• 한국가스학회지
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• 제15권5호
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• pp.25-30
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• 2011

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 다양한 발열량을 갖는 바이오가스를 연료 내 불활성가스 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 비율의 변화, 즉 발열량의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험결과로 각 불활성가스 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 발열량 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권2호
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• pp.82-88
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• 2017

최근, 미생물전기화학기술(microbial electrochemical technology, MET)을 혐기성 소화에 적용하여 바이오가스 발생량을 증대시키는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 하지만, 내부저항에 따른 Scale-up 측면에서는 아직 활발한 연구가 필요하며, 내부저항을 최소화하기 위한 방안으로는 전류밀도가 높은 전극의 선정, 이온강도 및 전기전도도의 증가, 다양한 전극의 형태 및 재질 선정 등이 보고되고 있다. 최근 Stainless steel은 내구성이 강할 뿐만 아니라 비용 역시 저렴하고, 특히 음극으로 사용되는 경우 백금 금속이나 탄소기반의 섬유재질의 전극과 유사한 효율이 나타남에 따라 그 관심이 높아지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 Graphite carbon에 전기전도도 및 전류밀도, 내구성을 향상시킬 수 있는 Ni, Cu, Fe의 코팅 여부와 최근 주목받고 있는 Stainless steel 재질의 판형과 그물망 형태의 전극을 사용하여 전기화학적 특성과 바이오가스 발생량을 비교함으로서 그 효율을 평가하였다. 그 결과, 각 전극 재질에 따른 전류밀도는 $GC-C_M$, GC, SUS-P, SUS-M이 각각 2.03, 1.36, 1.04, $1.13A/m^2$으로 나타났으며, 메탄수율은 $GC-C_M$, GC, SUS-P, SUS-M이 각각 0.27, 0.14, 0.19, 0.21 $L-CH_4/g-COD_{rem.}$로 나타났다. 즉, Stainless 재질의 금속이 코팅된 Graphite carbon과 유사한 전류밀도와 메탄수율을 나타냄을 확인할 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제25권3호
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• pp.99-111
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• 2017

본 연구는 유기성폐자원 (가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)을 병합 소화하는 시설을 대상으로 적정 설계 기준치를 충족하기 위한 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링을 실시하였다. 현장조사시 도출된 결과를 바탕으로 설계 및 운전 사항, 모니터링 항목 및 주기, 시운전 기간 등 바이오가스화 시설의 전반적인 가이드라인을 제시하였다. 초기 혐기소화 처리용량 설계시 유입 원료별 배출 특성을 고려하여 처리용량의 10~30 %의 여유율을 적용하였다. 공정별 설계 지침의 경우, 반입 및 전처리 설비의 유기물 반입 농도를 TS 10 % 이하로 제한하고 혐기소화조 운전시 저해요인 제한 농도을 제시하였다. 또한 병합기준 유기물부하율 $1.5{\sim}4.0kgVS_{in}/(m^3{\cdot}day)$, 소화가스 이용설비는 탈황 및 제습 방법, 호기액비화조의 적정 설계 운영인자 등을 제안하였다. 바이오가스화 시설의 운전인자는 pH (산발효조 4.5~6.5, 메탄발효조 6.0~8.0), 온도변화폭 $2^{\circ}C$ 이내, 휘발성지방산과 암모니아를 각각 3,000 mg/L 이하로 유지할 것을 권장하였다.

• 유기물자원화
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• 제18권3호
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• pp.50-59
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• 2010

본 연구에서는 고농도 유기성 폐기물인 음폐수와 돈분뇨를 혐기성 소화조(KH-ABC)에서 병합처리하여 대체 에너지원인 바이오가스를 생산하는 바이오가스 Pilot Plant의 성능을 검증하고 평가하였다. 그리고, 혐기성 소화 공정의 독성물질에 대한 저해 여부 가능성 및 소화액의 액비 활용 가능성에 대하여 살펴보았다. 원료 투입량, 수리학적 체류시간, 원료 배합비율(음폐수와 돈분뇨의 혼합비율) 등 운전조건의 변화에 따른 유기물(VS) 분해율, 바이오가스 생산량 및 메탄농도 등을 분석한 결과 원료의 유기물부하가 증가($1.2{\sim}2.0kg-VS/m^3{\cdot}d$)함에 따라 투입 유기물 당 바이오가스 생산량은 $0.60{\sim}0.69m^3/kg-VS_{input}$로 증가하는 경향을 보였다. 특히 원료투입량 $6m^3$/일, 원료배합비율 음폐수:돈분뇨=4:6, 수리학적 체류시간(HRT) 25일의 조건에서 유기물 분해율 70%, 바이오가스 생산량 $220m^3$/일, 메탄농도 64%로 비교적 높은 성능을 나타냈다. 그리고, 소화액을 분석한 결과 혐기성 소화공정에 저해 작용을 유발하는 양이온 및 중금속 등의 독성물질은 기준농도 이하로 존재하였으며, 소화액(원료배합비율 음폐수:돈분뇨=3:7)은 액비 활용기준인 비료공정규격을 만족하였다.

