• 한국농공학회지
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• 제22권1호
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• pp.53-66
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• 1980

The research work is concerned with the analytical and experimental studies on the heat transfer phenomenon around the underground concrete digester used for biogas production Systems. A mathematical and computational method was developed to estimate heat losses from underground cylindrical concrete digester used for biogas production systems. To test its feasibility and to evaluate thermal parameters of materials related, the method was applied to six physical model digesters. The cylindrical concrete digester was taken as a physical model, to which the model,atical model of heat balance can be applied. The mathematical model was transformed by means of finite element method and used to analyze temperature distribution with respect to several boundary conditions and design parameters. The design parameters of experimental digesters were selected as; three different sizes 40cm by 80cm, 80cm by 160cm and l00cm by 200cm in diameter and height; two different levels of insulation materials-plain concrete and vermiculite mixing in concrete; and two different types of installation-underground and half-exposed. In order to carry out a particular aim of this study, the liquid within the digester was substituted by water, and its temperature was controlled in five levels-35。 C, 30。 C, 25。 C, 20。C and 15。C; and the ambient air temperature and ground temperature were checked out of the system under natural winter climate conditions. The following results were drawn from the study. 1.The analytical method, by which the estimated values of temperature distribution around a cylindrical digester were obtained, was able to be generally accepted from the comparison of the estimated values with the measured. However, the difference between the estimated and measured temperature had a trend to be considerably increased when the ambient temperature was relatively low. This was mainly related variations of input parameters including the thermal conductivity of soil, applied to the numerical analysis. Consequently, the improvement of these input data for the simulated operation of the numerical analysis is expected as an approach to obtain better refined estimation. 2.The difference between estimated and measured heat losses was shown to have the similar trend to that of temperature distribution discussed above. 3.It was found that a map of isothermal lines drawn from the estimated temperature distribution was very useful for a general observation of the direction and rate of heat transfer within the boundary. From this analysis, it was interpreted that most of heat losses is passed through the triangular section bounded within 45 degrees toward the wall at the bottom edge of the digesten Therefore, any effective insulation should be considered within this region. 4.It was verified by experiment that heat loss per unit volume of liquid was reduced as the size of the digester became larger For instance, at the liquid temperature of 35˚ C, the heat loss per unit volume from the 0. 1m$^3$ digester was 1, 050 Kcal/hr m$^3$, while at for 1. 57m$^3$ digester was 150 Kcal/hr m$^3$. 5.In the light of insulation, the vermiculite concrete was consistently shown to be superior to the plain concrete. At the liquid temperature ranging from 15。 C to 350 C, the reduction of heat loss was ranged from 5% to 25% for the half-exposed digester, while from 10% to 28% for the fully underground digester. 6.In the comparison of heat loss between the half-exposed and underground digesters, the heat loss from the former was fr6m 1,6 to 2, 6 times as much as that from the latter. This leads to the evidence that the underground digester takes advantage of heat conservation during winter.

• 유기물자원화
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• 제31권4호
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• pp.13-28
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• 2023

본 연구에서는 초본계 바이오매스인 잔디 예지물의 혐기소화 원료 가치를 평가하기 위하여 잔디 3종 (Poa pratensis, PP; Zoysia japonica, ZJ; Agrostis stolonifera, AS)의 생화학적 메탄퍼텐셜을 측정하였으며, 사일리지 저장기간 (0, 30, 60, 90, 120, 180일)에 따른 잔디 예지물 (PP)의 생화학적 메탄퍼텐셜 변화를 분석하여 사일리지 저장기간이 잔디 예지물의 혐기소화에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Parallel first-order kinetics model에 의한 생화학적 메탄퍼텐셜 (B_u-P)은 PP, ZJ, AS에서 각각 0.330, 0.297, 0.261 Nm³/kg-VS_added이었으며, PP의 잔디 예지물이 메탄생산을 위한 혐기소화 원료로서 가장 적합하였다. PP의 잔디 예지물 사일리지의 B_u-P는 저장기간 0일 0.269 Nm³/kg-VS_added에서 저장기간 180일 0.217 Nm³/kg-VS_added로 약 19% 감소하였다. 또한, 잔디 예지물 사일리지 저장기간 0일에 NDF, ADF, BP 함량은 각각 67.59, 39.68, 3.02%인 반면, 180일에는 각각 77.12, 54.65, 6.24%로 나타나 저장기간 180일에 잔디 예지물 사일리지에서 세포벽 구성 물질의 함량이 크게 증가하였다. 잔디 예지물을 효율적으로 혐기소화 하기 위해서는 사일리지 저장 방식 외에도 사일리지 제조과정에서 초기 수분함량, 효소 또는 알칼리 처리와 같은 전처리 방법, 잔류 농약에 의한 혐기소화 저해 영향 등에 관한 추가적인 연구가 요구된다.

