• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.11-17
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• 2015

본 연구에서는 음식물류 폐기물 폐수(이하, 음폐수)를 이용하여 혐기성발효 시 부산물로 생성되는 메탄가스의 생산효율을 높이고자 산발효 전처리를 수행하였으며 전처리된 음폐수를 이용하여 BMP 실험을 통해 메탄생산량 증대를 위한 산발효 최적조건을 확인하고자 하였다. 산발효된 음폐수를 이용하여 BMP 실험을 진행한 결과 HRT 3일 조건에서 0.220 L/g VS의 가장 높은 메탄생산량을 확인하였으며, 초기 pH별 BMP실험에서는 pH 6에서 19,920 mg/L로 가장 높은 VFA와 Acetic acid/TVFA(76.2%)를 보였다. 이때 메탄생산은 약 10일 이내로 대부분 생산되어 일반적인 메탄발효(30일 이내)에 비해 약 1/3수준으로 단축됨을 확인하였다. 메탄생성량은 0.294 L/g VS로 대조군 대비 약 1.3배 높은 효율을 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제25권3호
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• pp.104-113
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• 2016

본 연구에서는 신기후체제 대비를 위한 온실가스 감축 수단으로써 신재생에너지원인 매립가스의 에너지이용 확대를 위해 현장 매립폐기물을 적용하여 음폐수 주입에 따른 메탄가스 생산량 증대 및 이에 따른 온실가스 감축효과를 분석하고자 하였다. 메탄가스 생산량 증대를 위해 주입하는 음폐수는 $35^{\circ}C$, pH 6으로 전처리한 후 사용하였고, 전처리 반응조는 타공성 담체가 고정된 상향류식 고정층 반응기를 이용하였다. 실제 매립폐기물을 이용한 pilot-scale 바이오리액터 운전결과 음폐수 주입시 강우를 활용한 대조군에 비해 6배의 매립가스 증가율을 보였으며, 평균 매립가스 발생량은 $56{\ell}/day/m^3$으로 $1m^3$ 매립지용적에서 연간 약 $20m^3$의 메탄가스가 생산 가능함을 확인하였다. 이를 에너지원으로 활용할 경우 25만 $m^3$ 이상의 중규모 매립지에 적용시 사업성이 확보될 뿐만 아니라 기 등록되어 있는 매립가스 활용 CDM 사업 및 방법론을 기준으로 폐기물 처리용량 25만 $m^3$ 규모의 매립지를 대상으로 온실가스 감축량을 산출한 결과 연간 약 4~5만 톤의 온실가스 감축효과가 있음을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.245-245
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• 2010

