• Environmental Engineering Research
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• 제25권1호
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• pp.1-17
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• 2020

With benefits to the human health, environment, economy, and energy, anaerobic digestion (AD) systems have attracted remarkable attention within the scientific community. Anaerobic digestion system is created from (bio)reactors to perform a series of bi-metabolism steps including hydrolysis/acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis. By considering the physical separation of the digestion steps above, AD systems can be classified into single-stage (all digestion steps in one reactor) and multi-stage (digestion steps in various reactors). Operation of the AD systems does not only depend on the type of digestion system but also relies on the interaction among growth factors (temperature, pH, and nutrients), the type of reactor, and operating parameters (retention time, organic loading rate). However, these interactions were often reviewed inadequately for the single-stage digestion systems. Therefore, this paper aims to provide a comprehensive review of both single-stage and multi-stage systems as well as the influence of the growth factors, operating conditions, and the type of reactor on them. From those points, the advantages, disadvantages, and application range of each system are well understood.

• 토지주택연구
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• 제2권1호
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• pp.87-92
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• 2011

음식물폐기물 처리 과정에서 발생되는 음폐수의 효율적인 처리를 위한 혐기소화공정을 선정하기 위하여, 단상 및 이상혐기소화공정을 대상으로 데모플랜트(일 5톤 처리용량)를 활용하여 성능을 비교하였다. TS, VS, tCOD 및 sCOD 처리율을 비교하여 보면 모든 항목에서 단상혐기소화공정의 처리율이 우수하였지만, 바이오가스는 오히려 이상혐기소화공정에서 더 많이 발생하였다. 이는 단상혐기소화공정의 경우 운전기간 동안 음폐수 투입량이 상대적으로 적어 처리효율은 뛰어 났지만, 음폐수 투입량 변동에 따른 바이오가스의 발생이 민감하게 반응을 한 결과로 해석된다. 이상혐기소화공정의 경우 총 COD가 상대적으로 매우 낮은 수준임에도 불구하고 바이오가스 발생량은 단상혐기소화공정보다 많이 발생되었다. 이는 음폐수 투입량이 일정하게 유지되었고, 산발효공정과 메탄발효공정이 분리되어 운영됨으로써 공정 전체가 안정적으로 운영되었기 때문인 것으로 판단된다. 음폐수처리를 위해서는 공정 선정이 중요하지만 단순 유기물처리율 비교만으로는 종합적인 평가가 어려우며, 이를 보완하기 위하여 원료성상, 투입량, 처리율, 운전기간, 바이오가스발생량 등을 종합하여 소화성능을 평가하여야 할 것이다.

• 한국환경보건학회지
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• 제14권2호
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• pp.43-49
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• 1988

This study was conducted to evaluate the organic removal efficiencies and sludge production in aerobic and anaerobic digestion of swine manure. A laboratory single-stage, high-rate, anaerobic digester was operated at 5, 10, 25 and 30 day's HRT at the temperature of 35$\circ$C, and also aerobic digester operated at 10, 20 and 28.6 day's HRT at the temperature of 20$\circ$C. The conclusions from this study are as follows: 1. While the BOD removal efficiency by anaerobic digestion was 30 to 75%, it was 99% over by aerobic digestion. 2. The sludge production was similar in both aerobic and anaerobic digestion. 3. The gas production was 0.21 to 0.55 m$^3$/kg VS fed by anaerobic digestion.

• 한국환경농학회지
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• 제30권1호
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• pp.31-36
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• 2011

