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한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
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2013년 추계학술발표회 논문집 (2013년 11월) 257건
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2013.11
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정부의 폐자원에너지화 정책에 따른 사업 추진이 활성화대고 있으며 폐기물의 연료화 및 가스화에 대한 국내외 기술개발 및 성장 잠재력이 확대되고 있으므로 시장대응에 필요한 기술개발이 필요하다. 국내의 경우 생활폐기물이 지자체에 의해 관리, 계획되고 있으며 지역주민들의 환경에 대한 관심 증대로 인해 친환경폐기물 처리 시설이 점차 요구되어 지고 있으나 소규모 지자체의 경우 경제적, 효율적으로 에너지 자원화를 통한 제도적, 기술적 지원 시책이 미비하고 경제성이 떨어져 사업추진이 곤란한 실정이다. 그러므로 에너지화 시설 설치가 어려운 지자체의 경우 중소규모 처리 시설을 대상으로 에너지 이용 효율이 높고 경제성 확보가 가능한 보급형 생활폐기물 가스화 시스템의 개발 및 적용이 필요하다고 할 수 있다. 생활 폐기물 가스화 기술은 폐기물 내의 탄소 및 수소 성분을 산화제인 공기와 반응시켜 CO 및 H₂가 주성분인 가연성 합성가스를 생산하는 기술로서 폐기물을 환경적으로 안정하게 처리할 수 있으며, 적절한 정제 공정을 통해 사용 목적에 따라 다양한 분야로 재활용이 가능하고 합성가스를 이용한 스팀생산, 고효율 가스엔진 발전 등을 통해 에너지 회수율을 높일 수 있다. 그러나 이와 같은 가스화를 통해 생산된 합성가스를 이용하여 연료로 사용하기 위해서는 합성가스 내 포함된 입자상 및 가스상 오염물질을 적절한 수준으로 정제하여야 하므로 본 연구에서는 가스화 발전시스템 적용을 위해 폐기물 특성과 합성가스 생산특성 주요 인자에 대한 운전 변수를 도출하기 위하여 Pilot급 생활폐기물 가스화 실험 설비를 이용하여 가스화 실험을 수행하였으며 공기가스화 조건에서 합성가스 생산 및 운전특성을 확인하였고 합성가스 생산 품질에 영향을 미치는 중요 인자인 미반응 탄소, 타르와 같은 오염물질 배출 특성을 파악하였다. 실험 결과 합성가스 주요 조성은 CO 5.0 ~ 11.2%, H₂ 5.1 ~ 8.5%, CH₄ 2.5 ~ 3.4%로 가연성 가스가 안정적으로 생산되었으며 정제설비 성능분석을 위해 정제설비 전･후단에서 합성가스 중 오염물질 농도를 분석한 결과 입자상 물질은 모두 제거가 가능하였으며, 가스상 오염물질은 95 ~ 97%의 제거 효율을 나타냄으로써 합성가스 엔진 유입 조건을 만족하는 것으로 나타났다.
22.
2013.11
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In this study, we attempted to solubilize protein in slaughter blood (SB) using ultrasonic technology. The application of ultrasonic technology can make enzymatic degradation of SB more effective, which has no comparable alternative for treatment. The SB was homogenized by grinding it for 10 minutes at 10,000 rpm as a pretreatment for preventing its clotting, and then ultrasonic treatment was attempted to solubilize protein in SB. To maximize the efficiency of ultrasonic treatment for SB, the optimum condition of ultrasonic frequency (UF) was determined to be 20 kHz. To optimize the operation conditions of ultrasonification with 20 kHz of frequency, we used response surface methodology (RSM) based on ultrasonic density (UD) and ultrasonification time (UT). The solubilization rate (SR) of protein (%) was calculated to be 101.304 - 19.4205 X1 + 0.0398X2 + 7.9411X12 + 0.0001X22 + 0.0455X1X2. From the results of the RSM study, the optimum conditions of UD and UT were determined at 0.5 W/mL and 22 minutes, respectively, and SB treated under these conditions was estimated to have a 95% SR. Also, experimentally, a 95.53% SR was observed under same conditions, accurately reflecting the theoretical prediction of 95%.
