다. 이 외에 TS, VS, T-N, T-P, NH₄⁺-N, VFAs를 분석하여 농축 잉여슬러지를 대상으로 하는 열적 가용화 특성에 대한 평가를 수행 했으며, 그 결과 TS 10%의 농축 잉여슬러지에 대한 열적 가용화를 통하여 30% 이상의 가용화율을 얻기 위해서는 운전온도를 160℃로 고정할 경우 120분의 체류시간이 필요하며, 운전시간을 60분으로 고정할 경우 170℃ 이상의 운전온도가 요구되어 진다.

• 한국토양비료학회지
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• 제47권2호
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• pp.127-132
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• 2014

The effect of thermal pretreatment conditions on hydrolysis characteristics of dairy manure and sawdust mixtures has been evaluated. Thermal pretreatment temperature varied between 35 and $120^{\circ}C$ and the period of the treatment changed between 30 and 1440min (24h). As thermal pretreatment temperature and duration increased, organic material solublization rates were improved. Maximum solubilizations of chemical oxygen demand (SCOD), carbohydrates, and volatile fatty acids(VFAs) were observed when dairy manure treated for one day at $120^{\circ}C$. Although one day treatment duration at $120^{\circ}C$ showed the highest SCOD, soluble carbohydrates, and VFAs concentration, its hydrolysis rate was only about 12%. The results reveal that the thermal pretreatment conditions tried in this study are not enough to solubilize the organic matter contained in dairy manure and sawdust mixtures. In order to maximize hydrolysis performance, the further research needs to determine the factors influences on organic material solubilization in addition to thermal pretreatment temperature and duration.

• 신재생에너지
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• 제10권1호
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• pp.20-29
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• 2014

The present study investigated the effects of thermal pre-treatment on the enhancement of anaerobic biodegradability of waste activated sludge at varied TS concentration levels. The activated sludges were thermally oxidized for 30 minutes at $80{\sim}200^{\circ}C$ with varied TS concentrations (2%, 4% and 6%). and then, sludge characteristics, solubilization efficiency and methane production yield of thermally pre-treated sludges were analyzed. The higher the temperature in the thermal pre-treatment, the higher the concentration levels of dissolved matters such as $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$ and VFAs, which indicates that the thermal pre-treatment facilitates the hydrolysis and acid fermentation. Furthermore, the solubilization efficiency was increased in proportion to the temperature rise at all TS concentrations and was reached at 68.9%, 55.6% and 53.1%, respectively, at $200^{\circ}C$. In the BMP test of the pre-treated sludges, higher methane production yields were observed as 0.313. 0.314 and $0.299m^3\;CH_4/kg\;VS_{add}$ at the condition of TS 2% ($160^{\circ}C$), 4% ($160^{\circ}C$) and 6% ($180^{\circ}C$), respectively, and degradation rate was increased by 84%, 79% and 65% compared with non-pretreated waste activated sludge. These findings suggest the effectiveness of thermal pre-treatment of waste activated sludge for anaerobic biodegradable process.

• 유기물자원화
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• 제15권2호
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• pp.89-97
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• 2007

본 연구에서는 하수슬러지의 가용화를 위한 처리공정으로 열처리를 수행하였다. 열처리에 의하여 입자상 유기성분의 가용화를 확인할 수 있었다. $120^{\circ}C$ 30분의 열처리에 의하여 1차 슬러지의 경우 COD기준 8.3%의 가용화효과를 나타내었다. 반면 2차슬러지의 경우 16.5%의 높은 값을 보여주었고 이는 단백질의 높은 가용화 효과에 기인하는 것으로 나타났다. 한편 모든 슬러지에 대하여 열처리에 따른 분해율 및 유기산 생성율의 향상을 확인 할 수 있었다. 단 산발효 실험을 통하여 최적 열처리조건은 대상 기질의 유기물 조성에 따라 결정되는 것으로 판단되었다. 즉 탄수화물의 함량이 높았던 1차슬러지의 경우 $80^{\circ}C$ 30분의 열처리를 통하여 최대의 분해율과 유기산 생성효과를 얻었으며 단백질의 함량이 높았던 2차 슬러지의 경우 $120^{\circ}C$ 30분이 최적의 열처리 조건인 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권1호
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• pp.103-109
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• 2010

