• 대한산업공학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.155-164
• /
• 1996

Biomass to methane via anaerobic digestion conversion is a good supply method of substitutable energy resources. The economic viability of this technology is contingent upon managing the production facilities in a cost effective manner. The problem is to determine the batch production sequence as well as the batch residence times in the digester so as to maximize total gas production over a given planning horizon. The problem is difficult to solve since the batch sequencing decisions and the batch residence time decisions cannot be isolated. This paper developes a heuristic algorithm which is based on a dynamic programming procedure for the multiple feedstock sequencing and scheduling biogas production systems and demonstrates to yield good results.

• 한국관개배수논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.25-32
• /
• 2011

The 21 livestock farms considering future installation of biogas systems were studied. These farms were examined how to raise the livestock, to treat manure, to operate facility with respect to manure characteristics. The 15 farms out of 21 farms have applied to the marine dumping and consignment treatment for treating manure and even farms which have equipped liquid fertilizing system have less capacity facility than legal standards. Characteristics of manure were affected by the scale of swine barn, clean water usage, frequency of cleaning, cleaning method, feces-urine separating method, etc. Retention time in storage (over 20 days) has resulted in lower concentration of organic matter which could reduce biogas production. This indicates that systematic barn management system is required. Inhibition tests showed that disinfectant and citric acid did not affected digestion rates at 10 times higher concentration than recommendation. However hypochlorous acid is likely to affect the anaerobic microbial activity.

• 미생물학회지
• /
• 제48권2호
• /
• pp.125-133
• /
• 2012

혐기성 소화는 음식물 쓰레기와 같은 폐기물로부터 재생 가능한 에너지원으로 메탄을 생성하는 공정이다. 본 연구에서는 음식물 쓰레기와 폐수를 동시에 처리하는 3단계 메탄생산 공정을 이용한 혐기성 소화공정의 bacteria와 archaea 군집 변화를 조사하였다. 3단계 메탄생산 공정은 음식물 쓰레기 및 폐수를 메탄과 이산화탄소로 전환하는 반혐기성 가수분해/산생성, 혐기성 산생성과 혐기성 메탄생성조로 구성되어있으며, 16 rRNA 유전자 라이브러리의 염기서열 분석과 정량 PCR 등의 분자생물학적 방법으로 주요 미생물 군집을 조사하였다. 메탄생산 공정의 주요 미생물 군집은 VFA-산화 박테리아와 Methanoculleus 속에 속하는 hydrogenotrophic methanogen의 두 종(species)이었다. 또한, 소수의 Picrophilaceae 과(Thermoplasmatales 목)의 archaea도 확인하였다. 음식물을 이용한 3단계 메탄생산 공정은 acetogenesis를 기반으로 하는 고전적 메탄생성 공정과 달리 주로 hydrogenotrophic methanogen의 분해 경로에 의해 이루어 짐을 알 수 있다. 이들 균주의 우점은 중온 소화공정, 중성 pH, 높은 암모니아 농도, 짧은 HRT, Tepidanaerobacter 속 등과 같은 VFA 산화세균과의 상호작용 등에서 기인한 것으로 생각된다.

• 유기물자원화
• /
• 제23권1호
• /
• pp.23-28
• /
• 2015

본 연구는 회분식 실험을 통해 수거 형태에 따른 음식물류 폐기물의 혐기성 분해 특성을 평가하였다. 일반 종량제 봉투 내 음식물류 폐기물 (sample A)의 경우 최종 메탄 수율은 $285.6mL\;CH_4/g$ volatile solids (VS)로 가장 낮게 나타났으며 반응 속도는 $0.215d^{-1}$로 가장 높게 나타났다. RFID 기반의 폐기물 용기 내 음식물류 폐기물 (sample C)의 최종 메탄 수율 $493.4mL\;CH_4/g$ VS로 가장 높게 나타났으며 반응 속도는 $0.162d^{-1}$로 가장 낮게 나타났다. 모든 시료의 율속 단계 결정 계수는 양수로 나타나 메탄 생성 단계가 율속 단계인 것으로 나타났다.

