• 유기물자원화
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• 제30권4호
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• pp.5-13
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• 2022

현대의 환경문제는 다량의 폐기물의 발생과 무분별한 에너지의 소비로 인한 환경오염이 가속화 되고 있다는 것이다. 대표적인 에너지 생산 연료인 화석연료는 에너지를 생산하는 과정에서 연소가 이루어져 다량의 온실가스가 발생하고 최종적으로 기후변화를 야기한다. 또한 전 세계적으로 발생하는 폐기물의 양도 지속적으로 증가하고 있으며 처리하는 과정에서 환경오염이 발생하고 있다. 이와 같은 문제들을 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나는 유기성 폐기물의 에너지화 및 감량화이다. 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지는 해양매립이 전면 금지된 이후로 다양하게 처리되고 있으나, 그 발생량은 지속적으로 증가하는 추세이다. 하수슬러지는 유기물을 다량 함유하고 있어 혐기소화를 통하여 하수슬러지를 에너지화 하고 최종 배출되는 폐기물을 감량화 하는 것이 바람직하다. 하지만, 잉여슬러지의 경우 대부분이 하수처리에 이용되었던 미생물 덩어리로써 잉여슬러지가 혐기성소화 되기 위해서는 먼저 미생물의 세포벽이 파괴되어야 하는데 세포벽 파괴에는 많은 시간이 요구되기 때문에 혐기성 소화 과정만으로는 높은 바이오가스 생산율이나 폐기물 감량율을 달성할 수 없다. 따라서 잉여슬러지를 가용화하는 전처리 공정이 필요하며, 여러 가지 가용화 공법 중에서 열적 가용화 공정이 가장 효율적인 것으로 검증되었고, 혐기성소화 공정의 전처리 과정으로써 열적가용화 공정을 이용하여 잉여슬러지에 포함된 세포벽을 파괴한 후 전처리 된 잉여슬러지를 혐기성소화 함으로써 높은 바이오가스 생산율과 폐기물 감량율을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 열적 가용화장치를 통하여 TS 10%의 농축 잉여슬러지를 전처리하는데 있어서 체류시간 및 운전온도 변수에 따른 가용화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 열적 가용화장치의 체류시간에 대한 실험변수는 운전온도를 160 ℃로 고정한 상태에서 각각 30분, 60분, 90분, 120분이었다. 실험 결과로 도출된 TCOD와 SCOD를 통해 계산된 가용화율은 각각 12.11%, 20.52%, 28.62%, 31.40% 순으로 증가하였다. 또한, 운전온도에 따른 변수는 반응시간을 60분으로 고정한 상태에서 각각 120℃, 140℃, 160℃, 180℃, 200℃였으며 가용화율은 각각 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, 57.85% 순으로 증가하였다. 이 외에 TS, VS, T-N, T-P, NH₄⁺-N, VFAs를 분석하여 농축 잉여슬러지를 대상으로 하는 열적 가용화 특성에 대한 평가를 수행 했으며, 그 결과 TS 10%의 농축 잉여슬러지에 대한 열적 가용화를 통하여 30% 이상의 가용화율을 얻기 위해서는 운전온도를 160℃로 고정할 경우 120분의 체류시간이 필요하며, 운전시간을 60분으로 고정할 경우 170℃ 이상의 운전온도가 요구되어 진다.

• 유기물자원화
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• 제24권1호
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• pp.41-49
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• 2016

본 연구는 음식물류 폐기물 공공 자원화 시설 운영의 문제점과 제도 개선방안을 위하여 실시하였다. 기존 음식물류 폐기물 공공자원화 시설에 대한 실태조사를 통해 운영에 따른 문제를 분석하였으며, 이를 위하여 음식물류 폐기물의 발생량 및 자원화 현황, 공공 및 민간 자원화시설 현황, 전국의 주요 음식물류 폐기물 공공 자원화 시설의 실제 운영과정에서 나타난 문제점을 분석한 결과는 다음과 같다: 현재 국내 음식물류 폐기물의 분리 수거량은 약 97%인 것으로 나타났다. 그리고 대부분의 공공 자원화시설은 음식물류 폐기물의 자원화가 아닌 단순처리에 급급한 것으로 나타났으며 경제성도 없는 것으로 분석되었다. 특히, 바이오가스시설 대부분은 실시설계와는 달리 가스 생산량 및 수요량이 전혀 맞지 않는 것으로 나타났다.

