• 한국작물학회지
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• 제65권4호
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• pp.508-517
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• 2020

본 시험은 혐기소화액의 폭기처리 기간에 대한 화학적 성분의 변화와 혐기소화액을 액비로 이용하기 위한 최소한의 부숙완료 시기를 알아보기 위해 실시하였다. 혐기소화액은 돈분 혐기소화액(SS AD), 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD), 돈분 사과착즙박 혼합 혐기소화액(SS + AP AD)을 이용하였으며, 공기량은 1 ㎥당 0.1 ㎥/air/min를 30분 유입, 15분 중단되도록 설정하였다. 1. pH는 모든 혐기소화액 처리구에서 폭기처리 3일차에 폭기처리 전보다 급격히 높아졌으며, 돈분 혐기소화액(SS AD)은 9일차 후 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD), 돈분 사과착즙박 혼합 혐기소화액(SS + AP AD)은 15일 후 서서히 감소하기 시작하여 27일과 36일 사이에서 상대적으로 급격히 낮아졌다. 27일과 36일 사이의 급격히 낮아진 pH는 부숙기간 동안 발생한 질산태 질소의 변화에 기인한 것으로 보인다. 2. 전기전도도(EC)는 모든 혐기소화액이 폭기처리가 진행 될수록 감소하였으며, 48일차에 돈·우분 혼합 혐기소화액이 16.0 mS/cm로 가장 높았다. 3. 용존산소(DO)는 모든 혐기소화액이 폭기처리 전보다 폭기처리 시작 후 급격히 증가하였으나 그 후에는 증가와 감소를 반복하였다. 48일차에 돈분 사과착즙박 혼합 혐기소화액(SS + AP AD)가 3.93 mg/L로 혐기소화액 중 용존산소가 가장 높았지만 돈분 혐기소화액(SS AD), 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD)도 각각 3.24 mg/L, 3.69 mg/L로 나타나 큰 차이가 없었다. 4. 총질소량(T-N)과 암모늄태 질소(NH₄-N)는 폭기처리가 진행될수록 모든 혐기소화액에서 지속적으로 감소하였다. 질산태 질소(NO₃-N)는 돈분 혐기소화액(SS AD)의 경우 24일차까지 유지하는 경향을 보인 후 36일차에 급격히 증가하였으나 다시 급격히 감소하였고 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD)은 36일차까지 증가와 감소를 반복하다가 그 후부터 지속적으로 감소하였으며, 돈분 사과착즙박 혼합 혐기소화액(SS + AP AD)은 폭기처리 후 24일차까지 감소하였으나 36일차에 증가한 후 다시 감소하였다. 5. 환경부고시(제 2018-115호) 퇴비액비화기준 중 부숙도 기준 등에 관한 고시에 의한 원액을 이용한 방법과 Halder et al. (2016)이 제시한 액비발아지표(LFGI)법을 이용하여 서호무(Raphanus sativus cv. Seoho) 종자발아시험을 실시하였을 때 돈분 혐기소화액(SS AD)은 상대발아율, 뿌리신장률, 발아지수에서 다른 혐기소화액에 비하여 높은 수치를 보였지만, 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD)은 비교적 낮은 수치를 보였다. 이와 같은 현상은 다른 혐기소화액과 비교하여 돈·우분 혼합 혐기소화액(SS + CS AD)은 암모늄태 질소(NH₄-N)가 상대적으로 높았기 때문으로 보인다. Lee & Eue (1999)의 연구에 의하면 배추 종자를 이용하여 종자발아시험을 하였을 때 암모늄태 질소의 농도에 의해 발아지수가 영향을 받았다(Lee & Eue, 1999). 6. pH가 약알칼리성을 띄면서 EC와 암모늄태 질소가 낮아지면 발아지수가 높아지는 경향을 보였다. 7. 서호무(Raphanus sativus cv. Seoho) 종자의 발아지수를 통한 부숙도 완료 평가에서 환경부고시(제 2018-115호) 퇴비액비화기준 중 부숙도 기준 등에 관한 고시에 의한 원액을 사용한 방법은 폭기처리 기간에 모든 혐기소화액에서 적절한 수치를 보이지 않았으나 Halder et al. (2016)이 제시한 액비발아지표(LFGI)법을 적용할 경우 60일의 폭기처리에서 70 이상의 적절한 발아지수를 관찰하였다. 혐기소화액 후처리 방법으로 폭기처리를 실시할 경우 최소 60일 이상 진행되어야 부숙완료로 판정될 것으로 보인다.

