• 유기물자원화
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• 제29권1호
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• pp.29-36
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• 2021

국내 유기성고형폐기물 중 우분이 가장 많은 에너지잠재량을 지니고 있으나, 바이오가스화에 대한 연구는 제한적으로 진행되었다. 특히, 우분이 저장 중에 일어나는 유기물의 분해 및 톱밥의 첨가량이 메탄잠재량에 영향을 미치는 영향에 대한 연구는 전무하다. 본 연구에서는 신선한 두 종류의 우분(한우분뇨, 젖소분뇨)을 저장 시 온도와 기간에 따른 우분내 유기물 함량의 변화, 그리고 그 과정 중에 발생하는 온실가스와 악취를 조사하였고, 저장 후 우분의 메탄잠재량과 톱밥 함유량에 따른 메탄잠재량도 알아보았다. 우분의 저장 온도에 따른 성상(VS, COD) 변화를 90일간 관찰한 결과, 20℃ 조건에서는 초기 우분 대비 약 10% 감소한 반면에 30℃ 조건에서는 약 30% 감소하였다. 유기물의 분해에 따라 메탄전환율 측면에서 한우분뇨의 경우 30℃, 90일 조건에서 메탄전환율이 약 10-13% 감소하였고 젖소분뇨의 경우 동일 조건에서 약 24% 정도 메탄전환율이 감소한 것으로 나타났다. 한편, 저장 기간 중 30℃에서의 온실가스 배출량이 20℃조건에 비해 약 3.3-3.8 배나 높게 나타났고, 악취 발생량은 29배 더 많았다. 전체 톱밥한우분의 전체 중량대비 톱밥 함유량이 25%만 되더라도 메탄전환율은 61% 감소하였으며 톱밥 함유량이 45%와 55%로 증가하면 저감 비율은 각각 69%, 75%으로 나타났다. 이는 톱밥의 첨가가 우분에서 전환될 수 있는 메탄잠재량값도 낮추는 즉 저해 작용 때문으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.87-97
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• 2021

본 연구는 폐자원에너지 활성화를 위한 폐자원에너지 인센티브제도(안)을 마련하기 위하여 수행되었다. 선행연구와 경제성 분석을 통해 에너지이용 형태별 가중치를 마련하였고, 폐자원에너지 인센티브(안)은 에너지이용 형태별로 에너지효율을 감안하여 산정되었다. 바이오가스화 시설 11개소의 경제성 분석 결과, B/C 수치가 0.16 ~ 1.69로 매우 다양하게 나타났다. 편익에서는 폐기물처리 반입료 수입이 전체의 68.4 ~ 99.3 %로 매우 높게 나타났고, 경영수지가 흑자(+)가 되는 '1' 이상인 시설이 4개소로 나타났다. 에너지 이용량을 판매량 Nm³ 단위로 환산하기 위해 '단위환산' 계수로 발전 0.58 Nm³/KW, 스팀 0.17 Nm³/kg, 중질가스 1.00 Nm³/Nm³으로 산정하였고, '가중치'는 이용 형태별 각각 발전 0.249, 스팀 0.656, 중질가스 0.806으로 산정하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제32권1호
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• pp.47-55
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• 2023

This study evaluated the biochemical methane potential (BMP) of primary sludge, secondary sludge, and food waste in batch anaerobic mono-digestion tests, and investigated the effects of mixture ratio of those organic wastes on methane yield and production rate in batch anaerobic co-digestion tests, that were designed based on a simplex mixture design method. The BMP of primary sludge, secondary sludge and food waste were determined as 234.2, 172.7, and 379.1 mL CH₄/g COD, respectively. The relationships between the mixing ratio of those organic wastes with methane yield and methane production rate were successfully expressed in special cubic models. Both methane yield and methane production rate were estimated as higher when the mixture ratio of food waste was higher. At a mixing ratio of 0.5 and 0.5 for primary sludge and food waste, the methane yield of 297.9 mL CH₄/g COD was expected; this was 19.4% higher than that obtained at a mixing ratio of 0.3333, 0.3333 and 0.3333 for primary sludge, secondary sludge, and food waste (249.5 mL CH₄/g COD). These findings could be useful when designing field-scale anaerobic digersters for mono- and co-digestion of sewage sludges and food waste.

