간행물
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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2015년 추계학술발표회 논문집 (2015년 11월) 173건
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2015.11
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농촌에서 발생하는 폐비닐(LDPE :Low Density Polyethylene)의 재활용율을 높이기 위해 폐비닐을 흙이 묻은 채로 180~200℃로 녹여 크기 19mm 되는 PE골재를 만들었다. 이 골재를 밀입도 아스팔트콘크리트 배합용 19mm 쇄석골재와 중량비로 0%, 2.5%, 5%, 10%, 15%씩 치환한 아스팔트 혼합물을 만들어 바인더 양 변화에 따른 마샬안정도시험을 실시하는 한편, 동결융해 후 인장강도시험, 동결융해 후 초음파속도시험을 실시하였다. (1) PE골재 혼합률별 마샬안정도시험 결과 : 모든 공시체에서 마샬안정도 최소기준을 만족하였고, PE골재 치환률이 높을수록 안정도가 급격히 커졌다. 흐름치는 PE골재를 치환한 모든 공시체에서 허용기준을 벗어났고, 혼합률이 높을수록 흐름치가 증가하여 소성변형에 다소 취약한 것으로 나타났다. 그러나 안정도와 흐름치를 동시에 고려했을 경우 PE골재를 혼합한 공시체의 안정도가 월등히 큰 것을 감안한다면 안정도 허용기준에 해당하는 소성변형은 크지 않을 것으로 판단되었다. (2) 동결융해 후의 인장강도 시험 결과 :쇄석만의 아스콘에 비해 PE골재 혼합 아스콘 공시체는 동결융해를 급격히 받은 후에도 더 큰 인장강도를 보였다. 단, PE골재를 5% 이상 섞었을 때는 PE골재 혼합율이 늘수록 약간씩 인장강도가 감소하는 경향을 보였다. (3) 동결융해 후 초음파속도 시험 결과: PE골재를 혼합한 아스콘을 도로에 포설 시 겨울철 동결융해의 반복으로 골재 내부의 공극이 감소(단열효과 감소)하는지 알아보기 위해 초음파속도를 측정한 결과 동결융해 반복 후에도 초음파속도는 감소하지 않았다. 즉, 현장에서 동결융해를 받아도 PE골재를 사용한 아스콘은 쇄석골재 사용시보다 단열효과가 큼을 알았다.
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2015.11
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엄격해져가는 수질기준과 수자원 확보를 위하여 정수처리시설 및 하폐수처리시설에 나노막(Nanofiltration, NF)과 RO(Reverse Osmosis, RO) 멤브레인 적용이 증가하고 있다. 멤브레인 공정의 경우 오염물질이 지속적으로 농축됨에 따라 고농도의 농축수를 발생시키는 문제점을 지니고 있다. 이러한 NF/RO 농축수의 경우 용존 고형물로 구성되어 있으며, 유입수 대비 경도 물질(Ca2+, Mg2+), 난분해성 유기물 및 미량오염물질 등이 4~10배 농축되어 고농도이므로 별도의 처리가 요구된다. 본 연구에 적용한 CaCO3 결정화 기법은 유동상 반응기 내 seed를 충진하고, 반응기 하단부에서 상향류식 흐름으로 원수를 주입함과 동시에 NaOH, Ca(OH)2 등의 약품을 주입하는 방법이다. 약품 주입으로 pH는 증가하고, 이 과정에서 CaCO3, Mg(OH)2 의 형태로 경도 유발물질을 결정화시켜 회수가 가능하다. 반응기 내부의 seed는 반응 표면적을 증가시켜 반응속도를 증가시키는 역할을 하며, 이 과정에서 seed 표면에 결정이 성장하게 된다. 성장한 seed는 회수하여 석회생산, 산성폐수 중화제 등으로 재활용이 가능하다. 또한, 후단의 Ozone 산화 공정(1mg O3/mg DOC)을 연계하여 추가적으로 유기물 제거를 위한 연구를 진행하였다. 실험은 NF 농축수와 RO 농축수(G, D)로 진행하였으며, NF 농축수와 G RO 농축수의 경우 Ca 85%, Mg 13~32% 제거율을 나타났다. 그러나 D RO 농축수의 경우 상대적으로 경도 제거가 낮게 확인되었으며, 이는 수중의 알칼리도가 낮아 결정화 반응이 충분히 이루어지지 못한 것으로 판단된다. EDS-SEM 분석으로 seed 표면을 관찰하여 결정물질의 형성과 사용 전․후 seed의 구성 원소 분석을 통하여 Ca함량 변화를 확인하였으며, 경도 제거율이 높을 경우에 seed 표면에서의 Ca함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 경도 제거시 seed 표면에서 올바르게 결정화 반응이 이루어짐에 따라 회수 가능성을 확인하였다. PS 후단에 오존 산화를 연계하여 농축수를 처리한 후, COD, DOC, LC-OCD, UV254, SUVA, F-EEM 분석을 진행하였다. 그 결과 COD, DOC는 크게 변하지 않았으나, LC-OCD의 경우 biopolymer peak가 감소하고 humic peak가 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 유기물의 무기화가 아닌 비교적 고분자 물질인 biopolymer가 상대적으로 저분자 물질인 humic 등으로 저분자화된 것으로 사료된다. 또한, UV254 값은 원수대비 전체적으로 감소하였으며, SUVA 값의 경우 NF 농축수 34.5±2.7%, G RO 농축수 43.2±1.1%, D RO 농축수 45.2±10% 감소한 것으로 확인되었다. F-EEM 경향은 LC-OCD, UV254, SUVA와 유사한 경향을 나타냈으며, 모든 영역(Aromatic protein-like, Tryptophan Protein-like, Humic-like)에서 80% 이상의 높은 intensity 감소율을 보였다. 이는 오존 산화에 의하여 불포화 결함이 깨짐에 따라 저분자화가 이루어진 것으로 보인다. 위와 같은 결과를 통하여, 본 연구에서 멤브레인 농축수에서의 경도 물질의 결정화를 통한 회수 가능성을 확인할 수 있었다. 또한, 오존 산화 공정과의 연계를 통하여 유기물질의 저분자화를 통하여 추후 연구시 고려되어지는 MBR 공정과 같은 생물학적 처리 공정에 긍정적으로 작용 가능할 것으로 예상된다.
