• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.180-180
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• 2022

최근 하천 횡단구조물로 형성된 호소 및 저수지에는 오랜 시간동안 다양한 유기 퇴적물이 유입되고 오염되어 호소환경 및 호소 생태계에 악영향을 미칠 수 있으며, 환경 여건에 따라 메탄과 온실가스를 유발할 수도 있다. 이러한 온실가스를 검출하고 그 원인을 파악하여 감축하는 일련의 기술이 국가적인 온실가스 감축 정책과 맞물려 새로운 이슈로 등장하였다. 일반적으로 메탄가스를 측정하는 실험은 BMP(Biochemical Methane Potential)-Test이며, 수치모의에 비해 BMP-Test는 수심이 깊은 지역이나 유속이 빠른 구역에는 적용이 어려운 한계가 존재한다. 이러한 BMP-Test의 한계점을 보완하는 차원에서 사전검증된 수치모형 COMSOL Multiphysics 소프트웨어를 이용하여 메탄가스 발생기작을 재현 및 도출하고 실내 실험결과와 비교 분석하였다. 첫째, COMSOL Multiphysics가 호소에서 발생하는 메탄가스 발생기작의 재현 타당성을 입증하기 위해 동일한 조건의 인공합성된 유기물을 이용한 실내 실험에서 수행된 BMP-Test와 비교·분석을 수행하였다. 둘째, COMSOL Multiphysics에 TOC(총유기탄소), TP(총 인)에 따른 유기물 조건과 메탄 발생 화학식을 설정하여 온도에 따른 메탄 생성량과 반응상수를 산출하였고, 이를 BMP-Test 결과와 비교하였다. BMP-Test의 비교·분석 결과를 바탕으로 하천 및 호소에서 발생하는 메탄가스 발생에 대한 COMSOL Multiphysics의 활용가능성을 검증하였다. 향후 하천 및 호소로부터의 발생가능한 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 하천 유기물 환경의 평가 또는 최적화 조성에 유사한 검증과정을 거친 COMSOL Multiphysics를 활용할 수 있을 거라 기대된다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.45-59
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• 2023

세계적으로 온실가스 감축을 위해 주로 이산화탄소 발생에 초점을 맞춰왔지만, 최근에는 메탄 발생에 대한 관심이 커지고 있다. 습지, 저수지, 호소 등 수중 환경을 포함한 자연은 온실 가스 중요한 발원지이다. 호수와 저수지 바닥에 쌓인 퇴적된 유기 오염물질은 산소가 부족한 상태에서 미생물 분해를 통해 메탄과 같은 온실 가스를 생성할 수 있다. 메탄 배출은 비점오염원의 증가와 하천에 설치되는 횡단 구조물에 의한 흐름변화에 의해 증가하고 있는 실정이다. 또한, 기후 변화로 인한 수온의 상승 등은 메탄 배출을 가속화하는 원인이다. 메탄은 다양한 경로를 통해 대기로 배출될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 메탄발생의 주요인자가 미치는 영향을 정량화하기 위하여 BMP test을 수행하였다. 실험조건에 따라 메탄발생량을 직접 계측하였으며, 실험조건은 온도, 기질의 종류, 전단응력 및 퇴적물 특성으로 구분하였다. 또한, 바닥의 전단 응력은 실험적으로 측정하기가 어려워 수치모의를 수행하였다. 실험결과, 생화학적 요소는 메탄 생성에 영향을 미치지만, 전단 속도는 메탄 분리에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 퇴적물 특성은 메탄 생성 및 분리에 영향을 미칠 수 있다. 메탄 생성과 주요인자들 간의 관계를 경험식으로 제시하였으며, 향후 전단응력 및 유기물에 대한 실험조건을 구체화하고 실험규모를 확대한다면 메탄발생과 생지화학 및 수환경인자간의 관계를 도출할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권2호
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• pp.156-161
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• 2012

