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목차

표제지=0,1,1

제출문=0,2,1

요약문=0,3,2

목차=0,5,1

표목차=0,6,2

그림목차=0,8,4

제1장 서론=1,12,1

제1절 연구 배경=1,12,2

제2절 기술개요 및 연구의 필요성=3,14,4

제2장 문헌연구=7,18,1

제1절 하수슬러지 일반적 처리 방법=7,18,7

제2절 Pulse Power=14,25,23

제3절 마이크로파를 이용한 슬러지 전처리=37,48,6

제4절 탈수=43,54,16

제3장 실험 장치 및 방법=59,70,1

제1절 물속 방전 시스템(Pulse Power 장치) 개발=59,70,4

제2절 Microwave를 이용한 슬러지 전처리 장치=63,74,1

제3절 Pulse Power를 이용한 잉여슬러지의 전처리=64,75,2

제4절 실험실 규모의 혐기성 소화 특성 실험=66,77,2

제5절 Pilot 규모의 슬러지 전처리 및 소화조 운전 실험=68,79,3

제4장 처리장치 Design=71,82,1

제1절 Pulse Power 발생 장치=71,82,9

제2절 Microwave 발생 장치=80,91,5

제5장 연구 결과 및 고찰=85,96,1

제1절 국내 하수처리장 슬러지 발생 현황 및 처리 현황=85,96,6

제2절 Pulse Power 전처리 시스템 개발=91,102,13

제3절 Pulse Power를 이용한 잉여슬러지의 전처리 특성=104,115,24

제4절 Pulse power 전처리에 따른 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=128,139,14

제5절 Pulse power 전처리에 의한 잉여슬러지의 탈수 특성=142,153,7

제6절 슬러지 전처리 유무에 따른 Pilot 규모의 소화조 운전 결과=149,160,25

제7절 펄스 파워에 의한 슬러지 전처리의 경제성 및 실용화=174,185,7

제6장 결론=181,192,2

참고문헌=183,194,14

부록=197,208,21

표목차

표 1-1 SUI사의 Pulse Power Generator를 이용한 실험 결과=5,16,1

표 2-1 일반적인 하수슬러지의 특성=7,18,1

표 2-2 슬러지 처리공정의 일반적인 분류=7,18,1

표 2-3 슬러지 전처리 공정의 장ㆍ단점=13,24,1

표 2-4 플라즈마의 생성과 에너지 변화=16,27,1

표 2-5 열플라즈마의 적용분야=18,29,1

표 2-6 저온 플라즈마의 적용분야=19,30,1

표 2-7 방전에너지에 따른 층격파의 크기=30,41,1

표 2-8 pH에 따른 유리잔류염소(free residual chlorine)의 구성비=36,47,1

표 2-9 산업용,의료용으로 사용이 허가된 주파수 대역=38,49,1

표 2-10 다양한 미생물의 생장가능 온도 (Brock,2001)=41,52,1

표 2-11 고액 분리 장치별 특성=56,67,1

표 2-12 도시 하수처리장 슬러지 종류에 따른 일반적인 Belt Press의 탈수 효율=58,69,1

표 3-1 Pilot Plant 분석항목 및 분석방법=70,81,1

표 4-1 펄스 전원시스템의 사양표=72,83,1

표 5-1 국내 하수슬러지 발생 현황=85,96,1

표 5-2 하수처리장 규모에 따른 하수슬러지 발생 현황=86,97,1

표 5-3 하수처리장 처리공법에 따른 하수슬러지 발생 현황=86,97,1

표 5-4 A하수처리장 슬러지 발생현황(2002년)=87,98,1

표 5-5 하수슬러지 최종 처분비용 현황=87,98,1

표 5-6 국내 하수처리장의 하수슬러지 성상 특성=89,100,1

표 5-7 경기도 소재 A 하수처리장의 하수슬러지 성상특성=90,101,1

표 5-8 반응기 재질에 따른 아크 방전 실험 결과=93,104,1

표 5-9 반응기 형태에 따른 장ㆍ단점=95,106,1

표 5-10 전도도×τc(이미지참조)=102,113,1

표 5-11 처리횟수에 따른 잉여슬러지의 pulse power 전처리 특성=105,116,1

표 5-12 처리 유량에 따른 잉여슬러지 전처리 결과=110,121,1

표 5-13 링 갯수에 따른 잉여슬러지 전처리 특성=111,122,1

표 5-14 링 갯수에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=112,123,1

표 5-15 고부하에서의 링 갯수에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성 소화특성=115,126,1

