• 유기물자원화
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• 제23권4호
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• pp.11-20
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• 2015

원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산을 위한 기초연구를 수행하였다. 인도네시아산 갈탄을 시료로 이용하였으며, 조건을 달리하여 BMP(Biochemical Methane Potential) 실험을 수행하였다. 갈탄에 영양물질과 혐기성 슬러지만 제공한 경우, 온도(23, $30^{\circ}C$)나 석탄의 입자크기는 메탄가스 생산에 영향을 주지 않았다. 이는 가용한 용해성 유기물질이 낮기 때문이다. 외부탄소원으로 볏짚을 갈탄에 첨가한 후 BMP 실험을 수행하였으며, 60일간의 BMP 실험 후 볏짚 첨가에 의한 메탄가스 발생량은 94.4~110.4 mL/g VS이었다. BMP 실험 후 갈탄의 발열량은 볏짚 첨가량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이는 볏짚의 혐기성 분해와 함께 갈탄의 분해가 이루어졌음을 의미한다. 따라서 원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산의 초기 운전 시에 볏짚을 탄소원으로 사용할 수 있다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제37권4호
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• pp.293-305
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• 2009

메탄은 온실효과가 이산화탄소 보다 20배 이상인 대표적인 non-$CO_2$ 온실가스이다. 매립지는 주요 인위적 메탄 발생원으로, 매립지의 메탄 발생량은 연간 35~73 Tg(tera gram)으로 추정된다. 바이오커버(개방형 시스템)과 바이오필터(폐쇄형 시스템)을 이용하는 생물학적 방법은 메탄을 회수하여 자원화하기에는 메탄 농도가 너무 낮거나 가스 포집정이 설치되어 있지 않는 노후화된 매립지나 소규모 매립지로부터 메탄 배출을 저감할 수 있는 유용한 방법이다. 메탄을 유일탄소원과 에너지원으로 활용하는 메탄산화세균은 이러한 생물학적 방법에 있어 메탄을 산화시켜 제거하는데 매우 중요한 역할을 담당한다. 토양, compost, 지렁이 분변토 등과 같은 다양한 충전재를 이용하여 실험실 규모의 바이오커버/바이오필터의 메탄산화효율에 관한 많은 연구가 진행되었다. 이 중에서 compost는 가장 많이 이용되고 있는 충전재이고, compost를 이용한 바이오커버/바이오필터의 메탄산화속도는 50에서 $700\;g-CH_4\;m^{-2}\;d^{-1}$로 보고되고 있다. 또한, 실제 매립지에 파일럿 규모의 바이오커버/바이오필터를 설치하여 메탄 배출 저감 효과에 관한 연구도 진행되고 있다. 매립지의 메탄 배출 저감은 탄소배출권 거래와 연관될 수 있으므로, 바이오커버/바이오필터에 의한 메탄 저감량을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 매립지 현장에 설치된 바이오커버/바이오필터의 성능을 평가하는 방법은 표준화되어야 하며, 메탄 저감량을 정확하게 정량화할 수 있는 방법 개발이 필요하다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.575-578
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• 2007

축산폐기물중 바이오가스 생산량이 많을 것으로 여겨지는 돈분(슬러리 돈사의 경우 분과 뇨)과 우분을 대상으로 BMP 방법에 의하여 바이오가스 생산량을 알아보았다. 실험결과 메탄가스 생산량은 슬러리식 돈사 돈분뇨가 가장 많은 330-402ml/gVS, 다음으로 재래식 돈사 돈분이 316-349ml/gVS, 그리고 스크래퍼식 돈사 돈분은 244-281ml/gVS를 보여 에너지 이용측면에서 볼 때 슬러리식 돈사 돈분뇨를 우선적으로 바이오가스화하여 이용하는 방안을 고려해야할 것으로 판단되었다. 우분의 경우 137ml/gVS로 매우 적은 메탄가스 생산량을 보임으로써, 바이오가스화보다는 톼비화와 같은 다른 처리방법을 채택하는 것이 바람직할 것으로 판단되었다.

