• 한국축산시설환경학회지
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• 제11권2호
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• pp.97-102
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• 2005

Anaerobic decomposition is one of the most common processes in nature and has been extensively used in waste and wastewater treatment for several centuries. New applications and system modifications continue to be adapted making the process either more effective, less expensive, or suited to the particular waste in question and the operation to which it is to be applied. Animal manure is a highly biodegradable organic material and will naturally undergo anaerobic fermentation, resulting in release of noxious odors, such as in manure storage pits. Depending on the presence or absence of oxygen in the manure, biological treatment process may be either aerobic or anaerobic. Under anaerobic conditions, bacteria carry on fermentative metabolisms to break down the complex organic substances into simpler organic acids and then convert them to ultimately formed methane and carbon dioxide. Anaerobic biological systems for animal manure treatment include anaerobic lagoons and anaerobic digesters. Methane and carbon dioxide are the principal end products of controlled anaerobic digestion. These two gases are collectively called biogas. The biogas contains $60\~70\%$ methane and can be used directly as a fuel for heating or electrical power generation. Trace amounts of ammonia and hydrogen sulfide ($100\~300\;ppm$) are always present in the biogas stream. Anaerobic lagoons have found widespread application in the treatment of animal manure because of their low initial costs, ease of operation and convenience of loading by gravity flow from the animal buildings. The main disadvantage is the release of odors from the open surfaces of the lagoons, especially during the spring warm-up or if the lagoons are overloaded. However, if the lagoons are covered and gases are collected, the odor problems can be solved and the methane collected can be used as a fuel. Anaerobic digesters are air-tight, enclosed vessels and are used to digest manure in a well-controlled environment, thus resulting in higher digestion rates and smaller space requirements than anaerobic lagoons. Anaerobic digesters are usually heated and mixed to maximize treatment efficiency and biogas production. The objective of this work was to review a current anaerobic biological treatment of animal manure for effective new technologies in the future.

• 청정기술
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• 제19권4호
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• pp.355-369
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• 2013

재생 원료인 바이오매스를 이용한 에너지 생산에 있어서 경제성은 가장 중요한 인자 중 하나이다. 이러한 관점에서 슬러지 혐기소화에 의해 생산되는 바이오가스는 다른 바이오매스에 비해 매우 저렴하며 처분 비용 절감으로 얻는 이익이 부가적으로 발생하기 때문에 경제성이 매우 높다. 슬러지 혐기소화에서 기질의 가수분해 속도는 전체 소화 성능을 결정짓는 인자이며 혐기소화 속도를 향상시키기 위한 슬러지 전처리 기술이 많이 개발되었다. 슬러지 전처리는 생물학적, 열 가수분해, 초음파, 기계적 방법 등 다양한 기술이 실제 시설에 적용되었다. 전처리는 슬러지 가용화를 촉진하고 고형물을 감소시키면서 바이오가스 생산을 늘리는 등 혐기소화 효율을 향상시켰다. 본문에서는 전처리 방법의 기술적 특성을 소개하고 각 전처리 방법의 에너지 수지와 경제성을 비교하여 적절한 전처리 기술을 선정하기 위한 기준을 마련하고자 하였다. 조사 결과 고온 혐기소화와 열 가수분해가 가장 경제성이 높고 다음으로 Cell rupture$^{TM}$, OpenCEL$^{TM}$, MicroSludge$^{TM}$, 초음파의 순서로 평가되었다. 경제성 평가에 있어서 슬러지의 최종 처분 비용이 가장 큰 요소가 되며 따라서 최종 처분 슬러지의 수분 함량이 경제성 평가에 결정적인 역할을 하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제33권2호
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• pp.131-138
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• 2024

The effect of magnetite particles on the anaerobic digestion (AD) of furfural wastewater was investigated using sequential anaerobic batch tests. The batch tests with four 500 mL anaerobic bioreactors were performed under two conditions: FC treatment for AD of furfural without magnetite particles, and FM treatment for AD of furfural with magnetite particles. The FC bioreactors showed a decreasing methane production rate (MPR) across the sequential batches, with a final batch MPR of 11.3 ± 0.4 mL CH₄/L/d, indicating the need for a methanogenesis enhancer to achieve high-rate AD of furfural. Conversely, FM bioreactors exhibited significantly higher MPR, exceeding FC values by 4-196%, with a final batch MPR of 33.5 ± 0.1 mL CH₄/L/d, which was about three times higher than FC. Additionally, FM bioreactors had faster degradation rates of furfural, valeric acid, and acetic acid compared to FC, with values exceeding those in PC by 3.0, 1.14, and 2.8 times, respectively. These results demonstrate that magnetite particles can enhance the AD of furfural not only by accelerating methanogenesis but also by accelerating the anaerobic degradation of furfural and its intermediates, such as volatile fatty acids. This study provides valuable insights for developing high-rate AD systems for furfural wastewater treatment.