축산농가에서 발생되는 돈분 슬러리의 처리 능력을 평가하기 위하여 Full-scale의 단상 혐기성 소화조에서 중온소화와 고형물 체류시간을 20일로 하여 연속식으로 운전하면서 성능평가 및 특성연구를 실시하였다. 운전기간 중 알칼리도는 약 4,000 mg/L(3,500~9,000 mg/L as $CaCO_3$)이였고, 소화조내의 pH는 7.5~8.0 범위로 약간 높은 경향이었으나 pH는 안정적이었다. 바이오가스의 발생량은 OLR 1.2 $g{\cdot}COD/L{\cdot}day$에서 0.69 L/L/day의 바이오가스를 생산하였고, 제거된 COD를 바탕으로 계산된 메탄가스 발생량은 63% 수준이였다. 생산된 바이오가스 중 메탄가스 함량은 65~70%이었고, CO2는 약 30% 전후였으며, 열병합 발전을 실시하였을 때 총전력요구량의 50~75% 수준을 공급하였다. 또한 발전기 부하가 5~9 kW시 평균 1 kWh의 전력을 생산하기 위한 바이오가스 소모량은 약 1.8 $m^3$이였다. 따라서 실제 규모의 plant에서 약 500일간 운전한 결과 유입되는 돈분 슬러리의 TS 농도에 상관없이 소화조 내에 일정 농도의 유기물을 확보할 수 있었고, 바이오가스의 발생량은 일반적인 축산분뇨 가스 발생량 보다 높게 나타나 단상 혐기성 소화공정으로 고효율 처리가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국환경보건학회지
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• 제10권1호
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• pp.107-117
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• 1984

This study was made to evaluate the temperature effects on anaerobic digestion of swine manure. A laboratory single-stage, high-rate, anaerobic digester was operated at 10, 20 and 30 day's HRT at the temperature of 35$\circ$C or 55$\circ$C. The conclusions from this study are as follows: (1) COD and BOD reductions were similar in both the mesophilic and thermophilic digestions. (2) With thermophilic digestion, volatile reduction increased to 67%, as compared with 60% of mesophilic digestion. With thermophilic digestion, the pH increased to 8.5 as compared with 8.0 of mesophilic digestion. With thermophilic digestion, the concentration of volatile acid increased to 763 mg/l, as compared with 250 mg/l of mesophilic digestion. While the gas was produced by mesophilic digestion at 0.74m$^3$/kg of VS fed, it increased to 0.87 m$^3$/kg VS fed by thermophilic digestion. The refractory VS was about 25% of the infiuent VS.

• 공업화학
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• 제27권5호
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• pp.532-536
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• 2016

본 연구에서는 하수 슬러지를 대상으로 단상 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$) 혐기성 소화조의 안정성, 고형물 제거 및 메탄생성을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온($R_{TAD}$, reactor of thermophilic anaerobic digestion) 및 중온 ($R_{MAD}$, reactor of mesophilic anaerobic digestion) 소화조 내 pH의 경우 혐기 소화 시 안정적인 미생물 활성을 나타낸다고 알려진 6.5-8.0 사이의 값을 소화 기간 내내 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, total alkalinity (TA)의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 3-4 g $CaCO_3/L$의 높은 값을 안정적으로 유지하였다. 고형물 제거의 경우 순응 기간 후 $R_{TAD}$에서 43.3%, $R_{MAD}$에서 33.6%의 VS 제거율을 보이며 $R_{TAD}$에서 약 10% 높은 VS 제거율은 제거율을 보였다. 유기산의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서 순응 기간 직후 검출되지 않았다. $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 순응 기간 후 안정적인 메탄 생성을 보였으며, $R_{TAD}$에서 $R_{MAD}$에 비해 31.4% 향상된 메탄 생성률이 관찰되었다($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). 반면, 두소화조 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서의 메탄 수율은 유사한 값을 보였다.

• 유기물자원화
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• 제15권3호
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• pp.113-120
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• 2007

최종 메탄수율, 동력학적 상수 및 최대 메탄발생 속도 등 돈분의 메탄생성 특성을 평가하기 위하여 혐기성 회분식 실험을 수행하였다. 돈분의 혐기성 분해 동력학적 거동 평가시 1차 반응으로 기정하였으며 최종 메탄수율, 동력학적 상수 및 최대 메탄발생 속도는 각각 0.27~0.44L $CH_4/gVS$, $0.161{\sim}0.280d^{-1}$ 및 0.043~0.120L $CH_4/d$로 나타났다. 돈분 자체를 식종물질로 사용하는 경우 장기간의 초기 순응기간이 소요되었으나 최종 메탄수율에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 돈분의 혐기성 처리는 효과적이나 고형물의 함량이 높은 경우 이상 혐기성 소화가 단상 혐기성 소화에 비해 효과적인 것으로 판단된다.

