하수 재이용 분리막의 유기 파울링 저감을 위한 응집 전처리와 RO 농축수 처리 특성

나지훈 서울시립대학교 일반대학원 2018 국내박사

The global water shortage problem is one of the major reasons for climate change and population growth, but also for public awareness that water resources are endless resources. In order to fundamentally solve this water shortage problem, there is a need to develop new water resources such as seawater desalination and sewage reuse. For desalinate seawater and reuse wastewater, it is necessary to use the UF and RO membranes as a unit process. Recently, it has been necessary to apply MF or UF membranes as pretreatment to ensure the stability of RO membranes, but the effluent organic matter (EfOM) in the range of 10 kDa as cut-off molecular weight is smaller than the porosity of MF or UF membranes. It is impossible to treat with RO pre-treatment membrane for RO membrane. This EfOM is a major cause of fouling of the RO, which is closely related to the chemical cleaning cycle and replacement of the RO. In addition, membrane fouling by EfOM also occurs in pretreatment membranes. Periodic backwash to prevent membrane fouling is a factor that lowers the recovery rate of the sewage recycling process. The purpose of this study is to investigate the fractional molecular weight characteristics of sewage water EfOM for the control of EfOM, which is the most important matter as membrane fouling. The coagulation process was used as a unit process for EfOM control. The filtration characteristics of UF membranes were drawn from the results of the batch experiments and the fouling characteristics were analyzed by applying them to the four fouling models by Hermia. In addition, the characteristics of RO concentrated water due to the coagulation pretreatment was analyzed and denitrification efficiency was evaluated experimentally by applying the autotrophic denitrification method to find a rational RO concentrated water treatment method. Through the analysis of alkaloid consumption and SO42- production, the operating parameters of the sulfur denitrator were found. 전 세계적인 물 부족 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방법은 해수 담수화나 하수 재이용과 같은 새로운 수자원 개발이며 이를 위해서는 RO 분리막을 단위공정으로 이용하는 재처리 기술이 필요하다. RO 분리막은 고형물에 의한 파울링에 취약하기 때문에 이를 해결하기 위해 MF 및 UF 전처리 분리막의 적용이 확대되고 있으나 용존성 유기물에 의한 RO 분리막과 전처리 분리막의 유기 파울링 문제는 여전히 해결해야할 문제이다. 분획분자량 기준 10 kDa의 하수처리수 내 유기물은 porous media인 MF나 UF 분리막의 공극보다 작아 RO 전처리 분리막으로는 처리가 불가능하다. 이러한 EfOM(Effluent Organic Matter)은 UF(Ultra Filtration) 및 RO(Revers Osmosis) 분리막의 주요 파울링 원인으로 분리막의 화학세정 주기 및 교체와 밀접한 연관을 갖는다. 본 연구는 하수 재이용 공정에서 UF 분리막과 RO 분리막 파울링의 주요 원인물질인 EfOM의 제거를 위한 단위공정으로 응집-UF 분리막 공정의 효과를 실험적으로 고찰하였다. 실험결과, 응집 전 71.9%를 차지하고 있던 50 kDa 이하의 유기물이 FeCl3로 응집한 경우, 20.2%로 감소되었다. RO 분리막 파울링에 영향을 미치는 분획분자량이 작은 유기물의 제거가 이루어 졌다. 전처리로 응집을 수행한 실험군에서 UF 분리막 및 RO 분리막의 여과성이 개선되었다. 또한 분리막 표면에서 발생하는 가역적인 파울링인 cake filtration이 주요 파울링 기작으로 작용하였다. 이는 분리막 표면에서 cake 형태로 발생하는 가역적인 파울링의 형태로 역세에 의해 쉽게 제거되는 특성을 실험적으로 고찰하였다. 응집 전처리로 인해 수질 성상이 변화된 RO 농축수의 처리를 위해 air lift 황 탈질 반응기를 고안하였으며 EBCT 2 hr, Air-Lift 10 min, 6 L/min 공기유량의 조건에서 운전한 결과, NO3--N 제거율 62.5%로 RO 농축수의 효과적인 탈질이 가능하였다. 본 연구결과, 하수처리수 재이용에서 응집 전처리를 통해 EfOM의 분자량 변화거동 및 제거 가능성과 RO 농축수를 대상으로 독립영양 황 탈질 적용이 가능함을 실험적으로 고찰할 수 있었다.