• 멤브레인
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• 제33권4호
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• pp.149-157
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• 2023

공유 유기 프레임워크(COF)는 분자 분리, 염료 분리, 가스 분리, 여과 및 담수화를 포함한 다양한 응용 분야에서 가능성을 보여주었습니다. COF를 막에 통합하면 투과성, 선택성 및 안정성이 향상되어 분리 공정이 향상됩니다. 단일 벽 탄소 나노튜브(SWCNT)와 COF를 결합하면 염료 분리에 이상적인 높은 투과성과 안정성을 가진 나노 복합막을 생성합니다. COF를 폴리아미드(PA) 막에 통합하면 합성 계면 전략을 통해 투과성과 선택성이 향상됩니다. 혼합 매트릭스 막(MMM)의 3차원 COF 필러는 CO₂/CH₄ 분리를 향상시켜 바이오가스 업그레이드에 적합합니다. COF와 금속 유기 프레임워크(MOF) 막을 결합한 모든 나노 다공성 복합재(ANC) 막은 투과성-선택성 트레이드오프를 극복하여 가스 투과성을 크게 향상시킵니다. 가상 COF (hypoCOF)를 사용한 계산 시뮬레이션은 CO₂ 분리 및 H₂ 정제와 관련하여 우수한 CO₂ 선택성과 작업 능력을 입증합니다. 박막 복합재(TFC) 및 폴리술폰아미드(PSA) 막에 통합된 COF는 유기 오염물, 염 오염물 및 중금속 이온에 대한 거부 성능을 향상시켜 분리 능력을 향상시킵니다. TpPa-SO₃H/PAN 공유 유기 프레임워크 막(COFM)은 대전된 그룹을 활용하여 정전기적 반발을 통해 효율적인 담수화를 가능하게 함으로써 기존의 폴리아미드 막에 비해 우수한 담수화 성능을 보여 이온 및 분자 분리의 잠재력을 제시했습니다. 이러한 연구 결과는 투과성, 선택성 및 안정성을 향상시켜 향상된 분리 공정을 위한 막 기술에서 COF의 잠재력을 강조합니다. 이 검토에서는 분리 공정에 적용된 COF에 대해 논의합니다.

• 유기물자원화
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• 제11권3호
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• pp.75-86
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• 2003

최근에는 차집관거의 확충, 생활하수의 유입량 증가 및 인근 신규 APT의 분뇨 직유입으로 인해 유입 총고형 물량이 증가됨에 따라 기존 소화조의 용량이 부족할 것으로 예상되고 있다. 본 연구는 기존 소화조 용량부족에 따른 효율감소에 대응하기 위해 미생물제재로써 Bio-dh를 이용하여 소화조내 소화효율 증가(유기물 분해속도 증가)에 따른 최종슬러지 발생량을 감소시키고 가스발생량을 증가시키는데 그 목적이 있다. 실제 하수슬러지를 처리하고 있는 소화조 장치와 동일한 2단혐기성소화조 형태로 설치하였으며, 용량이 $1.3m^3$인 혼합조에 하수슬러지와 미생물제재인 Bio-dh를 주입하였다. 소화방식은 중온성 2단혐기성소화조로서 $35{\pm}1^{\circ}C$를 유지하였고, 1단소화조는 반응조내 미생물과 기질의 원활한 혼합을 위하여 교반기를 부착하였으며, 교반기는 120rpm으로 운전하여 반응조내 완전혼합이 이루어지도록 운전하였다. 2단소화조에서는 소화슬러지와 상등수가 분리되도록 교반을 수행하지 않았다. 소화가스량 측정을 위하여 각 소화조 상부에 가스메타를 설치하였으며, 가스분석을 위하여 상부에 가스포집구를 설치하였다. 교반기 축사이로 발생할 수 있는 발생가스의 누출과 공기의 유입을 막기 위해 water sealing 장치를 교반기 축에 부착시켰다. 실험결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 1. 미생물제재를 투입하지 않은 경우 소화효율은 평균 48.6%(46.0~50.9%)로 나타난 반면, 미생물제재인 Bio-dh를 투입한 경우 소화효율은 평균 54.2%(52.8~57.3%)로 나타나 미생물제재를 투입한 경우가 미생물제재를 투입하지 않은 경우보다 소화효율이 약 1.12배 정도 높은 것으로 나타났다. 2. 2차소화조 월류수의 수질은 미생물제재 미투입시 $COD_{Mn}$은 평균 1,639mg/L, SS는 평균 4,888mg/L로 나타난 반면, 미생물제재(Bio-dh) 투입시 $COD_{Mn}$은 평균 859mg/L, SS는 평균 2,405mg/L로 나타나 미생물제재 투입시 $COD_{Mn}$은 약 47.6%, SS는 약 50.8% 정도 더 낮게 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제24권4호
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• pp.95-103
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• 2016

