Renewable Portfolio Standards was introduced into the system in Korea in 2012. Interest in the unutilized and renewable energy sources is increasing. and these being actively investigated. An organic rankine cycle has emerged as an alternative in order to take advantage of bio-gas engine heat of sewage treatment plants whose capacity is 1500 kW. The organic rankine cycle power system was simulated by a simulator which is a commercial program of power plant design and performance analysis. The biogas engine is operated by $460^{\circ}C$ and 2.7 kg/s flow rate in the sewage treatment plant. Working fluids(R-601a, R-123, R-245fa) are selected to use in ORC power system in this temperature range. It was the isopentane that is the best performance among three working fluids. It could be obtained net power of 163.1 kW and efficiency of 13.66% from isopentane in the simulation.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.24
no.2
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pp.51-58
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2016
In the Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion (ITPAD) process, acid and methane fermentation take place in one reactor, which has advantages to cope with organic load variation and reduce foot-print required, compensating disadvantages of Conventional Separated Two-Phase Anaerobic Digestion (CSTPAD). In the present work, organic matter degradation efficiency and biogas generation amount and other performance parameters of the ITPAD fed with food waste leachate were analyzed. In addition, feasibility study on the ITPAD method was performed by comparing its digestion efficiency with that of the CSTPAD. Organic matter alteration and biogas generation of the integrated method were examined for approximately 130 days based on the 5ton/day scaled pilot plant. Experiment results revealed that organic matter removal rate was 80% for mean food waste leachate input amount of $4.1m^3/day$. The biogas generation rate was $63.0m^3$ per ton of food waste leachate input, corresponding to the input VS amount of $0.724m^3/kg-VS_{added}$, and methane content of generated biogas was approximately 61.3%. The ITPAD has a comparable or higher organic matter removal efficiency compared to the conventional separated two-phase anaerobic digestion method. Consequently, the ITPAD method has a great need to commercialize a food waste leachate treatment technology against highly concentrated organic waste leachate.
Min Ji Song;Woo Cheol Kim;Heesan Kim;Jung-Gu Kim;Soo Yeol Lee
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.36
no.3
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pp.153-160
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2023
The use of biogas is an industrially necessary means to achieve resource circulation. However, since biogas obtained from waste frequently causes corrosion in pipes, it is important to elucidate corrosion mechanisms of the pipes used for biogas transportation. Recently, corrosion failure occurred in a pipe which supplied for the biogas at the speed of 12.5 m/s. Pinholes and pits were found in a straight line along the seamline of the pipe. By using corrosion-damaged samples, residual thickness, microstructure, and composition of oxide film and inclusion were examined to analyze the cause of the failure. It was revealed that the thickness reduction of biogas pipe was ~0.11 mm per year. A thin sulfuric acid film was formed on the surface of the interior of a pipe due to moisture and hydrogen sulfide contained in a biogas. Near the seamline, microstructure was heterogeneous and manganese sulfide (MnS) was found. Pits were generated by micro-galvanic corrosion between the manganese sulfide and the matrix in the interior of the pipe along the seamline. In addition, microcracks formed along the grain boundaries beneath the pits revealed that hydrogen-induced cracking (HIC) also contributed to accelerating the pitting corrosion.
A rotating activated bacillus contactor (RABC) process with a series of aerobic reactors was tested in pilot scale to treat digested liquid from an anaerobic digester treating swine wastewater and sewage sludge. The influent (digested liquid) for the RABC process showed C/N ratios less than 2 as a typical feature of effluent from anaerobic digesters. The pilot process, which consists of three 3 RABC reactors, four aerobic tanks and a sedimentation tank, was operated for 210 days with a hydraulic retention time of 20 days without pH and temperature control. Since the Bacillus-enriched aerobic reactors shows high efficiencies of nitrogen removal at low DO levels less than 1.0 mg/L, they were operated at reduced aeration intensities. With relatively low concentrations of organics in comparison with nitrogen concentrations, the RABC process tested in this study showed stable and high nitrogen and organics removal efficiencies over 80%. The nitrogen removal process tested in this study was proven to be an effective and operation-cost saving (lower aeration) method to remove nitrogen without adding external carbon sources to meet the optimum C/N ratio.