전처리와 병합소화를 통한 하수 슬러지 혐기성 소화 효율 향상

주현준 대구대학교 2014 국내석사

유기성 폐기물 해양투기 금지로 인해 하수슬러지의 발생량을 줄이고 에너지를 회수하는 혐기성 소화에 대한 관심이 증대되고 있다. 하지만 현재 국내에 설치된 슬러지 혐기성 소화조는 대부분 부적절한 설계 및 운영으로 인해 낮은 유기물 부하로 운전되고 있고, 하수 슬러지의 낮은 생분해도도 소화조의 효과적인 운영을 방해하는 요소로 작용하고 있다. 본 연구에서는 하수슬러지 혐기성 소화 효율을 향상시키는 방안으로서 전처리와 병합 소화를 검토하였다. 전처리는 하수 슬러지 중 생분해도가 낮은 폐활성슬러지를 대상으로 기계 파쇄와 알칼리 처리를 조합하여 수행되었으며, 전처리 조건에 따른 가용화 효율과 후속 메탄 생산량 증대를 함께 평가하였다. 병합 소화는 하수슬러지에 음식물 쓰레기와 가축분뇨를 다양한 분율로 혼합하여 병합 소화에 따른 메탄 생산량 증대 효과, 폐기물 별 투입 가능량, 유출수 농도 등을 함께 고려하여 최적 혼합비를 제안하였다. 전처리 및 병합 소화 조건은 실험계획법에 따라 설계 및 해석되었다. 최대 가용화율은 전처리 조건 기질 농도 40 g TS/L, pH 13, 파쇄시간 90분에서 64%로 가장 높았고 전처리 조건 별 가용화율 결과 차이가 크지 않았다. 유입 농도가 40 g/L, pH 13, 파쇄시간 90분의 전처리 조건에서 메탄 수율이 가장 높은 것으로 보아 유입농도가 높고 pH가 높아야 되며 파쇄시간이 길수록 메탄수율이 좋은 것을 알 수 있다. 또한 전반적으로 모든 50 g/L의 전처리 조건에서 메탄수율이 저조 한 것을 알 수 있다. 이는 슬러지 소화조 적정 유입 유기물 부하 설계 하한선인 1.6 g VS/L.d를 만족시키기 위해 HRT 20일 및 VS/TS비 0.7 기준 유입 슬러지 고형물 농도가 최소 TS 45 g/L가 되어야 한다고 할 때, 다소 미흡한 결과이다. 따라서, 50 g/L 이상의 슬러지 고형물 농도에 적합한 전처리 방법이 고안되어야 할 것으로 사료된다. 병합 소화 시 최적 하수슬러지, 음식물쓰레기, 돈분뇨의 초기 농도는 각각 2.0 g TS/L, 0.78 g TS/L, 2.0 g TS/L로 총 초기 농도는 4.78 g TS/L였다. 이를 통해 도출된 메탄 수율은 메탄 수율은 294 mL/g TS였다. 이는 하수슬러지 단독 소화(2 g TS/L) 시의 138 mL/g TS에 비해 두 배 이상 높은 수치로, 병합 소화로 인한 소화 효율 증대 효과를 입증하는 결과이다. 더욱이 투입되는 TS량이 2.39배 늘었으므로, 위 조건을 이용한 통합 소화 시 현재의 하수슬러지 단독 소화에 비해 5.1 배(530 m3 CH4/d → 2,690 m3 CH4/d) 높은 메탄 생산 잠재량을 보일 것으로 예상된다. 다만, 반응 후 수질의 경우, 1.75 g COD/L로 측정되어, 하수슬러지 단독 소화 시의 1.44 g COD/L에 비해 22% 가량 높은 수치를 보였고, T-N, T-P 농도 역시 각각 82%, 11% 높아졌다. 이는 병합 소화로 인해 분해되는 비율은 높아졌지만 유입 기질 농도의 절대치가 높아지면서 발생한 현상으로 사료되며, 병합 소화 시 현재의 축산폐수처리장을 후처리조로 활용하는 등 소화액(또는 반류수)에 대한 대책 수립이 필요할 것으로 사료된다. Due to the prohibition of sewage sludge ocean dumping in South Korea from 2013, interests on anaerobic digestion increases, which can reduce the amount of sludge cake and recover renewable energy. However, conventional sludge anaerobic digesters in South Korea mostly suffer from low organic loading and poor biodegradability of sewage sludge. Therefore, this thesis covers the enhancement of sludge digestion by pretreatment and co-digestion. An alkaline-mechanical process using a novel mechanical crushing device was examined as an economically feasible pretreatment for thickened waste activated sludge (WAS). The author evaluated the performance of the pretreatment, solubilization efficiency, and CH4 yield at various TS content (30 to 50 g/L), pH (11 to 13), and reaction time (30 to 90 min). anic loading. The additional feedstock in co-digestion was livestock waste and food waste, which are also problematic organic wastes banned from ocean dumping. In both research topics, response surface methodology (RSM) by the Box-Behnken design was used to find the optimum conditions and to analyze the experimental data statistically. The maximum solubilization degree of 65% was found at the highest pH and the longest pretreatment time. The combined pretreatment also enhanced anaerobic digestibility of WAS with 5.2 times higher CH4 yield and 6.5 times higher CH4 productivity compared to the control. However, the optimum conditions for CH4 production were different from that for solubilization degree. Less severe conditions compared to the optimum for solubilization degree led to better anaerobic digestibility. The maximum CH4 yield was found at TS 34 g/L, pH 13.0, and the pretreatment time of 90 min, while the maximum CH4 productivity was found at TS 38 g/L, pH 12.0, and the pretreatment time of 58 min. Co-digestion of sewage sludge with swine waste and food waste can dramatically increase biogas production not only by the increased organic loading but also the enhanced CH4 yield by providing relevant substrate condition for anaerobic miroflora. It will be a viable option in retrofitting existing anaerobic digesters which suffer from low organic loading and poor biogradability of sewage sludge. The simultaneous treatment of the additional organic waste is another benefit. The increased organic loading, however, may deteriorate the quality of digester supernatant which will be returned to the mainstream of the wastewater treatment plant. Therefore, the application of co-digestion should be decided based on due consideration of several factors including benefit of the increased biogas production, capacity of digester to accept the additional organic waste, capacity of mainstream treatment to receive the increased pollutant loading in digester supernatant, and cost of alternative treatment for the additional organic waste.