• 한국농공학회논문집
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• 제50권4호
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• pp.59-66
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• 2008

Anaerobic digestion system is getting more attractive in that it produces biogas in the process of organic waste stabilization. Net energy production is important when biogas production is concerned. In this study, net energy production was evaluated with respect to biogas production and heat losses in a hypothetical digester. Under the condition of digester operation with slurry inflow of 5% of TS, additional fuel is required to maintain digester temperature during the winder season. Substrate therefore, needs to have higher VS contents through co-digestion of silage or food waste that has greater values of methane production rate. Heating input slurry is important in cold season, which covers over 80% of heating requirement. Heat recovery from digestate is valuable to reduce the use of biogas for heating. It seems desirable to minimize slurry inflow when temperature is very low. Psychrophilic digestion may be a feasible option for reducing heating requirement.

• 유기물자원화
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• 제18권4호
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• pp.31-37
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• 2010

가축분뇨는 적절하게 처리되기만 하면 가치 있는 자원이 될 수 있다. 년간 42백만톤에 달하는 가축분뇨의 84%가 퇴비와 액비 생산에 이용되고 있으며 최근에는 혐기소화를 통한 바이오가스 생산에 대한 관심이 고조되고 있으나, 혐기소화액의 농업적인 활용은 아직 인증되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 가축분뇨와 음식물류폐기물을 혼합하여 소화시킨 통합혐기소화액을 이용하여 벼 재배시 생육과 논토양 환경에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 통합혐기소화액은 돈분과 음식물류 폐기물을 70:30(v/v)으로 혼합하여 HRT(Hydro-logic retention time) 14일의 고온혐기소화공정을 거쳤으며, 안전성을 평가하기 위해 모니터링을 수행하였다. 질소전량 기준으로 통합혐기소화액을 와그너 포트에 시용하고 침출수를 채취하여 양분의 용출과 생육을 조사하였다. 통합혐기소화액을 시용한 처리구에서는 토양중 치환성 칼륨, 구리, 아연 등이 증가하였으며, 통합혐기소화액 처리후 침출수 중의 질산태 질소 농도는 처리 농도가 증가할수록 높았으며 모든 처리구에서 2주 만에 침출되어 빠져나가는 것으로 나타났다. 생육반응에 있어서 분얼수는 처리간에 차이가 없었으며, 초장은 통합혐기소화액을 추천시비량 질소 기준으로 2배 시용한 처리구에서 가장 높았으나, 벼의 생육을 고려하면 오히려 도복의 위험이 높은 것으로 나타났다. 토양중 염류 집적을 고려하여 추천시비량 질소 기준에 맞게 시용하는 것이 바람직하며, 통합혐기소화액이 화학비료 대체제로서의 가치가 있는 것으로 판단되었다. 향후 장기적인 면에서 통합 혐기소화액의 논토양 환경에 미치는 영향에 대한 연구가 더 필요할 것으로 사료된다.

• Environmental Engineering Research
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• 제25권2호
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• pp.135-146
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• 2020

This study was aimed to investigate the possibility of using raw and anaerobically-digested piggery wastewater as culture media for a green microalga Chlorella vulgaris (C. vulgaris). Due to high concentration of ammonia and dark color, the microalga did not grow well in this wastewater. In order to solve this problem, air stripping and NaOCl-treatment were applied to reduce the concentration of NH₃-N and the color intensity from the wastewater. Algal growth was monitored in terms of specific growth rate, biomass productivity, and nutrient removal efficiency. As a result, C. vulgaris grew without any sign of inhibition in air-stripped and 10-folds diluted anaerobically-digested piggery wastewater with enhanced biomass productivity of 0.57 g/L·d and nutrient removal of 98.7-99.8% for NH₃-N and 41.0-62.5% for total phosphorus. However, NaOCl-treatment showed no significant effect on growth of C. vulgaris, although dark color was removed greatly. Interestingly, despite that the soluble organic concentration after air stripping was still high, the biomass productivity was 4.4 times higher than BG-11. Moreover, air stripping was identically effective for raw piggery wastewater as for anaerobic digestate. Therefore, it was concluded that air stripping was a very effective method for culturing microalgae and removing nutrients from raw and anaerobically-digested piggery wastewaters.