우리나라 생활폐기물 중 음식물쓰레기는 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 음식물쓰레기에서 발생되는 음폐수의 발생량은 8,926톤/일에 달하고 있지만, 이 중 극히 일부만이 하수처리장 등에서 병합 처리되고 있고 대부분은 해양 투기되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 독일 GBU사로부터 중온/습식/이상 혐기성 소화 기술을 도입하여 HADS Pilot Plant를 설치하였고, 2008년 3월부터 국내 음폐수 및 음식물쓰레기에 적합한 최적의 운전기술을 확보하기 위한 Pilot Test를 실시하였다. 본 실험에 사용된 HADS Pilot Plant는 산발효조($6m^3$), 메탄발효조($50m^3$), 안정화조/가스저장조($40m^3$)그리고 가스 소각기로 구성되어 있다. 그리고 적용 음폐수 및 음식물쓰레기는 경기도 Y군에 위치한 사료화 시설에 반입되는 것을 이용하였는데 음폐수는 평균 TS 13.5%, VS 80%, pH $3.7{\pm}0.2$의 성상을 나타내었다. 이를 이용해 계단식으로 유기물 부하를 증가시키면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하며 중온 상태에서 혐기성 소화를 실시한 결과, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 음식물쓰레기는 음폐수와 달리 1차 파쇄/선별기 및 배관상에 설치되는 2차 미세파쇄/선별기를 통한 전처리를 실시하였고, 1차 파쇄/선별 후 평균적으로 TS가 17.4%, VS는 81%, pH는 $3.85{\pm}0.2$의 성상을 나타내는 음식물쓰레기를 2차 미세파쇄/선별기를 거쳐 Pilot Plant의 산발효조에 투입하여 중온상태에서 혐기성 소화를 실시하였다. 음폐수 적용시와 마찬가지로 계단식으로 유기물 부하를 증량하면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하여 운전하였고, 그 결과 약 $0.9{\sim}1.2Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수와 85~87%의 VS 감량 효율을 확인하였다. 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 실험 결과, 제거된 VS량을 기준으로 보았을 때, 음식물쓰레기에서 더 많은 바이오가스 발생하였는데 이는 음식물쓰레기에 존재하는 고형물이 미생물들의 서식 공간으로 활용됨에 따라 혐기성 소화 과정에서 일어나는 혼합 발효 및 공영양 대사가 음폐수 대비 좀 더 수월하게 일어날 수 있게 된 데에 따른 결과라고 생각된다. 당사의 HADS Pilot Plant test에서는 계단식의 순차적인 유기물 부하 증량과 총VFA/총 알카리도 비율을 0.3~0.4 수준이하로 유지하며 운전함에 따라 음폐수와 음식물 모두에서 안정적으로 $4kgVS/m^3/d$까지의 유기물 부하 적용이 가능하였다. 또한, 생산된 바이오가스 내 메탄의 함량은 60~65%를 유지하였으며, 메탄발효조의 pH는 별도의 조절이 없이도 운전기간 동안 평균 7.8~7.9 수준을 유지하였다. 이처럼 pH 3.7~3.8의 음폐수 또는 음식물쓰레기의 투입에도 안정적인 완충능력을 보여준 것은 소화조 내에서 기질로부터 분해되어져 나오는 암모니아와 이산화탄소가 강력한 버퍼 시스템을 구축하고 있음에 따른 결과로 사료된다. 그리고 음폐수와 음식물쓰레기의 경우 모두 85%이상의 높은 VS 제거율을 보여주었는데 이는 당사의 HADS Pilot Plant 소화조의 구조가 내통과 외통으로 구분되어져 있음에 따라 plug flow + CSTR의 특징을 가짐에 따른 결과로 판단된다. 상기한 결과를 바탕으로 향후에는 $5kgVS/m^3/d$ 수준의 유기물 부하 적용운전도 계획하고 있다.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.125-131
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• 2014

본 연구에서는 매립가스 증대를 위한 음폐수의 원활한 주입을 위해 혐기성 산발효 전처리를 수행하였으며 이를 통해 점도 감소와 유기산 생산량을 확인하여 매립지 주입을 위한 최적조건을 확인하고자 하였다. 산발효 후 음폐수 가용화율은 약 15% 증가함을 보였고 체류시간의 변화와 반응기형태를 달리 한 결과 큰 차이를 보이지는 않았다. 반응기형태에 따라 점도변화를 확인한 결과 상향류식 반응기에서 $76.95{\pm}3.27%$로 완전혼합반응기에 비해 약 11.38% 높은 점도 저감효율을 보였으며, VFA생산에서는 체류시간을 3일에서 5일로 증가 시 2.01배(상향류식 반응기), 1.76배(완전혼합반응기) 높은 경향을 보였다. 이는 상향류식 반응기의 경우 고정층담체의 스크린 역할로 분자량이 작은 물질에 비해 큰 물질들이 상대적으로 반응기에 체류하는 시간이 길어져 효율이 높은 것으로 사료된다.

• 유기물자원화
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• 제27권1호
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• pp.57-64
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• 2019

유입하수와 기존 연계처리수(축산폐수, 분뇨, 음폐수 등)에 더하여 슬러지탄화시설에서 발생되는 유출수가 추가로 유입되며 질소성분의 처리에 어려움을 겪고 있는 하수처리시설을 대상으로 연계처리가 처리효율에 미치는 영향을 조사하였다. 하수처리시설에 유입되는 연계처리수의 부하량(kg/d)을 산출한 결과, BOD 및 COD의 경우 음폐수와 축산폐수가 차지하는 비중이 상대적으로 크게 나타났고, T-N과 $NH_3-N$은 탄화공정수가 차지하는 비중이 가장 큰 것을 확인할 수 있었다. 탄화공정수가 방류수질에 미치는 영향을 분석하기 위하여 탄화공정수 유입 유무에 따른 공정별 처리효율을 분석결과, 호기조에서 $NH_3-N$의 질산화율이 탄화공정수가 유입되지 않는 경우 89%이었으나 탄화공정수가 유입되는 경우 55%로 낮아져 탄화공정수 유입시 질산화효율이 현저히 떨어지는 것을 확인하였다. 탄화공정수 유입으로 인한 질소 및 암모니아 부하량 증가 및 이로 인한 제거율 악화를 해결하기 위해서는 탄하공정수의 전처리를 통해 질소성분의 부하를 낮추어야 할 것으로 판단된다.