전처리 농산물의 저장시간과 온도 및 소독방법에 따른 미생물적 품질변화

박민희 단국대학교 교육대학원 2010 국내석사

단체급식소에서 제공되는 식단 중 특별한 가열공정 없이 바로 급식이 이루어지는 생채류의 경우는 재료의 구입에서부터 수세 및 조리과정에 이르기 까지 가열과정을 거치는 식품에 비해 더욱 확실한 위생체계와 철저한 위생관리가 요구된다. 단체급식에서 웰빙 식단으로 주로 이용되는 나물류에 생채소로 사용되는 식품인 양파, 마늘, 쪽파와 이미 발표된 논문 중 미생물적 수준이 위험하여 세척, 소독이 중요시 되고 있는 부추를 실험시료로 선택하여 원재료 식품과 전처리 식품의 초기 균을 평가해 보고 단체급식 현장에서 사용하고 있는 세척과 소독유형에 따른 균의 저감 화를 실험하여 그 효과를 평가해 보고 소독 후 저장 시 원재료 식품과 전처리 식품의 미생물 적 품질변화에 대해 알아보고자 한다. 실험 결과로 초기 총균수는 원재료 양파는 3.00 log CFU/g 전처리 양파는 6.23 log CFU/g로 원재료 양파가 미생물적 수준은 우수했고 원재료 마늘은 5.42 log CFU/g, 전처리 마늘은 7.77 log CFU/g으로 원재료 마늘의 미생물적 수준이 우수했다. 반면 잎채소인 부추 원재료는 6.68 log CFU/g으로 원재료 마늘, 양파 에 비해 높은 균 수치를 나타냈고 원재료 쪽파는 7.53 log CFU/g 전처리 쪽파는 6.25 log CFU/g로 나타나 원재료의 미생물적 수준이 우수한 마늘, 양파와는 달리 전처리품이 우수하게 나타났다. 소독 직후 원재료 양파는 소독과 소독 세척 후에서 차아염소산나트륨의 소독효과가 23.87% 균 감소로 가장 효과적이었고 전처리 양파는 소독 후 44.28% 균 감소로 차아염소산나트륨에서 가장 효과적이었으나 소독 후 세척 과정을 거치면서 무소독군이 세척만으로 34.16% 균 감소를 나타내 세척에 의한 균 감소 효과를 알 수 있었다. 원재료 마늘은 소독 세척 후 전해차아염소산수의 소독이 25.04% 균 감소로 가장 효과적이었고 전처리마늘은 전해차아염소산수 소독에서 45.84% 균 감소를 보여 전해차아염소산수 소독이 전처리마늘의 균 감소에 크게 효과가 있는 것으로 나타났다. 원재료 부추는 차아염소산나트륨에서 15.86% 균 감소로 가장 효과적이었고 원재료 쪽파의 경우 전해차아염소산수에서 27.15% 균 감소로 가장 효과가 큰 것으로 나타났다. 소독 세척 후 저장온도에 따른 총균수의 증감은 원재료 양파는 냉장 저장 시에도 무소독군을 제외하고 모두 균수가 16% 이상 증가하였고 실온에서 저장 시 100% 이상의 균수 증가를 보였으나 소독유형별 집단 간의 유의적 수준차이는 보이지 않았다. 전처리 양파는 전해차아염소산수 소독 후 냉장저장 1일에서 56% 균 감소와 2일 저장 시 54%의 균 감소를 나타내었고 실온저장 시 전해차아염소산수 소독 후 1일에서 2.32% 균 증가를 나타내었다. 원재료 마늘은 냉장저장 시 모든 처리군 에서 균수의 감소가 나타났고 실온저장 시 저장 1일부터 모든 처리군 에서 균수의 증가를 나타내었다. 특히 무소독군에서 35% 이상의 균수 증가를 나타내었다. 전처리마늘은 냉장과 실온 모두 1일과 2일 저장 시 균수의 증가가 억제되거나 다소 감소하였으나 초기균수가 높아 냉장 1일 저장 시에도 균수가 6.60 log CFU/g(15.05%)로 조리에 적합하지 않은 균 수치를 나타내었다. 원재료 부추는 냉장2일 저장 시 2~3% 이상의 균수 증가를 보였고 실온에서는 1일 저장 시부터 15% 이상의 균수가 증가되었다. 원재료 쪽파는 냉장온도 1일에서는 균수 억제되거나 소량 감소하였고 실온저장 1일에서 3%이상의 증가를 보여 2일 저장 시 17% 이상의 균수 증가를 나타내었다. 전처리쪽파는 냉장온도 1일 저장 시 4%이상의 균수증가를 나타내었고 실온저장 1일에서 24% 이상의 균수 증가를 보여 2일 저장 시 44%까지 증가하였다. 이러한 연구결과를 토대로 다음과 같은 결론 및 활용방안을 모색할 수 있었다. 1. 껍질을 제거하여 사용하는 마늘, 양파는 원재료 농산물이 초기균수가 적게 나타났고 잎채소류인 원재료 부추와 쪽파는 원재료 농산물이 초기균수가 높게 나타나 전처리농산물 사용품목 선택 시에 구입품목에 대한 선별u시에 구입과정u시운반과정에서의 오염도를 살펴 우수한 품질의 식자재 구입이 이루어져야할 것이다. 2. 실험결과 총균수의 제거율이 큰 소독방법을 이용하여 처리 한 후에는 양파와 마늘의 경우 총균수가 4 log CFU/g ~ 5 log CFU/g 이하로 측정되어 미생물적 수준이 조리하기에 적합한 수준이었으나 부추는 5.62 log CFU/g, 쪽파 5.73 log CFU/g 으로 측정되어 조리하기에 적합한 10^(5) CFU/g 를 상회하는 수치를 나타내어 제품의 입고 당시의 품질과 소독에 더욱 주의가 필요할 것으로 생각된다. 소독을 실시 했을 때 무소독군에 비해 균의 감소율이 크게 나타나 생채소 사용 시 소독을 실시하는 것이 바람직하고 또한 전처리 양파의 경우에서와 같이 무소독군에서도 충분한 세척 후에 균수가 감소하여 세척이 균 감소에 효과가 있는 반면 소독 후 세척 시 다소 균의 증가를 나타나 세척 시 물의 품질도 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 3. 원재료와 전처리 양파, 원재료 마늘은 냉장저장 시 2일째까지 조리에 적합한 미생물적 수치인 총균수 10^(5) CFU/g이하를 나타냈으나 실온에서는 1일째부터 사용 가능한 수치를 초과하였다. 전처리 마늘과 부추, 쪽파는 모두 냉장 저장 1일에서도 안전수치를 초과하였다. 초기균수가 높았던 전처리 마늘과 부추, 쪽파의 경우는 냉장 저장에도 안전하지 못하며 실온에서는 모든 시료의 품질 저하가 빠르게 진행되므로 반드시 냉장 보관하는 것이 필요하고 최근 거론되고 있는 전일검수제의 실시 경우 정전이나 기타 냉장유지 저해 요인이 발생할 경우 실온과 같은 조건으로 방치될 염려가 있으니 신중히 고려되어야 할 것으로 사료된다. Raw vegetables that are provided to foodservice facilities without a special heating process at institutional foodservice need more a reliable hygienic system and thorough hygienic control than the other foods that take heating process during food production. The purpose of this study is to measure the initial microbial levels of fresh and fresh-cut produce. To evaluate the effectiveness of sanitizer types (hypochlorite, hydrolized sodium chlorite) for decreaseing rate of microbes. To analyze and compare the microbial growth rate of storage times(24 hours, 48 hours) and storage temperature (5℃, 25℃). As a result of experiment, in initial level of bacteria, a in fresh onion was 3.00 log CFU/g and fresh-cut onion contained 6.23 log CFU/g a fresh onion showed higher quaility. The microbiolgical quaility of fresh garlic (5.42 log CFU/g)showed the higher than that of fresh-cut garlic (7.77 log CFU/g). On the other hand, a fresh leek contained 7.53 log CFU/g so it showed a higher microbial level than garlic and onion. The microbiological A fresh scallion contained 7.53 log CFU/g and fresh-cut scallion contained 6.25 log CFU/g so fresh-cut scallion was unlike that of a fresh garlic and onion In the result of testing sanitization effects, sodium hypochlorite was the most effective sanitation method in the case of fresh onion(reduction rate 23.87% ), and fresh-cut onion(44.28%). However control group which had no treatment of sanitation also showed 34.16% of reduction rate in microbe. As about 25.04% of bacteria was reduced in a fresh garlic, sanitation of hydrolized hypochlorite sodium was effective and fresh-cut garlic showed 45.84% of bacteria reduction by sanitation of hydrolized hypochlorite sodium, thus, hydrolized hypochlorite sodium is very effective in bacteria reduction. Sodium hypochlorite reduced 15.86% of bacteria in a fresh leek and hydrolized hypochlorite sodium reduced 27.15% of bacteria in a fresh scallion. In an increase of total level of bacteria by storage temperature after sanitation, when an onion is stored in refrigerator temperature, bacteria was increased about 16% except control group and when it is stored at 25℃, more than 100% of bacteria was increased, however, a significant difference was not shown. fresh-cut onion resulted in 56% of bacterial reduction for 24hours at 5℃, 54% of reduction for 48hours after sanitation of hydrolized hypochlorite sodium and about 2.32% of bacteria was increased at 24hours of storage at 25℃ When a fresh garlic was stored at 5℃, the level of bacteria was reduced in all three treatment groups but when it was stored at 25℃ , the levels of bacteria in among three treatment groups were increased at 24hours of storage. In particular, more than 35% of the increasement of the level of bacteria in control groups. In fresh-cut garlic, the levels of bacteria was inhi bited and decreased in the 1st and 2nd day of storage at 25℃ and 5℃. However, now that higher levels of bacteria was indicated at the initial sample, it reached 6.60log CFU/g at 24hours in storage of 5℃. It showed an undesirable number of bacteria for cooking. A fresh leek showed more than 2 to 3% increase of bacteria for 48hours of cold storage and more than 15% of bacteria was increased at 24hours of storage at 25℃. In a fresh scallion, the level of bacteria was inhibited and little bit decreased in the 1st day of cold storage but more than 3% of bacteria was increased for 24hours at 25℃ and more than 17% of bacteria was increased for 48hours at 25℃. In fresh-cut scallion, more than 4% of bacteria was increased on 24hours at 5℃ , more than 24% increased for 24hours at 25℃ and about 44% was increased for 48hours at 25℃. The recommendation through this study are suggested on the basis of the results. First, garlic and onion used without peeling have less level of initial bacteria, a fresh leek and scallion have a high number of initial bacteria, thus, when selecting a produce, it is necessary to purchase a higher quality of produce to sanitaze it thoroughly after washing and pre- preparation step. Second, sanitation was the better treatment for reduction of the microbial level of vegetable than the just washing treatment. In the case of onion and garlic the microbial level was less than 4 log CFU/g to 5 log CFU/g as a result, it was proper level to be cooked. However, leek had 5.62 log CFU/g and scallion had 5.73log CFU/g after sanitation, these figures were more than 10^(5)CFU/g for cooking, thus, it is cautious considered to selecting sanitation methos and procedure. There is little bit difference in a rate of decrease in bacteria by a type of sanitation but all of them showed a decrease of bacteria after sanitation, thus, it is desirable to use them with sanitation. Like a case of fresh-cut onion, the level of bacteria was decreased after a sufficient sanitation so washing is effective in decrease of bacteria, in some cases, as bacteria at the time of washing it after sanitation is little bit increased, it is found that sanitation of vegetable through washing is affected by the quality of water. Third, except a fresh garlic and fresh-cut leek, all of levels of bacteria were inhibited and reduced at the time of cool storage, fresh-cut garlic had no increase in bacteria at the time at 25℃ and besides the fresh-cut garlic, all of vegetables had continuously increase at the time at 25℃. As a decrease of quality uner temperature was occured, it should be kept preduces at refrigerators temperature. We recommend that a serious consideration should be taken in introducing of the one-day earlier receving system which has been issued recently.

