간행물
한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
권호리스트/논문검색
2016년 추계학술발표회 논문집 (2016년 11월) 134건
포스터발표
101.
2016.11
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생물전기화학시스템은 미생물 연료전지로 불리며, 연료전지의 음극, 양극, 분리막으로 구성된 시스템에서 미생물의 활동을 기반으로 유기물을 분해 및 전력생산을 동시에 할 수 있는 장치이다. 생물전기화학시스템을 이용한 전력생산 및 오염물질의 분해의 측면에서 액상 기질을 이용한 많은 연구가 이루어졌다. 액상의 기질은 미생물이 이용하기 쉬운 유기물질을 포함하여 쉽게 전력을 생산할 수 있으나 슬러지의 경우 전처리를 통하여 기질을 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고 슬러지를 직접적으로 이용하는 생물전기 화학시스템의 연구는 여전히 초기단계에 있다. 본 연구에서는 하수슬러지를 이용하여 생물전기화학시스템에서 직접적으로 전력을 생산하고 동시에 슬러지 감량화를 이루고자 하였다. 슬러지를 직접적으로 기질로 사용한 경우, 기존의 액상기질을 사용한 반응조와 비교하여 장시간 일정한 전력생산을 기대할 수 있었으며 기질의 충진시간 간격을 길게 하는 장점을 보였다. 그러나, 완전한 기질의 제거는 기대할 수 없었으며 생물전기화학시스템으로 1차적으로 에너지 및 슬러지 감량화를 하여 2차적인 처리가 필요할 것으로 판단되었다.
102.
2016.11
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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 바이오매스 커피부산물을 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 커피찌꺼기를 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석, 회분식의 흡착평형실험, 연속식의 고정흡착탑 파과실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 커피찌꺼기를 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 15~20%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 커피부산물은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 커피
부산물을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능과 파과성능은 활성탄대비 비교적 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.
103.
2016.11
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매년 많은 양의 플라스틱 폐기물이 발생되면서 폐플라스틱을 순환 자원화하기 위해 여러 공공기관, 연구소에서는 폐플라스틱 자동선별 시스템을 구축하기 위한 노력을 하고 있다. 이미 국내 지자체 재활용 선별장 등에서는 근적외선 분광법(NIR)을 활용한 자동선별 시스템을 구축 및 활용하고 있지만 검정색 플라스틱 제품군의 물리적 성상인 근적외선 파장의 과도한 흡수로 인한 스펙트럼 분석이 어려워 자동분류가 힘든 실정이다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 NIR 분광장비가 아닌 LIBS 분광기를 사용하여 데이터를 구축 및 분석하고 지능형 알고리즘을 이용하여 자동 선별이 가능한 흑색 플라스틱의 재질별 선별 분류기 구축하고자 한다. LIBS분광장비는 시료가 기체, 액체 및 고체 상태와 관계없이 주기율표 상의 거의 모든 원소에 대하여 정성 정량 분석이 가능한 장비로 시료의 전처리 과정이 필요 없으며, 분석 시간이 매우 짧기 때문에 실시간 분석이 가능하다는 장점을 가진다. 이러한 LIBS 분광장비를 이용하여 데이터를 추출하고 이를 분석하여 인공지능 알고리즘을 이용한 분류기를 설계하고자 한다. 검은색 플라스틱을 인공지능 알고리즘을 통하여 재질별 자동 선별하도록 설계하여 산업적･경제적인 효율의 향상을 기대할 수 있다.
104.
2016.11
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하수슬러지의 발생량은 산업발달 및 인구증가로 꾸준히 증가하고 있으나, 하수슬러지의 해양투기 금지로 대체 할 수 있는 새로운 처리 방법이 요구되고 있다. 특히, 최근에는 건조슬러지를 재이용하는 다양한 방안들이 제기되고 있으며, 그 중 활성탄을 제조하여 이용하는 방법이 있다. 활성탄은 일반적으로 석탄이나 목재와 같은 탄소질 물질을 이용하여 제조된다. 또한 활성탄의 제조는 탄화와 활성화 공정으로 이루어지며, 탄화와 활성화 공정의 인자들의 변화를 통해 활성탄의 특성이 달라진다. 따라서 본 연구에서는 국내 건조 하수처리장에서 발생한 건조슬러지를 이용하여 활성탄을 제조하였다. 탄화시간, 탄화온도, 활성화시간, 활성화온도, 수증기 주입량과 같은 여러 인자들의 변화에 따른 활성탄의 비표면적, 기공분포도의 분석을 통해 활성탄의 최적조건을 도출하여 활성탄을 제조하고자 하였다.
105.
