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.

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.

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.

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.

Dewatering for reduction of moisture content in sludge cake is one of the main procedure in sludge treatment processing. Through dehydration process, the volume of sludge cake are substantially decreased. It led efficiency improvement of further processing such as transport and disposal of sludge as well as drying cake could be utilized as solid refuse fuel. Microwave dryer is energy efficient process in comparison with thermal types. For these reason, we developed microwave dryer for real field applications. Firstly, with 4kW scale microwave dryer, operation conditions were optimized in terms of generator power, shape of drying champer, and height of microwave generator. Based on the results, 10kW scale microwave dryer was designed and manufactured successfully.

In this study, we attempted to solubilize protein in slaughter blood (SB) using ultrasonic technology. The application of ultrasonic technology can make enzymatic degradation of SB more effective, which has no comparable alternative for treatment. The SB was homogenized by grinding it for 10 minutes at 10,000 rpm as a pretreatment for preventing its clotting, and then ultrasonic treatment was attempted to solubilize protein in SB. To maximize the efficiency of ultrasonic treatment for SB, the optimum condition of ultrasonic frequency (UF) was determined to be 20 kHz. To optimize the operation conditions of ultrasonification with 20 kHz of frequency, we used response surface methodology (RSM) based on ultrasonic density (UD) and ultrasonification time (UT). The solubilization rate (SR) of protein (%) was calculated to be 101.304 - 19.4205 X1 + 0.0398X2 + 7.9411X12 + 0.0001X22 + 0.0455X1X2. From the results of the RSM study, the optimum conditions of UD and UT were determined at 0.5 W/mL and 22 minutes, respectively, and SB treated under these conditions was estimated to have a 95% SR. Also, experimentally, a 95.53% SR was observed under same conditions, accurately reflecting the theoretical prediction of 95%.

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.