• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.554-561
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• 2016

Depending on the Bio-gas sources, main component gases of $CH_4$ and $CO_2$ are shown to be variously present in amounts. For the anaerobic digester, The concentration of $CH_4$ and $CO_2$ in the gases are 60~70 and 30~35 vol%. For the landfill gas, $CH_4$ and $CO_2$ are 40~60 and 40~60 vol%. For the food wastes, $CH_4$ and $CO_2$ are 60~80 and 20~40 vol%, respectively. In this study, maximum conversion rates of $CO_2$ were obtained from the variety of concentrations of $CH_4$ and $CO_2$ by the catalysts of reforming reactions. Moreover, in order to get maximum producing amount of synthetic gas, experimental studies were performed to optimize the reaction variables. On the basis of $CH_4$, 243 ml, R [$CH_4/(O2+CO_2)$] value were varied from 0.8 to 1.35, in the study of $CH_4$ and $CO_2$ reforming reactions. It was shown that the optimal results were obtained for 1.35 of R value. And also, at $850^{\circ}C$ and 1 atm, the production rate of synthetic gas was 90% and the conversion rates of $CH_4$ and $CO_2$ were higher than 99% and 90%, respectively.

• 한국물환경학회지
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• 제37권2호
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• pp.128-136
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• 2021

It is generally known that a wastewater treatment plant (WWTP) consumes immense energy even if it can produce energy. With an aim to increase the energy independence rate of WWTP from 3.5% in 2010 to 50% in 2030, the Korean government has invested enormous research funds. In this study, cost-effective operating alternatives were investigated by analyzing the energy efficiency and economic feasibility for biogas and power generation using new and renewable energy. Based on the US EPA Energy Conservation Measures and Korea ESCO projects, energy production and independence rate were also analyzed. The main energy consumption equipment in WWTP is the blower for aeration, discharge pump for effluent, and pump for influent. Considering the processes of WWTP, the specific energy consumption rate of the process using media and MBR was the lowest (0.549 kWh/㎥) and the highest (1.427 kWh/㎥), respectively. Energy-saving by enhancing anaerobic digester efficiency was turned out to be efficient when in conjunction with stable wastewater treatment. The result of economic analysis (B/C ratio) was 2.5 for digestive gas power generation, 0.86 for small hydropower, 0.49 for solar energy, and 0.15 for wind energy, respectively. Furthermore, it was observed that the energy independence rate could be enhanced by installing energy production facilities such as solar and small hydropower and reducing energy consumption via the replacement of high-efficiency operating.

• 유기물자원화
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• 제28권1호
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• pp.15-25
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• 2020

본 연구에서는 우분뇨와 폐잔디를 이용한 혐기소화 잠재성을 단독 및 병합 조건에서 평가하였다. 두 종의 유기성 폐자원은 휘발성고형분(VS) 기준 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100의 다섯 가지 혼합비 조건에서 회분식 BMP(biochemical methane potential) 테스트를 통해 바이오가스 생산을 측정하였다. 또한, 서로 다른 3개의 온도조건(25℃, 30℃, 35℃)을 적용하여 총 15개 실험 조건을 비교하였다. 실험 결과, 반응 온도가 높을수록, 폐잔디의 혼합비가 높을수록 더 높은 메탄 수율과 최대 메탄 생산율이 관측되었다. 실험 결과를 바탕으로 유효체적 240(농장규모) 또는 2,400(마을 규모) ㎥의 가상의 혐기소화조를 가정하여 서로 다른 조건에 따른 에너지 수지를 비교하였다. 예측된 에너지 생산량은 반응 온도가 높을수록 더 많았으나 소화조 가온 등에 따른 에너지 소모량을 고려한 에너지 순생산량은 30℃, 35℃, 25℃ 순으로 높게 예측되었다. 따라서 에너지 순생산량을 최대화하기 위한 조건 도출을 위해서는 메탄 수율 등의 실험적 측정 외에도 구체적인 소화조의 설계 인자를 고려해야 하는 것으로 평가되었다.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.77-86
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• 2021

