본 연구에서는 중공사형 지지체막을 폴리술폰(polysulfone, PSf) 고분자를 이용하여 비용매 상분리법(non solvent induced phase separation, NIPS)에 의해 제조하였다. 제조된 중공사 지지체막을 PDMS와 Pebax를 코팅하여 중공사형 복합막 을 제조하고 CO2, H2, O2 그리고 N2에 대한 순수 투과도(permeance)와 선택도를 측정하였다. 제조된 복합막 모듈 중에서 선 택도(CO2/H2)가 가장 높은 모듈을 선정하여 모사가스를 사용하여 스테이지컷(stage cut, SC)의 변화에 따라 분리성능을 측정 하였다. 이때 사용된 모사가스는 PSA에서 버려지는 off gas의 농도인 CO2 70% : H2 30%인 것을 사용하였다. 1단 실험에서 는 H2 농도 약 60%, H2 회수율 12%의 값을 얻을 수 있었다. 낮은 H2 농도와 회수율을 극복하기 위해 2단 직렬 테스트를 수 행하였으며, 이를 통해 H2 농도 약 70%, H2 회수율 70%를 달성할 수 있었으며, 이를 통해 CO2/H2 분리에 대하여 분리 공정 구성을 도출할 수 있었다.

기체분리막을 이용한 바이오가스 및 천연가스 등의 CH4 고질화 공정은 타 공정에 비해 경제적이라는 장점이 있지만 필수적으로 CH4 손실이 발생하는 단점이 있다. 이는 CO2에 의한 가소화현상으로 CH4의 투과도가 증가하기 때문이다. 이러한 현상을 개선하고자 CO2 가소화에 대한 영향이 적은 Cellulose계열의 고분자를 이용하여 고선택도 멤브레인을 제막하였으며, 이를 이용하여 CH4 고질화를 위한 연구를 하였다. CO2, CH4, N2, O2 등 단일가스를 이용하여 CA기반의 8종의 고선택도 중공사막에 선택도와 투과도를 측정하였다. CO2/CH4 혼합가스 분리 테스트를 수행하였다.

멤브레인 드라이어는 일부의 공기와 수증기만을 상변화 없이 회수하는 기술로서 건조공정에 적용할 경우 타 제습기술 대비하여 폐열회수율을 높이고 에너지 사용율을 저감할 수 있는 기술이다. 멤브레인 드라이어의 성능은 기체분리막 의 특징에 따라 크게 달라지는데, 기체분리막은 선택도와 투과도에 Trade-off관 계가 있어 선택도가 높아지면 투과도가 낮아진다. 따라서 본 연구에서는 건조공 정에 멤브레인 드라이어를 적용하기 위한 기초 테스트로 선택도가 다른 2종의 막을 선정하여 멤브레인 드라이어의 성능을 관찰하였다. 그 결과, 선택도가 높 은 기체분리막을 사용한 경우 에어 회수율은 증가하였지만 수분제거 성능은 하락하였다. 따라서 건조공정에 적용하기 위해선 적절한 선택도를 가진 기체분리 막을 선택해야 한다.

Activated carbon (AC) was used as an adsorbent for removal of volatile organic compounds (VOCs). The purpose of this research is to study the effect of acidic treatments of activated carbons on toluene adsorption. The physicalchemical properties of activated carbons were characterized by N2 adsorption-desorption isotherms, temperatureprogrammed desorption (TPD). The adsorption amount of toluene showed an order of S-AC-10% > S-AC-5% > A-AC > AC. It was also found that acid solution pH showed a significant influence on adsorption of toluene. Because strong acid treatment increased the surface oxygen group species of activated carbon, and this group was observed to be the carboxyl acid group by TPD analysis. In addition, the toluene adsorption amount by activated carbon increased with the concentration of H2SO4 solution from 5% to 10%. Adsorption ability of activated carbon surface with toluene is thought to increase as the amount of oxygen group on AC increases.

Volatile organic compounds(VOCs) are harmful substances that contribute to stratospheric ozone depletion, tropospheric photochemical ozone formation, and carcinogenic human health effects. Worldwide, there are major concerns over the emission of VOCs. Any plans for pollution reduction and management should be established based on database of VOC emission and characteristics. In this paper, the status of VOCs by year, region, and industry were investigated, and then technologies for VOC emission control were introduced. The estimation of VOC emissions by year was gradually increased, and VOC emission due to the utilization of organic solvents was the most common form. VOCs in the atmosphere were detected at the highest concentration in industrial complexes. In most of the industry, it was confirmed that emissions of toluene were the highest among the VOCs. Finally, available VOCs control technologies were introduced, including thermal and catalytic oxidation, adsorption, absorption, biological treatment, non-thermal plasma, electron beam irradiation, and photocatalyst.