• 유기물자원화
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• 제20권1호
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• pp.61-70
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• 2012

본 연구에서는 하수슬러지, 돈분뇨, 음식물쓰레기 탈리액을 단독 또는 혼합 주입한 회분식 혐기성 소화를 수행하여 바이오가스 생산 및 유기물 저감 효율 비교 평가를 통해 병합소화의 타당성을 검토하였다. 타당성 검토 대상은 M시에서 발생하는 하수슬러지 178 톤/일, 돈분뇨 해양 투기량 및 축산폐수처리장 유입량 150 톤/일, 음식물쓰레기 탈리액 소각량 8톤/일이다. 유기성 폐기물 별 혐기성 소화 특성을 회분식 실험을 통해 고찰한 결과, 검토된 보조기질(돈분뇨, 음식물쓰레기 탈리액)이 메탄수율, 메탄 생산성, 유기물 제거 효율 측면에서 하수슬러지에 비해 우수한 성능을 나타내었다. 하수슬러지, 돈분뇨, 음식물쓰레기 탈리액의 병합 소화를 수행한 결과, 대상 유기성 폐기물 전량을 하수처리장 소화조로 투입하는 경우, 하수슬러지 단독 소화 대비, 5.6 배$(530\;m^{3}\;CH_{4}/d\;{\rightarrow}\;2,968\;m^{3}\;CH_{4}/d)$ 높은 메탄생산 잠재량을 보일 것으로 나타났다. 다만 소화조 유출수가 기존에 비해 1.88 배 증가하고, 유출수 내 오염물질 부하(COD, T-N, T-P)가 3.79-4.92배 증가하는 것으로 나타났다. 병합소화는 하수처리장 에너지 자립화에 큰 기여를 할 수 있으나, 적용 시 하수처리장으로의 반송 등 소화조 유출수 처리 방안의 확보 방안이 함께 마련되어야 할 것으로 사료된다.

• 유기물자원화
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• 제22권2호
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• pp.35-43
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• 2014

각기 다른 돈분 처리시스템 운영 과정을 포함하여 액비의 농경지 살포에 따른 옥수수 재배에 대한 환경영향을 분석하기 위하여 전과정 평가방법을 적용하였다. 전과정평가의 첫 번째 부분은 사용될 분석 항목을 구성하는 것으로 돈분 처리시스템 운영에 대한 유입 및 배출에 대한 항목이며, 전과정 영향평가를 위한 다음 단계로서 전체 환경부하를 최종적으로 하나의 지수로 통합하기 위하여, 특정 항목에 대한 자료를 취합하고 분석하는 것이다. 전과정 영향 분석을 위한 실례로서 호기 및 혐기소화시스템 운영부터 호기 및 혐기 액비의 농경지 시용에 대한 옥수수 재배과정에 이르기 까지를 평가하였다. 농업환경영향에 대한 부하량 평가에서, 혐기소화액을 이용한 옥수수 재배에서는 수계부영야화가 7.6배 높았으며, 지구온난화에 대한 생태지표 지수(Eco-indicator value)는 10.9 tonne $CO_2$ eq.로 0.9배 적게 배출하는 것으로 산정되었다.

• 한국작물학회지
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• 제66권1호
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• pp.97-104
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• 2021

