• 한국농공학회논문집
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• 제62권2호
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• pp.17-29
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• 2020

The objective of this study was to find an optimum methane yield condition in anaerobic digestion of sewage sludge with microwave pretreatment. The pretreatment process was carried out using a lab scale industrial microwave unit (2,450 MHz frequency). The digestion efficiency of pretreated sludge was evaluated by biochemical methane potential (BMP) test. Box-Behnken design and Response Surface Analysis (RSA) were applied to determine the optimal combination of sludge mixing ratio (0 to 100%), power (400 to 1600 W), holding time (0 to 10 min) and pretreatment temperature (60 to 100℃). BMP test results showed that Volatile Solid (VS) removal efficiency was up to 48% at a condition of 0% for mixing ratio, 1600 W for power, 5 min for holding time, and 80℃ for pretreatment temperature. Methane production was up to 832.3 mL/g VS_removed at a condition of 50% for mixing ratio, 1000 W for power, 5 min for holding time, and 80℃ for pretreatment temperature. The results of the variance analysis (ANOVA) showed that the p-value of the power and pretreatment temperature among the independent variables were significant (p<0.05), and in particular, the pretreatment temperature significantly affected on the solubilization and methane production. The optimum condition for the maximum methane yield (847 mL/g VS_removed) was consist of 38.4% of mixing ratio, 909.1 W of power, 4.1 min of holding time, and 80℃ of temperature within the design boundaries.

• 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.

• 상하수도학회지
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• 제28권1호
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• pp.25-32
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• 2014

In order to investigate the effective pretreatment methods in WAS(=waste activated sludge) solubilization, the values of SCOD yield per unit SS (SCOD/gSS.hr) were compared. After the hydrodynamic cavitation with pH of 12.5, SCOD increased to 7800 mg/L, SS decreased to 45 % and the solubilization rate was 29 %. Combination of alkality (pH 12.5) and the cavitation seems to be the optimal condition for sludge solubilization. After the cavitational pretreatment, efficiencies of anaerobic digestion of the unfiltered sludge(the control), raw sludge and pretreated sludge were evaluated with BMP(=biochemical methane potential) tests. For evaluation of the biodegradability characteristics of pretreated sewage sludge, the methane production has been measured for 6 months. The methane production of pretreated sludge increased 1.4 times than that of untreated sludge. The result indicates that the cavitationally pretreated sludge was a better biodegradability substrate in anaerobic condition compared to raw sludge. It is obvious that cavitational pretreatment could enhance not only solubilization but also biodegradability of WAS. In conclusion, cavitational pretreatment of WAS to convert the particulate into soluble portion was shown to be effective in enhancing the digestibility of the WAS.

• 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.

• 유기물자원화
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• 제27권3호
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• pp.27-39
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• 2019

본 연구에서는 음식물류 폐기물과 하수슬러지의 효과적인 병합 혐기성 처리를 위한 열화학적 가수분해 방법의 최적 조건 평가와, 열화학적 가수분해에 따른 병합 혐기성 소화 효율에 대해 평가 하였다. 열화학적 가수분해는 온도 (80, 100, 120, 140, 160, $180^{\circ}C$)와 NaOH (5, 20, 40, 60, 100 meq/L) 조건에 따른 solubilization COD, CST(Capillary Suction Time), TTF(Time to Filter), volatile fatty acids (VFAs) 등에 대해 평가를 하였으며, 병합 혐기성 소화 효율평가는 biochemical methane potential (BMP) test를 통해 평가하였다. 실험결과 음식물류폐기물과 하수슬러지의 열화학적 가수분해 시 온도 $140^{\circ}C$, NaOH 60 meq/L에서 solubilization COD 20 % 이상, CST와 TTF가 60초 이하, VFAs 농도가 12,000 mg-COD/L 이상으로 최적조건으로 규명되었다. 병합 혐기성 소화 결과도 열화학적 가수분해 조건과 동일한 조건에서 가스발생량이 가장 높았다. 따라서, 음식물류폐기물과 하수슬러지의 효과적인 병합혐기성소화를 위한 열화학적 가수분해 전처리 조건은 온도 $140^{\circ}C$, NaOH 주입농도 60 meq/L라 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권9호
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• pp.5-12
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• 2014

슬러지의 안정화, 휘발성 고형물 감소, 바이오가스 생산을 위해 혐기성 소화공정이 슬러지의 처리 방안으로 연구됐다. 본 연구에서는 하 폐수 슬러지(MWS, IWS), 혼합슬러지(Mix), 탈수슬러지(MWSC)를 대상으로 바이오가스 생산 가능성을 살펴보기 위해 Total solids, Volatile solids, 원소분석, BMP 실험을 하였다. Total solids 함량은 11.2~20.6 %의 값을 가지며 Volatile solids의 함량은 TS의 62.1~83.1 %의 값을 가지고 있다. C/N비는 4.96~8.33의 값을 나타났다. BMP test를 한 결과 혼합슬러지의 경우 약 20일, 하 폐수 슬러지의 경우 약 16~17일에 메탄발생이 종료되었다. 탈수케이크는 약 10일까지 메탄이 발생하였으며 가장 빨리 메탄발생이 종료되었다. 누적 메탄발생량의 경우 혼합슬러지가 395.50 mL $CH_4/g$ VS으로 가장 높은 누적 메탄 발생량을 가진다. 누적 이산화탄소 발생량은 탈수케이크를 제외하고 비슷한 값을 보이고 있다.

• 한국토양비료학회지
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• 제48권5호
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• pp.542-548
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• 2015

This study investigated methane productions and a degradation rate of organic matters by German standard method, VDI4630 test. In this study, 4 livestock byproducts from livestock farm were selected for the investigation. The objective of this study was to estimate a distribution of organic matters by using the double first-order kinetics model in order to calculate the rate of biodegradable organic matters which degrade rapidly in the initial stage and the persistently biodegradable organic matters which degrade slowly later. As a result, all the byproducts applied in this study showed rapid decomposition in the initial stage. Then the decomposition rate began to slow down for a certain period and the rate became 5 times slower than the initial decomposition rate. This trend of decomposition rate changes is typical conditions of organic matter decompositions. The easily degradable factors ($k_1$) ranged between $0.145{\sim}0.257day^{-1}$ and persistent degradable factors ($k_2$) were $0.027{\sim}0.080day^{-1}$. Among these results, greater organic matter decomposition rates from VDI4630 had greater $k_1$ values (0.257, $0.211day^{-1}$) and smaller $k_2$ values (0.027, $0.030day^{-1}$) for dairy wastewater and forage byproduct, respectively.

• 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.