본 연구는 젖소분뇨를 원료로 하여 반 건식 혐기소화 방법을 적용하였을 경우의 혐기소화 가능성을 분석하고 혐기소화 과정에서 배출되는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물의 고체연료로서의 가치를 평가하기 위하여 수행되었다. 젖소분뇨의 반 건식 혐기소화 가능성을 평가하기 위하여 950 mL 용량의 반응조를 제작하여 회분식 혐기소화를 실시하였다. 이와 동시에 젖소분뇨 혐기소화 원료를 가로 1,000 mm, 세로 450 mm 크기의 기밀형 아크릴 반응조에 투입하고 항온실에서 중온 혐기소화를 실시한 후에 배출되는 혐기소화 잔재물을 고체연료화 실험원료로 사용하였다. 혐기소화 기질로 사용된 젖소분뇨의 수분함량은 80.64%였으며 젖소분뇨에 첨가한 식종액의 수분함량은 96.83% 수준이었다. 젖소분뇨를 혐기소화하기 위하여 젖소분뇨와 식종액을 1:1 비율로 혼합하였을 때의 수분함량과 VS/TS(휘발성 고형물/총고형물) 함량은 89.74%와 83.35% 수준이었다. 이 젖소분뇨를 혐기소화 한 결과 식종액을 혼합하였을 때 바이오가스가 생성된 반면에 식종액을 혼합하지 않은 경우에는 바이오 가스가 거의 발생되지 않았다. 반 건식 혐기소화를 거친 젖소분뇨 혐기소화 잔재물은 신선분에 비해 열량가가 약 20% 정도 감소하였다. 반면에 회분은 15%에서 18.4%로 증가하였다. 젖소분뇨 혐기소화 잔재물울 고체연료 형태로 펠릿화하였을 경우 크롬과 납, 카드뮴, 황 등의 농도가 규제 수준보다 낮았다. 따라서 젖소분뇨를 혐기소화 하여 바이오가스를 회수하고 난후 혐기소화 잔재물을 고체연료화하여 연료로 활용하는 방법을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권12호
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• pp.913-921
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• 2011