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2015.11
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국내 폐 디스플레이 발생량은 2015년 157만대 정도 규모에서 2025년 1,123만대 정도로 약 7배 이상 증가할 것으로 예상되고 있다. 하지만 현재 폐 디스플레이 재활용 기술 개발은 제품을 구성하는 단일부품에 대해 일부만 진행 중에 있다. 디스플레이를 구성하는 금속, 필름/시트, LCD 패널, 플라스틱, PCB, CCFL, 전선 등으로부터 유가자원을 회수하고, 이를 소재화하는 것은 경제 및 환경적으로 매우 중요한 산업임에도 불구하고, 폐 제품을 부품 종류별로 최종 재활용 업체에 선별 납품하는 폐 디스플레이 분리/해체 플랜트 구축 현황은 국가적으로 매우 미흡한 실정이다. 현재 국내에서 폐 디스플레이 제품의 각 모듈별 분해과정은 재활용 센터를 중심으로 이루어지고 있으나, 디스플레이 제조사 및 모델별 구성 부품과 나사 위치가 달라서 수작업을 통해 공정을 진행하는데 많은 애로사항이 있으므로 분해공정에 있어서 제품별 정보인식/제공과 자동화 기술 도입을 통해 작업 효율을 높일 필요성이 있다. 본 발명의 핵심은 스마트 인식 장치를 이용하여 폐 디스플레이의 모델을 빠른 속도로 판별하고 후단의 공정에 필요한 데이터를 제공하는 것으로 정확한 폐 디스플레이의 모델 인식이 가능하도록 하고 각각의 공정에 필요한 정보를 제공하여 폐 디스플레이 해체 및 선별 작업의 효율성을 극대화 시키고 생산성을 향상시키는데 있다.
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2015.11
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액정 디스플레이는 가벼운 무게, 작은 부피, 낮은 비용, 낮은 전력 소비 등의 이유로 PC 모니터, 노트북, 태블릿 등 광범위한 분야에서 사용되며 원료 사용량이 증가하게 되었다. 우수한 광전자 특성으로 인하여 액정 디스플레이에서 투명 전도 산화물 박막으로 indium-tin-oxide(ITO)가 사용된다. ITO는 90 wt%의 In2O3와 10 wt%의 SnO2로 이루어져 있으며 전세계 인듐 소비량의 84%는 액정 디스플레이 제조시 ITO를 형성하는데 사용된다. 일반적으로 3-8년인 액정 디스플레이의 수명을 고려하면, LCD의 폐기물은 재활용을 통하여 인듐을 생산 할 수 있는 잠재적인 대체 자원이다. 액정 디스플레이 재활용을 통하여 소각 또는 매립되는 폐기물로 인한 환경오염을 방지 할 수 있으며 또한 폐기물 내 인듐과 같은 유가금속을 재활용 하여 부가가치를 창출 할 수 있어 폐 액정디스플레이 재활용은 도시 광산 분야의 중요한 연구의 분야이다. 본 연구기관에서는 수명이 다한 사용 후 LCD TV를 해체/분리하여 액정패널, 인쇄회로기판, 냉음극관, 플라스틱케이스, 금속류 등으로 분해 하는 공정을 개발하였다. 해체/분리 공정을 통해 분리된 액정패널은 기계적으로 파쇄를 하여 유리 입자사이즈를 작게 하여 이 후 금속 회수를 용이하게 하였다. 본 연구에서는 파쇄 된 액정 디스플레이 유리에서 인듐을 회수하기 위하여 산을 이용하여 용출을 하였다. 가능한 용출 변수를 실험을 통하여 최적화 하였다. 액정 디스플레이에 인듐 함유량이 매우 낮아 특별히 고안된 방법을 이용하여 침출 용액을 농축하였으며 최적의 조건에서 인듐이 완전히 용출되는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 인듐 외 다른 금속에 대한 용출을 최소화 하였다.