• 유기물자원화
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• 제30권1호
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• pp.13-21
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• 2022

버섯 폐배지는 버섯의 수확 후 발생하는 폐기물계 바이오매스로서 적정처리 방법의 부재와 위탁처리 비용의 상승으로 버섯재배 농가의 처리 부담을 증가시키고 있다. 본 연구에서는 버섯 폐배지의 적정처리를 위한 방법으로 혐기소화를 통한 바이오에너지화 방안을 검토하기 위하여 버섯재배 사용 전 배지(Mushroom medium; MM)와 사용 후 폐배지(Mushroom waste medium; MWM)의 메탄퍼텐셜을 분석하고 혐기소화 과정에서의 유기물의 분해특성을 파악하고자 하였다. 버섯재배 전과 후, MM과 MWM의 이론적 메탄퍼텐셜(B_th)은 0.481, 0.451 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 6.2% 낮았으나, 생화학적 메탄퍼셜은 0.155, 0.183 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 18% 증가하였다. Modified Gompertz model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 MWM의 최대메탄생산량(R_m)은 각각 4.59, 7.21 mL/day이었으며, 지체성장기시간(λ)는 각각 2.78, 1.96 day으로 MWM에서 혐기소화 속도가 증가하였다. Parallel first order kinetics model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 비교하여 MWM에서 이분해성 유기물(VS_e) 함량이 5.89%, 분해저항성 유기물(VS_p) 함량이 2.03% 높았으며, 난분해성 유기물(VS_NB) 함량은 7.85%가 낮았다. 따라서, 버섯재배 사용 전 배지보다 폐배지의 혐기소화 특성이 더 우수하였다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.431-437
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• 2005

1. 고온 CSTR은 비교적 짧은 start-up 기간과 높은 $H_2$ 수율을 나타내었다. $H_2$ 생산속도와 $H_2$ 수율의 안정화를 근거로 판단컨대 start-up 기간은 30일 이내이었으며, 최고 $H_2$ 수율은 2.4 mol $H_2/mol$ glucose이었다. 2. 비교적 긴 HRT와 침전조를 이용한 biomass의 재순환에도 불구하고, 유입 포도당의 농도가 낮아 biomass 농도는 다른 중온 반응기에서 보고된 것에 비해 낮은 편이었다. 3. 운전 초기에 $CH_4$이 발생하였으나 8일 이후부터는 pH를 1.0 이하로 유지하였더니 14일 이후로는 거의 검출되지 않는 것으로 봐서 메탄생성균이 식종균에 남아 있더라도 반응기 운전조건을 통해 $CH_4$ 발생을 억제할 수 있었다. 4. 식종 미생물과 반응기로부터 취한 시료의 DGGE band 패튼이 다른 것으로 보아 고온 CSTR 조건에서 식종된 미생물 군집의 조성이 변화하였음을 알 수 있었다. 5. DGGE 분석결과 초기 43일간의 운전기간 동안에 관찰된 미생물 군집조성은 동적인 변화를 나타내었다. 약 14일부터는 biogas 조성이 거의 일정하였으나 미생물 군집은 동적 변화를 나타내었다. F. gondwanens와 T. Thermoanaerobacterium과 계통발생학적으로 가장 연관이 있는 개체군들이 운전 21일과 41일째에 각각 우점으로 나타났다. 6. 본 연구에서 식종 슬러지를 열처리하는데 사용한 조건은 메탄생성균을 완전히 제거하는데 불충분하다는 것은 운전 초기에 $CH_4$이 biogas에서 검출되었고, 식종 슬러지와 반응기로부터 취한 시료에서 메탄생성균이 가지는 mcrA 유전자가 PCR로 증폭되었으므로 알 수 있었다. 7. 메탄생성균의 주요 목에 특이적인 primers를 사용하여 PCR을 실시한 결과 식종슬러지에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanosarcinales와 Methanomicrobiales 목에 속하였으며, $CH_4$이 발생했던 때의 반응기에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanobacteriales 목에 해당되는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제28권4호
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• pp.23-33
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• 2020