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2013.11
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과거에는 폐수를 단지 처리의 개념으로만 인식하였기 때문에 현재의 유기성 폐수에 많은 양의 에너지가 포함되어 있음에도 불구하고 효율적으로 재이용되지 못하였다. 하지만 현재 미생물연료전지라는 분야가 부각됨에 따라 폐수처리를 자원화의 한 방법으로 인식하여 이를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되어 지고 있다. 미생물 연료전지는 미생물의 촉매반응을 통해 유기물의 화학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로 최근 하･폐수 처리기술 및 대체에너지기술로 주목받고 있으며, 특히 폐수처리시 에너지를 회수할 수 있다는 점에서 큰 장점이 있는 기술이다. 그러나 현재 사용되는 이온교환막은 고가이며 biofouling에 의한 막힘 현상으로 인하여 이온 전달이 원활하지 않아 성능 저하를 유발 하며 교체하지 않는 이상 세척 등에 의한 방법으로는 성능이 회복되지 않아 미생물 연료전지 분리막으로써의 효율성이 떨어지는 실정이다. 반면, 세라믹막은 세척에 대한 부담 없이 재이용이 가능하며 가격이 저렴하고 고온에서 사용이 가능하며 구입이 용이하다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 고가의 양이온 교환막을 대체하여 세라믹막을 이용한 미생물연료전지의 가능성을 연구하였다. 산화 전극과 환원 전극은 높은 전기전도성을 가지는 흑연펠트와 탄소천을 사용하여 실험실 규모 단일반응기를 제작하였다. 혐기성슬러지는 합성페수에 식종하여 순응시킨 후 유기물(글루코오스와 아세테이트)을 주입하여 안정화시킨 후 폐수를 주입하였다. 세라믹막을 이용한 미생물연료전지의 폐수처리 및 전기발생 실험 결과는 유기물 제거량(CODcr)은 약 70%, 전기발생은 약 371 mV, 2.5 mA, 최대전력밀도는 약 348 mW/㎡로 나타났으며 기존 이온교환막을 이용한 미생물연료전지와 유사한 것으로 나타났다.
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2013.11
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미생물연료전지의 전극재료 중 결합제는 전극의 성능, 내구성 및 비용 등을 결정짓는 핵심 물질 중 하나이다. 전극의 결합제는 기본적으로 전극을 구성하는 기본물질들과 결합력이 좋아야 하고, 전극물질들과 집전체간의 전자전달이 가능한 물질이여야 한다. 따라서, 전극 결합제는 미생물연료전지의 성능향상을 위해 필수적인 역할을 담당한다. 좋은 결합제는 전극의 성능을 향상시킬 수 있어야 하고, 전극물질과의 접착력과 전극물질의 본성 등을 유지시킬 수 있어야 한다. 지난 수년 동안 미생물연료전지의 성능향상을 위해 다양한 결합제에 대한 연구가 이루어 졌으며, 결합제를 활용하기 위한 다양한 기술들이 연구되어 왔다. 현재, 많은 연구자들이 여러 장점들을 가지고 있는 탄소나노튜브를 미생물연료전지의 산화 및 환원전극 제조를 위한 기초물질로 이용하고 있는데, 탄소나노튜브는 가공성이 나쁘고, 용해성이 낮은 등 전극제작에 있어서 몇몇 결점들을 가지고 있다. 이러한 탄소나노튜브의 결점을 보완하면서 친수성이고, 전도성이 높은 결합제로 종종 Nafion 용액을 사용해오고 있는데 이는 고가이며, 결합력이 약하여 미생물연료전지의 실용화에 걸림돌이 되고 있다. 실리카겔은 친수성물질로 알려져 있으며, 물을 따라 이동하는 양이온의 전도성이 좋은 물질로 평가된다. 또한, 헤테로 다중산은 양이온 전도성을 향상시킨다는 많은 연구결과들이 보고된 바 있다. 따라서, 본 연구에서는 헤테로 다중산과 실리카겔을 미생물연료전지의 전극 결합제로 사용하여 고가의 전극결합제인 Nafion 용액을 대체하고자 하였다. 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑하여 결합제를 제조하고 이를 환원전극제작에 사용하였다. 제작된 환원전극의 성능은 3차원 공기환원전극 미생물연료전지를 이용하여 평가한 결과 전력밀도 및 내구성이 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑한 결합제를 이용한 환원전극의 성능이 Nafion 용액을 결합제로 사용한 환원전극보다 우수한 것으로 평가되었다. 헤테로 다중산을 실리카겔에 도핑하여 제조한 결합제는 큰 고가의 Nafion 용액을 대체할 수 있을 것으로 평가되었다.
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2013.11
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지금까지 연구된 여러 가지 형상의 미생물연료전지들의 특징들을 조합하여 운전이 용이하고 규모확대가 가능하며 전력생산 성능이 대단히 우수한 3차원 공기환원전극 미생물연료전지를 고안하였으며, 합성폐수를 이용한 성능시험을 수행하였다. 본 연구에 사용된 3차원 공기환원전극 미생물연료전지는 1개의 산화전극부, 4개의 배수구, 그리고 산환전극부 상부에 설치된 1개의 환원전극부로 구성하였다. 미생물연료전지 하단에는 다공판으로 된 유입부를 설치하여 폐수가 산화전극부로 유입되도록 하였으며, 폐수는 산화전극부를 통과한 뒤 환원전극부의 배수구로 이동하도록 설계되었다. 산화전극부에는 EG(Expended Graphite)와 MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano Tube)를 스테인리스망에 스크린 프린팅하여 제작된 산화전극을 설치하였고, 환원전극부에는 EG(Expended Graphite)와 MWCNT(Multi-Wall Carbon Nano Tube)에 FePc 및 CuPc를 고정한 촉매를 스테인리스망에 스크린 프린팅하여 제작된 환원전극을 설치하였다. 배수로는 환원전극의 높이의 1cm, 2cm, 3cm, 5cm에 배수구를 각각 설치하여 환원전극 침지깊이에 대한 영향을 평가하였다. 준비된 미생물연료전지는 초기운전을 위하여 혐기성 소화조에서 채취한 슬러지를 식종하였으며, acetate, phosphate buffer solution, minerals, vitamins로 구성된 합성폐수를 연속 주입하였다. 미생물연료전지를 운전하는 동안 DMM(digital multimeter, Keithley 2700)과 컴퓨터를 이용하여 전지에서 발생하는 전압을 관측하였다. 환원전극부의 침지깊이를 변화시킨 뒤 전압이 안정화 되었을 때 외부회로를 개방하여 OCV 값을 측정하였으며, 외부저항을 단계적으로 감소시키는 방법으로 분극실험을 수행하였다. 이때 미생물연료전지에서 얻어진 최대전력수율은 환원전극의 침지깊이에 따라서 1cm < 5cm ≦ 2cm < 3cm 순으로 측정되었다.