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2015.11
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2006년 국내 디스플레이 산업의 규모는 약 48조원 수준이며 2000년대 이후 20% 이상의 높은 성장률을 나타내고 있으나 3 ~ 4년 내외의 짧은 산업 사이클을 보임에 따라 디스플레이 폐기물량도 급속히 증가하여 2015년에는 200 ~ 300만대가 발생할 것으로 예측되고 있다. 현재 일본과 EU 등 주요 재활용 선진국에서는 경제성이 있는 재활용 기술을 개발하기 위한 연구가 선도적으로 진행되고 있지만 국내의 경우, 폐 디스플레이에 함유되어 있는 유가금속을 재자원화 하는 기술의 부재 및 낙후로 대부분 소각이나 매립이 되고 있어 재활용 기술이 시급히 요구되는 실정이다. 본 연구는 전자산업의 발달로 PCB의 수요가 증가하면서 대량으로 발생하고 있는 폐 PCB를 효율적으로 재활용하기 위하여 수평형 시스템에 폐 PCB의 장입, 롤러 및 회전식 커터에 의해 기판과 해체 부품으로 분리하고 센서의 감지에 의해 자동으로 에어를 적절하게 분사하는 공정을 개발하였다. 이를 통해 기존에 문제점으로 지적되던 작업 처리량 문제, 커터날 교환의 어려움 등을 해결하기 위한 시스템의 설계 및 제작, 이를 운용하여 분리된 기판과 회수 부품들을 회수하고 성분 분석 및 작업 효율을 평가하였다.
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2015.11
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흙시멘트는 자연토를 사용하여 경제적이고 시공이 간단하며 환경 친화적인 우수한 포장재료이다. 그러나 흙시멘트가 기존의 도로포장 방법들에 비하여 큰 강도를 가지지 못하였기 때문에 흙시멘트의 강도 증진을 위하여 우수한 강도발현과 균열에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 혼화재 연구도 활발히 진행되었다. 우리나라에서 생산되는 벼의 양은 연평균 730만 톤에 이르며, 이러한 벼로부터 생산되는 왕겨의 약 95% 이상이 가축분뇨의 수분흡수를 위한 축산시설의 깔개 등의 저부가가치 목적으로 활용되고 있다. 이는 왕겨를 축사의 깔개로 이용 후 퇴비화함에 따라 농지 내 왕겨 환원속도가 부식속도보다 빨라 토양내의 미부식 왕겨가 누적되어 농지 내 토양환경을 열악하게 하는 등 환경에 미치는 악영향도 상당히 심각하다. 따라서 본 연구에서는 부가가치가 낮은 현행의 왕겨 소비 형태에서 벗어나 더 나은 부가가치를 창출할 수 있는 콘크리트용 혼화재료로서의 왕겨 활용 가능성을 파악하고자 하였다. 흙시멘트 포장의 균열에 대한 저항성을 높이기 위한 기본 재료로 SBR 라텍스(Styrene-Butadiene Rubber Latex)를 사용하였으며, 여기에 소성왕겨를 첨가한 흙시멘트 혼합물의 역학적 성능과 공용 성능을 실내실험을 통해 평가하여, 소성왕겨가 첨가된 흙시멘트 혼합물의 재료 특성에 대해 연구하고자 하였다. 본 연구에서는 흙시멘트의 강도 증진과 내구성 향상을 위한 혼화재료로서 소성왕겨를 활용할 경우 흙시멘트 혼합물이 갖는 재료 특성에 대해서 알아보고자 하였다. 일축압축강도 시험을 통해 소성왕겨 혼입 흙시멘트의 강도 발현 특성과 내구성을 확인하고자 하였으며, 흙시멘트 혼합물의 일축압축강도 시험 결과, 소성왕겨를 10% 첨가했을 때가 가장 높은 강도를 보이고 있다.
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2015.11
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고로슬래그는 선철 과정 중 고로에서 발생되는 대표적인 부산물이다. 이러한 고로슬래그는 건설재료 중심으로 다방면에 사용되고 있으며, 그 사용량은 급격하게 증가하는 추세이다. 일반적으로 시멘트 혼합재로 사용되는 슬래그는 급랭슬래그이며, 동일 조성을 갖는 서랭 슬래그라 하더라도 자유에너지가 낮아 물질 자체가 안정하여 반응성이 매우 낮기 때문이다. 급랭(수쇄) 슬래그는 준안정 상태로 존재하기 때문에 외부의 자극에 따라 쉽게 새로운 반응 생성물 또는 수화물로 변화하는 특징을 갖는다. 그러나, 슬래그 자체의 활성화가 초기에 손쉽게 이루어지지 않아, 시멘트 초기 강도저하 및 응결 지연 등을 일으키는 단점을 갖고 있다. 이러한 이유에서 시멘트 자극제로서 석고류(황산염 등)가 일반적으로 사용되고 있으며, 이는 슬래그의 5% 수준이다. 일반적으로 슬래그 자극제로서 슬래그시멘트의 초기 강도 보완을 위해 천연무수석고가 사용되고 있으며, 이는 고가의 수입산(태국, 중국)에 전량 의존하고 있다. 이에 대한 방안으로 화력 발전소의 산업부산물인 배연탈황석고를 일부 사용하고 있으나, 초기 강도 보완이라는 목적을 충분히 달성할 수 없는 실정이다. 배연탈황석고 사용으로 인한 초기 강도 개선을 위해 황산염과 알칼리 성분인 CaO 성분이 다량 함유된 열병합발전소 Fly-Ash와 유리생산공정의 부산물인 망초를 알칼리자극제로 혼합 사용하여, 수입에 의존하던 천연무수석고의 대체 사용으로 고부가가치자원화 및 천연 자원의 절약 또한 가능하다. 수쇄슬래그는 물과의 반응이 매우 느리게 진행되지만 알칼리 분위기에서는 수화활성을 나타내므로, 재활용 가능한 열병합발전소 Fly-Ash 및 폐기되는 망초를 활용함으로써 고로슬래그의 알칼리 자극제로 이용 가능하다. 따라서 본 연구에서는 슬래그 자극제 개발에 따른 슬래그 활성화 조건 도출과 수입산 천연무수석고 대체 사용 방안으로 화력발전소 배연탈황석고, 열병합발전소 Fly-ash, 유리산업의 망초를 기본 원료로 하는 석고 대체재(혼합석고) 개발을 실시하고자 한다.
