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열가수분해 혐기소화(Pos-THT) 전⋅후 기질 특성 변화 연구
이보원(Bo-Won Lee) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계
본 연구는 A지자체 하수처리장에서 음폐수, 분뇨(정화조 오니), 하수슬러지를 대상으로 통합소화를 실시하고 있는 상용 플랜트에서 열가수분해 전⋅후의 기질 변화와 열가수분해 혐기소화 전⋅후기질 변화를 분석하였으며, 시료채취는 2주 간격으로 1년간 총 26회의 현장 채취 및 실험실 분석을실시하였다. 본 연구의 통합소화 대상인 각 기질별 특징을 살펴보면 음폐수는 주성분이 탄수화물이며, TS 및 VS 농도가 타 기질에 비해 상대적으로 높고, pH가 낮으며 유분을 함유하고 있으며, 분뇨는 TS 농도는낮고, pH는 중성이며, 하수슬러지는 단백질이 주성분으로 구성되어 있으며, TS 농도가 낮고 pH는중성을 나타내고 있다. 이러한 유기성 폐자원을 단순 혼합하여 통합소화를 실시할 경우 최적 혐기소화 조건을 유지하기에 어려움이 발생한다. 즉, 각 기질별 특성이 상이한 음폐수, 분뇨, 하수슬러지를통합소화 시 적절한 전처리가 없을 경우 안정적인 운영인자 도출이 어려워 소화조 운전시 높은 가동률 확보가 어렵고 바이오가스 발생량 또한 낮다. 본 연구에서는 통합소화를 위한 기질의 전처리 방법으로 열가수분해를 선정하였고, 선정 사유로는열가수분해의 경우 전체 혼합 기질을 고온, 고압(189℃, 10bar)의 스팀을 주입하여 기질내 세포벽 파괴 및 세포중합체 용해를 통해 기질을 균질화 함으로써 혐기소화 최적 조건을 유지할 뿐만 아니라슬러지의 근원적인 악취 저감과 아울러 소화효율 증대를 통해 혐기소화 후 탈수 슬러지 발생량을감소시킬 수 있다. 또한 유입되는 기질의 농도에 관계없이 기질을 균질하게 가용화가 가능하므로 혐기소화조의 안정적인 운전이 가능한 통합소화의 최적 방법이다. 음폐수, 분뇨 및 하수슬러지 혼합 기질를 대상으로 열가수분해 전⋅후 VS 농도 변화를 분석한 결과열가수분해 전 9.5%에서 열가수분해 후 7.5%로 감소하였으며, 열가수분해 전 대비 후 평균 VS 비율은 80.6%로 스팀에 의한 희석효과로 인해 농도가 감소하였다. 열가수분해 전⋅후 COD 농도 변화를 보면 열가수분해 전 165.7g/L에서 열가수분해 후 156.0g/L로 감소하였으며, 열가수분해 전 대비 후 평균 COD 비율은 99.6% VS 감소율 보다 작은 것으로 분석되었다. 이에 따른 가용화율 지표인 VDS/VS비율은 열가수분해 후 평균 292.9% 증가하였고, 평균 SCOD/TCOD 비율은 181.8% 증가하는 것으로 나타나 열가수분해 후 가용화율이 대폭 증가하는 것으로 나타났다. 열가수분해 가용화를 거친 기질을 단상의 혐기소화조에서 탄수화물, 지방, 단백질의 변화를 살펴보면혐기소화 전 탄수화물 20.56g/L(59.3%)~22.18g/L(60.3%), 단백질 4.87g/L(14.0%)~5.77g/L(15.7%), 지방 8.82g/L(24.0%)~9.27g/L(26.7%)에서 혐기소화 후 탄수화물 3.39g/L (52.9%)~3.63g/L(45.1%), 단백질 1.74g/L(27.2%)~2.19g/L(27.2%), 지방 1.28g/L(19.9%)~2.24 g/L(27.8%)로 변화하였으며 이에 따른 탄수화물, 단백질, 지방 평균 감소율은 각각 83.6%, 63.2%, 80.4%로 감소하는 것으로 분석되었다.
