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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
권호리스트/논문검색
2017년 춘계학술발표회 논문집 (2017년 5월) 149건
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2017.05
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Fermentation characteristics and control factors of food wastes using fermentation extinction system
수분함량과 유기물 함량이 80% 이상으로 매우 높고, 염도가 높은 국내 음식물쓰레기는 저장 및 운송과정에서 쉽게 부패하는 문제가 있어 적정 처리에 대한 효과적 기술 개발 필요성이 증대되고 있다. 유기물질을 분해하는 미생물이 산소를 이용하는 호기성 퇴비화방법은 유기물을 안정화시키는 것으로 미생물이 음식물 쓰레기를 분해하여 부식질인 퇴비물질, 물과 이산화탄소로 전환시킨다. 본 연구에서는 음식물쓰레기 발효 소멸 시스템을 이용 음식물쓰레기를 처리 하여 음식물 쓰레기의 발효특성을 알아보았다. 이를 통해 운전 안정화를 위한 미생물 활성기반 제어인자를 도출 하고자 하였다. 수분 조절을 위한 통기 개량제는 우드칩이 사용되었고 교반기의 혼합은 3rpm으로 진행되었다. 반응온도는 가온없이 자체발열로 운전 하고 흡인송풍으로 공기가 공급되었다. 운전인자 도출을 위한 발효물질 분석은 공업분석, 원소분석 등이 수행되었고 pH, 함수율, 염도 등이 측정되었다.
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2017.05
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음식물류 폐기물은 높은 수분 및 유기물 함량으로 인해 쉽게 부패되며, 그 과정에서 TVOC 및 황화수소 등 많은 종류의 악취와 다양한 미생물들이 발생한다. 황계열 및 TVOC 와 같은 악취물질은 수거용기 내부에서 발생하여 생활악취 민원의 주요 원인이 되고 있다. 또한 음식물류 폐기물을 버리고 부패되는 과정에서 부유미생물이 발생하여 병원성 세균감염 및 알레르기를 일으킬 가능성이 있다. 따라서 음식물류 폐기물의 악취 및 부유미생물에 대한 대책이 시급한 상황이나 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 음식물류 폐기물에서 발생하는 악취 및 부유미생물은 계절, 기온, 재료에 따라 많은 차이가 생겨 처리장치의 설계인자를 도출하거나 성능을 정량적으로 평가하기에 어려움이 있다. 따라서 처리장치의 설계 및 성능평가를 위해 성상이 비교적 일정한 표준화 된 음식물류 폐기물의 제조가 필요하며 본 연구에서는 서울시에서 규정한 ‘음식물쓰레기 감량기기, 종량기기 가이드라인(2014)’의 중량비율을 참고하여 채소류, 과일류, 곡물류, 어육류 및 함수율을 조정하여 표준화 된 음식물류 폐기물을 제조하였다. 제조한 음식물류 폐기물의 부패기간에 따른 TVOC 및 복합악취, 부유미생물의 발생 경향을 파악함으로써 처리장치의 기초설계 인자를 도출하고자 하였다. 실험실에서 제조한 음식물류 폐기물의 부패기간에 따른 악취 및 부유미생물의 농도 변화를 측정하기 위하여 12시간 간격으로 TVOC, 복합악취, 부유미생물의 농도변화를 관찰하였다. 실험결과 TVOC, 복합악취, 부유미생물 농도가 60시간까지 지속적으로 증가하였으며 최대농도는 TVOC 86 ppm, 복합악취 3000배, 부유미생물 2517 CFU/m³로 측정되었다. 그리고 72시간 부패 후 TVOC 농도는 84 ppm이 측정되어 소량 감소되었지만 복합악취와 부유미생물의 농도는 복합악취 1000배, 부유미생물 1700 CFU/m³로 측정되었으며 확연히 감소되는 경향을 볼 수 있었다.