본 시험은 혐기소화액을 후처리로 호기처리를 한 후 발생한 액비를 벼 재배 시 시용함으로써 벼 생육과 수량에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시하였다. 벼 재배 시 사용한 액비는 혐기소화 후 배출된 혐기소화액을 후처리로 폭기처리(1 ㎥당 0.1 ㎥/air/min)를 한 후 생산한 액비로 돈분 액비(Liquid Swine manure; LSM), 돈·우분 액비(Liquid Swine/Cow Manure; LSCM), 돈분·사과착즙박 액비(Liquid Swine/Apple pomace Manure; LSAM)이며, 액비를 농도별(100%, 120%, 140%)로 처리구를 두었고 대조구로 화학비료를 처리구로 두었다. 발효액비 및 화학비료의 시용량은 와그너포트(1/5000a) 환경을 고려하여 표준시비량의 두배의 양을 시용량으로 설정하였으며, 발효액비는 질소를 기준으로 시용하였다. 1. 벼의 주당 수수는 화학비료 처리구가 15개로 가장 많았으나 수당 립수는 화학비료 처리구보다 발효액비 처리구들이 많았다. 천립중도 화학비료 처리구보다 발효액비 처리구들이 무거웠으며, 발효액비 시용량별 큰 차이는 없었다. 등숙률은 화학비료 처리구와 발효액비 처리구들과 차이를 보이지 않았다. 2. 벼의 수확량은 수치로 보면 화학비료 처리구가 782.8 kg/10a로 가장 많았으나 돈분 액비(LSM)와 돈·우분 액비(LSCM)의 경우 시용량과 관계없이 화학비료 처리구와 차이가 없었고, 돈분·사과착즙박 액비(LSAM)의 경우는 140% 처리구만 화학비료 처리구와 유의한 차이가 없었다. 3. 치환성 칼리는 시험 전 토양보다 모든 발효액비 처리구의 토양에서 시용량과 관계없이 증가하는 경향을 보였으며, 수치상으로 시용량이 많을수록 증가하는 경향을 보였다. 벼 재배 시 혐기소화발효액비를 시용할 경우 벼의 생산량과 시용 전 후 토양의 화학성을 종합해 볼 때 벼의 생산량은 모든 발효액비가 시용량에 따라 큰 차이를 보이지 않았으며, 벼의 생산 지수는 화학비료 처리구와 발효액비 처리구들과 차이를 보이지 않았다. 토양의 화학성 중 치환성 칼리는 시용량과 관계없이 시용 전보다 증가하는 경향을 보였으며, 시용량이 많을수록 수치상 증가하는 경향을 보였다. 따라서 혐기소화발효액비는 화학비료를 대체할 수 있을 것으로 보이며, 토양의 환경을 고려하여 발효액비를 과시용하는 것보다는 100%를 시용하는 것이 적정할 것으로 판단된다. 혐기소화 후 발생된 혐기소화액을 후처리 과정을 거쳐 발효액비를 생산해 작물 재배 시 시용한 연구가 많지 않으므로 농지에 시용하기 위해서는 추후 많은 연구가 필요할 것으로 보인다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권1호
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• pp.104-111
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• 2011

In order to assess the performance of co-digester using pig slurry and food waste at the farm scale biogas production facility, the anaerobic facility that adopts the one-stage CSTR of 5 $m^3\;day^{-1}$ input scale was designed and installed under the conditions of the OLR of 2.33 kg $m^3\;day^{-1}$ and HRT of 30 days in an pig farmhouse. Several operation parameters were monitored for assessment of the process performance. The anaerobic facility was operated in three stages to compare the performance of the anaerobic co-digester. In the Stage I, that was fed with a mix of pig slurry to food waste ratio of 7:3 in the input volume, where input TS content was 4.7 (${\pm}0.8$) %, and OLR was 0.837-1.668 kg-VS $m^3\;day^{-1}$. An average biogas yield observed was 252 $Nm^3\;day^{-1}$ with methane content 67.9%. This facility was capable of producing an electricity of 626 kWh $day^{-1}$ and a heat recovery of 689 Mcal day-1. In Stage II, that was fed with a mixture of pig slurry and food waste at the ratio of 6:4 in the input volume, where input TS content was 6.9 (${\pm}1.9$) %, and OLR was 1.220-3.524 kg-VS $m^3\;day^{-1}$. The TS content of digestate was increased to 3.0 (${\pm}0.3$) %. In Stage III, that was fed with only pig slurry, input TS content was 3.6 (${\pm}2.0$) %, and OLR was 0.182-2.187 kg-VS $m^3\;day^{-1}$. In stage III, TS and volatile solid contents in the input pig slurry were highly variable, and input VFAs and alkalinity values that affect the performance of anaerobic digester were also more variable and sensitive to the variation of input organic loading during the digester operation. The biogas produced in the stage III, ranged from 11.3 to 170.0 $m^3\;day^{-1}$, which was lower than 222.5-330.2 $m^3\;day^{-1}$ produced in the stage II.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제30권8호
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• pp.1198-1205
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• 2017

