• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.175.1-175.1
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• 2011

A rotating activated bacillus contactor (RABC) process with a series of aerobic reactors was tested in pilot scale to treat digested liquid from an anaerobic digester treating swine wastewater and sewage sludge. The influent (digested liquid) for the RABC process showed C/N ratios less than 2 as a typical feature of effluent from anaerobic digesters. The pilot process, which consists of three 3 RABC reactors, four aerobic tanks and a sedimentation tank, was operated for 210 days with a hydraulic retention time of 20 days without pH and temperature control. Since the Bacillus-enriched aerobic reactors shows high efficiencies of nitrogen removal at low DO levels less than 1.0 mg/L, they were operated at reduced aeration intensities. With relatively low concentrations of organics in comparison with nitrogen concentrations, the RABC process tested in this study showed stable and high nitrogen and organics removal efficiencies over 80%. The nitrogen removal process tested in this study was proven to be an effective and operation-cost saving (lower aeration) method to remove nitrogen without adding external carbon sources to meet the optimum C/N ratio.

• 대한환경공학회지
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• 제31권5호
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• pp.341-345
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• 2009

음식물쓰레기와 종이류로 구성된 유기성고형폐기물(고형물 함량 30% TS)을 대상으로 중온 건식혐기성소화를 시도하였고, 연속 운전 중 수리학적 체류 시간(HRT)을 150일, 100일, 60일, 40일로 감소시켰다. 기질의 고형물 농도를 30% TS (Total Solids)로 고정하였기 때문에 각각의 HRT에 해당하는 고형물 부하는 2.0, 3.0, 5.0, 7.5 kg TS/$m^3$/d였다. HRT를 줄임에 따라 단위용적 당 바이오가스 생산 속도는 증가하였고, HRT 40일에서 3.49${\pm}$0.31 $m^3/m^3/d$로 가장 높은 성능을 보였다. 이 때, 76%의 휘발성 고형물(VS) 분해율이 유지되었고, 0.25 $m^3$/kg $TS_{added}$의 메탄 생산 전환율을 보였으며, 이는 기질의 67.4%에 해당하는 에너지가 메탄 가스로 전환된 것을 의미한다. HRT 100일에서 0.52 $m^3$/kg $TS_{added}$로 가장 높은 바이오가스 전환율을 보였지만, 모든 HRT에서 0.45${\sim}$0.52 $m^3$/kg $TS_{added}$로 큰 차이가 나지 않았다. 고형물 함량이 높은 기질의 원활한 주입을 위해 소화조 발효액의 일부를 기질 투입구로 반송하여 기질과 혼합 후 주입하였다. 주입하고자 하는 기질의 5배에 해당하는 양의 소화조 발효액을 반송하여 혼합하였을 때, 가장 효과적인 기질 주입이 이루어졌다. 중온 건식 조건에서 서식하는 메탄 소화균의 활성도를 측정한 결과, 아세트산, 뷰틸산, 프로피온산을 이용할 경우 각각 2.66, 1.94, 1.20 mL $CH_4/g$ VS/d였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.110.2-110.2
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• 2011