• 유기물자원화
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• 제21권4호
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• pp.50-61
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• 2013

교내 식당에서 분리 수거된 음식물류 폐기물에서 재생 에너지인 메탄가스를 생산하기 위해 혐기성 소화시스템에 대한 연구가 수행되었다. 1차 실험에서 침출수 인발/반송도 없고 혼합도 없는, 침출수 인발/반송은 없고 혼합이 있는, 침출수 인발/반송은 있고 혼합이 없는, 그리고 침출수 인발/반송은 있고 혼합이 있는 4개의 혐기성 시스템에서 침출수 인발/반송은 있고 혼합이 없는 시스템에서 가스발생이 가장 많은 것으로 나타났다. 반응조 혼합이 없고 침출수 인발/반송이 수행되는 시스템에서는 침출수의 반응조 내 침출수 유출속도가 빠른 경우에 혐기성 반응이 활발히 일어난 것으로 관찰되었다. 가스수집기 무게가 1kg이고 음식물류 폐기물 C/N비가 10이상이 되는 경우 혐기성 반응조의 가스가 소모되어 가스수집기에 부압이 걸리는 것이 관찰되었는데, 이에 대한 원인을 밝히는 것이 음식물류 폐기물에서 재생에너지를 회수하는데 필수적이다.

• 유기물자원화
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• 제21권3호
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• pp.64-73
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• 2013

가축분뇨 처리시스템에 대한 환경영향을 분석하기 위하여 전과정 평가방법을 적용하였다. 전과정평가의 첫 번째 부분은 사용될 분석 항목을 구성하는 것으로, 가축분뇨 처리시스템에 대한 유입 및 배출에 대한 항목이다. 전과정 영향평가를 위한 다음 단계로서 전체 환경부하를 최종적으로 하나의 지수로 통합하기 위하여, 특정 항목에 대한 자료를 취합하고 분석하는 것이다. 전과정 영향평가를 위해, Eco-indicator 95 방법은 체계화 되었으며, 규칙적으로 적용된 영향평가 방법이기 때문에 선택하였다. 전과정 영향 분석을 위한 실례로서 호기 및 혐기소화 시스템과 같은 두 종류의 돈분 처리시스템을 선정하였다. 돈 분뇨 처리시스템에 대한 농업환경영향을 평가한 항목을 확립하였고, 혐기소화시스템에서는 전 인산 배출이 높았으며, 호기소화시스템에서는 이산화탄소 배출이 높은 것으로 관측되었다. 돈분 1ton을 처리하는데 관련된 돈분처리시스템에 대한 환경영향 평가에서 Eco-indicator 수치에 따르면, 호기소화 시스템에 있어 지구온난화 및 토양산성화에서 음의 지수를 보인 반면 혐기소화시스템은 수계 부영양화 부분에서 비교적 높은 양의 지수를 보였다.

• 공업화학
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• 제28권5호
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• pp.581-586
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• 2017

본 연구에서는 하수 슬러지 및 음폐수의 효율적인 병합처리를 위해 고온호기 전처리의 적용가능성을 알아보고자 고온호기-중온혐기 연계공정의 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 또한, 유기물 부하량 증가에 따른 공정 내 변화 양상을 관찰하기 위해 실험실 규모의 고온호기-중온혐기 소화장치를 제작하여 음폐수를 증류수로 희석하는 비율을 1/3 (Run I), 2/3 (Run II) 및 원액(Run III)으로 줄여가며 혐기소화 공정 내 변화 양상을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온호기-중온혐기 연계공정 소화조 내에서 pH가 7~8으로 안정하게 유지됨을 알 수 있었다. Volatile solid (VS)는 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정에서 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) 및 72.53% (Run III)의 제거효율을 보이며, 중온혐기 소화조(R3)에 비교하여 높은 VS 제거율을 보였다. 또한, 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 약 1.6배 향상된 메탄 생성률이 관찰되었으며, 메탄수율의 경우에도 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 현저하게 높은 값을 유지하였다.

