• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제15권9호
• /
• pp.5-12
• /
• 2014

슬러지의 안정화, 휘발성 고형물 감소, 바이오가스 생산을 위해 혐기성 소화공정이 슬러지의 처리 방안으로 연구됐다. 본 연구에서는 하 폐수 슬러지(MWS, IWS), 혼합슬러지(Mix), 탈수슬러지(MWSC)를 대상으로 바이오가스 생산 가능성을 살펴보기 위해 Total solids, Volatile solids, 원소분석, BMP 실험을 하였다. Total solids 함량은 11.2~20.6 %의 값을 가지며 Volatile solids의 함량은 TS의 62.1~83.1 %의 값을 가지고 있다. C/N비는 4.96~8.33의 값을 나타났다. BMP test를 한 결과 혼합슬러지의 경우 약 20일, 하 폐수 슬러지의 경우 약 16~17일에 메탄발생이 종료되었다. 탈수케이크는 약 10일까지 메탄이 발생하였으며 가장 빨리 메탄발생이 종료되었다. 누적 메탄발생량의 경우 혼합슬러지가 395.50 mL $CH_4/g$ VS으로 가장 높은 누적 메탄 발생량을 가진다. 누적 이산화탄소 발생량은 탈수케이크를 제외하고 비슷한 값을 보이고 있다.

• 유기물자원화
• /
• 제27권4호
• /
• pp.25-33
• /
• 2019

하수슬러지로부터 바이오가스를 생산하기 위한 30 L 규모의 미생물전기분해전지 시스템의 초기 운전특성에 관한 연구를 수행하였다. 32일간의 식종기간동안, 운전시간이 경과함에 따라 이산화탄소 농도는 감소하고 메탄농도가 증가하였으며, 69.1%의 농도를 가진 메탄가스가 171.6 mL CH₄/L·d의 속도로 얻어졌다. 식종이 끝난 후에 6회의 운전 사이클동안 이루어진 회분식 실험에서, 66.5~77.2%의 농도를 가진 메탄을 184.9~372.9 mL CH₄/L·d의 생산속도로 얻어졌다. COD의 제거효율은 28.2~42.1%의 범위를 가지며, TS와 VS의 제거효율은 각각 20.7~37.5%와 18.5~36.9%의 범위를 가지는 것으로 나타났다. 식종 후 운전 사이클이 반복됨에 따라 시스템의 안정화가 이루어지는 것이 관찰되었다. 마지막 운전 사이클에서 메탄의 발생량과 수율은 각각 5221 mL/L와 316.7 L CH₄/kg COD_rem이었으며 에너지회수율은 73%이었다.

• 유기물자원화
• /
• 제20권1호
• /
• pp.71-77
• /
• 2012

농업 바이오매스의 혐기소화 적용성을 위해 가장 많은 양이 발생하는 볏짚을 원료로 하여 전처리에 따른 볏짚의 가수분해과정에서 가용성 화학적 산소요구량 (SCOD)의 변화 특성을 조사하였다. 전처리 조건으로는 4 종류의 볏짚 크기, 4 종류의 온도, 2 종류의 초음파처리 및 알칼리를 처리하였다. 분해지표인 SCOD 용출량은 입자 크기가 작을수록, 반응 온도가 높을수록, 알카리를 처리하였을 때 높게 나타나 볏짚의 분해가 증진되는 것으로 나타났다. 5% NaOH를 처리한 경우 $35^{\circ}C$에서는 SCOD가 최고 9,000 mg $L^{-1}$로 증가하였으며, $55^{\circ}C$에서는 최고 6,000 mg $L^{-1}$까지 증가하였다가 감소하는 경향을 보였다. 또한 40 kHz의 초음파를 조사하여 3 cm 이하의 크기로 절단된 볏짚의 SCOD를 증진시킬 수 있는것으로 나타났으며, 온도에 관계없이 150 rpm의 교반속도에서 SCOD 용출량이 가장 높게 나타났다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제27권2호
• /
• pp.321-334
• /
• 2017