• 공업화학
• /
• 제29권5호
• /
• pp.613-619
• /
• 2018

본 연구에서는 유입 슬러지에 다양한 전처리 방법과 고액분리장치를 이용한 유출수의 잉여슬러지를 농축 후 내부반송을 적용하여, 중온혐기-고온호기 혼합 슬러지 처리 공정의 슬러지 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 실험실 규모의 혼합 소화공정장치를 제작하여 서로 다른 유입 슬러지 전처리방법을 적용하여 5단계로 실험을 진행하였다. 1단계에서는 열-알칼리처리 전처리를 하여 슬러지를 공급하였고, 2, 3, 4단계에서는 유출수로부터 농축된 잉여슬러지의 내부반송과 각각 열-알칼리처리, 열처리, 알칼리 처리(7일)를 거친 유입 슬러지를 공급하였다. 마지막 5단계에서는 전처리를 하지 않은 슬러지를 공급하였다. 실험 결과, 1단계에서 4단계까지 진행되는 동안 Volatile Suspended Solid (VSS) 제거율은 유입 슬러지 전처리와 내부반송을 적용하는 경우 크게 증가하였으며, 메탄생성량 또한 2단계에서 슬러지 내부반송과 열-알칼리처리 전처리 적용의 경우 285 mL/L/day까지 크게 증가하였다. 한편, 5단계에서 전처리를 하지 않은 슬러지를 공급하였을 경우 VSS 제거율과 메탄 생성량이 크게 감소하였다. 결론적으로, 유입 슬러지의 열-알칼리처리 전처리와 유출수의 농축 잉여슬러지의 내부반송을 통해 복합 슬러지 처리 공정의 슬러지 제거 효율과 메탄생성량을 크게 증가시킬 수 있었다.

• 제어로봇시스템학회논문지
• /
• 제14권11호
• /
• pp.1174-1179
• /
• 2008

Many modeling and calibration methods have been developed to analyze and design the biological wastewater treatment process. For the systematic use of activated sludge model (ASM) in a real treatment process, a most important step in this usage is a calibration which can find a key parameter set of ASM, which depends on the microorganism communities and the process conditions of the plants. In this paper, a standardized calibration protocol of the ASM model is developed. First, a weighted effluent quality index(WEQI) is suggested far a calibration protocol. Second, the most sensitive parameter set is determined by a sensitive analysis based on WEQI and then a parameter optimization method are used for a systematic calibration of key parameters. The proposed method is applied to a calibration problems of the single carbon removal process. The results of the sensitivity analysis and parameter estimation based on a WEQI shows a quite reasonable parameter set and precisely estimated parameters, which can improve the quality and the efficiency of the modeling and the prediction of ASM model. Moreover, it can be used for a calibration scheme of other biological processes, such as sequence batch reactor, anaerobic digestion process with a dedicated methodology.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제40권3호
• /
• pp.282-285
• /
• 2012

본 연구는 혐기성 소화조에서 바이오 가스 생산을 위한 바이오매스 자원으로서 Chlorella vulagaris와 Dunaliella salina의 이용능력을 확인하였다. 세포벽의 구조에 따라 전처리 후 용해성 물질의 수율이 영향을 받았는데, 이는 D. salina가 바이오 가스 생산 측면에서 C. vulgaris보다 좋은 후보라는 것을 보여준다. 혐기성 소화조에서 얻은 접종원으로부터 전처리하거나 전처리하지 않은 D. salina를 기질로서 메탄가스를 생산하는데 이용하였을 때 메탄 수율 측면에서 큰 차이가 없었다. 그러므로 D. salina는 높은 바이오매스 생산성, 단순한 전처리 필요성, 쉬운 바이오 가스전환 때문에 바이오 가스 생산을 위한 적합한 해조류 바이오매스이다.