마이크로웨이브와 알칼리 병합전처리를 이용한 폐활성슬러지 혐기소화

장주현 강원대학교 대학원 2012 국내석사

전처리 방법에 따른 하수슬러지의 생분해성 촉진 효과 비교 연구

허진 성균관대학교 일반대학원 2011 국내석사

하폐수 처리공정은 오염폐수를 처리 정화하는 측면이 있는 반면 그 대가로 폐슬러지 형태의 새로운 폐기물을 발생시키는 공정이라고 볼 수 있다. 하폐수 처리공정을 통하여 무기화되어 제거되지 않은 유기물 중 일부는 미생물의 성장에 이용되어 잉여 활성슬러지 형태로 전환된다. 기존의 슬러지는 매립, 해양투기, 소각 등의 방법으로 처리되어 왔으나 2002년 유기성 슬러지의 직매립 금지가 시행되고, 2012년부터 하수슬러지의 해양투기 금지를 위한 입법을 추진되며 원천적인 하수슬러지의 감량화를 해결방안으로 제시되고 있다. 슬러지의 고형물 감량을 위하여 일반적으로 활용되는 방법은 슬러지 소화이지만 생물학적으로 분해가 어려운 성분으로 구성되어 있는 슬러지의 특성상 고형물의 낮은 감량화율이 문제점으로 대두되어 왔다. 슬러지의 생분해성을 높이기 위한 전처리법으로 볼밀처리, 고압처리, 초음파 처리, 알칼리 처리, 열처리, 오존산화, 효소첨가 등의 단일처리나 이들의 병합처리가 있다. 각각의 전처리 방법에 따라 소화조에서의 생분해성 개선에 미치는 영향은 차이가 발생한다. 따라서 각각의 전처리 방법별로 소화조에서의 생분해성을 비교해 볼 필요가 있다. 본 연구에서는 초음파, 오존, 열?P알칼리 병합 전처리한 하수슬러지의 혐기소화조 및 호기소화조에서의 생분해성을 비교해 보았다. 초음파 전처리는 200mL의 하수슬러지에 120W의 전력으로 20분간 초음파를 조사하였고, 오존처리는 0.05gO3/gSS, 열?P알칼리 병합처리는 pH 11, 80?J의 조건에서 3시간 동안 실험을 하였다. 각각의 방법으로 가용화율 17∼19%정도의 비교적 일정한 가용화율을 이끌어내었고, 혐기소화 및 호기소화를 통해 생분해성을 평가하였다. 전처리 방법별 하수슬러지의 생분해성을 평가한 결과 초음파, 열?P알칼리 병합, 오존 전처리의 순으로 슬러지 감량효율을 보였다. 초음파 전처리는 슬러지의 Particle size를 감소시키며 혐기소화에서의 초기 생분해성을 증가시켰고, 열?P알칼리 병합처리는 산화환원전위가 혐기슬러지와 비슷한 조건으로 나타나며 높은 생분해성을 보였다. 반면, 오존 전처리는 다른 전처리에 비해 상대적으로 감량 효과가 낮았는데, 잔류오존으로 인해 혐기소화 미생물의 화학적 환경조건이 다르기 때문인 것으로 판단된다. 전처리 방법별 하수슬러지의 생분해성을 호기소화에서 평가한 결과 혐기소화와 마찬가지로 초음파 전처리, 열?P알칼리 병합처리, 오존 전처리의 순으로 나타났다. 감량효율은 단기적으로는 호기소화가 혐기소화에 비해 빠른 감량률을 보였지만, 장기적으로는 혐기소화에서의 감량효율이 높은 것으로 나타났다. 전처리 방법 중 슬러지의 생분해성 개선효과가 가장 높은 초음파 전처리는 혐기소화 6일 이내에서 Control 대비 높은 생분해성 개선효과가 있었고, 초음파를 10분이상 조사한 슬러지의 경우 혐기소화 주입 초기에 가장 높은 생분해 속도를 얻을 수 있었다. 즉, 초음파 전처리한 슬러지의 생분해성은 초음파 10분 이상의 조사(가용화율 14%)와 혐기소화조 체류시간 6일 이내에서 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. Wastewater treatment process can make secondary waste sludge. Some organic sources are removed through the mineralization and some of the organic sources are converted in the form of surplus activated sludge for growth of microorganisms. landfill, ocean dumping and incineration are processed to remove the sludge . but landfill of organic sludge were banned in 2002, and ocean dumping of sewage sludge is also banned in 2012. so the reducing of the sludge has been proposed as a solution. Reduction of sludge solids to the method commonly used is the biological sludge digestion but the sludge consists of a hard component nature. so low biodegradation is problems. there are many sludge pretreatment methods to increase biodegradability such as mechanic, chemical, ultrasound, alkali, heat treatment. In this study, ultrasound, ozone, heat?Ealkali pretreatment were conducted and anaerobic digestion and aerobic digestion are also conducted. The ultrasound pretreatment has the highest sludge reduction efficiency and heat?Ealkali treatment was seconde. Ultrasonic pretreatment can reduce particle size of sludge, and because of that digestion efficiency was increased. In contrast, the ozone pretreatment sludge have low biodegradability compared to other pretreatment. this is due to the residual ozone and it is affect to anaerobic sludge.

