바이오가스 분리용 Cellulose Acetate 기반 고선택도 중공사 분리막 제막

신명섭 ( Myung-seop Shin ),박서현 ( Seo-hyun Pak ),전용우 ( Yong-woo Jeon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

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.

역삼투 실험공정(seaHERO 1000)의 해수를 이용한 오염된 역삼투막과 원수의 미생물 군집비교

신명섭 ( Myung Seop Shin ),김란희 ( Lan Hee Kim ),김성조 ( Sung Jo Kim ),김창민 ( Chang Min Kim ),김인수 ( In S. Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2011 공동 추계학술발표회 Vol.2011 No.-

바이오가스 플랜트 시설에서의 황화수소 거동: 탈황설비를 중심으로

신명섭 ( Myung-seop Shin ),정상철 ( Sang-cheol Jeong ),전용우 ( Yong-woo Jeon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

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.

하수슬러지 및 음식물류폐기물의 수열반응에 의한 건조 효율 평가

신명섭(Myung Seop Shin),이형돈(Hyung Don Lee),전용우(Yong Woo Jeon) 유기성자원학회 2017 유기물자원화 Vol.25 No.1

유기성폐기물의 수열처리 기술은 고온에서 운전하여 에너지 소비가 큰 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로, 세포벽을 파괴하여 탈수성을 향상시켜 탈수공정에서 함수율을 약 40% 수준까지 낮출 수 있는 장점을 가지고 있어 유기성폐기물의 고형연료화 분야에서 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 수열처리가 유기성폐기물의 건조효율에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 대상물질로는 대표적인 유기성폐기물인 하수슬러지와 음식물류폐기물을 이용하여 200℃에서 1시간동안 수열처리한 후 건조효율 변화를 관찰하였다. 유기성폐기물은 수열처리 후에 건조시간이 단축되어 100℃에서 건조한 음식물류폐기물의 경우 원시료보다 건조시간이 52.9% 감소하였다. 따라서 수열탄화 반응이 하수슬러지와 음식물류폐기물의 건조효율을 상승시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 건조특성곡선의 예열기간에서 건조속도가 원시료 대비하여 각각 148%(80℃ 하수슬러지), 151%(100℃ 하수슬러지), 209%(80℃ 음식물류폐기물), 366%(100℃ 음식물류폐기물)로 모든조건에서 증가되는 것으로 보아 수열반응에서 세포벽이 파괴되면서 표면적이 늘어났음을 간접적으로 파악할 수 있었다. 건조시간이 단축됨에 따라 한계함수율이 높아져 감율건조기간이 증가하였으므로 이에 주의하여야 하며, 탄화정도에 따라 건조효율이 더 개선될 수 있을 것으로 기대된다. The technology for hydrothermal reaction of organic waste is one of the promising process to improve energy efficiency of biomass waste recycling system since moisture contents of treated biomass could be reduced at 40% or less than by dehydration processes. For these reasons, many parts of the world are interested in hydrothermal reaction of organic waste. In this paper, drying performances were evaluated with and without hydrothermal reaction of organic wastes which are sewage sludge and food wastes. For the hydrothermal reaction, organic wastes were treated at 200℃ for 1hr. Drying time of treated organic waste by hydrothermal reaction was reduced. In case of food waste drying at 100℃, drying time of treated wasted was reduced more 52.9% than non-treated. Hence, drying performances of sewage sludge and food wastes should be improved by hydrothermal reaction. Drying rates of treated wastes were considerably increased at preheat period of drying characteristic curve as followings; at 80℃ sludge as 148%, 100℃ sewage sludge as 151%, 80℃ food waste as 209%, 100℃ food waste as 366%. It means the surface area of treated wastes could be increased with destruction of cell membrane by hydrothermal reaction. However, the designer and operator of drying process should be careful, since enhanced drying rate cause the extension the decreasing drying period.

건조효율 향상을 위한 마이크로파 감응형 최적 고온발열체 선정

신명섭(Myung-Seop Shin),전미진(Mijin Jeon),정성대(Seong-Dae Jeong),전용우(Yong-Woo Jeon) 한국신재생에너지학회 2017 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5

휘발성 유기화합물 회수를 위한 저온 VSA 공정 및 용매 직접접촉식 응축 공정의 현장 적용성 연구

전미진 ( Mi-jin Jeon ),신명섭 ( Myung-seop Shin ),정상철 ( Sang-chul Jung ),전용우 ( Yong-woo Jeon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

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.

디스크건조기를 이용한 수열탄화 생성물의 건조특성

이형돈 ( Hyung-don Lee ),신명섭 ( Myung-seop Shin ),전미진 ( Mi-jin Jeon ),조용수 ( Yong-su Cho ),허우인 ( Woo-in Heo ),전용우 ( Yong-woo Jeon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

수열탄화 기술은 고온에서 반응이 발생하는 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로 일정 온도조건(150~200℃)와 고압(10~20 kg/㎠)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 0.9㎡의 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/㎠G)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.

산취급사업장근로자에서 산의 원천별 치아부식증의 분포 및 연관 요인에 관한 조사연구

박승민 ( Seung-min Park ),신명섭 ( Myung-seop Shin ),공미선 ( Mi-sun Kong ),김현덕 ( Hyun-duck Kim ) 대한구강보건학회 2016 大韓口腔保健學會誌 Vol.40 No.4

Objectives: No evidence has been found on various types of dental erosion, except for occupational dental erosion. This study aimed to evaluate the distribution of four types of dental erosion (occupational, dietary, systemic, and gastric) and its associated factors among workers in factories that use acids. Methods: Of 89,034 workers from 4,625 factories that use acids, 716 workers from 38 factories were selected for this cross-sectional epidemiological study by using three-stage stratified cluster sampling. Evaluation for dental erosion was performed by a trained dentist by using Kim`s criteria, and a saliva sample was collected directly from each participant. Data on acid sources and associated factors were collected by using questionnaires. By using a complex sample analysis, the T test and Rao-Scott chisquare test were applied to analyze the distribution of four acid factors and to evaluate the associated factors. Results: The prevalence of overall dental erosion was 37.7% for occupational dental erosion, 23.1% for dietary dental erosion, 3.1% for systemic dental erosion, and 3.2% for gastric dental erosion. The prevalence of severe dental erosion was 10.5% for occupational dental erosion, 7.1% for dietary dental erosion, 1.8% for systemic dental erosion, and 1.7% for gastric dental erosion. The factors associated with dental erosion were age, sex, acid exposure, dental cervical abrasion, and dental attrition. Conclusions: Our data showed that the prevalence of dental erosion was high, moderate, and low in occupational, dietary, and gastric and systemic dental erosions, respectively, among workers exposed to acids. The related factors differed according to the types of dental erosion. Our data suggested that different types of promotion programs for dental erosion should be considered according to acid source.

폐기물관리 시스템의 최적화 설계: 방법론적 접근

정상철 ( Sang-chul Jung ),전미진 ( Mi-jin Jeon ),신명섭 ( Myung-seop Shin ),전용우 ( Yong-woo Jeon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

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 생활 폐기물을 다양한 유용자원으로 전환 방안을 소개함으로써 폐자원에너지화 활성화에 기여하고자 하였다.

수리학적 체류 시간이 정삼투 공정의 유출수량에 미치는 영향

김창민 ( Chang Min Kim ),김성조 ( Sung Jo Kim ),신명섭 ( Myung Seop Shin ),김인수 ( In S. Kim ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2011 공동 추계학술발표회 Vol.2011 No.-