혼합 소화공정을 통한 하수 슬러지와 음폐수 병합 처리

하정협 ( Jeong Hyub Ha ),박종문 ( Jong Moon Park ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.5

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. In this study, in order to find the feasibility of thermophilic biological pre-treatment for the co-digestion of food wastewater and sewage sludge, digestion efficiency of the combined thermophilic aerobic and mesophilic anaerobic process and its effect on methane production were investigated. Also, a lab-scale co-digestion process was operated to observe parameter changes according to the increase of organic loading rates using different dilution ratios of distilled water and food wastewater (1/3 [Run I], 2/3 [Run II] in addition to using the raw food wastewater [Run III]). The results indicated that co-digestion process maintained quite stable and constant pH during entire experiments. With regard to VS removal, the higher removal was observed in the combined process and the removal efficiency was 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) and 72.53 (Run III), respectively. In addition, the combined process showed about an 1.6-fold improved methane production rate and significantly higher methane yield than that of using single anaerobic digestion process.

수질관리 : 재조합 대장균(Escherichia coli)을 이용한 인(P)의 제거

하정협 ( Jeong Hyub Ha ),강동균 ( Dong Gyun Kang ),안해영 ( Hae Young Ahn ),최석순 ( Suk Soon Choi ),송지현 ( Ji Hyeon Song ),차형준 ( Hyung Joon Cha ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2009 공동 추계학술발표회 Vol.2009 No.-

혼합 소화공정에서 내부반송과 다양한 전처리를 통한 하수 슬러지 처리

하정협 ( Jeong Hyub Ha ),최석순 ( Suk Soon Choi ),박종문 ( Jong Moon Park ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.5

본 연구에서는 유입 슬러지에 다양한 전처리 방법과 고액분리장치를 이용한 유출수의 잉여슬러지를 농축 후 내부반송을 적용하여, 중온혐기-고온호기 혼합 슬러지 처리 공정의 슬러지 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 실험실 규모의 혼합 소화공정장치를 제작하여 서로 다른 유입 슬러지 전처리방법을 적용하여 5단계로 실험을 진행하였다. 1단계에서는 열-알칼리처리 전처리를 하여 슬러지를 공급하였고, 2, 3, 4단계에서는 유출수로부터 농축된 잉여슬러지의 내부반송과 각각 열-알칼리처리, 열처리, 알칼리 처리(7일)를 거친 유입 슬러지를 공급하였다. 마지막 5단계에서는 전처리를 하지 않은 슬러지를 공급하였다. 실험 결과, 1단계에서 4단계까지 진행되는 동안 Volatile Suspended Solid (VSS) 제거율은 유입 슬러지 전처리와 내부반송을 적용하는 경우 크게 증가하였으며, 메탄 생성량 또한 2단계에서 슬러지 내부반송과 열-알칼리처리 전처리 적용의 경우 285 mL/L/day까지 크게 증가하였다. 한편, 5단계에서 전처리를 하지 않은 슬러지를 공급하였을 경우 VSS 제거율과 메탄 생성량이 크게 감소하였다. 결론적으로, 유입 슬러지의 열-알칼리처리 전처리와 유출수의 농축 잉여슬러지의 내부반송을 통해 복합 슬러지 처리 공정의 슬러지 제거 효율과 메탄생성량을 크게 증가시킬 수 있었다. In this study, various influent sludge pre-treatment methods and the internal recirculation of thickened sludge from effluents using a liquid/solid separation unit were adopted to investigate their effects on the sludge digestion and methane production in a combined mesophilic anaerobic and thermophilic aerobic sludge digestion process. A lab-scale combined sludge digestion process was operated during 5 phases using different feed sludge pre-treatment strategies. In phase 1, the feed sludge was pre-treated with a thermal-alkaline method. In contrast, in phases 2, 3 and 4, the internal recirculation of thickened sludge from the effluent and thermal-alkaline, thermal, and alkaline pre-treatment (7 days) were applied to the combined process. In phase 5, the raw sludge without any pre-treatment was used to the combined process. With the feed sludge pre-treatment and internal recirculation, the experimental results indicated that the volatile suspended solid (VSS) removal was drastically increased from phases 1 to 4. Also, the methane production rate with the thermal-alkaline pre-treatment and internal recirculation was significantly improved, showing an increment to 285 mL/L/day in phase 2. Meanwhile, the VSS removal and methane production in phase 5 were greatly decreased when the raw sludge without any pre-treatment was applied to the combined process. Considering all together, it was concluded that the combined process with the thickened sludge recirculation and thermal-alkaline pre-treatment can be successfully employed for the highly efficient sewage sludge reduction and methane gas production.

