• 유기물자원화
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• 제12권4호
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• pp.121-129
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• 2004

혐기성 소화공정은 하수슬러지의 안정화와 VS 감소 및 바이오가스 생산의 장점으로 인해 가장 일반적인 하수슬러지 처리공정이다. 혐기성 소화공정에서 하수슬러지의 분해속도가 느리기 때문에 가수분해 속도를 향상시키기 위한 많은 전처리 방법들이 연구되어져 왔다. 본 연구에서는 주로 초음파의 음향강도와 조사시간에 따른 하수슬러지의 초음파 분해에 대한 영향을 검토하였다. 본 연구에서는 주로 초음파의 음향강도와 조사시간에 따른 하수슬러지의 초음파 분해에 대한 영향을 검토하였다. 실험은 초음파의 발진주파수를 40kHz로 하여 초음파 조사밀도를 각각 33W/L, 70W/L, 88W/L 및 139W/L로 변화시켜 조사하였고, 초음파 조사시간을 각각 10분, 20분, 25분, 30분, 그리고 40분으로 변화시켜 잉여슬러지와 혼합슬러지의 분해 정도를 평가하였다. 잉여슬러지와 혼합슬러지 분해에 대한 $SCOD_{Cr}/TCOD_{Cr}$비의 변화 비교에서 초음파 발진주파수가 40kHz일 때 초음파의 음향밀도가 증가할수록 그리고 조사시간이 길어질수록 $SCOD_{Cr}/TCOD_{Cr}$의 비가 증가함을 보였다. 초음파 전처리 후에 잉여슬러지와 혼합슬러지의 pH는 발진주파수 40kHz에서 음향밀도가 증가할수록 그리고 조사시간이 길어질수록 감소하였다.

• 한국환경보건학회지
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• 제21권4호
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• pp.1-9
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• 1995

This study was carried to investigate the biodegradability of phenol in the wastewater with the two sludge blanket-packed bed reactor in series. Each reactor had a dimension of 0.09 m i.d. and 1.5 m height and consisted of two regions. The lower region was a sludge blanket of 0.5 m height and the upper region was a packed-bed of 1 m height. The packed bed region was charged with ceramic raschig rings of 10 mm i.d., 15 mm o.d. and 20 mm length. The reactors were operated at 35$\circ$C and the hydraulic retention time(HRT) was maintained 24 hours. The synthetic wastewater composed of glucose and phenol as major components was fed into the reactor in a continuous mode with incereasing phenol concentration. In addition, the nutrient trace metals($Na^+, Mg^{2+}, Ca^{2+}, PO_4^{3-}, NH_4^+, Co^{2+}, Fe^{2+}$ etc.) were added for growing anaerobes. The phenol concentration of the effluent, the overall gas production, the composition of product gas, the efficiency of COD reduction and the duration of acclimation period were measured to determine the performance of the anaerobic wastewater treatment system as the phenol concentration of the influent was increased from 600 to 2400 mg//l. Successfully stable biodegradation of phenol could be achieved with the anaerobic treatment system from 600 to 1, 800 mg/l of the influent phenol concentration. The upper level of influent phenol loading was high enough to meet most of the practical requirement. The duration of acclimation increased with the phenol loading. At steady state of the influent phenol concentration of 1800 mg/l, the treatment performance indicated the phenol reduction efficiency of 99%, the COD reduction efficiency of 99% and the gas production rate of 37 l/day. At the influent phenol concentration of 2400 mg/l, however, the operation of the treatment system was noted unstable. While the concentration of methane in biogas decreased with increasing the influent phenol loading, the carbon dioxide was increased. However, the concentration of hydrogen was varied negligibly. The concentration of methane was high enough to be used as a fuel. As a result, it is suggested that anaerobic phenol wastewater treament was economical in the sense of energy recovery and wastewater treatment.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.401-407
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• 2005