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이보원 ( Bo-won Lee ),이수경 ( Su-kyng Lee ),박은미 ( Eun-mi Park ),박지혜 ( Ji-hye Park ),( Sisay Shimelis ),( Samanjana Baidya ),( Anand Paul ),이재정 ( Jae-jung Lee ) 한국정보처리학회 2013 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.20 No.2
ITS 기술의 발전으로 인해 교통 분야에 관련한 서비스들이 제시되고 있다. 최근 V2X 기술은 기존 자동차 또는 도로 인프라에 IT기술이 접목되는 IT 융합 기술 중 하나이며, 주요 자동차 선진국들과 메이커들은 차세대 자동차 기술 중 하나로 생각하고 있다. 또한 국제적으로 차량 간 통신을 이용한 국가 프로젝트 및 서비스가 제안되고 있다. 따라서 이러한 안전 서비스에 대한 시나리오가 많이 필요하다. 본 논문에서는 차량 간 통신을 활용하여 안전 서비스 설계 및 구현을 제시한다. 이 시나리오 구현 결과 운전자, 보행자 모두 안전 할 수 있는 방법을 보인다. 향후 차량 통신이 실제 차에 적용되었을 경우 고려해야 할 결과를 결론에서 제시하였다.
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주동훈 ( Dong-hun Ju ),이보원 ( Bo-won Lee ),정현태 ( Hyun-tae Jung ),최규철 ( Gyu-cheol Choi ),이창수 ( Chang-soo Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
현재 국내에서 발생하는 유기성폐기물은 에너지화 정책에 따라 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설에서 처리 및 에너지원으로 전환되고 있다. 이러한 유기성폐기물 중 음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내에서 발생하는 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)은 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화를 위해서는 전처리가 필수적이다. 또한, 음식물쓰레기는 구성성분이 다양할 뿐만아니라 섬유질도 다량 포함하고 있어 혐기소화를 통해 바이오가스로 전환하기 위해서는 보통 30일 전후의 소화기간을 필요로 하고 있고, 특히 파쇄/선별의 단순 물리적 전처리만 거친 음식물쓰레기의 경우에는 30일 이상의 혐기소화 기간이 필요한 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 사전 연구를 통해 도출된 음식물쓰레기 열가수분해 운전조건을 적용해 습식 혐기소화 반응조에 적합하도록 U원 구내 식당에서 발생한 음식물쓰레기를 전처리하였고, 이렇게 얻어진 음식물쓰레기 가용화물을 실험실 규모의 중온 단상 혐기소화 반응조에 투입해 일반적인 중온 이상 습식 혐기소화 체류시간(35일)의 절반 수준인 18일의 체류시간으로 운전하는 조건에서 바이오가스 수율 및 반응조 안정성 등을 평가하고자 하였다.
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단상 및 이상혐기소화공정을 이용한 음폐수의 바이오에너지화
황보준권,서재건,윤희철,박현건,이보원,HwangBo, Jun-Kwon,Seo, Jae-Gun,Yoon, Heui-Chul,Park, Hyeon-Gun,Lee, Bo-Won 한국토지주택공사 토지주택연구원 2011 LHI journal of land, housing, and urban affairs Vol.2 No.1
음식물폐기물 처리 과정에서 발생되는 음폐수의 효율적인 처리를 위한 혐기소화공정을 선정하기 위하여, 단상 및 이상혐기소화공정을 대상으로 데모플랜트(일 5톤 처리용량)를 활용하여 성능을 비교하였다. TS, VS, tCOD 및 sCOD 처리율을 비교하여 보면 모든 항목에서 단상혐기소화공정의 처리율이 우수하였지만, 바이오가스는 오히려 이상혐기소화공정에서 더 많이 발생하였다. 이는 단상혐기소화공정의 경우 운전기간 동안 음폐수 투입량이 상대적으로 적어 처리효율은 뛰어 났지만, 음폐수 투입량 변동에 따른 바이오가스의 발생이 민감하게 반응을 한 결과로 해석된다. 이상혐기소화공정의 경우 총 COD가 상대적으로 매우 낮은 수준임에도 불구하고 바이오가스 발생량은 단상혐기소화공정보다 많이 발생되었다. 이는 음폐수 투입량이 일정하게 유지되었고, 산발효공정과 메탄발효공정이 분리되어 운영됨으로써 공정 전체가 안정적으로 운영되었기 때문인 것으로 판단된다. 음폐수처리를 위해서는 공정 선정이 중요하지만 단순 유기물처리율 비교만으로는 종합적인 평가가 어려우며, 이를 보완하기 위하여 원료성상, 투입량, 처리율, 운전기간, 바이오가스발생량 등을 종합하여 소화성능을 평가하여야 할 것이다. The anaerobic digestion of food waste effluent through single- and two-phase process was estimated and compared in this study. The treatment efficiencies for total solid(TS), volatile solid(VS), tCOD(total COD) and sCOD(soluble COD) were invariably higher in the single-phase process, which was accounted for by the fact that the treatment efficiency of organic wastes usually showed an inverse relationship with organic loading rate in the anaerobic digestion. In fact, the organic loading rate was lower for single-phase process. The concentration of tCOD were significantly lower in two-phase process but much more biogas was produced, compared to single-phase anaerobic digestion process, which might be explained partly by the relatively higher stability of two-phase process resulting from the separation of acid phase from methane phase.
