혐기성 소화를 통한 유해 녹조폐기물의 에너지화

김가빈(Gabin Kim),오은주(Eunjoo Oh),이종근(Jongkeun Lee ),민경진(Kyung Jin Min),박기영(Ki Young Park) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계

최근 유해 조류인 시아노박테리아에 따른 녹조현상은 한강유역에서 가장 심각한 문제이다. 수거는 유해조류를 제어하는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 그러나 수거된 녹조폐기물의 처리 및 처분은 심각한 2차 환경오염이 될 수 있다. 퇴비, 동물 먹이, 바이오 오일 생산 및 혐기성 소화가 유익하게사용되도록 제안되었다. 혐기성 소화는 녹조폐기물을 지속가능한 에너지로 전환하는 경제적 방안으로 제기되고 있다. 이 연구에서는 녹조폐기물을 이용한 메탄 생산, 통합 소화 및 열수전처리 특성을조사했다. 실험에 사용 된 기질은 녹조폐기물로 Microcystis 종이 혼합물에서 우세한 종 (> 99 %)이었다. Microcystis spp.와의 통합 소화에 사용되는 1차 슬러지 및 접종 슬러지는 인근 하수처리장으로부터 얻었다. 통합 소화 샘플 중에서 바이오 가스 생산을 위한 최적의 소화 혼합비는 Microcystis spp. 및 1차 슬러지 중량 분율은 25:75이었다. 이 연구의 결과는 메탄 발생량이 사용 된 공기기질의 양과공기질의 유기 화합물의 양에 의존한다는 것을 보여 주었다. 열수전처리에 대한 최적 온도는 180-21 0℃인 것으로 나타났으며, 추가 실험에서 각각 180 및 210℃에서 130.2 및 126.6 mL CH4 / mg VS의메탄 수율을 나타내었다.

슬러지 마이크로파 열분해 온도에 따른 가스 조성의 영향

김가빈(Gabin Kim),박영호(Young Ho Park),김주형(Joohyeong Kim),김대기(Daegi Kim),박기영(Ki Young Park) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

현재 화석연료에 대한 높은 의존도로 인해 지속가능한 에너지원의 구축이 필요하다. 이에 폐기물을 이용해 에너지를 생산하는 폐기물자원화 기술이 주목을 받고 있다. 폐기물 중 하수슬러지는 발생량이 많고 유기물 함량이 높아 에너지원으로 활용될 가능성이 높다. 다양한 자원화 방법 중 열분해는 고분자 유기물질을 열적 분해하여 고체, 액체, 기체상의 생성물로 회수할 수 있는 방법으로, 보다 환경적인 슬러지 처리가 가능하게 된다. 하지만 외부 열원을 에너지원으로 이용하는 기존 열분해 방법의 경우에는 온도 상승에 많은 시간이 소요되고 직접적인 내부 가열이 어렵다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 유전 가열을 통해 유기물의 내부를 직접적으로 분해하는 마이크로파 열분해 방법이 고안되었다. 마이크로파를 이용한 열분해는 기존 열분해와 비교 시 최종 온도에 도달하는 시간이 단축되며 높은 수소가스 성분 생성이 가능하다는 장점을 가진다. 본 연구에서는 하수슬러지의 효율적인 에너지화 공정으로 마이크로파 열분해 방법을 제시하고, 슬러지의 마이크로파 열분해 시 최종 온도 변화에 따른 가스 생성물의 조성을 관찰하였다. 마이크로파 열분해 온도는 각각 400, 600, 800, 1000℃로 설정하였다. 1시간동안 최종 온도를 유지하며 열분해 실험을 진행하였고, 생성되는 열분해 가스를 포집하였다. 온도 상승 추이와 가스 생성물 중 수소가스의 발생을 중점적으로 분석하여 슬러지 열분해에 있어서 마이크로파가 미치는 영향을 도출하였다.

양식장 폐기물의 자원순환을 위한 기술 연구

김가빈 ( Gabin Kim ),최자형 ( Ja-hyung Choi ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),유명수 ( Myung-soo Yoo ),엄남일 ( Namil Um ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