The adsorption/desorption characteristics of toluene vapors filled with activated carbon(AC) were studied. Adsorption performance of AC was investigated according to flow rate, moisture content, and other factors. The breakthrough time was shortened as the flow rate and moisture content increased. The AC loaded with toluene was regenerated by programmed heating and pressure. AC was regenerated well, as the conditions of heating temperature(80oC) and pressure(100 torr) were appropriate. Toluene is more easily removed at low temperature than through thermal desorption methods. The test of AC regeneration was carried out three times.

The treatment of sewage sludge using hydrothermal carbonization (HTC) can be an attractive alternative to conventional sludge disposal, but it should be accompanied by a drying process that uses Refuse-derived Fuel (RDF). However, the largest proportion of the energy demand in sludge-drying techniques is for heat sources, which has led to increased operation and maintenance costs. Recovering residual heat to apply to sludge drying significantly reduces both the operating cost and the greenhouse gas emissions. Suitable integration can be realized between drying technology and waste-to-energy (WtE) plants through the recovery of waste heat in WtE conversion as a heat source for sludge drying. This present paper investigates the indirect disk drying performance of the hydrothermal carbonization of sewage sludge using a low-temperature heat source in a laboratory and proposes an integration process with the drying technology of hydrothermal carbonization using waste heat. This paper concludes with experimental results that indirect disk drying technology can be applied in waste-heat recovery systems.

In this study, the low-temperature vacuum swing adsorption (low temp. VSA) process was applied to the activated carbon adsorption tower for treatment of volatile organic compounds (VOCs) to extend the replacement period of the adsorbent and to solve the difficulties of operation management. A practical application study was performed based on continuous operation in the field. The VSA process removes the adsorbate by reducing the pressure at a relatively low temperature (90℃ or less) to compensate for the disadvantages of the conventional thermal swing adsorption (TSA) process. A pilot scale VSA process with a size of 30 m and 2 min−1 was applied to the small scale painting plant, which is the main source of VOCs, and subject to 100 adsorption/desorption cycles. After the sampling of activated carbon every 20 cycles, the specific surface area and derivative thermogravimetric analysis (DTA) analysis were investigated to analyze the change of activated carbon characteristics with increasing cycles. During 100 continuous cycles, toluene gas was arbitrarily supplied to the pilot VSA process to compare toluene adsorption capacity with respect to raw activated carbon. More than 99% of the VOCs emitted from the paint plant were adsorbed and removed during the operation of the VSA process. The increase in cycle did not affect the specific surface area and micropores of activated carbon. However, the physical adsorption amount of the non-desorbed adsorbate remaining in the micropores tends to increase; therefore, it is considered that the effective adsorption amount decreases as the number of regeneration increases. As a result of the toluene adsorption test of the pilot plant after 100 consecutive cycles, 91% removal efficiency relative to the raw activated carbon was maintained. Thus, stable application of low-temperature VSA equipment is feasible in field application.