본 연구는 저탄소 녹색마을을 Y군의 협조를 얻어 A, B, C마을에 설치한다는 전제에서 환경성, 경제성, 에너지자립도 등을 분석하여 종합적인 타당성을 검토하였다. 대상 바이오매스의 종류 및 양은 가축분뇨 28톤/일, 과수전정지 2톤/일로 하루 30톤 규모로 시설용량을 설정, 시설은 습식계(가축분뇨) 바이오매스를 이용한 바이오가스화 시설과 건식계(전정가지) 바이오매스를 이용한 화목보일러 시설, 열병합발전기, 퇴비화시설 등으로 구성하였다. 구성된 시스템을 운전하였을 때, 전기생산량은 540,540 kWh/년, 열에너지 생산량은 1,762 Gcal/년으로 분석되었다. 대상마을 가구(129가구)에서 기존에 사용하고 있는 전기에너지는 309,600 kWh/년으로 시설에서 생산된 전기에너지를 공급하면 대상지역의 전기에너지 자립률은 100%가 되며, 잉여전력은 230,940 kWh/년이었다. 또한 열에너지는 대상마을의 비닐하우스에서 소요되는 양을 산정하였으며, 기존 사용량 1,415 Gcal/년으로 열에너지 자립률 역시 100%가 되며, 잉여량은 347 Gcal/년이 되었다. 경제성은 시설설치비용 504,000만원, 운영비 48,509만원, 수익 33,712만원으로 연간 약 1억 4천만원 적자, 15년 동안 약 22억원의 적자이나, 환경성 분석에서 원유대체효과 약 178백만원, 온실가스감축효과 약 92백만원으로 연간 총 2억 7천만원의 환경적 편익이 발생되어, 종합적으로는 연간 약 1억 3천만원 정도의 편익이 발생되었다. 정부 및 지자체의 예산지원을 통하여 진행되더라도 경제성, 환경성, 에너지자립도를 종합하여 볼 때, 충분한 타당성이 있는 사업이라고 판단되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권4호
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• pp.407-414
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• 2010

토양의 공극 크기별 분포는 토양중 수분의 함량과 수분퍼텐셜의 관계를 나타내는 토양수분특성 자료로부터 계산된다. 그러나 기존의 토양수분특성 측정방법들은 교란된 토양을 이용하거나 코어시료를 채취한다 하여도 동역학적으로 변화하는 현장 토양 공극분포를 반영하는 데는 많은 어려움이 있었다. 또한 이러한 토양수분특성 자료를 얻기 위해서는 많은 시간과 노력이 요구되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 교란되지 않은 현장 토양에서 측정한 불포화 수리전도도 자료로부터 토양의 공극 크기별 분포 곡선을 추정하는 이론적 체계를 제시하고자 하였다. 이를 위해 Brooks-Corey와 van Genuchten의 수리학적 모델을 이용하여 토양의 불포화 수리전도도 자료로부터 공극의 크기별 분포를 추정하는 이론적 모델을 전개하였으며, 이러한 이론적 모델에 근거하여 Brooks-Corey와 van Genuchten의 soil parameter들의 변화에 따른 불포화수리전도도와 공극 크기별 분포곡선의 모사하였다. 공극크기별 분포곡선의 모사는 토성별 불포화수리전도도 곡선의 scaling factor 역할을 하는 $K_s$를 1.0 cm $h^{-1}$로 설정하고, 수리학적 모델별로 일정한 경계조건 (Brooks-Corey soil parameters, ${\alpha}_{BC}=1-5L^{-1}$, b = 1 - 10; van Genuchten soil parameters, ${\alpha}_{VG}=0.001-1.0L^{-1}$, m = 0.1 - 0.9)에서 수행하였다. Brooks-Corey 모델을 이용한 공극 크기별 분포곡선의 모사에서는 parameter b가 공극분포곡선의 형태에 영향을 주었으며, ${\alpha}_{BC}$는 공극분포곡선의 민감도에 영향을 주었다. 또 van Genuchten 모델을 이용한 공극 크기별 분포곡선의 모사에서는 ${\alpha}_{VG}$가 scaling factor의 역할을 하였으며, parameter m은 공극분포곡선의 형태에 영향을 주었다. 따라서 경계조건 안에서 불포화 수리전도도 자료로부터 공극의 크기별 분포 모사가 가능하였으며, 토양 parameter들이 토성, 입자분포 등의 물리적 특성을 잘 반영하는 경우 이론적으로 현장 토양의 공극 크기별 분포의 추정이 가능할 것으로 판단되었다.

