음식물류 폐기물을 원료로 하는 침출수 순환형 중온 혐기성소화조의 소화효율

조찬휘,이병희 한국도시환경학회 2017 한국도시환경학회지 Vol.17 No.1

침출수 순환형 혐기성 소화조를 적용한 음식물류 폐기물의 소화효율 산정

조찬휘,이병희 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

본 연구에서는 침출수 순환형 혐기성 소화조를 적용하여 음식물류 폐기물을 분해하여 바이오가스를 생산하였다. 실험은 생물반응조와 침출수 저장조로 구성되는 System을 36℃로 유지되는 항온수조 내 위치하여 진행하였으며, System은 A와 B로 구성하였다. 생물반응조 하단에는 고액분리를 용이하게 하기위해 스크린을 두었으며, 고액분리된 액체는 펌프를 통해 생물반응조에서 침출수 저장조로 다시 침출수 저장조에서 생물반응조로 순환을 매일 2.5L 씩 순차적으로 30분간 시켰다. 실험을 진행함에 있어 각 System에 각각 150 g과 165 g의 음식물류 폐기물을 투입하였으며, 저해인자로 NH₄ ⁺-N과 염도를 저해인자로 측정하였으며, NH₄ ⁺-N는 2,500 mg/L 이하, 염도는 2,000 mg/L 이하로 저해농도 이하로 유지하여 생물반응조 내에 저해를 일으키지 않았다. 혐기성 소화로 발생된 메탄가스의 양은 System A는 0.439 L CH₄/g VS 였으며, System B는 0.368 L CH₄/g VS로 나타났다.

중온 침출수 재순환 혐기성 소화 시스템을 이용한 음식물류 폐기물 처리

조찬휘,이병희,이용운 유기성자원학회 2016 유기물자원화 Vol.24 No.1

In this study, mesophilic anaerobic digestion of source separated food waste was carried out by leachate recirculation system and methane gas was produced. Two systems – system A and B were fabricated and placed within water bath to maintain 36℃. Each system was comprised of an anaerobic bioreactor and a leachate tank. Leachate in bioreactor was separated through the screen located at 30 mm above the bottom and a pump was installed to transfer collected leachate to the leachate tank. Everyday, 2.5 L of the leachate was pumped from the bioreactor to the leachate tank for 30min and transferred leachate was pumped back to the top of the bioreactor for 30min, sequentially. Source separated food waste used for this experiment was washed by water before transferring to the laboratory. Transferred food waste was warmed to 36℃ before being fed to bioreactors. System A was fed to 49.1 g VS (Volatile Solids) and System B was fed to 54.0 g VS at every two weeks, respectively. and salinity were monitored to see the inhibition toward anaerobic bioreaction and it was found that concentrations of these materials were not high enough to affect the bioreaction. Although the food waste was fed biweekly for 112 days and 140 days at system A and B, respectively, there was no sludge withdrawal from each system. Average methane productions rates were 0.439 L CH4/g VS and 0.368 L CH4/g VS for system A and B, respectively. 본 연구에서는 침출수 재순환 시스템을 적용한 중온 혐기성소화를 이용하여 음식물류 폐기물을 분해하여 메탄가스를 생산하였다. 실험은 36℃로 유지되는 항온수조 내에 생물반응조와 침출수 저장조로 구성된 2개의 동일한 시스템(System A, System B)을 사용하였고, 생물반응조 하단 30 mm위에는 스크린이 있어 고액분리를 하여 침출수 저장조로 침출수를 이송하였다. 침출수 재순환은 매일 수행하였으며, 침출수 재순환 시에는 생물반응조 하단에서 침출수 저장조로 2.5 L를 30분간 이송한 뒤 다시 침출수 저장조에서 생물반응조 상부로 2.5 L를 30분간 주입하였다. 주입된 음식물류 폐기물은 수집되기 전 한 번 세척하였으며 반응조에 주입되기 전에 36℃로 온도를 올렸다. System A에 49.1 g VS, System B에 54.0 g VS을 2주 간격으로 투입하였다. 저해인자로 측정된 항목은 과 염도였으며, 두 가지 항목의 농도 모두 시스템에 끼친 영향은 없는 것으로 나타났다. System A는 112일간, System B는 140일 동안 운전하였는데, 각 시스템에서 인발된 슬러지는 없었다. 음식물류 폐기물의 혐기성 소화를 통한 평균 메탄 발생량은 System A의 경우 0.439 L CH4/g VS, System B의 경우 0.368 L CH4/g VS로 나타났다.

