• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.101-101
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• 2010

Anaerobic digestion(AD) is the most promising method for treating and recycling of different organic wastes, such as organic fraction of municipal solid waste, household wastes, animal manure, agro-industrial wastes, industrial organic wastes and sewage sludge. During AD, i.e. organic materials are decomposed by anaerobic forming bacteria and fina1ly converted to excellent fertilizer and biogas which is a mixture of carbon dioxide and methane. AD has been one of the leading technologies that can make a large contribution to produce renewable energy and to reduce $CO_2$ and other green-house gas(GHG) emission, it is becoming a key method for both waste treatment and recovery of a renewable fuel and other valuable co-products. Currently some 80% of the world's overall energy supply of about 400 EJ per year in derived from fossil fuels. Nevertheless roughly 10~15% of this demand is covered by biomass resources, making biomass by far the most important renewable energy source used to date. The representative biofuels produced from the biomass are bioethanol, biodiesel and biogas, and currently biogas plays a smaller than other biofuels but steadily growing role. Traditionally anaerobic digestion applied for different biowaste e.g. sewage sludge, manure, other organic wastes treatment and stabilization, biogas has become a well established energy resource. However, the biowaste are fairly limited in respect to the production and utilization as renewable source, but the plant biomass, the so called "energy crops" are used for more biogas production in EU countries and the investigation on the biomethane potential of different crops and plant materials have been carried out. In Korea, with steadily increasing oil prices and improved environmental regulations, since 2005 anaerobic digestion was again stimulated, especially on the biogasification of different biowastes and agro-industrial biomass including "energy crops". This study have been carried out to investigate anaerobic biodegradability by the biochemical methane potential(BMP) test of animal manures, different forage crops i.e. "energy crops", plant and industrial organic wastes in the condition of thermophilic temperature, The biodegradability of animal manure were 63.2% and 58.2% with $315m^3CH_4/tonVS$ of cattle slurry and $370m^3CH_4/tonVS$ of pig slurry in ultimate methane yields. Those of winter forage crops were the range 75% to 87% with ultimate methane yield of $378m^3CH_4/tonVS$ to $450m^3CH_4/tonVS$ and those of summer forage crops were the range 81% to 85% with ultimate methane yield of $392m^3CH_4/tonVS$ to $415m^3CH_4/tonVS$. The forge crops as "energy crops" could be used as good renewable energy source to increase methane production and to improve biodegradability in co-digestion with animal manure or only energy crop digestion.

• 유기물자원화
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• 제26권2호
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• pp.85-93
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• 2018

톱밥 깔짚우사에서 채취한 젖소 분으로부터 바이오가스를 생산하는 효율을 분석하기 위하여 반 건식혐기소화 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험으로서 젖소 분과 돈분 슬러리 그리고 두 가지 축분을 일정비율로 혼합한 재료를 대상으로 메탄 발생 잠재량(BMP; Biochemical Methane Potential) 실험을 수행하였다. 혐기소화 실험기간 동안 발생된 메탄가스의 누적량은 젖소 분이 포함된 처리구에서 더 많은 것으로 나타났다. 두 번째 실험으로서 깔짚우사에서 채취한 젖소 분을 단독으로 소화조에 투입하여 반 건식 혐기소화 실험을 실시하였다. 실험 결과, TS (Total Solids) 농도가 13%인 젖소 분의 적정 HRT (Hydraulic Retention Time)는 25일인 것으로 분석되었으며, TS 농도가 13%인 반응조에서의 바이오가스 발생량은 1.36~1.50v/v-d의 범위였고 평균은 1.44v/v-d 수준이었다. 젖소 분의 TS 농도를 15% 수준으로 설정한 혐기소화조에서의 적정 HRT는 30일이었으며 반응조에서의 바이오가스 발생량은 1.50~1.61v/v-d 수준이었고 평균은 1.47v/v-d 수준이었다. TS 농도가 17% 수준인 혐기소화조에서의 최적 HRT는 30일인 것으로 분석되었다. 이 반응조에서의 바이오가스 발생량은 1.50~1.61v/v-d 이었고 평균은 1.55v/v-d 수준이었다.

• 한국축산시설환경학회지
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• 제17권3호
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• pp.197-204
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• 2011

돈 분뇨 슬러리를 대상으로 하여 기계적 분쇄와 캐비테이션 그리고 오존을 적용하여 원료의 특성 변화와 생분해도 그리고 메탄 생성잠재성 변화를 측정한 시험결과를 요약한 주요 내용은 다음과 같다. 1. 분쇄방법과 캐비테이션의 방법의 경우 큰 입자 및 미세입자를 줄일 수 있는 효과가 있었다. 2. 오존처리의 방법의 경우 용존물질의 부분산화, 미세입자의 부분산화 및 가용화 촉진을 통해 혐기성 소화의 첫 단계인 가수분해를 더욱 촉진할 것으로 사료된다. 3. 입도분포 변화에 따른 메탄생성량의 변화는 분쇄처리할 경우가 캐비테이션과 오존 처리방법에 비해 더 양호한 메탄생성효율을 보였다.

