• 환경위생공학
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• 제4권2호
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• pp.91-99
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• 1989

An anaerobic acidogenic fermentation experiment was carried out in order to investigate the distribution of volatile acid products and gas generations with varing temperatures and pH values. The experiment was carried out using $1\%$ glucose as substrate and a pair of 3.5 liter vessle as bench scale batch reactors. The reactors were operated for 7 days at 25, 30 and $35^{\circ}C$ and at pH values of 4.0, 4.5, 5.0, 5.5 and 6.0 at each temperature conditions. Major products at all experiment pH's at $35^{\circ}C$ were acetic acids and butyric acids which together composed around $90^{\circ}F$ of total product acids. At higher pH values at $35^{\circ}C$, propionic acid reached around $10\%$. At all experiment conditions, 52 to $55\%$ of generated gases comprised of hydrogen gas and 45 to $48\%$ of carbon dioxide. With temperature increase from 25 to $35^{\circ}C$, the production rate of acetic acid increased 2.9 fold, butyric acid 22 fold, hydrogen gas 2.0 fold and carbon dioxide gas 2.3 fold. Optimum reaction conditions for highest production of acetic acid and hydrogen gas was determined to be pH 5.5 at $35^{\circ}C$.

• Environmental Engineering Research
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• 제24권3호
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• pp.449-455
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• 2019

To investigate the effect of seaweed (SW) addition on anaerobic co-digestion of food waste (FW) and sewage sludge (SS), batch experiments were conducted at various substrate concentrations (2.5, 5.0, 7.5, and 10.0 g volatile solids (VS)/L) and mixing ratios ((FW or SS):SW = 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, and 0:100 on a VS basis). The effect of SW addition on FW digestion was negligible at low substrate concentration, while it was substantial at high substrate concentrations by balancing the rate of acidogenesis and methanogenesis. At 10 g VS/L, $CH_4$ production yield was increased from 103 to $350mL\;CH_4/g$ VS by SW addition (FW:SW = 75:25). On the other hand, SW addition to SS enhanced the digestion performance at all substrate concentrations, by providing easily biodegradable organics, which promoted the hydrolysis of SS. $k_{hyd}$ (hydrolysis constant) value was increased from 0.19 to $0.28d^{-1}$ by SW addition. The calculation showed that the synergistic $CH_4$ production increment by co-digesting with SW accounted for up to 24% and 20% of total amount of $CH_4$ production in digesting FW and SS, respectively.

• 유기물자원화
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• 제1권1호
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• pp.103-113
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• 1993

우리나라에서 년간 3,367만톤(1991년) 배출되는 생활쓰레기의 28% 이상이 주방폐기물로 통칭되는 음식찌꺼기, 채소류등으로 구성되는데 수분함량이 75~85%로 높고 발열량 낮아 혐기성 소화에 의한 처리법은 폐기물의 안정화 및 메탄가스 회수를 통한 효율적인 자원화가 가능하여 매우 실용적인 것으로 고려된다. 그러나, 주방폐기물은 셀룰로즈, 단백질등의 복잡한 고분자 고형물질들로 구성되어 있어 혐기성 소화시 가수분해반응이 율속단계로 인식되고 있으며, 이로 인한 유기물 부하율이 작고 반응조 용적이 커져 경제적이지 못한 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 셀룰로즈 등의 고분자물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 rumen 미생물을 이용하여 주방폐기물의 혐기성 소화의 효율을 증진시키기 위한 연구가 600 mL의 회분식반응조에서 수행되었다. 주방폐기물의 가수분해 및 산생성 반응에 대한 중온산생성균과 rumen 미생물의 산생성반응 효율을 비교하였으며, rumen 미생물을 이용한 산형성 반응에서 pH, 온도, 고형물 농도등 환경인자의 영향을 평가하였다. Rumen 미생물을 이용한 주방폐기물의 산형성 반응에서 최종휘발산수율은 이론치의 약 95%에 해당하는 8.4meq/g VS를 보여 중온산형성균을 이용하였을 때와 비슷하였으나, 산생성반응의 속도는 중온산형성균을 이용했을 때 보다 약 2배 이상 빨랐다. Rumen 미생물을 이용한 주방폐기물의 산생성 반응에 대한 기질 농도의 영향에서는 TS 15%일 때 급격한 pH저하 및 비이온화된 VFA 등의 저해작용으로 휘발산수율은 TS 1%인 반응조에서의 절반이하의 값을 보여 유출수의 연속적인 희석이 중요한 인자임을 알 수 있었다. Rumen 미생물을 이용한 산생성 반응의 최적 pH 및 온도 범위는 각각 6.0~7.5, $35{\sim}45^{\circ}C$였다. 이상과 같은 결과로부터 rumen 미생물을 주방폐기물의 혐기성소화 공정에 이용할 경우 혐기성 반응의 율속단계로 고려되는 가수분해 및 산형성 반응의 속도를 증가 시킬 수 있어 반응조 용적 감소 및 유기물 부하 증가 등의 소화 효율향상이 가능함을 알 수 있었다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2005년도 생물공학의 동향(XVI)
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• pp.65-66
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• 2005