• 유기물자원화
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• 제12권1호
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• pp.75-83
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• 2004

혐기성 소화효율의 극대화를 위해 온도상분리 공정과 혐기성 회분식 공정을 음식물 쓰레기와 하수슬러지의 혼합기질에 적용한 온도상분리 혐기성 회분식 소화공정(TPAD-ASBR)의 거동 특성을 유기물부하의 변화에 따라 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다. TPAD-ASBR 과 대조구의 첫 단에서 대부분의 메탄생성과 유기물 제거가 이루어졌으며, 단위부피당 메탄발생량은 유기물부하 2.7 g VS/L/d에서 각각 0.79와 0.59L $CH_4/L/d$ 였다. 동일 부하에서 TPAD-ASBR의 유기물 제거효율은 61%이었으며 40%의 효율을 보인 대조구에 비해 고온조를 도입한 본 공정의 우수성을 확인하였다. 국내 하수슬러지는 상대적으로 낮은 VS 농도(1.5%, w/w)와 낮은 생분해 효율을 보이는데, 이러한 부정적 특성을 보완하기 위하여 투입된 음식물쓰레기에 의한 기질 특성의 효과적인 개선으로 인해 높은 유기물 감량과 메탄회수가 가능하였다. 또한, track study를 통해 연속회분식 운전방식에 의한 settling 단계의 도입으로 SRT를 HRT보다 길게 유지하여 미처리 입자와 active biomass의 효율적이고 지속적인 접촉을 도모하여 보다 높은 안정화효율 획득이 가능한 것으로 사료된다. 따라서, 혐기성소화공정에 TPAD-ASBR공정과 함께 음식물쓰레기와의 혼합소화를 도입하는 것은 처분이 까다로운 두 가지의 폐기물을 고효율로 처리함과 동시에 효율적인 에너지회수가 가능하여 경제적 운전이 가능하였다.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제12권4호
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• pp.607-628
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• 1999

The swine waste industry is growing rapidly along with the world human population. The trend is toward more concentrated piggeries with numbers of herds in the thousands. Associated with these increased herds are large quantities of wastes, including organic matter, inorganic nutrients, and gaseous emissions. The trend in swine waste management is toward treatment of these wastes to minimize negative impact on the health and comfort of workers and animals and the atmosphere, water, and soil environments. Treatment of these wastes has traditionally involved land application, lagoons, oxidation ditches, and conventional batch and continuously stirred reactor designs. More sophisticated treatment systems are being implemented, involving advanced anaerobic digester designs, integrated with solids separation, aerobic polishing of digester effluents, and biological nutrient removal. This review discusses the present and future role of anaerobic processes in piggery waste treatment with emphasis on reactor design, operating and performance parameters, and effluent processing.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제12권7호
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• pp.1162-1169
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• 1999

Modern livestock production facilities face both challenges and opportunities with respect to sustainable manure management practices. Nutrient recycling is constrained by the size of modern livestock operations, the low nutrient density of liquid manures, and the spatial and temporal variability of manure nutrient concentrations. These constraints can and must be addressed or farmers will be increasingly drawn to nutrient wasting strategies such as anaerobic lagoons, wetlands, and other systems designed to treat and discharge nutrients to the environment. Intentional discharge of nutrients is difficult to justify in a sustainable agricultural production system, since replacing those nutrients through chemical fertilization requires considerable expenditure of energy. In contrast, there are several currently viable technologies which provide the homogenization and stabilization needed to successfully compete against chemical fertilizers, including composting, pelletization, and anaerobic digestion. Some of these technologies, particularly anaerobic digestion and composting, also open up increased opportunities to market the energy and nutrients in manure to non-agricultural uses. Future advances in biotechnology are likely to demonstrate additional options to transform manure into fuels, chemicals, and other non-agricultural products.

• 한국물환경학회지
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• 제32권3호
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• pp.297-302
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• 2016

Microbial electrochemical technology (MET) has recently been studied to improve the efficiency of a traditional anaerobic digestion (AD). The purpose of this study was to investigate the impact of MET in the system when MET was combined with traditional AD (i.e., AD-MET). Electrodes used in the MET were Cu coated graphite electrodes. They were supplied with a voltage of 0.3 V. AD started to generate methane in 80 days. But AD-MET started to generate methane from the initial operation after the system started. It was observed that AD-MET reached steady state faster and produced higher methane yield than AD. During the steady state, the average daily methane productions in AD and AD-MET were 2.3L/d and 4.9L/d, respectively. Methane yields were 0.07-CH₄/g‧CODre in AD and 0.25L-CH₄/g‧CODre in AD-MET. In AD-MET, the production rates of total volatile fatty acids (TVFAs) and soluble chemical oxygen demand (SCOD) were 0.12 mg TVFAs/mg VS‧d and 0.35 mg SCOD/mg VS‧d, respectively. They were significantly (p < 0.05) higher than those in AD. However, the concentrations of residual TVFAs in both systems were not significantly (p > 0.05) different from each other, confirming that methane conversion in AD-MET was greater than that in AD.