• 대한환경공학회지
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• 제38권6호
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• pp.279-290
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• 2016

중화하지 않은 주정폐수를 처리할 때 상향류식 혐기성반응조에 전극을 배치한 생물전기화학반응조의 성능을 UASB 공정과 비교하였다. UASB 공정은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d 이하에서 pH, VFA 및 알카리도 등에 있어서 안정한 상태를 유지하였지만, 4.0 g COD/L.d 이상의 유기물부하율에서는 불안정하였다. 그러나, 생물전기화학 반응조는 UASB 반응조에 비하여 유기물부하율 배가시 상태변수들의 변동폭이 작았으며, 빠르게 정상상태로 회복하였다. 생물전기화학 반응조는 4.0-8.0g COD/L.d의 높은 유기물부하율에서 상태변수들이 UASB 반응조에 비하여 안정하였으며, 유기물부하율 8.0 g COD/L.d에서 비메탄발생율(2,076mL $CH_4/L.d$), 바이오가스의 메탄함량(66.8%) 그리고 COD 제거율(82.3%) 등의 측면에서 UASB 반응조보다 우수하였다. 생물전기화학 반응조의 메탄수율은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 약 407mL/g $COD_r$로 최대값을 보였으며, 이 값은 UASB의 282mL/g $COD_r$보다 크게 높았다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조의 전극반응에서 율속단계는 산화전극반응이었으며, 전극반응은 높은 유기물부하율에서 pH에 의해서 크게 영향을 받았다. 생물전기화학 반응조는 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 99.5%의 최대에너지효율을 보였다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조는 UASB 공정보다 진보된 고율 혐기성 기술이 될 수 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권11호
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• pp.1186-1192
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• 2005

간헐폭기시스템에 혐기성 아키아 주입에 따른 질소제거율 변화와 슬러지 발생량변화 및 박테리아의 상관관계를 관찰하기 위해, 표준활성슬러지 공정과 아키아를 주입한 간헐폭기공정과 주입하지 않은 공정을 비교하며 운전하였다. 회분식 실험결과 혐기성 아키아 배양액을 간헐폭기조에 주입한 경우에 유기오염물질 분해율이 향상되었으며, 질산화와 탈질반응 속도가 증가하였다. 특히 표준활성슬러지 공정이나 일반 간헐폭기 시스템에 비해 슬러지 발생량이 매우 낮게 유지되었는데, 이는 혐기성 아키아가 주입됨에 따른 슬러지 생산량이 감소되었기 때문으로 판단된다. 또한, 폭기조에서 용존산소농도를 조절함으로써 혐기성 아키아와 활성슬러지의 공생관계에 따른 효율향상을 간접적으로 확인할 수 있었고 다음과 같은 결과를 얻었다. 1) 아키아 배양액을 주입한 간헐폭기조에서 비산소소비속도(SOUR)는 $2.9\;mg-O_2/(g-VSS{\cdot}min)$이었으며 비산소소비속도와 질산화 속도는 아키아 배양액을 주입하지 않은 반응조보다 높은 것으로 나타났다. 2) 아키아 배양액을 주입한 간헐폭기조, 주입하지 않은 간헐폭기조와 표준활성슬러지 공정에서의 유기물질($TCOD_{Cr}$)의 제거효율은 각각 93%, 90%와 87%이었다. 3) 각각의 반응조에서 모두 질산화 효율은 높았으나, 탈질속도는 아키아 배양액을 주입한 간헐폭기조에서 비교적 매우 높았다. 아키아 배양액을 주입한 간헐폭기조, 주입하지 않은 간헐폭기조와 표준활성슬러지 공정에서 질소제거효율은 각각 75%, 63%와 33%이었다.

• 유기물자원화
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• 제17권4호
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• pp.66-73
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• 2009

음식물류폐수와 축산분뇨를 1:1로 혼합한 폐수를 대상으로 고온/중온의 이상혐기소화공정을 실시하였고 혼합폐수내 병원성미생물의 존재 및 소화과정중 미생물상의 변화를 살펴보았다. 혼합원액내 미생물은 대장균, 분변성 장내세균, 대장균군 등의 장내세균총을 비롯하여 식중독을 일으키는 포도상구균과 살모넬라, 이질의 원인균인 쉬겔라, 유가공제품내 대표적 병원성세균인 리스테리아 및 효모 등이 검출되었다. 혐기소화의 안정화시기는 반응후 21일이 지나서부터 시작하였으며, 이 시기를 전후하여 산 발효조와 메탄발효조에서 각각 80% 및 90% 내외의 가파른 감소율을 보이며 대부분의 미생물이 감소되었다. 안정화이후 유기물의 평균분해율은 메탄발효조에서 60% 내외를 기록하였다. 메탄 발효조를 거친 소화액내 미생물개체수는 반응종료 시점에서 대부분 불검출 되었으나, 리스테리아와 포도상구균의 경우, 비교적 완만한 감소세를 보이며 반응최종일까지 검출이 되고 있음을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.397-397
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• 2022