하폐수 처리과정에서 발생되는 슬러지는 주로 혐기소화에 의해 처리되며 슬러지를 감량하고 메탄을 생산할 수 있어 많이 이용되고 있다. 슬러지의 전처리는 혐기소화의 율속단계인 가수분해를 높여 처리속도를 향상시키므로 많은 연구가 진행 중이다. 본 연구에서는 열, 초음파, 열-알칼리의 전처리 기술에 따른 슬러지의 가수분해(가용화) 효과와 전처리한 슬러지를 혐기소화하여 메탄 생산량과 슬러지의 감량 효과를 비교하였다. 하수와 폐수 슬러지 가용화율은 열-알칼리 동시 처리한 경우에는 67과 70%로 가장 높았고 다음으로 초음파 처리와 열처리가 40% 이상의 비슷한 가용화율을 보였다. 혐기소화 가스의 메탄 함량은 45~70% 범위로 유지되었고 전처리한 슬러지가 control에 비해 높게 나타났다. 메탄 생산량은 열처리, 초음파 처리, 열-알칼리를 같이 처리한 경우가 control에 비해 각각 하수슬러지는 2.6, 2.7, 3.5배, 폐수 슬러지는 3.5, 4.1, 4.2배 증가하였다. 혐기소화 슬러지의 감량효과는 전처리한 슬러지가 control에 비해 5~19% 포인트 높게 나타났으며 열-알칼리 처리한 경우가 초음파와 열처리에 비해 우수한 감량 효과를 보였다. 위의 결과로부터 전처리가 메탄 생산량에서 뿐만 아니라 슬러지 처리처분 비용 절감에 있어서도 중요한 역할을 함을 확인할 수 있었고 열-알칼리 동시 처리가 가장 우수한 성능을 보였다.

• 상하수도학회지
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• 제25권6호
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• pp.815-824
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• 2011

In this study, a non-thermal plasma system was employed to simultaneously remove odorous compounds and organic sludge. The system consisted of two reactors; the first one was the non-thermal plasma reactor where ozone was produced by the plasma reaction and the ozone oxidized hydrogen sulfide, the model odorous compound, and then the ozone-laden gas stream was introduced to the second reactor where wasted sludge was disintegrated and solubilized by ozone oxidation. In this study, the gas retention time (GRT) and the hydraulic retention time (HRT) were changed in the two-reactor system, and the effects of GRT and HRT on reduction efficiencies of odor and sludge were determined. As the GRT increased, the ozone concentration increased resulting in an increasing efficiency of hydrogen sulfide removal. However, the overall ozone loading rate to the second sludge reactor was the same at any GRT, which resulted in an insignificant change in sludge reduction rate. When HRTs in the sludge reactor were 1, 2, 4 hours, the sludge reduction rates were approximately 30% during the four-hour operation, while the rate increased to 70% at the HRT of 6 hours. Nevertheless, at HRTs greater than 4 hours, the solubilization efficiency was not proportionally increased with increasing specific input energy, indicating that an appropriate sludge retention time needs to be applied to achieve effective solubilization efficiencies at a minimal power consumption for the non-thermal plasma reaction.

• 대한환경공학회지
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• 제39권4호
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• pp.186-193
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• 2017

마이크로웨이브(MW)는 유전가열에 의한 열적, 비열적 그리고 이온성 전도 효과를 가지며 높은 에너지 효율을 보이므로 유기성 폐기물의 가용화에 대해 효과적인 방법이다. 본 연구는 고형물 함량이 높은 우분을 대상으로 MW를 이용하여 가용화 최적 조건을 도출하고 이를 토대로 MW의 유전가열 특성을 향상시키기 위해 화학적 촉매물질인 $H_2SO_4$과 NaCl을 첨가하여 우분의 가용화율과 가용화 방법에 따른 biochemical methane potential (BMP)을 평가하였다. 우분 고형물 농도 12%와 MW 출력 800 W 및 설정온도 $40^{\circ}C$ 조건에서 70.5 mg $SCOD_{increased}/kJ$로 에너지 대비 최대 가용화율을 보여주었으며, 이때의 SCOD 농도는 원시료 대비 53.2% 증가하였다. 가용화 최적 조건에서 화학적 촉매로 $H_2SO_4$를 주입하였을 경우 MW 단독 처리 대비 SCOD 농도는 36% 증가하였으며, NaCl을 주입하였을 경우 22.7% 증가하였다. BMP test에서도 우분 원시료 대비 MW를 이용한 가용화는 메탄 생성량이 6.7%, $H_2SO_4$를 주입한 MW 가용화는 13.3%, NaCl을 주입한 MW 가용화는 11.3% 증가하였다. 따라서 마이크로웨이브는 우분의 가용화 전처리에 효율적인 수단이며, 마이크로웨이브의 가용화 효율을 높이기 위해서는 화학적 촉매를 이용할 필요가 있다.