바이오가스 생산은 현재 정부에서 추진하고 있는 저탄소 녹색성장으로 인해 더욱 그 가치의 중요성이 부각되고 있다. 스웨덴 Scandinavian Biogas Fuel AB(SBF) 사의 바이오 가스 생산 기술을 이용함으로 소화효율을 개선하고 바이오가스 발생량을 극대화하였다. 전국 403개 공공하수처리시설 중 소화조가 설치된 처리시설은 65 개소이며 이중 57 개소에서 총 64개 소화조를 운영 중이다. 하지만 국내 소화조의 효율은 유입수질 저하, 운영, 관리 미숙으로 인해 전진국의 1/4 수준으로 에너지 이용률이 미미한 편이다. 환경부는 2010년부터 에너지 이용, 생산사용 확대, 추진을 위해 하수처리시설별 이용 가능한 에너지 잠재력의 종류, 양, 지역 내 수요자, 공급자 의 현황 규모 등을 정리해 2012년부터 에너지 이용사업 확대를 추진한다. SBF의 기술을 바탕으로 하수처리시설에서 들어오는 하루 슬러지 $1370m^3$와 음식물쓰레기 180t을 함께 처리하며 바이오가스 생산량을 더욱 늘렸다. 각 $7,000m^3$의 달걀모양(egg shape) 소화조 2개를 운영하며 생 슬러지와 음식물 쓰레기 처리 후 바로 소화조로 투입, 혐기 소화하는 방식이며 슬러지 최종처분방법은 탈수 후 소각된다. 반입되는 생 슬러지의 평균 TS 1.7%, VS 63% 이며 농축 후에는 평균 TS 9%, VS 75% 이다. 또 소화조로 들어가는 음식물 쓰레기는 평균 TS 8%, VS 85% 이며 소화 후 평균 TS 3.6% VS 59% 이다. 그리고 소화조의 pH는 7.3~7.8,유기산의 농도는 150mg/L~350mg/L, 가스발생량은 하루 평균 $26,500Nm^3$이며 소화효율은 평균 67%이다. 혐기성소화는 산소가 없는 무 산소 상태 에서 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키고 우리는 현재 이 가스를 소화조 가온에 사용하고, 판매하고 있다. 소화효율을 높이기 위하여 가온과 교반이 행해지는데 가온방식은 직접가온방식(증기주입식)과 간접가온방식(열교환방식)이 있다. 그중 우리는 간접가온방식을 채택하여 소화효율을 높였고 일반중온 혐기소화온도보다 약간 높은 $38^{\circ}C$로 운전한다. 그리고 일반적으로 알려진 교반방식인 가스교반, 기계교반, 이 둘은 병행한 교반이 아닌 독자적인 방법을 이용, 소화조 내의 슬러지가 정체되어 교반되지 않는 부분을 최소화 하였다. 이때 미생물이 투입되기 힘든 소화조 아래 쪽 으로도 고루분포 되어 슬러지를 이용 하게 되고 소화조 상하부의 온도차가 $1^{\circ}C$ 이하로 거의 완벽한 교반상태를 보여 줌 으로써 소화효율을 최대한으로 한다. 더욱이 소화일수 부족으로 인한 전반적 소화효율 저하가 발생하지 않도록 input과 output 조절을 통한 적정소화일수 20~25일을 최대한 맞추어 운전하여 소화조 설계용량의 평균 90%를 활용하고 있다.

• 유기물자원화
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• 제26권1호
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• pp.65-78
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• 2018

본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 발전 및 스팀으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하고 잦은 고장이 발생되고 있다. 전국 11개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 음식물/음폐수는 68.2 %, 가축분뇨는 66.8 %, 하수슬러지의 경우 46.2 %로 전체 평균 58.8 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 $H_2S$ 평균은 560 ppm으로 측정되었으며, 저감효율이 90% 이상인 경우 약 40 ppm 까지 감소할 수 있는 것을 확인하였다. 특히 소화조 내에 철염을 투입하면 처리효율 약 93 %이며, 평균 150 ppm까지 감소하는 것을 확인하였다. 제습의 경우 노점온도를 적용한 절대습도와 가스온도에 따른 상대습도를 분석하였으며, 제습설비가 유지보수가 잘되어 가동 중인 시설의 노점온도는 $14^{\circ}C$, 절대습도는 $12.6g/m^3$이며, 상대습도는 35 %로 측정되었다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 이용 최적화 방안을 마련하기 위하여 정밀모니터링을 실시하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권6호
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• pp.588-597
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• 2016