오늘날 급격한 인구증가 및 도시화로 인해 음식물류 폐기물 발생량이 크게 증가하였으며, 음식물류 폐기물에서 발생되는 음폐수의 적절한 처리방안에 대한 관심이 증가하였다. 혐기성 소화(Anaerobic digestion; AD)는 음폐수의 바람직한 처리방법으로 알려졌지만, 긴 처리기간 및 공정 불안정 등의 문제로 개선이 필요하며, 그 중 기존 AD에 보조 반응조를 추가한 보조 미생물전기화학적 혐기성소화(Auxiliary bioelectrochemical anaerobic digestion; ABEAD)가 적절한 개선방안으로 제시되었다. 하지만 아직 20 L 이상 용량에서의 연구는 이뤄지지 않았으며, 따라서 본 연구에서는 100 L의 용량에서 ABEAD의 성능향상을 평가하고 규모증가에 따른 성능변화를 비교하였다. 반응조는 AD와 ABEAD로 구성되었다. 유효용량 100 L, 유기물부하율 4 kg/m³/d, HRT 20 days 및 중온소화(35℃) 조건으로 운전하였으며, AD는 기계적 교반, ABEAD는 기계적 교반 및 펌프를 통한 bulk 용액 순환이 이뤄졌다. ABEAD의 전극재질은 SUS304를 사용하였고, 0.4V의 전압을 공급하였다. 성능비교는 pH, 휘발성지방산(Volatile fatty acids; VFAs), 유기물제거율 및 메탄 생성량을 비교해 수행하였다. 실험결과 AD는 pH 및 VFAs가 각각 평균 7.37 및 3,880 mg/L, ABEAD는 각각 평균 7.5 및 2,870 mg/L로 VFAs의 빠른 처리를 통해 공정안전성 향상되었고, 유기물제거율 및 메탄생성량의 경우 AD는 각각 평균 65.8 % 및 85.1 L/d, ABEAD는 각각 평균 76.1 % 및 108.1 L/d로 유기물의 빠른 처리 및 메탄전환이 이루어져 비교적 큰 규모에서도 ABEAD의 성능향상이 나타남을 확인하였다. 또한 이전 소규모 연구들과 비교를 통해 규모에 따른 성능향상폭을 비교했을 때에도 큰 차이가 나지 않는 것으로 판단되며, 따라서 ABEAD는 BEAD 기술의 상용화 및 적용에 적합한 것으로 사료된다.

• 대한환경공학회지
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• 제35권10호
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• pp.724-729
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• 2013

동시 질산화 탈질은 미세 용존 산소하에 한 반응조내에서 일어난다. 따라서, 본 연구에서는 인 방출을 위해 공기가 공급되는 MBR 전단에 혐기성 존을 만들어주었으며, 높은 DO 농도에서 탈질효율을 향상시켜 주기 위해서는 MBR 내에 배플을 설치하여 무산소 존이 이루어지게 하였다. 그리고 인 제거를 위한 테스트는 MBR 전단의 혐기성 반응조에 알럼 응집제를 투입하여 수행하였다. 질소 제거를 위한 SND의 최적 DO 농도 도출은 MBR 내 DO 농도를 2.0, 1.5, 1.0, 0.75 mg/L의 다양한 조건에서의 운전을 통해 수행하였다. 심지어 높은 알칼리성 하수라 알럼 응집제를 투입하였을 때 알칼리 용액 첨가 없이도 pH는 7.0~8.0로 유지되었다. TCODcr와 $NH_4^+$-N의 제거 효율은 모든 DO 농도에서 90% 이상이었다. DO 농도 2.0, 1.5, 1.0, 0.75 mg/L에서의 TN 제거효율은 각각 50, 51, 54, 66%이었다. DO 농도 0.75 mg/L 조건에서 알럼을 첨가한 결과 TN 제거효율은 54%로 감소하였다. 혐기성 반응조에 알럼을 투입한 결과 TP 제거효율은 29%에서 95%로 향상되었다. 그리고 알럼 투입 후 분리막 모듈의 화학적 세정 주기는 15~20일부터 40~50일으로 늘어났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.23-29
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• 2008

