바이오가스로부터 회수되는 이산화탄소는 산업용 또는 농업용으로 활용 가능함에도 불구하고, 많은 연구들이 메탄의 회수에만 초점을 맞추어 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오가스에서 이산화탄소 회수를 목적으로 다양한 조건에서 분리막 공정의 성능을 평가하였다. 우선, 압력과 온도를 변수로 실험을 진행하였으며, 본 연구에서 고질화된 이산화탄소를 회수하기 위한 최적조건으로 온도는 40℃, 압력은 7bar로 선정되었다. 분리막 공정으로 유입되는 합성 바이오가스의 이산화탄소와 메탄의 몰농도 비에 따른 분리성능을 조사하였으며, 유입가스의 이산화탄소 몰농도가 높을수록 고질화된 이산화탄소를 회수할 수 있었을 뿐만 아니라 메탄의 손실율도 감소되는 것을 확인 할 수 있었다. 다단 분리를 적용한 실험에서는 2단 보다 3단 분리를 적용할 경우, 회수되는 이산화탄소의 농도를 증가시키는 동시에 회수율을 증가시킬 수 있었다. 이를 통해, 회수되는 이산화탄소의 농도와 회수율간의 tradeoff 관계가 존재하더라도 다단분리를 통해 이를 개선할 수 있음과 분리막 공정으로 고질화된 이산화탄소 회수가 가능함을 확인하였다. 그러므로 본 분리막 공정은 바이오가스에서 이산화탄소를 회수하여 자원화하기 위한 공정으로 적합하다고 사료된다.

국내 도축장에서 발생되는 도축혈액은 과거 해양배출을 통해 대부분 처리하였으나, 최근 해양 배출 금지로 인해 다양한 처리방안이 모색되어져야 하는 실정이다. 본 연구에서는 자원화 방법의 하나로서 아미노산 액비생산에 목적을 두고 도축혈액 성분 중 가장 많은 비율을 차지하는 단백질을 이용하고자 하였다. 도축혈액 내 단백질의 생물학적 효소 분해 효율 향상을 위하여, 혈액 전처리 방법으로서 초음파 기술을 적용하였으며 최적 전처리 조건은 0.5 W/mL의 조사 밀도에서 30분간 처리할 때로 도출되었다. 이 때 가용화율은 97.72%였고 GPC 분석을 통해 저분자 단백질로 전환된 것을 확인하였다. 엑소 및 엔도 타입의 단백질 분해효소를 혼합하여 초음파 처리된 혈액을 가수분해 한 결과 최적 조합은 Savinase 1%와 Flavourzyme 1%를 혼합한 경우에서 확인되었으며, 반응 4시간 경과 후의 단백질은 27.8 mg/mL 유리아미노산은 54.6 mg/mL 였다. 이는 전처리를 실시하지 않은 혈액의 유리아미노산 농도인 13.1 mg/mL보다 약 4.2배 증가된 수치로 초음파 처리가 단백질 분해 효율 향상에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

기계적 혼화와 수리학적 혼화가 결합된 인라인 믹서는 응집･혼화 공정에 있어서 그 효과가 여러 차례 증명되었다. 그러나 인라인 믹서는 대부분이 해외 기술이기 때문에 이와 관련된 국내 산업에서 활용하기에는 어려움이 있다. 따라서 효과적인 인라인 믹서의 활용을 위하여 국내 인라인 믹서의 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 국내 인라인 믹서의 기술 개발의 일환으로 임펠러의 형상에 따른 인라인 믹서의 혼화 특성을 평가하였다. 혼화 특성은 전산 유체 역학(computational fluid dynamic, CFD) 해석 결과를 이용하여, 임펠러 주위의 속도 벡터 분포에 의한 유동장의 형성 및 주입된 응집제의 농도 분포를 비교하였다. 임펠러의 형상은 여러 형상의 임펠러 중 일반적으로 혼화에 많이 쓰이는 플레이트 형상과 스크류 형상의 임펠러를 선정하여 적용하였다. CFD 해석은 실제 현장을 모사하기 위하여, 기초 실험을 통해 도출된 압력, 점도 등의 조건 하에서 진행하였다. 두 가지 형상의 임펠러에 따른 인라인 믹서의 혼화 특성을 비교한 결과, 플레이트 형상보다 스크류 형상의 임펠러를 적용한 결과가 더 나은 혼화 특성을 보이는 것으로 나타났다. 스크류 형상의 경우 플레이트 형상보다 형성되는 유동장의 범위가 넓었으며, 주입된 응집제의 농도 역시 고른 분포를 보이는 것으로 나타났다. 또한 플레이트 형상의 임펠러를 적용할 경우 혼화 과정에서 단락류가 발생할 가능성이 있는 것으로 나타났다.