Anaerobic digestion is one of the well-known methods for biological treatment handling of concentrated organic matter such as swine $wastewater.^{1)} The anaerobic digestion can reduce organic loading but also hydrolyze non-biodegradable organic $matter.^{2)}$ The feces from the scrapper-type barn are usually collected to make compost and the urine is discarded with swine-slurry wastewater by ocean-dumping or treated by biological methods. The lagoon, aerobic digestion, anaerobic digestion, SBR, $A^{2}/O$, and UCT have been applied for treating swine $wastewater.^{3)} In this study, as a result of the analysis of swine wastewater, the total and soluble chemical oxygen demand was 130g/L and 60g/L, respectively. And the volatile fatty acid as chemical oxygen demand equivalent was 45g/L, which was 75% of soluble chemical oxygen demand. Before everything else, ammonia nitrogen concentration was 6.5 g/L. From biochemical acidogenic potential test, it was concluded that the enhanced acidification process to manage swine waste should be operated in the ammonia nitrogen concentration of less than 1.2 g/L. In the result of seeding ratio experiments with artificial $wastewater^{4)}, the lag period of acidogens was taken the long time because of the inhibition by the $ammonia^{5)}$, however no difference of period by the seeding ratio was not shown. The Haldane-based biokinetics were also evaluated using a method of fourth order Runge-Kutta $approximation.^{6,7)}$ The nonlinear least squares (NLLS) method with a 95% confidence interval was also used. The ranges of maximum microbial growth rate, ${/mu_{max}}$, and half saturation coefficient, $K_{s}$, for acidogenesis of various seeding ratio with artificial wastewater were 6.1 ~ 12.6 $d^{-1}$ and 45,000 ~ 53,500 mg glucose/L, respectively. Also, the methanogenic microbial yield coefficient, Y, and microbial decay rate coefficient, $k_{d}$, and inhibition substrate concentration, $K_{si}$, for the reactors were determined to be 0.32 ~ 0.465 ${/mu}g$/mg glucose; 0.42 ~ 1.01 $d^{-1}$ and 51,500 ~ 55,600 mg glucose/L, respectively.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.125-131
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• 2014

본 연구에서는 매립가스 증대를 위한 음폐수의 원활한 주입을 위해 혐기성 산발효 전처리를 수행하였으며 이를 통해 점도 감소와 유기산 생산량을 확인하여 매립지 주입을 위한 최적조건을 확인하고자 하였다. 산발효 후 음폐수 가용화율은 약 15% 증가함을 보였고 체류시간의 변화와 반응기형태를 달리 한 결과 큰 차이를 보이지는 않았다. 반응기형태에 따라 점도변화를 확인한 결과 상향류식 반응기에서 $76.95{\pm}3.27%$로 완전혼합반응기에 비해 약 11.38% 높은 점도 저감효율을 보였으며, VFA생산에서는 체류시간을 3일에서 5일로 증가 시 2.01배(상향류식 반응기), 1.76배(완전혼합반응기) 높은 경향을 보였다. 이는 상향류식 반응기의 경우 고정층담체의 스크린 역할로 분자량이 작은 물질에 비해 큰 물질들이 상대적으로 반응기에 체류하는 시간이 길어져 효율이 높은 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.25-33
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• 2018

