관수장치는 이상기후로 인한 농업의 용수절감 대책에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 우리나 라의 관수장치의 개발 역사나 기술은 관수 선진국에 비해 70~80% 수준으로 추정된다. 관수장치의 성능 개선은 수출 확대뿐만 아니라 수입대체 효과에서도 매우 시급한 실정이다. 관수장치의 기술 개발은 경험적 방법과 이론해석에 따른 설계의 개선으로 상당 부분 가능하다. 그러나 경질 미로를 구성한 경우에는 비교적 실험과 이론적 해석이 잘 나타나지만 연질의 실리콘이 동시에 결합된 경우에는 실험적인 방법이외의 해석은 매우 어렵다. 본 연구에서는 국내 PC 드리퍼 성능을 선진국 수준으로 개선하고자 수행하였다. 주요 내용은 실리콘의 경도의 문제점과 개선, 경질 미로의 성형물 재설계, 이를 통한 새로운 PC 드리퍼를 설계 제작하였고, 동시에 성능 평가를 실시하였다. 또한 국내외에서 가장 우수한 것으로 알려진 Euro PC 드리퍼와 성능 비교를 수행하였으며, 동시에 핵심 부품의 교차 조립에 의한 유량의 균등성을 평가함으 로서 국내 PC 드리퍼의 근원적 기술의 문제점을 파악하고 개선할 수 있었다.

Response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken Design (BBD) was applied to optimize the thermal-alkaline pre-treatment operating conditions for anaerobic digestion of flotation scum in food waste leachate. Three independent variables such as thermal temperature, NaOH concentration and reaction time were evaluated. The maximum methane production of 369.2 mL CH4/g VS was estimated under the optimum conditions at 62.0°C, 10.1% NaOH and 35.4 min reaction time. A confirmation test of the predicted optimum conditions verified the validity of the BBD with RSM. The analysis of variance indicated that methane production was more sensitive to both NaOH concentration and thermal temperature than reaction time. Thermal-alkaline pretreatment enhanced the improvement of 40% in methane production compared to the control experiment due to the effective hydrolysis and/or solubilization of organic matters. The fractions with molecular weight cut-off of scum in food waste leachate were conducted before and after pre-treatment to estimate the behaviors of organic matters. The experiment results found that thermal-alkaline pre-treatment could reduce the organic matters more than 10kD with increase the organic matters less than 1kD.

이 연구의 목적은 축소된 탱크 모델에서 측정되어진 슬로싱 압력을 이용하여 실제 크기의 탱크 모델에서의 압력을 예측하는 것이며, 또한 예측된 압력으로 LNG 코너 블럭의 슬로싱 하중에 의한 구조 강도를 평가하는 것이다. 이 목적을 위하여, Ansys CFX 프로그램을 이용하여 138K급 LNG 화물창 시스템의 크기 비율에 따른 슬로싱 해석을 수행 하였으며, 크기 비율에 따른 슬로싱 평균 압력 및 최대 피크 압력을 측정하였다. 또한, 측정된 압력은 프루드 법칙에 의해 실제 138K 크기의 압력으로 변환하여 실선 크기의 KC-1 코너블럭에 대한 구조강도 평가를 수행하였다.