• 청정기술
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• 제23권3호
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• pp.286-293
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• 2017

본 연구는 악취가스 물질(바이오가스의 불순물)의 하나인 $H_2S$를 제거하기 위한 흡착제의 성능을 향상시키기 위해 수행하였다. 기본 담체로서 4가지 물질($Fe_2O_3$, $Ca(OH)_2$, 분말 활성탄, $Al(OH)_3)$을 혼합 사용하여 pellet 형태의 흡착제를 제조하였다. 또한, 4가지 물질의 $H_2S$ 흡착에 미치는 영향을 평가한 결과, $Fe_2O_3$와 분말활성탄은 $H_2S$ 흡착성능이 각각 1.5, 2배로 증가하는 것으로 나타났으며 $Ca(OH)_2$와 $Al(OH)_2$는 $H_2S$ 흡착성능에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 또한 4가지 물질을 기본혼합 담체로 한 후, 활성물질로 KI, KOH, $K_2CO_3$를 선정하여 각각 5 wt% 첨가한 후에 $H_2S$ 흡착성능을 시험한 결과 $K_2CO_3$를 첨가한 흡착제가 가장 성능이 우수한 것으로 나타났다. 또한 $K_2CO_3$를 5 ~ 30 wt%까지 변화시키면서 흡착성능을 확인한 결과, $K_2CO_3$ 함량이 20 wt%까지는 함량과 비례하여 $H_2S$ 흡착성능이 증가하는 것을 확인할 수 있었으나 30 wt%에서는 $H_2S$ 흡착성능 급격히 떨어지는 것을 확인하였다. 또한 $K_2CO_3$ 첨가 함량에 따른 $H_2S$ 흡착성능을 바탕으로 Thomas model을 이용하여 모델링을 실시한 결과에서도 $K_2CO_3$ 함량이 20 wt%까지는 실험값과 모사값이 잘 일치하고 있음을 보여주었다. 이러한 결과들을 바탕으로, 본 연구에서 확인된 활성물질의 종류와 활성물질의 함량을 흡착제 제조에 이용한다면 $H_2S$ 흡착제의 흡착성능 개선뿐만 아니라 흡착제의 사용수명 증대를 기대할 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제18권4호
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• pp.31-37
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• 2010

가축분뇨는 적절하게 처리되기만 하면 가치 있는 자원이 될 수 있다. 년간 42백만톤에 달하는 가축분뇨의 84%가 퇴비와 액비 생산에 이용되고 있으며 최근에는 혐기소화를 통한 바이오가스 생산에 대한 관심이 고조되고 있으나, 혐기소화액의 농업적인 활용은 아직 인증되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 가축분뇨와 음식물류폐기물을 혼합하여 소화시킨 통합혐기소화액을 이용하여 벼 재배시 생육과 논토양 환경에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 통합혐기소화액은 돈분과 음식물류 폐기물을 70:30(v/v)으로 혼합하여 HRT(Hydro-logic retention time) 14일의 고온혐기소화공정을 거쳤으며, 안전성을 평가하기 위해 모니터링을 수행하였다. 질소전량 기준으로 통합혐기소화액을 와그너 포트에 시용하고 침출수를 채취하여 양분의 용출과 생육을 조사하였다. 통합혐기소화액을 시용한 처리구에서는 토양중 치환성 칼륨, 구리, 아연 등이 증가하였으며, 통합혐기소화액 처리후 침출수 중의 질산태 질소 농도는 처리 농도가 증가할수록 높았으며 모든 처리구에서 2주 만에 침출되어 빠져나가는 것으로 나타났다. 생육반응에 있어서 분얼수는 처리간에 차이가 없었으며, 초장은 통합혐기소화액을 추천시비량 질소 기준으로 2배 시용한 처리구에서 가장 높았으나, 벼의 생육을 고려하면 오히려 도복의 위험이 높은 것으로 나타났다. 토양중 염류 집적을 고려하여 추천시비량 질소 기준에 맞게 시용하는 것이 바람직하며, 통합혐기소화액이 화학비료 대체제로서의 가치가 있는 것으로 판단되었다. 향후 장기적인 면에서 통합 혐기소화액의 논토양 환경에 미치는 영향에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.