• 신재생에너지
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• 제10권1호
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• pp.20-29
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• 2014

The present study investigated the effects of thermal pre-treatment on the enhancement of anaerobic biodegradability of waste activated sludge at varied TS concentration levels. The activated sludges were thermally oxidized for 30 minutes at $80{\sim}200^{\circ}C$ with varied TS concentrations (2%, 4% and 6%). and then, sludge characteristics, solubilization efficiency and methane production yield of thermally pre-treated sludges were analyzed. The higher the temperature in the thermal pre-treatment, the higher the concentration levels of dissolved matters such as $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$ and VFAs, which indicates that the thermal pre-treatment facilitates the hydrolysis and acid fermentation. Furthermore, the solubilization efficiency was increased in proportion to the temperature rise at all TS concentrations and was reached at 68.9%, 55.6% and 53.1%, respectively, at $200^{\circ}C$. In the BMP test of the pre-treated sludges, higher methane production yields were observed as 0.313. 0.314 and $0.299m^3\;CH_4/kg\;VS_{add}$ at the condition of TS 2% ($160^{\circ}C$), 4% ($160^{\circ}C$) and 6% ($180^{\circ}C$), respectively, and degradation rate was increased by 84%, 79% and 65% compared with non-pretreated waste activated sludge. These findings suggest the effectiveness of thermal pre-treatment of waste activated sludge for anaerobic biodegradable process.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권4호
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• pp.524-531
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• 2012

본 연구는 양돈슬러리의 혐기소화 효율 증진을 위하여 양돈슬러리를 고액분리 하고 이때 발생하는 슬러지케이크를 200, 220, 250, $270^{\circ}C$에서 각각 열가수분해 전처리하여 열가수분해 온도별 유기물의 가용화 효율과 혐기적 메탄생산 퍼텐셜을 분석하였다. 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)은 서로 다른 S/I 비율 (1:9, 3:7, 5:5, 7:3의 부피비)에서 73일간 혐기배양하여 구하였다. 양돈슬러리의 유기물 가용화율 ($S_{COD}$)은 $200{\sim}270^{\circ}C$ 열가수분해 반응에서 98.4~98.9%를 보였으며, 열가수분해액의 이론적 메탄생산퍼텐셜 ($B_{th}$)은 반응온도의 증가와 함께 증가하여 $200^{\circ}C$, $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$에서 각각 0.631, 0.634, 0.705, $0.748Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$로 나타났다. 열가수분해액의 최종메탄생산퍼텐셜 ($B_u$)은 $200^{\circ}C$의 열가수분해액에서 S/I 비율이 1:9에서 7:3으로 증가할수록 $0.197Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$에서 $0.111Nm^3\;kg^{-1}-VS_{added}$로 감소하는 경향이 나타났으며, 다른 열가수분해 반응 온도 ($220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$)에서도 $200^{\circ}C$의 열가수분해액과 동일한 경향의 최종메탄생산퍼텐셜을 나타내었다. 유기물의 혐기적 분해율 ($B_u/B_{th}$)을 보면, $200^{\circ}C$ 열가수분해액은 S/I비율이 증가함에 따라 31.2%에서 17.6%까지 감소하였으며, $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $270^{\circ}C$의 열가수분해액에서 각각 36.4%에서 9.6%, 31.3%에서 0.8%, 26.6%에서 0.8%로 감소하는 것으로 나타나, 열가수분해 온도의 상승에 따라 유기물의 혐기적 분해능이 낮아졌다. 이러한 결과는 98% 대의 유기물 가용화율 ($S_{COD}$)을 보인 것과는 반대로 $250{\sim}270^{\circ}C$의 열가수분해액은 혐기소화에 분해저항성을 지니는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제17권3호
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• pp.82-90
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• 2009

본 연구에서는 기계식 전처리에 의한 하수 슬러지의 가용화 효과를 회분식 실험을 통해 조사하였다. 기계식 전처리를 통한 하수슬러지의 가용화는 세포벽의 파괴로 통해 용존성 화학적 산소요구량, 단백질 및 탄수화물의 농도를 증가시키는 것으로 나타났다. 알칼리와 기계식 전처리를 병행하여 슬러지를 가용화한 결과 기계식 전처리만을 수행한 경우에 비해 용존성 화학적 산소요구량이 높은 것으로 나타났다. 혐기성 생분해도 측면에서 기계식 전처리는 메탄 발생량을 증가시키는 것으로 나타났다. 기계식과 알칼리 및 기계식 전처리를 동시에 수행한 경우 각각 24.1%와 44.5%의 생화학적 메탄 잠재능을 향상시키는 것으로 나타나 하수슬러지의 가용화는 혐기성 생분해도 향상에 효과적이다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권6호
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• pp.1245-1251
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• 2011