화석 연료의 고갈과 온난화 현상으로 인해 새로운 에너지원에 대한 관심이 급증하고 있다. 그 중에서 바이오가스는 유기성 폐기물 및 바이오매스를 혐기성 소화과정인 가수분해(hydrolysis), 산발효(acidogenesis), 유기산발효(acetogenesis), 메탄발효(methanogenesis)의 단계를 거쳐 발생되기 때문에 친환경적인 에너지자원으로 각광받고 있다. 그러나 바이오가스는 기존의 정제설비로는 제거할 수 없는 높은 미세분진 및 수분 함량으로 인해, 직접연소, 도시가스, 자동차용 연료 등 효율적인 이용을 위해서 정제시스템이 필요하다. 따라서 본 연구는 미세분진과 수분을 동시에 제거할 수 있는 정제과정의 전처리 방법으로써 원심력을 이용하는 냉각공정을 설계하였다. 원심력을 이용하여 분진을 제거하는 Cyclone 내 외부에 열교환기와 ID fan을 구성하여 주입되는 가스를 어는점 이하로 냉각시킴으로써 물안개를 형성시켜 분진입자를 제거하고, 일부 가스를 ID fan을 이용하여 재순환시켜 제거하는 고효율 냉각제어공정을 개발하였다. 수분제거는 유량(25~150L/min) 및 상대습도(60~95%)의 조건에서 시험하였다. 수분제거율은 상대습도 $95{\pm}5%$일 때 평균 80.8%, 입자제거율은 입자크기 $2.5{\mu}m$에서 평균 99.78%의 제거효율을 보였고, 수분과 입자의 동시제거효율은 수분 70.86%, 입자 99.67%의 평균값을 보여주었다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권8호
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• pp.781-788
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• 2008

본 연구는 실험계획법과 통계학적 분석을 이용하여 세가지 유기성 폐기물(축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기)의 혼합 산발효를 위한 최적 운전 조건을 구하였다. 먼저, 세가지 기질의 최적 혼합비 도출을 위해 15회의 회분식 실험을 진행하였고, 획득한 실험 값의 통계학적 분석 결과 도출된 최적 혼합비는 chemical oxygen demand(COD) 기준으로 축산폐수, 하수슬러지, 음식물쓰레기 순으로 0.4 : 1.0 : 1.1로 나타났다. 도출된 최적 혼합비율로 준비된 기질을 대상으로 산발효 연속 운전 최적화를 수행하였다. 중요 운전 인자로서 hydraulic retention time(HRT)과 기질 농도를 설정하고, 실험계획법의 일종인 반응표면법(Response surface methodology, RSM)을 적용하였다. 3단계의 실험 계획에 의거한 연속 운전 결과, total volatile fatty acids(TVFA) 생성을 극대화 할 수 있는 최적 운전 조건은 HRT 2일, 기질 농도 29,237 mg COD/L로 밝혀졌고, 제시된 2차 경험적 모델식을 통해 최적 운전 조건에서 73%의 TVFA 증가율을 예상할 수 있었다. 도출된 모델식의 정확도 검증을 위한 실험 결과, 약 4%의 상대오차를 나타내 반응표면법을 비롯한 실험계획법과 통계학적 분석 방안이 성상 변화가 큰 실 폐기물의 최적화에도 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권12호
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• pp.1231-1238
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• 2008

본 연구에서는 실험실 규모 2상 혐기성 소화를 이용하여 음식물 쓰레기 탈리액의 처리성을 평가하였다. 이를 위해 산발효조의 적정 유입 pH 및 HRT를 도출하고, 산발효조로의 메탄조 유출수 반송 효과, 메탄발효조에서 고형물 내부반송 및 온도의 영향을 파악하였다. 산발효조에서는 유입 pH 6.0, HRT 2일인 조건에서 메탄조 유출수 반송 후 산생성 및 VS 제거효율은 30% 및 40%에서 안정적으로 유지되었다. 유기물 부하 7 g COD/L/d 이하의 조건에서 고형물 내부반송에 의해 중온 및 고온메탄발효조의 유출수 SCOD는 반송 이전보다 낮거나 같은 수준으로 유지되었고 유기물 부하 증가에 따른 비메탄생성량(specific methane production, SMP)의 감소폭이 줄어들었다. 고형물 내부반송 이후 동일한 유기물 부하에서 COD 제거효율과 SMP는 중온메탄발효조가 고온보다 우수하였으며 이는 중온메탄발효조의 MLVSS 농도가 고온보다 높기 때문인 것으로 판단되었다. 따라서 고온산발효-중온메탄발효로 구성된 시스템이 고온산발효-고온메탄발효보다 COD 제거와 메탄발생면에서 우수한 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.11-17
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• 2015

