• Title, Summary, Keyword: 혐기성 소화

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막결합형 혐기성 소화에서 동력학적 인자의 영향

  • 추광호;이정학
    • Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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    • pp.62-63
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    • 1995
  • 혐기성 소화는 고농도의 유기폐수를 최종적으로 메탄으로 전환하여 에너지원을 회수할 수 있는 효율적인 생물학적 폐수처리 공정 중의 하나이다. 그런데 이러한 혐기성 소화 공정에서 가장 큰 장애요인으로 작용하고 있는 요소 중의 하나가 매생물의 침강성 저하로 인한 고액분리의 문제이다. 이로인해 현재 고전적인 중력침강법, 부상법 대신에 분리막을 이용한 막결합형 혐기성 소화 공정이 대두되고 있으며 완전한 고액분리, 반응조내의 고농도 미생물 보유, 양질의 최종 유출수 획득 등 많은 장점들이 제시되고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 시간에 따른 막오염 현상, 분리막 표면에서의 케이크층 형성 등으로 인한 막투과 유속 (flux)의 감소는 분리막의 응용에 있어 경제성을 저하시키는 주요한 부정적 요인으로 지적되고 있다. 그리고 막분리 성능은 분리막의 특성, 유체역학적 조건, 그리고 혐기성 소화 상태 등에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 연구에서는 막결합형 혐기성 소화 공정의 십자흐름 (crossflow) 막분리 공정에서 유체역학적 조건 및 혐기성 소화조의 상태와 관련된 요인들이 어떻게 막투과도 및 배제율 등에 영향을 미치는 지 살펴보고자 한다.

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Night Soil Treatment by Anaerobic Sequencing Batch Reactor (혐기성 연속 회분식 반응조에 의한 분뇨처리)

  • 허준무;박종안
    • Journal of environmental and Sanitary engineering
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    • v.15 no.2
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    • pp.75-84
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    • 2000
  • 운전 온도 $35^{\circ}C$, 평균 유기물부하 $3.1{\;}kgCOD/m^3/day$ 및 수리학적체류시간 10일에서 혐기성 연속회분식공정에 의한 분뇨처리를 수행하였다. 공정의 평가는 대조 소화조로 완전혼합형의 소화조와 병행하여 수행되었다. 본 실험에서 분뇨는 고농도의 암모니아성 질소와 침전성 고형물을 함유하고 있음에도 불구하고 희석 없이 소화가 가능하였다. 혐기성 연속회분식공정에서 고형물은 급속하게 증가하여 완전혼합형의 대조 소화조에 비하여 소화조내 고형물(biomass)의 농도가 2.4배로 증가하였고, 가스발생량에 있어서도 대조 소화조에 비해 현격한 증가를 보였으며 그 증가율은 205~220%에 달했다. 부가적인 침전 시설이 없이도 혐기성 연속회분식공정의 유출수질이 대조 소화조 보다 높게 나타났는데 상징액 기준으로 휘발성고형물 제거율은 혐기성 연속회분식공정이 대조 소화조 보다 12~14% 높았다. 한편, 혐기성 연속회분식공정의 운전인자로 반응/침강비(R/T ratio)를 조사한 결과 R/T비가 1인 경우가 3의 경우보다 가스발생량, 메탄함량 및 유기물 제거율이 약간 높았으나 큰 차이는 없었다. 위의 실험결과들로부터 혐기성 연속회분식공정은 고농도의 암모니아성 질소와 침전성 유기물을 함유하고 있는 분뇨의 처리에 효과적이고 안정적인 공정으로 판단된다.

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A Study of the Improvement in an Anaerobic Digester for Sludge Reduction (슬러지 저감을 위한 혐기성 소화조 개선에 관한 연구)

  • Kim, Hong-Seok;Lee, Tae-Jin
    • Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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    • v.33 no.7
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    • pp.516-522
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    • 2011
  • The largest problem of domestic anaerobic digestion is low digestion efficiency. Reasons of the problem would be low organic matters input, low mixing efficiency in digestion tank, refractory excess sludge etc.. In this study, screw attached disk-type concentration system and a mechanical mixing system, solubilization facility improvements were performed to solve problems. Through these improvements, the sludge conc. of the concentrator increased 2.6-fold and the volume reduction efficiency was increased 3.0-fold. In addition, the dead-space is reduced by mechanical agitation. Anaerobic digester gas production in the digestion tank is increased from $193.8m^3$ to $386.0m^3$ per day. Digestion efficiency is improved to 54.6% from 47.6%. Digestion gas production is increased from $0.30Nm^3/kg$ VS to $0.42Nm^3/kg$ VS.

