The anaerobic digestion process produces methane while stabilizing sludge. As of 2020, 62 anaerobic digesters in public wastewater treatment plants are operational in Korea. Many researchers have studied to improve digester performance. Thermal hydrolysis technology is one of the pre-treatment methods for treating sludge. Reduced retention time and enhanced biogas production are the main advantages of sludge disintegration at relatively high temperatures and pressures. But nutrients like nitrogen and phosphorus are released from the pre-treated sludge. Phosphorus is a non-renewable resource that is essential to food production. Wastewater receives 20% of the total phosphate discharge, while 90% of the influent phosphorus load is in sludge. For efficient phosphorus recovery, it is essential to comprehend the phosphorus release characteristics during wastewater treatment, including anaerobic digestion. Biological or chemical processes can achieve phosphorus removal to comply with the effluent discharge limits regulations. The three primary sources of phosphorus in sludge are aluminum-bound phosphorus (Al-P), polyphosphate in phosphorus-accumulating organisms (PAOs), and iron-bound phosphorus (Fe-P). Anaerobic digestion is the typical method for recovering carbon and phosphorus. However, previous research has demonstrated that most phosphorus in anaerobic digestion occurs as a solid phase coupled with heavy metals. Therefore, the poor mass transfer rate results in a slow phosphorus release. Due to the recent growth in interest and significance of phosphorus recovery, many researchers have studied to improve the quantity of phosphorus released into the liquid phase through chelation addition, process operation optimization, and disintegration using sludge pre-treatment. The study aims to investigate characteristics of the phosphorus release associated with the thermal hydrolysis breakdown of sludge and propose a method for recovering phosphorus in a wastewater treatment plant. When solubilizing sludge using thermal hydrolysis pre-treatment, organic phosphates, inorganic phosphates, and polyphosphates are converted into ortho-phosphate. Therefore, applying thermal hydrolysis, anaerobic digestion, and phosphorus recovery processes (struvite formation or microbial electrolysis cells) can recover carbon and phosphorus.

양이온성 계면활성제(DTAB, TTAB 및 CTAB)에 의한 4-할로겐화 아닐린의 가용화상수 (k8)값을 UV-Vis법으로 측정하였다. 그 결과, 모든 아닐린 유도체에서 온도의 증가에 따라 k8값은 모두 감소하였으며, 할로겐 치환기의 반지름과 계면활성제의 소수기길이를 증가할수록 k8값은 더욱 증가하였다. 이들 가용화상수 값을 이용하여 계산한 ΔG0와 ΔH0값은 측정한 범위 내에서 모두 음의 값을 그리고 ΔS0값은 모두 양의 값을 나타내었다. 모든 아닐린 유도체에서 온도를 증가함에 따라 ΔG0값은 감소하는 경향을 보였다. 그러나 온도의 증가에 따라 ΔH0와 ΔS0값은 모두 증가하는 경향을 보였다. 한편 할로겐치환기의 반지름을 증가할수록 이들 열역학 함수 값들은 대체적으로 감소하는 경향을 보였다. 그러나 계면활성제의 소수기길이를 증가하였을 때 이들 열역학 함수 값은 아닐린유도체의 종류에 따라 다르지만 대체적으로 증가하는 경향을 보였다. 이런 열역학 함수 값들의 변화로부터 4-할로겐화 아닐린과 미셀과의 상호작용의 종류와 세기를 그리고 이들이 미셀 내에서 가용화되는 위치를 추정할 수 있었다.