논문(論文) : 다중 모래 여재를 적용한 부분 포기 Biological Aerated Filter의 효과적인 Total Nitrogen(TN) 제거

강정희 ( Jeong Hee Kang ),송지현 ( Ji Hyeon Song ),하정협 ( Jeong Hyub Ha ) 대한상하수도학회 2010 상하수도학회지 Vol.24 No.1

황기 줄기 바이오차를 활용한 카드뮴과 망간 이온의 제거

최석순 ( Suk Soon Choi ),하정협 ( Jeong Hyub Ha ),김승수 ( Seung-soo Kim ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.1

충북의 북부지역에서 한약재 부산물로서 황기 줄기가 대량 생산되고 있으나, 이러한 부산물들은 특별한 수요처가 없이 밭에 폐기물로 버려지고 있다. 본 연구에서는 이 폐기물을 재활용하고자, 황기 줄기를 사용하여 바이오차를 제조하였다. 이 바이오차를 사용하여 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온의 제거특성을 고찰하였다. 50과 100 mg/L 카드뮴이온을 처리하기 위하여 흡착 평형 실험이 이루어졌을 때, 카드뮴의 제거효율은 각각 100과 95%를 나타내었다. 또한, 50과 100 mg/L 망간 이온을 제거하기 위하여 5 h의 반응이 이루어졌을 때, 각각 36.1과 37.9 mg/g 최대 흡착량을 얻을수 있었다. 위의 실험 결과, 카드뮴과 망간 이온의 제거공정에서 황기 줄기 바이오차는 활성탄보다 4배 이상의 흡착량을 나타내었다. 그리고 황기 줄기 바이오차와 활성탄 표면의 화학 구조를 관찰하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 분석한 결과, 황기 줄기 바이오차는 활성탄과 비교하여 산소 함량과 O/C의 비율이 각각 2.1과 2.4배증가함을 알 수 있었다. 또한, 망간 이온의 제거능력을 향상시키기 위하여 온도 변화에 의한 운전이 이루어졌으며, 45 ℃로 4 h에서 흡착 평형에 도달하였으며 50과 100 mg/L 망간 이온은 각각 92, 53%의 제거효율을 나타내었다. 결과적으로 이러한 실험 결과들은 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온을 친환경적이며 경제적으로 처리하는 새로운 제거기술에 유용하게 사용될 수 있을 것이다. Astragalus uliginosus L.-stems as a by-product of oriental medicine are produced largely in a northern area of Chungbuk province. These by-products do not have any demand and thus usually discarded into the fields as a waste. In this work, a biochar was prepared from the Astragalus uliginosus L.-stem waste for recycling. The biochar was used to investigate the removal characteristics of cadmium and manganese ions dissolved in water. When adsorption equilibrium experiments were performed to treat 50 and 100 mg/L of cadmium ions, the removal efficiencies of cadmium were 100 and 95%, respectively. In addition, the maximum of adsorption amount for manganese ions in 5 h at an initial concentration of 50 and 100 mg/ L was found to be as 36.1 and 37.9 mg/g, respectively. Based on the experimental results, it was found that the adsorption amount of Astragalus uliginosus L.-stem biochar for the removal of both cadmium and manganese ions was four times higher than that of the activated carbon. The surface analysis of both biochar and activated carbon samples using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis showed that the oxygen content and O/C ratio of biochar was 2.1 and 2.4 times higher than that of the activated carbon, respectively. In order to enhance the removal capability of manganese, 50 and 100 mg/L of manganese ions were operated at different temperatures. It was observed that these equilibrium was attained in 4 h under 45 ℃ and removal efficiencies were 92 and 53%, respectively. Consequently, the experimental results can be utilized as a new removal technology for eco-friendly and economically treating cadmium and manganese ions dissolved in water.