전처리 공정을 통한 석탄 가스화 용융슬래그 잔골재가 콘크리트의 공학적 특성에 미치는 영향

송영진 청주대학교 대학원 2023 국내석사

In this study, in order to propose a measure for the efficiently utilization of CGS generated from IGCC as fine aggregate for concrete, this study focus on conformation of the suitability of fine aggregate quality items stipulated in KS F 2527 (aggregate for concrete) through the pre-treatment process and the quality improvement performance of the pre-treatment system. In addition, in order to analyze the effect of CGS using as a concrete fine aggregate before and after pretreatment on the physical properties and durability of concrete, This study considers dry shrinkage, carbonation, chemical resistance, and freeze melting resistance. For the results of this study, when applying the pre-treatment process, the density as physical property of CGS as aggregate improved 2.63±0.004g/cm3, and water absorption reduced 1.86% to 1.77±0.053% which is quality improvement. The amount of passing through 0.08mm sieve after pre-treatment is 1.23±0.049% that is 2.25 reduced amount comparing to the before. In addition, it has been confirmed that the fineness modulus and the particle-size distribution of CGS can be improved its particle size when applying pre-treatment process. The amount of the water reduction admixture used for securing flexibility for after pre-treatment CGS(P_CGS) is similar to Plain, and it has been significantly reduced when comparing with before pre-treatment CGS(N_CGS). In addition, when using after pre-treatment CGS, the compression strength has been increased 5% comparing to the before pre-treatment CGS. However, no matter after or before the pre-treatment, the strength has been reduced 8% as the CGS replacement ratio increases. It is analyzed that this is due to the decrease in adhesion between the aggregate and cement paste due to the spherical particles of CGS and the vitreous interface. The durability of concrete using pre-treatment CGS(P_CGS) showed that the dry shrinkage has been reduced due to the water absorption has been decreased, and The freeze-melting resistance showed excellent freeze resistance up to 300 cycles with a relative dynamic modulus of 90% or more in all mixture variables, regardless of the CGS replacement rate after the pre-treatment process. In addition, the carbonation resistance was similar to that of Plain after the pre-treatment process, and excellent carbonation resistance was ensured at 50% CGS replacement rate after the pre-treatment process. In conclusion, CGS pre-treatment process system proposed in this study can improve CGS within the quality standard stipulated in KS F 2527, and when CGS is used as a fine aggregate for concrete after the pre-treatment process, it can solve the problem of air loss. In addition, it is believed that it will be used as a high valuable circular resource in the construction material field as a harmless aggregate throughout the durability of concrete due to the use of CGS after the pre-treatment process. 본 연구에서는 IGCC에서 발생하는 CGS를 콘크리트용 잔골재로서 효율적활용하는 방안을 제시하기 위하여 전처리 공정 시스템을 통해 제조한 CGS가 KS F 2527(콘크리트용 골재)에서 규정하고 있는 잔골재 품질 항목을 만족하는지 여부와 전처리 시스템의 품질개선 효과를 검증하고자 한다. 또한, 전처리 공정처리 전⋅후의 CGS를 콘크리트 잔골재로 사용 시 콘크리트의 제반 물성 및 내구성에 미치는 영향을 분석하기 위해 유동성, 압축강도, 건조수축, 탄산화, 내약품성 및 동결융해 저항성 등을 고찰하고자 한다. 연구 결과에 따르면 본 연구에서 제안하는 전처리 공정은 CGS의 잔골재 품질 중 문제가 되는 핵심 품질 항목으로 굵은 입도 분포를 개선하기 위한 체가름 공정(Screen process) 및 분쇄공정(Size reduction process)과 높은 흡수율, 부유물질 및 미립분을 제거하기 위한 수력선별 공정(Wet flotation process)으로 구성하였다. 전처리시 CGS의 골재로서 밀도는 2.63±0.004g/cm3로 품질이 개선되는 것으로 나타났고 전처리시 흡수율은 1.77±0.053%로 1.86% 감소하여 품질이 개선되는 것으로 나타났다. CGS의 0.08mm체 통과량은 전처리시 1.23±0.049%로 전처리 전보다 2.25% 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, CGS의 조립률 및 입도분포는 전처리시 입도가 개선됨을 확인 할 수 있었다. 전처리 CGS 잔골재를 사용한 콘크리트의 특성으로 유동성 확보를 위한 감수제의 사용량은 전처리 후 CGS(P_CGS)의 경우는 Plain과 비교 시 유사한 경향으로 나타나며, 전처리 공정 전 CGS(N_CGS)와 비교 시 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 전처리 CGS를 사용한 경우의 압축강도는 전처리전 CGS를 사용한 경우보다 약 5%정도 증가하는 경향으로 나타났다. 그러나, 전처리 공정 전⋅후와 상관없이 CGS 치환율이 증가할수록 강도는 약 8% 정도 저하하는 것으로 나타났다. 이는 CGS의 구형 입자와 유리질 계면에 따른 골재와 시멘트 페이스트 간의 부착력 저하에 기인한 것으로 분석된다. 전처리 CGS 잔골재를 사용한 콘크리트의 내구성의 경우 전처리 CGS를 사용함에 따라 흡수율 감소로 건조수추축은 감소하는 경향을 보였으며, 동결융해 저항성은 전처리후 CGS 치환율에 상관없이 모든 배합변수에서 90%이상의 상대동탄성계수로 300cycle까지 전반적으로 우수한 내동해성을 나타냈다. 또한, 탄산화 저항성은 전처리후 Plain과 유사한 탄산화 저항성으로 나타났으며, 전처리후 CGS 치환율 50%에서 우수한 탄산화 저항성을 확보하는 것으로 나타났다. 종합적으로 본 연구에서 제안한 CGS 전처리 공정 시스템을 통해 전처리 한 CGS는 KS F 2527에서 규정하고 있는 품질기준 범위 이내로 개선할 수 있는 것으로 나타났으며, 전처리 공정 후 CGS를 콘크리트의 잔골재로 활용 시 콘크리트의 유동성 측면 및 공기량 소실 문제를 해결할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 전처리 공정 처리 후의 CGS 골재는 콘크리트의 내구성에 악영향을 미치지 않는 것으로 나타나 콘크리트용 원재료로서 전처리 공정 적용 CGS는 고부가가치의 순환자원으로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