본 연구에서는 유기성폐자원에너지 인센티브제도의 기초자료로 활용하고자 음식물폐기물, 음폐수 및 다양한 유기성폐기물이 처리되는 혐기소화조의 운영방식의 물질수지와 에너지수지 산정 결과를 통하여 에너지효율을 평가하고자 한다. 바이오가스화 시설 11개소의 물질수지 분석 결과 유기성폐기물을 제외한 반입물 중 공정수 21.1%, 시상수 25.7 % 다량 투입되는 것을 확인하였다. 그에 따라 연계처리수의 전체 유출물의 87.6 %를 차지하였다. 또한 총 유입물량의 15.7 %가 바이오가스로 전환되며, 총고형물(TS)가 평균 22 %임을 감안할 때 평균 75 %의 물질 전환율을 확인하였다. 에너지수지 분석 결과, 유입물의 잠재에너지 대비 바이오가스 열량을 분석하여 에너지 전환율은 평균 78.5%을 확인하였다. 바이오가스를 생산하기 위한 외부에너지원을 포함한 바이오가스 생산효율은 평균 69.4 %이며, 미이용된 유출에너지를 적용한 바이오가스 플랜트 효율은 평균 58.9 %로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.21-28
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• 1986

인공(人工)슬러지를 이용하여 혐기성중온소화(嫌氣性中溫消和)의 고온소화(高溫消化)에로의 전환방법(轉換方法)에 대하여 연구하였다. 부하(負荷)를 계속하며 온도증가율(溫度增加率) 2, 1 및 $0.5^{\circ}C/day$로 온도를 상승시킨 결과, 온도증가율(溫度增加率) 이 클수록 메탄발효(醱酵)가 급속하게 악화되었으며, 세경우 모두 고온(高溫)에 도달하였을 때는 메탄발효(醱酵)가 중지되고 산발효(酸醱酵)만이 일어났다. 이러한 산발효상태(酸醱酵狀態)에서 부하(負荷)를 끊고 중화(中和)를 행한 후 6개월간(個月間)의 휴지기간중(休止期間中)에도 메탄발효(醱酵)는 이루어지지 않았다. 이로부터 메탄생성균(生成菌) 온도충격(溫度衝擊)의 크기에 비례하여 급속하게 활성(活性)을 잃는 반면 산생성균(酸生性菌)은 영향을 덜 받아 고온하(高溫下)에서 적응될 수 있다고 판단할 수 있다. 반면에 무부하상태하(無負荷狀態下)에서 온도(溫度)를 상승시켰을 때, 정상적(正常的)인 고온소화(高溫消化)가, 온도증가율(溫度增加率) $1^{\circ}C/day$의 경우 고온(高溫)에 도달한 후 1일(日)의 휴지기간(休止期間)으로도 가능하였고 일시(一時)에 상승시킨 경우도 20일간(日間) 휴지기간(休止期間)으로 가능하였다. 따라서 고온(高溫)에로의 전환(轉換)은 무부하상태하(無負荷狀態下)에서 용이(容易)함을 알 수 있는 동시에, 온도증가율(溫度增加率)이 작은 경우 고온(高溫)도달 후 짧은 휴지기간(休止期間)으로 전환(轉換)이 가능하며, 온도증가율(溫度增加率)이 매우 커서 급격한 온도충격(溫度衝擊)이 발생하는 경우에도 메탄생성균(生成菌)이 산생성균(酸生性菌)과 균형을 이루기에 충분한 휴지기간(休止期間)이 주어지면 고온소화(高溫消化)에로의 전환(轉換)이 가능함을 알 수 있다. 한편 산발효상태(酸醱酵狀態)의 고온소화조(高溫消化槽)에 중온소화(中溫消化)슬러지를 식종(植種)한 결과 신속하게 정상정(正常的)인 고온소화(高溫消化)가 이루어질 수 있었다. 따라서 중온소화(中溫消化)슬러지에 의한 식종(植種)은 고온소화(高溫消化)의 초기운전시(初期運轉時)나 정상정(正常的)인 소화(消化)의 정지시(停止時) 매우 유효(有效)한 전환(轉換) 및 회복방법(回復方法)이 될 수 있을 것이다. 또한 온도상승(溫度上昇) 및 중온(中溫)슬러지식종(植種)에 의한 정상정(正常的)인 고온소화결과(高溫消和結果)로부터 중온하(中溫下)에서도 상당량(相當量)의 고온균(高溫菌)이 존재하고 있음을 알 수 있다.

• 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.