2016.11
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국내 하수슬러지는 2013년 기준 전국 569개 하수처리시설에서 약 3,531 천톤/년이 발생하고 있으나, “런던협약 ’96의정서”로 인해 2012년부터 해양투기가 전면금지 됨에 따라 하수슬러지의 최종 처분을 위한 다양한 논의 및 연구가 활발히 이루어지고 있다. 슬러지 처리방안 중 국내에서는 폐기물관리법 시행규칙이 개정(‘09.8.7)됨에 따라 공공하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지 중 발열량이 에너지회수 기준에 적합하고 환경에 문제가 없는 경우에는 화력발전소에서 5%이내로 석탄연료와 혼합하여 연료로 사용할 수 있게 되었다. 슬러지의 건조 공정은 건조 방식에 따라 직접건조와 간접건조 방식으로 나눌 수 있으며, 건조방법에 따라 기류건조, 원심박막건조, 열풍 회전건조, 다단건조, 열매체건조 방법 등으로 구분할 수 있다. 건조기 형식에는 유동상 건조기, 드럼건조기, 디스크 건조기, 패들 건조기 등이 있다. 건조슬러지를 연료로 재활용하기 위해서는 함수율 10% 이하까지 건조해야 하며 일반적인 건조 연료화 공정에서는 함수율 80% 내외의 탈수슬러지를함수율 10%까지 낮추도록 하고 있다. 그러나 기존 건조 방식과 같이 슬러지의 함수율을 80%에서 10%로 낮추기 위해서는 상당량의 화석연료가 소모되어야 하며, 이는 경제적 문제뿐만 아니라 슬러지를 연료로 활용함으로써 얻게 되는 온실가스 감축효과를 상쇄시키는 문제점이 있다. 또한 함수율 40~60%구간은 최대점성구간(Glue zone)으로 슬러지가 건조되어 함수율이 40~60%에 도달하게 되면 슬러지의 뭉침 현상이 발생하여 열 전달 감소 및 점성 증가로 인하여 건조 효율이 저하되는 문제가 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 처리용량 약 4톤/일의 pilot plant를 설치하여 자체 개발한 고압 프래스 탈수기와 패들 건조기를 이용한 슬러지 건조시스템의 성능을 평가하고자 하였다. 우선 슬러지를 탈수하기 전에 톱밥, 건조슬러지 등의 부형재를 슬러지와 혼합하여 슬러지의 뭉침 현상을 근본적으로 억제하여 함수율 40~60% 구간에서도 뭉침이 발생하지 않도록 하였다. 실험결과 최적 부형제 혼합비율은 1(슬러지):0.4(톱밥)로 분석되었다. 부형재와 혼합된 슬러지는 시스템 전단에 설치된 고압 프레스 탈수기에 투입되어 함수율 80% 내외의 슬러지에 약 30kgf/cm²의 압력을 가해 함수율 40~50%로 낮추도록 하였다. 이때 고압 프레스 탈수기의 탈수효율을 증대시키기 위하여 일방향 탈수 방식이 아닌 양방향 탈수 방식을 적용하였으며, 기존 일방향 탈수 대비 탈수효율을 약 25%증대시킬 수 있었다. 탈수된 슬러지는 패들형 건조기에 투입하여 함수율 10% 이하의 건조연료로 생산하며, 이때 건조기 내의 교차된 패들이 회전하면서 슬러지를 이송하고 패들의 내부에 스팀이 공급되어 패들 표면의 복사열을 통해 이송물의 건조가 순차적으로 이루어지도록 하였다. 본 실증 실험결과 건조기 투입 슬러지의 함수율을 40~50%까지 낮춤으로 인해 건조기 체류시간 및 화석연료 사용량을 감소시킬 수 있었다. 또한 고압 프레스 탈수기 운전 시 탈수효율의 개선을 위해 부형제로 톱밥을 사용하여 기존의 건조 방식과 비교하였을 때 부형제로 투입되는 톱밥의 비용 및 고압 프레스 장치의 전력 사용량을 고려하더라도 경제성 확보가 가능하였고, 건조효율 개선 및 건조 시간 단축의 우수성이 있는 것으로 나타났다.
106.
2016.11
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우리나라는 4계절이 뚜렷하여 안정적인 중온소화를 진행하기에 환경적 어려움이 있다. 혐기성 소화조의 안정적인 소화를 위하여 가온 에너지는 필수적인 요소이다. 이를 위해 본 연구에서는 이러한 환경에 적합한 소형 혐기성 시설의 개발을 위하여 고농도 유기성 폐기물인 돈분뇨와 음식물류폐기물을 전처리 과정 없이 고액분리만을 통하여 액상의 고농도유기물만을 혐기성소화조에서 에너지원인 바이오가스를 생산하는 Pilot Plant의 성능과 소화효율을 분석하였다. 혐기성 소화조의 가온을 위하여 겉에는 호기성 소화조를 설치하여 호기 발효열을 혐기성 소화 가온 에너지로 이용 가능하도록 설계하였다. 이 호기성 소화조에서는 음식물류폐기물을 이용, 호기성 분해를 통해 퇴비를 생산하였으며, 이 과정 중 발생한 분해열(최대 75℃)을 이용, 혐기성 소화조를 가온하였다. 혐기성 소화의 성분 변화에 따른 바이오가스를 분석하기 위하여 혐기성소화조에 투입되는 유기물(VS)농도, 원료배합(돈분뇨 중 분성분이 30%, 뇨성분이 70%) 등 운전조건의 변화에 따른 유기물(VS) 제거율, CODcr 제거율, 바이오가스 생산량 및 메탄농도, 유기물용적부하에 따른 바이오가스 발생량 등을 분석 하였다. 음식물류 폐기물과 돈분뇨 혼합비에 따라 CASE 1, CASE 2, CASE 3로 분류하였으며, CASE 1의 비율은 음식물류 폐기물 8kg과 돈분뇨 20L, CASE 2 음식물류 폐기물 10kg과 돈분뇨 20L로 진행하였다. 분석결과 호기성 발효조의 평균 온도는 계절에 관계없이 50℃~70℃로 나타났으며, 호기성 발효조의 발효열이 높을수록 혐기성 소화조의 온도 또한 증가하는 경향이 나타났다. 이 결과 혐기성 소화조의 온도는 평균적으로 38℃로 중온소화가 가능한 것으로 확인되었다. 혐기 소화의 경우 투입원료의 유기물(VS)량에 따른 바이오가스 발생량은 CASE1에서 유기물(VS)은 평균 6.09%으로 분석되었으며, 이에 따른 바이오가스 발생량은 0.29~0.31㎥/day로 나타났다. CASE 2는 유기물(VS)평균 농도가 7.7%, 바이오가스 발생량이 0.325㎥/day로 나타났다. CASE1, 2 각각의 CODcr, 유기물(VS) 평균 제거율은 CASE 1이 56%, 76.61%, CASE2가 62%, 81.86%로 분석되었다. 메탄 함유량 또한 60~77%로 측정되어 연료로써의 가치가 확인되었다. 본 연구를 통하여 호기성 산화열을 혐기성 소화의 가온 에너지로서 사용하는 방식의 상용화 가능성을 확인할 수 있었으며, 현재 운영하는 혐기성 소화 시설만이 아닌 마을단위의 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 소규모 시설로서도 운영이 가능할 것으로 보이며, 이에 따라 좀 더 효율적인 유기성 폐기물의 처리를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.