多樣한 前處理方法에 따른 下水슬러지 特性變化에 관한 硏究

김봉준 仁濟大學校 大學院 2003 국내석사

하수슬러지 처리에서 가장 중요한 것은 슬러지 발생량을 줄이고, 함수율을 낮추는 것이다. 슬러지 발생량은 슬러지의 생분해성을 높여 고형물 함량을 줄이고 고액분리성을 개선시켜 수분함량을 줄임으로서 가능하다. 하수슬러지의 고형물은 유기성분으로 대부분 구성되어 있기 때문에 혐기성소화와 같은 생물학적 처리에 의해 가스와 물로 전환되어 슬러지의 감량화가 이뤄지며, 많은 수분을 갖고 있는 소화슬러지는 탈수공정에 의해 수분을 제거함으로서 슬러지는 최종적으로 감량화 된다. 그러나 슬러지내 세포벽의 견고함으로 인해 소화효율이 낮으며 수분분리가 어려운 슬러지 구조로 인해 탈수성 또한 매우 불량하다. 따라서 본 연구에서는 하수슬러지의 생분 해성을 높이기 위해 다양한 전처리 방법을 적용하였으며 이와 같은 전처리가 탈수성에 미치는 영향을 조사하였다. 슬러지의 생분해성은 COD 가용화율과 소화실험을 통해 COD 제거 율을 조사하여 평가하였으며 슬러지의 탈수성은 여과비저항(SRF)과 부착수 함량을 측정하여 평가하였다. 본 연구결과, COD 가용화율을 기준으로 평가된 알카리 전처리의 적정 조건은 pH 12, NaOH 주입량 30meq/ℓ, 반응시간 3시간이었으며 이 조건에서 17%의 COD 가용화율을 보였다. 초음파 처리에 있어 슬러지 가용화율은 반응시간과 전력에 비례하고 슬러지 부피에 반비례하였다. 슬러지 1 ℓ에 주파수 15㎑, 전력 1,300w로 초음파를 조사하였더니 20분 후에 가용화율이 가장 빠른 증가를 보였으며 1시간 처리에 32%의 COD 가용화율을 나타내었다. 알카리와 초음파의 병합처리는 초음파 1시간 후에 COD 가용화율을 47∼53%까지 높여 단독 처리에 비해 높은 효율을 보였으며, 오존처리도 알카리 전처리에 의해 가용화율이 향상되었다. 따라서 알카리 처리 후에 오존이나 초음파 처리를 하면 오존, 초음파의 단독처리에 비해 슬러지의 가용화율을 높일 뿐만 아니라 오존이나 초음파의 처리시간도 크게 줄여 알카리와의 병합처리를 통해 슬러지 전처리 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 하수슬러지의 생분해성 연구에서는 전처리 슬러지를 20일간 소화시켜 TCOD의 변화를 측정하여 생분해도를 평가하였다. 알카리의 적정 처리조건인 pH 12, NaOH 주입량 30meq/ℓ, 반응시간 3시간에서 49%의 생분해도를 보였다. 초음파 처리는 슬러지 100㎖에 주파수 20㎑, 전력 330w로 초음파를 30분간 조사한 후에 소화실험을 하였는데 53%의 생분해성 효율을 보였다 오존처리의 경우는 오존주입량 0.3g O_3/g SS에서 59%의 생분해성 효율을 나타내었다. 알칼리 처리 후 초음파처리 한 경우는 생분해율을 56%까지 높였으며, 알칼리와 오존의 병합처리는 68%라는 가장 높은 생분해 효율을 나타내었다. 따라서 알카리와의 병합처리는 하수슬러지의 생분해율을 높일 수 있는 효율적인 방법임이 확인되었다. 전처리는 슬러지의 탈수성을 악화시켰지만 부착수 함량을 줄이는 효과를 발휘하였으며 전처리 슬러지를 소화시킨 결과 소화슬러지의 탈수성은 다시 개선되었다. 따라서 슬러지 전처리는 생분해성을 높일 뿐만 아니라 소화슬러지의 탈수성을 개선시키는 데도 효과적 임을 알 수 있었다. The most important thing in sludge treatment is to reduce the volume and water content of sludge. The pretreatment of sewage sludge has focused on improving the efficiency of anaerobic digestion until now. It is the common tendency that the biodegradability of sludge is low due to rigidity of sludge cells and its dewaterability is bad because of properties containing higher bound water. For overcoming this limitation, the pretreatment process was carried out to solubilize the sewage sludge using alkaline treatment, ultrasonic treatment, ozone treatment and different combination of these three methods: alkaline followed by ultrasonic as well as ozone, and ultrasonic followed by alkaline. The solubilization efficiency was evaluated based on the SCOD/TCOD ratio and VSS/TS ratio. The proper condition of alkaline treatment was shown as 30meq/ℓ of NaOH, pH 12 and 3 hours of reaction time. Solubilization efficiency increased to 17% from initial 2% based on SCOD/TCOD ratio under this condition. In ultrasonic treatment, the higher ultrasonic power, the longer treatment time and the lower sludge volume resulted in higher solubilization respectively. There was a rapid increase in solubilization efficiency after 20 minute, then it was measured as 32% of SCOD/TCOD ratio in 1 hour at a ultrasonic power of 1,300W with 1 ℓ sludge. Solubilization efficiencies in combined treatment using alkaline and ultrasound were 47-53% higher than mono treatment after a sonicated time of 1 hour. Ozone treatment followed by alkaline treatment also represented the enhanced solubifization compared to ozone treatment. Therefore, ultrasonic or ozone treatment assisted by alkaline could achieve the short treatment times as well as high solubilization efficiency. In order to assess the effect of pretreatment on biodegradability of sludge, TCOD removal rate measured for 20-days digestion after pretreatment. Under proper condition of alkaline treatment, biodegradability of sludge increased to 49%. In ultrasonic treatment, the biodegradability showed 52.6% after reaction time of 30minute at conditions of 330W, 20kHz with l00ml sludge. Ozone treatment increased biodegradability to 59% at a dose of 0.3gO_(3)/gSS. Ozone treatment following alkaline treatment represented the most higher biodegradability(68%), Therefore, ultrasonic or ozone treatment assisted by alkaline could achieve the higher biodegradability. Also, digested sludge with pretreatment could be easily dewatered compared with digested sludge without pretreatment.