본 연구는 유기성폐기물의 혼합슬러지를 개량형 단상 혐기성 소화공정에서 각각의 혼합비율에 따른 바이오가스 생산효율 향상에 관한 연구로, 연구에 사용된 유기성폐기물의 종류는 하수 생슬러지, 음폐수 및 가축분뇨이다. BMP test를 통해 잠재적 메탄발생량을 확인한 결과 단일시료의 경우 가축분뇨가 $1.55m^3CN4/kgVS$로 가장 높게 평가되었고, 혼합시료(생슬러지, 음폐수, 가축분뇨)의 경우는 각각의 비율을 50% : 30% : 20%로 하였을 때 $0.43m^3CN4/kgVS$로 가장 높게 나타났다. 반면 실증플랜트에서 혼합슬러지 최적 혼합비율은 생슬러지(68.5) : 음폐수(18.0) : 가축분뇨(13.5)로 나타나 BMP test와 다소 상이한 결과를 보였다. 이는 혼합슬러지 성상변화와 체류시간 등 소화조 운전조건 변화에 기인한 결과로 판단되며, 단상 혐기성 소화조의 바이오가스 생산량이 $2,514m^3/d$, 메탄함량 62.8%로 조사되어 설계능력인 바이오가스 생산량 $2,319m^3/d$ 기준으로 볼 때 최대성능을 발휘하는 것으로 평가되었다. 아울러 본 연구를 통해 혐기성 소화방식에 있어 소화조의 안정적인 운영과 소화효율 측면에서 고효율 방식인 2상 소화방식을 도입하는 것이 유리하나 기존의 단상 소화방식에 있어서도 소화효율 개선 및 성능향상이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제28권1호
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• pp.15-25
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• 2020

본 연구에서는 우분뇨와 폐잔디를 이용한 혐기소화 잠재성을 단독 및 병합 조건에서 평가하였다. 두 종의 유기성 폐자원은 휘발성고형분(VS) 기준 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100의 다섯 가지 혼합비 조건에서 회분식 BMP(biochemical methane potential) 테스트를 통해 바이오가스 생산을 측정하였다. 또한, 서로 다른 3개의 온도조건(25℃, 30℃, 35℃)을 적용하여 총 15개 실험 조건을 비교하였다. 실험 결과, 반응 온도가 높을수록, 폐잔디의 혼합비가 높을수록 더 높은 메탄 수율과 최대 메탄 생산율이 관측되었다. 실험 결과를 바탕으로 유효체적 240(농장규모) 또는 2,400(마을 규모) ㎥의 가상의 혐기소화조를 가정하여 서로 다른 조건에 따른 에너지 수지를 비교하였다. 예측된 에너지 생산량은 반응 온도가 높을수록 더 많았으나 소화조 가온 등에 따른 에너지 소모량을 고려한 에너지 순생산량은 30℃, 35℃, 25℃ 순으로 높게 예측되었다. 따라서 에너지 순생산량을 최대화하기 위한 조건 도출을 위해서는 메탄 수율 등의 실험적 측정 외에도 구체적인 소화조의 설계 인자를 고려해야 하는 것으로 평가되었다.

• 유기물자원화
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• 제18권2호
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• pp.76-83
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• 2010

당사는 중온/습식/이상 혐기성 소화공정인 HADS Pilot Plant를 이용하여 국내 음폐수에 대해 유기물 부하(OLR, Organic Loading Rate) 증량 방식을 달리하여 혐기성 소화 테스트를 진행하였다. 그 방식은 연속적이면서 빠르게 OLR을 증량시키는 급속 OLR 증량 운전과 단계적이면서 각 단계별로 적응기를 갖는 계단식 OLR 증량 운전 방식이었다. 그 결과 급속 OLR 증량 운전시에는 불안정한 VFA(Volatile Fatty Acid)/Alkalinity 비율을 보이다가 바이오가스 발생량이 급감하는 결과를 보여주었다. 반면, 계단식 OLR 증량 운전시에는 VFA/Alkalinity의 비율을 0.4이하로 유지하면서 혐기성 소화 운전을 실시한 결과 안정적인 혐기성소화 성능을 보였을 뿐만 아니라, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS(Volatile Solid) 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 OLR 증량 운전 방식에 따라 완전히 다른 결과가 도출되어 각각의 혐기성 소화 운전시의 박테리아 및 메탄생성균 군집의 변화를 T-RFLP(Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism)를 통하여 분석하였다. 그 결과, 급속 OLR 증량 운전시와 계단식 OLR 증량 운전시의 미생물 군집이 달라져 있음을 확인하였고, 이에 따라 동일한 혐기성 소화 공정을 적용하여 음폐수에 대한 혐기성 소화 운전을 진행하였음에도 OLR 증량 운전 방식에 따라 미생물의 반응성 및 주변환경에 대한 내성이 달라질 수 있음을 알 수 있었다.