본 연구는 C. beijerinckii KCTC 1785의 배양배지(RCM)에서 수소생산을 위한 최적화 조건을 탐색하고 수소생산을 위한 배지성분을 최적화하였다. 수소생산을 위한 최적 초기 pH와 발효온도는 각각 7.0과 $35^{\circ}C$이었고, 교반은 수소생산을 가속화 시켰다. C. beijerinckii KCTC 1785는 6%(w/v)의 glucose 농도까지 성장할 수 있지만 4%의 glucose 농도에서 가장 많은 수소를 생산하였으며, 이 때 바이오가스 중 수소 함량은 37%(v/v)이었다. 그러나 배지내 잔여 glucose 양을 고려할 때 수소생산을 위한 최적 glucose 농도는 1%이었다. 발효가 진행되는 동안 수소가 생산됨과 동시에 acetic acid와 butyric acid가 동시에 생성되었으며, acetic acid와 butyric acid가 각각 5,000 mg/L과 3,000 mg/L 이상의 농도에서 수소생산을 저해하였다. 또한 발효조의 pH를 5.5로 계속 유지하였을 경우 15시간 동안 0.5% glucose로부터 1,728 mL의 수소를 생산하였으며 이 때 수소의 생산수율은 1.23 mol $H_2/mol$ glucose이었다. C. beijerinckii KCTC 1785의 성장에 있어서 yeast extract 또는 tryptose는 반드시 필요한 배지의 성분이었다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제27권3호
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• pp.439-446
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• 2014

Many studies on methane ($CH_4$) and nitrous oxide ($N_2O$) emissions from livestock industries have revealed that livestock production directly contributes to greenhouse gas (GHG) emissions through enteric fermentation and manure management, which causes negative impacts on animal environment sustainability. In the present study, three essential values for GHG emission were measured; i.e., i) maximum $CH_4$ producing capacity at mesophilic temperature ($37^{\circ}C$) from anaerobically stored manure in livestock category ($B_{0,KM}$, Korean livestock manure for $B_0$), ii) $EF_{3(s)}$ value representing an emission factor for direct $N_2O$ emissions from manure management system S in the country, kg $N_2O-N$ kg $N^{-1}$, at mesophilic ($37^{\circ}C$) and thermophilic ($55^{\circ}C$) temperatures, and iii) $N_{ex(T)}$ emissions showing annual N excretion for livestock category T, kg N $animal^{-1}$ $yr^{-1}$, from different livestock manure. Static incubation with and without aeration was performed to obtain the $N_2O$ and $CH_4$ emissions from each sample, respectively. Chemical compositions of pre- and post- incubated manure were analyzed. Contents of total solids (% TS) and volatile solid (% VS), and the ratio of carbon to nitrogen (C/N) decrease significantly in all the samples by C-containing biogas generation, whereas moisture content (%) and pH increased after incubation. A big difference of total nitrogen content was not observed in pre- and post-incubation during $CH_4$ and $N_2O$ emissions. $CH_4$ emissions (g $CH_4$ kg VS-1) from all the three manures (sows, layers and Korean cattle) were different and high C/N ratio resulted in high $CH_4$ emission. Similarly, $N_2O$ emission was found to be affected by % VS, pH, and temperature. The $B_{0,KM}$ values for sows, layers, and Korean cattle obtained at $37^{\circ}C$ are 0.0579, 0.0006, and 0.0828 $m^3$ $CH_4$ kg $VS^{-1}$, respectively, which are much less than the default values in IPCC guideline (GL) except the value from Korean cattle. For sows and Korean cattle, $N_{ex(T)}$ values of 7.67 and 28.19 kg N $yr^{-1}$, respectively, are 2.5 fold less than those values in IPCC GL as well. However, $N_{ex(T)}$ value of layers 0.63 kg N $yr^{-1}$ is very similar to the default value of 0.6 kg N $yr^{-1}$ in IPCC GLs for National greenhouse gas inventories for countries such as South Korea/Asia. The $EF_{3(s)}$ value obtained at $37^{\circ}C$ and $55^{\circ}C$ were found to be far less than the default value.

• 유기물자원화
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• 제21권4호
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• pp.62-71
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• 2013