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2015.11
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갈륨은 뛰어난 특성을 가지는 반도체 재료지만, 정광이 거의 존재하지 않는 희소원소이며, 주로 알루미늄이나 아연 제련 등의 부산물로서 얻을 수 있고, 주로 화합물 반도체(compound semiconductor)에 사용되고 있다. 화합물 반도체는 갈륨비소(gallium arsenide, GaAs), 갈륨인(GaP) 등이 있으며, 발광 다이오드(light emitting diode, LED), IC 등에 이용되고 있다. 이러한 화합물 반도체(GaAs, GaP 등)를 습식으로 분리, 농축하는 일반적인 방법으로는 이온교환법(ion exchange method), 용매추출법(solvent extraction method), 산-중화법 등이 있다. 이온교환법은 갈륨을 포함한 용액을 적정한 pH의 영역에서 킬레이트 이온교환 수지를 사용하여 흡착한 후, 탈기하여 갈륨 수용액으로 회수한 후, 전해채취를 통하여 갈륨을 회수하는 방법이며, 용매추출법은 유기용매에 카르본산계 또는 인산계 킬레이트 추출제를 포함한 유기상을 사용하여 수용액의 pH를 조정한 후, 갈륨을 선택적으로 추출하여 분리․농축한 후, 전해채취를 통하여 갈륨을 회수하는 방법이다. 산-중화법은 강산으로 침출해 중화를 거친 후, 알칼리 용해하여 비소와 인을 동시에 석출시키는 정액에 의해서 농축 분리하고 알칼리 용액으로 갈륨을 재용해하여 전해채취를 통해 갈륨을 회수하는 방법이다. 이온교환법과 용매추출법은 고비용과 작업의 안정성 및 환경오염 측면에서 문제점이 있으며, 산-중화법은 산과 알칼리가 다량 소비되는 단점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 GaAs를 알칼리 용액에 산화제를 투입하여 고액농도(pulp density)에 따라 갈륨과 비소를 용해한 후, 알칼리 용해액에 알칼리 토금속 화합물(alkaline earth metals)을 첨가하고, 고액분리하여 갈륨을 용해한 용액과 비소와 알칼리 토금속의 화합물의 고체를 분리하였다. 분리된 갈륨용액은 전해채취를 통하여 갈륨으로 석출시켜 회수하는 습식제련 공정 연구를 수행하였다.
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2015.11
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석탄은 매장량이 풍부하고 발전용 연료로서 가격이 저렴하지만 연소시 발생하는 각종 오염물질과 고체연료로서 취급의 곤란성이 문제시 되고 있다. 따라서 석탄을 이용하는 방법을 환경적으로 안정되고 취급이 용이하도록 하기 위하여 연구되고 있는 기술을 전체적으로 CCT(Clean Coal Technology)라 한다. 그 중 석탄과 중유를 분쇄기로 혼합분쇄 후 첨가제를 가해 만들어 기름과 같이 취급할 수 있는 기술을 COM(Coal Oil Mixture)라고 한다. 본 논문에서 사용되는 중유혼소 소각재가 바로 COM을 사용한 발전소에서 생성되는 소각재이다. 본 연구는 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에서 재료들의 결합 및 충진 역할을 위해 가장 일반적으로 사용되고 있는 시멘트를 배제하고, 그 대신 중유혼소 소각재, 고로슬래그 미분말, 탈황 석고 등 순환자원을 복합적으로 이용하여 보다 경제적이고 친환경적인 비가열 순환아스팔트 콘크리트 채움재를 개발하는 것이 그 목표이다. 중유혼소 소각재 및 고로슬래그 등의 비결정질 물질은 시멘트와 달리 자체적으로 물과 수화반응을 하지 않지만, 수산화물 또는 황산염과 같은 자극제의 첨가에 의해 비결정질 입자의 불규칙적 3차원 쇄상결합이 절단되면서 망상구조체 내부에 함유된 Ca2+, Mg2+, Al3+ 등의 수식이온들이 용출되어 시멘트와 같은 경화특성을 갖고있는데, 본 논문은 이점에 착안하여 산업부산물인 중유혼소 소각재, 고로슬래그, 탈황석고 등을 결합재 및 자극제로 이용하여 최적배합을 도출해 냄으로써 시멘트의 사용을 완전히 배제하고 고온의 소성과정 없이 상온에서 제조가 가능한 무기결합재를 개발하고 이를 비가열 아스콘 결합재로 활용하는 것이다. 본 연구는 KS L 5105에 명시된 시험방법으로 실험하였으며 중유혼소 소각재, 고로슬래그, 탈황석고의 배합에 따른 압축강도를 시험하였으며, 각각 배합의 flow를 13.5±0.5mm로 고정하여 실험하였다. 그 결과 고로슬래그와 탈황석고의 비율을 1:1로 고정하고 중유혼소 소각재의 혼입비를 증가시킬수록 압축강도는 감소하였으나, 중유혼소 소각재의 혼입량을 고정하고 고로슬래그와 탈황석고의 비율을 조절한 경우 고로슬래그의 혼입량에 비례하여 압축강도가 증가하였다. 본 실험을 토대로 경제성을 비교하여 중유혼소 소각재를 활용한 최적의 비가열 순환아스팔트 콘크리트 채움재 배합을 도출하였다.