최근 해양 미세플라스틱 문제와 더불어 해양 폐기물로 인한 오염 문제를 해결하기 위한 방안의 중요성이 대두되고 있다. 해양 폐기물의 적정 처리를 위하여 자원순환 기술이 도입되어야 하지만 해양 폐기물 대상 자원순환 체계는 「재활용환경성평가」와 같은 재활용 정책이 시행되고 있는 육상폐기물에 비해 미비한 실정이다. 그 중에서도 양식장 폐기물은 충분한 자원회수 가치에도 불구하고 불법 방치 및 폐기되는 비율이 높아 관리 문제가 발생하고 있다. 또한 양식장 폐기물의 자원순환 정책으로 「자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률」에 근거한 EPR(생산자책임재활용제도)이 있으나, 적용 대상이 양식용 부자와 김발장(합성수지 재질) 등 일부에 제한된다는 한계가 있어 개선이 필요하다. 이에 본 연구에서는 해양 폐기물 중에서도 양식장 폐기물을 대상으로 자원순환 기술을 제시하고자 하였다. 본 연구의 대상 물질인 양식장 폐기물은 어업, 양식 과정에서 발생하는 해상 기인 폐기물이며 종류는 크게 플라스틱 재질의 폐어구와 부표 등과 같은 양식장에서 이용되는 도구와 해조류 찌꺼기와 수산물의 패각 등과 같은 양식 부산물로 분류된다. 양식장 폐기물의 자원순환 기술 도입을 위하여 기존에 육상 폐기물을 대상으로 시행되고 있는 재활용 활성화를 위한 정책과 재활용 유형을 참고하여 자원화 방법을 마련하였다. 세부적으로 양식장 폐기물의 재활용 효율을 높이기 위한 전처리 기술과 자원순환 기술을 제시하였다. 자원순환 기술로는 재활용 기술과 양식장 폐기물 특성에 따라 가연성·유기성 폐자원 에너지화 기술을 제시하였다.

녹조 폐기물의 혐기성 소화시 미생물 군집 변화

김가빈 ( Gabin Kim ),오은주 ( Eun Joo Oh ),민경진 ( Kyung Jin Min ),박기영 ( Ki-young Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

하천 및 호소와 같은 담수 생태계에서 남조류, 녹조류, 규조류 등과 같은 자연 발생 조류의 과다 발생은 용존 산소 감소, 무광층 증가, 냄새 등을 유발할 수 있다. 녹조 현상의 원인이 되는 조류는 시안박테리아인 남조류로이다. 남조류는 여름철과 같은 높은 수온에서 잘 성장하는 특성을 가지고 있다. 또한, 군체를 형성하기 때문에 포식자로부터 보호될 수 있는 특징이 있다. 세포 내에 있는 부례를 이용하여 빛이 부족할 때 수면 위로 떠오르고 빛이 많을 때에는 하강하는 특성 때문에 특히 여름철에 문제를 일으킨다. 따라서 본 연구에서는 여름철 하천에서 자연적 발생되는 녹조 폐기물의 처리 방법으로서 혐기성소화를 통한 바이오가스 생산 가능성에 대해 알아보고, 혐기성 소화 동안에 미생물 군집변화를 알아보고자 하였다. 실험은 하수슬러지, 하천에서 수거한 남조류 등을 BMP (Biochemical Methane Potential) 시험을 통하여 살펴보았다. 이 연구의 결과, 메탄 발생량은 사용 된 공기질의 양과 공기질의 유기물의 함양에 따른다는 것을 보여 주었다. 또한 수열 전처리는 메탄생산량을 증가시켰다. 미생물 군집분포는 전체적 고세균과 박테리아는 6:4 정도로 분포하였다. 모든 샘플에서 고세균의 대부분은 Euryarchaeota이었으며 종으로는 Methanosaeta concilii가 가장 풍부하게 존재하였다. 식종균에서는 메탄생성균의 성장을 지원하는 아세트산 생성 박테리아인 Bacteroidetes가 장 풍부하였으나, 녹조 폐기물 처리 반응조 샘플에서는 프로테오박테리아 비율이 높았다. 그렇지만 녹조 폐기물을 전처리하여 사멸시킨 반응조에서 미생물 군집은 하수슬러지를 처리하는 식종균과 유사하였다.

연료전지 기반 전기추진선박의 동적 해석을 위한 전력계통 모델링

김가빈(Gabin Kim),트린피하이(Phi-Hai Trinh),무하마드 아지즈(Muhammad Aziz),일함 라마단 마울라나(Ilham Ramadhan Maulana),주현우(Hyun-Woo Joo),정일엽(Il-Yop Chung) 대한전기학회 2023 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2023 No.10-2

피혁폐기물과 음폐수의 통합 혐기성소화에서 기질 pH 조절의 영향

김가빈 ( Gabin Kim ),이종근 ( Jongkeun Lee ),장덕진 ( Deok Jin Jang ),손동환 ( Dong Hwnan Sohn ),이관용 ( Kwanyong Lee ),박기영 ( Ki-young Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