Treatment of Organic Wastes and Reuse of Bio-energy from the Anaerobic Digestion - Thermophilic Oxic Precess (혐기성 소화-고온 호기법에 의한 유기성폐기물의 처리와 생성열의 재활용 검토)

  • Yang, Jae-Kyung;Choi, Kyung-Min
    • Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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    • v.9 no.1
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    • pp.79-89
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    • 2001
  • Anaerobic Digestion - Thermophilic Oxic Process(ADTOP) has been known to be one way reducing and composting of organic wastes without draining or forming excess sludge. It could be completely performed by the evaporation of water using the bio-energy from the microbial degradation of organic. In the present study the complete treatment of Chinese restaurant wastes was conducted and utility of bio-energy produced from the ADTOP was estimated. Base on results, it could be concluded as follows; 1) chinese restaurant wastes could be completely treated using the TOP without draining or excess sludge. Maximum volumetric loading rate was determined as $55.0kg-garbage/m^3$. Input water was almostly evaporated and 90.5% of carboneous organic wastes was conversed to carbondioxide. 2)The optimum volumetric loading rate which is acceptable to maintain over $55^{\circ}C$ in the anaerobic digester was determined as $45kg-garbage/m^3{\cdot}d$. 3) The optimum HRT was at least over 10 days in order to maintain about $50^{\circ}C$ in the anaerobic digester using bio-energy produced from TOP. Therefore the utilization of bio-energy produced from TOP could be used in the process which had long HRT such as the anaerobic digestion. 4) The efficiency of anaerobic digester rate were over 90% by the ADTOP under the organic loading rate of $1.1kg-COD/m^3{\cdot}d$, 50kg-Chinese restaurant garbage and $250{\ell}/m^3{\cdot}min$ of the aeration rate.

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Pretreatment of Waste-activated Sludge for Enhancement of Methane Production (메탄발효 효율향상을 위한 하.폐수 슬러지의 전처리 기술)

  • NamKung, Kyu-Cheol;Jeon, Che-Ok
    • Microbiology and Biotechnology Letters
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    • v.38 no.4
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    • pp.362-372
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    • 2010
  • Although different disposal routes of waste-activated sludge are possible, anaerobic digestion plays an important role for its abilities to further transform organic matter into methane. The potential of using methane as energy source has long been widely recognised and the present paper extensively reviews the principles of anaerobic digestion, the process parameters and hydrolysis. Hydrolysis is recognised as rate-limiting step in the complex digestion process. To accelerate the digestion and enhance the production of biogas, various pre-treatments can be used to improve the rate-limiting hydrolysis. These treatments include mechanical, thermal, chemical and biological interventions to the feedstock. All pre-treatments result in a lysis or disintegration of sludge cells, thus releasing and solubilizing intracellular material into the water phase and transforming refractory organic material into biodegradable species. The reader will finally be guided to extensive discussion for anaerobic digestion processes.

Thermophilic Anaerobic Digestion of Animal Carcasses (동물 사체의 고온 혐기성 소화)

  • Kim, Sang-Hyoun;Sung, Shi-Hwu
    • Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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    • v.16 no.1
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    • pp.31-38
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    • 2008
  • Animal carcasses have always been and continue to be a major burden in animal production. The main aim of this study is to evaluate the feasibility of thermophilic anaerobic digestion for animal carcasses. A batch test using ground meat and organ as the model substrate showed that animal carcasses arehighly biodegradable at thermophilic anaerobic condition. The volatile solids (VS) destruction and $CH_4$ yieldranged from 52.7 to 58.5% and from 220 to 243 mL/g VS, respectively, at initial substrate VS in the range of 1.5~7.7%. However, high ammonia concentration inhibited continuous operation at substrate VS above 2.5%. As ammonia is formed during the degradation of proteineous organic materials, the major constituent of animal carcasses, the only way to reduce the ammonia concentration would be dilution. Co-digestion with other waste stream without high nitrogen content is recommended as an economically feasible approach for thermophilic digestion of animal carcass.

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A Study on the Inhibition of Anaerobic Digestion for Alcohol Distillery Wastes (주정폐수 혐기성 소화의 저해작용에 관한 연구)

  • Chang, In-Soung;Kim, Jae-Shin;Lee, Chung-Hak;Park, Kap-Song
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.4 no.3
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    • pp.576-582
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    • 1993
  • In order to investigate the inhibition of anaerobic digestion with alcohol-distillery wastes, batch anaerobic digestion experiments were conducted. Both naked-barley based and rice based alcohol-distillery wastes were separated into soluble organic fractions and suspended solids fraction using diafiltration with ceramic membranes. Each fraction of retentates and permeates, and the raw alcohol-distillery wastes were used as feeds for the anaerobic digestion study. The suspended solids fraction from the naked-barley stillages had produced much more propionic acid than the soluble organic fractions or raw alcohol-distillery wastes. The inhibition of anaerobic digestion for naked-barley alcohol-distillery wastes may be due to the higher productions of propionic acid with solids fraction of the wastes.

