• 대한환경공학회지
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• 제38권4호
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• pp.201-209
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• 2016

Glucose ($C_6H_{12}O_6$)의 이론적인 최대 메탄수율은 표준상태(1 atm, $0^{\circ}C$)를 기준으로 0.35 L $CH_4/g$ COD이지만, 전통적인 혐기성소화조에서 유기물이 메탄으로 전환되는 양은 연구의 방법이나 유기물의 종류에 따라 매우 다양하게 보고되고 있으며, 대부분의 연구실 규모 실험에서 안정화 후 메탄 수율은 0.35 L $CH_4/g$ COD 이하로 나타난다. 최근, 미생물 전기화학 기술(Microbial Electrochemical Technology, MET)은 지속가능한 신재생에너지 생산 기술로서 큰 주목을 받고 있으며, MET를 혐기성소화조에 적용할 경우 고농도의 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하며, 소화조 내 미생물의 활성을 높이고 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MET가 혐기성소화의 메탄발생에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위해 음식물 탈리액과 하수슬러지의 원소조성에 따른 이론적인 최대 메탄수율을 분석하였으며, BMP (Biochemical Methane Potential) 실험과 연속식 실험을 통한 메탄수율의 특성을 평가하였다. 그 결과, MET가 적용된 혐기성소화에서의 메탄수율은 일반적인 혐기성소화조에 비하여 기질에 따라 2-3배 정도 높았으며, 이론적인 최대 메탄수율에 미치지는 못하였으나 일부는 거의 근접한 결과가 도출되었다. 또한, 일반적인 혐기성소화조와 MET가 적용된 혐기성소화조의 안정화 후 바이오가스의 조성은 거의 유사하게 나타났다. 결과적으로, MET가 혐기성소화조의 유기물 제거효율을 향상시켜 메탄발생량을 증가시킨 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 연구를 통하여 MET에서 메탄발생 메카니즘이 명확히 규명되어야 할 것이다.

• 유기물자원화
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• 제26권4호
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• pp.53-61
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• 2018

혐기성소화(AD)는 폐활성슬러지의 유기물함량을 바이오가스로 전환할 수 있는 가장 널리 이용되는 공정 중 하나이다. 그러나 현재 전통적인 혐기성소화에 의한 실제 메탄수율은 이론적인 최대 메탄수율에 미치지 못하기 때문에 메탄수율을 높일 수 있는 방안의 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐활성슬러지로부터 메탄수율을 높이기 위해 생물전기화학 혐기성소화조를 이용하여 혐기성소화슬러지와 생슬러지의 혼합비율(3:7, 5:5)에 따른 메탄수율 및 유기물제거 효율에 미치는 영향에 관하였다. 그 결과 생물전기화학 혐기성소화 슬러지의 혼합비가 3:7과 비교하여 5:5일 때 가장 높은 메탄수율 294.2 mL $CH_4/L$(0.63배 증가)과 52.5%(7.5% 증가)로 유기물제거효율을 가지는 것으로 나타났으며 pH, 알칼리도와 VFAs의 농도도 안정적으로 유지되었다. 이러한 결과는 혐기성소화 슬러지의 혼합비의 증가는 생물전기화학 혐기성소화조의 안정적인 성능유지를 위해 효과적인 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권11호
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• pp.618-626
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• 2016