107.
2016.11
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2005년도부터 전국적으로 음식물류폐기물이 분리･배출됨에 따라 음식물류폐기물의 발생억제 및 감량, 분리 배출 및 수거, 자원화를 위한 다양한 제도 및 정책이 시행되었고, 대부분의 국내 음식물류폐기물은 퇴비화, 사료화, 바이오가스화 등의 방법으로 자원화되고 있다. 그러나 배출에서 자원화까지 소요되는 높은 비용 부담률은 음식물류 폐기물 배출자 및 재활용 종사자들의 편익 저해 요인으로 꼽히고 있는 상황이며 도시 외지, 도서 및 산간 지역에 위치한 가정 및 상업시설 (펜션, 요식업소 등) 의 경우 지정학적 위치로 인한 수집운반 비용이 높게 형성되어 있어 음식물류 분리수거 환경 조성을 어렵게 하고 있다. 이러한 문제점들을 해결하고자, 본 연구에서는 도시 외곽 및 산간지역에 위치한 가정 및 상업시설의 음식물류폐기물을 ‘자가 재활용형 도시 음식물 류폐기물 발효소멸 퇴비화장치’ (이하 소형퇴비화장치)를 개발하여 해결하고자 하였다. 본 연구에서는 5kg 내외의 음식물류폐기물을 발효･소멸화시켜 퇴비를 생산하는 장치를 제작하고, 이에 대한 최적 운영조건 도출과, 사용자의 편의를 위한 무인자동화운전 시스템의 운영 가능성을 살펴보았다. 소형 퇴비화 장치는 약 180L의 용적을 가진 밀폐형 육각원통으로 제작하였으며, 구동모터를 설치하여 육각원통을 360°회전시켜 교반작업을 수행할 수 있도록 제작하였고, 내부에 블로워 설치를 통해 1.3L/min의 공기를 주입･배출하는 공기주입구를 제작하여 호기성 반응에 필요한 공기량을 조절 할 수 있도록 제작하였다. 장치운영에 필요한 전력은 단결정 태양광 패널로써 충당하였다. 실험 방법은 퇴비화 장치 내 호기성 소화를 돕는 호기성매질(톱밥+호기성퇴비)을 최초 1회 생성 후 음식물류 폐기물을 5kg/day 투입하였으며, 장치운영 조건은 음식물류폐기물 1회 5kg/day 투입, 교반 작업 6h/1회, 블로워 작동주기 10~15min/h로 하여 소화조 내 호기성 산화 반응에 따른 온도 변화량 및 내부물질의 성분, pH, 염도 변화를 살펴보았다. 또한 장치 운행 중 사용자의 편의를 위한 음식물류폐기물 투입과정 이외의 교반작업, 공기주입 작업은 타이머를 설치하여 자동화 운영 가능성을 살펴보았다. 실험결과 생산된 퇴비의 VS와 FS의 평균 측정값은 각각 82.82%, 17.17%를 나타내었고, 함수율은 평균 56.87% 를 나타내었다. 염도의 평균값은 0.49%로 측정되었으며, pH 값은 7.23으로 확인되었다. 이 같은 결과는 비료 공정 규격에 명시되어있는 기준 항목인 함수율, 염도, pH 중 함수율을 제외한 모든 항목에서 적정수치를 나타냈으며, 함수율은 추후 공기투입량 조정을 통해 일부 개선할 수 있을 것으로 보인다. 블로워 작동주기를 12h/day 미만으로 하였을 시 장치의 전력부족 현상이 발생하지 않았다. 본 연구를 통해 소형퇴비화장치의 발생 재활용물의 퇴비화과정의 적정성을 확인하였으며, 추후 생산된 퇴비에 관한 중금속함량 검사를 통해 음식물퇴비로써의 사용가능성을 검토할 것이다. 또한 장치의 무인 자동화 운영 가능성을 확인 하였고 이를 통한 도시 외지, 도서 및 산간지역에 위치한 가정 및 상업시설에서 소형퇴비화 장치 운영이 가능할 것으로 보인다. 이에 따라 도시 외지에서 발생하는 음식물류폐기물의 효율적인 처리가 가능할 것으로 사료된다.