• 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.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권2호
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• pp.270-279
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• 2014

Microbial community shifts, associated with performance data, were investigated in an anaerobic batch digester treating high-solid food waste under mesophilic conditions using, a combination of molecular techniques and chemical analysis methods. The batch process was successfully operated with an organic removal efficiency of 44.5% associated with a biogas yield of 0.82 L/g $VS_{removal}$. Microbial community structures were examined by denaturing gel gradient electrophoresis. Clostridium and Symbiobacterium organisms were suggested to be mainly responsible for the organic matter catabolism in hydrolysis and acidogenesis reactions. The dynamics of archaeal and methanogenic populations were monitored using real-time PCR targeting 16S rRNA genes. Methanosarcina was the predominant methanogen, suggesting that the methanogenesis took place mainly via an aceticlastic pathway. Hydrogenotrophic methanogens were also supported in high-solid anaerobic digestion of food waste through syntrophism with syntrophic bacterium. Microbial community shifts showed good agreement with the performance parameters in anaerobic digestion, implying the possibility of diagnosing a high-solid anaerobic digestion process by monitoring microbial community shifts. On the other hand, the batch results could be relevant to the start-up period of a continuous system and could also provide useful information to set up a continuous operation.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제9권6호
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• pp.737-743
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• 1999

A conventional thermophilic anaerobic digester was converted into a thermophilic high-rate hybrid anaerobic reactor (THAR) for treating distillery wastewater. The THAR has been operating successfully since May 1995 at a loading rate of 5.45 to $11.52{\;}kg/\textrm{m}^3/d$ (maximum of 15.02). The THAR has demonstrated a soluble Chemical Oxygen Demand (sCOD) removal efficiency of 85 to 91% and a total COD (tCOD) removal efficiency of as much as 72 to 84%. Product gas had a methane content of 59 to 68%. The tCOD removal rates were 4.31 to 5.43, 6.26 to 6.89, and 9.03 to $9.78kg{\;}tCOD/\textrm{m}^3/d$ for tapioca, com, and naked-barley wastewater, respectively. The sCOD removal rates ranged from 3.75 to 4.79,3.28 to 4.89, and 5.57 to 6.21kg $sCOD/\textrm{m}^3/d$ for tapioca, com, and naked-barley wastewater, respectively. There were unknown substances in a naked-barley distillery wastewater that were identified as being toxic for microorganisms. However, the THAR treated naked-barley wastewater continuously for 26 days, operating at an average tCOD loading of $11.08{\;}kg/\textrm{m}^3/d$without any signs of deterioration in either COD removal efficiency or gas production rate. During this period, the average removal efficiencies of tCOD and sCOD were 84% and 91%, respectively, and the gas production rate averaged 6.61 to $7.57{\;}\textrm{m}^3/\textrm{m}^3$ reactor/d which produced 0.57 to $0.69{\;}\textrm{m}^3{\;}biogas/kg{\;}tCOD_{rem}$. From tapioca and com wastewater, the reactor showed an average gas production rate of 3.18 to 3.46 and 4.91 to $5.22{\;}\textrm{m}^3/\textrm{m}^3$ reactor/d which produced 0.53 to 0.69 and 0.62 to $0.71{\;}\textrm{m}^3/kg{\;}tCOD_{rem}$, respectively.