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개량 바이오차를 이용한 폐광산 토양 내 비소 안정화 특성 평가
류도윤 ( Do-yoon Ryu ),김대기 ( Daegi Kim ),김은정 ( Eun-jung Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
과거 채광활동 이후 방치된 광산폐기물은 집중 호우나 강풍 등 여러 가지 환경변화에 의해 쉽게 용출되어 주변 하천 및 토양에 심각한 환경문제를 발생시킨다. 특히 토양 내 존재하는 비소 및 중금속은 재배작물을 통해 전이되거나 이를 섭취한 동물의 체내에 축적되어 최종적으로 인간의 건강에 위협이 되고 있다. 토양 내 비소 및 중금속을 제거하기 위한 방법으로는 안정화 및 고정화, 식물 안정화, 등 물리ㆍ화학적이거나 생물학적 기반의 다양한 기술에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 석회나 레드머드와 같은 알칼리성 산업부산물이나 슬러지, 바이오차와 같은 유기성 폐기물을 안정화제로써 이용하여 토양 내 비소 및 중금속을 안정화하는 기술들이 개발되고 있다. 바이오차는 토양에 적용하였을 시 식물 생산성을 증대시키고 pH, 수분함량, 양이온 교환능력을 높여 토질 개선에 탁월하며, 탄소격리로 인해 온실가스 저감 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 생산되 바이오차는 다공질 구조와 다양한 작용기가 존재하고 있어 중금속 및 유기오염물질 흡착에 효과적이며, 높은 pH를 나타내다. 본 연구에서는 바이오차의 단점 등을 보완하는 Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>나 FeCl<sub>3</sub>와 같은 철 기반 물질을 이용하여 개량하 바이오차 비소 흡착 효율변화를 확인하였다. 이러한 바이오차를 이용하여 폐광산 지역의 비소의 위해성을 감소시고자 하였다. 토양시료는 고농도의 비소로 오염된 전남 영암군에 위치한 E광산 토양의 하갱과 하갱아래 토양을 사용하였으며, 목재 및 왕겨 바이오차를 FeCl<sub>3</sub>와 철산화물과 같은 철 기반물질을 통해 개량된 바이오차를 이용하여 토양 내 비소의 안정화 특성을 평가하였다. 토양 내 바이오차의 비율은 0, 2, 5, 10%로 각각 달리하여 안정화를 수행하였으며, TCLP 용출시험법을 통해 안정화 효율을 평가하였다. 또한 안정화 후 토양 내 비소의 존재형태는 연속추출법을 이용하여 평가하였다.
수열탄화를 통한 EFB 연료화 및 무기물 특성 변화에 따른 파울링 저감
류도윤(Do-yoon Ryu),주유진(Yujin Ju),우선영(Sunyoung Woo),장계환(Kye Hwan Jang),이종욱(Jong Wook Lee),김대기(Daegi Kim) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
최근 말레이시아나 인도네시아와 같은 동남아시아 지역에서는 야자나무 열매에서 팜유를 추출하여 비누, 화장품 등 다양한 용도로 사용되고 있으며 Empty Fruit Bunch(EFB)이나 Palm Kernel Shell(PKL) 둥 다양한 부산물이 대량으로 발생한다. 적절한 처리를 하지 않고 방치된 이러한 부산물들은 악취를 발생시키거나 분해과정에서 유해한 메탄가스를 발생시켜 심각한 환경오염을 유발하고 있으며 그에 적절한 처리가 필요하다. EFB 또한 바이오매스의 종류 중 하나로 바이오매스 연료화 기술에 적용가능성이 있으며 그에따른 여러 연구들이 진행되고 있다. 그러나 EFB와 같은 바이오매스는 기존의 석탄보다 낮은 발열량과 높은 수분함량으로 인해 연료로써 이용하기에는 적절하지 않다. 또한, 일부 바이오매스에는 다양한 무기성분을 함유하고 있어 보일러나 소각로 내 부식 또는 파울링 (Fouling)이나 슬래깅 (Slagging)과 같은 클링커 문제를 유발하기도 한다. 따라서 이를 해결하기 위한 적절한 전처리 과정이 필요하다. 수열처리는 물을 열전달 물질로 하여 임계점 이하의 아임계수 조건인 고온 · 고압에서 이루어지는 열화학적 전처리 기술로 가수분해와 열분해 반응을 통해 대상물질을 쉽게 분해시키며, 물질의 가용화나 탄화, 액화 공정에 따라 다양한 공정에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 팜 부산물인 EFB에 수열처리를 하여 연료 특성 및 무기물 변화에 따른 파울링 저감 특성을 확인하였다. 수열처리는 EFB와 물을 각각 1:20 wt%로 하여 시료가 물에 충분히 잠기도록 하였으며 반웅온도를 180-300℃, 반웅시간은 60분에서 실시하였다. 그 결과, 수열처리를 통해 생성된 hydrochar의 탄소함량이 46.1%에서 68.9%로 고정탄소 함량이 20.9%에서 52.1%까지 높아진 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과로 인해 발열량 또한 증가하였으며, 연료 특성이 향상되었다고 볼 수 있다. EFB의 경우 일반적인 바이오매스에 비해 높은 O함량을 가지고 있었으며, 수열처리의 아임계수를 통한 무기물 유전율의 변화로 인해 Cl 함량이 4.8%에서 1.4%로 낮아졌다. 또한 주로 파울링 문제를 유발하는 K2O와 MgO의 함량이 낮아지는 결과를 보였다. 이러한 결과로 인해 수열처리를 통한 EFB의 처리는 연료의 화학적 특성을 개선하였다고 판단된다.