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2017.05
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지구온난화와 화석원료 고갈의 문제에 대한 해결책으로 다양한 바이오매스를 이용한 바이오에탄올 생산에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 바이오에탄올 생산에 사용되는 원료들은 크게 당질계, 전분질계, 목질계 기반의 원료로 분류된다. 먼저 당질계와 전분질계 원료는 사탕수수, 옥수수, 고구마와 같은 식량자원 들이 대부분으로서 원료의 재배를 위한 부지확보에 있어 식량 작물과 바이오연료용 작물의 토지 이용 경쟁에 따른 윤리적인 문제가 제기된다. 또한 목질계 원료의 경우 비식용작물로서 비교적 높은 에탄올 생산 효율을 보이지만, 이용 가능한 자원이 한정됨에 따라 최근 바이오에탄올 생산을 위한 열대우림 훼손이 일어나고 있어 화석연료 사용량을 줄이기 위한 대체에너지 생산임에도 불구하고 지구온난화의 원인으로 지목되고 있다. 이러한 기존 바이오에탄올 생산 원료들의 단점을 극복하기 위한 수단으로서 미세조류는 최근 많은 연구자들에 의해 관심을 받고 있다. 생물학적 공정 기반의 미세조류 바이오에탄올 전환은 원료로 사용되는 미세조류에 따른 당 용액의 조성이 다르기 때문에 이를 이용하는 미생물의 종에 따라 전체 공정의 효율이 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 미세조류부터의 당 발효 시 보다 높은 바이오에탄올 생산 효율을 위해서는 적합한 미생물 종의 선정이 반드시 수반되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 바이오에탄올 생산에 널리 사용되는 미생물 균주들을 적용하여 미세조류 당 용액으로부터 바이오에탄올 생산에 가장 적합한 균주를 선정하고자 하였다. 바이오에탄올의 원료로 사용될 미세조류는 HR (Hydrodictyon Reticulatum )을 선정하고 한국화학연구원으로부터 분양 받아 실험에 사용하였다. HR은 글루코스를 다량 함유하고 효소 당화율이 매우 높아 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 알려져 있다. 연구결과 본 연구에 사용된 총 3가지 균주 중 Saccharomyces cerevisiae KCTC7017 (SC7017)가 가장 많은 에탄올을 생산하였으며, HR의 바이오에탄올 생산에 적합한 것으로 확인되었다. 하지만 당 용액의 환원당 농도가 높아질수록 발효 효율이 저하되는 현상이 관찰됨에 따라 고농도 당 용액에서 발효가 가능한 정제 농축방안의 개발이 수반되어야 할 것으로 판단된다.
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2017.05
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반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정은 다양해지고 더욱 복잡해졌으며, 각 공정 후에는 많은 잔류물과 오염물이 웨이퍼 표면에 남게 된다. 따라서 이 잔류물과 오염물을 제거하는 세정공정은 반도체 공정에서 매우 중요한 과정 중 하나이다. 반도체 제조 공정은 약 400개 단계의 제조공정으로 이루어져 있으며 이들 중 적어도 20% 이상의 공정이 웨이퍼의 오염을 막기 위한 세정공정과 처리공정으로 이루어져 있다. 제조과정에서 발생하는 Water mark를 제거하기 위해 IPA(Iso propyl alcohol)를 사용하여 웨이퍼 표면을 세정 및 건조하는데, 공정 후 배출되는 IPA 폐액의 경우 그 독성으로 인해 미생물이 사멸되어 기존의 처리방법으로는 처리가 어려우며, 이를 폐기물로 위탁 처리하고 있다. IPA 세정공정에서 배출되는 폐액의 IPA농도는 30% 수준으로 기존 증류법을 통한 증발농축으로 IPA를 농축하는데 많은 Utility 비용이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 IPA를 95%이상 고농도로 농축하기 위해 분리막을 이용한 증기투과 공정을 설계하였고, Lab scale 장치에서 다음과 같은 조건(공급 IPA 농도 30%, 조작온도 130℃, 유량 3kg/hr)에서 IPA 농도는 99% 수준으로 나타났다. 이를 토대로 Scale-up화하여 Pilot scale 장치에서 공급 IPA 농도, 온도, 유량 등의 운전인자를 변화시켜 IPA를 95%이상으로 농축하기 위한 최적조건을 도출해 보고자 하였다.
