• 한국환경농학회지
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• 제29권4호
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• pp.348-353
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• 2010

본 연구에서는 돈분 슬러리의 저장형태 및 온도에 따른 유기물의 거동을 관찰하였는데, closed system과 open system의 저장형태에 따른 유기물 농도는 $20^{\circ}C$에서 30일 저장 후 약 2배 정도의 차이를 보였다. 또한 온도에 의한 유기물 농도의 거동은 온도가 증가할수록 TS 및 VS 농도가 감소하였고, $20^{\circ}C$ 약 23%, $35^{\circ}C$ 약 29% 정도가 감소되는 것으로 나타났다. 하절기 외부온도 특성을 반영한 온도조건(20, $35^{\circ}C$) 및 저장기간 따른 생성된 유기산 종류는 비슷하였고, 저장기간 15일 이후부터 분변내 포함된 가수분해 및 산생성 미생물의 성장이 증대되어 유기산의 생성이 증가하였다. 반응시간 30일 후 생성된 총유기산 농도는 $20^{\circ}C$에서 $2,829\;mg{\cdot}COD/L$이었으며, $30^{\circ}C$에서는 $9,123\;mg{\cdot}COD/L^{\circ}C$로 초기 유기물농도 대비 각각 5.4, 17.4%의 유기산 전환율을 나타내었다. 따라서 돈분슬러리의 저장기간이 길어질수록 외부온도에 따라 가수분해 및 산생성 반응으로 유기산이 생성되고, 메탄생성균의 기질이용으로 유기물의 손실이 발생하여 온실가스 배출도 증가할 것으로 예상된다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권12호
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• pp.696-704
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• 2015

본 논문은 톱밥 깔개 젖소분뇨 TS 13%를 반건식 간헐주입 연속혼합 반응조(Semi-Continuously Fed and Mixed Reactor, SCFMR)에 주입하여 신재생에너지인 바이오가스의 생산성과 TVS 제거효율을 비교 평가하여 최적 운전조건을 도출하고자 하였으며, 그 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 톱밥 깔개 젖소분뇨 주입 TS 13%의 반건식 SCFMR의 운전결과 HRT 25일(OLR $4.40{\sim}4.50kg\;VS/m^3-day$)에서 최대 바이오가스 발생량 1.44 v/v-d와 $CH_4$ 발생량 1.12 v/v-d를 달성하였으며, 이 때 TVS 제거효율은 바이오가스 발생량 기준 37%이었다. 이는 톱밥 깔개 젖소분뇨 1일 100 kg 주입 시 $3.60m^3$의 바이오가스를 생산하는 결과이다. 높은 유기물 부하율인 OLR $4.45kg\;VS/m^3-day$(HRT 25일)에서 SCFMR의 운전이 안정적인 이유는 주입시료인 톱밥 깔개 젖소분뇨가 갖고 있는 높은 Alkalinity 농도 때문이다. 그 결과 반응조의 Alkalinity는 14,500~15,600 mg/L as $CaCO_3$ 범위이었으며, 반응조의 안정성을 평가하는 V/A 비는 평균 0.11, P/A 비는 평균 0.43을 유지하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권11호
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• pp.2047-2058
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• 2000

양돈폐수의 효율적인 혐기성 처리를 위하여 실험실 규모 UASB, AF, 그리고 이단 ASBF 생물반응기를 구성하고 HRT 1일과 OLR $5.1kg-COD/m^3{\cdot}d$까지 200일간 연속운전하고 운전인자가 공정에 미치는 영향과 처리효율을 비교하였다. 양돈폐수는 유기물, 고형물, 그리고 암모니아를 고농도로 함유하고 있으며 축사의 형태와 계절의 변화에 큰 영향을 받는다. 하수종말처리장 혐기성 소화조 잉여 슬러지에 의한 혐기성 생물반응기의 식종은 효과적이었으며 적응기간은 약 40일 정도 소요되었으나 media로 충전된 필터형 생물반응기인 AF와 이단 ASBF의 적응 속도가 UASB보다 빨랐다. 유입수 T-N 370~800mg/L에서 생물반응기는 77~91% 의 높고 안정된 COD 제거율을 보였으나 유입수 T-N 760~1,310 mg/L에서 COD 제거율은 24~94%로 불안정하였으며 전반적으로 감소되었다. 양돈폐수에 함유된 암모니아는 메탄균에 대한 저해작용을 나타낼 수 있는 충분한 농도이므로 효율적인 혐기성 소화처리를 위하여 전처리로서 암모니아의 제거는 필수적이다. 생물반응기는 $1.1{\sim}2.2kg-COD/m^3{\cdot}d$의 비교적 낮은 OLR에서 COD 제거효율은 78.9~81.5%, 그리고 biogas 발생량은 $0.39{\sim}0.59m^3/kg-COD_r$로 효과적이었으나 유입수 COD의 증가 혹은 HRT 단축운전에 의한 OLR의 증가에 따라 COD 제거효율은 감소하였으며 UASB는 AF와 이단 ASBF보다 COD 제거효율 감소폭이 컸다. AF와 이단 ASBF는 충전된 media와 이단화에 의하여 biomass의 보유능력이 우수하며 높은 OLR에도 안정적이며 높은 COD 제거율올 나타내므로 고농도의 유기물을 함유하며 축사의 형태와 계절에 따라 특성의 변화가 큰 양돈폐수의 처리에 효율적이다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제53권2호
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• pp.155-160
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• 2011