26.
2013.11
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혐기성 소화시설에서 생산되는 바이오가스는 공정에 따라 조성비는 다르나 메탄과 이산화탄소가 거의 대부분을 차지하며 H2S등의 미량의기체가 혼합되어있다. 따라서 바이오가스를 재이용하기 위해서는 메탄가스를 제외한 다른 물질의 처리가 필요하며, 일반적으로 흡착법, 흡수법, 심냉법, 막분리법이 공정에 적용되고 있다. 그 중 막분리 공정은 scale up이 쉽고 상변화없이 기체를 분리할 수 있어 최근 활발한 연구와 실용화가 이루이지고 있다. 본 연구에서는 최근 바이오가스분야에서 주목받고 있는 멤브레인 공정을 이용하여 바이오가스를 고질화하고 불순물로 간주되던 이산화탄소를 고순도로 분리하여 재이용 하고자 하였다. 랩스케일로 제작된 중공사멤브레인 모듈을 사용하고, 압력, 온도, 유량을 조절하여 실험하였다. 투입가스로는 일반적인 바이오가스의 조성인 메탄:이산화탄소 6:4 조성비로 혼합 제조된 47 L 가스봄베를 이용하여 가스를 투입하였으며, 멤브레인 모듈을 2단, 3단으로 구성하여 각각의 조건에서 농도 95%이상의 이산화탄소와 99%이상의 메탄회수율에 도달하는 운전 조건을 찾았다. 실험결과 목표치에 도달하는 stage cut 값은 2단 모듈에서 total stage cut 0.14, 3단 모듈에서는 total stage cut 0.26일 때 각각 96.0%, 98.6%의 이산화탄소 농도와 99.1%, 99.6%의 메탄 회수율을 달성하였다.
27.
2013.11
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우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 2008년말 기준 1일 평균 1,800톤에 달하고 있으며, 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입등으로 정수슬러지의 발생은 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 정수슬러지를 대상으로 탄화, 스팀활성처리, 약품활성처리등 다양한 조건으로 슬러지흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 소재별 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 정수슬러지는 탄화 및 스팀활성화과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었고, 약품처리할 경우 정수슬러지 내부구조상에 약품의 함침으로 기공이 막히는 현상이 일어나 비표면적이 감소하는 것을 알 수 있었다. SEM분석을 통하여 건조된 정수원슬러지는 단단하면서 치밀한 표면구조를 보이지만, 탄화슬러지는 느슨하면서 헝클어진 표면구조를 나타내고, 석회석이 첨가된 경우에는 슬러지성분과 석회석이 물리적으로 혼합되어 표면에 산재해 있는 것으로 나타났다. 정수슬러지를 스팀이나 약품으로 활성처리할 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 10 ~ 35% 범위에서 향상되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 활성탄대비 70 ~ 90%에 해당되는 비교적 양호한 평형흡착능을 갖는 것을 알 수 있었다.
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2013.11
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산업의 발전과 경제규모의 팽창에 따라 에너지소비가 크게 증가되는 가운데 대기오염물질배출이 크게 늘어나면서 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이중에서 황화수소(H₂S)는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있다. H₂S 가스는 폐기물 매립장, 석유 정제업, 펄프공업, 도시가스 제조업, 암모니아공업, 하수처리장 등 다양한 곳에서 발생하고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리방법이 제시되었다. 본 연구에서는 실험실규모의 장치를 이용하여 낙엽부산물을 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 플라타너스 낙엽을 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 플라타너스 건조낙엽을 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 20 ~ 30%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 플라타너스 낙엽은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 플라타너스 낙엽을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능은 활성탄 대비 80 ~ 90%의 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.