• 자원리싸이클링
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• 제13권4호
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• pp.23-31
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• 2004

수산물 처리시 폐기물로 발생하는 Undaria pinnatifida 를 $Pb^{2+}$ 가 함유된 폐수의 흡착처리시 흡착제로 활용하는 방안을 검토하였다. 성분분석 결과, Undaria pinnatifida는 주로 탄화수소화합물로 구성되어 있었으며 비표면적이 상당히 높아 흡착제로서의 잠재적 활용도가 큰 것으로 파악되었다. Undaria pinnatifida 입자의 Electrokinetic Potential은 pH 8 부근에서 음의 최대값을 보였으며 전 pH 범위에 걸쳐 음으로 하전되어 양이온의 흡착에 적합한 것으로 검토되었다. $Pb^{2+}$는 실험조건에서 반응개시 수 분 이내에 대부분이 흡착되었으며 평형에 도달하는 시간은 약 30분 정도인 것으로 나타났다. 또한, Undaria pinnatifida 표면에 대한 $Pb^{ 2+}$의 흡착은 Freundlich Isotherm 을 따르는 것으로 관찰되었으며 발열반응의 특성을 확인하였다. 산에 의한 흡착제의 전처리는 흡착능을 향상시켰으나 염기로 전처리할 경우에는 오히려 흡착능이 저하되었다. Undaria pinnatifida 표면에 존재하는 작용기들과 $Pb^{ 2+}$ 와의 Organometallic Complex 형성이 $Pb^{ 2+ }$의 흡착에 주요하게 작용하는 것으로 파악되었으며, 경쟁적 흡착질의 존재, ionic Strength 의 변화, 그리고 착화합물제가 수중에 공존할 경우 $Pb ^{2+}$ /의 흡착성이 상당한 영향을 받는 것으로 관찰되었다.

• 자원리싸이클링
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• 제15권3호
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• pp.58-65
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• 2006

폐펄프를 흡착제로 $Ni^{2+}$가 함유된 폐수의 흡착 처리시 흡착제로 활용하는 방안을 검토하고자, 흡착질의 초기 농도, 온도, 흡착제인 폐펄프의 양, pH 등을 변화시키고, 공존물질의 농도 및 전처리의 영향 등의 요인을 고려하여 실험하였다. pH 에 따른 폐펄프의 Electrokinetic Potential pH 7.8 보다 낮은 영역에서는 양의 전하를 나타내고, 그 이상의 pH에서는 음의 전하를 나타내었다. 본 연구에서 폐펄프에 대한 $Ni^{2+}$의 흡착은 4시간 이내에 평형에 도달하였고, 흡착질인 $Ni^{2+}$의 초기 농도가 증가할수록 흡착량 역시 증가함을 보였다. 온도가 증가함에 따라 흡착량이 감소하여 흡착반응은 발열반응의 양상을 보였으며 이를 열역학적으로 고찰하였다. 또한 흡착제인 폐펄프의 양이 증가함에 따라 흡착량이 증가하였으며, pH $3{\sim}6$ 영역에서 pH 가 증가함에 따라 흡착량이 증가함을 보였는데 이는 폐펄프의 표면전위의 pH에 따른 변화양상과도 일치하는 결과였다. 공존물질인 $KNO_3$의 농도가 증가함에 따라 $Ni^{2+}$ 흡착량이 감소함을 보였고, NaOH 로 페펄프를 전처리한 후 흡착실험을 한 결과 전반적으로 NaOH 의 농도가 상승함에 따라 흡착률이 증가하는 것으로 관찰되었으나 그 값이 어느 한도 이상일 경우 오히려 흡착률이 감소하는 것으로 파악되었다.