Process surveillance within agricultural biogas plants (BGPs) was concurrently studied by high-throughput 16S rRNA gene amplicon sequencing and an optimized quantitative microscopic fingerprinting (QMF) technique. In contrast to 16S rRNA gene amplicons, digitalized microscopy is a rapid and cost-effective method that facilitates enumeration and morphological differentiation of the most significant groups of methanogens regarding their shape and characteristic autofluorescent factor 420. Moreover, the fluorescence signal mirrors cell vitality. In this study, four different BGPs were investigated. The results indicated stable process performance in the mesophilic BGPs and in the thermophilic reactor. Bacterial subcommunity characterization revealed significant differences between the four BGPs. Most remarkably, the genera Defluviitoga and Halocella dominated the thermophilic bacterial subcommunity, whereas members of another taxon, Syntrophaceticus, were found to be abundant in the mesophilic BGP. The domain Archaea was dominated by the genus Methanoculleus in all four BGPs, followed by Methanosaeta in BGP1 and BGP3. In contrast, Methanothermobacter members were highly abundant in the thermophilic BGP4. Furthermore, a high consistency between the sequencing approach and the QMF method was shown, especially for the thermophilic BGP. The differences elucidated that using this biphasic approach for mesophilic BGPs provided novel insights regarding disaggregated single cells of Methanosarcina and Methanosaeta species. Both dominated the archaeal subcommunity and replaced coccoid Methanoculleus members belonging to the same group of Methanomicrobiales that have been frequently observed in similar BGPs. This work demonstrates that combining QMF and 16S rRNA gene amplicon sequencing is a complementary strategy to describe archaeal community structures within biogas processes.

• 대한환경공학회지
• /
• 제32권2호
• /
• pp.131-140
• /
• 2010

도심 내에서 발생하는 음식물쓰레기와 일반 가연성쓰레기인 생활폐기물을 수거 및 집하한 후에 바이오매스로 활용하고 이를 이용하여 생성된 에너지는 주거 및 상업단지 등에 공급하는 폐기물 제로 청정도시를 구상하였다. 바이오매스 순환거점으로는 바이오에너지화 시스템을 연계한 생활폐기물 자동집하시설을 설정하였다. 바이오에너지화 시스템은 바이오가스화, 연료화, 에너지순환공정으로 구성하였다. 음식물쓰레기는 처리하면서 바이오가스화하고, 일반 가연성 쓰레기는 열분해/건조하여 연료화하며, 발생되는 바이오가스와 연료는 에너지 순환공정에서 발전기, 보일러의 연료로 사용되게 하였다. 또한, 가상의 사업 대상지구에서 음식물쓰레기 35 톤/일, 일반 가연성 쓰레기 20 톤/일로 생활폐기물 총 55 톤/일에 대한 처리 및 처분에 있어서 기존도시와 폐기물 제로 청정도시에서의 탄소저감 및 건설비를 비교하였다. 그 결과, 폐기물제로청정도시에서는 기존 도시 대비 연간 탄소배출량이 약 2.7배 저감 가능하고, 폐기물 관련 환경기초시설의 건설비도 기존도시에 비교하여 약 15%절감이 예측되었다.

• 자원리싸이클링
• /
• 제24권2호
• /
• pp.46-54
• /
• 2015

본 연구는 하수처리장에서 발생되는 생슬러지와 잉여슬러지를 대상으로 열적가용화 공정의 적용성을 평가하였다. 열적가용화 효율 및 특성평가는 각 슬러지를 대상으로 $100{\sim}220^{\circ}C$ 온도범위에서 30분간 전처리를 수행한 후 실시되었다. 그 결과, 가용화 온도가 상승함에 따라 $SCOD_{Cr}$, $NH_4{^+}$, VFAs 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 COD 가용화효율 평가 결과, 온도 상승에 비례하는 경향이 나타나 열적가용화에 의해 가수분해 및 산발표 단계를 촉진시킨 것으로 판단된다. BMP (Biochemical Methane Potential) 실험을 통해 생슬러지의 경우 $220^{\circ}C$에서 가장 높은 biogas 생산량을 보여주었으나, 증가율은 5.6%로 열적가용화에 의한 효과가 미미한 것으로 나타났다. 반면 잉여슬러지의 경우 최대 38.8% ( $180^{\circ}C$) 증가하여, 열적가용화 공정은 잉여슬러지에 대한 적용성이 더욱 우수한 것으로 나타났다.