본 시험은 생후 6개월 령의 육성기 거세한우 6두($180.6{\pm}3.1$ kg)를 공시하여 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.4%, CP는 14.6%이었다. 시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo (2007)에 따라 일당 증체량 0 kg, 0.4 kg, 0.7 kg/일에 필요한 각각의 TDN 함량 1.70 kg (Low), 2.05 kg (Medium), 2.80 kg (High)의 공시사료를 섭취할 수 있도록 하는 duplicated 3 ${\times}$ 3 Latin square design으로 수행하였다. 에너지 수준에 따른 급여사료는 전량 섭취하였고, 일반적으로 건물섭취량의 증가가 반추위 통과속도를 높이기 때문에 소화율이 낮아지지만 본 실험에서는 건물, 조단백질, 조지방, 조섬유의 소화율은 차이가 없었다 (P>0.05). 섭취 에너지 수준별 평균 대사 체중 당 총에너지 섭취량은 180.2, 292.7와 337.2 kcal/$BW^{0.75}$이었다(P<0.001). 처리구별 총 에너지섭취량이 증가하면서 분으로 손실된 에너지도 51.1에서 99.71kcal/$BW^{0.75}$로 유의적으로 증가함(P<0.001)에 따라 가소화에너지는 약 70%로 처리 간 차이가 없었다. 뇨로 손실된 에너지는 3.5에서 7.9 kcal/$BW^{0.75}$로 유의적으로 증가하였고(P<0.03), 반추위 발효과정에서 발생되는 메탄가스에 의한 에너지 손실도 15.0에서 20.5 kcal/$BW^{0.75}$로 증가하는 경향을 보였다(P=0.06). 체열에 의한 손실량은 수준별로 차이가 없었지만, 총에너지섭취량(GE)에 대한 비율은 60.4, 41.2와 34.1%로 에너지 섭취량이 높아질수록 감소하였다. 대사에너지 섭취량 수준 110.6, 186.3, 209.1 kcal/$BW^{0.75}$와 각각의 체 축적 에너지 1.67, 65.76, 94.25 kcal/$BW^{0.75}$의 관계식을 통해 구한 X축 절편 값, 즉 유지를 위한 에너지 요구량은 109.8 kcal/$BW^{0.75}$로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.67-76
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• 2021

