• 유기물자원화
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• 제26권4호
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• pp.53-61
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• 2018

혐기성소화(AD)는 폐활성슬러지의 유기물함량을 바이오가스로 전환할 수 있는 가장 널리 이용되는 공정 중 하나이다. 그러나 현재 전통적인 혐기성소화에 의한 실제 메탄수율은 이론적인 최대 메탄수율에 미치지 못하기 때문에 메탄수율을 높일 수 있는 방안의 지속적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐활성슬러지로부터 메탄수율을 높이기 위해 생물전기화학 혐기성소화조를 이용하여 혐기성소화슬러지와 생슬러지의 혼합비율(3:7, 5:5)에 따른 메탄수율 및 유기물제거 효율에 미치는 영향에 관하였다. 그 결과 생물전기화학 혐기성소화 슬러지의 혼합비가 3:7과 비교하여 5:5일 때 가장 높은 메탄수율 294.2 mL $CH_4/L$(0.63배 증가)과 52.5%(7.5% 증가)로 유기물제거효율을 가지는 것으로 나타났으며 pH, 알칼리도와 VFAs의 농도도 안정적으로 유지되었다. 이러한 결과는 혐기성소화 슬러지의 혼합비의 증가는 생물전기화학 혐기성소화조의 안정적인 성능유지를 위해 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.127-127
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• 2017

우리나라 음식물 폐기물은 수분함량 및 유기물 함량이 높기 때문에 부패와 악취, 침출수의 원인이 된다. 하지만 이를 혐기 소화 처리한다면 구성성분에 따라 60-80%가 생분해되어(한국유기성폐자원학회, 2001) 친환경적으로 처리가능하고, 혐기소화 결과물로 발생한 메탄가스를 대체에너지로 사용할 수 있어 유기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 유기성 폐기물은 계절 및 지역에 따라 구성성분의 비가 다르며, 성분 중 지방 함량이 많을 때 바이오가스 생산이 지연되어 생산효율 감소의 주된 원인이 된다(Kafle and Kim, 2013). 전국음식물 폐기물 중 지방함량이 높은 어육류의 발생량은 3차 조사(환경부, 2008)에 비해 2배 이상 증가하였고, 향후 음식 섭취의 서구화로 인한 육류 소비가 증가할 것으로 예상된다(환경부, 2013). 따라서 본 연구는 지방함량이 높은 유기물의 효율적 처리를 위해 지방산 종류에 따라 포화 불포화 지방산을 포함하는 부산물의 혐기소화 능력 및 바이오가스 생산 성능을 구명하는데 목적이 있다. 본 연구 결과, 불포화 지방산 함량이 높은 수준인 부산물의 바이오가스는 629.96-749.14 mL/g VS 이며, 포화 지방산 함량이 높은 수준의 부산물은 560.18-715.43 mL/g VS 였다. 불포화 지방산 함량이 25.31%-46.26%로 많아질수록 초기 순응기간은 13일에서 25일로 증가하였고, 총 바이오가스 생산량의 90%가 생산되는 기간인 T90은 57일에서 72일로 증가하여 바이오가스 생산 속도가 감소한 것으로 판단된다. 포화 지방산은 함량이 24.10-48.74%로 증가할수록 초기 순응기간의 변화는 없었고, T90은 69일에서 62일로 감소하였다. 또한 불포화 지방산이 많은 유기물은 모두 바이오가스 생산 과정에서 2단계의 지연현상을 보였지만, 포화지방산은 함량이 증가하여도 1단계의 지연현상을 보였다. 이러한 차이는 두 지방산에 관여하는 미생물의 차이(Diana, 2007)와 불포화 지방산의 굴곡된 형태가 지방산과 미생물이 상호 작용 방식에 악영향 미치기 때문으로 판단된다(Diana, 2013). 결론적으로, 두 지방산의 소화 방식은 차이가 있으며, 불포화 지방산 함량이 많은 유기물은 탄수화물 함량이 많은 유기물을 10% 이상 혼합하여 지연상을 감소시킬수 있다(Kim, 2017). 포화 지방산 함량이 많은 유기물은 초기 지연 현상 해결을 위한 연구가 추가적으로 요구된다.