• 한국토양비료학회지
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• 제45권6호
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• pp.1049-1057
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• 2012

본 연구는 메탄생성에 직접적으로 관여하는 혼합 메탄균과 셀롤로스 등의 고분자 물질의 가수분해 반응에 활성이 뛰어난 반추위 내 혐기성 섬유소분해균 중에서 대표적인 Fibrobacter succinogenes, Ruminococcus flavefaciens 및 Ruminococcus albus를 biochemical methane potential (BMP) 시험에 첨가하였을 때 메탄 발생에 미치는 영향을 조사하고자 수행되었다. BMP시험은 멸균증류수를 첨가한 control과 각각의 미생물 배양액을 첨가한 혼합 메탄균 첨가구 (M), F. succinogenes 첨가구 (FS) R. flavefaciens 첨가구 (RF), R. albus 첨가구 (RA) 및 RA+FS 혼합첨가구와 M+RA+FS 혼합 첨가구로 총 7개 처리구로 각 처리구별 3반복으로 진행되었다. 미생물 배양액의 첨가량은 식종액과 양돈슬러리에 1% (0.5 mL), 3% (1.5 mL) 및 5% (2.5 mL) 씩 첨가 하였다. BMP 시험을 위해 60일간 배양이 지속되었고 중온소화를 위해 $38^{\circ}C$의 배양기에서 수행되었다. 실험의 결과 총 바이오가스 발생량은 5% RF와 RA+FS가 대조구에 비하여 8.1 및 8.4%로 가스발생량이 유의적으로 높았다(p<0.05). 메탄발생량은 3% 미생물 배양액 첨가구 중 M+RA+FS를 제외하고 대조구에 비하여 증가시키는 경향을 보였으며, 5% 배양액을 첨가하였을 때는 대조구에 대하여 5%의 M, FS, RF, RA, RA+FS, 및 M+RA+FS RF가 각각 12.1, 12.6, 17.3, 13.7, 17.9 및 14.7%로 메탄가스발생량을 증가시켰다 (p<0.05). TS 및 VS 분해율은 가스발생량과는 관계없이 모든 처리구에서 미생물 배양액의 첨가량이 증가하더라도 차이가 없었다. BMP 종료시 배양액내 pH는 모든 처리구가 7.527~7.657의 범위로 메탄발효에 큰 영향을 주지 않았다. 결론적으로, 본 실험에서는 양돈 슬러리의 성분특성으로 인해 가수분해단계와 메탄생성단계 모두에 첨가한 미생물 배양액이 효과가 있었으나, 5% 첨가수준을 제외하고 낮은 첨가수준에서는 첨가효과가 나타나지는 않았다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권11호
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• pp.997-1006
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• 2009

본 연구에서는 음폐수를 대상으로 5 톤/일 처리규모의 막결합형 2상 혐기성 소화(TPADUF) 플랜트를 운영하며 유기물 제거효율 및 메탄 발생량을 파악하고, 소화가스를 이용한 발전 가능성 및 분리막 적정 운영방안을 검토하였다. 고온 산발효조, 중온 메탄조 및 UF 막으로 구성된 처리 시스템에서 평균 TCOD가 150 g/L인 음폐수를 유기물 부하 11.1 g COD/L/d까지 증가시키며 처리한 결과 최종 유출수의 TCOD는 6 g/L 이하이었으며, TCOD 및 SCOD 제거효율은 모두 95% 이상이었다. 소화 가스의 메탄 구성비는 65%이었으며, 회수된 메탄량은 시스템에서 일부 가스가 누출되었음에도 39 $m^3/m^3$ 음폐수 주입량, 260 $m^3$/톤 COD유입량, 또는 270 $m^3$/톤 COD제거량 이었다. 소모된 가스량 당 발전량은 0.96 kWh/$m^3$ 가스, 또는 1.49 kWh/$m^3$ 메탄으로 다소 낮았으나 이는 소용량 발전기(15 kW급)의 저효율에 기인한 것이다. 분리막은 평균 flux 10 L/$m^2$/hr에서 운전하였으며, 운전 중 flux가 감소하였을 때는 물 또는 화학적(NaOCl)세정을 실시하여 회복시킬 수 있었다. TPADUF 플랜트에서는 메탄조 내액 또는 분리막 농축액을 산발효조로 반송함으로써 산발효조의 pH를 별도의 약품 주입 없이 적정 수준을 유지할 수 있었으며, 산발효조에서 부분적인 메탄생성을 통해 메탄조의 유기물 부하를 낮추는 효과도 있었다.

• 대한수의학회지
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• 제35권2호
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• pp.327-336
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• 1995

