본 실험에서는 조류 제거 및 농축을 위해 Silicon Carbide(SiC) 재질의 침지형 세라믹막을 적용하여 운전 특성을 평가하고자 하였다. SiC 세라믹막은 막표면이 음전하를 띄어 음전하를 띄는 조류 제거에 적용이 가능하고 고유량으로 역세척(Backwashing)을 할 수 있어 고농도의 조류 농축시에도 적용이 가능하다. 역세척 유량과 역세척 시간, 역세척수 수온, 역세척수에 차아염소산나트륨 주입 유무, 여과/역세시 air scrubbing 유량에 따라 역세척 효율을 평가하였으며 Jar test를 통해 선정한 농도로 응집제 주입 유무에 따라 운전 특성을 비교하였다. 또한 동일한 조건에서 세라믹막과 유기막의 운전 특성과 비교하였다. 본 연구는 환경부의 “환경정책기반공공기술개발사업”으로 지원받은 과제입니다.

본 연구에서는 분리막을 이용하여 안정적인 혐기소화조 전처리 농축공정에 대한 적용성을 평가하는데 목적을 두었다. 실험결과 슬러지 감량율의 경우 혐기조건에서 약 47.16%, 간헐폭기 조건에서 약 41.17%으로 나타났으며, 반류수의 농도의 경우 간헐폭기 조건이 평균적으로 혐기조건보다 낮은 반류수 농도를 나타냈다. Flux 감소에 대한 영향인자로 TTF, MLSS, CODcr, 및 EPS의 상관관계 분석결과 Flux 감소에 TTF가 가장 높은 연관성을 보였으며, 이외에 MLSS, CODcr 및 EPS도 밀접한 관련이 있는 것으로 도출되었다. 이러한 결과 혐기소화조의 전처리 공정으로 관형막을 이용한 경우 막오염 및 반류수 부하를 고려한 농축조 간헐폭기 조건이 안정적 전처리공정으로 적절할 것으로 사료된다.

The purpose of this study is to estimate the applicability of a stable anaerobic digester using a separator membrane to the preprocessing thickening process. The results of the experiments showed about a 47.16% weight loss rate for the sludge under anaerobic condition, and about 41.17% under intermittent aeration condition. The concentrations of rejection water were SCODCr 25 mg/L, T-N 16.6 mg/L, and T-P 1.4 mg/L on the average under the intermittent aeration condition, which were lower than the concentrations of rejection water under an anaerobic condition. As for the factors affecting the reduction of the flux, correlation analyses of TTF, MLSS, SCODCr, and EPSProtein, EPSPolysacchride resulted in -0.97, -0.95, -0.84 and -0.86, -0.95, respectively, which showed that TTF had the highest correlation to the reduction of the flux. In addition, it was concluded that MLSS, SCODCr and EPSProtein, EPSPolysacchride also have close correlations. The results are considered to show that, in the case of the process using a tubular membrane in the preprocessing process of an anaerobic digester, an intermittent aeration condition of the thickener considering the contamination of the membrane and load of rejection water is appropriate for the stable preprocessing process.

본 연구는 산업용 열교환기 및 상용 파이프의 최적 설계를 위하여 열교환기 내의 사각형 단면 파이프의 shear-thickening 비뉴톤 유체의 압력강하 및 대류 열전달률을 수치해석적으로 수행하였다. shear-thickening 유체의 구성 방정식은 기존의 비뉴톤 유체 멱법칙을 보완한 확장 멱법칙 모델을 채택하였다. 파이프 내의 압력강하를 의미하는 마찰계수와 확장 레이놀즈 수의 곱은 기존 연구의 비교자료와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.018% 및 0.06% 내에서 일치함을 보였고, 대류 열전달률을 의미하는 뉴셀트 수는 문헌치와 비교할 때 뉴톤 유체 영역과 멱법칙 영역에서 각각 0.025% 및 0.14% 내에서 일치함을 보였다. 비뉴톤 확장 멱법칙 유체 모델의 형태를 띠는 shear-thickening 유체를 열교환기 또는 상용파이프 내의 사각형 단면 파이프 내에서 사용하면 유동지수(n)에 따라서 뉴톤 유체보다 최대 160%의 압력강하를 증가시켰고 최대 14%의 대류 열전달 감소를 발생시킬 수 있었다.