해조류는 분해에 어려움이 없고 부산물 역시 사료와 비료 등으로 이용이 가능해 에너지로의 전환율이 높으며 성장과정에서의 탄소 흡수능력과 원료 생산에 특별한 비용이 들지 않고 빠른 생장속도와 넓은 재배 면적으로 이용가치가 높은 바이오매스로 볼 수 있다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해조류 양식 발달 되어 왔으며, 2018년 기준 해조류 생산량은 총 1,722,486ton이며 이중 96% 이상을 차지하는 다시마(Saccharina japonica), 김(Porphyra tenera), 미역(Undaria pinnatifida)은 제품화 되는 과정에서 많은 양이 부산물로 발생하고 있다. 본 연구에서는 해조류 부산물의 혐기소화를 위하여 다시마, 미역, 김의 이화학적 성상을 분석하였으며, 이론적 메탄퍼텐셜과 생물화학적 메탄퍼텐셜(BMP)을 분석하여 혐기적 메탄생산 수율을 파악하였다. 다시마, 미역, 김의 이론적 메탄퍼텐셜은 0.393, 0.373, 0.435 N㎥/kg-VS로 나타났으며, 회분식 혐기반응기를 이용한 생물화학적 메탄생산퍼텐셜을 Modified gompertz model로 분석한 결과 0.226, 0.227, 0.241 N㎥/kg-VS로 산출되었으며, Parallel first order kinetics model로 분석한 결과 0.220, 0.243, 0.240 N㎥/kg-VS로 산출되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.210-213
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• 2008

The purpose of this study is to investigate the performances of organic removal and methane recovery in the full scale two-phase anaerobic system. The full scale two-phase anaerobic system was consists of an acidogenic ABR (Anaerobic Baffled Reactor) and a methanognic UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor. The volume of acidogenic and methanogenic reactors is designed to 28.3 $m^3$ and 75.3 $m^3$. The two-phase anaerobic system represented 60-82% of COD removal efficiency when the influent COD concentration was in the range of 7,150 to 16,270 mg/L after screening (average concentration is 10,280 mg/L). After steady-state, the effluent COD concentration in the methanogenic reactor showed 2,740 $\pm$ 330 mg/L by representing average COD removal efficiency was 71.4 $\pm$ 8.1% when the operating temperature was in the range of 19-32$^{\circ}C$. The effluent SCOD concentration was in the range of 2,000-3,000 mg/L at the steady state while the volatile fatty concentration was not detected in the effluent. Meanwhile, the COD removal efficiency in the acidogenic reactor showed less than 5%. The acidogenic reactor played key roles to reduce a shock-loading when periodic shock loading was applied and to acidify influent organics. Due to the high concentration of alkalinity and high pH in the effluent of the methanogenic reactor, over 80% of methane in the biogas was produced consistently. More than 70 % of methane was recovered from theoretical methane production of TCOD removed in this research. The produced gas can be directly used as a heat source to increase the reactor temperature.