• Journal of Dairy Science and Biotechnology
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• 제27권1호
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• pp.13-18
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• 2009

본 연구의 목적은 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화를 통해 바이오메탄의 생성을 확인하고, 생성된 메탄의 에너지원으로의 사용 가능성과 오염도 감소의 정도를 확인하는 것이며, 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 수리학적 체류시간(HRT)을 15일로 유지시키고 $35^{\circ}C$의 중온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시킨 결과 평균 4.11 ${\ell}$/day의 메탄이 전체 가스의 70% 성분비를 유지하며 일정하게 발생하였다. 이는 다른 폐기물을 이용한 연구 결과와 비교하였을 때보다 상대적으로 높은 값으로, 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화처리를 통해 높은 효율의 에너지원으로 확보할 수 있음을 보여준다. TCOD는 초기 투입된 원수에서의 약 31,000 mg/${\ell}$에서 13,500 mg/${\ell}$ 이하까지 줄어 최대 60%의 TCOD 제거 효율을 보여주었다. 2. HRT를 15일로 유지한 상태에서 온도를 $55^{\circ}C$의 고온으로 변화시킨 경우, 메탄 발생량이 약 5% 가량 증가하였다. 온도의 변화만으로는 메탄 발생량에 큰 영향을 주지 못하였으나, HRT를 15일에서 12일로 감소시킨 경우에는 고온의 경우가 중온의 경우보다 약 44% 가량 많은 메탄 발생량을 보였다. 3. 이상의 결과를 통하여 알아낸 메탄 발생량과 오염 감소율을 토대로 바이오메탄을 에너지원으로 이용했을 경우의 경제성을 분석한 결과, HRT 12일의 고온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시키는 것이 기업에 많은 경제적인 이익을 가져다 주는 것으로 나타났다.

• 한국환경농학회지
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• 제18권1호
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• pp.54-60
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• 1999

축산폐수의 효율적 처리와 최적 메탄발생을 위하여 AF 그리고 이단의 ASBF-PR과 ASBF-SP 실험실적 생물반응기를 구성하고 $35^{\circ}C$ 항온조에서 수리학적체류시간 $1{\sim}2$일 그리고 유기물부하 $1.1{\sim}63kg-COD/m^3{\cdot}d$까지 연속 운전하여 처리효율을 비교, 분석하였다. 하수종말처리장의 혐기성 소화조 잉여 슬러지에 의한 혐기성 생물반응기의 식종은 효과적이었으며, 적응 기간은 약 40일 정도가 소요되었다. 생물반응기는 COD 제거율 $66.4{\sim}84.9$% 그리고 바이오 가스 발생량은 제거된 COD 기준 $0.333{\sim}0.796m^3/kg-COD{\cdot}d$. 으로 축산폐수의 처리에 효율적이었으며 유입 COD의 증가와 수리학적체류시간의 감소에 의한 유기물부하 증가의 경우 COD 제거율은 감소하고 바이오가스 발생량은 증가하였다. 높은 유기물부하에서 AF와 ASBF-PR의 처리효율은 비슷하였으며 ASBF-SP보다 우수하였다. 생물반응기에 충진된 미디어의 공극율과 공극의 크기가 비표면적에 비교하여 유기물질 제거능력 향상에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 유입수 TKN 농도가 $1,540{\sim}1,870mg/L$ 범위에서 메탄발효 미생물의 활동은 저해영향을 받아 생물반응기의 처리효율과 바이오가스 발생량은 각각 50% 이하로 감소되는 것으로 나타났으므로 혐기성 소화가 축산폐수의 처리에 주 공정으로 응용된다면 전처리에 의한 TKN의 제거는 필수적이다.

