• 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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• 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.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.55-65
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• 2021

본 연구는 독일 유기물분해율 표준시험법인 VDI4630 시험을 통해 메탄 생성 및 유기물의 분해율을 조사하였으며 시험을 위해 농업 분야의 11개의 폐기물 바이오매스를 공시재료로 선택하여 시험하였다. 본 연구의 목적은 초기에 빠르게 분해되는 생분해성 유기물과 이후 천천히 지속적으로 분해되는 유기물의 비율을 계산하기 위해 Double first-order kinetics 모델을 이용하여 유기물의 분포를 추정하고자 하였다. 그 결과로 본 연구에 적용된 모든 바이오매스는 초기 단계에서 빠른 분해를 보이다가 이후 분해 속도가 일정 시간 느려지기 시작하여 초기 분해 속도보다 10배 이상 느려지는 결과를 보였다. 이러한 분해율 변화 경향은 바이오매스 분해의 전형적인 형태이며 쉽게 분해되는 인자(k₁)는 채소 작물에서 0.097~0.152 day^-1 범위였고, 분해에 저항성을 가지는 인자(k₂)는 0.002~0.024 day^-1 사이에 위치하였다. 유기물 분해율이 높을수록 k₁ 상수 값이 더 크게 나타났으나 (0.152, 0.144day^-1) 오이와 파프리카 열매와 같이 표면에 왁스층이 존재하는 부산물은 k₁ 값이 오히려 줄기보다 낮았고 (0.002, 0.005day^-1), 무와 귤껍질도 k₁ 각각 0.097과 0.094 day^-1로 낮은 분해율과 k₁ 값을 보여 유기물의 분해율은 이분해성 유기물 분해 상수인 k₁ 값에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권3호
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• pp.214-222
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• 2012

본 연구는 음식물쓰레기를 혐기성 소화를 이용하여 중온 및 고온에서의 OLR에 따른 처리효율을 평가하였다. 실험은 중온($35^{\circ}C$) 및 고온($55^{\circ}C$)의 온도조건에서 산발효 회분식 실험, BMP test 그리고 연속식 실험을 실시하였다. 산발효 회분식 실험의 경우 VS 제거효율은 각각의 온도에서 27.3, 30.6%이었으며, $35^{\circ}C$에 비해 $55^{\circ}C$에서 제거효율이 더 높았다. VS와는 반대로 SCOD는 시간이 지남에 따라 농도가 증가하였고, 각 온도의 가용화율은 27.4, 33.4%로 VS가 제거되는 농도와 SCOD가 증가하는 농도가 비슷하였다. BMP test에서 최종 메탄수율 결과 중온 461, 고온 413 $mL{\cdot}CH_4/gVS$가 발생하였다. 산발효조에서 SCOD 가용화율은 고온이 중온에 비해 8~7% 정도 높게 나타났다. 중온메탄발효조의 경우 낮은 유기물 부하에서 고온메탄 발효조에 비해 유기물제거 효율이 높게 나타났지만 높은 유기물 부하에서는 고온메탄발효조가 유리하였다. 고온메탄발효조의 VS제거 효율이 중온에 비해 낮은 경향이었으나, 6 $kgCOD/m^3{\cdot}day$ 고형물 농도에서는 중온소화의 VS제거 효율은 감소하였다. 중온메탄생성조의 유기물 부하에 따른 가스발생량은 12.6, 21.6, 27.4 L/day이었고, 고온의 경우 14.3, 20.6, 25.2 L/day로 중온소화에 비해 각각의 모드별로 약 5~10% 낮은 메탄발생량을 나타내었다.

• 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.

• 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.