• 상하수도학회지
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• 제7권1호
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• pp.5-12
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• 1993

The objectives of this paper are to present data to illustrate how an advanced digestion process, two-phase digestion, can provide superior performance in terms of waste stabilization efficiency and net energy recovery. As the result, it is possible to separate enrichment cultures of acidogenic and methanogenic organisms in isolated environments by kinetic control involving manipulation of dilution rates. In single-phase digestion process, HRT and COD loading for effective operation were 14.29 days and 2.33kg $COD/m^3$ day, but two-phase digestion may be conducted efficiently at 7 days of HRT and 5.71kg $COD/m^3$ day of loading. Data from this studies showed that the two-phase process is better than single-phase digestion under all test conditions when compared on the bases of gas yield and production rate, reductions of COD and VS, buffer capacity, and unconverted volatile acids in the effluent.

• 웰빙융합연구
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• 제6권2호
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• pp.33-37
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• 2023

Purpose: Since 2013, marine dumping of wastewater has been banned, and research on eco-friendly and efficient land treatment has emerged. This study compared and tested changes in biogas production and anaerobic process efficiency depending on whether or not enzyme pretreatment was performed during anaerobic digestion from single-phase and two-phase to medium-temperature. Research design, data and methodology: The total sugar, direct sugar, pH, and acidity before and after fermentation were analyzed by G/C by anaerobic fermentation of the liquor wastewater, food wastewater 1, and food wastewater 2 at 30℃ for 67 hours, and the amount of methane gas generated was analyzed by balloon volume. Results: It was found that stable organic acid concentration and pH were found in the enzyme-treated food wastewater 2, and the amount of methane gas generated was also increased. Conclusions: When anaerobic digestion of the liquor wastewater and the food wastewater together, the performance of enzyme pretreatment resulted in increased digestive efficiency. It will be the basic data that can contribute to carbon neutrality and greenhouse gas reduction by increasing the production of biogas.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.588-597
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• 2016

본 연구는 유기성폐기물의 혼합슬러지를 개량형 단상 혐기성 소화공정에서 각각의 혼합비율에 따른 바이오가스 생산효율 향상에 관한 연구로, 연구에 사용된 유기성폐기물의 종류는 하수 생슬러지, 음폐수 및 가축분뇨이다. BMP test를 통해 잠재적 메탄발생량을 확인한 결과 단일시료의 경우 가축분뇨가 $1.55m^3CN4/kgVS$로 가장 높게 평가되었고, 혼합시료(생슬러지, 음폐수, 가축분뇨)의 경우는 각각의 비율을 50% : 30% : 20%로 하였을 때 $0.43m^3CN4/kgVS$로 가장 높게 나타났다. 반면 실증플랜트에서 혼합슬러지 최적 혼합비율은 생슬러지(68.5) : 음폐수(18.0) : 가축분뇨(13.5)로 나타나 BMP test와 다소 상이한 결과를 보였다. 이는 혼합슬러지 성상변화와 체류시간 등 소화조 운전조건 변화에 기인한 결과로 판단되며, 단상 혐기성 소화조의 바이오가스 생산량이 $2,514m^3/d$, 메탄함량 62.8%로 조사되어 설계능력인 바이오가스 생산량 $2,319m^3/d$ 기준으로 볼 때 최대성능을 발휘하는 것으로 평가되었다. 아울러 본 연구를 통해 혐기성 소화방식에 있어 소화조의 안정적인 운영과 소화효율 측면에서 고효율 방식인 2상 소화방식을 도입하는 것이 유리하나 기존의 단상 소화방식에 있어서도 소화효율 개선 및 성능향상이 가능하다는 것을 알 수 있었다.