제올라이트 5A 를 이용한 단일탑과 두 탑 수소 PSA 공정의 비교

조찬휘,양재영,이창하,백기황 한국화학공학회 1997 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.35 No.4

제올라이트 5A를 충전한 단일탑과 두 탑 수소분리 PSA공정을 H₂/CO계(7/3 vo1%)에 대해 실험과 모사를 통하여 두 공정의 분리 성능을 비교하였다. 두 공정의 성능은 에너지수지와 운동량수지를 포함한 수학적 모델의 수치모사를 통하여 해석하였다. 두 탑 PSA공정은 단일탑 PSA공정에서 얻을 수 없었던 99.9% 이상의 수소 생성물의 순도를 얻을 수 있었고 회수율도 향상되었다. 공급 유량을 늘린 조건에서 모사한 결과 두 탑 PSA공정은 회수율의 증가가 뚜렷하였고, 고순도의 영역에서는 단일탑 PSA공정의 경우 두 탑 PSA공정에 비해 순도가 약간 더 감소하였다. 낮은 순도의 수소 생성물을 목적으로 할 때는 높은 공급유량을 사용하는 것이 회수율 면에서 유리하나, 고순도 범위에서는 그 반대 현상이 나타났다. 단일탑과 두 탑 PSA공정의 회수율과 순도의 관계를 고려해 볼 때, 수소 PSA의 경우는 압력 평등화 단계의 도입으로 생성물의 순도와 함께 회수율도 동시에 높이는 효과가 있음을 확인하였다. An experimental and theoretical study was performed for bulk separation of H₂/CO(7/3 vol%) mixture by one-bed and two-bed H₂PSA process with zeolite 5A. The results of two processes were analyzed by a model involving energy and momentum balances with the LDF model and Langmuir-Freundlich isotherm. H₂ product over 99.9 % purity, which was not attainable using one-bed PSA, was obtained by two-bed PSA process and the recovery of the two-bed PSA process was improved from that of one-bed PSA process. Through PSA simulation, as the feed rate was increased, the increase of recovery in the two-bed PSA process was higher than that of the one-bed PSA process, while the decrease of purity in the two-bed PSA process was lower than that of the one-bed PSA process in the range of high purity. Therefore, it was found from the investigation of purity and recovery that both purity and recovery in the H₂ PSA process could be increased by the pressure equalization step.

음식물류 폐기물 처리를 위한 준 회분식 액순환 건식 혐기성 소화법에 대한 기초연구

조찬휘,이병희 유기성자원학회 2015 유기물자원화 Vol.23 No.2

본 연구에서는 학교 식당에서 배출되는 음식물류 폐기물을 준 회분식 액순환 건식 혐기성 소화를 이용해서 메탄가스를 생산하였다. 두 시스템이 운전되었는데, 각 시스템은 생물반응조와 액 저장조로 구성되었다. 각 생물반응조 바닥은 스크린이 설치되어 있어 2.5L의 분리된 액체는 액 저장조로 30분 동안 이송되고 이송이 끝나자마자 이송된 액은 반응조 상부로 투입된다. 이 같은 순환은 고농도의 VFAs 를 가지는 액체를 반응조 상부로 공급하는 역할을 한다. 실험 초기에는 음식물류 폐기물/식종 미생물의부피 비는 2:8이고 이는 9g VS/L의 유기물 부하로 나타낼 수 있다. 음식물류 폐기물 투입은 2주에 한번이었고, 평균 수분, 휘발물질, 회성분은 각각 65.91%, 32.73%과 1.36%로 파악되었다. 두 개의 고형물 부하가 연구되었는데, 각각 3.51g VS/d (System A)와 3.86g VS/d(System B)이다. 음식물류 폐기물 당 메탄 발생량은 각각 6.30m3CH4/kgVS⋅d(System A)와 4.94m3CH4/kgVS⋅d(System B)이다. In this study, the experiment was carried out to produce methane by applying Semi-Continuous Leachate Recirculation Anaerobic Digestion System fed with source separated food waste from school cafeteria. There were two systems and each system consisted of a bioreactor and a liquid tank. Each bioreactor had a screen near the bottom of the reactor. 2.5L of separated liquid was transferred to the liquid tank for 30min each day by using a tubing pump and the liquid from the liquid tank was pumped to the bioreactor at the upper of the bioreactor as soon as the transfer was ended. Through this circulation, the liquid having high concentration of VFAs was supplied to the top of bioreactor. At the beginning of the experiment, food waste/inoculum anaerobic sludge volume ratio was 2:8 that is 9g VS/L of OLR(Organic Loading Rate). Feeding was conducted every two weeks. Experimental results showed that the contents of moisture, combustible matter, ash were 65.91%, 32.73%, and 1.36%, respectively. Two different food waste loading were studied. The average organic loading rates were 3.51g VS/d for System A and 3.86g VS/d for System B, respectively. The average produced methane based on food waste fed to bioreactor were observed as 6.30m3CH4/kgVS⋅d for system A and 4.94m3CH4/kgVS⋅d for System B, respectively.

