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대형폐기물 잔재물과 일회용 비닐봉지 혼합물의 고형연료화 가능성에 관한 연구
장진만 ( Jin-man Chang ),서승범 ( Seung-bum Seo ),오승진 ( Seung-jin Oh ),오민아 ( Min-ah Oh ),이재영 ( Jai-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
대형폐기물은 가정이나 사업장에서 배출되는 가구, 가전제품 등 개별적으로 개량이 가능하고 품명을 알아볼 수 있는 폐기물로써 처리과정에서 잔재물이 발생한다. “잔재물”은 『사업자의 자원순환 성과관리 운영 등에 관한 고시』에서 재활용량 중 실제 재활용 공정에 사용되지 않고 재활용을 위한 전처리 및 재활용 공정에서 새로이 발생되는 폐기물로, 발생된 잔재물은 주로 소각과 매립을 통해 최종 처분되고 있는 실정이다. “일회용 비닐봉지”는 1970년대 처음 개발된 이후 편의성 등에 의해 널리 사용되고 있으며, 주성분은 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene, HDPE)이다. HDPE는 재생이 불가능한 자원으로써 일회용 비닐봉지는 사용 후 소각과 매립을 통해 최종 처분되고 있다. 잔재물과 일회용 비닐봉지는 매립 처분 시 매립지 안정화를 방해하며, 소각 시 유해물질 발생에 의한 대기오염 가능성이 존재하기 때문에 새로운 처리 방안이 필요하다. 또한, 사업측면에서 보면, 폐기물관리법에서 『자원순환기본법』으로 근거 법령 변경에 따라 최종 처분률을 고려 시 최종 처분량을 감소하기 위한 방안 마련은 폐기물처분부담금을 감소시키는데 있어서도 필수적이다. 특히, 정부에서는 폐기물을 처리함과 동시에 재생에너지 공급이 가능한 폐기물 에너지화 정책을 추진하고 있다. 따라서 본 연구에서는 정부 정책 방향을 고려하여 처리과정에서 발생된 잔재물과 일회용 비닐봉지를 고형연료로써 적용하여 에너지화하고자 하였다. 이를 위해 다양한 배합비 적용 후 제조된 고형연료 특성 비교를 통해 최적 배합비를 도출하였다. 본 연구를 통해 안정적인 고형연료 확보가 가능할 것으로 기대된다.
초임계유체를 이용한 바이오차의 발열량 개선에 관한 연구
장진만(Jinman Chang),이재영(Jai-Young Lee) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2
폐자원 에너지화 기술은 온실가스 감축과 탄소 중립을 위한 기술로 그 중요성이 더욱더 높아지고 있다. 고형연료화는 폐자원을 이용한 신재생 에너지 생산 기술로, 고형폐기물을 이용한 SRF 제조, 열분해 공정 등이 있다. 특히, 열분해 공정 중 열수가압탄화(Hydrothermal Carbonization)는 저온 고압의 반응 조건에서 반응이 이루어져 에너지 소비가 낮고, 원시료의 수분을 이용하기 때문에 수분 제거 등의 전처리 공정이 생략될 수 있다는 장점이 있다. HTC를 통해 생성된 고체 반응물을 바이오차라고 하며, 바이오차는 고체연료로 활용이 가능하여 주로 보조 연료로 활용되고 있다. 하지만, HTC 반용을 통하여 제조된 바이오차는 반옹 시간과 반응 온도가 충분하지 않을 경우 발열량 및 고정탄소 함량이 높지 않아 개선이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 바이오차의 발열량을 개선하기 위하여 초임계 이산화탄소를 이용하였다. 초임계 이산화탄소는 점성이 낮고 확산성이 높아 용매로서의 가치가 높으며, 식품, 제약 산업 공정 등 현대사회의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 초임계 이산화탄소를 이용하여 제작된 바이오차의 고형연료로서의 가치를 파악하기 위하여 공업분석, 원소분석, 발열량 분석 등을 수행하였다.
장진만 ( Jin-man Chang ),이진주 ( Jin-ju Lee ),서승범 ( Seung-bum Seo ),오승진 ( Seung-jin Oh ),오민아 ( Min-ah Oh ),문소영 ( So-young Moon ),이재영 ( Jai-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
매립이 완료된 매립지를 관리하는데 있어 매립지의 장기 침하예측은 필수적이다. 침하 예측을 정확히 하지 못할 경우 시설물에 균열 등의 안전과 경제성에 문제가 발생할 수 있다. 매립지에서의 지반침하는 폐기물의 분해, 침출수의 발생, 복토재의 하중, 불균질성과 이방성 등 다양한 영향 인자를 자지며, 그 관계 또한 매우 복잡하다. 인공신경망은 일종의 회귀분석 모델로 입력된 데이터로부터 일정한 패턴을 학습하여 새로운 데이터에 대한 답을 예측하게 된다. 이로 인해 인공신경망은 변수 간 복잡한 비선형 관계의 표현이 가능하며, 변수 간의 상관관계의 학습이 가능하다. 최근 인공신경망을 활용한 주가 예측, 미세먼지 예측 등 환경 분야에서 응용이 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 매립이 종료된 폐기물 매립지의 침하 데이터를 이용하여 인공신경망을 학습시키고 학습시킨 모델을 이용하여 해당 매립지의 침하를 예측하고자 하였다. 연구 지역은 수도권매립지 제1매립장의 침하데이터를 이용하였고, Tensorflow 2.3을 이용하여 모델링을 진행하였다. 예측력이 가장 뛰어난 모델을 선정하기 위하여 은닉층 수와, 뉴런의 수, 최적화 알고리즘, 오차함수, 학습률과 드롭아웃 비율을 변경하여 모델을 훈련시켰다. 최적의 모델은 3개의 GRU 은닉층으로 구성되어 있으며 각층마다 뉴런은 64, 32, 16개를 가진다. 손실함수는 MSLE를 사용했으며, 최적화 알고리즘은 Adam, 드롭아웃 비율은 0.2, 학습율은 0.01로 설정하였다.