휘발성 유기화합물(VOCs)은 유기용매를 주로 사용하는 산업공정에서 배출되는 일반적인 대기오염물질 중 하나로 그 물질 자체가 독성 및 발암성을 지니기도 하고 오존 생성의 전구체로 작용하기도 하여 인체 건강과 환경에 부정적인 영향을 주고 있다. 또한 최근 초미세먼지 2차생성에 기여하고 있음이 알려짐에 따라 VOCs 저감에 대한 국제적인 관심은 더욱 높아지고 있는 실정이다. 중소규모 사업장에서는 VOCs 처리를 위해 주로 활성탄 흡착탑을 이용하고 있으며 활성탄의 짧은 파과점으로 일정기간 사용 후 교체가 필요하지만, 교체 비용 부담에 따른 적절한 유지관리가 미흡하여 VOCs가 직접 대기로 방출되는 문제가 발생되고 있다. 따라서 본 연구에서는 활성탄 파과 후 현장에서 재생이 가능한 흡탈착 공정에 대하여 연구를 수행하였다. 기존 재생 공정인 열탈착(TSA) 공정은 에너지 비용이 많이 소요되며 수분 또는 고온 가스를 사용해야하므로 재생 시간이 길고 부대시설이 필요한 단점이 있어 현장에서 흡착 후 직접 재생하기에는 다소 무리가 따른다. 저온 감압탈착(VSA) 공정은 상대적으로 저온(80∼90℃)에서 진공펌프를 이용하여 탈착하는 방식으로 감압시에 VOCs가 휘발하는 온도가 낮아지므로 상대적으로 낮은 온도에서 탈착이 가능하다. 이에 따라 현장에서 자체재생 가능한 탈착 방법으로 저온 VSA 기술을 적용하였으며, 30 CMM급 흡탈착 시스템을 제작하여 실제 도장 공장의 배출가스에 대한 현장 적용성 연구를 수행하였다. 또한 저온 VSA 공정을 통해 배출되는 탈착가스는 재생시 캐리어가스 유량이 상대적으로 적어 고농도로 배출되므로 회수하여 유기용매로 재활용할 경우 원료 절감에 따른 경제적 효과가 매우 크다. 따라서 VOCs를 회수하기 위한 방법으로 기액 접촉 효율이 높은 용매 직접접촉식 응축 방식을 적용하였으며, 30 LPM 직접접촉식 회수장치를 제작하고 실 탈착가스를 이용한 회수실험을 수행함으로써 본 기술에 대한 현장 적용 가능성에 대하여 평가해보고자 하였다.

바이오가스의 고질화 공정에서는 필수적으로 메탄의 손실이 발생하게 된다. 특히 기체분리막을 이용한 바이오가 고질화는 타 공정에 비해 경제적이라는 장점이 있지만 메탄 손실율이 높은 편이다. 메탄 손실율이 줄이기 위해서는 고선택도의 분리막 모듈이 요구된다. 분리막을 이용한 바이오가스 고질화 공정에서 메탄손실율이 높은 이유는 CO2에 의한 가소화(Plasticization)으로 CH4의 투과도가 증가하기 때문이다. Cellulose계열의 고분자는 CO2 가소화에 대한 영향이 적기 때문에 CA(Cellulose Acetate)를 사용하여 고선택도의 분리막 개발이 가능하다. 따라서, 투과도가 높은 막을 개발하기 위해 도프용액의 농도와 에어갭(Evaporation time)을 변화시키면서, CA의 두께와 기공을 조절하여, 고선택도의 CA 분리막을 제막하였다. 비용매 유도상 분리법(NIPS, nonsolvent induced phase separation)을 이용하여 제막하였다. 실험에 사용된 Eastman사의 CA를 더 이상 정제하지 않고 그대로 사용하였으며, 도프용액은 다성계로 중합체(polymer), 용매(solvent), 비용제(nonsolvent)를 혼합하여 분리막을 방사하였다. CA의 함량이 증가할수록 active layer 층이 두꺼워지므로 분리막의 선택도가 증가하는 경향을 보였다. 하지만, CA함량이 증가할수록 support layer의 다공층이 줄어들게 되고 active layer층이 두꺼워지므로 투과도도 함께 줄어들게 된다. CA 21wt%에서의 메탄의 투과도와 선택도는 1.3 GPU 및 33.0이였으며, CA 25wt%에서의 메탄 투과도와 선택도는 0.1 GPU 및 43.6으로 고선택도 분리막을 제막하였다.

도시에서 발생되는 생활폐기물을 효과적으로 관리하기 위한 방안으로 폐자원에너지화에 대한 관심이 집중되고 있다. 기존의 도시형 생활폐기물 처리방식은 매립을 통해 관리하였으며 현재까지도 집중적인 관리대상이다. 특히 매립지 인근 주민의 생활환경에 직접적인 영향을 미치며, 폐기물 매립으로 인해 발생되는 매립가스는 온실가스 발생의 주요 원인으로 작용하고 있기 때문에 이에 대한 효과적인 관리계획이 필요한 실정이다. 또한 도시의 인구 밀도의 증가로 인해 매립에 의한 폐기물 관리는 더 이상 효과적인 처리방법이 아니기 때문에 지속가능한 도시형 생활폐기물 관리가 필요하다. 폐기물을 유용자원으로 전환을 위해서는 폐기물의 발생 단계에서부터 운송, 취급 및 저장 그리고 관리방안까지 최적의 활용계획을 세워야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 폐기물을 유용자원으로 효과적인 관리 시스템을 계획하기 위해 선형정수계획법을 도입하여, 도시단위에서 발생하는 폐기물의 종류 및 발생량 그리고 처리방법에 대한 통계자료와 폐기물의 성분분석과 발열량의 실측분석을 통해 최적화 계획을 실시하였다. 최적화 설계는 선형계획법을 통해 폐기물 처리기술에 대한 기술투자비, 온실가스 감축효과 등을 목적함수(Objective function)로 두어, 해당지역에서의 에너지 사용현황과 온실가스 발생량을 정량화하여 폐기물의 에너지전환계획에 따른 효과를 분석하였다. 제시된 방법론은 매립의 대안으로 도시형 생활폐기물을 다양한 유용자원으로 전환 방안을 소개함으로써 폐자원에너지화 활성화에 기여하고자 하였다.