• Journal of Dairy Science and Biotechnology
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• 제27권1호
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• pp.13-18
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• 2009

본 연구의 목적은 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화를 통해 바이오메탄의 생성을 확인하고, 생성된 메탄의 에너지원으로의 사용 가능성과 오염도 감소의 정도를 확인하는 것이며, 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 수리학적 체류시간(HRT)을 15일로 유지시키고 $35^{\circ}C$의 중온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시킨 결과 평균 4.11 ${\ell}$/day의 메탄이 전체 가스의 70% 성분비를 유지하며 일정하게 발생하였다. 이는 다른 폐기물을 이용한 연구 결과와 비교하였을 때보다 상대적으로 높은 값으로, 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화처리를 통해 높은 효율의 에너지원으로 확보할 수 있음을 보여준다. TCOD는 초기 투입된 원수에서의 약 31,000 mg/${\ell}$에서 13,500 mg/${\ell}$ 이하까지 줄어 최대 60%의 TCOD 제거 효율을 보여주었다. 2. HRT를 15일로 유지한 상태에서 온도를 $55^{\circ}C$의 고온으로 변화시킨 경우, 메탄 발생량이 약 5% 가량 증가하였다. 온도의 변화만으로는 메탄 발생량에 큰 영향을 주지 못하였으나, HRT를 15일에서 12일로 감소시킨 경우에는 고온의 경우가 중온의 경우보다 약 44% 가량 많은 메탄 발생량을 보였다. 3. 이상의 결과를 통하여 알아낸 메탄 발생량과 오염 감소율을 토대로 바이오메탄을 에너지원으로 이용했을 경우의 경제성을 분석한 결과, HRT 12일의 고온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시키는 것이 기업에 많은 경제적인 이익을 가져다 주는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제23권4호
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• pp.11-20
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• 2015

원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산을 위한 기초연구를 수행하였다. 인도네시아산 갈탄을 시료로 이용하였으며, 조건을 달리하여 BMP(Biochemical Methane Potential) 실험을 수행하였다. 갈탄에 영양물질과 혐기성 슬러지만 제공한 경우, 온도(23, $30^{\circ}C$)나 석탄의 입자크기는 메탄가스 생산에 영향을 주지 않았다. 이는 가용한 용해성 유기물질이 낮기 때문이다. 외부탄소원으로 볏짚을 갈탄에 첨가한 후 BMP 실험을 수행하였으며, 60일간의 BMP 실험 후 볏짚 첨가에 의한 메탄가스 발생량은 94.4~110.4 mL/g VS이었다. BMP 실험 후 갈탄의 발열량은 볏짚 첨가량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이는 볏짚의 혐기성 분해와 함께 갈탄의 분해가 이루어졌음을 의미한다. 따라서 원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산의 초기 운전 시에 볏짚을 탄소원으로 사용할 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제7권3호
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• pp.1-11
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• 1987

중온소화(中溫消化)와 고온소화(高溫消化)의 차이점을 보다 명확히 규명하기 위하여 소화(消化)의 정지(停止)를 포함하는 폭넓은 실험을 행하였다. 연구결과, 정상소화(正常消化)와 소화조해(消化阻害)를 구분짓는 한계체류시간(限界滯留時間)이 존재하여, 중온(中溫)에서는 10일(日), 고온(高溫)에서는 5일(日)부근이었고 그 이하(以下)의 체류시간(滯留時間)에서는 소화(消化)의 조해(阻害)가 급격하게 발생하였는데 고온(高溫)에 비하여 중온(中溫)에서의 조해(阻害)정도가 매우 컸다. 중온소화(中溫消化)의 한계체류시간이상(限界滯留時間以上)에서는 소화(消化)상태가 거의 유사하였으나, 그이하(以下)의 체류시간(滯留時間)에서는 고온소화(高溫消化)가 월등히 양호(良好)하였으며, 고온(高溫)에서는 중온(中溫)에 비하여 소화(消化)슬러지발생량(發生量)이 감소하는 동시에 소화(消化)슬러지의 침강속도(沈降速度)가 크게 증가하고 여과비저항(濾過比抵抗)은 감소하였다. 한편 반응속도(反應速度)는 소화(消化)에 마치는 온도(溫度)와 체류시간(滯留時間)의 영향을 나타내는 데 유효하였다. 또한 온도(溫度)에 관계없이 반응속도(反應速度)가 증가함에 따라 가스발생속도(發生速度)가 선형적(線形的)으로 증가하였고 그 상관관계(相關關係)는 중온(中溫)과 고온(高溫)에서 거의 일치하였다.