108.
2016.11
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혐기성소화는 환경에 민감하기 때문에, 이에 항상 일정한 환경을 유지해 주는 것이 혐기성소화의 열쇠라고 할 수 있다. 이번 연구에서는 혐기성소화조의 온도를 중온소화영역(30~37℃)을 유지할 수 있도록 해주는 장치를 개발, 설치하여 이의 효용성에 대한 연구를 진행하였다. 설치대상 혐기성소화조는 1m³의 부피를 가진다. 여기에 가온은 총 2가지의 방식으로 진행하였다. 첫 번째는 호기소화열을 이용하였고, 두 번째는 태양열을 이용하여 생산된 온수를 이용하였다. 온수를 이용하여 혐기성소화조를 가온키 위해 태양열을 집열하는 진공관과 온수탱크를 설치하였다. 그리고 온수탱크와 혐기성소화조의 하단부를 자켓으로 연결하여 가온할 수 있도록 하였다. 호기소화열의 제어는 무리가 있어, 온수를 제어하여 혐기성소화조의 온도를 제어하였다. 온도를 제어하기 위해 온수탱크와 혐기성소화조, 진공관에 온도센서를 중앙제어장치와 연결하여 설치하였다. 중앙제어장치에서는 온도센서로부터 측정한 온도를 이용하여 연산을 진행하였다. 진공관의 온도가 온수탱크보다 10℃가 높을 때 온수를 순환시켰고, 온수탱크의 온도가 45℃를 넘고 혐기성소화조가 35℃ 미만이 되었을 때 온수를 순환시켰다. 실험결과 태양열온수장치를 이용하기 전 혐기성소화조, 호기성소화조, 실내의 평균 온도는 각각 33, 49.8, 34.1℃였고, 태양열온수장치를 이용했을 때 혐기성소화조, 호기성소화조, 실내의 평균온도는 각각 33.1, 44, 22.1℃로 측정되었다. 태양열온수장치를 이용했을 때의 호기성소화조의 온도와 실내의 평균온도가 장치를 이용하지 않을때의 호기성소화조와 실내의 평균온도보다 훨씬 낮음에도 불구하고 혐기성소화조의 온도가 더 높게 측정된 것은 태양열온수장치의 가온효과가 고무적으로 보인다고 사료된다.
109.
2016.11
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디스포저는 음식물쓰레기 처리 과정의 불편을 해소하기 위해 음식물쓰레기를 갈아서 배수설비를 통해 오수와 함께 배출하는 기기이다. 우리나라는 1985년에 디스포저가 도입되었지만 배관폐색, 하수처리장의 유기물 부하량 증가 등의 문제가 예상되어 1995년에 디스포저의 사용을 금지하였다. 하지만 2007년 이후 서울․경기 지역에서 실시한 디스포저 시범사업 결과들을 바탕으로, 사용자 임의로 배출량을 조작할 수 없는 일체형 제품이고, 음식물쓰레기가 고형물 무게 기준으로 80% (by dry wt.) 이상 회수될 경우에 한해 디스포저 사용이 가능하다. 이 때문에 고형물 회수율 조건을 만족시키는 동시에 더 많은 고형물을 자원화하기 위해서는 디스포저 분쇄오수의 고형물 회수율을 향상시켜야 하고, 그중 한 가지 방법이 분쇄오수를 응집시키는 것이다. 고형물 회수율을 높이기 위해 응집제를 사용할 경우 분쇄오수로부터 추가적인 고형물을 회수할 수 있지만, 사용된 응집제가 회수된 고형물의 자원화 과정에 어떤 영향을 주는지에 대해서는 조사된 바가 없다. 이전 연구에서 응집 및 재순환으로 고형물 회수율이 높아지는 것을 확인하였기 때문에, 사용된 응집제(Chitosan, PAC)가 혐기소화 과정에서 메탄 생성량 및 생분해도 등에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. 본 연구에서는 Biochemical Methane Potential(BMP) test를 통해 응집제가 혐기소화에 미치는 영향을 살펴보았다. 환경부 고시 2012-203에 제시된 방법에 따라 표준음식물쓰레기를 만들고, 디스포저 (Thinkmom, Energy1, Korea) 를 이용하여 분쇄오수를 제조하였다. 제조한 분쇄오수를 체 1.0 mm, 원심분리기(HANIL, New Supra 22K) 1,213 rpm, 30 min 의 조건에서 고액분리하였고, 배출된 여액은 이전 연구에서 수행된 최적 응집조건에 따라 pH 6.5 ± 0.2에서 Chitosan과 PAC 응집제를 각각 20ppm, 50ppm의 양을 주입하여 응집하였다. 이후 250 ml serum bottle에 기질 (5g-VS/L), 영양 배지 (90 ml), 혐기성 미생물 식종슬러지 (10 ml)를 주입하여 35℃에서 Triplicate로 수행되었다. 영양 배지는 Shelton & Tjedje (1984)에 의해 제시된 조성에 따라 제조하였고, 식종슬러지는 서울 D-환경자원센터에서 반출한 소화슬러지를 사용하였으며 Control assay는 기질 주입 없이 수행되었다. 55일 동안의 실험 결과, 응집제 미사용, Chitosan 응집제 사용, PAC 응집제 사용 등 3가지에서 각각 단위 g-VS 당 누적메탄발생량이 247.6 ± 10.9, 256.6 ± 14.3, 243.6 ± 16.8 ml/g-VS 로 나타났고, 메탄전환율은 각각 51.1 ± 2.3 % , 53.0 ± 1.8%, 50.3 ± 1.9%로 나타났다. T-test 결과 3가지 시료에 대해 메탄발생량과 메탄전환율에서 유의미한 차이가 없는 것으로 판단되었으며, 이것은 회분식 실험에서 응집제의 사용이 메탄발생에 유효한 차이를 발생시키지 않은 것을 의미한다. 본 연구는 이후 응집제 사용이 혐기소화에 미치는 영향에 대해 추가적으로 분석하기 위한 연속식 반응조(CSTR) 실험의 기초자료로 활용될 수 있다.