향나무를 활용한 수중에서 메틸렌 블루의 제거

최석순 ( Suk Soon Choi ),하정협 ( Jeong Hyub Ha ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.3

강원지역 산림에서 수목들의 가지치기로 인하여 발생되는 목재 폐기물의 재활용 처리 기술 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 3종류(낙엽송, 향나무, 소나무) 폐목재를 활용한 흡착 실험에 의하여 수중에 함유된 메틸렌 블루의 제거능력이 우수한 생물흡착제로 향나무를 선별하였다. 그리고, 메틸렌 블루 제거효율을 향상하고자 0.4 g/100 mL의 향나무를 주입하여 반응 4 h 흡착하였을 때, 수중에 용해된 100, 200, 300 mg/L의 메틸렌 블루는 각각 98, 93, 81%의 제거효율을 나타내었다. 흡착제 농도 변화에 의한 흡착평형 자료들은 Freundlich식보다 Langmuir식에 잘 부합됨을 알수 있었다. 또한, 메틸렌 블루 농도 변화에 의한 동력학적 실험으로부터, 생물흡착 속도식은 유사 2차 반응식에 보다 적합함을 알 수 있었다. 고농도 메틸렌의 블루 제거능력을 증가시키기 위하여, 300과 400 mg/L 메틸렌 블루를 210rpm 교반속도로 4 h 운전하였을 때, 각각 92, 76% 제거효율을 나타내었다. 따라서 이러한 실험 결과들은 수중에 용해된 메틸렌 블루를 경제적으로 처리하는 새로운 생물흡착 기술에 유용하게 사용될 수 있을 것이다. The development of treatment technologies for recycling waste woods generated from tree pruning is required in Gangwon province forest. In this study, according to adsorption experiments using three types (Larix kaemoferi, Juniperus chinensis, Pinus densiflora) of waste woods, Juniperus chinensis as a biosorbent showing an excellent removal ability was selected for the removal of methylene blue in an aqueous phase. When 0.4 g/100 mL of Juniperus chinensis was used to improve the removal efficiency of methylene blue for 4 h, each 100, 200 and 300 mg/L of methylene blue dissolved in the aqueous phase were removed to 98, 93, and 81%, respectively. The adsorption equilibrium data obtained by changing adsorbent concen-trations was found to be more consistent with the Langmuir than the Freundlich equation. In addition, based on dynamic experiments by changing the methylene blue concentration, the biosorption kinetics equation was more suitable for a pseu-do-second order model. In order to enhance the removal capability of highly concentrated methylene blue, 300 and 400 mg/L of methylene blue were operated for 4 h under 210 rpm of agitation velocity and removal efficiencies were 92 and 76%, respectively. Consequently, these experimental results can be effectively utilized as a new biosorption technology for economically treating methylene blue dissolved in an aqueous phase.

Candida tropicalis 괄고정 담체를 적용한 Airlift Loop Bioreactor에서의 복합 휘발성유기화합물 제거

남궁형규(Hyeong Kyu Namgung),하정협(Jeong Hyub Ha),황선진(Sun Jin Hwang),송지현(Ji Hyeon Song) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.8