단일성분 흡착등온선으로부터 혼합물의 흡착평형 예측

조찬휘,이한주 한국화학공학회 1991 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.29 No.6

제올라이트 5A(Davison C-625) 흡착제에 CO₂, CH₄, C₂H_6, C₃H_8의 단일성분 흡착데이타로부터 이들의 혼합물에 대한 흡착평형 데이타를 평가하였다. 단일성분 흡착데이타를 가장 잘 일치시켜 주는 매개변수들을 비선형회귀법으로 구하였으며 이 매개변수들을 이용하여 혼합물의 흡착평형 데이타를 예측한 결과 W-VSM이 가장 우월한 예측결과를 보였고 비이상성 혼합물에 대해서도 정성적으로 가장 잘 예측하였다. C₃H_8-CO₂는 323.15K, 12.26㎪에서 공비혼합물을 형성하였으며 CO₂, CH₄, C₂H₄, C₃H_8의 등량 흡착열은 각각 10.79 ㎉/㏖, 6.95 /㎉㏖, 9.2 /㎉㏖, 11.85 ㎉/㏖이었다. This study is to predict adsorption equilibrium data for their binary gas mixture systems from pure gas adsorption data of CO₂, CH₄, C₂H_6 and C₃H_8 on zeolite 5 A (Davison C-625). A nonlinear regression method and an optimization method were employed in the calculation of the parameters. The binary mixture adsorption data have been examined against values predicted by various models using regression parameters obtained from the single component isotherms. For these systems the W-VSM gave the best representation of the experimental data. C₃H_8-CO₂ system formed an azeotropic mixture at 325.15 K and 12.26 ㎪. Isosteric heat of adsorption for carbon dioxide, methane, ethane and propane were 10.79 /㎉㏖, 6.95 /㎉㏖, 9.2 /㎉㏖, 11.85 /㎉㏖, respectively.

미세공 CA(cellulose acetate)막을 이용한 혼합기체 분리기구에 관한 연구

조찬휘,민동순,이한주 한국화학공학회 1991 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.29 No.4

막을 통한 혼합기체 분리현상을 해석하기 위하여 Viscous Leak Model과 Weller Steiner Model로부터 구한 투과 플럭스 이론치와 실험치를 비교하여 분리기구를 해석하였다. CA(SEPA-97)막을 사용하여 온도, 압력 변화에 따른 수소-일산화탄소(1 : 1) 혼합기체의 분리 실험을 행하였고 Viscous Leak Model의 계산을 위해 BET방법으로 막의 기공 크기분포를 구하였다. Weller Steiner Model보다 Viscous Leak Model에 의한 예측값이 그 경향이 비슷하고 절대치도 비교적 잘 일치하였다. To analyse the phenomena of mixed gas separation via a membrane, experimental data and calculated data by the Viscous Leak Model and the Weller Steiner Model were compared. In the experimentals, separation data of H₂-CO (1:1) gas through a CA membrane (SEPA-97) at different temperature and pressure were obtained. For the Viscous Leak Model calculation, a pore size distribution of the membrane by the BET method was used. The predictions by the Viscous Leak Model was significantly better than those by the Weller Steiner Model. Considering the uncertainty involved with the accurate measurement of pore size distribution on the skin of the membrane, the results by the Viscous Leak Model were rather good.