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2015.11
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일반 소형 형광등(Compact Florescent Lamp; CFL)(20W기준)에는 약 10%의 철금속(ferrous metal)이 존재한다. 철금속은 ‘리사이클링에 의한 생산량’ 을 ‘광석에 의한 생산량’ 으로 나눈 값인 리사이클링강도가 0.84로 타소재 알루미늄 0.39, 구리 0.08, 티타늄 0.02인 데 비해 압도적으로 높으며 철금속을 재활용하면 광물로부터 직접 철금속을 만드는 공정에 비해 이산화탄소 82%, 질소산화물 88.9%, 황산화물 94.7%을 줄일 수 있다. 또한 자연을 비교적 적게 파괴하면서도 쓰레기를 거의 남기지 않는 친환경적인 소재로 다른 소재 대신 철금속을 사용하면 사용할수록 환경보존에 도움이 되며 재활용도 용이해 경제성이 매우 뛰어나다. 본 연구는 폐형광등의 재활용 과정의 일부인 자력을 이용하여 자성물질인 철금속을 선별 및 회수 목적으로 자력 선별기를 개발하는 것이다. 수은이 제거된 폐소형 형광등(CFL)을 자력 선별기에 투입한 후 자력을 이용해 물리적으로 철금속을 단시간에 효과적으로 선별 및 회수할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 자력 선별기에 의한 시료의 투입속도에 따른 철금속의 선별 및 회수를 모니터링 하여 자력선별기의 선별효율을 평가하고자 하였다.
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2015.11
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염색업종에서 대부분의 대기오염물질(악취)를 발생시키는 설비는 크게는 텐터시설과 코팅시설이며 특히 텐터시설에서는 고농도의 고점성 악취유발물질인 오일미스트가 다량 배출되고 있다. 코팅시설을 운영하는 업체의 수는 전체 염색업체 중 10% 미만이지만, 염색업체 중 70% 이상은 텐터시설을 보유하고 있으며 각 지역의 염색 산단의 악취문제의 가장 큰 원인되는 설비가 텐터시설이다. 텐터 공정은 염색한 원단을 건조 및 다림질(열처리)하여 섬유의 질을 향상시키는 공정으로써 섬유 유연제, 대전방지제, 발수제등의 약품이 사용되어 진다. 또한 고온에서의 텐터기기의 마모를 방지하기 위한 윤활유를 사용하고 있으며 이러한 약품들은 텐터 공정 중 고온으로 인해 기화된다. 기화된 미세한 오일미스트 등과 같은 가스상 악취물질 형태로 배출되게 되며 민원의 발생원인이 되나 현재 뚜렷한 해결책이 없는 실정이다. 본 연구에서는 섬유산업 사업장내에서 주된 악취발생 공정인 텐타 공정에서의 건식전기집진시설을 이용한 오일미스트 회수 및 효율적인 악취저감 기술을 제안하고자 한다. 본 연구에서는 건식전기집진 원리를 이용한 30 CMM (m³/min)급 pilot-scale을 실제 염색사업장에 적용하여 텐터시설 후단에서 발생하는 배출가스의 악취를 제거하는 테스트를 진행하였다. 배출가스내 복합악취, VOCs 분석은 공인분석기관을 통한 측정하였으며, 시간당 오일회수량 무게와 석유시험범에 의한 총발열량을 분석 하였다. 대상 섬유 가공업체는 대구 성서공단에 위치한 H사이며 주생산품이 중동지역 남성 전통의상 로브직물, 폴리에스테르(polyester)으로 염색기기 래피트 연속축소기, 카렌다, 텐터 3대 등 연간 400만 야드 이상의 직물을 생산하는 사업장이다. 상기의 pilot-scale 건식전기집진시설을 활용한 염색산업 사업장내 주된 악취 원인 텐터공정 배출가스중의 복합악취 제거효율은 70% 정도로 높은 효과를 얻을 수 있었다. 이는 주된 악취유발물질인 오일 미스트 제거에 따른 효과로 시간당 720 g/m³･hr의 오일을 회수 할 수 있었다. 오일을 회수함으로써 대기중으로의 오염물질 배출량을 감소하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한 회수된 오일의 총발열량은 40,900 J/g으로 확인되어 재생연료유로써의 자원 순환 효과를 기대할 수 있다. 대표적인 악취유발 사업장으로 알려져 있는 섬유산업내 텐터시설에서의 본 건식 전기집진기술을 이용하였을 경우 근본적인 민원 발생원을 제거함과 동시에 폐유에서의 부가가치 창출등의 효과를 기대함으로써 염색산단 악취 및 대기오염에 의한 사회적 문제를 해결할 수 있을 것이다.