Kim, Jee Sang;Kong, Chang In;Park, Bo Ryoung;Kim, Jeong-Hoon
Membrane Journal
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v.24
no.3
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pp.213-222
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2014
In this study, 2-stage recirculation membrane process was developed for purification of high purity bio-methane for the vehicle fuel application. Pure gas permeation and mixture gas permeation test were done as a function of methane content and pressure in the feed using polysulfone membrane modules. 2-stage membrane plant was designed, constructed in a food waste treatment cite. Dehumidification, dry desulfurization, and desiloxane plants are installed for the removal of $H_2O$, $H_2S$ and siloxane in the biogas. Permeation test were done with the pre-treated methane mixture in terms of methane purity and recovery by adjusting the ratio of membrane area (1:1, 1:3, 2:2) in the first and second membrane modules in the plant. When membrane area of 2 stage increased to $3m^2$ from $1m^2$ at 1-stage membrane area of $1m^2$, the feed rate and $CH_4$ recovery at 95% methane purity were increased from 47.1% to 92.5% respectively. When the membrane area increased two-fold (1:1 to 2:2), $CH_4$ recovery increased from 47.1% to 88.3%. When the feed flow rate was increased, in 1:3 ratio, final purity of the methane is reduced, the methane recovery is increased. When operating pressure was increased, the feed rate was increased and recovery was slightly decreased. From this result, membrane area, feed pressure and feed rate could be the important factor to the performance of the membrane process.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.29
no.1
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pp.37-46
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2021
Nitrogen and phosphorus in livestock manure are environmental pollutants, but also could be valuable industrial resources. In the present study, we (1) introduced various nitrogen removal technologies such as stripping, thermal method, membrane, and electrodialysis, (2) reviewed relevant studies reported in 2011-2020, in particular, full-scale experiences, and (3) assessed each technologies based on the above survey results. In addition, we provided the information on the appropriate range of the pH, temperature, gas and liquid ratio, and so on in ammonia stripping process, and expected mass balance when it is connected to biogasification process. We hope the content herein can be helpful for making policy and operating full-scale plant in Korea.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.6
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pp.588-597
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2016
In this study, we attempted to improve the biogas production efficiency by varying the mixing ratio of the mixed sludge of organic wastes in the improved single-phase anaerobic digestion process. The types of organic waste used in this study were raw sewage sludge, food wastewater leachate and livestock excretions. The biomethane potential was determined through the BMP test. The results showed that the biomethane potential of the livestock excretions was the highest at $1.55m^3CN4/kgVS$, and that the highest value of the composite sample, containing primary sludge, food waste leachate and livestock excretions at proportions of 50%, 30% and 20% respectively) was $0.43m^3CN4/kgVS$. On the other hand, the optimal mixture ratio of composite sludge in the demonstration plant was 68.5 (raw sludge) : 18.0 (food waste leachate) : 13.5 (livestock excretions), which was a somewhat different result from that obtained in the BMP test. This difference was attributed to the changes in the composite sludge properties and digester operating conditions, such as the retention time. The amount of biogas produced in the single-phase anaerobic digestion process was $2,514m^3/d$ with a methane content of 62.8%. Considering the value of $2,319m^3/d$ of biogas produced as its design capacity, it was considered that this process demonstrated the maximum capacity. Also, through this study, it was shown that, in the case of the anaerobic digestion process, the two-phase digestion process is better in terms of its stable tank operation and high efficiency, whereas the existing single-phase digestion process allows for the improvement of the digestion efficiency and performance.
The high fuel flexibility of Micro Gas Turbine(MGT) has boosted their use in a wide variety of applications. Recently, the demand for biogas generated from the digestion of organic wastes and landfill as a fuel for gas turbines has increased. We researched the influence of firing landfill gas(LFG) on the performance and operating characteristics of a micro gas turbine combined heat and power system. $CH_4$ and $CO_2$ simultaneous recovery process has been developed for field plant scale to provide an isothermal, low operating cost method for carrying out the contaminants removal in Land Fill Gas(LFG) by liquid phase catalyst for introduce into the green house for the purpose of $CO_2$ rich cultivation of the plants. Methane purification and carbon dioxide stripping by muti panel autocirculation bubble lift column reactor utilizing Fe-EDTA was conducted for evaluate optimum conditions for land fill gas. Based on inflow rate of LFG as 0.207 $m^3$/min, 5.5 kg/$cm^2$, we designed reactor system for 70% $CH_4$ and 27% $CO_2$ gas introduce into MGT system with $H_2S$ 99% removal efficiency. A green house designed for four different carbon dioxide concentration from ambient air to 1500 ppm by utilizing the exhaust gas and hot water from MGT system.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.11
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pp.997-1006
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2009
Organic removal efficiency and methane production rate, a feasibility of power generation from biogas, and the optimum conditions for membrane operation were evaluated for the pilot scale (5 tons/day) two-phase anaerobic digestion coupled with ultra filtration (TPADUF) system fed with garbage leachate. The TPADUF system is consisted of a thermophilic acidogenic reactor, a mesophilic methanogenic reactor, and an UF membrane. When garbage leachate with 150 g/L of TCOD was fed to the TPADUF up to organic loading rate (OLR) of 11.1 g COD/L/d, the effluent TCOD was lower than 6 g/L and the average removal efficiencies of TCOD and SCOD were higher than 95%. The methane composition of the gas was 65%, and the methane yield was 39 $m^3/m^3$ garbage leachatefed, 260 $m^3$/tons $COD_{added}$, or 270 $m^3$/tons $COD_{removed}$, even there was some gas leak. The power production per consumed gas was 0.96 kWh/$m^3$ gas or 1.49 kWh/$m^3$ methane. This lower power production efficiency mainly due to the small capacity of gas engine (15 kW class). The membrane was operated at the average flux of 10 L/$m^2$/hr. When the flux decreased, washing with water and chemical (NaOCl) was conducted to restore the flux. In the TPADUF system, optimum pH could be maintained without alkali addition by recycling the membrane concentrate or mixed liquor of the methanogenic digester to the acidogenic reactor. Also, partial production of methane in the acidogenic reactor had a positive effect on lowering the OLR of the methanogenic reactor.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.24
no.2
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pp.59-66
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2016
The purpose of this study was to review of technical, economical feasibilities regarding Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion(ITPAD) method. In order for that, operation conditions and data with 24tpd capacity of operating ITPAD plant were analyzed. The result showed that VS removal efficiency was 73.7% and total amount of biogas was generated $1,239m^3/day$ on the average that represents $54.4m^3/ton$-input of generation efficiency. ITPAD had advantages in terms of required area and energy for heating which were analyzed 15.9%~47%, 11.6%~17.8% lower respectively compared to Conventional Separated Two-Phase Anaerobic Digestion(CSTPAD) method. Thus, it is considered the ITPAD has comparatively high feasibility to be expanded and commercialized to dispose high concentration organic matter of waste such as food waste and its leachate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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