전처리 방법 및 냉동 저장 기간에 따른 양파의 이화학적 및 영양학적 특성 변화

이중규 건국대학교 대학원 2018 국내석사

본 연구는 양파의 냉동 저장을 위한 최적 전처리 조건 및 시간을 선정하여 48주 동안 -12, -18, -24℃에서 저장하면서 이화학적 품질 특성 및 영양학적 품질 특성을 관찰하였다. 전처리 방법은 (1) 열수침지, (2) 증기처리, (3) 볶음 처리를 사용하여 처리 시간에 따른 양파의 품질 특성을 관찰하였다. 볶음 처리의 경우 210초 이상 전처리 하였을 때 갈변현상이 관찰되었으며, 세포조직이 파괴되어 관찰되지 않았다. 열수침지와 증기 처리한 양파에서 처리시간이 3분까지 경도 및 세포 구조가 유지되고 4분이상 증가하였을 때 경도가 감소하고 외관 및 세포조직이 파괴되었으며, 영양학적 특성은 처리시간이 적은 처리구에서 성분 손실이 적게 나타났다. 이화학적 특성 및 영양학적 특성이 가장 잘 유지된 열수 1분 처리와 증기 2분 처리를 최적조건으로 선정하여 전처리 후 저장 온도 및 저장 기간에 따른 양파의 품질 변화를 관찰하였다. 냉동 저장한 양파의 품질 변화를 관찰한 결과 전처리 방법, 저장기간 및 온도에 따른 양파의 이화학적 특성은 차이를 보이지않았다. 양파의 유리당 함량은 처리구에 관계없이 6개월 이후부터 증가하는 경향을 나타냈으며, 유기산은 저장기간, 저장 온도에 따른 원물의 함량과 비슷하게 유지되었다. 전체적으로 냉동 온도에 따른 양파의 품질 특성은 큰 차이를 보이지 않았다. 이에 따라 양파의 장기 냉동 저장 시 전처리를 통해서 양파의 품질 유지 기간을 연장할 수 있을 것으로 기대된다. This study investigated the physicochemical and nutritional qualities of onion frozen at -12, -18, and -24℃ for 48 weeks. Onions were subjected to pretreatment via hot water immersion, and exposed to steam and pan-frying before freezing. The onion cell tissue was destroyed by carbonization upon pan-frying for more than 210 s. The hardness of onion pretreated with hot water and steam for more than 4 mins, was decreased. The shorter pretreatment time, the less the loss of nutritional component of onion is showed. Exposure to 1 min hot water and 2 min steam treatment resulted in the maximum retention of physicochemical and nutritional characteristics. The quality of onion subjected to freezing after pretreatments was examined at different storage temperatures and periods. Changes in quality of onion under frozen storage did not alter the physicochemical properties according to pretreatment methods, different storage periods and temperatures. The free sugar content of onion showed a tendency to increase after 6 months regardless of treatment. The organic acid content of onion lasted similar to that of the raw material depending on storage period and storage temperature. In overall results, the quality of onion according to freezing temperature did not show any significant difference. Therefore, it is expected that quality preservation period can be extended by preprocessing in long - term frozen storage of onion.

전처리 음식재료 사용이 학교급식 생산성 및 소비자 만족도에 미치는 영향

윤혜정 단국대학교 2008 국내석사

인건비 상승, 물가 상승에 의한 급식운영에 어려움이 가증됨에 따라 전처리 음식재료의 사용으로 인건비를 절감하고 급식운영의 효율성을 높이려는 계획이 급식전문업체에서 확산되고 있다. 본 연구는 급식전문업체 학교급식소를 사례로 전처리 음식재료를 전사적으로 사용하는 사업의 효과성을 사업전과 사업후의 비용효율성, 소비자의 만족도, 조리원의 만족도 및 급식생산성 요소를 통해 분석하였다. 연구 분석을 위한 자료는 2007년 3월부터 2008년 4월의 자료를 활용하였다. 비용요소 분석과 생산성 분석 자료는 월별 매출보고서, 인력배치분석표를 각 이용하였고, 고객만족도와 직원만족도는 설문조사를 통해 자료를 수집하였다. 비용효율성 분석에서 1식당 원가구조를 보면, 전처리 음식재료비용은 사전 보다 사후에 108.4원 증가하였으나(사전 149.7원, 사후 258.1원, t=-20.651, p<.01), 전처리음식물 쓰레기처리비는 4.0원 감소하였다(사전 4.4원, 사후 0.4원, t=28.196, p<.05). 인건비의 경우 29.9원 감소하였으나(사전 331.9원, 사후 302.0원, t=2.376, p>.05) 유의적인 차이를 보이지는 않았다. 이러한 결과는 2007년 대비 2008년의 인건비 상승률을 감안한다면, 실제 인건비 절감 효과가 있는 것으로 사료된다. 고객만족도는 5점 척도로 조사한 결과 사전 2.94점에서 사후 3.45점으로 증가하였고, 하위요인으로는 급식의 전반적 만족도, 밥맛, 국맛, 반찬맛, 청결상태, 메뉴의 다양성, 메뉴 만족도가 사업전에 비해 사업후 유의적인 상승을 보였다(p<.01). 전처리 음식재료에 관한 직원 만족도는 요인분석을 통해 업무만족도, 식재료만족도, 조리 관련 만족도로 분류하였다. 업무 만족도는 3.84점, 식재료 만족도는 2.94점, 조리부분 만족도는 3.34점으로 나타났다. 전처리 음식재료 사용에 대한 만족도에 영향을 미치는 주요 요인으로는 업무만족도로 나타났다. 급식 생산성 평가에서 정규직원 1인당 급식인원수는 사업전 143.0명에서 사업후 148.7명(t=-.563, p>.05)로 평균 5.7명 증가하였고, 1식당 소요작업시간은 사업전 4.25분, 사업후 3.48분(t=-9.892, p>.05)으로 0.77분 감소하였고, 제공된 식사당 인건비도 사업전 331.91원 사업후 301.97원(t=2.376, p>.01)도 평균 29.94원 감소하였다. 비록 통계적으로 유의적인 차이를 보이진 않았지만, 사업전후 평가기간을 연장하여 데이터 량이 늘어난다면 유의적인 결과 차이를 보일 것으로 예상되므로, 잠정적으로 전처리 음식재료 사용은 생산성 향상에 기여하는 것으로 예측된다. 본 연구를 수행하는데 있어서 한계점이 발견 되었다. 본 연구의 대상을 A사업장 1개로 한정하였기 때문에 일반화시키기에는 문제가 있었고, 전처리 음식재료의 사용범위가 뚜렷하게 구분하지 못하여 자료 수집의 한계가 있었다. 또한 식재료비와 인건비, 수도비 등의 비용의 물가 상승을 반영하지 못하였다. 전처리 음식재료에 대한 위생적인 부분과 안정성이 확보되고 철저한 유통관리가 확보된다면, 학교급식의 운영의 어려움을 해결하는데 전처리 음식재료 사용은 좋은 대안책이 될 것으로 예상된다. With increasing pressure of higher labor costs and inflation, the plans for improving the foodservice productivity with the use of pre-processed food are widely applied in foodservice industry. This study was aimed to evaluate the effectiveness of the business activity which was introduced total use of the pre-processed foods instead of raw material in school foodservice in terms of cost efficiency, customer satisfaction, employee satisfaction on the use of pre-processed foods, and food productivity. Data for the cost analysis and food productivity were collected from monthly income statement, staffing table and labor hour table in a case study school foodservice from March, 2007 to April, 2008. In addition, data for the customer satisfaction and employee satisfaction were collected through the questionnaires. The results of this study were as follows. First, in terms of cost efficiency, the cost of pre-processed food per meal price was significantly increased by 108.4 won after the business compared to that of before the business (149.7 won before the business, 258.1 won after the business, t=-20.651, p<.01). Meanwhile, the cost of food waste was significantly decreased by 4.0 won before the business than after the business (4.4 won before foodservice business, 0.4 won after the business, t=-28.196, p<.05). And the cost of labor was also decreased by 29.9 won (331.9 won before the business, 302.9 won after the business, t=2.376, p>.05), which there was no significant difference between pre- and post-implementation. However, adjusting for inflation, these results might have an effect on the reduction of labor cost than last year. Second, customer satisfaction on foodservice was significantly increased after the business comparing 2.94 points before the business to 3.45 points after the business. The employee satisfaction on pre-processed food was classified into the job satisfaction, food material satisfaction and cooking related satisfaction through factors analysis. The score of job, food material and cooking satisfactions were 3.84, 2.94 and 3.34 points, respectively. It meaned that employee concerned about the probability of the contamination of physical or microbiological hazards in the food material, while satisfied with the convenience of work and the reduction of their workload. On the other hand, the job satisfaction was identified as the main determinant of the satisfaction on the use of pre-processed foods. Third, foodservice productivity as terms of the number of meals per full-time equivalent employee was increased by 5.7 meals from 143.0 meals before the business to 148.7 meals after the business (t=-.563, p>.05). The productivity index of work hour for producing a meal also increased by shortened 0.77 minutes from 4.25 minutes before the business to 3.28 minutes after the business (t=-9.892, p>.05). The labor cost for a meal was also decreased by 29.9 won from 331.91 won before the business to 301.97 won after the business (t=2.376, p>.01). However all the above productivity measures were no significant difference between before and after the business. There are three limitations to this study. First, the data were restricted in only one facility, limiting generalizing to other foodservice type. On top of that, there wasn't distinctly discrimination between before and after the business. Because the pre-processed food was already used in the case operation at the before business, but the scale was very limited. Last, there was no adjustment for the inflation of food cost, labor cost and utility cost between 2007 and 2008. Despite these limitation, we conclude that the use of pre-processed food may be the alternative for overcoming the constrains of costs and may also generate the external and internal satisfaction in foodservice operations, supporting that food safety and food distribution channel of foods ensured.