• Environmental Engineering Research
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• 제24권4호
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• pp.662-669
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• 2019

Anaerobic digestion is a popular sewage sludge (Ss) treatment method as it provides significant pollution control and energy recovery. However, the low C/N ratio and poor biodegradability of Ss necessitate pretreatment methods that improve solubilization under anaerobic conditions in addition to anaerobic co-digestion with other substrates to improve the process efficiency. In this study, three pretreatment methods, namely microwave irradiation, ultrasonication, and heat treatment, were investigated, and the corresponding improvement in methane production was assessed. Additionally, the simplex centroid design method was utilized to determine the optimum mixture ratio of food waste (Fw), livestock manure (Lm), and Ss for maximum methane yield. Microwave irradiation at 700 W for 6 min yielded the highest biodegradability (62.0%), solubilization efficiency (59.7%), and methane production (329 mL/g VS). The optimum mixture ratio following pretreatment was 61.3% pretreated Ss, 28.6% Fw, and 10.1% Lm. The optimum mixture ratio without pretreatment was 33.6% un-pretreated Ss, 46.0% Fw, and 20.4% Lm. These results indicate that the choice of pretreatment method plays an important role in efficient anaerobic digestion and can be applied in operational plants to enhance methane production. Co-digestion of Ss with Fw and Lm was also beneficial.

• 한국환경농학회지
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• 제30권1호
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• pp.31-36
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• 2011

축산농가에서 발생되는 돈분 슬러리의 처리 능력을 평가하기 위하여 Full-scale의 단상 혐기성 소화조에서 중온소화와 고형물 체류시간을 20일로 하여 연속식으로 운전하면서 성능평가 및 특성연구를 실시하였다. 운전기간 중 알칼리도는 약 4,000 mg/L(3,500~9,000 mg/L as $CaCO_3$)이였고, 소화조내의 pH는 7.5~8.0 범위로 약간 높은 경향이었으나 pH는 안정적이었다. 바이오가스의 발생량은 OLR 1.2 $g{\cdot}COD/L{\cdot}day$에서 0.69 L/L/day의 바이오가스를 생산하였고, 제거된 COD를 바탕으로 계산된 메탄가스 발생량은 63% 수준이였다. 생산된 바이오가스 중 메탄가스 함량은 65~70%이었고, CO2는 약 30% 전후였으며, 열병합 발전을 실시하였을 때 총전력요구량의 50~75% 수준을 공급하였다. 또한 발전기 부하가 5~9 kW시 평균 1 kWh의 전력을 생산하기 위한 바이오가스 소모량은 약 1.8 $m^3$이였다. 따라서 실제 규모의 plant에서 약 500일간 운전한 결과 유입되는 돈분 슬러리의 TS 농도에 상관없이 소화조 내에 일정 농도의 유기물을 확보할 수 있었고, 바이오가스의 발생량은 일반적인 축산분뇨 가스 발생량 보다 높게 나타나 단상 혐기성 소화공정으로 고효율 처리가 가능한 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제31권1호
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• pp.69-84
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• 2023

폐기물처리시설의 지속적인 설치·정기검사에도 불구하고 현장 처리시설에서는 과다소각, 불법투기 악취 등에 대한 민원이 지속적으로 발생하는 것으로 보아 현재의 폐기물처리시설 설치정기 검사방법의 개선이 필요하다고 판단되었다 이에 현재 운영중인 폐기물처리시설(6개분야)을 대상으로 현장조사를 실시하여 각 분야별 폐기물처리공정을 파악하고 검사에 적용된 주요한 운영인자를 파악하고, 주요공정별 물질·에너지수지를 산정하여 폐기물처리시설의 적정 운영 여부를 확인하였다. 주요 운영인자 조사 결과 소각 및 시멘트 소성로, 소각열회수시설 등의 경우 소각에 필요한 소각로의 온도 유지 및 발생되는 대기오염물질의 처리가 가장 주요한 인자였으며, 매립시설의 경우 옹벽의 안정성, 매립 후 발생되는 침출수 및 배출가스 관리가 주요한 인자로 나타났다. 멸균·분쇄시설의 경우 멸균여부(아포균검사)가 가장 중요한 주요인자 이었으며, 음식물류폐기물처리시설의 경우 발효(소화, 부숙) 시 체류시간 및 악취관리가 주요한 인자로 나타났다. 또한 물질에너지수지 산정 결과 소각시설의 경우 폐기물 투입량 대비 바닥재 발생량은 약 14%, 비산재 발생량은 약 3%로 적정 운영되고 있을을 확인하였다. 또한 음식물류폐기물시설 중 혐기성분해시설의 경우 유입량 대비 바이오가스 발생량은 약 17%, 바이오가스 전환효율은 약 81%로 나타났고, 퇴비화시설의 경우 유입폐기물 대비 약 11%의 퇴비가 생산되어 모두 적정운영 되고있음을 확인하였다. 이에 따라 폐기물처리시설 검사방법의 고도화를 이루기 위해 세부검사방법의 정량적 기준 적립 뿐만 아니라 각 시설의 정기검사 시 1년간의 운영자료 등을 수집하여 폐기물의 흐름을 파악하고 처리시설의 적정운영 여부를 판단한다면, 처리시설의 운영 및 관리효율이 상승할 것으로 판단된다.