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2013.11
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우리나라는 에너지의 97% 이상을 수입에 의존하는 국가로서 화석원료를 대체할 친환경적이며 동시에 지속발전 가능한 에너지원을 찾기 위한 연구가 필수 불가결한 상태 이다. 현재 생활폐기물의 음식물폐기물이 상당한 부분을 차지하고 있으며 현재 약 90% 이상의 음식물류폐기물이 재활용 되고 있으나 해결해야할 문제점들과 해양오염방지법 강화로 인한 해양 투기 금지로 인해 자원화 공정 시 발생되는 음식물류 폐기물 폐수의 효과적인 처리가 필요한 상황이다. 유기물 함량이 높은 음식물류 폐기물과 음폐수를 혐기성소화 공정을 통해서 바이오 가스 회수 및 이용에 많은 기대를 가지고 투자와 연구가 이루어지고 있다. 본 연구는 우리나라의 하수처리 시설 중 2012년간의 혐기성 소화시설의 처리효율과 바이오 가스 회수량을 비교분석하였다. 하수슬러지만을 혐기성 소화시설에서 처리하는 곳, 하수슬러지와 음식물류 폐기물을 가지고 병합 혐기소화 시설에서 처리하는 곳, 그리고 하수슬러지와 음식물류 폐기물 폐수를 가지고 병합 혐기소화 시설에서 처리하는 곳을 비교하였다. 휘발성 고형물은 음식물류 폐기물 폐수와 하수슬러지 병합 혐기소화 시설의 유입물(평균 VS % = 3.36)에서 가장 높게 관찰되었다. 음식물류 폐기물과 하수슬러지 병합 혐기 소화시설의 평균소화효율(VS 기준)이 50.4%로, 평균 바이오가스발생량 0.58 m³/kg.VSin 으로 가장 높은 것으로 관찰되었다.
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2013.11
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에너지 소비량 증가 및 국제 유가 상승으로 인해 대체에너지 개발의 중요성이 더욱 증가하고 있으며 염색슬러지의 경우 육상 매립 금지 및 해양배출 규제 정책의 강화로 인해 새로운 처리방안이 요구되고 있으므로 이에 대한 해결책으로 가스화 기술 등을 적용할 수 있다. 해양투기가 금지되는 연간 50 만톤 가량 발생되는 염색슬러지를 가스화 원료로 활용할 경우 처리비 약 240억 원을 절약할 수 있고 연간 약 6만 TOE의 화석연료 대체 효과가 있다. 가스화 기술은 유기성 슬러지에 포함된 유기물질을 CO와 H₂가 주성분인 합성가스로 변환시키고 가스화를 통해 생성된 청정 합성가스는 고온고압화가 가능하기 때문에 폐압 터빈을 적용함으로써 수요처의 특성에 따라 전기 및 스팀을 생산 할 수 있다. 또한 염색슬러지의 경우 폐수처리 과정에서 응집제의 사용으로 인해 산화철 성분을 포함하고 있으므로 처리대상물질 자체가 함유하고 있는 촉매성 물질인 고농도 산화철을 회수하여 타르 개질 촉매로 활용함으로써 타르의 생성량을 저감시킬 수 있고 고가의 촉매를 대체함으로써 경제성을 확보할 수 있으며 합성가스 생산 품질에 영향을 미치는 중요 인자인 오염물질을 제거함으로써 가스화율을 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 염색슬러지와 왕겨 혼합물을 대상 시료로 하여 2톤/일급 가스화 설비를 이용하여 1단 버블유동층(BFBG)방식을 적용하여 가스화 실험을 수행하였으며 발생되는 합성가스 농도 측정 및 오염물질 분석을 통해 합성가스 생산 특성 및 오염물질 배출 특성을 파악하였다. 실험 결과 합성가스 조성별 평균 가스 농도는 H₂ 7.8%, O₂ 0.4%, N₂ 59.5%, CH₄ 2.1%, CO 11.4%, CO₂ 14.8%, C₂∼C₄ 2.1%로 나타났으며 평균 탄소전환율과 냉가스효율은 각각 72.6%와 49.8%로 나타났다. 또한 오염물질 제거 특성을 파악한 결과 타르 제거효율은 95.9%, 분진 제거효율은 99.7%로서 안정적인 연속운전이 가능하였다.