Marine biomass is considered an important substrate for anaerobic digestion to recovery energy i.e. methane. Nevertheless, marine biomass has attracted little attention by researchers compared to terrestrial feedstock for anaerobic digestion. In this study, biochemical methane potential (BMP) test was used to evaluate generation of renewable energy from starfish. A cumulative biogas yield of $748{\pm}67mL\;g^{-1}VS^{-1}$ was obtained after 60 days of digestion. The cumulative methane yield of $486{\pm}28mL\;CH_4\;g^{-1}VS^{-1}$ was obtained after 60 days of digestion. The methane content of the biogas was approximately 70%. The calculated data applying the modified Gompertz equation for the cumulative $CH_4$ production showed good correlation with the experimental result obtained from this batch study. Since the result obtained from this study is comparable to results with other substrates, marine biomass can be co-digested with food waste or swine wastewater to produce $CH_4$ gas that will help to reduce the gap in global energy demand.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제15권2호
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• pp.40-46
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• 2010

In this study, microwave irradiation, which is reflected by metals, was used to reduce the amount of sewage sludge, and the results were used to verify solubilization efficiency and determine optimum operation conditions. Biogas production and methane content of the gas under optimized conditions were measured with the biochemical methane potential (BMP) test. The sludge was taken from a thickened sludge tank at J sewage treatment plant (JSTP) in Seoul, Korea. For the experiments, 50 mL of sludge was filled in vessels and the vessels were irradiated with the power of 500, 600, 700, and 800W for 2~5 min. In addition, Fe powder was added by 0.01, 0.05, and 0.1 g to compare the efficiency with and without Fe powder. The results confirmed that solubilization efficiency was higher in the presence of Fe powder. The optimum conditions of 0.01 g addition of Fe powder with 800W irradiation for 5 min, yielded nearly 22.95% higher solubilization efficiency than without Fe powder. The BMP tests were carried out using sludge obtained from the experiments carried out under the optimum conditions. As a result, sludge subjected by 800W with 0.01 g of Fe powder for 5 min displayed the highest level of gas production and methane content. Through this study, it could be confirmed that solubilization efficiency increased by addition of Fe powder.

• 유기물자원화
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• 제3권2호
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• pp.37-45
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• 1995

유가공폐수 처리를 위한 UASB 의 성능과 운전상의 문제점을 조사하였다. 인공 유가공폐수는 부하3.9kg $COD/m^3.day$까지 성공적으로 운전이 가능하였으며, 이 때 90% 이상의 COD 제거율과 단위 체적당 1.23 I/I.day 의 가스가 발생하였다. 그러나, 부하 2.1kg $COD/m^3.day$ 에서는 침전부 표변에 스컴층이 형성되면서 슬러지부상과 유실이 관찰되었다. 혈청병 (SBT) 실험으로 측정된 우유공장 실폐수와 아이스크림폐수의 생화학적 메탄생성능(BMP) 은 각각 0.135, 0.66ml $CH_4/mg\;COD_{added}$이었다. 반응조의 슬러지 활성도는 식종 초기에 0.159g $COD-CH_4/g$ VSS.d 에서 운전 90 일이 경과하는 동안에 8배 이상 증가하였다.

• 한국물환경학회지
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• 제35권4호
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• pp.362-369
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• 2019

In this study, biodegradation efficiency improvement of mixed sludge for the anaerobic digestion process in wastewater treatment plant was investigated. In order to release the organic material contained in the sludge cell and promote the hydrolysis step, mixed sludge of 7% TS (Total Solids) was physically shear-treated at a shear strength of 1,000 ~ 4,000 rpm and a maximum of 120 mins. As a result of the comparison between mixed sludge before and after the treatment, the concentration of $SCOD_{Cr}$(Soluble Chemical Oxygen Demand-chromium method) was increased through the conversion of granular organic matter into dissolved organic matter as shear strength and treatment time increases. The solubilization efficiency increased rapidly after 30 min of solubilization application time, and they were 11.23 %, 20.10 %, 22.52 % and 25.43% at 120 min for each shear strength conditions, respectively. Additionally, the BMP(Biochemical Methane Potential) test was conducted with the optimized samples to determine the increase of methane production by the shear pre-treatment. Consequently, methane production of each samples were 0.275, 0.310, 0.323 and $0.335m^3/kg\;VS_{add}$, which indicates that methane production was increased to a maximum of 21.28% compared to the control without the solubilization process ($0.262m^3/kg\;VS_{add}$). As a result, the physical shear-treatment is a promising process for sewage sludge pre-treatment to reduce the organic waste and increase the energy production.