• 유기물자원화
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• 제18권1호
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• pp.47-56
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• 2010

현재 전국에는 255개의 음식물류 폐기물 자원화시설이 공공시설(95개소) 및 민간시설(160개소)에 의하여 운영되고 있으며, 이들 시설들은 97년도부터 지속적으로 설치되고 있다. 정부에서는 설치 및 운영에 관한 지침과 설치검사기준 등을 정하여 시행하고 있으나, 시설 설치 절차에 따른 세부적인 검토사항, 설계, 공정기준 등이 명확하지 않아 운영관리 체계 미흡, 처리효율 저하, 시설 하자 등이 문제점이 발생되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이들 문제점을 최소화하기 위한 시설 운영방안을 제시하기 위해 음식물 공공자원화시설 95개소를 대상으로 설문 및 현장방문조사를 실시하였다. 조사결과 전처리시설에서는 2계열 및 호퍼덮개 미설치, 음식물 과적 및 이송 물량 과다, 주처리시설은 운전미숙으로 인한 2차 환경오염발생, 과다 음식물투입으로 시설효율 저하, 시설운영상 부적합한 운전관리 기준 등이 문제점으로 조사되었다. 악취 및 음폐수(음식물류폐기물 처리과정 중 발생 폐수) 처리시설에서는 운영미숙, 주기적인 점검 부족, 처리시설 용량 부적절 등이 문제점으로 조사되었다. 이와 같이 조사되어진 문제점을 근거로 하여 효율적인 운영방안을 제시하였으며, 향후 음식물류 폐기물 자원화시설을 설치 및 운영하는데 있어 처리효율 제고, 시행착오 및 하자를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.

• 공업화학
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• 제28권5호
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• pp.581-586
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• 2017

본 연구에서는 하수 슬러지 및 음폐수의 효율적인 병합처리를 위해 고온호기 전처리의 적용가능성을 알아보고자 고온호기-중온혐기 연계공정의 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 또한, 유기물 부하량 증가에 따른 공정 내 변화 양상을 관찰하기 위해 실험실 규모의 고온호기-중온혐기 소화장치를 제작하여 음폐수를 증류수로 희석하는 비율을 1/3 (Run I), 2/3 (Run II) 및 원액(Run III)으로 줄여가며 혐기소화 공정 내 변화 양상을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온호기-중온혐기 연계공정 소화조 내에서 pH가 7~8으로 안정하게 유지됨을 알 수 있었다. Volatile solid (VS)는 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정에서 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) 및 72.53% (Run III)의 제거효율을 보이며, 중온혐기 소화조(R3)에 비교하여 높은 VS 제거율을 보였다. 또한, 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 약 1.6배 향상된 메탄 생성률이 관찰되었으며, 메탄수율의 경우에도 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 현저하게 높은 값을 유지하였다.

• 유기물자원화
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• 제28권1호
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• pp.53-64
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• 2020

다단수직형 적층 방식의 질산화조가 포함된 2㎥/d 병합폐수처리 파일럿플랜트를 설치하여, pH8 이상, DO 1mg/L, 내부반송율 4Q이상의 단축질소제거공정의 질산화조 운전 조건으로 약 1년 이상 운영하였다. 음폐수와 침출수의 경제적인 병합 처리를 위하여, 유분이 최소화된 음폐수를 전체 처리량의 5~25%로 조절하여 최적의 병합 비율을 검토하였다. 음폐수의 고형물과 유분을 효과적으로 분리하기 위하여 도입된 3상원심분리기의 주요 처리 효율은 SS는 116,000mg/L에서 55,700mg/L로 약 52% 제거 되었으며, 노르말헥산(N-H)의 농도는 53,200mg/L에서 27,800mg/L로 약 48%로 제거되었다. 운전 기간 중 병합 폐수처리 공정의 BOD 평균 제거 효율은 99.3%, CODcr 94.2%, CODmn 90%, SS 70.1%, T-N 85.8%, T-P 99.2%로 분석되었다. 처리수의 BOD, CODcr, T-N, T-P 평균 농도는 침출수 배출허용 기준("나"지역)을 만족하였으며, SS는 멤브레인조를 적용한 후 만족하였다. 현장의 침출수는 유량조정조의 간헐적 폭기 및 월별 상이한 방출량의 영향으로 병합폐수 중 아질산성 질소의 성분이 비교적 높았다. 아질산성질소가 축적된 상태에서도 완전질산화 후 탈질보다는, 아질산성 질소에서 탈질되는 결과가 나타났다. 또한 운전기간 중 평균 소포제 투입량은 약 2L/d으로 같은 폐수를 처리할 시 필요한 메탄올 투입량 약 2.8L/d 대비하여 경제적인 것으로 보인다.