표 5-16 링 갯수에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 운전특성=121,132,1

표 5-17 최적 전처리 조건에서 잉여슬러지의 전처리 특성=122,133,1

표 5-18 Characteristics of DS before and after batch anaerobic digestion at coaxial reactor with 7 rings=124,135,1

표 5-19 Characteristics of DS before and after batch anaerobic digestion at different organic loading rate=127,138,1

표 5-20 HRT 15일에서 혐기성 소화조 운전 특성=129,140,1

표 5-21 HRT I5일에서의 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=132,143,1

표 5-22 HRT 7일에서 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=134,145,1

표 5-23 HRT 7,10,I5일에서 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=136,147,1

표 5-24 Pulse power generator 운전에 따른 에너지 소모량=139,150,1

표 5-25 Pulse power를 이용한 잉여슬러지 전처리에 따른 에너지 경제성 평가=140,151,1

표 5-26 Pulse power로 전처리된 잉여슬러지의 CST 변화=142,153,1

표 5-27 Pulse power로 전처리에 따른 잉여슬러지의 비저항 값 변화=144,155,1

표 5-28 개량제 주입에 따른 잉여슬러지의 비저항값 변화=148,159,1

표 5-29 생슬러지의 혐기성소화 특성=150,161,1

표 5-30 혼합슬러지의 혐기성소화 후 특성=152,163,1

표 5-31 잉여슬러지의 혐기성소화 후 특성=153,164,1

표 5-32 Pulse Power와 Microwave의 잉여슬러지 전처리 특성=159,170,1

표 5-33 HRT 20일에서의 Pulse Power 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=163,174,1

표 5-34 HRT 20일애서의 Microwave 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=164,175,1

표 5-35 HRT I5일에서의 Pulse Power 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=166,177,1

표 5-36 HRT 15일에서의 Microwave 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화 특성=167,178,1

표 5-37 시료별 미생물 조성의 변화=169,180,1

표 5-38 하수슬러지 발생 현황=173,184,1

표 5-39 Pulse Power 시스템에 의한 하수슬러지의 대체에너지 효과=173,184,1

표 5-40 슬러지 전처리설비의 경제성 비교=175,186,1

표 5-41 Pulse power pre-treatment의 에너지 경제성 평가(40㎥／일 슬러지 처리시)=177,188,1

그림목차

그림 1-1 본 연구의 범위=2,13,1

그림 1-2 우리나라 하수발생량 및 슬러지 처리비용(1996~2005년)=3,14,1

그림 1-3 Pulse Power 발생원리=4,15,1

그림 1-4 펄스발생에 의한 전력소모=4,15,1

그림 2-1 혐기성 소화에서 메탄생성과정(Source:McCarty,1964;p.arkin and Owen,1986)=10,21,1

그림 2-2 플라즈마의 생성 과정=15,26,1

그림 2-3 저기압 방전의 전압-전류 특성=17,28,1

그림 2-4 온도의 반지름 방향 분포=17,28,1

그림 2-5 아크방전 파형=21,32,1

그림 2-6 직렬 RLC 방전회로도=22,33,1

그림 2-7 Overdamping and Critical damping=23,34,1

그림 2-8 Underdamping=24,35,1

그림 2-9 물 속 방전회로도=24,35,1

그림 2-10 자연방전(실제파형)=27,38,1

그림 2-11 자연방전(이론파형)=27,38,1

그림 2-12 arc 방전(실제파형)=28,39,1

그림 2-13 아크방전(이론파형)=28,39,1

그림 2-14 물속방전의 적용분야=29,40,1

그림 2-15 충격파 속도의 감소(1)=31,42,1

그림 2-16 충격파 속도의 감소(2)=31,42,1

그림 2-17 자연방전 파형3=32,43,1

그림 2-18 아크(arc)방전 파형=32,43,1

그림 2-19 Pulse Power의 발생=33,44,1

그림 2-20 물 속 방전 mechanism=34,45,1

그림 2-21 DNA 염기 구조에 미치는 오존의 영향=35,46,1

그림 2-22 주파수대역에 따른 역할에 따른 fε 와 ε' 의 변화=40,51,1

그림 2-23 Fecal coliform reductions of PS with microwaves and thermal heating=42,53,1

