2005.1.1부터 직 매립 금지 이후 음식물쓰레기를 처리하는 데 있어 많은 사회적 문제가 대두되고 있다. 그리고 우리나라의 경우 전국 음식물쓰레기 배출량이 11,398ton/day('03)으로 상당히 많은 양이 배출되고 있으며, 주로 음식물쓰레기는 매립, 소각, 사료나 퇴비로 재활용하는 방법으로 처리하고 일부 음식물쓰레기는 혐기성으로 처리 하는 방법이 사용되어 왔다. 이 중 혐기성 처리는 유용한 메탄가스를 발생하여 에너지로 사용가능 하다. 본 연구에서는 pH가 낮고 많은 양의 유기물과 고형물을 함유하고 있어 1단 혐기성 처리시 운전에 영향을 줄 것으로 예상되는 음식물쓰레기의 1단 혐기성처리 가능성 및 혐기성 처리시 메탄가스를 이용하여 에너지로서 사용 가능성에 대해 알아보고자 연구를 실시 하였다. 처리시간과 비용을 절감하기 위해 산형성조를 거치지 않고 반 고형물의 유입시 부유물로 인해 발생될 수 있는 plugging와 channeling 현상을 방지하기 위해 USAB(up flow anaerobic sludge blank)의 장점과 낮은 pH의 음식물 쓰레기의 유입시 미생물에 미칠 수 있는 충격을 최소화 할 수 있는 AE(anaerobic filter)장점을 조합하여 환형유공 지지막속에 그레뉼을 충진시킨 Hybrid Anaerobic Reactor(HAR)를 제작하여 실험을 실시하였다. 본 연구에 앞서 음식물쓰레기의 혐기성 생분해도 실험을 실시하여 혐기성처리가능성을 검토하였으며 실험결과 첨가된 VS량당 총 누적메탄량은 $0.471(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$로 원소 분석하여 얻은 이론 메탄발생량 $0.58(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$의 $81.2\%$를 나타냈으며 유기물 분해속도 상수는 $0.18(d^{-1})$로 혐기성 처리가 가능하다는 사전 연구 결론을 도출하였다. 연구 결과, 낮은 pH인 음식물 쓰레기를 처리시 산발효조를 거치지 않고도 혐기성 처리가 가능하였으며, 높은 농도로 존재하는 유기물 및 고형물의 처리효율은 매우 양호했고 또한 인의 제거율도 높게 나타났다. 연구결과를 토대로 전국 음식물쓰레기(11,398ton/d)를 대상으로 에너지를 산출하면 Braun에너지 환산계수 $5.97kwh/m3(60\%\;CH_{4})$를 적용할 때 우리나라의 1일 음식물에서 발생되는 에너지 총량은 6,727MWh로 환산될 수 있으며 이는 유기물(COD)당 발생되는 메탄 가스량을 에너지원으로 사용하기에 충분히 가능하다는 것을 확인할 수 있었다. 이상의 결과에 의하면 고농도의 유기물이 함유된 음식물쓰레기는 Hybrid Anaerobic Reactor (HAR)를 이용하여 HRT 30일 정도에서 충분히 직접 혐기성처리가 가능하며, 이때 발생된 $CH_{4}$를 회수하여 이용하면 대체에너지원으로 활용 가치가 높은 것으로 판단된다.
Anaerobic digestion has many advantages over the more conventional aerobic treatment processes such as low levels of excess sludge production, low space (area) requirements, and the production of valuable biogas. The purpose of this study was to evaluate the effect of organic loading rate of anaerobic digestion on thermophilic($55^{\circ}C$) and mesophilic($35^{\circ}C$) conditions. Fluorescent in situ hybridization (FISH) method was also used to study the microbial community in the reactors. The stabilizing time in mesophilic anaerobic reactors was shorter as approximately 20 days than 40 days in the thermophilic anaerobic reactors. The amount of methane production rate in anaerobic reactors was independent of the concentrations of supplied substrates and the amount of methanogens. When the microbial diversity in the mesophilic and thermophilic reactors, which had been treated with acetate-based artificial wastewater, were compared, it was found that methanogenesis was carried out by microbial consortia consisting of bacteria and archaea such as methanogens. To investigate the activity of bacterial and archaeal populations in all anaerobic reactors, the amount of acetate was measured. Archaea were predominant in all reactors. Interestingly, Methanothrix-like methanogens appeared in mesophilic anaerobic reactors with high feed substrate concentrations, whereas it was not observed in thermophilic anaerobic reactors.