• 대한환경공학회지
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• 제37권12호
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• pp.682-688
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• 2015

하수슬러지를 처리하는 미생물전기분해전지(Microbial electrolysis cell, MEC)의 성능에 미치는 전극간 거리의 영향에 관한 실험실 규모 실험을 수행하였다. 각각 다른 전극간 거리(16, 32 mm)를 가진 두 쌍의 전극이 설치된 MEC 반응기가 안정적으로 이루어질 때 전류발생량, 메탄발생량, 메탄수율 등 MEC 성능에 미치는 전극간 거리의 영향을 분석하였다. 전극간 거리가 16 mm일 때, 전류밀도와 메탄발생량은 각각 $3.74A/m^3$과 $0.616{\sim}0.804Nm^3/m^3$으로 전극간 거리가 32 mm인 조건에서의 $1.50{\sim}1.82A/m^3$과 $0.529{\sim}0.664Nm^3/m^3$보다 높게 나타났다. COD 및 VSS의 제거효율은 각각 34~40%와 32~38%의 범위를 가지는 것으로 나타났다. 전류밀도가 증가함에 따라 MEC의 생물전기화학적 성능이 향상되어 VSS 감소와 메탄생성이 증가하는 것으로 나타났으며 전류밀도는 VSS 제거효율보다 메탄수율에 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제15권1호
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• pp.171-177
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• 2007

메탄활성 침출수가 매립폐기물 분해에 미치는 영향을 알아보기 위해 내경 30cm, 높이 200cm, 실용량 140L의 원통형 PVC로 모형매립조 4기를 제작하였으며, 침출수의 생물학적처리와 재순환을 위한 혐기화조를 내경 20cm 높이 30cm로하여 2기 제작하였다. L1은 일반적인 매립지를 모사하기 위해 재순환을 행하지 아니하였고, L2는 침출수를 우수의 2배인 1,068ml로 재순환하였다. L3와 L4는 발생된 침출수를 $35{\pm}1^{\circ}C$로 유지되는 암실에서 1주일간 혐기성소화조에서 소화시킨 후 상등수를 L3, L4에 각각 1,064ml, 2.128ml 재순환하였다. 누적메탄발생량이 L3와 L4가 L1과 L2에 비해 약 3배 높게 발생하였으며, 메탄활성 침출수의 재순환량이 더 많은 L4이 L3보다 1.23배 높게 나타났다. 이는 메탄활성 침출수 재순환이 재순환되는 메탄균에 의해 분해가 더 활성화 된 것으로 판단되며, 메탄활성 침출수의 재순환 양에 따라 메찬회수율이 다르다는 것을 알 수 있다.

• 한국습지학회지
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• 제8권4호
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• pp.41-47
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• 2006

전 지구적 기후변화로 인하여 습지에서 일어나는 다양한 종류의 생지화학적인 순환에 큰 변화가 관측되고 있다. 특히, 갯벌의 경우 온도변화에 의한 직접적인 환경변화 뿐 아니라 해수면의 상승과 강수량의 변화라는 요인에 의해 간접적인 영향도 받을 것으로 예측된다. 본 논문에서는 온도와 해수의 염도 변화에 따라 갯벌에서 발생하는 메탄양의 변화를 실험실 규모의 실험을 통하여 규명하고자 했다. 시료는 겨울철 강화도 동검도 갯벌에서 채취하여 2 종류의 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 0-5 cm, 5-10 cm 깊이의 토양을 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 20 일간 배양하며 2일 간격으로 메탄 발생량을 측정하였다. 두 번째 실험에서는 5-10 cm 깊이의 토양을 $5^{\circ}C$, $15^{\circ}C$ 에서 자연 상태의 염도와 50 % 희석한 염도 조건 하에서 31일간 배양하며 발생하는 메탄의 양을 하루 간격으로 측정하였다. 첫 번째 실험의 결과 5-10 cm 깊이의 토양에서 메탄이 더 많이 발생하며 염도의 영향은 배양 후반부로 가면서 크게 나타남을 알 수 있었다. 두 번째 실험 결과에서는 $15^{\circ}C$에서 $5^{\circ}C$에서 보다 더 많은 메탄이 발생하였고, 50 % 희석한 염도 조건에서 자연 상태의 염도 조건에서 보다 많은 메탄이 발생하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 갯벌에서의 메탄 생성율은 온도 상승과 해수의 화학적 특성의 변화에 따라 많은 영향을 받음을 보여준다. 또한 전 지구적 기후변화로 야기될 온도나 해수 염도의 변화가 메탄의 발생에 영향을 미쳐, 생물학적 되먹임 기작에도 변화가 일어날 것으로 사료된다.