본 연구는 휘발성유기화합물질의 분해능력을 가진 yeast인 Candida tropicalis를 이용하여, 대표적인 휘발성 유기화합물질인 톨루엔과 MEK의 제거효율을 향상시키기 위하여 수행되었다. 반응기는 가스상으로 유입되는 톨루엔과 MEK의 물질전달 능력을 향상시키기 위하여 airlift loop 형태로 선택하였고, yeast 미생물의 효과적인 포괄고정화를 위해 분말활성탄(PAC)과 알지네이트(Alginate), PEG로 고분자 담체를 형성하였다. Airlift loop bioreactor의 물질전달성능을 평가하기 위한 실험을 수행하였으며, 기체체류시간 15초에서 담체를 첨가하지 않은 액상의 톨루엔 물질전달계수(KLa) 값이 1.29 min-1이었으나, 고분자 담체를 첨가한 경우 톨루엔의 KLa는 4.07 min-1로 증가하였다. 따라서 고분자담체를 적용하는 것이 기상으로 유입되는 휘발성유기화합물의 물질전달을 향상시키는 것으로 확인되었다. 이러한 airlift loop bioreactor와 yeast 포괄고정 담체를 적용하여 체류시간을 60초, 30초, 15초에서 유입부하에 변화를 주며 실험을 진행한 결과, 톨루엔 5, 10, 19, 37 g/m3/hr, MEK 4.5, 8.9, 17.8, 35.1 g/m3/hr의 유입부하 변화에도 전체 80% 이상의 안정적인 처리효율을 나타내었다. 또한 airlift loop bioreactor의 분해능을 확인하기 위하여 유입부하를 단기간 변화시켜 주며 실험한 결과, 톨루엔과 MEK의 최대분해능은 각각 70.4 g/m3/hr, 56.4 g/m3/hr로 확인되었다. This research was performed to improve removal efficiency of toluene and methyl ethyl ketone (MEK) using Candida tropicalis, one of the yeast species. An airlift loop bioreactor (ALB) was employed to enhance the capability of mass transfer for toluene and MEK from the gas phase to the liquid, microbial phase. Polymer gel media made from PAC, alginate and PEG was applied for the effective immobilization of the yeast strain on the polymer gel media. The experimental results indicated that the mass transfer coefficient of toluene without polymer gel media was 1.29 min-1 at a gas retention time of 15 sec, whereas the K(L)a value for toluene was increased to 4.07 min-1 by adding the media, confirming the enhanced mass transfer of volatile organic compounds between the gas and liquid phases. The removal efficiency of toluene and MEK by using yeast-immobilized polymer gel media in the ALB was greater than 80% at different pollutant loading rates (5, 10, 19 and 37 g/m3/hr for toluene, 4.5, 8.9, 17.8 and 35.1 g/m3/hr for MEK). In addition, an elimination capacity test conducted by changing inlet loading rates stepwise demonstrated that maximum elimination capacities for toluene and MEK were 70.4 and 56.4 g/m3/hr, respectively.

Phosphate Binding Protein이 세포질에 발현된 재조합 박테리아를 이용한 인 제거

최석순 ( Suk Soon Choi ),하정협 ( Jeong Hyub Ha ),차형준 ( Hyung Joon Cha ) 한국공업화학회 2013 공업화학 Vol.24 No.5

In the present work, we constructed a recombinant Escherichia coli with cytoplasmic-expressed phosphate-binding protein (PBP) and investigated its phosphate removal in water phase. When the recombinant bacteria were cultured for 6 h to treat phosphate, the removal efficiencies were 90, 49, and 41% for the treatment of 1.0, 1.5, and 2.0 mg/L phosphate, respectively, indicating good specific phosphate removal of our developed system. Also, cell densities of 2.5 and 5.0 Optical density resulted in high phosphate removal efficiencies and ∼80% of 2.0 mg/L phosphate was efficiently removed. A novel biotechnology developed in this study could be effectively employed for resolving eutrophication problem in water body.

석유계 잔사유 피치를 이용한 수중에서 저농도 세슘 이온의 제거효율 향상

최태령(Tae Ryeong Choi),하정협(Jeong Hyub Ha),최석순(Suk Soon Choi) 유기성자원학회 2021 유기물자원화 Vol.29 No.4

본 연구에서는 석유계 잔사유 피치를 효과적으로 활용하고자, 세슘 이온의 제거를 위한 흡착제로 사용하였다. 이 실험에서는 수중에 용해된 저농도 세슘 이온의 제거능력 향상을 위하여 흡착제에 산 개질(염산, 황산)처리가 수행되었다. 그 결과, 9 M 황산으로 개질된 흡착제가 25 ℃에서 240 min 반응이 이루어졌을 때, 1.0과 2.5 mg/L의 세슘 이온의 제거효율은 각각 66, 51%를 나타내었다. 또한, 회분식 공정에서 흡착 시간이 증가할수록 1.0과 2.5 mg/L의 세슘 이온 제거능력이 향상되었으며, 32 hr 흡착에 도달하였을 때 각각 72, 68%의 제거효율을 나타내었다. 그리고 잔존하는 세슘 이온의 제거 능력을 높이고자, 온도 변화(25, 37, 49 ℃)에 의한 실험이 이루어졌으며, 49 ℃와 32 hr의 운전 조건에서 수중에 함유된 1.0과 2.5 mg/L 세슘이온은 각각 90, 81%의 제거효율을 얻을 수 있었다. 따라서 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 저농도 세슘 이온을 경제적으로 처리할 수 있는 흡착 기술로 사용하고자 하였다. In this research, in order to effectively utilize the petroleum residue pitch, it was used as an adsorbent for removal of cesium ion. In this experiment, acid modification (hydrochloric acid, sulfuric acid) treatment was performed on the adsorbent to improve the ability to remove low-concentration cesium ions dissolved in water. As a result, when the reaction was performed with 9 M sulfuric acid at 25 °C and for 240 min, the removal efficiencies of 1.0 and 2.5 mg/L cesium ions were 66 and 51%, respectively. In addition, as the adsorption time increased in the batch experiment, the removal capacity of 1.0 and 2.5 mg/L cesium ions was improved, and when the adsorption reached for 32 hr, the removal efficiencies were 72 and 68%, respectively. Also, in order to increase the ability to remove the remaining cesium ions, an experiment was performed by temperature change (25, 37, 49 ℃), and 1.0 and 2.5 mg/L cesium ions contained in water under the operating conditions of 49 ℃ and 32 hr showed removal efficiencies of 90 and 81%, respectively. Consequently, these experimental results were intended to be used as an adsorption technology that can economically treat low-concentration cesium ions contained in water.