가축분뇨, 하수슬러지, 음식물류폐기물 등의 유기성폐자원을 이용한 바이오가스의 생산은 기존에 버려지고 있던 유기성폐기물을 에너지화 할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 온실가스를 감축할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 혐기성 소화조에서 발생하는 바이오가스에는 메탄(CH4)이 60~65%정도를 이루고 이산화탄소(CO2)가 30~35%이며, 미량 가스로 황화수소(H2S), 수분(Vapor) 등이 포함되어 있다. 바이오가스 중에 미량 존재하는 황화수소는 그 유독성이 매우 심하고, 촉매의 활성과 바이오가스의 이용효율을 저하시키며, 배관재질과 반응하여 설비를 부식시키고 연소 후에는 SO2로 산화하여 산성비의 원인 물질로 배출되어 대기 환경을 오염시키는 역할을 하고 있어 그 제거가 필수적이라 할 수 있다. 바이오가스 중에 황화수소 가스는 메탄발효 원료 중에 포함되어 있는 단백질과 아미노산을 구성하는 황과 황산염을 환원하는 황환원세균 등에 의하여 생성하는 유해가스이다. 따라서 원료 물질의 구성에 따라 황화수소의 농도가 달라지며, 황 함유량이 높은 하수슬러지를 이용한 바이오가스 생산설비에서는 황화수소 농도가 2,000 ppm을 상회한다. 이러한 황화수소를 제거하기 위한 정제방법으로는 습식, 건식, 생물이용 등으로 나누어지고 있으며, 처리 가스량, 유지관리비, 탈황 목표치 등을 감안하여 각각의 적정 방법을 선택하여 적용하고 있다. 이러한 황화수소의 거동을 파악하여 바이오가스 생산 및 이용 효율성을 증대시키고자, 국내 바이오가스 플랜트의 탈황설비를 중심으로 정밀 모니터링을 실시하였다.

수열탄화 기술은 고온에서 반응이 발생하는 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로 일정 온도조건(150~200oC)와 고압(10~20 kg/cm²)의 증기를 이용해 슬러지 내 미생물의 세포벽을 파괴함으로서 탈수성을 향상시키고 고액분리를 통해 액체생성물의 가용화 효율을 높이는 기술이다. 본 연구에서는 하수슬러지와 음식물폐기물을 혼합하여 수열탄화반응을 통해 생성된 고체생성물을 이용하여 최종적인 에너지원으로 사용하기 위한 건조실험을 진행하였다. 건조기는 0.9m²의 Lab 테스트용 디스크건조기를 사용하였고, 건조단계에서 많은 에너지가 소비되는 특성에 맞는 최적의 건조조건을 찾고자 하였다. 실험에 투입된 수열탄화물(함수율 57%)은 먼저 전처리(파쇄) 유무에 따라 각각 나누었으며, 건조열원은 스팀압력(1.2~3.7 kg/cm²G)로 초기온도에 따라 설정하였고 수열탄화물 투입량은 3.8~4.7 kg/batch, 디스크 회전속도는 약 15~19 rpm, 체류시간은 함수율 10wt%가 되었을 때까지 실험을 진행하였다. 본 실험을 통해 수열탄화물의 건조특성 곡선을 통해 건조효율을 종합적으로 평가하고, 최적의 설계인자를 확보하고자 하였다.

The technology for sludge drying using a microwave is a primary process in producing solid refuse fuel in the waste-toresource process. In this paper, the drying efficiency is improved by investigating chamber types such as square and circle with various mechanical conditions such as the magnetron power, the height of microwave irradiation, and the sludge thickness. In identical conditions, the moisture content was generally uniform in the circle chamber due to the uniform distribution of microwave irradiation, and the drying efficiency was higher in the circle chamber compared to the square chamber. In the case of the circle chamber, the drying rate was increased by more than 30% and the energy for sludge drying 507.9 kcal/kg of water was reduced. Hence, the application of a circle chamber should save energy consumption in sludge drying.