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음식물류 폐기물 혐기소화여액 최적 폐수처리공정 선정 Guideline 도출
주동훈 ( Dong-hun Ju ),이보원 ( Bo-won Lee ),윤희철 ( Hee-chul Yoon ),신중헌 ( Jung-heon Shin ),곽원지 ( Won-ji Gwak ),배재호 ( Jae-ho Bae ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-
현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지와 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따라 유기성 폐기물의 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그동안 많은 연구와 운영 경험을 통해 유기성 폐기물의 바이오가스화 공정은 점차적으로 안정화되어 가고 있는 가운데, 해당 시설에서 발생하는 혐기소화여액에 대한 적정 처리가 전체 시설의 경제성에 큰 영향을 미치고 있다. 해외, 특히 유럽에서는 유기성 폐기물의 혐기소화여액을 대부분 퇴비 또는 비료로 활용하고 있으나 국내에서는 경작 면적 및 시비 시기 등에 대한 제약으로 인해 해외의 경우처럼 혐기소화여액을 퇴비 및 비료로 활용하는데 한계를 가지고 있다. 이에 대다수의 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설에서는 혐기소화여액을 별도의 폐수처리 후 하수처리장에 연계 처리하고 있으며, 고형물인 탈수케익은 일부 퇴비원료로 생산하고 있으나 이에 대한 수요 및 구매 매력도가 떨어져 무상공급 또는 유상처리하고 있는 실정이다. 이에 따라 탈수케익을 퇴비원료로 생산하는 대신 매립 또는 소각 처리로 전환하는 시설도 늘어나고 있다. 또한, 음식물류 폐기물의 혐기소화여액은 높은 질소 농도로 인해 하수처리장 연계수질에 따라 단순 응집침전부터 다단 고도처리까지 적용하여 처리하고 있어, 본 과제에서는 국내 음식물류 폐기물 바이오가스화 시설을 직접 방문 조사하여 각 시설의 폐수처리공정 성능 및 애로사항 파악을 통해 주요 연계수질 기준에 따른 최적 폐수처리공정 선정 Guideline을 도출하고자 하였다.
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음식물쓰레기 열가수분해에 따른 성상변화 분석 및 최적 운전조건 평가
주동훈 ( Dong-hun Ju ),이보원 ( Bo-won Lee ),남해욱 ( Hae-wook Nam ),최규철 ( Gyu-cheol Choi ),이창수 ( Chang-soo Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지 및 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따른 유기성 폐기물 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그중에서도음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내 발생 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)이 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 이전에 전처리가 필수적이며, 단순 파쇄/선별을 통한 물리적 전처리만으로는 충분한 가용화가 어려운 부분이 있다. 이러한 유기성폐자원의 가용화를 위한 전처리 방법에는 가수분해/산발효를 통한 생물학적 처리, 산, 알칼리, 오존 등을 통한 화학적 처리, 초음파, 열, 압축 등에 의한 물리적 처리 등이 있는데 본 연구에서는 물리적 처리방법 중 하나인 열가수분해를 통한 음식물쓰레기의 가용화효율을 분석하였다. 이를 위해 1차로 물리적 파쇄/선별 처리한 음식물쓰레기에 대해 다양한 운전 조건(온도, 압력 변화)으로 열가수분해를 실시하여 각 운전조건별 음식물쓰레기 성상변화를 분석함으로써 음식물쓰레기 열가수분해를 위한 최적 운전조건을 도출하고자 하였다.
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