바이오가스화는 유기성폐기물을 안정적으로 분해하여 처리하는 과정에서 발생하는 메탄(CH₄)가스를 이용해 환경친화적인 연료를 생산하는 기술이다. 바이오가스화는 수분함량이 높은 유기성폐기물의 에너지화에 가장 많이 활용되는 방법이며, 직매립(2005) 및 해양투기(2013) 등의 금지에 따른 유기성폐기물 처리에 유용한 공법이다. 최근 국내에서 발병한 아프리카돼지열병(ASF, African Swine Fever)으로 습식사료화 재활용이 금지되고, 건조 사료화 및 퇴비화 등의 생산제품 수요처가 부정적으로 인식되면서 음식물류폐기물의 처리에 어려움을 겪고 있다. 이에, 음식물류폐기물의 처리 및 자원화를 위해 바이오가스화가 더욱 주목받고 있다. 우리나라 에너지소비 규모는 268.41 10⁶toe에 이르며 세계 9위 수준이다. 하지만 공급에너지의 약 95.8 %를 해외수입에 의존하고 있는 에너지 빈곤 국가이다. 따라서 국내에서는 신·재생에너지 공급의무화제도(RPS, Renewable energy portfolio standard)를 도입하고 있다. 국내의 RPS 제도는 다른 신재생에너지와 비교하여 폐기물에너지의 신·재생에너지 공급인증서(REC, Renewable energy certificate)의 가중치를 낮게 설정하고 있다. 따라서 폐자원에너지의 활성화를 위한 추가적 인센티브 제도가 요구된다. 본 연구에서는 음식물류폐기물, 음폐수 및 다양한 유기성폐기물이 처리되는 혐기소화조의 운영방식을 알아보고, 일정 기간의 정밀모니터링을 통해 폐자원에너지 인센티브제도를 마련하는 기초자료로써 활용하고자 하였다. 유기성 폐기물로 바이오가스를 생산하여 발전과 중질가스로 활용하는 4개소를 대상시설로 선정하였고, 현장조사 및 시료채취를 실시하였다. 채취된 유기성폐기물의 유입물 시료와 처리공정에 따른 유출물 시료의 기초 성상분석을 수행하였다. 성상분석 결과, 소화조 유입물의 총 고형물은 평 균 12.11 %이며, 총 고형물 중 휘발성 고형물은 85.86 %로 확인되었다. BOD와 CODcr 제거율은 소화조의 유입·유출 대비 각각 60.8 %와 64.8 %로 나타났으며, 유입물의 휘발성지방산은 평균 55,716 mg/L로 나타났으며, 혐기소화 후 감소율이 평균 92.3 %로 대부분 분해되어 제거된 것을 확인할 수 있다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제32권1호
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• pp.59-74
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• 2012

본 시험에서 건초(티머시, 알팔파 및 클라인)와 짚류(톨페스큐 및 볏짚)의 buffer 용해도와 단백질 분획이 실시되었으며, 조사료 자원의 buffer 추출이 $In$ $vitro$ 발효 성상, 분해율 및 가스($CO_2$ 및 $CH_4$) 생성량에 미치는 효과를 조사하였다. 다른 조사료에 비해 총 단백질 중 buffer 가용성 조단백질과 A fraction은 알팔파 건초에서 각각 61% 및 41.77%로 가장 높았으며 볏짚에서 가장 낮았다(각각 42.8% 및 19.78%). 총단백질 중 B1 fraction은 조사된 조사료간 비교적 큰 차이를 보이지 않았으나 B2 fraction에서는 다른 조사료(6.34~8.85%)에 비하여 톨페스큐짚(10.05%) 및 클라인 건초(12.34)%에서 다소 높은 수준을 보였다. 총 단백질 중 B3 fraction이 차지하는 비율은 톨페스큐짚에서 38.49%로 가장 높았으나 다른 조사료 자원 간에는 큰 차이가 없었으며, C fraction의 경우 볏짚에서 가장 높은 비율(15.05%)을 보였다. 모든 사료에서 배양 개시 후 3시간(P<0.01) 및 6시간(P<0.05)에서 buffer 추출 전에 비해 추출 후 배양액의 pH가 증가되었으며, 배양 6시간(P<0.05) 및 12시간(P<0.001)에서 다른 사료에 비해 티모시 건초 및 알팔파 건초로부터의 pH가 낮았다. 배양액의 암모니아 농도는 모든 배양시간에서 가용성 물질의 추출 전 후에 다른조사료에 비해 알팔파 건초에서 가장 높았으나 모든 사료의 추출효과는 배양 3시간(P<0.01)에서만 나타났다. 배양액의 총 VFA 농도는 배양 24시간까지 알팔파 건초에서 가장 높았던 반면 톨페스큐짚과 볏짚에서 가장 낮았다. 또한 모든 조사료에서 buffer 추출 전에 비하여 추출후에 총 VFA 농도가 감소되었다(P<0.01~P<0.001). Acetic acid ($C_2$)의 조성 비율에서는 배양 6시간까지 추출 전에 더 높았으나(P<0.001) 사료 간 차이는 없었다. Propionic acid ($C_3$) 조성 비율 역시 배양 개시 후 3, 24 및 48시간(P<0.001)에서 추출 전에 더 높았으며, 6 및 12 시간의 배양액에서 대부분 건초(티모시, 알팔파 및 클라인)와 짚류(톨페스큐짚 및 볏짚) 간 차이가 있는 것으로 조사되었다(P<0.05). 그러나 butyric acid ($C_4$) 조성비율의 경우 대부분의 배양시간에서 사료 간 차이는 없었다. 건물에서의 분해율 관련 parameter 중 a 값은 조사된 전체 조사료에서 buffer 추출 전이 추출 후에 비해서 높았으며(P<0.001), 다른 조사료에 비해 톨페스큐짚과 볏짚에서 크게 낮았다(P<0.05). 또한 b 값의 경우 역시 추출 전에 비해 추출 후에서 현저히 낮았으나(P<0.001) 사료 간 차이는 없었다. 볏짚을 제외한 조사료에서 추출 후에 비해 추출 전의 건물 유효분해율(EDDM)이 더 높았다(P<0.001). 조단백질에서의 a, b 및 c 값은 추출 전에 비해 추출 후에서 현저히 낮았으나(P<0.05) 사료 간 차이는 없었다. 조단백질 유효분해율(EDCP)에서는 다른 조사료 종류에 비해 톨페스큐짚과 볏짚에서 낮았다(P<0.05). 한편, NDF의 경우 a 값과 b 값(P<0.01) 및 NDF 유효분해율(EDNDF, P<0.001)은 추출 후에 비해 추출 전에 더 높았으나(P<0.01) 사료 간 차이는 보이지 않았다. 반추위미생물에 의해 사료분해과정 중 생성되는 $CO_2$ 량도 24시간 배양까지는 추출 전에 더 많았으며(P<0.05~P<0.001), 톨페스큐짚과 볏짚에 비해 건초 형태의 조사료로부터의 $CO_2$ 생성량이 더 많았다(P<0.05~P<0.01). 메탄가스($CH_4$) 생성량 역시 모든 배양시간에서 추출 전에 비해 추출 후에 크게 감소되었으며(P<0.01~P<0.001), 12~24시간을 제외하고는 짚류에 비해 건초에서 현저히 높은(P<0.05) 것으로 나타났다. 본 시험의 결과를 종합하면, 조사료 자원에 대한 buffer 용해도와 단백질의 분획이 $In$ $vitro$ VFA 농도와 분해율 및 gas ($CO_2$ 및 $CH_4$) 발생량 간 상호 밀접한 관계를 보이는 것으로 여겨진다. 이에 따라 조사료 이용 효율 개선을 위해 조사료자원에 대한 buffer 용해도와 단백질 분획을 반추동물 TMR 조제에 활용할 필요가 있는 것으로 여겨진다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제46권2호
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• pp.193-200
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• 2004