본 연구는 돼지분뇨 슬러리를 이용하여 혐기소화 하는 과정에서 소화원료 중에 포함된 고형물의 크기를 감소시키는 전 처리 기술의 적용에 따른 메탄생성 효율을 분석하기 위하여 수행되었다. 소화원료의 입자 크기 감소는 혐기소화 과정에서의 가수분해 정도를 높여서 혐기소화 효율을 증진시킨다. 본 시험에서 적용한 전 처리 방법으로는 오존을 이용한 방법, 캐비테이션을 이용한 방법 그리고 분쇄장치를 이용하여 물리적으로 고형물 크기를 줄이는 방법 등을 적용했다. 전 처리 방법에 따른 메탄가스 발생량은 분쇄 방법, 오존 적용, 캐비테이션 적용 방법 순으로 높게 나타났으며, 두 가지의 전 처리 방법을 병합하여 적용하는 복합공정으로 처리하였을 경우에는 분쇄 처리 후 오존 처리, 캐비테이션 처리 후 오존 처리, 분쇄 처리 후 캐비테이션 처리를 적용하는 순으로 전 처리효과가 높게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리를 두 가지 조합의 병합 공정으로 처리하였을 경우 단독 공정에 비해 메탄 발생량이 약 20% 이상 증가하였다. 평균 메탄함량 역시 분쇄 처리 후 오존 처리를 병합한 처리구에서 높게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리를 소화원료로 이용하여 시험용 소화조 운영하였을 때 가스 발생량 평균값과 메탄의 평균농도는 전 처리를 하지 않은 경우에는 각각 298.8L와 55.7%인 반면에 전 처리를 실시한 시험구에서는 각각 325.9L와 59.7% 수준을 나타냄으로써 돼지분뇨 슬러리의 경우에서도 전 처리의 효과가 있는 것으로 나타났다. 전 처리를 하였을 경우가 처리하지 않은 구에 비해 바이오가스 중의 메탄함량은 높고 CO2 함량은 상대적으로 더 낮게 나타났다. 돼지분뇨 슬러리에 대해 전 처리를 수행하였을 경우가 전 처리를 하지 않은 경우에 비해 유입 VS당 가스발생량도 더 많았다.

• 멤브레인
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• 제24권3호
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• pp.223-230
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• 2014

바이오가스로부터 폴리설폰 분리막을 이용한 메탄 농축 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 향류 흐름 분리막 공정의 지배 방정식을 유도하고 무차원화 한 후 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어을 이용하여 공정모사하였다. 공급 기체의 메탄 몰분율이 0.5인 경우 주어진 전형적 운전조건 상태에서 분리막 길이에 따른 잔류 측의 메탄 몰분율은 시점에서 종점으로 이동하면서 0.5에서 0.8로 증가하였으며 공급유량 대비 잔류유량 비율은 1.0에서 0.57으로 감소하였다. 공급 메탄 몰분율을 0.9로 변화시킨 경우 잔류 측의 최종 메탄 몰분율은 0.93으로, 공급대비 잔류유량은 0.91로 증가하였다. 공급 측 압력이 증가하여 투과 측 압력 대 공급 측 압력 비 값이 0.33에서 0.17로 변경될 경우 단 수율이 0.1과 같이 낮은 영역에서는 잔류 측 메탄 농도 변화가 거의 없는 반면, 단 수율이 0.3과 같이 높은 영역에서는 증가함을 확인할 수 있었다. 분리막 면적이 $1.14m^2$에서 $2.57m^2$로 증가되면 단 수율의 변화에도 불구하고 잔류 측 메탄 농도가 비교적 높게 유지됨을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.431-437
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• 2005

1. 고온 CSTR은 비교적 짧은 start-up 기간과 높은 $H_2$ 수율을 나타내었다. $H_2$ 생산속도와 $H_2$ 수율의 안정화를 근거로 판단컨대 start-up 기간은 30일 이내이었으며, 최고 $H_2$ 수율은 2.4 mol $H_2/mol$ glucose이었다. 2. 비교적 긴 HRT와 침전조를 이용한 biomass의 재순환에도 불구하고, 유입 포도당의 농도가 낮아 biomass 농도는 다른 중온 반응기에서 보고된 것에 비해 낮은 편이었다. 3. 운전 초기에 $CH_4$이 발생하였으나 8일 이후부터는 pH를 1.0 이하로 유지하였더니 14일 이후로는 거의 검출되지 않는 것으로 봐서 메탄생성균이 식종균에 남아 있더라도 반응기 운전조건을 통해 $CH_4$ 발생을 억제할 수 있었다. 4. 식종 미생물과 반응기로부터 취한 시료의 DGGE band 패튼이 다른 것으로 보아 고온 CSTR 조건에서 식종된 미생물 군집의 조성이 변화하였음을 알 수 있었다. 5. DGGE 분석결과 초기 43일간의 운전기간 동안에 관찰된 미생물 군집조성은 동적인 변화를 나타내었다. 약 14일부터는 biogas 조성이 거의 일정하였으나 미생물 군집은 동적 변화를 나타내었다. F. gondwanens와 T. Thermoanaerobacterium과 계통발생학적으로 가장 연관이 있는 개체군들이 운전 21일과 41일째에 각각 우점으로 나타났다. 6. 본 연구에서 식종 슬러지를 열처리하는데 사용한 조건은 메탄생성균을 완전히 제거하는데 불충분하다는 것은 운전 초기에 $CH_4$이 biogas에서 검출되었고, 식종 슬러지와 반응기로부터 취한 시료에서 메탄생성균이 가지는 mcrA 유전자가 PCR로 증폭되었으므로 알 수 있었다. 7. 메탄생성균의 주요 목에 특이적인 primers를 사용하여 PCR을 실시한 결과 식종슬러지에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanosarcinales와 Methanomicrobiales 목에 속하였으며, $CH_4$이 발생했던 때의 반응기에 있는 메탄생성균들은 주로 Methanobacteriales 목에 해당되는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제21권2호
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• pp.63-70
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• 2013