양이온 계면활성제인 tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB)에 의한 크레졸 이성질 체의 가용화에 미치는 치환기, 온도 그리고 NaCl과 n-부탄올과 같은 첨가제의 효과를 UV-Vis법으로 측정하였다. 가용화상수(K8)값은 o-크레졸<m-크레졸<p-크레졸 순으로 증가하였으며, 온도의 증가에 따라 이들 K8값은 감소하였다. 크레졸 이성질체들의 가용화에 대하여 계산한 ΔG0값과 ΔH0값은 모두 음의 값을 나타내었다. 그러나 ΔS0값은 모두 양의 값을 나타내었다. 또한 ΔG0값은 n-부탄올의 농도가 증가할수록 증가하는 경향을 그러나 NaCl의 농도가 증가할수록 더욱 감소하는 경향을 보였다. 이러한 사실들로부터 크레졸 이성질체들의 가용화에는 엔탈피와 엔트로피가 동시에 기여하고 있으며, 또한 크레졸분자들이 가용화되는 위치는 미셀의 표면이나 palisade층에서 주로 이루어짐을 알 수 있다.

이 연구는 식물성 계면활성제를 사용하여 토코페릴아세테이트의 가용화와 유화력에 관한 연구이다. 고순도의 폴리글리세릴-10이소스테아레이트와 폴리글리세릴-10올리에이트를 혼합하여 우수한 가용화력과 유화력을 가진 식물성계면활성제를 합성하였다. 이 혼합원료의 이름을 Solubil EWG-1100 으로 칭하였다. 이 원료의 외관은 엷은 노란색의 페이스트, 고유의 냄새를 가지고 있었고, 비중은 1.12, 산가는 0.085이었다. 이 계면활성제의 HLB값은 평균값=15.18로 Griffin식을 통하여 계산하였다. 이 계면활성제가 토코페릴아세테이트를 가용화하는 거동을 메커니즘적으로 검증하였다. 가용화의 성능은 유관으로 평가하는 방법과 UV분광광도계로 650 nm에서 투과도 측정을 통하여 투명도를 평가하였다. 이 결과 3 %의 에탄올을 보조용매로 사용한 처방에서 토코페릴아세테이트를 가용화하는데 필요한 계면활성제의 농도는 가용물의 약 5 배가 필요하였다. 에탄올을 보조용매로 사용하지 않은 처방에서 토코페릴아 세테이트를 가용화하는데 필요한 계면활성제의 농도는 가용물의 약 7 배가 필요하였다. 또한 10 %의 토코페릴아세테이트를 유화하는데 필요한 계면활성제의 농도는 1 wt%, 유화입경은 3.5 mm이었다. 안정하고 미세한 유화입자를 얻기 위하여, 토코페릴아세테이트의 농도가 증가할수록, Solubil EWG-1100 의 농도도 함께 증가해야 하는 것을 알 수 있었다. pH변화에 따른 계면활성제의 가용화력을 실험한 결과 pH=3.2의 산성영역, pH=7.0의 중성영역, pH=11.8의 알칼리성영역에서도 안정화된 가용화력을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 스킨케어처방, 민감성피부용제품, 악건성피부용 제품을 개발하는 화장품 분야에 폭넓게 응용이 가능할 것으로 기대한다.

혼합계면활성제들의 임계미셀농도(CMC)값과 그 용액에서 4-ethylaniline의 가용화상수(Ks) 값을 UV-Vis법으로 측정하고 분석하였다. 그 결과 TTAB/LSB와 TTAB/TX-100 혼합계면활성제들은 이상적 혼합 미셀화로부터 크게 벗어나지 않았다. 그러나 SDS/LSB와 SDS/TX-100 혼합시스템은 큰 음의 벗어남을 보였다. 이러한 차이는 미셀 상에서 두 성분들의 상호작용의 세기가 서로 다름으로 나타났으며, 이것들이 4-ethylaniline의 가용화에 크게 영향을 미침을 알 수 있었다. 순수 계면활성제 중에 음이온 계면활성제인 SDS가 다른 계면활성제보다 더 큰 Ks값을 보였으며, Ks값은 SDS≫TTAB≧ LSB>TX-100 순으로 감소하였다. 그리고 혼합계면활성제에 의한 Ks값은 그것을 구성하는 순수 계면활성제의 Ks값보다 더욱 큰 값을 나타내었다.