• 유기물자원화
• /
• 제22권2호
• /
• pp.35-43
• /
• 2014

각기 다른 돈분 처리시스템 운영 과정을 포함하여 액비의 농경지 살포에 따른 옥수수 재배에 대한 환경영향을 분석하기 위하여 전과정 평가방법을 적용하였다. 전과정평가의 첫 번째 부분은 사용될 분석 항목을 구성하는 것으로 돈분 처리시스템 운영에 대한 유입 및 배출에 대한 항목이며, 전과정 영향평가를 위한 다음 단계로서 전체 환경부하를 최종적으로 하나의 지수로 통합하기 위하여, 특정 항목에 대한 자료를 취합하고 분석하는 것이다. 전과정 영향 분석을 위한 실례로서 호기 및 혐기소화시스템 운영부터 호기 및 혐기 액비의 농경지 시용에 대한 옥수수 재배과정에 이르기 까지를 평가하였다. 농업환경영향에 대한 부하량 평가에서, 혐기소화액을 이용한 옥수수 재배에서는 수계부영야화가 7.6배 높았으며, 지구온난화에 대한 생태지표 지수(Eco-indicator value)는 10.9 tonne $CO_2$ eq.로 0.9배 적게 배출하는 것으로 산정되었다.

• Advances in environmental research
• /
• 제5권4호
• /
• pp.237-249
• /
• 2016

The management of municipal solid waste (MSW) is essential for every community; and, it is currently a major challenge in Nigeria. This paper provides an overview of the current MSW management trends in Nigeria and proposes new sustainable MSW management systems. Across Nigerian cities, MSW management is characterized by inefficient collection and transportation to disposal sites. Collection services do not reach some unplanned areas and slums due to poor street network. Even some planned areas are not reached by collection services. The informal sector contributes to waste collection, resource recovery and recycling; however, their activities are not recognized by the governments. Markets exist for recovered materials but more efforts need to be geared towards intensive recovery of materials and expansion of these markets. Despite the high proportion of putrescible matter in MSW, the only form of treatment commonly used currently is open burning for volume reduction. The high organic fraction presents a great opportunity for composting and anaerobic digestion. Ultimate disposal is currently done in open dumpsites. This needs to be upgraded to engineered landfills that are properly sited and adequately operated by well trained personnel. There is an emerging waste stream of concern, electronic-waste (e-waste), that requires urgent sustainable management as e-waste are currently co-disposed with other waste streams or burnt in the open posing detrimental health impacts.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제27권2호
• /
• pp.321-334
• /
• 2017

Process surveillance within agricultural biogas plants (BGPs) was concurrently studied by high-throughput 16S rRNA gene amplicon sequencing and an optimized quantitative microscopic fingerprinting (QMF) technique. In contrast to 16S rRNA gene amplicons, digitalized microscopy is a rapid and cost-effective method that facilitates enumeration and morphological differentiation of the most significant groups of methanogens regarding their shape and characteristic autofluorescent factor 420. Moreover, the fluorescence signal mirrors cell vitality. In this study, four different BGPs were investigated. The results indicated stable process performance in the mesophilic BGPs and in the thermophilic reactor. Bacterial subcommunity characterization revealed significant differences between the four BGPs. Most remarkably, the genera Defluviitoga and Halocella dominated the thermophilic bacterial subcommunity, whereas members of another taxon, Syntrophaceticus, were found to be abundant in the mesophilic BGP. The domain Archaea was dominated by the genus Methanoculleus in all four BGPs, followed by Methanosaeta in BGP1 and BGP3. In contrast, Methanothermobacter members were highly abundant in the thermophilic BGP4. Furthermore, a high consistency between the sequencing approach and the QMF method was shown, especially for the thermophilic BGP. The differences elucidated that using this biphasic approach for mesophilic BGPs provided novel insights regarding disaggregated single cells of Methanosarcina and Methanosaeta species. Both dominated the archaeal subcommunity and replaced coccoid Methanoculleus members belonging to the same group of Methanomicrobiales that have been frequently observed in similar BGPs. This work demonstrates that combining QMF and 16S rRNA gene amplicon sequencing is a complementary strategy to describe archaeal community structures within biogas processes.