• 유기물자원화
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• 제24권3호
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• pp.35-43
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• 2016

하수처리장에서 배출되는 잉여슬러지 감량율을 증가시키기 위해 사용된 전처리 가용화시설에서, 가용화율에 따른 COD 성상변화를 살펴보았다. 대상하수처리장의 농축 잉여슬러지에 포함되어 있는 난분해성 COD는 총 COD의 37.0 % 이었다. 전처리 가용화시설에서 배출되는 잉여슬러지의 COD 세부성상 변화를 살펴보면 가용화율(5%, 10%, 20%, 30%, 35%)의 증가에 따라 고형성 생분해성 COD는 점차적인 감소를 보이고 있으며 이로 인한 용존성 생분해성 COD와 고형성 난분해성 COD가 증가하는 것을 볼 수 있었다. 잉여슬러지를 가용화하기 위하여 물리적 전처리시설을 적용할 때 생물학적 2차처리시설의 SRT가 상대적으로 길게 운영되면 잉여슬러지의 고형성 난분해성 COD의 함유율이 높고 상대적으로 고형성 생분해성 COD 농도가 낮게 된다. 고형성 생분해성 COD가 상대적으로 낮은 잉여슬러지의 경우 전처리 시설에 의한 가용화의 효과가 당초 예상보다 낮아질 수 있으므로, 가용화하여 혐기성 소화 할 경우 잉여슬러지에 대한 COD 성상 조사가 요구된다. 가용화율 5%에서 혐기성소화조에서의 COD 제거율은 2.1% 증가하였고, 가용화율 35%에서는 COD 제거율이 15.1% 증가 되었다. 전처리 시설에서 잉여슬러지 고형성 COD를 35% 가용화하였을 때 혐기성소화조에서의 COD 제거율은 25%에서 40%로 향상되었고 메탄가스발생량은 $607m^3$/일에서 $907m^3$/일으로 증가하는 것으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.187-194
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• 2011

최근 국제법에 의해 하수처리장에서 발생되는 슬러지의 해양투기가 금지됨에 따라 하수처리 과정 중 발생된 슬러지의 처리방법이 문제가 되고 있다. 일반적으로 하수 및 슬러지는 혐기성조건에서 최종처리되며, 이과정 중 메탄$(CH_{4})$ 및 아산화질소$(N_{2}O)$가 배출되어 하수처리장은 지구온난화가스의 배출원으로 알려져 있다. 따라서, 하수처리장에서 발생하는 지구온난화 가스 배출량을 고려할 필요가 있으며, 지구온난화 가스 배출을 최소화할 수 있는 최적의 하수처리 공정 및 슬러지처리에 대한연구 필요성이 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 주요생물학적 하수처리공정에 따른 온실가스 발생량 및 슬러지 배출량을 계산하며, 이에 따라 온실가스 배출을 최소화하는 하수 및 슬러지처리방법을 제시하고자 한다. 생물학적 하수처리공정으로는 Anaerobic/Anoxic/Oxidation$(A_{2}O)$, Bardenpho, Virginia Initiative Plant (VIP), University of Cape Town(UCT)을 이용하였으며, 동력학적 하수처리모델링 프로그램인 GPS-X를 이용해 본 공정의 모델링을 수행하였다. 이를 바탕으로 하수처리과정에서 발생하는 온실가스 및 슬러지 배출량을 계산하며, 이를 통해 온실가스 배출을 최소화하는 공정을 선택하였다. 온실가스 및 슬러지 배출량은 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 식을 통해 계산되었다. 또한 다양한 슬러지 처리 시나리오(퇴비화, 소각, 매립)에 대한 환경성평가를 수행하였으며, 이를 통해 각 시나리오의 결과를 하나의 지표로써 비교 평가하였다. 본 연구결과, 4가지 하수처리공법 중 Bardenpho 공법에서 환경성이 가장 좋은 것으로 나타났으며, 슬러지 처리 시나리오 중 퇴비화가 온실가스를 가장 적게 배출하였다.