• 유기물자원화
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• 제18권2호
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• pp.76-83
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• 2010

당사는 중온/습식/이상 혐기성 소화공정인 HADS Pilot Plant를 이용하여 국내 음폐수에 대해 유기물 부하(OLR, Organic Loading Rate) 증량 방식을 달리하여 혐기성 소화 테스트를 진행하였다. 그 방식은 연속적이면서 빠르게 OLR을 증량시키는 급속 OLR 증량 운전과 단계적이면서 각 단계별로 적응기를 갖는 계단식 OLR 증량 운전 방식이었다. 그 결과 급속 OLR 증량 운전시에는 불안정한 VFA(Volatile Fatty Acid)/Alkalinity 비율을 보이다가 바이오가스 발생량이 급감하는 결과를 보여주었다. 반면, 계단식 OLR 증량 운전시에는 VFA/Alkalinity의 비율을 0.4이하로 유지하면서 혐기성 소화 운전을 실시한 결과 안정적인 혐기성소화 성능을 보였을 뿐만 아니라, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS(Volatile Solid) 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 OLR 증량 운전 방식에 따라 완전히 다른 결과가 도출되어 각각의 혐기성 소화 운전시의 박테리아 및 메탄생성균 군집의 변화를 T-RFLP(Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism)를 통하여 분석하였다. 그 결과, 급속 OLR 증량 운전시와 계단식 OLR 증량 운전시의 미생물 군집이 달라져 있음을 확인하였고, 이에 따라 동일한 혐기성 소화 공정을 적용하여 음폐수에 대한 혐기성 소화 운전을 진행하였음에도 OLR 증량 운전 방식에 따라 미생물의 반응성 및 주변환경에 대한 내성이 달라질 수 있음을 알 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제16권4호
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• pp.91-97
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• 2008

본 연구에서는 상향류 혐기성 블랭킷 반응조를 이용한 침출수 처리시 입상활성탄과 입상슬러지의 첨가가 반응조의 성능에 미치는 영향을 평가하였다. Control 반응조의 경우 식종물질로 혐기성 소화슬러지를 이용하였으며 GAC 반응조와 Granule 반응조의 경우 Control 반응조와 동일 방식으로 식종하였으며 단지 GAC와 입상슬러지를 소량 첨가하였다. Granule 반응조가 초기 운전기간 동안 가장 짧은 순응기간을 보였으며 GAC 반응조의 경우에도 운전초기에 만족할 만한 성능을 보였다. 그러나 활성탄의 흡착능이 소모됨에 따라 유출수 COD 농도가 점차 증가하는 경향을 보였다. 반응조가 안정화된 후 GAC 반응조가 다른 반응조에 비해 약간 우수한 결과를 보였으며 모든 반응조의 COD 제거율은 수리학적 체류시간 1일에서 90% 이상을 나타내었다. 특히 GAC 반응조의 경우 COD 제거율의 변화 없이 유기물 부하 $4.0{\sim}8.2kg\;COD/m^3.d$에서 95%를 유지하였다. 소량의 입상슬러지 첨가에 의해 초기 운전기간을 단축시킬 수 있었으며 처리효율은 GAC 첨가에 의해 향상되는 것으로 나타났다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권5호
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• pp.895-902
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• 2011

혐기성소화에서 원료로 가축분뇨와 음식물 쓰레기의 혼합비에 따른 유기물 제거율은 60:40에서 총고형물 (TS) 및 휘발성고형물 (VS)이 각각 약 80%로 가장 높은 제거효율을 보였다. 통합소화에 의한 누적가스발생량을 비교하였을 때에도 가축분뇨 60%와 음식물 쓰레기 40%를 투입한 처리 (60:40)에서 가장 많은 가스 발생량을 나타내었다. 그러나 통합소화액의 염분함량을 고려할 때 가축분뇨 0.1%, 음식물 쓰레기 0.6%의 염분을 함유한 원료를 대상으로 혼합비율을 달리하여 투입하였을 때 음식물 쓰레기 100% 투입의 경우에 소화액의 염분함량은 0.45%, 음식물 쓰레기 60%와 가축분뇨 40% 투입에서 0.32, 음식물쓰레기 40%와 가축분뇨 60% 투입에서 0.27%, 음식물 쓰레기 20%와 가축분뇨 80% 투입에서 0.21로 나타났다. 따라서 본 연구결과를 토대로 하여 가축분뇨와 음식물 쓰레기를 통합소화하고 소화액을 액비로 농경지에 안정적으로 사용하기 위해서는 음식물 쓰레기의 투입 한계비율은 30%이하가 적정 하다고 판단할 수 있었다. 하지만 통합 소화액을 액비로서 농경지에 지속적으로 사용 가능하게 하기 위해서는 원료별, 발생원별로 너무 다양한 음식물 쓰레기의 염분함량에 대한 조사와 더불어 통합소화를 위한 적정 혼합비율 설정 및 토양 및 작물 재배를 통한 검증이 이루어져야 할 것으로 생각된다.