그림 2-24 슬러지 내에 존재하는 물의 종류=44,55,1

그림 2-25 유기응집제와 입자간의 반응모델=46,57,1

그림 2-26 총고형물 농도 2.8%인 생슬러지의 Zeta Potential에 대한 양이온계 폴리머의 영향=47,58,1

그림 2-27 Buchner Funnel Test 장치=51,62,1

그림 2-28 filtrate volume(mL).vs. Time／=53,64,1

그림 2-29 CST 장치=55,66,1

그림 2-30 Belt Press의 기본 처리 단계=57,68,1

그림 3-1／그림 3-2 물속 방전 시스템 구성도=59,70,1

그림 3-2 10㎾급 Pulse Power 발생 장치=59,70,1

그림 3-3 물속 아크방전을 위한 시스템 회로=60,71,1

그림 3-4 전처리에 사용된 동축반응기의 모식도=60,71,1

그림 3-5 실험실 규모의 pulse power 전처리 시스템=61,72,1

그림 3-6 Pilot 규모의 Pulse power 전처리 시스템=62,73,1

그림 3-7 10㎾급 Microwave 장치=63,74,1

그림 3-8 실험에 사용된 회분식 혐기성 소화조=65,76,1

그림 3-9 실험실 규모의 연속식 혐기성 소화조의 구성=67,78,1

그림 3-10 Pulse Power를 이용한 잉여슬러지 전처리 및 혐기성 소화 공정=68,79,1

그림 3-11 Pilot Plant용 1㎥규모 혐기성 소화조=69,80,1

그림 4-1 펄스 전원시스템의 시스템 회로도=72,83,1

그림 4-2 Maxwell사의 직류 고전압 전윈 장치=73,84,1

그림 4-3 Thyratron 스위치=74,85,1

그림 4-4 Capacitor=75,86,1

그림 4-5 Pulse Transformer=76,87,1

그림 4-6 입력 및 출력 전압,전류 표시장치=78,89,1

그림 4-7 Thyratron 스위치 가열 및 과부하 보호 장치=79,90,1

그림 4-8 PTFE 가열 챔버=80,91,1

그림 4-9 Microwave 장치 조작 패널=81,92,1

그림 4-10 마그네트론과 냉각용 송풍기=82,93,1

그림 4-11 마그네트론 가동용 전원공급기=82,93,1

그림 4-12 외부 냉각용 송풍기=83,94,1

그림 5-1 1.2㎾ Pulse Power시스템을 이용한 물 속 방전 실험 결과=91,102,1

그림 5-2 Tip reactor(I)=92,103,1

그림 5-3 Multi tip reactor=92,103,1

그림 5-4 Insulating reactor(I)=92,103,1

그림 5-5 Insulating reactor(II)=92,103,1

그림 5-6 Metal Tip reactor=92,103,1

그림 5-7 Metal multi tip reactor=92,103,1

그림 5-8 Tip reactor(II)=93,104,1

그림 5-9 Coaxial reactor=94,105,1

그림 5-10 동축과 Tip반응기의 E／V-d graph 비교=94,105,1

그림 5-11 Coaxial ring reactor=94,105,1

그림 5-12 Metal coaxial ring reactor=95,106,1

그림 5-13／12 현장에 설치된 Pulse reactor=95,106,1

그림 5-14 방전 전의 전극=96,107,1

그림 5-15 수시간 방전 후의 전극=96,107,1

그림 5-16 동축 링 반응기=96,107,1

그림 5-17 동축 링 반응기 전극 몸체=97,108,1

그림 5-18 Gas 주입 처리=98,109,1

그림 5-19 55 nF,2 ,2mm 갭,3Hz=99,110,1

그림 5-20 55 nF,2 ,2.5mm 갭,3Hz=99,110,1

그림 5-21 55 nF,2 ,3mm 갭,3Hz=100,111,1

그림 5-22 아크방전이 일어나지 않을 때 방전패턴=101,112,1

그림 5-23 아크방전 파형과 τc(이미지참조)=101,112,1

그림 5-24 링 5개가 장착된 동축반응기에서 처리횟수에 따른 SCOD／TCOD ratio=105,116,1

그림 5-25 링 7개와 9개가 장착된 동축반응기에서 처리횟수에 따른 SCOD／TCOD 비=106,117,1

그림 5-26 Electrical resistance of circuit=107,118,1

그림 5-27 처리유량에 따른 잉여슬러지의 SCOD／TCOD ratio=110,121,1

그림 5-28 링 갯수에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화기간동안의 가스발생율=113,124,1

그림 5-29 고부하에서 링 갯수에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성소화기간동안의 가스발생율=116,127,1