고농도 입자성 유기 폐수를 대상으로 기존 혐기성 공정인 CSTR과 UASB공정으로 처리 시 불량한 상징수질, 불안정한 운전 특성과 같은 문제점이 제시되었다. 이에 본 연구는 새로운 개념의 ADEPT(Anaerobic Digestion Elutriated Phased Treatment) 공정을 주정폐수에 적용하여 처리 가능성을 평가하였다. CSTR과 ADEPT의 성능 비교 결과 ADEPT공정에서 gas 발생량은 약 2배였으며, 유기물 제거 효율과 고형물 제거 효율 역시 더 높은 효율을 보여주었다. 또한 ADPET는 비교적 짧은 HRT에서도 휘발성 지방산 생성으로 인한 pH 저하의 영향을 받지 않았으며, 안정적으로 pH를 유지하였다. ADEPT의 recycle ratio를 6Qin과 2Qin으로 변화를 주어 운전 시 6Qin의 운전 기간 동안 높은 처리 효율을 보여주었다. 따라서 ADEPT는 짧은 HRT로 인한 경제성 향상과 메탄 발생을 이용한 에너지 회수, 또한 산 생성조에서 생성되는 유기산을 최대로 생산, BNR 공정의 유기 탄소원으로 활용 가치가 있다고 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권9호
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• pp.894-899
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• 2010

슬러지 감량 효율을 높이기 위해 오존전처리와 고 액분리조를 이용한 이상 혐기성 소화 공정 통해 다음과 같은 결과를 얻었다. 오존전처리를 통한 슬러지의 고형물 농도는 평균 TSS $8.3{\pm}2.0%$, VSS $9.2{\pm}2.8%$의 감소율을 나타내었다. 유기물 농도인 TCOD는 평균 $5.1{\pm}2.4%$ 감소하는 반면 SCOD는 평균 $72.0{\pm}6.5%$ 증가하였는데, 이는 오존으로 인해 세포내의 고분자 유기물이 용출되어 가용화되었기 때문이다. 이상 혐기성 소화 공정의 반응조별 소화가 진행됨에 따라 평균 TSS $21.5{\pm}3.4%$, VSS $20.2{\pm}8.4%$, TCOD $32.1{\pm}7.9%$, SCOD $22.1{\pm}7.2%$의 농도가 감소하였다. 최대 메탄생성량은 177.6 mL $CH_4/g$ TSS, 210.8 mL $CH_4/g$ VSS, 127.0 mL $CH_4/g$ TCOD, 1452.0 mL $CH_4/g$ SCOD이었다. 이상 혐기성 소화와 MLE 하수처리 공정의 연계처리 후 고형물 물질수지 결과 TSS 93.8%, VSS 92.0%의 감소율을 보였다. 이상 혐기성 소화 공정은 슬러지 처리 문제 해결과 신 재생에너지인 바이오가스 회수의 가능성을 보여줌으로서 향후 슬러지 감량에 해결책이 될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.251-251
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• 2011

해양 투기가 금지되면서 혐기소화를 통해 최종적으로 발생되는 폐기물 양을 줄이고 메탄 등의 바이오 가스를 얻어 이를 에너지로 얻기 위한 많은 공정들이 현장에 적용되고 있다. 하지만 혐기 소화 과정을 마친 후 유출되는 유출액은 고농도의 유기물질 및 암모니아성 질소, 인산염 등을 다량으로 함유하고 있어 적은 양이라도 하천이나 호수 등에 유입되면 수질 악화와 부영양화를 초래할 위험성이 크다. 이번 연구에서는 음식물류 폐기물로부터 바이오가스를 생산하기 위한 혐기소화 공정에서 발생하는 유출액의 방류수 수질기준 확보와 경제성을 만족시킬 수 있는 처리공정의 상용화 기술을 개발하기 위해 생물학적 처리， 물리 화학적 처리를 통합한 공정을 적용하였다. P건설사 혐기소화 유출액 pilot plant(1 ton/day) 운전 결과 50~70% 로 $NO_2$-N 이 약 1,000 mg/$\ell$정도로 축적되는 현상을 보였으며 상대적으로 $COD_{Cr}$의 농도는 400~600 mg/$\ell$로 C/N 비가 낮아 탈질이 어려울 것으로 판단하였다. 이에 실험실 규모에서의 실험을 진행하였다. $NO_2$-N와 $NO_3$-N을 기준으로 McCarty 양론비 기준 80% 에서 300%까지 메탄올을 주입해 제조 폐수와 실제폐수로 실험을 진행하였고 제조폐수로 실행된 실험에서 아질산 탈질의 효율을 확인하였다. 미생물이 메탄올에 순응 후 완전 탈질에 걸리는 시간은 약 2.5 일로 확인 되었으며 메탄올이 추가로 주입되지 않은 반응조의 $NO_2$-N의 탈질량은 메탄올이 이론값 100% 주입 된 반응조에 비해 30% 이하의 처리 효율을 나타냈다. 이론값을 기준으로 메탄올이 100% 주입된 반응조는 약 96.1%의 탈질 효율을 보였으며 메탄올 순응 후에 약 1.5 일의 HRT가 단축되었기 때문에 메탄올에 장시간 순응 시 탈질 효율이 더 좋아질 것으로 보인다. 아질산탈질에 대한 실험실 규모 연구결과를 토대로 pilot plant에서 재현성 검토를 목적으로 운전을 수행하였다. 무산소조의 HRT는 2.7 일 이었으며 호기조의 HRT는 4.1 일 이었다. 유입수의 평균 $COD_{Cr}$ 농도는 2,878 mg/L, T - N 농도는 2,723 mg/L로 나타났으며 $NO_2$-N 기준 C/N비 1.2-1.8의 메탄올을 주입하였을 때 96% 이상의 탈질율을 보였다.