우슬 줄기 부산물을 이용한 아연과 철 이온의 제거효율 향상

최석순 ( Suk Soon Choi ),최태령 ( Tay Ryeong Choi ),하정협 ( Jeong Hyub Ha ) 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.1

본 연구에서는 한약재 부산물로서 우슬 줄기를 사용하여 바이오차를 제조하였다. 제조된 바이오차를 수처리 공정에 적용하기 위하여, 수중에 용해된 아연과 철 이온의 흡착 특성을 고찰하였다. 70과 100 mg/L 아연 이온을 제거하고자 2 h 실험이 이루어졌을 때, 각각 32.3과 31.0 mg/g 흡착량을 구할 수 있었다. 위의 실험 결과, 아연 이온의 제거공정에서 우슬 줄기 바이오차는 활성탄소 보다 3배 이상의 흡착량을 나타내었다. 또한, 70과 100 mg/L 철 이온을 처리하고자 2 h 실험이 수행되었을 때, 각각 50.1과 54.3 mg/g의 높은 흡착량을 얻었다. 그리고, 아연과 철 이온의 제거효율을 향상시키고자, 우슬 줄기 바이오차에 수증기 활성화 공정이 이루어졌다. 그 결과, 70과 100 mg/L 아연 이온의 제거효율이 각각 80과 60%로 증가되었다. 또한, 70과 100 mg/L 철 이온의 제거효율은 각각 100과 82%로 향상되었다. 그리고 수증기로 활성화된 우슬 줄기 바이오차는 미처리된 우슬 줄기 바이오차와 비교하였을 때, 비표면적이 37.3배 증가되었으며 총 기공부피와 대세공 기공부피가 각각 28.4, 136배 향상되었다. 따라서 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 아연과 철 이온을 경제적이고 실용적으로 흡착 처리하는 기술에 사용될 수 있을 것이다. In the present work, biochar was prepared using Achyanthes japonica stem as a by-product of herbal medicine. In order to apply the prepared biochar to water treatment process, the adsorption characteristics of zinc and iron ions dissolved in water were investigated. When the experiments were performed for 2 h to remove 70 and 100 mg/L of zinc ions, the adsorption amounts of 32.3 and 31.0 mg/g were obtained, respectively. It was also found that the adsorption amount of Achyanthes japonica stem biochar for the removal process of zinc ion was three times higher than that of the activated carbon. In addition, when the experiments were performed for 2 h to treat 70 and 100 mg/L of iron ions, high adsorption amounts of 50.1 and 54.3 mg/g were achieved, respectively. In order to further enhance the removal efficiency of zinc and iron ions, a steam activation process was performed on the biochar of Achyanthes japonica stem. As a result, the removal efficiencies of 70 and 100 mg/L of zinc ions increased to 80 and 60%, respectively. Also, the removal efficiencies of 70 and 100 mg/L of iron ions were improved to 100 and 82%, respectively. In addition, when the biochar of Achyanthes japonica stem with a steam activation was compared with the untreated biochar of Achyanthes japonica stem, the specific surface area increased 37.3 times, and the total and macroporpous pore volumes were improved by 28.4 and 136 times, respectively. Therefore, the results can be used for economically and practically adsorbing zinc and iron ions contained in water.