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2017.05
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세계적으로 하수처리장 방류수 수질기준이 강화되고 있으며 국내 또한 하수처리장 에너지 자립율을 높이기 위해 하･페수처리장 내 고효율 혐기소화조 및 소화조 전처리 설비가 도입되면서 방류수의 수질은 향상되었다. 그러나, 농축조 및 소화조 후단에서 발생하는 반류수의 농도가 지속적으로 증가하여 하･폐수처리장 내 생물반응조 운영에 악영향을 미치고 있는 실정이다. 반류수는 발생특성상 연속적으로 발생되지 않고 간헐적･주기적으로 발생되며 슬러지 처리계통에서 배출되고 있다. 반류수 발생 시 시간 최대유량 및 농도가 수처리공정 하수유입 부하 대비 100% 이상의 부하증가를 초래하는 경우도 있어 이로 인한 생물반응조의 운영에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이러한 반류수 유량은 유입유량의 1~3%로 적은 양으로 발생되지만 고농도로써 수처리 공정에 충격부하를 유발하기 때문에 전체 처리효율에 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 또한, 질소의 농도가 높기 때문에 반류수에 의한 유입수의 질소부하 증가량은 유입 질소 부하량의 15~25% 이상을 차지한다. 이러한 반류수의 처리를 위해 생물반응조 유입 전 전처리를 통해 부하를 감소시키기 위해 응집침전 방법을 선정하였다. 이에 본 연구에서는 대구 S 하수처리장의 반류수를 대상으로 유입유량 대비 반류수의 연간 유량 및 유입 부하를 파악하였고, 고농도로 유입되는 반류수의 처리를 위해 pH, 응집제 종류, 혼화 시간 및 rpm 의 인자들을 조절하여 응집실험을 진행하였으며, CODCr, T-N, T-P, SS, NH4+의 저감효율을 도출하였다.
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2017.05
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국내 약 10,000 톤의 유자가 유자가공에 소요되고 있으며 씨 무게를 전체중량의 약 15%로 가정하면 연간 1,500 톤 이상의 유자씨가 가공 사업장으로부터 생산되어 폐기처분되고 있다. 또한 유자씨에 대한 식품원료로서의 성분 또는 생리활성 등에 대한 연구는 국내·외 적으로 활발하지 않은 실정이다. 본 연구에서는 배출되는 유자씨를 폐기물자원화 공정에서 발생하는 잉여 열에너지로 건조한 후 바이오 오일을 추출하고, 오일에 대한 성분분석을 수행하여 그 특성을 조사하였다. 유자씨 오일 추출은 이산화탄소 초임계 유체 추출법을 이용하였고, 추출된 오일의 지방산은 가스크로마토그래프를 이용하여 분석하였다. 유자씨 초임계 추출조건은 280bar, 50℃, 210min 이었고, 유자씨 시료 각 250g씩 2회 추출을 진행하여 1 batch에서 오일 추출량 50g을 보여 약 20%의 회수율을 나타내었다. 실험결과 불포화지방산은 전체 지방산 함량의 75%를 차지하였고 포화지방산은 약 25%인 것으로 나타났다. 불포화지방산은 linoleic acid, 이 39.63% 으로 가장 높은 함량을 차지하고 있었으며 oleic acid, palmitic acid 및 linolenic acid가 각각 32.84%, 20.25% 및 2.15%로 대부분을 차지하였으며 palmitoleic acid, cis-10-heptadecanoic acid, cis-11-eicosenoic acid 및 erucic acid은 1%미만인 것으로 나타났다. Linoleic acid의 경우 생체막의 구성성분 및 인체의 성장과 유지를 위한 필수지방산으로써 반드시 음식으로 섭취해야 하며, 최근 항암기능 및 항산화 효과 등 여러 가지 생리활성 작용을 나타낸다고 연구결과가 보고되고 있다.