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2015.11
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현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 따라서 상당량 재활용이 되지 않고 소각 처리되는 등의 문제점이 있으며 기존 이온정제법의 경우 수산화염이나 인사염과 같은 약품사용으로 인한 폐슬러지가 다량 발생하여 2차 환경오염을 유발시킨다. 국내의 경우 대부분의 폐유회수처리업체들이 폐유정제에 시설투자비가 적고 운전비가 적게드는 이온처리공정을 사용하고 있어 보다 효율적이고 고품질의 재생연료유 생산기술의 개발이 시급하다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 막분리 주처리 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스로 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최적화될 필요성이 있다. 화학 물질의 투입이 불필요하고 상변화 없이 가동되는 특성으로 에너지 소비량이 적은 막분리 공정으로, 친환경 공정의 설계 및 제품생산이 가능하다. 침전물 및 수분을 제거하는 전처리 공정과 처리유의 회분, 잔류탄소 등의 농도를 연료유 기준 이하로 제거하는 주처리 공정에서는 3 ~ 5 ㎛ 공극크기의 정밀여과막(MF)를 사용할 수 있다. 폐유는 일반적으로 상온에서 점도가 100 cst이상으로 분리막에 바로 적용될 경우 높은 점도에 의해 여과를 위하여 높은 압력을 필요로하며, 이는 곧 생산단가 향상과 연결되는 인자이다. 따라서 폐유의 온도를 80℃까지 승온할 시 폐유의 점도는 상온에서 보다 30%이하로 낮아져 일반적인 수용액과 유사한 정도의 점도를 가지게 되며 이를 분리막에 적용할 경우 보다 효율적인 여과공정이 가능할 것이다. 이상의 결론으로 부터 막분리공법을 이용하여 정제공정을 개선할 경우 이온정제법으로 정제가 불가능한 고농도 오염물질을 함유한 폐유를 효과적으로 분리 및 정제가 가능하여 폐유를 고품질의 정제연료유로써 생산이 가능할 것으로 판단된다.
53.
2015.11
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Md Sufi Ullah Siddik Bhuyan, Eun Hei Lee, Abul Hasnat MD Ashraful Alam, Soa Choi, Ruri Lee, Kwanghyeon Song, Yong Chan Seo
Subcritical hydrolysis followed by methyl estrification was used to produce bio-diesel from low valued waste cooking oil at mild reaction conditions in this study. More than 90% fatty acid methyl esther (FAME) conversion was achieved by subcritical hydrolysis without using catalysts at 275℃ for 45 minutes. The highest conversion to linoleic acid (C18:2) was obtained at this condition. The higher content of free fatty acid (FFA) in waste cooking oil resulted in higher conversion to FAME. It was also observed more prominent at high temperature due to auto catalytic behavior of FFA. FAME yield found about 92% without using catalyst; whereas 98% yield was obtained using 80% TiO2 loading S-TiO2/MCM-41 catalyst at 220℃ and 20 minutes. The amount of FAME increased may be due to trans-esterification of un-reacted TG, DG, and MG with methanol remained during the hydrolysis stage. The higher FAME conversion means the better quality bio-diesel.
54.
2015.11
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2012년부터 런던협약에 의해 유기성 슬러지의 해양투기가 전면금지됨에 따라 슬러지 감량화 및 자원화에 대한 연구개발이 시급한 실정이다. 전 세계적으로 하수슬러지의 처리 및 재활용 방법이 활발히 연구되어지고 있으나, 경제적 방법에 대한 연구는 아직 미흡하다. 전통적인 탈수와 건조방법은 슬러지의 특성으로 인하여 경제성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 건조 공정에서 소비되는 에너지를 줄이기 위한 효율적인 처리방안으로 열처리에 의한 가수분해 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 열가수분해 공정을 적용하여 80% 이상 높은 함수율을 가진 하수슬러지를 고형연료 및 바이오가스로 회수하고자 한다.
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2015.11
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화석에너지 자원 고갈 및 경제발전에 따른 산업화가 가속화되면서 폐기물의 발생량이 지속적으로 증가하여 폐기물 에너지화 기술에 대한 관심이 급증하고 있다. 공정상에 발생하는 폐기물 중에서 특히, 메탄올의 경우에는 분리가 쉬우며 저장성이 용이하고 연료전지 사용 및 수소에너지로의 변환이 용이하므로 많은 전원장치에서 응용이 가능하다. 공정상에서 비상전원의 경우에는 배터리 또는 연료전지를 이용하게 된다. 이때 PEM 연료전지를 이용할 경우 배터리에 비해 에너지 밀도가 현저히 높기 때문에 장시간 비상전원 공급이 가능하다. 메탄올의 경우에는 다른 폐기물에 비해서 높은 수소 : 탄소 비를 가지며 낮은 끓는점을 가지면서 공정 폐기물에서 쉽게 추출할 수 있으며 저장하는데 별도의 장치가 필요 없고 또한 낮은 온도에서 간단한 조건에서 쉽게 개질이 가능하므로 연료전지 시스템에 적용이 용이하다. 본 연구에서는 공정상 추출한 메탄올을 비상전원장치의 연료로 사용한 PEM 연료전지에 적용이 가능한 메탄올 개질 반응에 대한 연구를 수행하였다. 수소를 생산하는 개질반응에는 열분해 반응, 수증기 개질 반응, 부분 산화 반응 및 수증기 개질 반응 및 부분 산화 반응의 조합으로 이루어진 자열 개질 반응이 존재한다. 4가지의 개질반응에 대한 각각의 실험을 수행하여 비상전원시스템으로의 적합성에 대한 연구를 수행하였다. 비상전원시스템의 경우에는 구조가 간단하고 부가 장치가 적을수록 가공, 제작 및 장치 구동 면에서 유리하고 또한 성공적인 비상 PEM 연료전지 구동을 위한 수소 생산을 위해서는 연료 개질 시스템은 복잡하게 구성되며 연료전지의 구동 온도가 낮을수록 더 많은 과정을 거치게 된다. 비상전원시스템에서 동적 부하 변동에 빠른 응답성을 가지며 동시에 메탄올에 대해서 비교적 안정적인 운전이 가능하며 외부 열원의 사용을 최소화 할 수 있는 개질 반응 연구를 수행하였다. 다양한 개질 반응에 대한 수소 발생률 및 BOP(Balance of Plant)의 비교 검증을 통하여 비상전원시스템에 가장 적합한 개질 반응에 대한 선택을 하였으며 선택된 개질 반응을 이용하여 비상 PEM 연료전지 전원장치 시스템에 적용시켰다. 이는 비상 PEM 연료전지 전원장치 뿐만 아니라 다양한 연료 처리 장치에 적용 가능할 것으로 판단된다.