현장 실규모의 다단공정으로 ATAD, EGSB 및 SBR을 조합한 HMUS 공정을 이용하여 돼지 축분 처리가능성을 시험하였다. 실험결과 고농도 유기물, 질소와 인의 제거에 효과적이었다. 각 오염항목의 시스템 공정별 처리효율이 ATAD 공정에서는 CODcr이 43.3%로 제일 높게 나타났다. 다음 단계인 응집침전 공정에서는 TS의 제거효율이 96.5%로 가장 높게 나타났다. 운전조건 중 OLR은 3-6Kg $COD/m^3{\cdot}day$ 및 선속도는 1.5-4 m/h의 범위일 때 평균 CODcr 제거 효율은 HRT 3일에서 가장 높게 나타났다. 유입수의 성상이 영향을 미치는 고온호기성 산화반응은 TS가 50,000 mg/L 이상 되어야 고온발열효과를 얻어 병원균을 사멸할 수 있는 온도를 얻었다. EGSB 공정을 거치는 동안 유기물제거량 당 발생된 가스발생량은 $2.3{\sim}8.5m^3/kgTS{\cdot}d$ (평균 $5.2m^3/kgTS{\cdot}d$)로 나타났다. 후처리단계인 간헐포기공정에서 전체운전기간 중 평균제거효율은 CODcr 71.7%, TS 64.1%, TN 45.9%, 및 TP 50.4% 로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제25권2호
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• pp.91-100
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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. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 저농도 유기물을 함유하는 가축분뇨의 원료적인 한계점으로 인하여 최근 신규 혐기소화시설 설치 없이 기존시설을 활용하는 병합처리 바이오가스화에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이다. 따라서 현재 운영 중인 바이오가스화 13개소를 대상으로 공정별 특징 및 문제점을 분석하고 혐기소화조 현장 시료의 계절별 정밀모니터링을 실시하여 바이오가스화 공정 흐름에 따른 설계 운영 가이드라인을 제시하였다. 현장조사 수행 결과, 반입 공급 공정에서 계절별 유입물의 총고형물 농도 편차, 농가 종류에 따른 유입물 성상의 비균일성 등이 바이오가스 생산 이용 공정에서는 바이오가스의 적정 제습, 황화수소 전처리 등이 주요 문제점으로 조사되었다. 특히 가축분뇨 단독 및 병합처리 바이오가스화 시설은 최종 혐기소화 유출액이 액비화 공정을 거치므로 수요처로의 공급 및 액비저장조의 적정규모 산정이 선제되어야 한다.

• 청정기술
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• 제17권4호
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• pp.389-394
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• 2011

바이오가스로부터 이산화탄소와 질소를 제거하기 위한 흡착공정은 많이 논의되고 있다. 특히 흡착공정 중에서 압력변동흡착(Pressure swing adsorption)공정은 에너지소모가 적고 가격이 경제적이기 때문에 기체의 분리와 정제를 위한 공정으로 적절하다. 물리적 흡착을 사용하는 PSA공정은 흡착과 탈착이 가능하다. 각 cycle단계의 구성은 가압, 주입 및 흡착, 압력 균등화, 감압 및 세정으로 이루어져있다. 본 실험에서 PSA공정은 이산화탄소와 질소를 제거하기 위한 흡착제로 zeolite 13X와 carbon molecular sieve (CMS)로 구성되어 있으며, 혼합 가스의 농도는 $CH_4/CO_2/N_2$ (75:21:4 vol%)의 비율을 갖고 있다. 각각 zeolite 13X와 CMS는 선택적으로 혼합가스로부터 질소와 이산화탄소를 흡착하여 분리하고 제거한다. 또한 CMS의 경우는 빠르게 분산되는 이산화탄소의 처리량이 높다. 상부탱크, 하부탱크, 주입탱크의 가스 조성은 TCD 검출기를 이용하는 gas chromatography (GC)에 의해서 측정되었다.