가용화현상에 있어서 유기물(피가용화물)과 계면활성제와의 상호관계를 조사하고자 UV-Vis 법을 이용하여 가용화상수(Ks)값을 구하였다. 유기물의 para-위치에 알킬치환기가 도입된 4-alkylanilines 과 양이온계면활제인 소수기 길이가 서로 다른 DTAB, TTAB, CTAB를 이용하여 유기물과 계면활성제 간의 소수성 상호작용에 따른 가용화 상수값과 그에 따른 열역학함수들을 다양한 온도에서 구하여 서로 비교하였다. 그 결과 유기물에서 알킬치환기에 의한 소수성효과는 탄소사슬의 길이가 증가할수록 일정한 비율로 증가하였고, 또한 계면활성제에서 소수기의 길이효과도 일정한 비율로 증가하였다. 그런데 이러 한 소수성 효과는 유기물에서 알킬치환기에 의한 효과가 계면활성제에서 소수기의 효과 보다 더 크게 나타났다. 또한 계산된 열역학 함수값들의 결과들로부터 유기물의 소수성이 증가할수록 그리고 계면활성제의 소수성이 증가할수록 유기물은 미셀내부의 더 깊은 곳으로 가용화됨을 알 수 있었다. 등구조온도는 실험 조건 범위 내에서 큰 차이를 보이지 않았으며, 최대값과 최소값의 차이가 1K미만으로 차이가 거의 없는 것으로 나타났다.

양이온성 계면활성제 (DTAB, TTAB 및 CTAB)에 의한 아닐린의 가용화현상을 연구하기 위하여 UV-Vis법을 이용하여 가용화상수(Ks)와 열역학 함수들을 계산하고 비교하였다. 그리고 이온염과 유기물의 첨가가 가용화상수에 어떠한 영향을 미치는지를 조사하였다. 또한 온도변화에 따른 Ks값의 변화를 계면활성제 종류별로 비교하고 분석하였으며, 가용화상수로부터 구한 여러 열역학적 함수를 비교하고 검토함으로써 아닐린의 가용화현상을 미시적으로 분석하고 해석하고자 하였다. 그 결과 양이온성 계면활성제에 의한 아닐린의 가용화현상에 대한 Gibbs 자유에너지와 엔탈피 변화 값은 모두 음의 값을 그리고 엔트로피 변화값은 모두 양의 값을 나타내었다. 가용화상수 값은 온도가 증가함에 따라 감소하고 계면활성제의 탄소사슬의 길이가 증가할수록 증가하였다. 이온염의 농도가 증가함에 따라 가용화에 대한 Gibbs 자유에너지값은 증가하다가 감소하는 경향을 보였다. 그리고 n-부탄올의 농도가 증가함에 따라 Gibbs 자유에너지는 계속 증가하는 경향을 보였다.

Several disposal processes for waste sludge from wastewater treatment plants such as landfill, ocean dump, incineration, reuse as fuels or fertilizers are practiced. However, ocean dumping is prohibited by international treat. New constructions of landfill sites or incineration facilities are limited by NIMBY and reuse processes are still suffering from low energy yield. Therefore, development of alternative processes for sludge disposal are currently needed. In this study, alternative technique for sludge solubilization using HVI (high voltage impulse) was suggested and verified experimentally. Sludge solubilization was carried out for 90 minutes using HVI discharge with peak voltage of 16 kV and pulse duration for 40 microsecond. About 3∼9 % of MLSS and MLVSS concentration were reduced, but the soluble COD, TN, TP of the sludge increased to 372 %, 56 % and 102 % respectively. It indicates that the flocs and/or cells of the sludge were damaged by HVI. These resulted in flocs-disintegration and cells-lysis, which means the internal matters were bursted out of the flocs as well as the cells. Thus, electrical conductivity in bulk solution was increased. All of the results verified that the HVI could be used as an alternative technique for sludge solubilization processes.