• 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.

• 자원리싸이클링
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• 제22권5호
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• pp.20-28
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• 2013

본 연구는 Mechanical Biological Treatment system(이하 MBT system)에서 선별된 생활폐기물의 에너지회수 가능성을 평가하고자 하였다. 투입 생활폐기물의 성상분석 결과 수도권매립지에 반입되는 폐기물과 성상이 유사하였으며, 함수율은 다소 높은 값을 나타내었다. 도시고형유기성폐기물에 대해 BMP(Biochemical Methane Potential) test를 실시한 결과 60 ~ 80 mL $CH_4/g$-VS의 메탄($CH_4$)가스가 발생하여 문헌 등에서 보고된 메탄발생량에 비해 낮은 값을 나타내었는데 비닐플라스틱류의 비중이 높았기 때문으로 추측된다. 수도권매립지에 설치된 MBT system에서 선별된 유기성폐기물을 각 성분별로 BMP Test를 실시한 결과 음식폐기물 및 종이류에서는 각각 193, 102 mL $CH_4/g$-VS 수준의 메탄이 발생하였으나 비닐, 고무에서는 전혀 발생하지 않았고, 선별이 어려운 others에서는 매우 낮은 30 mL $CH_4/g$-VS 수준의 메탄이 발생하였다. 이로 미루어볼 때 유기성폐기물에서 비닐플라스틱, 고무류의 선별이 필요할 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제25권3호
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• pp.223-230
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• 2019

본 연구에서는 강원도 5개 지자체에서 발생된 음식물류 폐기물의 특성을 분석하고 메탄가스 발생량을 평가하였다. 시료는 2017년 7월과 9월에 걸쳐 총 2회 채취하였다. 메탄가스 발생가능량을 평가하기 위하여 BMP (biochemical Methane potential) 시험과 원소조성을 이용한 계산방법을 이용하였다. 음식물류 폐기물의 겉보기밀도는 평균 $0.758{\sim}0.850g\;cm^{-3}$, pH는 4.29 ~ 4.75이었다. 물리적 조성 중 주성분은 채소류가 56.43 ~ 72.81%로 가장 높았고, 과일류는 5.31 ~ 8.95%, 곡물류는 1.60 ~ 18.73%, 어육류는 4.47 ~ 12.11%, 여액은 1.76 ~ 3.64%이었다. 평균 수분함량은 69.30 ~ 75.87%, 가연분함량은 22.50 ~ 27.98%, 회분함량은 1.63 ~ 2.48%를 나타내었다. 또한 $BOD_5$는 $17,690.3{\sim}33,154.9mg\;L^{-1}$, $COD_{Cr}$은 $106,212.3{\sim}128,695.5mg\;L^{-1}$, 그리고 $COD_{Mn}$은 $51,266.1{\sim}63,426.3mg\;L^{-1}$의 범위를 보였고 NaCl 함량은 0.81 ~ 1.17%의 범위를 나타내었다. 원소분석 결과 C, H, O, N, S 함량은 각각 44.87 ~ 48.16%, 7.12 ~ 7.57%, 40.13 ~ 43.78%, 3.22 ~ 4.14%, 그리고 0.00 ~ 0.02%를 나타내었다. 음식물류 폐기물의 VS 단위질량당 메탄수율을 살펴보면 BMP 시험에 의한 메탄가스 발생누적량(${0.303{\sim}0.354m_{CH4}}^3\;{kg_{VS}}^{-1}$)은 원소조성과 생분해율을 반영하여 예측한 결과(${0.294{\sim}0.352m_{CH4}}^3\;{kg_{VS}}^{-1}$)와 큰 차이가 없었다.