• 유기물자원화
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• 제27권1호
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• pp.77-85
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• 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
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• 제28권1호
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• pp.65-72
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• 2020

본 연구는 초기 식종슬러지 종류별 CO₂의 생물학적 바이오메탄 생산 적용 가능성을 비교를 위해 국내 혐기성 소화조로부터 획득한 식종미생물을 종류에 따라 Specific methanogenic activity (SMA) test를 수행한 결과이다. 36일간의 실험 결과 CH₄ yield는 2,434-2,051mL CH₄/g COD의 범위를 얻었고 생산된 가스 내 CH₄ 분압은 맥주공장과 음식물류 폐기물 식종슬러지에서 가장 높은 89.3-91.9% CH₄ 분포를 보인 반면 하수슬러지 식종슬러지로부터 가장 낮은 효율을 나타냈다. 반응조의 CH₄ production rate/CO₂ consumption rate 비교를 통해 CH₄전환 속도 및 CO₂소비율의 간접적 물질 수지 비교가 가능했으며 SMA test 실험 기간 중 반응조 내 아세트산의 농도의 검출이 확인되었다. 이는 식종슬러지 내부의 잔류 유기물들의 분해, 식종미생물의 사멸 및 이들의 분해, Homoacetogenic bacteria의 활성에 의해 반응조 내 Metabolic pathway가 부분적으로 Hydrogenotrophic methanogenesis 단계에서 Acetoclasctic methanogenesis로의 변환됨에 따른 결과로 사료된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제43권3호
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• pp.356-362
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• 2010

본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 폐기물계 바이오매스 중 가축분뇨, 하수, 음식물 슬러지와 도축장에서 발생하는 소 반추위 잔재물을 실험에 공시하고 각 폐자원별 메탄생산퍼텐셜을 측정하였다. 또한 기존 연구자들이 메탄생산퍼텐셜을 측정 자료로부터 최대메탄생산량을 추정하는데 이용한 Modified Gompertz model과 Exponential model을 이용하여 최대메탄생산량을 추정에 있어 모델별 적용성을 비교 검토하고자 하였다. 하수, 가축분뇨, 음식물 슬러지 및 반추위 잔재물에서 TS 함량은 각각 18.1, 23.7, 13.6, 14.8%이었으며, VS 함량은 14.3, 18.9, 11.9, 12.5%이었다. 유기성 폐자원별로 혐기배양 전후 pH는 7.93~8.32의 범위에서 7.09~7.25로 약간 낮아졌으며, 배양기간 중 VS 분해율은 37.8, 8.3, 12.5, 56.4%이었다. Modified Gompertz model을 이용하여 구한 단위메탄생산량은 하수, 가축분뇨, 음식물, 반추위 잔재물에서 각각 0.086, 0.147, 0.146, 0.121 L $CH_{4}\;g^{-1}\;VS_{added}$이었으며, Exponential model을 이용하여 구한 단위메탄생산량은 하수, 가축분뇨, 반추위 잔재물에서 0.109, 0.246, 0.174 L $CH_{4}\;g^{-1}\;VS_{added}$로 Modified Gompertz model을 이용하여 추정한 단위메탄생산량과 비교하여 26.7 ~67.3% 정도 높게 추산되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권12호
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• pp.840-846
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• 2012

현재 이산화탄소에 의한 지구기후변화는 세계적으로 논의되고 있다. 화석연료를 대신할 수 있는 청정 연료를 찾고 있다. 에너지 생산을 위한 지속가능한 바이오가스 사용은 이산화탄소 배출에 기여하지 않아 온난화가스를 줄이는데 높은 잠재력을 가지고 있다. 모사 바이오가스(메탄 : 이산화탄소 = 60% : 40%)를 이용한 높은 수소 합성가스 생산을 위한 촉매 수증기 개질연구를 하였다. 표면연소의 3D 적외선 매트릭스 버너에 바이오가스를 적용하였다. 개질기에는 Ru 촉매를 이용하였다. 변수별 연구로 수증기/탄소 비, 바이오가스 성분비, 공간속도, 개질기 온도를 진행하였다. 수증기/탄소 비, 바이오가스 성분비, 공간속도, 개질기 온도가 각각 3.25, 60% : 40%, $14.7L/g{\cdot}hr$, $550^{\circ}C$일 때, 수소 농도, 메탄 전환율이 최대값을 나타내었다. 위 조건에서 수소 수율, 수소/일산화탄소 비, 일산화탄소 선택도, 에너지 효율은 0.65, 2.14, 0.59, 51.29%를 나타내었다.