본 연구에서는 하수슬러지 가용화를 위한 불용성전극을 개발하여 전기화학적 특성을 확인 하였다. 이리듐을 주촉매로 사용하여 하수슬러지 가용화에 적합한 촉매를 선정하여 내구성이 우수하고 하수슬러지 전기분해에 적합한 기능성 전극 실험을 진행하였고 다음과 같은 결과를 얻었다. 전극의 코팅 소성온도를 주 촉매인 Ir의 질량감소가 적고, 흡열반응 구간인 300℃부터 500℃까지의 범위로 선정하고 실험을 하였다. 실험결과 350℃에서 촉매의 효율성이 가장 우수하게 나왔다. 각각의 바인더 별(Ta, Sn, W) 실험에서도 350℃에서 가장 큰 촉매효율성이 나타났다. 바인더로 사용한 탄탈럼, 주석, 텅스텐 중 탄탈럼이 다른 금속보다 주 촉매의 특성을 그대로 유지시키며 전극의 효율성을 향상시키는 것을 확인하 였다. 50%IrO2 전극의 경우 1.4 V(vs. Ag/AgCl) 약 29 mA/cm2 의 전류가 발생하여 전극의 효율을 평 가하였다.

본 연구에서는 양쪽성 계면활성제인 lauryl sulfobetaine(LSB)과 혼합계면활성제를 이용하여 광범위한 온도변화에서 4-클로로벤조산의 가용화현상을 알아보고자 한다. 이런 가용화현상에 미치는 온도효과와 계면활성제분자에서 알킬기의 길이에 대한 효과를 조사하였다. 가용화상수값(Ks)은 UV/Vis 법에서 용액의 전체 흡광도를 측정하여 계면활성제의 농도에 대해 도시하여 그 기울기로부터 구하였다. 모든 계면활성제용액에서 4-클로로벤조산의 가용화에 대한 δGos값은 측정범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었으며, 온도가 증가할수록 감소하였다. 그리고 δHos값과 δSos값은 모두 양의 값을 나타내었으며, 온도가 증가할수록 증가하였다. 즉, 계면활성제의 종류와 온도의 변화에 따라 Ks 값과 열역학적 함수값이 큰 폭으로 변하였으며, 그런 결과로부터 4-클로로벤조산이 미셀의 어느 부분에 가용화되는지를 예측할 수 있었다.

The performance of the new aerobic digestion system combined with inorganic sludge separation unit and sludge solubilization unit, CaviTec II, is evaluated. Anaerobic digester effluent sludge is used for feed sludge of CaviTec II system. By addition of CaviTec II, the amount of cake generated is reduced by 27%, and the soluble nitrogen is reduced by 92%.

여러 종류의 양이온성, 비이온성 및 혼합성 계면활성제 수용액에서 4-클로로벤조산의 가용화현상을 UV/Vis 분광광도법을 이용하여 연구하였다. 또한 온도의 변화에 따른 가용화상수값(Ks)의 변화를 측정함으로써 열역학적 함수값들을 계산하고 분석하였다. 그 결과 모든 계면활성제의 용액에서 4-클로로벤조산의 가용화에 대한 △Gos 값은 측정범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었으며, △Hos 값과 △Sos 값은 모두 양의 값을 나타내었다. 계면활성제 종류와 계면활성제분자의 알킬-그룹 길이에 따라 Ks값이 큰 폭으로 변하였으며, 그런 결과로부터 4-클로로벤조산이 미셀 내에서 가용화되는 위치와 미셀과의 상호작용의 정도를 예측할 수 있었다.