가죽 제조 산업의 현황을 살펴보면 가공에 사용되는 원료피의 50%가 폐기물로 발생되어 진다. 가죽 원료에서 많은 부분이 폐기물로 발생하기 때문에 해당 공정의 폐기물 처리와 함께 자원으로서의 활용적 측면이 함께 고려되어야한다. 하지만 현재 대부분의 피혁폐기물은 주로 매립과 소각 방법으로 처리되고 있어 보다 지속가능하고 환경 친화적인 처리 방법이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에 사용된 피혁폐기물은 가죽 제조 공정 중 탈모공정(Liming) 후에 발생하는 Pelt scrap으로, 주성분이 지질과 단백질로 구성되어 있어 혐기성 소화를 통한 처리 시 효율적인 메탄 생성 기질로 사용될 수 있다. 다만, 피혁폐기물은 pH와 C/N 비가 높아 혐기성 소화 시 메탄 생성 과정에 저해를 줄 수 있어 이에 대한 조절이 필요하다. 일반적으로 피혁폐기물의 pH는 12 부근으로 알려져 있으며, 혐기성소화 공정에서 기질의 pH가 6이하 또는 8.5이상인 경우 메탄 생성에 영향을 줄 수 있다. 이에 효율적인 피혁폐기물 처리와 메탄가스 생산을 위해서는 기질의 pH 조절이 필요하다. 본 연구에서는 피혁폐기물의 높은 pH를 혐기성소화에 알맞은 중성으로 조절해주기 위해 pH가 낮으면서 생분해도가 높은 음폐수를 통합 기질로 사용해 혐기성소화를 실시하였다. 실험에 사용된 피혁폐기물과 음폐수의 pH는 각각 12.4와 4.2였으며, 이를 VS기준 0.13:0.87의 비율로 혼합하여 혼합기질의 pH를 7.7로 만들었다. 250mL serum bottle에 하수슬러지 100mL를 식종하고 기질 1g VS를 주입하였고 35℃, 150rpm으로 유지되는 항온교반기에서 진행하였다. 기질 pH 조절에 의한 소화 성능 확인을 위해 피혁폐기물과 음폐수 단독소화를 실시하고, 이를 pH 7로 조절한 통합소화 조건과 비교하였다. 이때 소화성능은 유기물 감량과 바이오가스 생산량 및 메탄함량을 통해 평가하였다. 실험 결과, 단독 소화와 비교해 기질의 pH를 조절해 통합소화에서 바이오가스 생산량과 메탄 함량이 증대되는 경향을 보였다. 결론적으로 혐기성소화 시 기질 혼합을 통한 중성 pH 조성은 바이오가스 생산량과 메탄 함량의 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다.

피혁공장 제육 폐기물 및 음폐수의 통합소화

이종근(Jongkeun Lee),김가빈(Gabin Kim),장덕진(Deokjin Jang),박기영(Ki Young Park) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.추계

피혁폐기물을 단독 기질로 혐기성소화를 진행했을 때, 기질이 갖고 있는 탄소원에 비해 메탄생성에 필요한 질소성분이 적어서, 잠재적 최대 매탄발생량 (822.1 mL/g VS)에 비해 206.9 mL/g VS로 적은 메탄이 생성되었다. 비교적 질소함량이 많은 음폐수와 통합소화를 통해 필요한 질소원을 보충시켰다. 음폐수와 피혁폐기물을 혼합하여 C/N비를 30으로 조정하여 혐기성 소화하게 되면, 각 기질을단독으로 진행했을 때 보다 최대 1.7배 향상된 바이오가스 생산량을 보였다. 누적 메탄생성량은 혼합된 기질 중 피혁폐기물의 함량이 가장 많은 C/N 30에서 가장 높은 520.8 mL/g VS가 생성되었으며생분해율은 64.6%를 나타냈다. 반면, 통합소화에서 음폐수 함량이 많게 되면 최종 생성되는 가스량은 비교적 감소하였지만 생성속도가 향상되는 것을 알 수 있었다.

21대 총선 당락 여부와 사회인구학적 변인 간의 연관성 연구

최국렬(KookLyeol Choi),김가빈(Gabin Kim),조예진(Yejin Jo) 한국데이터정보과학회 2022 한국데이터정보과학회지 Vol.33 No.1