110.
2016.11
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우리나라의 폐기물 정책 및 처리방법이 변화됨에 따라 매립지로 반입되는 폐기물들의 유기물함량이 점차 줄어들고 있으며, 매립장내 수분이 낮아져 매립지가 안정화되는데 오랜 시간이 소요되고 있다. 이러한 추세에 따라 매립장의 조기 안정화를 위하여 최근 국내에서는 매립지내 침출수 재순환에 관한 법제화가 이뤄졌다. 한편, 하수슬러지를 고형연료로 생산하기 위하여 수열탄화(Hydrothermal carbonization)공정을 도입시, 해당 공정에서 배출되는 고액분리된 액체생성물 발생량은 투입폐기물량의 80% 정도로 반드시 적정처리 또는 재활용이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 매립장의 조기안정화를 목표로 수열탄화액이 매립장 순환수로써 활용가능한지를 파악하기 위하여 수도권매립지로 반입되는 폐기물 조성을 반영한 폐기물과 수열탄화액 등을 serum bottle에 넣고 35℃ 항온 및 혐기적 조건에서 지속적으로 가스발생량 및 가스 조성을 측정하였다. 실험 결과, 수열탄화 반응후 고액분리된 액체생성물은 기존의 침출수 주입효과와 비교할 때 보다 우수한 메탄가스 발생경향을 확인할 수 있었다. 그러나 암모니아 탈기 후의 수열탄화액은 탈기과정에서 투입된 Na+의 영향으로 순환수를 투입하지 않은 경우보다도 낮은 바이오가스 및 메탄가스 발생량 등을 나타내 폐기물 분해에 긍정적인 영향을 주지 못하는 것으로 평가되었다.
111.
2016.11
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가축분뇨를 포함한 유기성폐기물의 직매립과 해양배출이 전면 금지되면서 바이오가스화는 유기성폐기물을 신재생에너지원으로 활용할 수 있는 대안으로 각광받고 있다. 가축분뇨의 국내 발생량은 2012년을 기준으로 173,052 m³/day 정도 발생하고 있으며, 전국 양돈장에서 발생되는 돈분뇨의 89.3%는 자원화(퇴비, 액비화), 9.7%는 위탁 처리하고 있다. 또한 국내에서 가축분뇨를 유기성폐기물로 활용하는 바이오가스화 시설은 평균 9.6 m³/ton의 바이오가스를 생산하고 있다. 이에 비하여 음식물류폐기물은 109.7 m³/ton, 음식물류폐기물 폐수(음폐수)는 40.9 m³/ton으로 가축분뇨가 현저히 적은 가스발생량을 보이고 있어 바이오가스화 효율 기준을 만족시키지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 돈분뇨의 발생원인 양돈장에 대한 유기물 성상분석 및 바이오가스 발생량을 산정하므로써 실제 바이오가스화시 발생될 수 있는 잠재적인 메탄수율을 도출하고자 한다. 현재 운영 중인 양돈장에서 사육되는 돼지의 생애주기별, 농가 구조 및 분뇨 수거 방식을 고려한 샘플링을 실시하였다. 총 7곳의 농가를 대상으로 현장조사를 수행하여 기본적인 이화학적 성상인 삼성분(수분, 가연분, 회분), 영양성분(탄수화물, 단백질, 지방), 원소분석(C, H, N, S), 질소(총질소, 암모니아성 질소) 등을 분석하여 농가에서 발생되는 돈분뇨의 잠재적인 메탄수율을 산정하였다.
112.
2016.11
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유기성폐기물 내 존재하는 질소를 회수하여 재이용 또는 재활용 하기 위하여 암모니아탈기 방법을 이용한 질소회수 효율 확보 방안을 연구하였다. 고농도 암모니아 함유 폐수에서(매립장 침출수, 식품폐수, 축산폐수 등) 목적으로 암모니아회수를 위한 탈기 기술 개발사례가 있으며 주로 탈기효율을 높임으로서 동력비용을 절감하는 목적으로 개발되었다. 따라서 암모니아 탈기 운영에서 60%이상을 차지하는 pH조절용 약품비용 절감을 위한 기술이 보급되어야 실질적인 상용화 및 보급이 활발해 질 것으로 판단된다. 암모니아 탈기 시 소요되는 공기는 입자성오염원이 존재할 경우 산소전달의 방해인자로 작용하기 때문에 이를 비교 평가하기 위해 고액분리 전･후를 비교 평가하여 이에 따른 탈기 효율 변화를 관찰하였으며 또한 pH에 따른 적정 NH3 /NH4 비율을 선정하여 pH조정용 약품비용 절감을 통해 경제성을 확보 하였다. 탈기 시 온도가 20℃일 때 소요되는 이론적 공기량은 2,400 L-air/L-water이나 70℃일 때는 이보다 약 10배 감소한 262 L-air/L-water 나타낸다. 이에 온도조건 변화를 통해 탈기 공정에서 대부분의 동력비를 소모하는 공기 주입량 절감을 위한 최적 방안을 도출하였다.