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2015.11
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유기성슬러지는 바이오가스를 생산할 수 있는 우수한 원료물질로서 선진국에서는 이를 이용한 에너지 생산이 급증하고 있다. 국내의 경우 음식물쓰레기, 가축분뇨 및 하수슬러지를 대상으로 하는 바이오가스 생산 및 공급을 상용화하는 단계에 있다. 하지만 산업폐기물의 경우 에너지 가용 잠재력은 많으나 활용이 미흡하고, 산업단지에서 발생하는 유기성슬러지를 비롯한 유기성 폐자원은 일부 대규모 사업장에서 자체 에너지화 등을 통해 발생된 폐기물을 활용하고 있으나 대부분의 중･소규모 사업장은 일정 비용을 지불하고 위탁처리하고 있는 실정이다. 일부 대규모 사업장에서 생산된 적은 양의 바이오가스는 자체적으로 소각 또는 보일러용으로만 사용하고 있어 잉여 가스를 이용한 수익창출이 어려운 실정이다. 유럽의 경우 단일 유기성폐기물을 대상으로 처리하기 보다는 생분해성 폐기물을 하나로 통합 관리하는 방안을 적극적으로 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기성폐기물 해양투기 금지에 따른 대안 마련 및 유기성폐기물의 에너지화를 통한 국가 에너지원 확보를 위해 생활계의 음폐수와 사업장의 음료제조업(맥주제조업, 유가공제조업) 폐수처리슬러지를 대상으로 바이오가스화 가능성을 평가한 결과, BMP 실험의 경우 1:9, 3:7, 5:5 비율로 병합 처리한 경우 각각 약 233, 298, 344 CH4 mL/gVS의 메탄가스가 발생하였다. BMP 실험을 통해 생산된 메탄가스의 누적생산 곡선을 Modified Gompertz model과 first order kinetic model에 적용하여 추정한 결과, 메탄생성량은 Modified Gompertz model에서는 238.5, 302.3, 353.6 mL/gVS 발생하였고 first order kinetic model에서는 242.8, 312.5, 365.5mL/gVS로 음폐수와의 혼합비율이 증가할수록 높게 나타났으며, 최대 메탄생성속도의 경우 3:7비율에서 48.2 mL/gVS·day로 최대 메탄생성 속도를 보였다. first order kinetic model의 1차 반응속도상수 k값은 1:9, 3:7, 5:5 비율에 따라 0.32, 0.22, 0.08day-1 나타났다. 1차 반응속도 상수의 경우 음폐수의 혼합비율이 낮을수록 높게 나타났다. Modified Gompertz와 first order kinetic model 모두 실험결과를 잘 모사하였으며, 실험결과와 모의결과의 적합도를 나타내는 상관계수(R2)의 경우 0.92∼0.98으로 높은 상관성을 나타내었다.
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2015.11
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2005년부터 육상 매립 시 발생하는 침출수 및 악취 등의 환경적 영향 때문에 유기성폐기물의 육상 직매립이 금지되었고 2006년 발효된 런던협약에 따라 유기성폐기물의 해양투기(‘13.1)가 전면 금지되고 있다. 따라서 육상처리 및 재활용처리 등의 방안마련이 시급한 시점이며 사료화와 퇴비화의 경우 음식물의 높은 함수율로 인해 실효성이 낮은 것으로 평가받고 있어 정부는 바이오가스화 방식을 확대하려 하고 있다. 바이오가스 생산기술의 경우 유기성폐기물의 에너지 생산･활용을 통해 에너지 자급률을 높일 수 있으며, 폐기물 발생량을 감소시킴으로써 폐기물 처리비용 절감을 통한 원가상승률을 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 유럽의 경우 단일 유기성폐기물을 대상으로 처리하기 보다는 생분해성 폐기물을 하나로 통합 관리하는 방안을 적극적으로 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기성폐기물 해양투기 금지에 따른 대안 마련 및 유기성폐기물의 에너지화를 통한 국가 에너지원 확보를 위해 생활계의 음폐수와 사업장의 음료제조업(맥주제조업, 유가공제조업) 폐수처리슬러지, 하수슬러지를 대상으로 바이오가스화 가능성을 평가하였다. 음폐수의 병합 소화 가능성 평가를 위한 BMP 실험결과 음폐수와 유가공 제조업에서 발생하는 폐수처리슬러지를 1:9, 3:7, 5:5 혼합한 병합시료에서 각각 117.87, 175.36, 222.85 CH4 mL/g VS의 메탄가스가 발생하는 것으로 나타났으며, 음폐수와 맥주제조업의 폐수처리슬러지의 경우 1:9, 3:7, 5:5 혼합시료에서 각각 175.72, 232.57, 263.41 CH4 mL/g VS의 메탄가스가 발생하는 것으로 나타났다. 음폐수의 혼합비율이 높아질수록 메탄가스 발생량은 커졌고 대상 업체에서 발생하는 폐수처리슬러지와 음폐수의 혼합 비율에 따른 병합처리 시 폐수처리슬러지 단독 처리에 비해 다량의 메탄가스가 발생되었다. 따라서 단독 혐기소화에 비해 병합혐기소화를 통한 바이오가스화 가능성이 높은 것으로 분석되었다. 생분해도는 폐수처리슬러지 단독소화의 경우 유가공제조업은 40.6%, 맥주제조업은 50.7%로 음폐수와의 병합비율이 증가할수록 생분해도는 증가하였다.