상온조건($25^{\circ}C$)에서 하수슬러지처리를 위한 생물전기화학 혐기성소화조의 성능에 미치는 제2철 이온($Fe^{+3}$)의 영향을 연구하였다. 생물전기화학 혐기성소화조를 상온에서 운전하였을 때 pH, 알카리도, COD 및 VFAs 등의 상태변수들은 안정하였으며, VS 제거율과 비메탄발생율은 각각 65.9% 및 370 mL/L/d이었다. 생물전기화학 혐기성소화조에 제2철 이온(200 ppm)을 주입한 후 상태변수들의 안정도는 더욱 향상되었으며, VS 제거율 및 비메탄발생량은 각각 69.8%, 396 mL/L/d로 증가하였다. 그러나, 제2철 이온을 주입 이후에 바이오가스의 메탄함량은 76.6%로 주입 이전의 77.3%에서 비하여 약간 감소하였다. 부유슬러지의 미생물 군집을 변화를 분석한 결과 공생 혐기성미생물(Cloacamonas) 및 가수분해균(Saprospiraceae, Ottowia pentelensis) 등의 우점균의 비율이 제2철 이온의 주입으로 증가하였다. 이것은 철이온의 주입으로 부유혐기성미생물(planktonic anaerobic bacteria, PAB)의 활성이 증가하였음을 나타낸다. 제2철 이온은 상온조건에서 하수슬러지처리를 위한생물전기화학 혐기성소화조의 성능을 향상시킨다.

• 상하수도학회지
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• 제21권6호
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• pp.727-735
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• 2007

The use of water by cities is increasing owing to industrialization, the concentration of population, and the enhancement of the standard of living. Accordingly, the amount of waste water is also increasing, and the degree of pollution of the water system is rising. In order to solve this problem, it is necessary to remove organisms and suspended particles as well as the products of eutrophication such as nitrates and phosphates. This study developed a high-end treatment engineering solution with maximum efficiency and lower costs by researching and developing a advanced treatment engineering solution with the use of Biosorption. As a result, the study conducted a test with a $50m^3/day$ Pilot Scale Plant by developing treatment engineering so that only the secondary treatment satisfies the standard of water quality and which provided optimal treatment efficiency along with convenient maintenance and management. The removal of organisms, which has to be pursued first for realizing nitrification during the test period, was made in such a way that there would be no oxidation by microorganisms in the reactor while preparing oxygen as an inhibitor for the growth of microorganism in the course of moving toward the primary settling pond. The study introduced microorganisms in the endogeneous respiration stage to perform adhesion, absorption, and filtering by bringing them into contact with the inflowing water with the use of a sludge returning from the secondary settling pond. Also a test was conducted to determine how effective the microorganisms are as an inner source of carbon. The HRT(Hydraulic Retention Time) in the nitrification tank (aerobic tank) could be reduced to two hours or below, and the stable treatment efficiency of the process using the organisms absorbed in the NAR reactor as a source of carbon could be proven. Also, given that the anaerobic condition of the pre-treatment tank becomes basic in the area of phosphate discharge, it was found that there was excellent efficiency for the removal of phosphate when the pre-treatment tank induced the discharge of phosphate and the polishing reactor induced the uptake of phosphate. The removal efficiency was shown to be about 94.4% for $BOD_5$. 90.7% for $COD_{Cr}$ 84.3% for $COD_{Mn}$, 96.0% for SS, 77.3% for TN, and 96.0% for TP.

• 공업화학
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• 제27권5호
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• pp.532-536
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• 2016

본 연구에서는 하수 슬러지를 대상으로 단상 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$) 혐기성 소화조의 안정성, 고형물 제거 및 메탄생성을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온($R_{TAD}$, reactor of thermophilic anaerobic digestion) 및 중온 ($R_{MAD}$, reactor of mesophilic anaerobic digestion) 소화조 내 pH의 경우 혐기 소화 시 안정적인 미생물 활성을 나타낸다고 알려진 6.5-8.0 사이의 값을 소화 기간 내내 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, total alkalinity (TA)의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 3-4 g $CaCO_3/L$의 높은 값을 안정적으로 유지하였다. 고형물 제거의 경우 순응 기간 후 $R_{TAD}$에서 43.3%, $R_{MAD}$에서 33.6%의 VS 제거율을 보이며 $R_{TAD}$에서 약 10% 높은 VS 제거율은 제거율을 보였다. 유기산의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서 순응 기간 직후 검출되지 않았다. $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 순응 기간 후 안정적인 메탄 생성을 보였으며, $R_{TAD}$에서 $R_{MAD}$에 비해 31.4% 향상된 메탄 생성률이 관찰되었다($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). 반면, 두소화조 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서의 메탄 수율은 유사한 값을 보였다.