113.
2016.11
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가축분뇨내 함유된 총 질소 농도는 3,000~6,000 mg/L 수준이며 이중 80%이상이 암모니아성 질소로 존재하기 때문에 호기성 액비화 과정에서 질산화 처리시간이 길고 탈질과정에서 탄소원의 부족 현상이 발생하여 정화처리가 용이하지 않다. 공동자원화 설비에서 현재 운영 중인 가축분뇨의 질소 변화특성을 살펴보면 농도 변화폭이 크고 이에 따른 대응 가능한 처리 및 회수 기술이 필요하다. 기존 암모니아 탈기법은 전통적인 암모니아 회수방법이나 pH를 10.5이상 유지시키면서 20℃에서의 공기요구량이 2,400 m³-air/m³-water 필요하여 운전비용이 15,000원/톤을 초과하기 때문에 경제성이 낮다. 최근 이온교환율이 높은 흡착제를 이용하는 회수기술이 개발 중이나 가축분뇨에 함유된 암모니아의 농도가 높기 때문에 흡착제를 재생하는 과정에서 16,000 원/톤 이상의 재생약품비용이 소비된다. 이에 본 연구에서는 가축분뇨 내에 존재하는 암모니아를 50% 회수함으로써 경제성을 증가 시키고 공정에서 발생하는 악취 문제를 2차적으로 해결함으로써 부가적인 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아수, 황산암모늄 등 암모니아화합물을 제조하여 제품화함으로써 부가가치를 창출할 수 있어 시설 투자비와 운전비 대비 부가가치 창출을 기대할 수 있다. 이에 실험실 규모 및 pilot 규모에서의 50% 암모니아 회수 최적 조건과 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아화합물 생성 최적 조건을 도출하였으며 이를 토대로 30 톤/일 규모의 실증플랜트 설계를 최적화하였다.
114.
2016.11
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우리나라는 2012년을 기준으로 약 1,300여개소의 군부대 사격장, 15개 경기 사격장, 17개 레져용 사격장, 미군부대에서 사용하는 95개 훈련장 사격장이 운용되고 있다. 최근 국방부와 환경부가 공동으로 19개 사격장을 대상으로 토양 오염도를 조사한 결과를 보면, 모든 사격장의 토양이 발사된 탄두의 영향으로 납, 구리, 크롬 등의 중금속으로 심각하게 오염된 사실이 확인된 바 있다. 토양 중 중금속의 존재 형태는 여러 가지로 나타날 수 있는데, 일반적으로 탄피의 작은 알갱이 형태인 중금속 분말 형태와, 분말로 용출되어 토양입자에 흡착 또는 침전물 형태의 복잡한 화합물로 존재한다. 유기물과는 달리 중금속은 장기간 경과 후에도 그 양은 변화지 않으며, 단지 주변 조건에 따라 여러 가지 형태의 다양한 모습으로 존재한다. 대표적인 처리방법에는 물리적, 화학적 방법에 의한 분리 기술과 고정화 또는 안정화 방법에 의한 위해성 저감 등이 있다. 기존 사격장의 중금속오염 토양의 정화를 위하여, 소석회와, 석회석으로 구성된 연속 칼럼 반응조를 통과시킨 다음, pH를 중성으로 조절하기 위하여 pH 조정조를 통과시키는 지하수의 정화방법(시트르산, 아세트산, 옥살산과 같은 저분자 유기산을 주성분으로 하는 용출제용 조성물을 이용하여 토양 중에 투입하여 중금속을 부착시킨 후 제거하는 중금속 오염 토양의 정화방법) 등이 제안되어 왔으나, 이들 방법은 모두 사후적 정화방법에 관한 것으로 완전한 정화가 불가능할 뿐만 아니라 정화에 많은 노력과 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 발사된 탄두를 연소 및 화재의 위험과 토양의 중금속 오염 없이 재활용이 가능한 피탄 받이용(탄두회수용) 충진재 개발을 진행하였다. 이를 통하여 탄두를 원형 그대로 회수함에 따른 고비용 탄두의 재활용이 가능하며, 탄두에 의한 토양 중금속 오염문제를 원천적으로 봉쇄할 수 있을 것으로 기대된다.
115.