수열탄화를 통한 축분의 연료화 및 연소시 파울링 저감 특성
류도윤(Do-yoon Ryu),우선영(Sunyoung Woo),주유진(Yujin Ju),김대기(Daegi Kim) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
국내 발생 유기성 폐자원 중에서 많이 발생되는 유기성폐 자원은 축분과 폐목재, 농업부산물, 유기성슬러지이다. 이 중에서 폐목재와 농업부산물은 현재 가축 사료, 퇴비화 및 재활용 기술(Bio-SRF) 이 개발되어 많이 이용되고 있다. 그러나 축분과 같은 유기성 폐자원은 함수율이 높아 직접 연료화보다는 생물학적 처리를 통한 활용방안으로 퇴비화, 혐기성 소화 등이 가장 많이 사용하고 있다. 본연구에서는 바이오매스 중 축산분뇨를 적용하여, 수열반응을 적용하여 무기물의 변화를 확인하였다. 수열탄화 반응온도 180~300℃, 반응시간 60분에서 실시하였다. 수열반응를 통해 탄소함량이 증가하였으며, 고정탄소 함량도 높아졌다. 이러한 결과로 발열량의 증가를 얻었다. 축산분뇨는 일반적인 바이오매스에 비해 높은 염소 함량 및 인의 함량이며, 연소 반응기 내에 클링거를 형성하거나 후단에열교환기 등에 파울링을 형성하여 효율을 저감하는 효과를 나타낸다. Agglomeration test를 통해서수열탄화를한 축분연료 연소시 발생하는 파울링의 저감 효과를 분석하였다. XRF의 결과에서 나타낸것과 같이, K2O, Cl , SO3의 저감을 확인할 수 있으며, 앞서 설명한 것 과 같이 KCl, K2SO4 저감 효과에 의해 파울링의 저감 효과를 나타내었다고 판단된다. 이는 수열탄화의 아임계수의the dielectric constants (ε)의 변화를 통해 무기물의 K2O, Cl , SO3를 액상으로 녹여냄으로서Ash 중의 함량이 감소되었음을확인할 수 있다.
열발열체의 특성에 따른 마이크로파 의료폐기물 멸균 에너지 효율
류도윤(Do-Yoon Ryu),주유진(Yu-Jin Joo),김도용(Do-Yong Kim),김대기(Dae-Gi Kim) 한국환경에너지공학회 2023 열환경공학 Vol.18 No.1
Societal shifts, including an aging society and changing population structure, have led to an increase in nursing hospitals, which in turn has resulted in the rapid increase of medical waste, an emerging social problem. In addition, the increasing frequency of large-scale infectious diseases, such as SARS, MERS, and COVID-19, along with extreme climate change is exacerbating social and environmental uncertainty and impacting economic growth. In this study, a comparative analysis was conducted on microwave-based medical waste sterilization methods by examining temperature maintenance and energy consumption inside the sterilization reactor for the purpose of using high-temperature steam and solid heating elements in conjunction with existing regulations. Silicon carbide (SiC), water with activated carbon, and water with biochar. The results showed that energy consumption decreased in the order of water with SiC, water alone, water with biochar, and water with activated carbon. achieved a rapid temperature rise compared to other sterilization methods; however, the results varied for plastics. Furthermore, this study suggests the potential utilization of waste-derived biochar as a viable alternative to activated carbon and SiC.