본 연구는 축산부문에서 주요한 가축종인 돼지의 사육과 정과 도축 가공과정에서 발생하는 양돈 바이오매스의 발생특성을 조사 분석하고, 전과정 평가 기법을 활용하여 물질(퇴 액비) 및 에너지 (바이오가스) 자원화 잠재량을 평가함으로써 지역단위 바이오매스 순환단지 조성을 위한 기초자료를 확립하고자 하였으며, 이를 위해 양돈 바이오매스의 발생 단계를 사양단계와 도축 가공단계로 구분하여 각각의 단계에서 발생하는 양돈바이오매스의 물질 및 에너지 자원화 잠재량을 평가하였다. 사양단계는 성장단계(사육기간, 평균체중)에 따라 자돈 (1~9주, 23.4 kg), 육성돈 1기 (10~15주, 50 kg), 육성돈 2기 (16~21주, 80 kg), 비육돈 (22~26주, 110 kg)의 단계로 분류하고 도축 가공단계에서 발생하는 혈액과 폐내장류, 장내 잔재물로 구분하여 생산량을 산정하여 양돈 바이오매스의 물질 및 에너지 자원 잠재량을 평가한 결과 돼지 1두에서 발생하는 바이오매스의 총량은 542.02 kg로 나타났다. 양돈 바이오매스는 분 $210.68kg\;head^{-1}$, 뇨 $315.78kg\;head^{-1}$가 발생하는 것으로 평가되었으며, 분뇨 발생량은 성장단계별로 자돈 14.2%, 육성돈 1기 19.6%, 육성돈 2기 30.9%, 비육돈 35.2%를 차지하는 것으로 나타났다. 양돈 바이오매스에서 기인하는 매탄 생산 잠재량은 $24.56Nm^3\;head^{-1}$이였으며, 사양 단계에서 기인하는 메탄 생산 잠재량이 92.9%를 차지하는 것으로 나타났다. BMP 시험에 의한 최대 메탄생산량은 $16.58Nm^3\;head^{-1}$로 나타나 매탄 생산 잠재량의 67.5%가 에너지로 전환 가능하였으며, 94.4%가 사양 단계에서 기인하는 것으로 나타났다.

• 환경위생공학
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• 제20권1호
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• pp.64-75
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• 2005

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.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1086-1093
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• 2012

본 연구는 유기성 바이오매스의 혐기소화율 평가에 주로 이용되는 VDI4630법에 대하여 소화액에 녹아 있는 탄산이온 ($CO_3{^{2-}}$)과 혐기소화 미생물 반응에 참여하는 수분 ($H_2O$)이 유기물의 혐기적 분해율에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 위해 탄산이온과 수분반응물에 의한 유기물의 혐기적 분해율 산출 보정식을 개발 하고자하였다. 돼지 혈액, 돼지 내장잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물의 화학조성식은 각각 $C_{3.78}H_{8.39}O_{1.46}N_1S_{0.01}$, $C_{9.69}H_{15.42}O_{2.85}N_1S_{0.03}$, $C_{25.17}H_{43.32}O_{15.04}N_1$, $C_{27.23}H_{42.38}O_{15.93}N_1S_{0.11}$으로 나타났으며, 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 이론적으로 1 mol의 유기물이 분해되는데, 0.336, 0.485, 0.227, 0.266 mol의 수분이 참여하였다. 혐기적 유기물 분해율에서 이론적 메탄생산퍼텐셜 대비 실험적 메탄생산퍼텐셜 ($B_u/B_{th}$)의 비율로 산출한 유기물 분해율은 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 각각 82.3, 81.5, 70.8, 66.1%이었으며, VDI4630에 근거한 유기물 분해율 (AB)은 각각 72.2, 87.8, 74.2, 62.0%를 보여 이론적 메탄생산퍼텐셜 대비 실험적 메탄생산퍼텐셜 ($B_u/B_{th}$)의 비율로 산출하는 유기물 분해율과는 전체 시험구에서 통계적으로 유의성 있는 차이를 보였다. VDI4630법에 소화액 중의 알칼리도를 보정한 유기물 분해율 (AB-I)은 돼지 혈액, 돼지 내장 잔재물, 돼지 장내잔재물, 소 반추위잔재물에서 각각 72.4, 88.1, 74.5, 62.1%를 보였으며, 알칼리도와 수분 반응물을 동시에 보정한 유기물 분해율 (AB-II)에서는 각각 72.5, 88.5, 74.5, 62.3%를 보여 본 연구에서 시험한 각각의 시료에서의 유기물 분해율 AB, AB-I, AB-II 간의 평균은 통계적으로 유의성 있는 차이를 보이지 않았다. 그러나 알칼리도, 수분 반응물의 보정식은 유기물의 혐기적 분해율의 측정에서 좀 더 높은 정확도를 보일 수 있을 것으로 판단된다.