무분별한 화석연료 사용으로 인한 고갈과, 이로 인해 발생하는 이산화탄소 증가로 지구 온난화가 진행되는 가운데, 대체에너지에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 2040년 발전 설비 비중 전망을 보았을 예측하였을 때 석유, 가스등 화석연료의 비중이 낮아지는 반면, 대체에너지 발전 설비 비중 전망은 증가하는 추세를 보였다. 대체 에너지 중 바이오매스인 조류가 주목을 받고 있다. 조류는 광합성을 할 때 이산화탄소를 고정하는데, 이로부터 바이오 연료를 추출할 수 있다. 과학 저널 네이처에서는 조류로 만든 바이오 연료를 ‘녹색 금’이라고 소개하였으며, 이는 전 세계 에너지 수요를 충족시킬 수 있다는 분석도 나왔다. 조류는 단위시간, 단위중량당 바이오연료 생산수율이 상대적으로 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 조류는 배양과정에서 발생하는 비용이 크기 때문에 상업화되지는 못한 상황이다. 현재 많은 연구들로 인해 미세조류의 배양기법이나, 바이오연료 추출 기술은 크게 발달하였지만, 미세조류의 입자분리 및 수거에 대한 기술은 미미한 상태이다. 이러한 기술을 보완하기 위하여 막 증발법을 적용해 보았다. 막 증발법은 높은 온도의 유입수와 상대적으로 낮은 온도의 처리수의 온도차이로 인해 생기는 증기압 차이로 인하여, 유입수로부터 수증기가 소수성 표면의 다공성 분리막을 통과하여 유입수는 농축시키면서, 동시에 순수한 물을 추출하는 공정이다. 막 증발법은 다른 막분리 공정에 비해서 에너지의 수요가 적으며, 막 오염도 덜 발생하고, 거의 모든 염을 제거할 수 있다. 본 연구에서는 조류농축에 대해 막 증발법 적용 및 처리수의 투과유속을 측정하여 가능성을 평가하였다.

미세조류를 바이오 에너지로 활용하는 기술은 3세대 바이오 에너지 생산기술로 많은 주목을 받고 있다. 미세조류는 지구 대부분의 수계에서 발견할 수 있는 단세포 생물로서, 높은 지질 함량을 가질 뿐만 아니라 육상생물에 비해 면적 당 생산수율이 높아 비교적 높은 바이오 디젤 생산효율을 나타낸다는 장점이 있다.(Luisa et al., 2008) 하지만 바이오 에너지로서 미세조류를 사용하기 위해서는 수확과정을 거쳐야 하는데, 미세조류 세포는 크기가 50 ㎛ 이하로 작고, 밀도가 물과 거의 같아 미세조류를 수확하는 작업은 쉽지 않다. (Shin et al., 2011) 이에 미세조류를 효율적으로 수확할 수 있는 방법에 대한 연구들이 많이 진행되었으며, 원심분리법은 그러한 미세조류 수확 방법들 중 하나이다. 원심분리를 통해 미세조류를 수확하는 방법은 규모가 커질수록 많은 비용과 에너지가 들기 때문에, 실제 현장에서 선호되는 방법은 아니지만(Adam and Chandra., 2013), 회수율이 95% 이상으로 높고, 처리시간이 짧을 뿐 아니라, 세포의 활성에 미치는 영향이 적어, 실험실 규모로 미세조류를 농축하고자 할 때 적용 가능하다. 한편, 과도한 원심농축은 미세조류의 활성에 부정적 영향을 미칠 수 있다는 문헌을 찾아볼 수 있으나 (Algal Culturing Techniques., 2005), 실제로 부정적 영향을 미칠 수 있을 수준에 대한 정보는 없다. 또한, 미세조류의 활성에 영향을 미치지 않으면서도 적절한 수준의 회수율을 얻을 수 있게 되는 원심분리 강도 및 시간에 대한 정보 역시 부족하다. 따라서 본 연구에서는 원심분리의 강도와 시간을 달리하여 C. vulgaris 를 농축하였을 때, 적절한 수준의 회수율을 얻기 위한 강도와 시간이 어느 정도인지, 또한 각기 다른 원심분리 강도가 C. vulgaris 의 활성에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 기초적인 연구를 수행하였다.