To investigate the detoxificative effect of tea, five kinds of tea(mulberry, anaerobic treated mulberry, green, barly tea and corm tea) were selected and determined their dotoxication activities for Cd and Pb in drinking water. The effect of tea on the removal of Cd and Pb were increased proportionally to the contents of teas. Anaerobic treated mulberry leaf tea showed stronger detoxication activity than the others. In drinking water contaminated with Cd, the removal effect of Cd was high 27% by anaerobic treated mulberry leaf tea and 14% by mulberry leaf tea as compared to green tea. Also, in drinking water with Pb, the removal effect of anaerobic treated mulberry leaf tea was the best among five kinds of tea. Pretreatment method on the removal effect of Cd was better than post-treatment method in the treatment method.
Textile wastewater from the Pusan Dyeing Industrial Complex (PDIC) was treated utilizing a two-stage continuous system, composed of an upflow anaerobic sludge blanket reactor and an activated Sludge reactor. The effects of color and organic leading rates were studied by varying the hydraulic retention time and influent glucose concentration. The maximum color load to Satisfy the legal discharge limit of color intensity in Korea (400 ADMI, unit of the American Dye Manufacturers Institute) was estimated to be 2,700 $ADMI{\cdot}L^{-1}\;day^{-1}$. This study Indicates that the two-stage anaerobic/aerobic reaction system is potentially useful in the treatment of textile wastewater.
본 연구는 음식폐기물과 하수슬러지의 병합처리를 위한 음식폐기물 전처리시설을 평가하고 그 활용방안을 모색하기 위하여 수행되었다. 본 연구에서 이용한 음식폐기물 전처리시설은 저장, 선별분쇄, 농축의 순으로 구성되어 있으며, 하수처리장 방류수를 희석수로 이용하여 선별분쇄시 파쇄를 용이하게 하고 염분농도의 희석효과도 가져올 수 있었다. 파쇄된 음식폐기물의 입자는 대부분 2mm 이하로 하수슬러지와 혼합하여 혐기성소화시 효율이 높은 것으로 조사되었다. 기존 하수슬러지 처리시 발생되는 가스발생량은 0.8톤/일(메탄 0.5톤/일)로 매우 낮았으나 음식폐기물과의 병합처리후에는 3.5톤/일(메탄 2.3톤/일)의 소화가스가 발생하는 것으로 조사되었다. 탈수슬러지의 발생량 또한 기존 11.2톤/일에 비해 21.2톤/일로 증가하지만 하수슬러지에 비해 유기물 함량이 높으므로 재활용 가치가 높을 것으로 판단된다. 따라서 음식폐기물 전처리시설의 적절한 활용을 통해 기존 하수처리시설과의 연계 처리가 가능할 것으로 판단된다.
Anaerobic digestion is generally used for the treatment of volatile organic solids such as manure and sludge from waste water treatment plants. However, the reaction rate of anaerobic process is slow, and thus it requires a large reactor volume. To minimize such a disadvantage, physical and chemical pre-treatment is generally considered. Another method to reduce the reactor size is to adopt different reactor system other than CSTR. In this paper, the effects of heat pre-treatment and reactor configurations on the anaerobic treatability of volatile solids was studied. Carrot, kale, primary sludge, and waste activated sludge was chosen as the test materials, and the BMP method was used to evaluate the maximum methane production and first order rate constants from each sample. After the heat treatment at $130^{\circ}C$ for 30min., the measured increase in SCOD per gram VS was up to 394 mg/L for the waste activated sludge. However, the methane production potential per gram VS was increased for only primary and waste activated sludge by 17-23%, remaining the same for carrot and kale. The overall methane production process for the tested solids can be described by first order reactions. The increased in reaction constant after heat pre-treatment was also more significant for the primary and waste activated sludge than that for carrot and kale. therefore, the heat pre-treatment appeared to be effective for the solids with high protein contents rather than for the solids with high carbohydrate contents. Among the four reactor systems studied, CSTR, PFR, CSTR followed by PFR, and PFR with recycle, CSTR followed by PFR appeared to be the best choice considering methane conversion rate and the operational stability.