본 연구는 거세우가 1일 필요로 하는 유지를 위한 에너지요구량을 구하기 위해 실시하였다. 유지를 위한 에너지요구량 실험은 6개월령에 거세한 평균체중 376.6$\pm$12.5kg의 한우 9두를 공시하였고, 사료에너지 섭취수준은 배합사료와 볏짚의 비율을 56:44로 하면서 유지 수준(Maintenance)의 약 0.8배(0.8M), 1.2배(1.2M), 1.6배(1.6M) 섭취할 수 있도록 사료급여량으로 조절하여 에너지 균형법에 의해 실시하였다. 대사체중당 총 건물섭취량은 0.8M, 1.2M 그리고 1.6M이 각각 48.5, 64.9그리고 86.5g/$BW^{0.75}$을 섭취한 것으로 나타났고, 에너지 및 단백질의 농도가 같았던 본 시험사료는 건물섭취량을 증가시켜 총에너지 섭취량을 높여도 건물, 유기물, 조단백질, 조섬유, 조지방, 가용무질소물의 소화율에는 영향이 없었다. 평균 대사체중당 총 에너지섭취량은 0.8M, 1.2M, 1.6M에서 각각 190.8, 255.8, 340.9kcal/$BW^{0.75}$이었고, 분으로 손실된 에너지는 총 에너지섭취량의 약 41% 수준, 뇨로 손실된 에너지는 1.5% 이하였다. 또한 반추위 발효과정에서 발생하는 메탄에 의한 에너지 손실은 5${\sim}$9%의 범위였으며, 체열에 의한 손실량은 40${\sim}$60% 이었다. 0.8M, 1.2M, 1.6M의 에너지 수준별 대사에너지 섭취량, 92.6, 134.8, 181.0kcal/$BW^{0.75}$과 각각의 체축적에너지 -20.7, 6.2, 38.5kcal/BW0.75과의 관계식에서 X축 절편값, 즉 유지를 위한 에너지요구량은 대사에너지로 124.3kcal $ME/BW^{0.75}$로 나타났다.