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박세용(Seyong Park),한성국(Seongkuk Han),송은혜(EunHye Song),김호(Ho Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
This study evaluated acute toxicity of ammonia in mesophilic anaerobic digestion of synthetic wastewater and thermally hydrolyzed waste sludge. The inhibition effects of ammonia, in terms of total ammonia nitrogen (TAN), under various pH values on mesophilic anaerobic microorganisms were investigated. Anaerobic batch feeding reactor (ABFR) operated at a chemical oxygen demand (COD) of 3.85, 7.5 and 15.0 g/L were subjected to free ammonia (FA) concentrations of 97.1, 225.5 and 362.4 mg/L. The reactor operations presented a case of chronic inhibition and it was observed that FA concentrations of 360 mg/L caused a drop in methane yield by as much as 60% with respect to FA concentrations of 97.1 mg/L. Batch anaerobic toxicity assays (ATA) were also performed to evaluate the acute toxicity effects of TAN and pH on anaerobic digestion at mesophilic condition. Modeling based on the results of ATA indicated that except parameter m, model parameter values (I*,Rm,and n) decreased with the increase of TAN concentration and the highest SMA for a given TAN level was observed over a pH range of pH 7.6-8.5. TAN concentration causing 70% inhibition occurred in the over 3.0 g/L in mesophilic anaerobic digestion. Results of bacterial community analyses, Chloroflexi and Synergistetes were the dominant communities at TAN less than 3.0 g/L and Firmicutes was the dominant community at TAN higher than 3.0 g/L. Even though the Phylum of Firmicutes dominated the gas production in anaerobic digestion at TAN concentration of above 3.0 g/L decreased due to the decrease of the Phylum of Chloroflexi and Synergistetes by high TAN concentration.
동적 시뮬레이션을 이용한 수열탄화 기반 에너지화 시스템의 열효율 해석
김영배(Youmg Bae Kim),한성국(Seongkuk Han),홍범의(Bum-Ui Hong),김호(Ho Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
본 연구에서는 고온 고압의 수열탄화 기술을 이용한 혼합 유기물의 에너지화 공정 분석 및 열적 효율 향상을 위한 공정 해석을 수행하였다. 수열탄화 공정의 열매유는 알킬벤젠계 합성유로써 연소배기가스로 가열된 열매유 보일러와 수열탄화 반응기 사이를 순환하게 되며, 반응물은 수열탄화반응기를 거쳐 반응생성물 저장조로 이송되도록 공정을 구성하였다. 기존 공정의 해석 및 평가를 위해 유기물의 분해 및 탄화 반응시간에 따른 반응기의 손실열량과 이에 상응하는 열매유의 보상열량 및 연료투입량을 동적 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 한편, 고온배기가스가 연소로에서 열매유로 이송되는 과정 중 발생되는 손실열량의 저감을 위해 고온배관의 형태 및 단열재의 두께에 대한 설계 최적화를 수행하였다. 또한 수열탄화 반응 완료 후 생성물 저장조에서 발생되는 폐열원을 유기물의 예열에 재이용하는 공정을 구성함으로써, 수열탄화 기반 통합 에너지화 공정의 열적 효율 향상에 대한 해석을 수행하였다.