This study was carried out to develop the animal protein(feed for fry) that was isolated, purified and lyophilized the rumen ciliates from the healthy rumen contents which have $10^5-10^6/g$ ciliates and were discarded in abattoirs. The rumen ciliates are non-pathogenic, anaerobic and the weight of this protozoa is 2% of rumen content. The rumen protozoan and bacterial proteins both have a biological value for rats of 80-81, which is higher than the 72 of brewer's yeasts. Furthermore, the true digestibility and net protein utility of the protozoan protein are 91 and 73, much higher than those of bacterial(74 and 60) or yeast(84 and 60) proteins. The amino acids of rumen protozoa is nutritionally superior than the others. The size of rumen ciliates is $30-200{\times}20-110{\mu}m$ and so we had isolated and purified the rumen ciliates from the rumen contents by the physical methods. The purified rumen protozoa was lyophilized with freezing dryer. The results of this experiment were as follows : 1. Population dynamics of protozoan ciliates in slaughtered rumens; % of samples which small ciliates were predominated was 82.5%(52/63) and that of large ciliates was 17.5%(11/63). 1) predominant species of small ciliates were Entodinium ovinum and E nanellum. 2) predominant species of large ciliates were Epidinium ecaudatum and Diploplastron affine. 2. The lyophilized rumen ciliates which were isolated and purified from 1 kg of rumen content at the pH 6.2-6.8 was about 7.0 gram. 3. The nutrient analysis of lyophilized rqmen ciliates(LRC) was as follows: 1) Proximate analysis of the LRC and the composition of fry feed; moisture 8.05%(below 10.0), protein 35.37%(45), fat 5.39%(4.5), fiber 1.23%(below 2.5), ash 2.25%(below 15.0), Ca 0.26%(below 2.0), P 0.14%(below 1.1), energy 4,608.11(fish meal 5000 cal/g) 2) Amino acids (% in crude protein) of the LRC and the rotifer(Brachionus plicatilis); Arg 5.19%(4.50), His 2.50%(1.55), Ile 5.29%(3.45), Leu 8.11%(5.85), Lys 10.34%(6.15), Met 2.25% (0.85), Phe 5.66%(3.80), Thr 5.14% (3.45), Val 4.18%(3.90), Ala 4.13%(3.35), Asp 13.26%(8.25), Glu 16.62%(9.20), Gly 4.23%(3.10), Pro 3.25%(5.05), Ser 4.85%(3.85), Tyr 5.04%(3.05) 3) Fatty acids(% in fat) of the LRC and the rotifer(biological feed ; Brachionus plicatilis); myristic acid(C14:0) 3.27%(0.3), myristoleic acid(C14:1) 0.83%(-), palmitic acid(C16:0) 39.11% (23.5), palmitoleic acid(C16:1) 2.81%(2.0), stearic acid(C18:0) 9.36%(5.6), oleic acid(C18:1) 25.54%(3.5), linoleic acid(C18:2) 15.05%(32.9), linolenic acid(C18:3) 1.74%(9.8). Judging from the above investigated results, the analytical data of proximate analysis, amino acids, fatty acids of the purified and lyophilized rumen protozoa are reasonable for the feed of freshwater fishes(fry and fingerling). But it was disappointed of our expectation that the crude protein of lyophilized rumen ciliates contains low percentage, it was thought that because of the small ciliates(starch digester) in beef cattle rumens which were administered the concentrated feed, is much difficult to isolate and purify than the large ciliates(fiber digester).

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.326-332
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• 2011

The authors examined the effects of operating parameters on the $H_2$ production by dark fermentation of the wastewater generated from food waste recycling facilities, in short "food waste wastewater (FWW)". Central composite design based response surface methodology was applied to analyze the effect of initial pH (5.5-8.5) and substrate concentration (2-20 g Carbo. COD/L) on $H_2$ production. The experiment was conducted under mesophilic ($35^{\circ}C$) condition and a heat-treated ($90^{\circ}C$ for 20min)anaerobic digester sludge was used as a seeding source. Although there was a little difference in carbohydrate removal, $H_2$ yield was largely affected by the experimental conditions, from 0.38 to 1.77 mol $H_2$/mol $hexose_{added}$. By applying regression analysis, $H_2$ yield was well fitted based on the coded value to a second order polynomial equation (p = 0.0243): Y = $1.78-0.17X_1+0.30X_2+0.37X_1X_2-0.29X_1{^2}-0.35X_2{^2}$, where $X_1$, $X_2$, and Y are pH, substrate concentration (g Carbo. COD/L), and hydrogen yield (mol $H_2$/mol $hexose_{added}$), respectively. The 2-D response surface clearly showed a high inter-dependency between initial pH and substrate concentration, and the role of these two factors was to control the pH during fermentation. According to the statistical optimization, the optimum condition of initial pH and substrate concentration were 7.0 and 13.4 g Carbo. COD/L, respectively, under which predicted $H_2$ yield was 1.84 mol $H_2$/mol $hexose_{added}$. Microbial analysis using 16S rRNA PCR-DGGE showed that $Clostridium$ sp. such as $Clostridium$ $perfringens$, $Clostridium$ $sticklandii$, and $Clostridium$ $bifermentans$ were main $H_2$-producers.