2016.11
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2002년 한일월드컵의 성공적 개최로 인한 축구 열풍으로, 인조잔디구장 조성 붐이 형성되어 급격하게 확대되기 시작한 인조잔디시장은 교육부와 국민체육진흥공단의 생활체육 및 체육시설의 선진화 방안에 따른 인조잔디 조성계획으로 지자체 및 학교 등 공공기관이 수요가 보태지면서 가히 폭발적으로 성장하게 되었다. 인조잔디의 사용연한은 보통 7~8년으로 알려져 있으나, 이용이 빈번한 학교운동장, 공공체육 시설의 경우 평균 3~5년으로 짧은 편이다. 잔디파일의 경우 시간이 지남에 따라 물리적 마모 및 충격에 의해 열화가 진행되며, 파일의 탈락 및 인장강도, 인발력 저하, 고무분말 노출로 인한 분진 발생의 원인이 된다. 인조잔디가 깔린 학교는 전국에 1,580여 곳이며, 이 가운데 200여 곳(12.7%)은 사용연한이 다 됐거나 지났으며, 사용한 지 5년이 넘어 노후된 곳도 613곳(38.8%)이나 되어 폐기 인조잔디 처리가 시급한 문제로 떠오르고 있다. 국내 처리방법은 폐기 인조잔디 발생 시 사업장 폐기물로서 위탁, 소각 후 매립하고 있으며, 소각 후 매립 처분에 있어 대부분의 인조잔디와 충전재(고무분말, 규사)를 구분하지 않고 일괄 소각 후 매립하고 있어 자원의 낭비와 자연환경의 파괴가 우려된다. 이에 본 연구에서는 폐기 인조잔디 충전재의 0.5mm이하 미분쇄 가공을통한 TPV용 소재 개발을 위한 연구를 진행하였으며, 원자재 공급업체와 중가 가공처리업체, 최종 제품 수요업체, 총괄 관리기관 간의 업무분장을 통하여 자원 재활용 네트워크를 구축하였다.
116.
2016.11
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현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지와 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따라 유기성 폐기물의 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그동안 많은 연구와 운영 경험을 통해 유기성 폐기물의 바이오가스화 공정은 점차적으로 안정화되어 가고 있는 가운데, 해당 시설에서 발생하는 혐기소화여액에 대한 적정 처리가 전체 시설의 경제성에 큰 영향을 미치고 있다. 해외, 특히 유럽에서는 유기성 폐기물의 혐기소화여액을 대부분 퇴비 또는 비료로 활용하고 있으나 국내에서는 경작 면적 및 시비 시기 등에 대한 제약으로 인해 해외의 경우처럼 혐기소화여액을 퇴비 및 비료로 활용하는데 한계를 가지고 있다. 이에 대다수의 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설에서는 혐기소화여액을 별도의 폐수처리 후 하수처리장에 연계 처리하고 있으며, 고형물인 탈수케익은 일부 퇴비원료로 생산하고 있으나 이에 대한 수요 및 구매 매력도가 떨어져 무상공급 또는 유상처리하고 있는 실정이다. 이에 따라 탈수케익을 퇴비원료로 생산하는 대신 매립 또는 소각 처리로 전환하는 시설도 늘어나고 있다. 또한, 음식물류 폐기물의 혐기소화여액은 높은 질소 농도로 인해 하수처리장 연계수질에 따라 단순 응집침전부터 다단 고도처리까지 적용하여 처리하고 있어, 본 과제에서는 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설을 직접 방문 조사하여 각 시설의 폐수처리공정 성능 및 애로사항 파악을 통해 주요 연계수질 기준에 따른 최적 폐수처리공정 선정 Guideline을 도출하고자 하였다.
117.
2016.11
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반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정 수는 증가되며, 각 공정 후에는 많은 잔류물 또는 오염물이 표면에 남게 되어 이것들을 제거하는 세정공정(Cleaning process)의 중요성은 더욱 부각되고 있는 추세다. 현재 반도체 제조 공정은 약 400단계의 제조 공정을 가지고 있으며 이들 중 적어도 20% 이상의 공정이 웨이퍼의 오염을 막기 위한 세정공정과 표면 처리 공정으로 이루어져 있다. 세정 공정에서 IPA(Iso-propyl alcohol)를 사용하게 되는데 이는 제조과정에서 발생하는 Water Mark를 제거하기 위함이다. 기존 제거공정에서는 물을 이용하여 이를 제거 하였으나, 물의 표면 장력에 의해 제품이 불량이 발생하여 쉽게 증발하는 성질을 가지고 있는 IPA를 이용하여 wafer 표면의 DI를 제거 하였다. IPA 세정공정을 도입한 반도체 업체에서 배출되는 폐액 속에 IPA농도는 30% 수준으로 나타나 기존 증류법을 통한 증발농축으로 가공하는데 많은 Utility 비용이 소요되기 때문에 해당 폐액을 재활용하는데 있어 경제성이 떨어지며, 이에 효율적으로 농축 가공하여 자원을 재순환 할 수 있는 기술 검증 및 네트워크 구축이 필요한 실정이다. 현재 A반도체 생산기업의 경우 IPA 폐수의 발생량은 2015년 30톤/day, 2016년의 경우 40톤/day 정도로 배출처 및 가공처의 수익을 향상 시킬 수 있는 상기 개발기술의 검증을 위한 Scale-up 테스트 및 현장 적용이 요구되고 있어, Lab. test를 통하여 기 확보한 농축 기술을 보완 및 실용화함에 있어 Scale-up test를 위하여 1ton/day 처리 용량의 Pilot system을 제작 설치하고, 이를 통해 농축효율을 검증함으로써 기존의 증발농축법과 안전성 등에서 차별화된 농축설비를 개발하고자 하였다.