The sludge flotation/thickening apparatus equipped a micro-bubble generating pump was used to investigate micro-bubble generating properties on operational parameters. We evaluated micro-bubble generating properties as results to be operated the apparatus by operational parameters which are pump discharge pressure, air/water ratio(A/W ratio), air flow rate, and water flow rate. Micro-bubble generating efficiencies in pumps without recycling flow and with 50% of recycling flow was found to be very efficient on optimum A/W ratio from 1.06 to 3.62% and optimum A/W ratio from 1.05 to 4.06%, respectively. In condition of 3.6% of A/W ratio, we showed that the apparatus could be generated 36,000 ppm of micro-bubble concentration to be optimum treatment efficiency in sludge thickening process.

The performance of EF (electroflotation) on the thickening of activated sludge were investigated using laboratory scale batch flotation reactor. In this paper, the effects of parameters such as electrode material, NaCl dosage, initial sludge concentration and electrode distance were examined. The results showed that the performance for sludge thickening of the five electrodes lay in: Pt/Ti > Ru/Ti > Ir/Ti > Ti mesh > Ti plate. The more NaCl dosage was high, the more sludge was thickened and the shorter thickening time was obtained. However, considering the final thickening time and sludge concentration, optimum NaCl dosage was 0.5 g/L. Thickening time and sludge concentration was not affected by electrode distance. In DAF (dissolved air flotation) system, optimum recycle ratio was 40% and thickening performance was lower than that of the EF.

For a membrane bio-reactor, it is possible to filter and separate activated sludge and effluent by head loss of centimeters, if non-woven fabric material is used as filtration media. However, if non-woven fabric material is used to thicken high-concentration sludge, excessive sludge attachment causes the rapid decrease of flux. Mesh with pore sizes of 100μm, 150μm, and 200μm allows for easy separation of attached sludge. This study examined the possibility of mesh as filtration media. Existing close-flow filtration process, which requires maintaining sludge movement, makes it difficult to obtain high thickening rate. With a view of complementing this weakness, this study has made an experimental examination on how high-concentration sludge (about 3,000mg/L to 10,000mg/L) will be filtered and thickened when mesh module is submersed in the bio-reactor. Effluent flowed from the bottom of the bio-reactor by head loss of 65cm. In case of pore size of 100μm, SS showed high recovery of 80% to 96%; therefore, it has been decided that mesh can be used as filtration media. Filtration lasted for more than 9 hours, until sludge with 9,000mg/L in MLSS concentration was thickened 9 times as dense. In the range from 3,610mg/L to 9,060mg/L in MLSS concentration, it was possible to obtain effluent with less than 2mg/L in MLSS concentration within 10 minutes.

An effective technique of sludge separation is required for excess sludge of sewage or wastewater plant. The separation of bulking sludge of paper manufacturing plant was studied using DAF(Dissolved Air Flotation) system. The effects of parameters such as nozzle type, A/S(air/solid) ratio, pressure, injection time of pressured water and saturation time were examined. The results showed that the best nozzle type was flat which had small orifice hole. The optimum A/S ratio and pressure were 7.070×10-3(recycle ratio of pressured water : 20%) and 5 atm, respectively. Injection times of pressurized water around 20-25 sesc and flotation time of 30 min appeared to be optimal for the DAF operation. The order of performance of packing was 18 mm > 22 mm > 32 mm.