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2013.11
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산업이 발전함에 따라 인구가 도시에 밀집하여 배출되는 하･페수를 처리하는 하수처리장이 생기게 되었고, 사람이 생활하는 대부분 지역에는 하수도 보급률이 85.5% 육박하고 있다. ‘96 교토의정서의 런던협약으로 인해 2012년부터는 해양투기가 전면 금지됨에 따라 슬러지 처리 및 자원화에 대한 관심이 증가하고 있고 최근에는 소각 및 퇴비화, 고형화 등의 처리방법이 적극적으로 검토되고 있다. 이러한 슬러지 처리방법에 앞서 선행되어야 하는 것이 바로 탈수인데 발생된 슬러지에 있어 부피를 줄이는 탈수는 슬러지 처리 및 처분비용과 관계가 된다. 일반적인 슬러지의 탈수 방법의 문제점은 슬러지 처리비용의 절반이 고분자 응집제의 구입비용이며(Chitikela and Dentel, 1998), 응집제의 과잉 주입 시 처리비용이 증가하며 탈수성이 악화되는 현상을 나타낸다. 또한, 응집제의 과소 주입 시 처리효율의 저하라는 문제점이 발생된다. 따라서 본 연구에서는 서울시에 위치한 대형 물재생센터에서 발생되는 농축슬러지를 대상으로 고분자 응집제를 사용하여 슬러지의 탈수성을 비교･평가하였다. 슬러지의 응집처리 및 탈수성 평가를 위해 사용되는 고분자응집제를 단일 주입하는 방법과 양이온 및 음이온 응집제를 N:1의 비율로 투입하는 복합 주입방법과 양이온 및 비이온 응집제를 N:1의 비율로 투입하는 복합 주입방법에 대하여 탈수효율을 비교하여 앞으로의 하수처리장에서 발생되는 슬러지의 탈수성 증대를 위해 기초자료로서의 활용을 검토 및 고찰해보고자 한다. 이에 따라 먼저 본 연구에서는 서울시에 위치한 “J” 물재생센터의 농축슬러지에 대하여 단일응집제 주입율에 따른 최적의 주입농도를 우선으로 삼고 CST측정을 해보았다. 또한 양이온고분자 응집제와 복합고분자 응집제 3:1, 2:1, 1:1의 CST와 TTF를 측정하여 최적의 고분자 응집제 주입방법을 모색하고자 한다. 서울시 J 물재생센터에서 시료를 채취한 후 농축 슬러지의 탈수성에 관한 효율을 비교하기 위해 고분자 양이 온 단일 응집제와 복합응집제(1:1, 2:1, 1:2=양이온:음이온)를 주입농도 각각 80mg/L, 160mg/L, 240mg/L, 320mg/L, 400mg/L로 하여 CST, TTF, SRF를 측정하였다. 하수슬러지의 탈수성을 비교하기 위하여 서울시에 위치한 “J” 물 재생센터(WWTP) 소화슬러지를 대상으로 단일과 복합주입 방식(Cation+Anion과 Cation+Nonion)에 따른 탈수성 및 여액량을 비교한 결과, 양이온 단일 주입방식이 복합주입 방식보다 탈수성이 양호한 것으로 나타났으며, 응집제의 최적주입량은 각각 160mg/L와 200mg/L로 나타났다. 또한, 복합주입 방식에 있어서는 2:1의 비율로 주입한 것이 탈수효율을 증대시키는데 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, CST는 슬러지로부터 물이 용출되는 속도를 시간(sec)로 나타내는 것으로, 측정결과 양이온 단일 주입이 복합주입 방식 보다 양호한 결과를 나타내었으며, 두 가지 복합주입 방법모두 비슷한 경향을 나타내었으며, 응집제의 종류(응집제의 이온성)와 슬러지의 성상의 영향에 따라서 탈수성이 다른 것으로 나타났다.
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2013.11
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최근 런던협약 96의정서 발효에 따라 하수 슬러지의 해양투기가 금지되고 환경 정책 강화와 향후 에너지 자원 부족을 대비하기 위해 녹색 성장이 강조되면서 슬러지를 재이용화 및 자원화 시키려는 처리 기술방법들이 개발되고 있다. 하수슬러지 처리 공정의 중점은 발생량의 감량화와 개량화를 통해 탈수 효율을 높이기 위함이며 대표적인 전처리 방법으로 물리적인 방법과 화학적인 방법으로 약품 처리하는 것이 일반화되어 있다. 본 논문에서는 폴리머 응집제를 사용하여 총 4종류의 생, 잉여, 소화, 혼합슬러지에 대해서 적합한 유기 및 무기 응집제를 주입한 후 최적의 응집 조건을 선정하여 최종적으로 슬러지 탈수성의 효율을 비교 및 평가하도록 하였다. 혼합슬러지는 생슬러지와 잉여슬러지를 같은 부피 비율로 혼합하여 제조하였다. 최적의 응집 조건을 선정하기에 앞서 기본적으로 Jar Test 실험을 시행하였으며 200rpm에서 1 ~ 3분 완속 교반, 50rpm에서 5분 급속 교반 조건을 제시하였고, 유기 폴리머와 무기 폴리머 응집제의 단일 및 이액 주입 방식에 따라 응집 반응의 특성을 비교하였다. 실험결과는 슬러지 탈수성 및 최적 응집 조건 선정의 지표로서 응집을 형성시키고 방치 후, 고액 분리를 통해서 상등수의 탁도, pH, ORP, SS, 흡광도 (330nm), floc size와 TTF 실험을 하여 탈수성을 측정하였다. 따라서 응집제 주입 방법에 있어서 유기 응집제의 단일 방식 주입과 무기 응집제를 첨가하여 floc의 응결도를 높이는 이액 주입 방식으로부터 탈수성 효율에 미치는 결과를 본 논문에 나타내었다.