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2017.05
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2014년 슬러지 발생량은 10,187ton/day로 2008년 기준 약 7,446ton/day에 비해 발생량이 약 37% 증가하였다. 하수슬러지의 발생량은 매년 증가할 것으로 예상되기 때문에 하수슬러지 발생량을 최소화 시키고 자원화하기 위한 여러 가지 대안 중 혐기성 소화방법과 슬러지 감량화 기술이 대안으로 제시되고 있다. 소화조는 장시간의 체류시간, 설계 값보다 낮은 소화효율 등의 고질적인 문제가 있으므로 슬러지를 효과적으로 처리 하기위해 이용 효율을 극대화하는 방안이 필요하다. 따라서 소화조 투입 전 단계에서 하수슬러지를 가용화하는 전처리를 실시하여 가수분해를 촉진시키고, 소화 효율을 높이는 방법을 이용하고 있다. 전처리 공정은 열적처리, 물리·화학적 처리, 생물학적 처리 등으로 구분되며, 이중 열적전처리 공정은 고온조건이나 저온조건에서 고분자 형태로 존재하는 슬러지를 저분자 형태로 전환시켜 바이오가스의 생산량과 소화효율을 증대시키는데 효과적인 것으로 알려져 있다. 열적전처리 중에서도 저온 열적전처리는 고온 열적전처리에 비해 공정 운전에 들어가는 에너지 소모량이 적고, 바이오가스 생산면에서도 효과적으로 알려져있다. 따라서 본 연구에서는 생슬러지 및 잉여슬러지를 대상으로 60~120 ℃, 30~120분 조건에서 실시한 저온 열적전처리 공정에 의한 물리·화학적 특성 변화를 분석하고, BMP test를 통하여 바이오 가스 생산율을 평가하였다. 용존성 물질로 존재하는 SCODCr, NH4+, PO43-, VFAs 분석결과, 생슬러지 및 잉여슬러지 모두 열적전처리 온도가 상승함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 가용화율은 120 ℃ 120분조건에서 SCODCr의 경우 가용화 전 각각 453mg/L, 1,698mg/L에서 열적전처리 후 최대 5,337mg/L, 8,769mg/L로 증가하였으며, TCODCr 중 SCODCr가 각각 약 12%, 18.6%차지하는 것으로 나타났다. 따라서 저온열적가용화 또한 슬러지의 세포 floc 파괴에 의한 내부 물질의 용출에 기인하여 가수분해 단계를 촉진시켜 소화효율을 향상시킬 수 있다고 판단된다.