수열탄화 통합공정을 이용한 하⋅폐수 찌꺼기의 에너지화 연구
김충곤(Choonggon Kim),한성국(Seongkuk Han),송은혜(Eunhey Song),박세용(Seyong Park),김호(Ho Kim) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.추계
국내 대표적인 고함수 바이오매스인 하⋅폐수 찌꺼기 발생량은 지속적으로 증가하여 2017년연간 36천톤(전국 폐기물 발생 및 처리현황, 2018, 환경부) 이상 발생하고 있으며, 하수도 보급률, 도시화 등으로 인해서 꾸준히 증가할 것으로 예상된다. 현재 발생되는 하⋅폐수 찌꺼기는 연료화, 비료화, 소각, 건조 등으로 처리되고 있으며, 최근에는 건조를 통한 연료 생산시설이 증가하고 있는 추세에 있다. 최근 설치되고 있는 건조 기반 연료 생산시설은 하수 찌꺼기의 건조과정에서 다량의 에너지 소비로경제성이 매우 낮아 저에너지 소비형 하⋅폐수 찌꺼기 연료 생산 기술 개발이 절실한 실정이다. 이에 따라 하⋅폐수 찌꺼기를 수열탄화 기반 통합 실증 플랜트에 적용하여 수열탄화 기반 통합공정을 통한 하⋅폐수 찌꺼기의 에너지화 평가를 수행하였으며, 이를 위해 에너지 소비형 수열탄화 통합공정 성능과 생산된 고형연료의 품질 및 경제적 가치 분석을 수행하였다.
김충곤(Choonggon Kim),한성국(Seongkuk Han),송은혜(Eunhey Song),박세용(Seyong Park),김호(Ho Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
도시에서 발생되는 유기성폐기물은 인구밀도의 증가와 산업 활동의 증가로 급속하게 증가하였고, 이에 따라 도시에서 발생되는 대표적인 유기성폐기물인 하수슬러지와 음식물류폐기물을 처리 및 에너지화하기 위한 연구 및 개발도 증가하는 추세이다. 하수슬러지와 음식물류폐기물과 같은 고함수(함수율 80%)의 특성을 가지고 있는 유기성폐기물에 대한 처리 및 에너지화 기술은 고형연료 생산을 위한 건조 기술을 중심으로 연구가 활발히 진행되고 있으나, 높은 에너지 소비로 인해 저에너지 소비형 기술 도입이 절실한 실정이다. 따라서 본 연구는 도시에서 발생되는 고함수의 특성을 지닌 하수슬러지와 음식물류폐기물을 동시에 수열탄화 공정에 적용하여 저에너지 소비형 수열탄화 통합 공정을 통한 반응특성을 평가해 보았으며, 그에 따른 생산된 고형연료의 품질 및 경제적 가치를 분석하여 에너지화에 대한 수열탄화 공정 평가를 수행하였다.
하수슬러지 및 음식물류폐기물의 열화학적 가수분해에 따른 특성 변화 및 혐기성 소화 효율 평가
박세용 ( Seyong Park ),송은혜 ( Eunhey Song ),한성국 ( Seongkuk Han ),이은실 ( Eunsil Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
본 연구에서는 음식물류 폐기물과 하수슬러지의 효과적인 병합 혐기성 처리를 위한 열화학적 가수분해 방법의 최적 조건 평가와, 열화학적 가수분해에 따른 병합 혐기성 소화 효율에 대해 평가하였다. 열화학적 가수분해는 온도(80, 100, 120, 140, 160, 180℃)와 NaOH (5, 20, 40, 60, 100 meq/L) 조건에 따른 solubilization COD, CST (Capillary Suction Time), TTF (Time to Filter), volatile fatty acids (VFAs) 등에 대해 평가를 하였으며, 병합 혐기성 소화 효율 평가는 biochemical methane potential (BMP) test를 통해 평가하였다. 실험결과 음식물류폐기물과 하수슬러지의 열화학적 가수분해 시 온도 140℃, NaOH 60 meq/L에서 solubilization COD 20% 이상, CST와 TTF가 60초 이하, VFAs 농도가 12,000 mg-COD/L 이상으로 최적조건으로 규명되었다. 병합혐기성 소화 결과도 열화학적 가수분해 조건과 동일한 조건에서 가스발생량이 가장 높았다. 따라서, 음식물류 폐기물과 하수슬러지의 효과적인 병합혐기성소화를 위한 열화학적 가수분해 전처리 조건은 온도 140℃, NaOH 주입농도 60 meq/L 라 판단된다.