• KSBB Journal
• /
• 제16권4호
• /
• pp.403-408
• /
• 2001

알코홀 증류폐액은 통상적으로 COD 50,000-60,000 ppm, TS 3-8%, SS 2-4%, TN 0.05-0.2% 정도가 포함되어 있어 높은 SS와 TN 함량 때문에 종합폐수로써 생물학적 처리를 하거나 혐기성 소화를 통하여 처리하는 데 문제가 있다. SS의 주성분으로는 미발효 원료 잔류물과 함께 균체, 단백질, 섬유질, 그리고 기타 현탁성 또는 용해성 물질들이 포함된다. 본 연구에서는 알코홀 증류폐액 처리의 한 해결책으로써 0.1 $\mu$m Pore size를 갖는 스테인레스 재질의 분리막을 이용한 pilot scale 정밀여과(microfiltration)를 실시하였다. Decanter로 처리된 증류폐액을 정밀여과 처리한 결과 2.5 bar, 6$0^{\circ}C$ 조건에서 VCR 농축도 10X 정도가지 원활한 permeate flux를 얻으며 24시간 이상 장시간 여과가 가능하였고 feed 중 0.7%였던 SS가 100% 가까이 제거된 permeate를 얻을 수 있었다. SS는 retentate 중에 7%까지 농축 가능하였으며 COD는 25-27% 정도 제거되었다. SS가 2.6%인 decanter를 거치지 않은 증류 원폐액의 경우, VCR 3X 이내의 조건으로 여과할 때 SS를 100% 가까이 그리고 COD는 약 50% 정도 제거 가능하였다. 무방류 시스템으로의 전용을 위하여 정밀여과로 얻어진 permeate와 retentate를 발효배지 사입수으로 재활용하여 알코홀 발효에 미치는 영향을 검토한 결과, 재활용 사입수를 사용하지 않은 경우에 비해 발효 도중 이상 현상이나 발효속도와 알코홀 생산량에 부정적인 영향을 미치는 징후는 발견되지 않았다. 발효에 의한 총 $CO_2$ 발생량과 최종 알코홀 함량은 약간 증가하고 큰 차이를 보이지 않았으나, 발효시간 동안의 $CO_2$ 발생속도는 비교적 빨라져서 $CO_2$ 발생량 450 L/ton에 도달하는 시간은 재활용 사입수를 15% 사용했을 때 83-87%, 30%를 사용했을 때 72-76% 정도 단축되는 효과를 얻었다. 증류폐액을 처리하기 위해 사용되는 기존 decanter를 대체하여 정밀여과 막분리장치를 이용한다면 SS가 완벽하게 제거됨으로써 폐수처리의 부하를 줄이는 한편 부가적인 농축 공정을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 여과 permeate를 발효배지 사입수로 재활용함으로써 발효속도를 증진시킬 수 있으며 용수사용량을 절약할 수 있다.

• 멤브레인
• /
• 제21권4호
• /
• pp.367-376
• /
• 2011

매립지나 유기성폐기물의 혐기성소화에서 발생되는 바이오 메탄가스 혼합물에서 이산화탄소를 제거하고 고농도의 메탄을 연료로 정제하는 기술은 온실가스의 저감과 신재생에너지 개발의 두 가지 장점을 함께 가지고 있다. 고분자 소재를 이용한 분리막기술은 메탄의 분리에 경제적으로 적용될 수 있는 기술이다. 본 연구에서는 이산화탄소/메탄의 선택도가 50, 이산화탄소의 투과도가 3.4 barrer로 알려진 폴리이서설폰[1]을 고분자 소재로 사용하고, 비용매 첨가제로 폴리이서설폰을 잘 팽윤시키는 아세톤의 함량을 달리하여 비대칭 중공사막을 제조하였다. 아세톤의 함량 9 wt%, 방사높이 10 cm, 4 wt% PDMS 코팅을 거친 폴리이서설폰 중공사막은 이산화탄소 투과도 36 GPU 및 이산화탄소/메탄 선택도 46의 우수한 성능을 나타내었다. 최적조건의 비대칭 폴리이서설폰 중공사막을 이용하여 제조된 모듈의 이산화탄소/메탄 순수가스 및 혼합가스 투과특성을 압력, 유입조성의 변화에 따라 관찰하여 분리막 공정을 구성한 결과 10 atm의 압력조건에서 95%의 메탄을 58%의 회수율로 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
• /
• 제27권1호
• /
• pp.77-85
• /
• 2019

바이오가스화는 유기성폐기물을 처리하는 과정에서 발생되는 메탄가스를 포함하는 환경 친화적인 연료를 생산하는 기술이다. 바이오가스화는 유기성폐기물의 해양투기 금지 이후 안정적인 육상처리일 뿐만 아니라 신재생에너지원으로 인정받으면서 세계적인 관심을 받고 있다. 최근에는 생산된 바이오가스를 고품질화하여 도시가스 및 수송용으로 이용하는 추세가 증가하고 있다. 바이오가스화 현장시설에서는 아직도 잦은 고장으로 바이오가스 생산이 저하되고, 또한 생산된 바이오가스를 효과적으로 정제하여 이용하는 것이 미흡한 실정이다. 이 연구에서는 바이오가스 생산 및 이용 시설에서의 문제점들을 파악하고, 최적으로 바이오가스를 도시가스 및 수송용으로 활용 가능하기 위한 가이드라인 및 기술지침을 마련하고자 하였다.

• 유기물자원화
• /
• 제27권2호
• /
• pp.57-66
• /
• 2019

본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 도시가스 및 수송용으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하다. 전국 7개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 평균 66.3 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 $H_2S$ 평균은 949.7 ppm으로 측정되었으며, 고품질화 정제설비 전단 및 후단에서 29.0 ppm과 0.3 ppm으로 나타났다. 메탄 함량은 소화조 후단에서 65.6 %, 고품질화 정제설비 전단 및 후단에서 63.5 %와 97.5 %까지 감소하는 것을 확인하였다.