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2013.11
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본 연구에서는 유기성 슬러지와 섬유폐기물의 물성, 열적 특성을 파악하여 고형연료탄을 제작하여 고형연료탄에 대한 공업분석, 발열량분석등을 통해 고형연료로서의 활용가능성을 평가하였다. 제조된 고형연료탄의 공업분석결과 하수 슬러지 건조물과 섬유폐기물 혼합 연료탄(ST)은 평균 수분 3.5%, 휘발분 65.58%, 회분 9.12%, 고정탄소 25.30% 이며, 하수슬러지 건조물(S) 연료탄은 수분 10.2%, 휘발분 56.75%, 회분 33.73%, 고정탄소 9.52%로 측정되었다. 발열량의 경우 ST 연료탄 의 경우 평균 고위발열량 5,820 Kcal/kg, 저위발열량 5,520 Kcal/kg으로 나타나 슬러지 연료탄의 경우 평균 고위발열량 3,732 Kcal/kg(저위발열량 3,350 Kcal/kg) 보다 높게 나타났다. 국내 무연탄과 하수슬러지 고형연료탄의 기본적 물성치를 비교하면, 주 가연분에는 하수슬러지는 휘발분이 대부분이며, 무연탄에는 고정탄소가 대부분임을 알 수 있다. 때문에 하수슬러지 고형연료탄을 석탄의 보조연료로 사용할 시 휘발분에 대한 연소특성을 고려해야 할 것으로 사료된다. 더하여 발열량은 유사한 범위를 보였고, 원소분석 비교에서 석탄에 비해 N, S의 함량 비가 다소 높은 것으로 나타나 연소시 배가스 중 질소화합물과 황화합물의 양이 증가할 것으로 판단되며 이를 효과적으로 관리할 수 있는 배가스 저감시설에 대한 고려가 필요하다.
34.
2013.11
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본 연구는 돈분뇨를 유입수로 하는 퇴비화 공정 중에서 혐기성 소화조의 상등액의 질소와 인의 제거를 위하여 Mg2+의 주입량, pH, 반응시간, 교반속도와 같은 인자를 달리하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 Mg2+ 주입원으로 MgSO4를 사용하였다. 모든 실험은 상온에서 이루어졌으며 교반속도 인자 실험을 제외하고 100 rpm의 속도로 교반하여 실험하였다. Struvite 형성을 위한 최적 pH 조건을 알아보기 위하여 Mg2+: PO43-의 몰비를 1:1로 하여, pH 8부터 13까지 변화를 주고 질소와 인의 최대 제거율을 보이는 최적 pH를 알아보았다. Mg2+의 최적 주입량을 결정하기 위해 최적 pH에서, Mg2+ 주입 몰비를 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 그리고 1.5(mole Mg2+/mole PO43-)로 변화시켰다. NH4+의 경우 Mg2+의 몰비가 커질수록 제거율이 높아졌다. 반면, PO43-는 1몰 반응일 때와 1.1 몰 이상의 반응일 경우에 큰 차이가 없으므로 1:1의 몰비로 struvite 형성을 유도하였다. Struvite 형성을 위한 반응시간 및 교반 속도에 의한 질소와 인의 제거율을 알아보기 위해 10분, 1시간 그리고 24시간의 반응시간과 100 rpm 그리고 200 rpm의 교반속도를 달리하여 실험한 결과 24시간의 반응시간에서 가장 높은 질소와 인의 제거효율을 나타냈으며, 교반속도와 반응시간 10분과 1시간의 경우 질소와 인의 제거효율에 큰 영향을 미치지 않았다.
35.
2013.11
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지난 2012년 기준으로 국내 가축분뇨의 발생량은 46,489천톤에 달했다. 가축분뇨에는 식물생장에 필요한 질소와 인, 칼륨 그리고 각종 미량영양소들이 함유되어 있기 때문에 적절한 퇴비화 과정을 거친 가축분 퇴비는 주 좋은 유기성 비료자원으로 활용되어질 수 있다. 실제로 지난해에 발생한 가축분뇨중의 약 81%에 달하는 7,656천톤이 퇴비화 과정을 거쳐 비료자원으로서 자연에 순환되었다. 우리나라 가축분뇨 퇴비화 기술은 안정적 수준에 도달하였으므로 현재 가축분 퇴비화 분야의 주요 관심사중의 하나는 퇴비의 품질을 높이는 것이다. 연구에서는 150리터 용량의 장방형 퇴비화 반응조들을 제작하여 유우분, 한우분, 돈분, 계분을 각각의 반응조에 넣은 뒤 퇴비화를 개시하였다. 각 축종별 분뇨는 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 퇴비화기간의 경과에 따른 퇴비단의 온도변화와 암모니아 발생량을 측정하였다. 각 축종별 퇴비시료를 채취하여 화학성분 분석을 실시하였다. 퇴비단 온도는 계분 송풍처리구에서 가장 짧은 기간 내에 상승하여 76℃까지 도달한 후 낮아지는 결과를 보였다. 퇴비화 개시 7일 후에 암모니아는 돼지분뇨 송풍처리구에서 735mg/L 수준으로 가장 높게 나타났다. CO₂농도는 각 축종별로 젖소 1450mg/L, 돼지 875mg/L, 한우 1125mg/L, 닭 816mg/L 수준을 보였다.