• 에너지공학
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• 제20권1호
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• pp.13-20
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• 2011

마이크로 가스터빈의 높은 연료 다양성은 광범위한 범위의 적용처에 적용할 수 있도록 설계되었다. 최근에는 가스터빈 발전시스템의 연료로서, 유기성폐기물의 소화가스와 쓰레기 매립지로부터 발생되는 바이오 가스에 대한 수요가 증가하고 있다. 우리는 매립지 가스를 이용하여 마이크로 가스터빈 열병합 발전시스템의 성능특성 및 운전 특성에 대한 영향을 연구하고 있다. 메탄과 이산화탄소를 동시에 회수하는 공정을 개발하여 현장 실증 플랜트 규모로 시험을 수행하였으며, 유리온실에 농작물의 이산화탄소 고농도 집적을 목적으로 철-킬레이트 화합물을 기본으로 하는 액상촉매를 이용하여 매립지 가스내에 있는 불순물을 저렴한 비용으로 제거하고자 한다. Fe-EDTA(철-킬레이트)를 이용한 내부순환 다판식 기포탑 반응기에 의하여 농축정제와 이산화탄소 제거가 매립지 가스의 최적화 연료화를 추진하였다. 매립지가스의 유량은 0.207 $m^3$/min이고 5.5 kg/$cm^2$의 압력으로 공급되며 메탄농도 70%, 이산화탄소 27%로 공급되도록 농축반응기를 설계하였고 황화수소 99% 제거를 목표로 한다. 유리온실은 마이크로 가스터빈 배가스와 온수를 이용하여 대기중의 이산화탄소 농도에서 1500 ppm의 농도범위로 공급되도록 설계되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권3호
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• pp.523-533
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• 2000

본 연구는 재래식 혐기성 공법에 비해 메탄회수율과 처리효율이 우수한 막분리형 이상 혐기성 반응시스템을 개발하여 산생성 반응조의 미생물 체류시간을 증대시키고 시스템 운전효율을 향상시키기 위해 수행하였다. Pilot plant 운전에 사용된 막은 셀룰로오스 계통으로 $0.5{\mu}m$의 막공경과 $0.8m^2$의 유효 표면적을 가졌으며 메탄발효조는 UASB와 AF로 구성되어 있다. 혐기성 침지형 반응조를 운전한 결과 COD 제거율은 70~80%, 생성가스 중 메탄함율은 90%까지 향상시킬 수 있었다. Pilot plant 운전동안 막의 케이크 저항이 중요한 막오염원으로 나타남에 따라 이를 최소화하기 위해 세가지 공경 (40, 53, $63{\mu}m$)을 가진 전처리 필터로 적용하였다. 적용된 prefilter중 $63{\mu}m$ 전처리 필터의 경우가 가장 효과적으로 케이크 저항을 줄이고 막 유속을 증가시켜 50일 이상 장기운전을 가능케 하였다. 또한 장기 운전으로 인한 막 오염물질은 산과 알카리 세척용액에 의해 연속적으로 세척함으로써 최초 막유속의 89% 까지 회복할 수 있었다.

• 한국환경보건학회지
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• 제21권4호
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• pp.1-9
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• 1995

This study was carried to investigate the biodegradability of phenol in the wastewater with the two sludge blanket-packed bed reactor in series. Each reactor had a dimension of 0.09 m i.d. and 1.5 m height and consisted of two regions. The lower region was a sludge blanket of 0.5 m height and the upper region was a packed-bed of 1 m height. The packed bed region was charged with ceramic raschig rings of 10 mm i.d., 15 mm o.d. and 20 mm length. The reactors were operated at 35$\circ$C and the hydraulic retention time(HRT) was maintained 24 hours. The synthetic wastewater composed of glucose and phenol as major components was fed into the reactor in a continuous mode with incereasing phenol concentration. In addition, the nutrient trace metals($Na^+, Mg^{2+}, Ca^{2+}, PO_4^{3-}, NH_4^+, Co^{2+}, Fe^{2+}$ etc.) were added for growing anaerobes. The phenol concentration of the effluent, the overall gas production, the composition of product gas, the efficiency of COD reduction and the duration of acclimation period were measured to determine the performance of the anaerobic wastewater treatment system as the phenol concentration of the influent was increased from 600 to 2400 mg//l. Successfully stable biodegradation of phenol could be achieved with the anaerobic treatment system from 600 to 1, 800 mg/l of the influent phenol concentration. The upper level of influent phenol loading was high enough to meet most of the practical requirement. The duration of acclimation increased with the phenol loading. At steady state of the influent phenol concentration of 1800 mg/l, the treatment performance indicated the phenol reduction efficiency of 99%, the COD reduction efficiency of 99% and the gas production rate of 37 l/day. At the influent phenol concentration of 2400 mg/l, however, the operation of the treatment system was noted unstable. While the concentration of methane in biogas decreased with increasing the influent phenol loading, the carbon dioxide was increased. However, the concentration of hydrogen was varied negligibly. The concentration of methane was high enough to be used as a fuel. As a result, it is suggested that anaerobic phenol wastewater treament was economical in the sense of energy recovery and wastewater treatment.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권3호
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• pp.295-301
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• 2015