• 유기물자원화
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• 제15권2호
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• pp.118-127
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• 2007

본 연구에서는 음식물류 폐기물의 탈리액을 이용하여 TS 농도를 변화시켜가면서 그 영향에 대하여 검토하였다. 산발효조와 메탄발효조가 연계되어진 $35^{\circ}C$의 중온소화조인 2상법 소화조(Dual digestion)에 의하여 TS 농도를 5%~10%까지 변화시켜 가면서 실험을 실시하였으며, 그 결과 원수의 투입 TS 농도가 7~8%일 때, 평균적인 제거효율 및 안정화를 나타냈으며 TS 농도 8%이후에는 대부분의 처리수 제거효율이 현저하게 감소하는 추세를 보였다. 반응조가 안정화한 단계에서 $0.3m^3/kg{\cdot}vs$이상의 가스발생량을 보였으며, 염분축적, pH상승의 등의 현상은 관찰되지 않았다. 본 연구를 통해서 음식물류 폐기물 탈리액의 혐기성소화에 있어서 TS 농도의 증가시 공정상에 처리 및 안정화에 미치는 영향이 있으나, TS 농도가 8%이상에서 그 영향이 큰 것으로 분석되었으며, 최종적으로 TS 농도를 8%이내에서 제어하면서 운전하는 것이 가장 효과적인 방법인 것으로 판단된다.

• 유기물자원화
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• 제8권3호
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• pp.89-96
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• 2000

본 연구는 $CaCO_3$가 주성분인 굴 패각을 이용하여 혐기성퇴비화 반응시 율속단계의 원인인 pH저하를 감소시킴으로써 혐기성퇴비화에의 굴 패각 적용가능성에 대하여 조사하였다. 실험은 혐기성퇴비화 반응조 5기(R-l~R-5)를 제작하여 음식쓰레기와 접종을 위한 숙성퇴비를 넣은 뒤 굴 패각을 음식쓰레기 주입량에 대해 30%, 60%를 주입하여 중온에서 60일동안 실험하였으며, 메탄가스 발생량, 가스성분비, 유기물제거율 및 pH 등을 측정하였다. 실험결과 가스발생량은 R-1 $0.62{\ell}/g-VS$, R-2 $0.63{\ell}/g-VS$, R-3 $0.16{\ell}/g-VS$, R-4 $0.75{\ell}/g-VS$, R-5 $0.21{\ell}/g-VS$로 나타났으며, 메탄가스 발생량은 R-1 $0.32{\ell}/g-VS$, R-2 $0.37{\ell}/g-VS$, R-3 $0.04{\ell}/g-VS$, R-4 $0.42{\ell}/g-VS$, R-5 $0.05{\ell}/g-VS$로 나타났다. 혐기성퇴비화의 효율을 결정짓는 가스성분비는 R-2, R-4에서의 메탄가스발생량이 전체가스발생량의 55%이상으로 경제성이 있는 것으로 나타났다. pH는 굴 패각을 30% 넣어준 R-2, R-4에서 pH 6.0~8.0을 유지하였으며, 굴 패각을 60% 넣어준 R-3, R-5에서는 pH가 8.5이상으로 상승하여 미생물에 악영향을 미침으로써 혐기성 반응이 제대로 이루어지지 못하였다.