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2013.11
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지난 2012년에 발생한 국내 가축분뇨 46,489천톤의 38.2%에 해당하는 17,748천톤이 양돈분야에서 발생하였다. 돼지분뇨중 슬러리형태의 분뇨는 수분이 약 97 ~ 8% 수준으로 높은 편이어서 액상비료화(액비화) 처리가 용이하다. 국내에서 현재 운영되고 있는 돈분뇨 슬러리 액비화 기술은 액비화시설 내에서 폭기과정과 저장과정을 거쳐서 비료성분이 있는 액상비료로 전환하는 것이다. 그러나 이 기술을 적용하는데 있어 액비저장조 하부에 슬러지가 침적되는 문제로 인해 액비화시설 운영농가 등 일선 산업현장에서 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 200리터 용량의 사각형 액비화 반응조들을 제작하여 돈분뇨 슬러리를 액비화하는 과정에서의 부숙기간별 액비화 특성을 조사하였다, 각 반응조는 실험실 온도 26±2℃ 조건하에 비치된 상태로 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 운영하였다. 또한 동일한 조건하에서 현수식 담체의 적용여부에 따른 액비의 부숙특성을 분석하였다. 각 처리구별 액비온도는 공기공급구에서 약 2℃ 정도 높았다. 암모니아 발생은 비폭기구에서 전반적으로 높게 나타났다. 액비화 개시 7일 후에 액비조 높이별로 측정한 pH는 폭기구에서는 상층, 중층, 하층에서 각각 8.19, 8.20, 8.23 수준으로 상층부로 갈수록 pH가 낮은 경향을 보인 반면에 비폭기구에서는 각각 8.15, 8.14, 8.06 수준을 나타내 상층부로 갈수록 높아지는 상반된 결과를 보였다. SS 농도는 비폭기구가 하층부가 상대적으로 높은 경향을 보인 반면에 폭기구에서는 액비조 높이별 SS농도 차이가 상대적으로 적었다. 담체를 적용한 처리구에서는 액비중의 SS 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다.
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2013.11
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하수슬러지 자원화 처리 방안은 소각, 건조, 탄화, 용융, 고화, 연료화, 퇴비화 등이 제안되고 있다. 그 중 고화처리는 다른 공법에 비해 건설비 절감, 처리공정 단순, 환경영향이 적다는 특징을 가지고 있다.하수슬러지의 고화처리 시 고화재 투입으로 인한 건조 중량 증가가 단점으로 언급되고 있으나, 하수슬러지를 이용하여 제조한 인공토양은 흙을 대체할 건설재료로 활용이 가능하여 천연토사의 절감과 인공토양의 판매로 인한 경제적인 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 슬래그 활성화 메커니즘을 기반으로 하고 자극제로 고칼슘 플라이애시를 활용하여 제조한 하수슬러지 고화재 CMD-SOIL 1000(형원길 외, 폐기물학회 2012)을 국내 하수슬러지 자원화 설비에 적용하여 배출된 고화물의 유효 자원으로써의 재활용 가능성을 평가하고자 하였다. 상기 고화물의 매립시설 복토재로 품질 적합성(폐기물관리법 시행규칙)을 선행 연구결과 확인할 수 있었으며, 다짐시험을 실시한 결과 연약지반 판정기준의 사질지반 기준(도로설계 편람, 2000)을 상회하는 값인 최적 함수비 49.1%와 최대 건조밀도 1.06g/cm²를 나타내어 지반침하에 대한 안정성 확보가 가능한 것으로 판단되었다. 또한 고화물과 자연 상태의 토사를 일정한 비율로 혼합한 토양에 페레니얼 그라이스를 파종하여 생육 특성을 살핀 결과, 발아초기에는 자연 상태의 토사의 비율이 높을수록 개체수가 많고 성장속도의 차이가 있었으나 재령이 지날수록 육안으로 관찰되는 차이가 없었으며, 파종 56일 이후에는 자연 상태의 토사만을 활용한 경우와 동일한 생육 상황이 관찰되었다. 따라서 고칼슘 플라이애시를 적용한 하수슬러지 고화물은 매립지 복토재 외에도 토지개량제 및 기반 성토재 등의 용도로 활용이 가능한 것으로 판단되었다.
38.
2013.11
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미세조류는 세계적으로 고갈되고 있는 화석연료를 대체할 차세대 신재생 에너지로 주목을 받고 있으며, 일반적인 미세조류 배양 공정에서 회수비용은 약 20~30%로 많은 부분을 차지하고 있어, 경제적인 회수방안이 필요하다. 본 연구는 경제적인 미세조류 회수방안을 위해 스스로 침전하게 되는 autoflocculation(AF)법과 응집제(PAC) 주입법에 관한 연구를 진행하였다. AF는 미세조류가 자발적으로 floc을 형성하여 침전하는 것이며, 미세조류의 광합성에 의한 pH 상승으로 인해 액상에 존재하는 calcium, magnesium 이온 등과 결합하여 침전물을 형성하며, 형성된 침전물은 양전하를 띄어, 음전하를 가지는 미세조류와 반응하여 침전물을 형성하는 방법이다. 실험에 필요한 미세조류(Scenedesmus dimorphus)를 배양하기 위해 용량이 20L인 원통형 반응기를 사용하여 미세조류 농도가 2 OD가 될 때까지 배양한 후 실험하였으며, jar-test기를 이용하여 AF가 일어나는 최적 조건을 찾기 위해 pH 7~12, Mg2+ 주입농도 0~100 mg/L, 침전시간 5~20 min을 달리하였으며, PAC을 이용한 실험 시 pH 5~8, 주입농도 0~120 mg/L 로 달리하여 실험을 진행하였다. 응집효율은 미세조류 회수 후 광생물 반응기(PBR)에서 미세조류 재배양을 고려하여 85~90％의 응집효율이 적절할 것이라 판단하였고, 실험결과 AF가 일어나는 적정 pH는 11.5, Mg2+ 적정 주입농도는 100 mg/L로 나타났으며, 침전시간에 따른 응집효율 변화는 5~20 min에서 약 2% 응집효율 변화가 나타나 침전시간은 5 min이 적절할 것이라 판단하였다. 응집제(PAC)를 이용한 실험결과 적정 pH 범위는 6~8, 적정 주입농도는 60 mg/L로 나타났으며, 이상의 농도에서는 응집효율에서 큰 차이가 나타나지 않았다.