각종 선거 결과는 대의 민주주의 근간을 이루는 큰 이슈가 되기 때문에 피선거권자는 물론이고 일반 유권자들에게도 큰 관심사가 아닐 수 없다. 본 연구는 다중로지스틱 모형을 이용하여 21대 총선 개표 결과를 바탕으로 후보자의 당락 여부와 사회인구학적 특성 간의 연관성을 분석하였다. 데이터의 구성은 21대 지역구 선거가 실시된 전국 253개의 지역구에 대하여 당선자와 2위 낙선자를 매칭하 여 성별, 소속정당, 현역 여부 등 6개의 사회인구학적 특성을 나타내는 변수를 설명변수로 사용하였다. 당락여부와 범주형 설명변수들 간의 연관성을 평가하는 가장 간단한 방법으로는 2원 분할표를 이용하는 카이제곱 검정을 시도할 수 있겠으나 이는 나머지 변수들의 효과를 함께 고려할 수 없는 단점이 있다. 본 분석에서는 나머지 설명변수들의 효과를 고정하고 각 설명변수의 영향력을 평가하기 위하여 다중로지스틱 모형을 가정한 편회귀계수 추정치와 오즈비를 이용하여 결과를 분석하였다. 분석 결과를 보면, 성별, 21대 이전 당선 횟수, 나이 변인들은 당선 여부와 유의수준 0.05에서 통계적으로 유의한 연관성을 갖지 못했으나 소속정당, 현직 여부, 지역구변경 여부 등은 통계적으로 매우 유의한 연관성을 갖는 것으로 나타났다. This paper aims to analyze the relationship between candidate’s success and socio-demographic characteristics based on the results of the 21st general election counting held on April 15, 2020 using a multiple logistic model. For the data, 253 regions across the country were selected and election winner’s sociodemographic characteristics were matched with second-place losers, and six socio-demographic characteristics such as gender, affiliation, and active duty were used as explanatory variables. Usually, a Pearson chi-square test using a two-way crosstabulation can be attempted as the simplest way to evaluate the association between response variable and categorical explanatory variables, but this has a disadvantage that the effects of the remaining variables cannot be considered together. In this analysis, a multiple logistic regression model, a method of fixing the effects of the remaining explanatory variables and evaluating the influence of each individual explanatory variable, was used, and the results were analyzed using coefficient estimates and odds ratios. According to the analysis results, gender, re-election status, and age group did not have a statistically significant relationship at the significance level of 0.05, but their party, active duty, and district change were statistically very significant.

전기투석 공정에서 인가전류변화에 따른 중금속 분리 특성

오은주 ( Eunjoo Oh ),김가빈 ( Gabin Kim ),이정원 ( Jeongwon Lee ),류준희 ( Junhee Ryu ),박기영 ( Ki Young Park ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2019 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2019 No.-

바이오매스 촉매 열분해를 이용한 수소생성

이승현 ( Seunghyun Lee ),김가빈 ( Gabin Kim ),박기영 ( Ki-young Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

바이오매스 열분해는 수소가 풍부한 합성가스, 바이오오일, 바이오차로 전환하는 효율적인 방법이다. 바이오매스 열분해는 고온으로 갈수록 합성가스의 함량과 수소가스 농도가 증가하나 온도 상승에 오랜 시간이 소요되고 에너지가 많이 요구되는 단점이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스의 열분해 반응시간과 소요되는 에너지를 줄이고, 수소가스의 생성량을 늘리기 위하여 촉매를 사용한 열분해 방법을 적용하였다. A물 재생센터의 소화슬러지를 바이오매스로 사용하였으며, 촉매첨가에 대한 비교를 위하여 800℃와 1000℃에서 Tube muffle furnace를 이용하여 소화슬러지를 열분해 하였다. 촉매는 CaO, Al₂CO₃, Fe₂O₃를 사용하였으며, 무산소조건 조성을 위해 질소가스를 30분간 100mL/min으로 주입하였다. 그 후에는 Carrier gas로 10mL/min으로 변경하여 흘려주었다. 반응온도는 800℃로 유지하였으며, 승온률과 반응시간은 각각 30℃/min과 60분으로 고정하였다. 열분해 생성 가스는 가스크로마토그래피(Gas Chromatography, GC) TCD 검출기로 가스 조성 및 수소가스를 분석하였다. 촉매에 따른 수소가스 생성을 비교하기 위해 촉매 종류를 변화시켜 주고 다른 조건들은 동일하게 진행하였다. 실험 결과, 촉매를 첨가하지 않았을 때 800℃에서 30.59%, 1000℃에서는 42.07%의 수소가스가 생성되었다. 촉매는 열분해에 의해 생성된 비응축성 가스가 입자 사이를 이동하여 체류시간을 증가시켜 바이오차와 유기물의 2차적인 열분해 및 휘발성 물질의 열분해 반응을 촉진시킨다. 촉매 첨가 후 저온에서 열분해를 하였을 때가 촉매를 첨가하지 않은 고온의 열분해 보다 높은 효율로 수소가스 및 합성가스 생성이 관찰되었다. 촉매별 합성가스의 조성과 수소 생성 수율에 차이가 발생하므로 목표하는 가스의 함량에 따른 촉매 선택을 통하여 소화슬러지를 이용한 열분해 효율의 증대 가능성을 확인하였다.