폴리설폰 분리막을 이용한 바이오 메탄 가스 농축 특성을 이론적 방법으로 분석하였다. 병류 흐름 분리막 공정의 지배 방정식을 유도하고 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용하여 유도된 비선형 상미분 방정식을 수치 해석하였다. 공급 메탄 몰분율이 0.7로 주어진 전형적 운전조건에서 분리막 입구로부터 출구로 이동하면서 잔류 측 메탄몰분율은 0.7에서 0.76로 증가하였고 공급유량 대비 잔류유량 비는 1에서 0.79로 감소하였다. 공급 메탄 몰분율 또는 공급 압력이 증가할수록 잔류 측 메탄 몰분율은 증가하였다. 분리막 길이를 고정한 상태에서 분리막 면적이 감소하거나 투과 측 압력 대 공급 측 압력 비가 증가함에 따라 잔류 측 메탄 몰분율이 감소함을 확인하였다. 총 투과 분율이 증가할수록 잔류 측 메탄 몰분율은 증가하였고 메탄 회수율은 감소함을 관찰할 수 있었다.

• 설비공학논문집
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• 제24권6호
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• pp.521-537
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• 2012

This article reviews the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering during 2011. It is intended to understand the status of current research in the areas of heating, cooling, ventilation, sanitation, and indoor environments of buildings and plant facilities. Conclusions are as follows. (1) Research trends of thermal and fluid engineering have been surveyed as groups of fluid machinery and fluid flow, thermodynamic cycle, and new and renewable energy. Various topics were presented in the field of fluid machinery and fluid flow. Research issues mainly focused on the rankine cycle in the field of thermodynamic cycle. In the new and renewable energy area, researches were presented on geothermal energy, fuel cell, biogas, reformer, solar water heating system, and metane hydration. (2) Research works on heat transfer area have been reviewed in the categories of heat transfer characteristics, pool boiling and condensing heat transfer, nanofluids and industrial heat exchangers. Researches on heat transfer characteristics included heat transfer above liquid helium surface in a cryostat, methane hydrate formation, heat and mass transfer in a liquid desiccant dehumidifier, thermoelectric air-cooling system, heat transfer in multiple slot impinging jet, and heat transfer enhancement by protrusion-in-dimples. In the area of pool boiling and condensing heat transfer, researches on pool boiling of water in low-fin and turbo-B surfaces, pool boiling of R245a, convective boiling two-phase flow in trapezoidal microchannels, condensing of FC-72 on pin-finned surfaces, and natural circulation vertical evaporator were actively performed. In the area of nanofluids, thermal characteristics of heat pipes using water-based MWCNT nanofluids and the thermal conductivity and viscosity were measured. In the area of industrial heat exchangers, researches on fin-tube heat exchangers for waste gas heat recovery and Chevron type plate heat exchanger were implemented. (3) Refrigeration systems with alternative refrigerants such as $CO_2$, hydrocarbons, and mixed refrigerants were studied. Heating performance improvement of heat pump systems were tried applying supplementary components such as a refrigerant heater or a solar collector. The effects of frost growth were studied on the operation characteristic of refrigeration systems and the energy performance of various defrost methods were evaluated. The current situation of the domestic cold storage facilities was analyzed and the future demand was predicted. (4) In building mechanical system fields, a variety of studies were conducted to achieve effective consumption of heat and maximize efficiency of heat in buildings. Various researches were performed to maximize performance of mechanical devices and optimize the operation of HVAC systems. (5) In the fields of architectural environment and energy, diverse purposes of studies were conducted such as indoor environment, building energy, and renewable energy. In particular, renewable energy and building energy-related researches have mainly been studied as reflecting the global interests. In addition, various researches have been performed for reducing cooling load in a building using spot exhaust air, natural ventilation and energy efficiency systems.