최근 하수슬러지의 고형연료화와 관련하여 건조 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 산업용 건조 기술에는 여러 가지가 있으나, 일반적으로 대류 열전달 방법인 열풍 건조가 많이 이용되고 있다. 그러나 열풍 건조는 유지 관리 비용이 크며, 외부 조건에 영향을 받는 등의 운전상 어려움이 있다. 이에 비해 마이크로파 건조는 복사에 의한 내부가열 방식으로 건조시간을 단축시킬 수 있으며, 에너지효율 면에서도 뛰어나다. 그러나 국내에서는 적용 실적 및 성공 사례의 부족으로 인해 활용되지 못하고 있는 실정이다. Batch type의 lab-scale 1 ~ 4kW급 마이크로파 건조기를 사용하였으며, 하수슬러지 건조 시 피건조물의 최적 투입 두께는 2 cm 이하, 마이크로파의 최적 조사 높이는 조사너비의 70%로 도출되었다. 건조효율 평가를 위하여 2.4 kW급 열풍 건조기를 이용하여 비교 실험을 진행한 결과, 열풍 건조에 비해 마이크로파 건조가 동일 조건 하에서 건조시간은 2.7배 단축되었으며, 수분증발효율은 4배 높은 것으로 나타났다. 특히 수분함량 60 ~ 10% 구간의 수분증발효율은 마이크로파가 열풍보다 약 6배 높은 것으로 나타났으며, 피건조물의 초기 수분함량이 낮을수록 마이크로파 건조가 더 유리한 것을 확인하였다.

혐기성 소화시설에서 생산되는 바이오가스는 공정에 따라 조성비는 다르나 메탄과 이산화탄소가 거의 대부분을 차지하며 H2S등의 미량의기체가 혼합되어있다. 따라서 바이오가스를 재이용하기 위해서는 메탄가스를 제외한 다른 물질의 처리가 필요하며, 일반적으로 흡착법, 흡수법, 심냉법, 막분리법이 공정에 적용되고 있다. 그 중 막분리 공정은 scale up이 쉽고 상변화없이 기체를 분리할 수 있어 최근 활발한 연구와 실용화가 이루이지고 있다. 본 연구에서는 최근 바이오가스분야에서 주목받고 있는 멤브레인 공정을 이용하여 바이오가스를 고질화하고 불순물로 간주되던 이산화탄소를 고순도로 분리하여 재이용 하고자 하였다. 랩스케일로 제작된 중공사멤브레인 모듈을 사용하고, 압력, 온도, 유량을 조절하여 실험하였다. 투입가스로는 일반적인 바이오가스의 조성인 메탄:이산화탄소 6:4 조성비로 혼합 제조된 47 L 가스봄베를 이용하여 가스를 투입하였으며, 멤브레인 모듈을 2단, 3단으로 구성하여 각각의 조건에서 농도 95%이상의 이산화탄소와 99%이상의 메탄회수율에 도달하는 운전 조건을 찾았다. 실험결과 목표치에 도달하는 stage cut 값은 2단 모듈에서 total stage cut 0.14, 3단 모듈에서는 total stage cut 0.26일 때 각각 96.0%, 98.6%의 이산화탄소 농도와 99.1%, 99.6%의 메탄 회수율을 달성하였다.

Inline mixer, mixing device combined mechanical and hydraulic mixing, has been demonstrated many times to be effective in mixing process for coagulation. But most of inline mixer are difficult to utilize in relevant domestic industry since it is a foreign technology. So the development of domestic inline mixer is strongly needed. In this study, we compared mixing characteristics through computational fluid dynamics(CFD) analysis with different shape of impeller for the development of domestic inline mixer. The shape of the flow field by velocity vectors and the concentration distribution of injected coagulant were analyzed for comparison of the results. We chose two shapes of impeller(plate and screw), the CFD analysis for them was conducted to simulate actual field conditions. The screw-shaped impeller showed more well-mixing characteristics than the plate-shaped impeller from the results. On the other hand, short-circuiting flow could occur when the shape of impeller was plate.

A food waste disposer is an electrically powered device installed under a kitchen sink. It is located between the sink’s drain and the trap which shreds food waste into tiny pieces so that they can go through plumbing. Use of this unit is convenient and hygienic for discharging food waste in kitchen. Nevertheless, this unit has been illegal until now in Korea because of both conflict with the government’s policy-resource recovery from food waste-and perceived threat to the city’s sewer system. An attempt was made recently to meet growing need to introduce this unit for advantage of using disposer and maintenance of sewer system, etc. So an attempt was made to introduce the food waste disposer system of ‘treatment type before discharging to sewer’, but it was inappropriate for conditions in Korean. In this study, we developed a suitable disposer system for Korea based on an innovative solid recovery technology. And continuous operating experiments were carried out to evaluate the performance of the system for 18 days. The amount of food waste fed into the system was equivalent to the daily amount of food waste made from 30 households living in apartment units, which was calculated to be 14.44 kg/day. After grinding, SS/TS of food waste was 60 percent and it was the maximum amount of solid that could be recovered using this system. In the system of solid collection type using screw press, more than 70 percent of suspended solids were recovered. And less than 20 percent of total soilds were discharged through wastewater and it satisfied the legal standard of Korea. This novel food waste disposer system will satisfy with both the government’s environmental policy and higher quality resource recovery from food waste in the facilities.