Objective: An experiment was conducted to isolate and identify new methanogens in Korea from an anaerobic digester that uses pig slurry. Methods: An anaerobic digestate sample was collected from an anaerobic digester using pig slurry. Pre-reduced media were used for the growth and isolation of methanogens. Growth temperature range, pH range, NaCl concentration range, substrate utilization, and antibiotic tolerance were investigated to determine the physiological characteristics of isolated methanogens. The isolates were also examined microscopically for their morphology and Gram-stained. Polymerase chain reaction of 16S rRNA and mcrA gene-based amplicons was used for identification purpose. Results: Four strains, designated KOR-3, -4, -5, and -6, were isolated and were non-motile, irregular coccoid, and 0.5 to $1.5{\mu}m$ in diameter. Moreover, the cell walls of isolated strains were Gram-negative. KOR-3 and KOR-4 strains used acetate for methane production but did not use $H_2+CO_2$, formate, or methanol as a growth substrate KOR-5 and KOR-6 strains utilized acetate, methanol, and trimethylamine for methanogenesis but did not use $H_2+CO_2$ or formate as a growth substrate. The optimum temperature and pH for growth of four strains were $39^{\circ}C$ and 6.8 to 7.2, respectively. The optimum concentration of NaCl for growth of KOR-3, KOR-5, and KOR-6 were 1.0% (w/v). The optimum NaCl concentration for KOR-4 was 0.5% (w/v). All of the strains tolerated ampicillin, penicillin G, kanamycin, streptomycin, and tetracycline; however, chloramphenicol inhibited cell growth. Phylogenetic analysis of 16S rRNA and mcrA genes demonstrated that strains KOR-3, -4, -5, and -6 are related to Methanosarcina mazei (M. mazei, 99% sequence similarity). Conclusion: On the basis of physiological and phylogenetic characteristics, strains KOR-3, -4, -5, and -6 are proposed to be new strains within the genus Methanosarcina, named M. mazei KOR-3, -4, -5, and -6.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.1-6
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• 2009

Acetogen과 같은 일부 혐기성미생물은 소위 acetyl-CoA 경로에 의해 아세트산, 에탄올, 그리고 몇 가지 생화학 물질을 생산한다. 이 경로에서는 일산화탄소를 기질로 이용할 수 있다. 일산화탄소 이외에 수소가 이용될 수 있다. 즉 이들 미생물은 독립영양생물로서 이산화탄소와 태양광에너지를 이용하는 녹색식물과 비유될 수 있으며, 일산화탄소는 탄소원으로서 동시에 에너지원으로서 이용된다. 본 연구에서는 혐기성 소화액 중 아세트산을 생성하는 미생물이 존재한다고 가정하고, 일산화탄소와 수소가 주 가연성분인 합성가스를 공급하면 추가의 메탄이 생성가능성을 평가하였다. 혐기성 소화과정에서 발생되는 메탄은 주로 아세트산으로부터 만들어지므로 일산화탄소를 공급하는 경우 추가로 메탄이 생성될 것으로 추측할 수 있기 때문이다. 이를 확인하기 위하여 현재 운영중인 바이오가스 생산 설비로부터 얻은 혐기성 소화액을 생물반응조에 넣은 후, 합성가스를 순환-공급하여 가스 생산량의 변화 및 조성을 분석하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 질소가스를 공급한 대조구와는 달리 일산화탄소 또는 합성가스를 공급한 경우에는 메탄가스가 생산되는 것을 확인하였다. 일산화탄소만을 공급했을 때에는 이산화탄소의 생성으로 가스 생산량이 증가하였으나, 수소가 포함된 합성가스를 공급하였을 때에는 이산화탄소가 탄소원이로 소비되어 가스 저장도 내의 가스량이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 가스화공정에 으해 얻어지는 합성가스는 온도와 가스 조성을 고러할 때, 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화조와 연계하면 소화조의 가온에 필요한 열을 공급할 수 있고 바이오가스 중 이산화탄소 농도를 낮추어 발열량을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.