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2015.11
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현재 하수처리장 시장은 신규 하수처리장 발주보다 기존 하수처리장의 리빌딩 시장이 주를 이룰 것으로 판단되며, 이에 기존의 소화조보다 같은 공간내에서 더 많은 슬러지를 효과적으로 처리할 수 있는 대형 소화조에 대한 시장의 요구가 증대될 것이다. 이에 따라 기존 원통형 구조가 아닌 대형화에 적합한 구조가 요구된다. 계란형 소화조는 역학적, 구조적, 기술적, 미적 관점에서 장점이 있어 1856년 독일을 선두로 유럽, 미국 등지에서 활발하게 건설중이며 교반효과가 우수하여 사구역(dead zone)이 적고 슬러지 침적이 적다. 혐기소화조의 형상은 슬러지의 교반, 조 내 온도의 균일화, 가온, 보온 및 구조상의 경제성과 안정성을 고려해서 결정해야한다. 또한, 조 내의 교반효과를 고려하여 내경과 측심(유효수심)의 비율을 결정해야한다. 본 연구에서는 소화조 구조해석을 통해 결정 된 난형 소화조와 드래프트 튜브를 이용한 교반을 통한 유동해석을 통하여 최적의 소화조 직경/튜브 직경 비와 교반속도를 결정하고자 한다.
59.
2015.11
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Methanogenic community shift and comparison were determined by 454 pryosequencing for two different full-scale anaerobic digesters treating municipal sludge. For monitoring long-term of microbial communities, samples were collected for two year at three-monthly basis. The two mesophilic AD bioreactor were operated at similar operating conditions, but different substrate streams. Methanospirillum were identified as the key drivers of methanogenesis in full-scale anaerobic digester treating municipal sludge. In Joongrang (JR) digester, Methanospirillum was dominant (48%±10.3) over almost all period, but the dominant genus move to Methanosaeta and Methanoculleus due to low acetate concentration (0.02 g/L), total ammonia nitrogen concentration, respectively. In Asan digester (AS), Methanospirillum also was dominant (41%±12.6) like JR digester, but methanogenic community shift was examined twice. One of those was from Methanospirillum to Methanophaerula due to pH sharply decrease (<5.5) and second shift was Methanosaeta increase due to low VFAs concentration (0.25 g/L).
60.
2015.11
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21세기 들어 인자원 확보에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있다. 인의 대표적인 사용처는 비료로, 축산분뇨 등과 같이 인과 질소를 포함한 폐기물을 비료로 자원화하여 회수하는 방법이 연구되고 있으며, 그중 퇴비화와 액비화가 널리 쓰이고 있다. 하지만 퇴비화의 경우 처리공정이 간편하지만 오랜 안정화 기간이 소요될 뿐만 아니라 부지 면적, 악취 발생 등의 문제를 가지고 있어 국토면적이 작은 우리나라 실정에는 적합하지 않은 방법이며, 액비화의 경우 퇴비화 처리에 비해 처리기간이 짧으며 혐기성 소화공정을 사전 배치 가능해 에너지 회수 측면에서 효과적이지만 액비는 토지에 머무는 시간이 짧아 대부분이 작물에 흡수되지 못하고 주변 수계로 유출되어 환경오염의 문제가 야기 되고 있으며 퇴비 또한 크게 다르지 않다. 이를 타개하기 위한 방안으로 MAP 합성 등의 입제 비료화 방안이 제시되고 있다. 본 연구에서는 축산분뇨의 MAP 합성 시 인과 질소의 회수 효율을 향상시키기 위해 zeolite를 seed로 활용하는 한편 비료의 용출 특성을 비교하여 완효성의 강화를 확인하고자 하였다. 이를 위해 축산분뇨에 no seed, MAP seed, natural zeolite Seed를 각각 투입하여 질소 및 인의 회수율의 변화를 비교하였다. 만들어진 각각의 MAP를 액비와 용출실험을 진행하였고 그 결과 액비의 경우 11일에 암모니아와 인산염의 용출이 종료되었다. MAP의 경우 암모니아 28일, 인산염이 44일, zeolite seed를 넣은 축산분뇨 MAP는 37일, 64일에서 종료되었으며, 이를 비교하였을 때 MAP 합성시 zeolite seed의 투입은 비료의 완효성 강화에 효과적이다.