침출수의 혐기성 처리시 오염물질 거동과 미생물 특성을 평가하기 위하여 10개월간 실험을 수행하였다. 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 (UASB) 반응조의 경우 최대 유기물 부하 $20kgCOD/m^3.d$까지 약 90%의 COD 제거율을 나타내었다. 높은 유기물 부하 ($18-20kgCOD/m^3.d$)에서는 프로피온산의 농도가 상대적으로 증가하여 프로피온산의 초산으로의 전환이 율속단계로 나타났다. UASB 반응조를 이용한 침출수 처리는 높은 유기물 제거능에도 불구하고 입상슬러지와 반응조 내부 등의 무기물 축적으로 인한 운전상의 문제가 발생하였다. 입상슬러지 내 주된 무기물의 성분은 칼슘화합물로 나타났다. 본 연구에서는 비메탄 활성도의 급격한 감소는 발생되지 않았으나 무기물 축적으로 인한 운전상의 문제를 저감하기 위해서는 무기물 제거를 위한 전처리 공정의 도입이 필요할 것으로 판단된다.
A two-phase anaerobic digestion system for the treatment of swine waste was constructed in a commercial hog farm. The digester system was composed of 4 major units; slurry storage pit, acidogenic digester, methanogenic digester and sedimentation pit. A biogas boiler unit was also attached to maintain the digester temperature of 37$^{\circ}C$. Substrate lading was made with 2hr-interval by pumping about 2.1$m^3$ of slurry type swine waste from the slurry pit into the acidogenic digester, which corresponds to hydraulic retention time of 4 days for the acidogenic digester and of 11 days for the methanogenic digester. Digester temperature were well maintained as the set temperature of 37$^{\circ}C$ in the methanogenic digester, while the temperature in the acidogenic digester showed around 34$^{\circ}C$. pH also showed a steady-state results of 7.3 in the acidogenic digester and of 7.6 in the methanogenic digester during the operation period. Average biogas production rate was 0.66$m^3$/$m^3$ digester volume. Reduction rate of total solid and volatile solid were 42.8% and 5.8%, respectively. Total nitrogen and ammonia nitrogen were not reduced during the anaerobic fermentation, however, most of VFAs seemed to be converted to the biogas,. These fermentation performance data may suggest that he newly developed a two-phase anaerobic digester for the swine waste treatment worked so successfully.
The effect of magnetite particles on the anaerobic digestion (AD) of furfural wastewater was investigated using sequential anaerobic batch tests. The batch tests with four 500 mL anaerobic bioreactors were performed under two conditions: FC treatment for AD of furfural without magnetite particles, and FM treatment for AD of furfural with magnetite particles. The FC bioreactors showed a decreasing methane production rate (MPR) across the sequential batches, with a final batch MPR of 11.3 ± 0.4 mL CH4/L/d, indicating the need for a methanogenesis enhancer to achieve high-rate AD of furfural. Conversely, FM bioreactors exhibited significantly higher MPR, exceeding FC values by 4-196%, with a final batch MPR of 33.5 ± 0.1 mL CH4/L/d, which was about three times higher than FC. Additionally, FM bioreactors had faster degradation rates of furfural, valeric acid, and acetic acid compared to FC, with values exceeding those in PC by 3.0, 1.14, and 2.8 times, respectively. These results demonstrate that magnetite particles can enhance the AD of furfural not only by accelerating methanogenesis but also by accelerating the anaerobic degradation of furfural and its intermediates, such as volatile fatty acids. This study provides valuable insights for developing high-rate AD systems for furfural wastewater treatment.
An anaerobic sludge-aerobic fixed-bed biofilm(packed with ceramic support carrier of 1 inch size) reactor system was built up to treat textile wastewater. The efficiency of reactor system was examined by determining the effects of textile wastewater ratio(from 25% to 100% at HRT 24 h). The influent range of SCOD concentration and color were 1,036~1,357 mg/L, and 1,487~1,853 degree, respectively. When textile wastewater ratio was 100% and hydraulic retention time was 24 hours, SCOD removal efficiency by the anaerobic stage were 39.2% 100% and hydraulic retention time was 24 hours, SCOD removal efficiency by the anaerobic stage were 39.2% and the removal efficiency of the whole system were 75.8%. Color removal efficiency by the anaerobic stage were 45.4%(soluble color), and the removal efficiency of the whole system were 70.2%. In the A/A reactor system, the aerobic stage played an important role in removing both color and COD as well as anaerobic stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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