본 연구의 목적은 STEAM 연구학교 교사들이 개발한 STEAM 프로그램이 핵심역량을 강조 하여 개발되었는지 확인하고 STEAM 학습준거 단계에 따라 반드시 반영되어야 하는 핵심역 량을 선정하여, 실제 프로그램과의 차이를 알아보기 위함이다. 이를 위해 2015년 STEAM 연구학교에서 개발된 268개 프로그램 중 단계적 표집을 거쳐 학교 급별로 10개의 프로그램 이 선정되었다. 연구 결과 첫째, 프로그램에 제시된 핵심역량은 학교 급별로 큰 차이가 없었 으며, 비판적 사고, 문제해결은 반영 비율이 비교적 낮았고, 배려심과 책임감의 핵심역량은 거의 반영되지 않고 있었다. 둘째, STEAM 학습준거 단계에 반드시 반영되어야 할 핵심역량 으로 상황제시 단계에서는 창의적 사고와 의사소통이었다. 창의적 설계 단계에서는 융합도구 활용, 문제해결, 비판적 사고가, 감성적 체험 단계에서는 협동과 의사소통이 선정되었다. 하 지만 실제 프로그램은 이러한 핵심역량 강조가 미흡하였다. 이를 통해 본 연구에서는 STEAM 학습준거 단계에 대한 이해와 이에 따른 핵심역량의 중요성 강조 및 STEAM 학습 준거 단계별 핵심역량에 대한 추가적인 연구의 필요성을 제언하였다.

구제역 등 가축전염병 발병으로 인한 가축 사체 살 처분 시 병원균의 확산 및 전파를 방지하기 위해 매몰, 소각, 렌더링, 퇴비화, 알칼리 가수분해 및 혐기성 소화 등의 방법을 이용하여 폐기 처리하여야 한다. 매몰에 의한 살 처분은 전 세계적으로 가장 선호되는 방법이다. 우리나라의 경우, “가축전염병예방법 제 20조”, “가축전염병예방법 시행규칙 제 25조” 및 긴급방역행동지침(가금인플루엔자, 전염성해면상뇌증 및 구제역 등)에 의해 가축전염병에 전염된 가축 사체에 대해서는 대부분 매몰하는 방식으로 처분하고 있다. 가축 사체는 매몰 초기, 호기 조건에서 분해가 이루어지나 이를 제외한 기간에는 혐기 조건에서 분해가 이루어진다. 폐기물의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화를 촉진시키는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 가축 사체를 매몰한 모형매몰지를 호기 및 혐기 조건으로 운영하여 이에 따른 안정화 특성을 파악하였다. 호기성 모형매몰지의 침출수 발생량은 혐기성 모형매몰지에 비해 약 1.4배 많은 것으로 나타났으며 침출수 발생속도는 약 1.5배 빨라진 것으로 나타났다. 또한 총유기탄소를 기반으로 한 가축 사체의 분해율을 살펴보면, 호기성 모형매몰지에서 약 1.9배 높은 것으로 나타났으며 발생된 총유기탄소의 약 74%는 침출수를 통해 발생된 것으로 나타났다. 본 연구 결과, 가축 사체의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화에 효과적인 영향을 미치는 것으로 나타났으나 분해 시 발생되는 악취 또는 에어로졸 등에 대한 해결 방안이 필요할 것으로 판단된다.

유기성 폐자원(음식물류 폐수, 가축분뇨, 하수슬러지 등)의 해양투기 금지 및 폐자원 바이오매스 에너지화 정책에 따라 유기성 폐자원 에너지화는 중요한 국가적 과제로 부각되고 있다. 유기성 폐자원 처리의 경우 단독 처리시설은 38개소, 병합처리시설은 17개소가 운영 중에 있으나 개소당 처리량은 병합처리시설이 더 많은 것으로 나타났다(단독처리시설: 198천톤/년; 병합처리시설: 345천톤/년). 가축분뇨의 경우 타 유기성 폐기물에 비해 C/N 비가 높고 유기물 함량(Volatile Solids, VS 기준)이 낮아 에너지 전환 효율이 낮은 것으로 보고되고 있다. 이에 반해 음식물류 폐수의 경우 유기물 함량이 높고 C/N 비가 낮다. 따라서 가축분뇨와 음식물류 폐수 병합처리 시 가축분뇨의 원료적 단점을 보완할 수 있다. 병합처리시설 중 음식물류 폐수와 가축분뇨 병합처리 시설은 총 5개소가 운영 중에 있으며 혼합 비율은 1:0.5 ~ 182.5 (음식물류 폐수 기준)로 넓은 범위로 나타났다. 또한 소화효율(VS 기준)은 15.1 ~ 95.1%로 넓은 분포를 나타내었다. 이렇듯 음식물류 폐수와 가축 분뇨의 적정 혼합 비율에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 음식물류 폐수와 가축분뇨의 병합 비율에 따른 유기물 특성(Excitation-Emission Matrix (EEM), SUVA254, SUVA280 등)과 메탄 잠재량을 평가하였다. SUVA254와 SUVA280분석 결과에 따르면 가축분뇨는 음식물류 폐수에 비해 각각 6.8 및 8.1배 높은 것으로 나타났다. 회분식 메탄 잠재량 평가 결과, 가축분뇨의 비율이 낮아질수록 최대 메탄 발생량은 증가되는 경향으로 나타났다. 그러나 혼합 비율 대비 시너지효과를 평가한 결과, 1:1.5 (음식물류 폐수 기준) 비율에서 14.9%로 가장 높게 나타났다.