본 연구는 기체분리막 기술을 이용한 바이오가스의 분리 및 활용에 관한 것이다. 기체분리막 기술은 상대적으로 높은 에너지 효율, 낮은 설치 및 유지관리 비용뿐만 아니라, 상변환이 없고 소요면적이 작다는 장점이 있다. 대부분의 바이오가스 고질화 기술은 메탄 손실이 발생하고 이산화탄소의 회수는 고려하지 않는다. 바이오가스로부터 분리된 이산화탄소는 산업분야 또는 농업분야 등에 유용한 자원으로 이용될 수 있으나, 이전의 많은 연구들은 주로 메탄 회수에 중점을 두었다. 본 연구에서는 바이오가스 중의 이산화탄소 회수를 중점으로 분리특성을 연구하였다. 여기서 우리는 사중발전(tetrageneration: C3HP) 시스템을 처음으로 제안하고자 한다. 사중발전은 삼중발전(CCHP) 시스템을 포함하며, 삼중발전 시스템에 이용되기 전에 바이오가스로부터 이산화탄소를 회수하는 공정이 포함된다. 회수된 이산화탄소는 농작물 생장 증진용, 식품산업용, 산업공정용을 포함한 많은 용도로 이용될 수 있다. 사중발전 시스템은 탄소배출의 최소화 또는 제로화, 전기·열E·냉각E·이산화탄소를 각각 생산하는 것에 비해 운전비용의 절감, 바이오가스로부터의 모든 잠재적 자원의 이용, 넓은 적용 범위 등의 장점을 가진다.

VOCs는 화학공장에서 방출되는 휘발성 유기물질이며, SOx, NOx등과 함께 최근 심각한 대기오염의 주요인이 되는 물질이다. 주요 발생원으로는 주유 시, 또는 운송 중에 휘발되는 자동차나 제조 시, 또는 각 산업의 도장 공정에서 발생되는 페인트 산업, 인쇄 혹은 세탁시설 등의 세정제 등에서 발생되며, 이의 적절한 처리방법의 개발이 필요한 실정이며, 효율적인 처리와 탈착 후 VOC회수를 동시에 가능케 하는 방안이 개발되어야 할 것이다. 이러한 방법 중 하나로 저온 VSA방식을 통한 흡･탈착 방법이 모색되고 있다. 본 연구는 랩 규모의 VOC흡탈착 장치를 이용하여 온도, 압력별 탈착 성능 평가하였고 이를 통하여 최적 처리조건 도출하였다. 또한 반복 운전시 내구성 확보가 가능한 흡착소재 선정을 위해 활성탄, 활성탄소섬유, 제올라이트, 알루미나 등의 다양한 흡착제를 통하여 VOC 흡･탈착을 수행하였다.

유기성 폐기물은 동식물에서 유래한 것으로 유기물 함량이 40% 이상인 폐기물로 정의되며, 유기성 폐기물의 한 종류인 가축혈액은 도축과정 중에 발생되는 폐기물을 의미한다. 한국에서 발생되는 가축혈액 중 소, 오리, 닭의 혈액은 재활용되지만 돼지의 혈액은 대부분 폐기되나 육상처리를 할 경우 각 도축장마다 별도의 정화처리 시설을 설치 등 상당한 경제적 비용이 소비되고, 해양 배출은 96 Protocol 과 MARPOL 등의 규제로 인하여 금지된 상태이므로 가축혈액을 처리하거나 자원화할 수 있는 기술 개발이 필요한 상태이다. 본 연구에서는 가축혈액 내 단백질의 효소 가수분해 효율 향상을 위하여, 혈액 전처리 방법으로서 초음파를 이용하였다. 초음파 처리의 최적 전처리 조건은 0.5 W/mL 의 조사 밀도에서 30분간 처리할 때로 도출되었으며, 이때 가용화율은 97.72%였다. 단백질을 가수분해하기 위해 Savinase 와 Flavourzyme을 혼합하여 사용하였으며 반응 4시간 후 단백질은 27.8 mg/mL, 아미노산은 54.6 mg/mL으로 확인되었다. 이는 초음파 전처리를 실시하지 않은 혈액의 아미노산 농도인 13.1 mg/mL와 비교하였을 때, 약 4.2배 증가된 수치로 초음파 처리가 단백질 분해 효율 향상에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.