118.
2016.11
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하수슬러지의 열풍건조시 하수슬러지의 특성, 고분자 응집제의 종류 및 주입량 등에 의해 발생되는 점성으로 인해 타공판에 부착성이 상당히 증가하여 건조효율을 낮추는 원인이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 고분자 응집제로 인한 하수슬러지(생슬러지, 잉여슬러지, 혼합슬러지)의 부착특성을 평가하기 위하여 고분자 응집제 주입량에 따른 점도 변화를 측정하였으며, 또한 하수슬러지의 열풍건조시 부착성을 상당량 감소시킬 수 있도록 기존 타공판을 대체할 수 있는 다양한 타공판 종류별 부착특성을 평가하였다. 하수슬러지의 열풍건조시 기존 타공판(STS 304재질), 전해연마+티타늄코팅 타공판보다 크롬코팅된 타공판의 부착성이 가장 적게 발생되었으며, 또한 생슬러지 단독건조보다 잉여슬러지 단독건조시 부착성이 더 크게 나타났다.
119.
2016.11
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급속한 산업화를 거쳐 오면서 화석에너지의 수요가 급격히 증가되어 주요 에너지가 고갈되어 가고 있는 실정이다. 이에 따라 전 세계적으로 자원 확보가 시급한 문제로 대두되고 있다. 우리나라 또한 자원 수입국으로써 자원 확보를 위한 방법을 고려하게 되었고 이에 따라 목재자원의 순환이용이 더욱 중요한 의미를 갖게 되었다. 폐목재는 분리수거가 잘 되지 못하고 복잡한 규제로 재활용을 떨어뜨리고 있으나 친환경 자재로서 목재는 그 용도뿐만 아니라 환경적 가치로서도 그 중요성이 날로 증가하고 있다. 또한 간벌로 버려지는 임산 폐기물을 이용하여 블록을 만듦으로써 자원을 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 포장 블록에 적용함으로 어떤 특성을 가지는지에 대하여 평가하고자 한다. 목재 블록은 산림산업에서 버려지는 벌 목재 및 폐목을 파쇄 후 일정 크기의 입자를 걸러 선별작업을 거쳐 수지 및 경화제를 혼합하여 고압․고온 스팀 양생하여 생산하며 보도, 공원로, 산책로, 공원, 광장, 주차장, 옥상데크재 등 포장이 가능한 지반에 적용하고 기존 콘크리트 블록, 점토블록의 대체 제품으로 목재를 사용하여 인간과 환경에 친근감을 조성한다. 최근 국내에서는 천연광물의 고갈에 따른 대체 재료로 재활용 자재들을 사용하고 있다. 본 연구에서 폐목분은 소각되거나 폐기되는 게 대부분이었으나 친환경･친인간적인 요소가 부각되어 도로의 일부분인 보도블록용 재료로 그 쓰임새를 확대하여 환경 친화적이고 품질이 양호한 블록을 만들어 폐기되는 물질에 대한 자원화 기술을 확보하고 재활용을 위한 기술 개발의 일환으로 재활용 가능한 목재블록의 표준을 제시함으로써 자원의 재활용률을 높이는데 기여하고자 한다.
120.
2016.11
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지구온난화의 영향으로 전 세계적으로 기후변화가 일어나고 있다. 각국에는 기존의 연료인 석탄 및 석유의 에너지를 줄이고 온실가스 저감 및 저탄소 생활문화에 대한 관심이 높다. 특히 매립되는 폐기물을 재사용하기 위해 폐기물에 저장된 많은 양의 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 가스발전소를 가동하고 있다. 이렇게 생산된 전기에너지중 일부는 자체적으로 소모가 되고 일부는 한국전력에 판매하고 있다. 그러나 일부의 가스는 전기에너지로 전환하지 못하여 버려지게 된다. 그 이유는 매립지에서 발생된 가스의 양을 조절하기 어렵고 전기에너지의 다양한를 따라가기 힘들기 때문이다. 그렇기 때문에 일정한 에너지 공급과 잉여전력의 저장을 위해 재생에너지 산업에 꼭 필요한 장치가 에너지저장장치(ESS)이다. 그 중 친환경 적이며 높은 내구성 및 안전성을 갖는 장치가 VRFB이다. VRFB의 경우 바나듐을 활물질로 사용한 2차 전지로서 산화환원 반응을 통해 전기에너지를 화학적에너지로 전환하여 저장하였다가 필요한 순간에 발전하여 전력을 공급할 수 있다. ESS를 사용하면 에너지 공급안전성을 높일 수 있으며 버려지는 에너지를 저장하여 언제든 공급할 수 있게 된다. 많은 장점을 가진 VRFB 이지만 아직 기술적으로 완전하게 정립되어있지 않기 때문에 성능향상에 대한 연구와 관심이 많다. 우리는 VRFB 의 성능을 높이기 위해 촉매에 대한 연구를 중점적으로 진행해 왔다. B과 N은 일반적으로 전기 전도성을 향상시킨다고 알려진 촉매로서 이를 다공성 carbon 인 MSU-FC에 첨가하여 사용하였다. 이 촉매를 사용함으로서 에너지 밀도와 에너지효율에 성능향상을 보였고 또한 Capacity 또한 유지되는 것을 보였다.