39.
2013.11
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기본적으로 박테리아는 유기물로부터 에너지를 획득하고 성장하는 과정에서 산소를 소비하고 이산화탄소를 발생시키며, 미세조류는 빛과 이산화탄소를 이용해 광합성 하는 과정에서 영양물질을 흡수하고, 산소를 생산한다. 이러한 미세조류와 박테리아를 혼합배양(co-culture)할 경우, 미세조류는 박테리아의 활성에 필요한 산소를 공급하고, 박테리아는 미세조류의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급함으로써 서로 공생관계를 유지하게 된다. 본 연구에서는 미세조류와 박테리아의 공생관계를 하폐수처리에 적용하는 연구의 일환으로, 하폐수처리 공정 내에서 질소 제거에 있어 가장 큰 역할을 담당하고 있는 박테리아인 질산화 박테리아와 미세조류와의 co-culture에 대한 연구를 진행하였다. 질산화 박테리아는 독립영양미생물로써, 유기물 대사는 하지 못하지만 하수처리에서 중요한 질소제거 관점에서 봤을 때, 미세조류의 NH4+ 및 NO3-의 섭취와 박테리아의 질산화에 따른 NH4+ 의 제거 및 NO3-의 생성에 의해 하수 내 질소의 상호 보완적 구조를 갖기 때문이다. 질산화 박테리아와 미세조류의 co-culture로 인한 효과를 파악하기 위해, 미세조류만 있는 조건과 질산화 박테리아만 있는 조건을 대조군(control)으로 설정하였다. 반응기는 2.5L 용량의 원통형 반응기를 사용하였으며, working volume은 2L로 하여 운전하였다. 폭기는 박테리아 단일조건에만 0.1 vvm으로 약하게 해주었으며, 슬러지와 미세조류의 침강을 막기 위해 세 조건 모두 150 rpm으로 교반해주었다. 실험에 사용한 배지는 modified BBM 배지로, 초기농도 NH4-N 50 mg/L, NO3-N 50 mg/L, PO4-P 15 mg/L로 설정하였다. 실험 결과, 미세조류와 질산화 박테리아의 co-culture 조건이 미세조류 및 박테리아 단일조건과 비교하여 질소(NH4-N, NO3-N) 및 인 제거속도 모두 월등히 빠르게 나타났으며, 미세조류 성장속도 및 성장량 측면에는 큰 차이가 나타나지 않았다.
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2013.11
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미세조류는 광합성 반응을 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고, 산소를 배출하며, 체내에 카로티노이드, 피코시아닌 같은 유용물질을 생성할 수 있다. 또한, 미세조류의 대사특성은 하폐수처리, 바이오연료 생산, 이산화탄소 고정 및 유용물질 생산 등 다양한 분야로 적용이 가능하고, 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 미세조류의 배양방법은 open system과 closed system이 존재하는데, 이 중 closed system은 미세조류 배양을 위한 다양한 조건들을 쉽게 조절할 수 있는 반면 운영 및 유지관리 비용이 든다. 따라서 본 연구에서는 저비용/고효율의 PBR(photo-bioreactor) 운전을 위한 최적운전 조건을 도출하기 위해, aeration rate와 pH가 미세조류 대량배양에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험에 사용한 미세조류는 Scenedesmus dimorphus를 이용했고, NO3--N 100 mg/L, PO43--P 10 mg/L로 modified BBM 배지를 사용하였으며, 광도 40 ~ 100 ㎛ol/m²/s, 광주기 24(light) : 0(dark)로 설정하고 working volume 2 L인 photo bioreactor를 batch로 운전하였다. Aeration rate는 0.1 ~ 1 vvm, pH 7 ~ 10로 설정하여 실험을 진행하였다. Aeration rate이 Scenedesmus dimorphus 의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, 0.3 vvm과 0.5 vvm 에서 높은 성장량을 나타냈다. 무기탄소의 공급량이 많은 1 vvm 조건에서는 성장량이 다소 낮게 나타났는데, 이는 과도한 폭기로 인해 미세조류에 미치는 전단응력이 증가하여 성장에 저해를 유발한 것으로 사료된다. 폭기조건의 경제성을 고려하여 0.3 vvm을 유지하는 것이 적정조건으로 도출되었다. pH가 Scenedesmus dimorphus의 성장에 미치는 영향을 평가한 결과, pH 9에서 가장 높은 성장량을 나타냈다