2000년부터 10년에 걸쳐 국내에서 총 5차례의 구제역이 발발하였다. 특히, 지난 2010년에 발생한 구제역은 전국적으로 약 340만 마리의 가축을 살처분 후 매몰하여 처분하였다. 가축 사체를 매몰하는 경우 매몰 초기에는 매몰지 내 산소를 이용하여 유기물을 분해하는 호기성 분해단계를 거쳐 잔류 산소가 소모된다. 매몰지의 경우 사체의 유기물로 인해 산소의 소모가 급격하게 이루어진다. 자연적 또는 인위적으로 산소를 유입하지 않는 경우 혐기성 상태로 치환되며 장기간 유지한다. 국내의 경우 2010년에 발생한 구제역으로 전국적으로 4,000여개소 이상의 매몰지가 조성되었으며 매몰지의 규모 및 매몰 두수는 지역별로 상이하다. 구제역 긴급행동지침에 따르면 500 m3 규모의 적정 매몰 두수는 돼지 550두로 제시되어 있다. 그러나 매몰지 내 유기물의 경우 일반적으로 고농도로 존재하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 혐기성 생분해도 실험인 BMP(Biochemical Methane Potential) assay를 통해 매몰지내 유기물 농도에 따른 생분해도 특성을 평가하였다. 기질은 돈육을 이용하였으며 기질의 농도에 따른 최종 메탄 수율, 최대 메탄 발생율 및 저해 특성을 평가하였다. 또한, 원소분석을 통해 기질의 농도에 따른 생분해도를 평가하였다. 비선형 저해 방정식을 이용하여 기질 농도에 대한 저해 영향을 평가한 결과에 따르면 생분해도 및 최종 메탄 수율에 비해 상대적으로 최대 메탄 발생율이 민감하게 반응한 것으로 나타났다.

오늘날 다양한 산업분야와 군지기, 공장지역, 매립지 등에서 중금속과 휘발성 오염물질이 동시에 존재하여 심각한 환경오염을 유발하며 인간과 자연에 해를 끼쳐 세계적으로 규제가 강화되고 있다. 특히 p-Xylene은 토양매질에 흡착되지 않으며 노출 시 두통, 호흡장애 등을 유발하며 자정작용이 힘들고 이동속도가 느려 반영구적으로 존재한다. 납은 일상주변에서 접촉이 가능하며 체내에 쉽게 축적되어 신경계통을 마비시키며 뇌에 이상을 일으킨다. 현재 단일물질에 대한 제거는 많이 연구되고 있는 반면 복합오염물질에 대한 연구는 미비한 실정이며 오염물질에 대한 효과적인 제거를 위한 흡착제 개발이 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 망간산화물을 기반으로 하여 계면활성제와의 개질을 통해 TMA-birnessite를 합성하였으며 중금속과 휘발성 오염물질 제거를 판단하기 위해 대표적인 납과 p-Xylene을 이용하여 등온흡착실험과 동역학적실험을 하였다.