CFC-12/HFC-32 혼합기체의 활성탄소섬유에 대한 흡착평형

조찬휘,김진웅,이한주,양재영,이창하 한국화학공학회 1997 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.35 No.1

제올라이트 NaA 의 삼성분 이온교환평형 예측에 관한 연구

조찬휘,김상원,한상섭,이한주 한국화학공학회 1994 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.32 No.3

제올라이트 A를 통한 다성분 이온교환평형의 동태를 알아보고 이성분 실험 데이타로부터 삼성분계의 이온 교환평형을 예측하였다. 이를 위해서 Na/Sr, Na/Cs, Sr/Cs, Na/Ca, Na/Mg, Ca/Mg의 이성분계와 Na/Sr/Cs, Na/Ca/Mg의 삼성분계에 대한 이온교환평형 실험을 수행하였으며 최근의 문헌에 실린 몇 가지 이온교환평형 데이타를 이용하였다. 예측방법으로서 비선형회귀법으로 Wilson 활동도 계수식을 적용하기 위한 매개변수를 결정한 후 주어진 한 상의 조성에서 다른 한 상의 조성을 예측하기 위한 연립방정식의 해를 시행착오법으로 구하였다. Na/Sr/Cs의 삼성분계의 이온교환평형에서 Sr 이온이 가장 큰 선택성을 보였으며 이 가운데 Na/Cs간의 선택도는 Sr 이온의 존재에 영향을 많이 받았다. Na/Ca/Mg계에서는 Ca 이온이 강한 선택성을 나타내었으며 이성분계에서의 거동과 유사함을 보였다. 예측 결과 15-20%의 상대오차 범위에서 실험치와 일치하였다. A study has been made to predict multicomponent ion exchange equilibria data from the corresponding binary isotherms in zeolite NaA. Na/Sr/Cs and Na/Ca/Mg ternary isotherms are presented, together with isotherms for the six binary systems (Na/Sr, Na/Cs, Sr/Cs, Na/Ca, Na/Mg and Ca/Mg systems). Predictive equations for these ternary systems could be solved iteratively using activity coefficients and thermodynamic equilibrium constants for the binary systems obtained from experimental data. The zeolite phase activity coefficients were obtained from the Wilson model. Na/Sr/Cs ternary system displayed high selectivity for Sr^(2+) ion and the presence of Sr^(2+) ion significantly influenced the relative selectivity of Na/Cs in this ternary system. Na/Ca/Mg ternary system showed high selectivity for Ca^(2+) ion and equilibrium of this system was not significantly affected by the introduction of a third ion. The prediction method was found to be in agreement with experimental data within 15-20% relative error.

Perturbed Hard Sphere 모델을 이용한 순수물질의 열학적 성질 계산

조찬휘,최호석 永同大學校 1999 硏究論叢 Vol.5 No.1

단순 perturbed hard-sphere 상태방정식을 사용하여 순수 유체의 열역학적 성질을 계산하였다. 계산에서는 각각 2개 또는 4개의 매개변수를 갖고 있는 방정식들을 사용하였고, 실험으로 구한 자료들과 비교해본 결과 4개의 매개변수를 갖고있는 방정식이 2개의 매개변수를 갖고있는 방정식에 비하여 실험결과와 잘 일치함을 보여주고 있다. 이는 실제 유체의 ?와 ?가 온도의 함수이기 때문이다. 그러나, 어떤 온도 영역에서는 2개의 매개변수를 갖고있는 모델이 실험 결과와 상당히 잘 일치하고, 유체의 유용한 열역학적 성질들을 큰 오차없이 효과적으로 계산할 수 있도록 해주기 때문에 유체의 열역학적 성질들의 빠른 예측이 필요한 실제 화학공정에서 다양한 용매들의 열역학적 성질의 예측에 사용될 수 있음을 알았다. We have calculated thermodynamic properties of pure fluids of using a simple perturbed hard-sphere equation of state (the Carnahan-Starling-van der Waals equation, denoted CS-vdW). In this calculation, we have used both 2 parameter equation and 4 parameter equation. It has been observed that 4 parameter model has shown better agreement with experimental results than 2 parameter model. It is because ? and ? of real fluids mildly depends on temperature. Since, however, 2 parameter model also has shown considerably good agreement with experimental results within certain temperature range and has effectively calculated useful thermodynamic properties of fluids, it may have been used to estimate thermodynamic properties of various solvent molecules in real chemical processes.