음극의 전처리가 Ni-MH 2차 전지 전극 및 내압특성에 미치는 영향

김형권 전남대학교 대학원 2009 국내석사

최근 에너지 고갈과 환경오염에 대한 우려가 높아지면서 휘발유 엔진과 2차 전지를 함께 사용하여 연비를 크게 향상시킨 하이브리드 자동차(HEV)에 대한 관심이 높아지고 있다. 여기에 사용되는 2차 전지는 밀폐형으로, 전지의 내압 문제는 전지 안정성 및 수명문제와 관련하여 매우 중요하다 전지 내압이 증가하는 원인은 과충전시 음극에서의 수소발생과 양극에서의 산소발생 때문으로, 음극에서 발생한 수소는 대게 전지 설계 시 충전여분(charge reserve)을 두기 때문에 음극의 열화로 인한 방전용량 감소가 심각하지 않다면 크게 문제되지 않는다. 하지만 과충전시 양극에서 발생한 산소는 분리막을 통해 음극으로 이동하여 산소 재결합 반응(Recombination reaction)에 의해 소비 되는데, 이러한 과정이 원활하게 이뤄지지 않으면 전지내압 상승의 원인이 된다. 즉, 음극의 열화를 막고 음극 표면에서 재결합 반응이 효율적으로 이뤄지도록 하는 것이 내압특성을 효과적으로 개선하는 방법임을 알 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 알칼리 수용액에서 환원제를 이용한 음극 활물질의 전처리를 통해 전극 표면의 촉매 특성을 개선시킴으로써, Ni-MH 2차 전지의 내압상승을 억제하고 기체 재결합 반응을 촉진 시키고자 하였다. 전처리는 음극활물질을 6M KOH + 0.1M NaBH₄ 용액에 넣고 85°C에서 1시간동안 실시하였다. 전처리된 음극활물질을 이용하여 전극을 제조하고 기준전극으로는 Hg/HgO, 상대전극으로는 백금, 전해질은 6M의 KOH용액을 사용하여 반쪽전지실험을 실시하였다. 반쪽 전지 실험결과, 전처리를 실시한 경우 초기 활성화 특성, cycle life 특성, 고온고율특성이 우수한 것으로 나타났다. 또한 수소 발생 과전위 실험 결과, 전처리를 실시한 경우 상온 및 특히 고온에서 높은 수소 발생 과전위를 나타내었다. 이는 일반 충전과정에서는 가스가 발생하지 않고 충전효율이 우수함을 나타낸다. 반쪽전지실험 결과를 토대로 실제 원통형전지를 제작하여 내압측정을 실시하였다. 결과적으로 음극의 전처리가 내압특성 개선에 효과가 있음을 확인하였다. The concerns about the exhaustion of energy resources and environmental pollution are rising recently. The interest about HEVs which uses gasoline engine and secondary battery is rising too. The commercial secondary battery for HEVs is sealed type Ni-MH battery. A study on inner pressure characteristics of Ni-MH battery is very important because it can affect its safety and cycle life. Inner pressure of battery is increased due to hydrogen evolution on surface of anode and oxygen evolution on surface of cathode when overcharged. The hydrogen generated on anode is not a big problem because it has a charge reserve if the degradation of anode electrode is not serious. The oxygen generated on cathode is consumed through oxygen recombination reaction on the surface of anode. However, if it doesn’t make progress well, the inner pressure in battery is increased. These are improving methods efficiently to protect the anode from degradation and advance the oxygen recombination reaction smoothly. In this study, we investigated the effects of pretreatment of anode material in a hot alkaline solution with NaBH₄ as a reductant on its electrode and inner pressure characteristics of Ni-MH secondary battery at room and high temperature.