그림 5-30 ㎐에 따른 고농도 잉여슬러지의 전처리후 SCOD／TCOD 변화=116,127,1

그림 5-31 ㎐에 따른 저농도 잉여슬러지의 진처리후의 SCOD／TCOD 변화=117,128,1

그림 5-32 ㎐에 따라 전처리된 잉여슬러지의 VA,Alk. 변화=118,129,1

그림 5-33 ㎐에 따라 전처리된 잉여슬러지의 ECP 변화=118,129,1

그림 5-34 ㎐에 따라 전처리된 잉여슬러지의 COD 변화=119,130,1

그림 5-35 ㎐에 따라 전처리된 잉여슬러지의 SCOD／TCOD ratio 변화=119,130,1

그림 5-36 ㎐에 따라 전처리된 잉여슬러지의 혐기성 소화 운전기간에 따른 가스발생율=120,131,1

그림 5-37 Optical & Scanning electron micrographs of cells=123,134,1

그림 5-38 GPR during batch anaerobic digestion at coaxial reactor with 7 ring=125,136,1

그림 5-39 GPR during batch anaerobic digestion at different organic loading rate=126,137,1

그림 5-40 T 하수처리장의 하수처리공정도=129,140,1

그림 5-41 HRT I5일에서 혐기성 소화시 가스발생율=132,143,1

그림 5-42 HRT I5일과 30일에서 혐기성소화시 가스발생율=133,144,1

그림 5-43 HRT 7일에서 혐기성 소화시 가스발생율=136,147,1

그림 5-44 HRT 7,10 & 15일에서 혐기성 소화시 가스발생율=137,148,1

그림 5-45 HRT 4일에서 혐기성소화시 소화조의 VA농도 변화=138,149,1

그림 5-46 HRT 4일에서 혐기성 소화시 가스발생율=138,149,1

그림 5-47 잉여슬러지의 탈수성 실험 결과=143,154,1

그림 5-48 HRT 15일로 운전된 소화슬러지의 CST(A STP)=145,156,1

그림 5-49 HRT 15일에서 운전된 소화슬러지의 CST(T STP)=145,156,1

그림 5-50 HRT 15일과 30일에서 운전된 소화슬러지의 CST=146,157,1

그림 5-51 HRT 7일,10일 및 15일에서 운전된 소화슬러지의 CST=146,157,1

그림 5-52 개량제 투입 전ㆍ후의 CST변화=148,159,1

그림 5-53 생슬러지의 혐기성 소화시 가스발생율=150,161,1

그림 5-54 생슬러지의 혐기성 소화시 제거 COD당 발생 가스량=151,162,1

그림 5-55 혼합슬러지의 혐기성 소화시 가스발생율=152,163,1

그림 5-56 혐기성 소화를 행한 잉여슬러지의 휘발성 고형물 농도 변화=154,165,1

그림 5-57 혐기성 소화를 행한 전처리된 잉여슬러지의 휘발성 고형물 농도 변화=154,165,1

그림 5-58 잉여슬러지 진처리전 혐기성 소화시 가스발생율=155,166,1

그림 5-59 Pulse Power에 의한 전처리후 혐기성 소화시 가스발생율=155,166,1

그림 5-60 잉여슬러지 전처리전 발생 가스중 메탄순도=156,167,1

그림 5-61 Pulse Power에 의한 전처리후 발생 가스중 메탄순도=156,167,1

그림 5-62 Pulse Power에 의한 전처리후 제거COD당 가스발생량=157,168,1

그림 5-63 Pulse Power 전처리시 시간 변화에 따른 VA농도 변화=158,169,1

그림 5-64 Microwave와 Pulse Power 시스템 전처리에 의한 WAS의 SCOD 증가율=160,171,1

그림 5-65 Microwave와 Pulse Power 시스템 전처리에 의한 WAS의 VA 농도 변화=161,172,1

그림 5-66 Microwave와 Pulse Power의 소요전력량=162,173,1

그림 5-67 HRT 20일 운전시 Pulse Power 와 Microwave의 가스발생율=164,175,1

그림 5-68 Pulse Power 및 Microwave에 의한 전처리가 VS제거율에 미치는 영향=165,176,1

그림 5-69 HRT I5일 운전시 Pulse Power와 Microwave의 가스발생율=167,178,1

그림 5-70 잉여슬러지의 Microwave 및 Pulse Power 처리,혐기성 소화에 의한 미생물 상의 변화=171,182,1

그림 5-71 금속 피로 전의 반응기 링의 모습=179,190,1

그림 5-72 금속 피로와 마모로 손상된 반응기 링의 모습=179,190,1

그림 5-73 장시간 운전에 따른 전극의 마모 전,후=180,191,1

칼라목차

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그림 5-70 잉여슬러지의 Microwave 및 Pulse Power 처리,혐기성 소화에 의한 미생물 상의 변화=171,182,1

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