• 유기물자원화
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• 제20권3호
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• pp.21-24
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• 2012

본 연구에서는 폐기물 자원화 공정에서 발생하는 음폐수를 UF 분리막을 결합한 혐기성 소화 파일럿 에서 처리하면서 혐기성 소화효율, 바이오가스 생산량과 운전인자를 도출하였다. 운전방식은 막내부에서 외부로 고액분리가 이루어지는 가압식이었으며, 투과 플럭스는 15∼20 LMH, 막간 차압은 $1{\sim}3 kgf/cm^2$였다. 분리막 운전은 직접순환방식으로 운전한 결과, 메탄조의 수질악화로 간접순환방식으로 운전하였다. 유입수의 TCOD 와 SCOD 는 각각 113 g/L, 62 g/L 이었고, 유출수의 TCOD 와 SCOD는 각각 25 g/L, 12 g/L 이었다. TCOD 및 SCOD 제거효율은 각각 77% 및 81%였다. 하지만 UF 공정을 추가했을 때는 제거효율이 93% 및 86%로 증가하였다.

• Environmental Engineering Research
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• 제22권4호
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• pp.339-346
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• 2017

The objective of this study is the evaluation of the performance of a large-scale respirometer (LSR) of 17.7 L in the determination of the methane generation rate constant (k) values. To achieve this objective, a comparison between anaerobic (GB21) and LSR tests was conducted. The data were modeled using a linear function, and the resulting correlation coefficient ($R^2$) of the linear regression is 0.91. This result shows that despite the aerobic conditions, the biodegradability values that were obtained from the LSR test produced results that are similar to those from the GB21 test. In this respect, the LSR test can be an indicator of the anaerobic biodegradability for landfill waste. In addition, the results show the high repeatability of the tests with an average coefficient of variance (CV) that is lower than 10%; furthermore, the CV for the LSR is lower than that of the GB21, which indicates that the LSR-test method could provide a better representation of waste samples. Therefore, the LSR method allows for both the prediction of the long-term biodegradation potential in a shorter length of time and the reduction of the sampling errors that are caused by the heterogeneity of waste samples. The k values are $0.156y^{-1}$ and $0.127y^{-1}$ for the cumulative biogas production (GB21) and the cumulative oxygen uptake for the LSR, respectively.

• 유기물자원화
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• 제24권1호
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• pp.41-49
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• 2016

본 연구는 음식물류 폐기물 공공 자원화 시설 운영의 문제점과 제도 개선방안을 위하여 실시하였다. 기존 음식물류 폐기물 공공자원화 시설에 대한 실태조사를 통해 운영에 따른 문제를 분석하였으며, 이를 위하여 음식물류 폐기물의 발생량 및 자원화 현황, 공공 및 민간 자원화시설 현황, 전국의 주요 음식물류 폐기물 공공 자원화 시설의 실제 운영과정에서 나타난 문제점을 분석한 결과는 다음과 같다: 현재 국내 음식물류 폐기물의 분리 수거량은 약 97%인 것으로 나타났다. 그리고 대부분의 공공 자원화시설은 음식물류 폐기물의 자원화가 아닌 단순처리에 급급한 것으로 나타났으며 경제성도 없는 것으로 분석되었다. 특히, 바이오가스시설 대부분은 실시설계와는 달리 가스 생산량 및 수요량이 전혀 맞지 않는 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제32권3호
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• pp.297-302
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• 2016

Microbial electrochemical technology (MET) has recently been studied to improve the efficiency of a traditional anaerobic digestion (AD). The purpose of this study was to investigate the impact of MET in the system when MET was combined with traditional AD (i.e., AD-MET). Electrodes used in the MET were Cu coated graphite electrodes. They were supplied with a voltage of 0.3 V. AD started to generate methane in 80 days. But AD-MET started to generate methane from the initial operation after the system started. It was observed that AD-MET reached steady state faster and produced higher methane yield than AD. During the steady state, the average daily methane productions in AD and AD-MET were 2.3L/d and 4.9L/d, respectively. Methane yields were 0.07-CH₄/g‧CODre in AD and 0.25L-CH₄/g‧CODre in AD-MET. In AD-MET, the production rates of total volatile fatty acids (TVFAs) and soluble chemical oxygen demand (SCOD) were 0.12 mg TVFAs/mg VS‧d and 0.35 mg SCOD/mg VS‧d, respectively. They were significantly (p < 0.05) higher than those in AD. However, the concentrations of residual TVFAs in both systems were not significantly (p > 0.05) different from each other, confirming that methane conversion in AD-MET was greater than that in AD.