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Comparison of Anaerobic Digestion for food wastewater and food waste by HADS Pilot Plant (HADS Pilot Plant를 이용한 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 비교)

  • Ju, Donghun;Lee, Jungmin;Park, Seongbum;Sung, Hyunje
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • pp.245-245
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    • 2010
  • 우리나라 생활폐기물 중 음식물쓰레기는 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 음식물쓰레기에서 발생되는 음폐수의 발생량은 8,926톤/일에 달하고 있지만, 이 중 극히 일부만이 하수처리장 등에서 병합 처리되고 있고 대부분은 해양 투기되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 독일 GBU사로부터 중온/습식/이상 혐기성 소화 기술을 도입하여 HADS Pilot Plant를 설치하였고, 2008년 3월부터 국내 음폐수 및 음식물쓰레기에 적합한 최적의 운전기술을 확보하기 위한 Pilot Test를 실시하였다. 본 실험에 사용된 HADS Pilot Plant는 산발효조($6m^3$), 메탄발효조($50m^3$), 안정화조/가스저장조($40m^3$)그리고 가스 소각기로 구성되어 있다. 그리고 적용 음폐수 및 음식물쓰레기는 경기도 Y군에 위치한 사료화 시설에 반입되는 것을 이용하였는데 음폐수는 평균 TS 13.5%, VS 80%, pH $3.7{\pm}0.2$의 성상을 나타내었다. 이를 이용해 계단식으로 유기물 부하를 증가시키면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하며 중온 상태에서 혐기성 소화를 실시한 결과, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 음식물쓰레기는 음폐수와 달리 1차 파쇄/선별기 및 배관상에 설치되는 2차 미세파쇄/선별기를 통한 전처리를 실시하였고, 1차 파쇄/선별 후 평균적으로 TS가 17.4%, VS는 81%, pH는 $3.85{\pm}0.2$의 성상을 나타내는 음식물쓰레기를 2차 미세파쇄/선별기를 거쳐 Pilot Plant의 산발효조에 투입하여 중온상태에서 혐기성 소화를 실시하였다. 음폐수 적용시와 마찬가지로 계단식으로 유기물 부하를 증량하면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하여 운전하였고, 그 결과 약 $0.9{\sim}1.2Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수와 85~87%의 VS 감량 효율을 확인하였다. 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 실험 결과, 제거된 VS량을 기준으로 보았을 때, 음식물쓰레기에서 더 많은 바이오가스 발생하였는데 이는 음식물쓰레기에 존재하는 고형물이 미생물들의 서식 공간으로 활용됨에 따라 혐기성 소화 과정에서 일어나는 혼합 발효 및 공영양 대사가 음폐수 대비 좀 더 수월하게 일어날 수 있게 된 데에 따른 결과라고 생각된다. 당사의 HADS Pilot Plant test에서는 계단식의 순차적인 유기물 부하 증량과 총VFA/총 알카리도 비율을 0.3~0.4 수준이하로 유지하며 운전함에 따라 음폐수와 음식물 모두에서 안정적으로 $4kgVS/m^3/d$까지의 유기물 부하 적용이 가능하였다. 또한, 생산된 바이오가스 내 메탄의 함량은 60~65%를 유지하였으며, 메탄발효조의 pH는 별도의 조절이 없이도 운전기간 동안 평균 7.8~7.9 수준을 유지하였다. 이처럼 pH 3.7~3.8의 음폐수 또는 음식물쓰레기의 투입에도 안정적인 완충능력을 보여준 것은 소화조 내에서 기질로부터 분해되어져 나오는 암모니아와 이산화탄소가 강력한 버퍼 시스템을 구축하고 있음에 따른 결과로 사료된다. 그리고 음폐수와 음식물쓰레기의 경우 모두 85%이상의 높은 VS 제거율을 보여주었는데 이는 당사의 HADS Pilot Plant 소화조의 구조가 내통과 외통으로 구분되어져 있음에 따라 plug flow + CSTR의 특징을 가짐에 따른 결과로 판단된다. 상기한 결과를 바탕으로 향후에는 $5kgVS/m^3/d$ 수준의 유기물 부하 적용운전도 계획하고 있다.

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Carbon Monoxide Consumption in Digestate and its Potential Applications (혐기성 소화액에서 일산화탄소 소비특성 분석과 그 활용 방안)

  • Hong, Seong-Gu
    • Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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    • v.51 no.2
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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.

막결합형 혐기성 소화에서 무기분리막과 유기분리막의 막오염 특성 비교

  • 강인중;윤성훈;이정학
    • Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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    • pp.51-51
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    • 1995
  • 혐기성 미생물의 특징은 성장 속도가 느리고 침강성이 좋지 않다는 점이다. 이 문제의 한 해결책인 막결합형 혐기성 소화는 고액분리를 완전하게 수행함으로써 미생물의 유출을 방지하여 반응조 내부에 미생물을 고농도로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 에너지의 회수와 설비 면적의 축소 등 많은 장점이 있다. 이 막결합형 혐기성 소화의 경제성은 사용된 분리막의 투과 속도에 의해 크게 좌우된다. 분리막의 투과 속도에 영향을 미치는 인자로는 미생물 및 유입수를 비롯한 반응조 내부의 상태, 막모듈 압력 온도 막면유속 등의 운전 조건이 있다. 또한 사용되는 분리막 자체의 재질도 투과 유속에 큰 영향을 미친다. 본 연구의 목적은 관형의 지르코니아 스킨층과 탄소 소재 지지층으로 이루어진 복합 재료 분리막과 폴리프로필렌 분리막을 이용하여 막재질에 따른 막오염 특성을 비교 분석하고 효과적인 투과율 회복 방법을 확립하는 것이다.

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