In order to investigate the effective pretreatment methods in WAS(=waste activated sludge) solubilization, the values of SCOD yield per unit SS (SCOD/gSS.hr) were compared. After the hydrodynamic cavitation with pH of 12.5, SCOD increased to 7800 mg/L, SS decreased to 45 % and the solubilization rate was 29 %. Combination of alkality (pH 12.5) and the cavitation seems to be the optimal condition for sludge solubilization. After the cavitational pretreatment, efficiencies of anaerobic digestion of the unfiltered sludge(the control), raw sludge and pretreated sludge were evaluated with BMP(=biochemical methane potential) tests.For evaluation of the biodegradability characteristics of pretreated sewage sludge, the methane production has been measured for 6 months. The methane production of pretreated sludge increased 1.4 times than that of untreated sludge. The result indicates that the cavitationally pretreated sludge was a better biodegradability substrate in anaerobic condition compared to raw sludge. It is obvious that cavitational pretreatment could enhance not only solubilization but also biodegradability of WAS. In conclusion, cavitational pretreatment of WAS to convert the particulate into soluble portion was shown to be effective in enhancing the digestibility of the WAS.

4-클로로벤조산의 가용화현상을 이용하여 순수양이온성 계면활성제(DTAB, TTAB, CTAB), 비이온성 계면활성제(Tween-20, Tween-40, Tween-80) 및 이들 혼합계면활성제(TTAB/Tween-20, TTAB/Tween-40, TTAB/Tween-80)의 임계미셀농도(CMC)값과 반대이온 결합상수값(B)를 온도 284 K에서 312 K 까지 변화를 주면서 UV/Vis 분광광도법과 전도도법으로 측정하였다. 온도에 따른 CMC와 B값의 변화를 측정하여 미셀화현상에 대한 여러 가지 열역학 함수값(△G˚m, △H˚m, 및 △S˚m)을 계산하고 분석 하였다. 그 결과 측정범위 내에서 △G˚m 값은 모두 음의 값을 나타내었다. 그러나 △H˚m 과 △S˚m값은 계면활성제의 종류와 계면활성제분자에서 탄소사슬의 길이에 따라 양의 값 혹은 음의 값을 나타내었다.

본 연구에서 L-menthol 용액의 가용화에 미치는 에탄올의 영향을 연구하였다. L-menthol 용액은 1 mM L-menthol 수용액에 비이온 계면활성제인 PEG-40 Hydrogenated Castor Oil과 PEG-60 Hydrogenated Castor Oil을 가한 후, 에탄올의 농도를 변화시키면서 첨가하여 제조하였다. 제조한 용액의 입자크기와 표면장력을 측정하여 가용화에 미치는 에탄올의 영향에 대해 알아보았다. 에탄올의 함량이 증가할수록 입자크기와 표면장력이 감소하는 것을 확인하였다.

Background : The Kenaf (Hibiscus cannabinus L.) is an annual plant of African and Indian origin. and there are a lot of flavonoids in the leaves. To determine the most suitable method for extracting of Kenaf cosmetic ingredients, the data of changes in polyphenol, flavonoid contents and DPPH radical scavenging activities were analyzed, based on concentration of surfactants and Extraction Methods. Methods and Results : The effect of autoclave extraction (AE) and ultrasonification extraction USE) with hydrophilic surfactant that is Brij35 diluted 15, 25 and 35 mM with water on antioxidant activity of Kenaf was investigated. The leaves of Kenaf; R from Israel were collected in 2016 and the collected leaves were dried and pulverized. The highest polyphenol content of Kenaf extracted was 47.54 ㎎/㎖ as Brij35 20 mM extract from AE after USE. The highest flavonoid content of Kenaf was 20.01 ㎎/㎖ as Brij35 25 mM extract from AE. The Brij35 20 mM extract from AE after USE showed higher DPPH radical scavenging activity than that of the other treatments. Conclusion : Based on the test results, the extracts obtained by AE or AE after USE showed excellent antioxidant activity and effective component than extracts by USE. The results of the DPPH radical scavenging activity and total polyphenol content of the extracts obtained by AE after USE than AE were slightly improved, but there was no significant difference. Therefore, it is considered that the extract obtained by autoclave extraction most effective for use as a cosmetic ingredient.