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2017.05
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농촌진흥청에서 고시하고 있는 비료공정규격에 따르면 퇴비의 적정 염분은 2% 미만으로 규정하고 있으며 이 기준은 일반퇴비 및 음식물류폐기물퇴비(이하 음식물퇴비) 구분없이 동일한 기준이 제시되고 있다. 실제 농가에서는 음식물퇴비 내 염분이 높다는 편견이 있어 작물을 키우는데 음식물퇴비를 사용할 경우 작물이 죽거나 잘 자라지 않는 등의 의식이 팽배하여 작물재배 및 농가에서 음식물퇴비의 사용량이 저조하며 의식이 부정적인 상황이다. 따라서 본 연구에서는 음식물퇴비의 염농도, 혼합율에 따른 작물재배 실험을 진행하였으며 작물 재배 시 염분농도에 따라 작물이 받는 영향에 대해 알아보고자 하였으며 토양의 염분농도, 음식물퇴비의 염분농도, 토양과 음식물퇴비의 혼합율에 따라 작물의 발아율, 성장정도의 변화를 살펴보고자 하였다. 실험은 토양별 염분농도, 음식물퇴비의 염분농도, 토양과 음식물퇴비의 혼합율, 총 3가지 조건에 변화를 주어 실험을 진행하였다. 실험은 총 5일주기로 각 작물의 발아율, 성장정도, 토양 내 염분농도를 측정하였으며 염분농도의 유실량 및 작물로의 흡수량을 보기위해 염분농도 측정 대조군을 측정용으로 설정하였다. 첫 번째 실험은 토양 염도가 작물에 끼치는 영향을 알아보기 위해 토양 내 염분농도를 각각 0.5%, 1.0%, 1.5%, 1.7%, 2.0%, 2.2%, 2.5%로 조절하여 작물 재배 실험을 진행하였다. 두 번째 실험은 토양에 혼합하는 음식물퇴비의 염분이 작물에 끼치는 영향을 알아보기 위해 토양과 음식물퇴비를 20:1로 혼합하였으며 혼합하는 음식물퇴비에 염분농도를 1%, 2%, 3%, 4%, 5%로 추가 조절하여 작물 재배 실험을 진행 하였다. 세 번째 실험은 음식물퇴비와 토양의 혼합율이 작물에 끼치는 영향을 알아보기 위해 토양과 음식물퇴비의 혼합비를 각각 1%, 3%, 5%, 10%로 조절하여 작물재배 실험을 진행하였다. 실험 결과 음식물 퇴비의 혼합 없이 토양의 염도를 추가해준 경우, 작물이 재배될 수 있는 최대 염분농도는 2.0% 미만으로 측정되었으며, 토양 내 혼합하는 음식물퇴비의 적정염도는 5% 이하에서 가장 높은 효율을 나타냈다. 음식물퇴비를 사용하여 작물을 재배 할 시 일반적으로 혼합되는 비율인 20:1로 혼합하였을 경우 음식물퇴비의 적정 염도는 5%로 확인되었다. 이는 시중에서 판매하는 음식물 퇴비보다 1%높은 염분농도임을 확인하였다. 이는 음식물퇴비의 혼합비율은 작물의 발아율에 부정적인 영향을 주지 않는다는 것으로 판단되며 음식물퇴비를 이용하여 작물 재배를 하였을 시 기존보다 우수한 발아율 및 성장정도를 나타내는 것으로 보인다.
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2017.05
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바이오매스의 저장 및 취급 여건은 바이오매스의 형태 및 종류에 매우 달라진다. 바이오매스의 종류는 매우 다양하며, 어떻게 저장하고 취급할지는 바이오매스의 특성에 따라 달라진다. 바이오매스의 저장시설은 어떠한 조건에서도 지속적인 원료공급, 자체 영양물질의 감소와 분해를 저감시키기 위한 것이다. 한편, 저장시설 내부에서는 저장물의 물리적, 생화학적, 생물학적 그리고 화학적 반응 등에 의해 내부 온도가 상승하고, 온도상승에 의한 자연발화에 의한 화재 및 폭발 등의 안전성이나, 곰팡이 생성 등의 위생적인 면에서 문제될 수 있다. 특히 저장기간 동안 또는 저장 후 바이오매스의 수분함량은 원료의 적합성과 밀접한 관계가 있다. 대부분의 목재 및 농업부산물과 같은 바이오매스는 4–50% 범위의 수분함량을 가지고 있으며, 음식물류 폐기물은 최대 94%의 수분함량을, 혼합 도시고형폐기물 중 유기물의 평균 수분함량은 53.7%의 수분함량을 나타낸다고 보고하고 있다. 일반적으로 에너지회수 시설에 사용되는 바이오매스는 수분함량이 낮아야 한다. 이에 본 연구에서는 현재 이용되고 있는 바이오매스 저장시설의 종류 및 형태, 그리고 발생 가능한 문제점에 대하여 조사하였으며, 저장 기간 동안 수분함량에 따른 바이오매스의 물리·화학적 조성 변화에 대하여 검토하였다.