• 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.

• 한국환경농학회지
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• 제30권1호
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• pp.31-36
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• 2011

축산농가에서 발생되는 돈분 슬러리의 처리 능력을 평가하기 위하여 Full-scale의 단상 혐기성 소화조에서 중온소화와 고형물 체류시간을 20일로 하여 연속식으로 운전하면서 성능평가 및 특성연구를 실시하였다. 운전기간 중 알칼리도는 약 4,000 mg/L(3,500~9,000 mg/L as $CaCO_3$)이였고, 소화조내의 pH는 7.5~8.0 범위로 약간 높은 경향이었으나 pH는 안정적이었다. 바이오가스의 발생량은 OLR 1.2 $g{\cdot}COD/L{\cdot}day$에서 0.69 L/L/day의 바이오가스를 생산하였고, 제거된 COD를 바탕으로 계산된 메탄가스 발생량은 63% 수준이였다. 생산된 바이오가스 중 메탄가스 함량은 65~70%이었고, CO2는 약 30% 전후였으며, 열병합 발전을 실시하였을 때 총전력요구량의 50~75% 수준을 공급하였다. 또한 발전기 부하가 5~9 kW시 평균 1 kWh의 전력을 생산하기 위한 바이오가스 소모량은 약 1.8 $m^3$이였다. 따라서 실제 규모의 plant에서 약 500일간 운전한 결과 유입되는 돈분 슬러리의 TS 농도에 상관없이 소화조 내에 일정 농도의 유기물을 확보할 수 있었고, 바이오가스의 발생량은 일반적인 축산분뇨 가스 발생량 보다 높게 나타나 단상 혐기성 소화공정으로 고효율 처리가 가능한 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제24권3호
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• pp.45-52
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• 2016

본 연구에서는 I시 위치한 3개 도서에 대한 유기성폐기물의 성상분석 및 바이오가스 발생량을 예측하였다. 3개 도서지역의 대표 지점에서 채취한 유기성 폐기물 시료에 대하여 pH, BOD, COD, 삼성분(수분, 회분, 가연분)등의 총 6가지 항목들에 대한 성상분석을 실시하였다. 3개 도서지역의 성상검토결과를 토대로, COD값에 대한 총 메탄생성량 계산결과 연평균 $1,750,000m^3$이상의 메탄가스가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 도서지역 내 유기성 폐기물을 소각 등의 처리 시설이 아닌 바이오가스 생산시설로의 전환이 이루어진다면 유기성폐기물의 효율적 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제25권1호
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• pp.57-65
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• 2017

저급탄을 충전한 칼럼실험에서 미생물과 영양물질을 공급한 상태에서 미생물에 의한 메탄가스 발생을 유도하기 위하여 볏짚을 추가로 공급하여 장기간 바이오 가스 발생 특성을 관찰하였다. 충전한 석탄 대비 볏짚의 무게비가 0.04 이하에서는 유의미한 가스의 발생이 없었으며, 0.08에서는 약 90일간 바이오 가스가 발생되었으나, 최적 조건에서의 vial 실험 결과와 비교하면 투입한 볏짚 무게당 바이오 가스의 발생량이 5 % 수준에 불과하였다. 따라서 원위치에서 석탄을 채굴하지 않은 상태에서 바이오 가스를 생산하기 위해서는 볏짚 : 석탄의 비율이 1:3 이상의 조건에서 분해액의 COD 농도가 2000 mg/L 이상이 되도록 운전하는 반응조를 지상 혹은 지중에 설치할 필요가 있다. 또한 석탄과 볏짚을 충전한 칼럼실험 후의 지중수는 볏짚만을 투입한 vial 내 용액과 함께 파이로시퀀싱 방법으로 미생물 군집 분석을 실시하여 두 시료 간의 우점하는 미생물 종을 비교하였다. Bacteria의 균일도와 다양성 측면에서 석탄 충전탑이 보다 다양한 종분포를 이루고 있으며, 이는 결과적으로 메탄 생성에는 불리한 미생물 분포임을 나타낸다.