본 연구에서는 음식물류 폐기물 폐수(이하, 음폐수)를 이용하여 혐기성발효 시 부산물로 생성되는 메탄가스의 생산효율을 높이고자 산발효 전처리를 수행하였으며 전처리된 음폐수를 이용하여 BMP 실험을 통해 메탄생산량 증대를 위한 산발효 최적조건을 확인하고자 하였다. 산발효된 음폐수를 이용하여 BMP 실험을 진행한 결과 HRT 3일 조건에서 0.220 L/g VS의 가장 높은 메탄생산량을 확인하였으며, 초기 pH별 BMP실험에서는 pH 6에서 19,920 mg/L로 가장 높은 VFA와 Acetic acid/TVFA(76.2%)를 보였다. 이때 메탄생산은 약 10일 이내로 대부분 생산되어 일반적인 메탄발효(30일 이내)에 비해 약 1/3수준으로 단축됨을 확인하였다. 메탄생성량은 0.294 L/g VS로 대조군 대비 약 1.3배 높은 효율을 나타내었다.

• 한국환경농학회지
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• 제23권4호
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• pp.220-227
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• 2004

본 연구는 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효에 있어 여러 조건들 중 온도가 효율적인 가수분해와 산발효에 미치는 영향을 검토하기 위해 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효시 산생성 효율을 높이기 위한 전처리 과정으로 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입한 결과 가수분해효율을 표현한 가용화 정도(Solubilizatio)가 0.01g NaOH/g TS이하로 투입된 경우 $0.01\;mgSCODP_{prod.}/mgICOD_{inf.}$이하를 타내었으나, 0.05g NaOH/g TS이상을 투입했을 때는 $0.07{\sim}0.09\;mgSCOD_{prod.}/mgICOD_{inf.}$로 나타났다. 따라서 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입하여 효율적인 가수분해가 이루어지기 위해서는 g TS당 0.05 g이상의 NaOH가 투입되어야 할 것으로 판단된다. 음식물찌꺼기를 NaOH로 전처리 한 후 고온($55^{\circ}C$) 산발효를 실시했을 때 0.05 g NaOH/g TS 투입시 SCOD의 증가치 3,800 mg/L로 최대의 가용화와 산생성에 효과적인 pH 5.95를 얻을 수 있었다. 0.05g NaOH/g TS를 투입하여 중온($35^{\circ}C$)에서 산발효를 실시한 경우와 비교하여 SCOD 증가치가 약 5배정도 높았고, 최대 가용화에 이르는 시간도 중온의 2/3 정도로 짧아 음식물찌꺼기의 가용화에는 고온이 효과적인 것으로 나타났다. NaOH 0.05 g NaOH/g TS로 전처리된 음식물찌꺼기의 산발효 결과 고온($55^{\circ}C$) 및 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 반응시작 후 72시간에 12,600 mg/L, 120시간에 9,800 mg/L의 VFA농도를 나타내어 동일기질을 이용하여 산발효를 실시했을 때 중온보다는 고온에서 미생물의 활성증대와 유기물의 가수분해가 촉진되어 VFA생성이 효율적인 것으로 판단되었다. 고온에서 NaOH에 전처리 된 음식물찌꺼기를 산발효 시켰을 때 VFA가 가장 높았던 시점을 기준으로 VFA의 조성을 조사한 결과 acetic acid가 45.9%, buftc acid가 26.7%, propionic acid가 13.9% 등으로 총 유기산 발생량의 86.5%를 차지하였다.