폐목재를 이용한 KOH, NaOH, ZnCl<sub>2</sub> 화학적 활성화로 생성된 바이오차의 흡착특성에 관한 연구
원민희,조우리,장진만,이재영,MinHee Won,WooRi Cho,Jin Man Chang,Jai-young Lee 한국청정기술학회 2023 청정기술 Vol.29 No.4
흡착을 이용한 오염물질 정화 방법에 많은 관심이 집중되고 있으며, 최근에는 바이오차를 이용하여 유기 및 무기오염물질 제거에도 이용할 수 있다는 연구가 진행되고 있다. 특히 폐자원 바이오매스로 폐목재는 바이오매스 재활용 방안이 필요한 상황으로 폐목재를 이용하여 생성된 바이오차를 흡착용량을 증가하기 위한 방법이 필요하다. 저온고압을 이용하여 에너지 소비가 낮고 수분 제거 전처리가 필요없는 열수가압탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC)를 이용하여 탄화하여 바이오차를 생성하고, KOH, NaOH, ZnCl<sub>2</sub> 약품을 이용한 화학적 활성화법으로 생성된 바이오차를 약품별 활성화에 따른 요오드 흡착능, 비표면적, 세공크기, 세공부피, 세공분포 및 SEM을 분석하여 흡착특성을 파악하였다. HTC 300℃, 4 hr에서 생성된 바이오차를 KOH, NaOH, ZnCl<sub>2</sub> 약품별로 활성화로 생성된 바이오차 중 요오드흡착능이 높은 바이오차를 선정하여 비표면적, 세공부피, 세공크기 및 세공분포를 분석한 결과, 비표면적은 774~1.387 m<sup>2</sup>/g으로 활성탄과 같은 높은 비표면적을 나타냈으며, 평균세공크기 21~24 Å 범위의 미세공이 형성되었음을 확인하였다. 또한 SEM 관찰한 결과 활성화에 따라 표면이 일정한 형태의 균일한 세공이 발달되고 세공의 수가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. There is a lot of interest in methods for pollutants using adsorption, and recent research is being conducted to show that biochar can be used to remove organic and inorganic pollutants. In particular, wood waste as waste biomass requires a biomass recycling method, and a method to increase the adsorption capacity of biochar produced using wood waste is needed. Biochar is created by Hydrothermal carbonization (HTC) using, which uses low temperature and high pressure, has low energy consumption and does not require moisture removal pretreatment, and biochar is created through chemical activation using KOH, NaOH, and ZnCl<sub>2</sub> chemicals. The adsorption characteristics of biochar were determined by analyzing iodine adsorptivity, specific surface area, pore diameter, pore volume, pore distribution, and SEM according to the activation. The results of analyzing the selecting biochar by activating the biochar produced at HTC 300℃, 4 hr by KOH, NaOH, and ZnCl<sub>2</sub> chemicals, the specific surface area was 774~1.387 m<sup>2</sup>/g, showing a high specific surface area similar to activated carbon, and it was confirmed that micropores with an average pore diameter in the range of 21~24 Å were formed. As a result of SEM observation, the surface was uniform with a certain shape depending on activation. It was confirmed that one pore was developed and the number of pores increased.
미생물 매개 탄산칼슘 침전을 이용한 하수슬러지의 고형화/안정화 가능성 평가
오민아 ( Minah Oh ),오승진 ( Seungjin Oh ),장진만 ( Jin Man Chang ),서승범 ( Seungbum Seo ),박혜원 ( Hye Won Park ),임호진 ( Ho Jin Lim ),이재영 ( Jai-young Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
본 연구에서는 특정 조건에서 탄산칼슘 침전 반응을 일으키는 미생물(Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP)을 이용하여 하수슬러지를 고형화/안정화 한 후 다양한 매체에 적용가능한 복토재 및 성토재로서의 가능성을 평가하고자 한다. 이에 하수슬러지 및 고화제의 물리화학 적 분석을 진행하였으며 미생물이 형성한 탄산칼슘의 광물학적 분석을 수행하였다. 본 연구를 위하여 하수슬러지의 고형화적 품질기준인 일축압축 강도, 투수계수, pH, 수분함량, 유해물질 함량 분석을 실시하였다. 또한, MICP(Microbially Induced Calcite Precipitation)를 형성하는 미생물에 의하여 하수슬러지가 고화처리 된 것인지 확인하기 위해 형성된 탄산칼슘의 광물학적 분석을 병행하여 고형화/안정화에 대한 신뢰성을 갖고자 하였다. 연구 재료의 유해성 평가에 대한 중금속 분석은 기준을 만족하였으며 Bacillus megaterium 이 형성한 광물을 XRD, SEM/EDS로 분석하였다. 고형화물의 안전성을 위한 일축압축 강도와 투수계수의 경우 미생물의 농축농도가 3 %이며 고화제의 비율이 2 : 8일 때 가장 높은 강도와 가장 낮은 투수성을 나타내었다. pH와 수분함량의 경우 모두 양생기간이 28일 이후로 지날수록 감소하는 경향을 보였으며 유해물질 함량도 모두 기준을 만족하였다. 또한, XRD분석과 SEM/EDS분석을 통하여 Bacillus megaterium의 탄산칼슘 형성을 확인할 수 있었다.