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유기물 부하변동에 대한 수평 혐기성 소화조의 완충 거동
오경근 ( Gyung-geun Oh ),송영채 ( Young-chae Song ),우정희 ( Jung-hui Woo ),김극태 ( Keug-tae Kim ),이채영 ( Chae-young Lee ),박정수 ( Jung-su Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
수평 혐기성 소화조(50L)의 유기물 부하율 변동에 대한 완충능력을 평가하기 위한 연구를 수행하였다. 음식 폐기물과 하수슬러지 열수탄화액 혼합물을 유입수로 사용하여 HRT 30일에서 정상상태로 운전 중인 수평 혐기성소화조의 유기물 부하율을 1일의 단기간 동안 1.5배 및 2배로 증가시킨 후 메탄발생량 및 소화조 내용물의 이화학적 특성 변화를 관찰하였다. 유기물 부하율을 1일간 2배로 증가시켰을 때 pH는 7.45에서 7.15로 감소하였으며, VFAs는 0.93 g COD/L에서 1.2 g COD/L로 증가하였다. 또한, 알칼리도는 9.14 g as CaCO<sub>3</sub>/L에서 8.04 g as CaCO<sub>3</sub>/L로 감소하였으며, COD 및 VS 제거율은 각각 45%, 51%까지 감소하였다. 그러나, COD 및 VS 제거율은 점차 회복되었으며 7-8일 이후 각각 67.4% 및 68.8%의 정상상태 값을 보였다. 그러나, 메탄발생량은 정상상태의 167%에 해당하는 1.29 L/L.d까지 증가하였으며, 바이오가스의 메탄함량은 64.3%로서 정상상태와 큰 차이가 없었다. 이 결과는 유기물 부하율의 단기간 2배 증가가 메탄생성에 악영향을 미칠 정도로 이화학적 성상변화가 나타나지 않는다는 것을 의미한다. 그러나, 관측된 이화학적 특성변화가 충격부하 이전의 정상상태 값으로 회복되는데 7-8일 정도 소요되었다. 유기물 부하율을 1일간 1.5배 증가시켰을 때 pH, 알칼리도는 소폭 감소하였다가 1일 이내에 정상상태로 회복되었으며, VFAs 농도는 큰 변화가 없었다. 또한, COD 및 VS 제거율은 정상상태와 큰 차이가 없었으며, 메탄생성량은 0.93 L/L.d로서 유기물 부하율 증가 이전보다 최대 124%까지 증가하였다. 음식폐기물과 하수슬러지 열수분해액의 혼합물을 처리하는 수평 혐기성 소화조는 유기물 부하율의 단기간 변동에 대응하는 완충력이 매우 큰 것으로 평가되었다.
석탄으로부터 메탄생성을 위한 생물전기화학 혐기성 소화조에서의 직접전자전달
오경근 ( Gyung-geun Oh ),송영채 ( Young-chae Song ),김동훈 ( Dong-hoon Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
석탄에서 발생하는 바이오가스인 Coal-Bed Methane (CBM)은 지하에 매장된 석탄층에 존재하는 천연가스 원으로, 열적으로 생성되기도 하지만 혐기성 미생물에 의한 석탄에 함유된 유기물의 메탄전환 반응에 의하여 연속적으로 생성되기도 한다. 그러나 혐기성미생물을 이용한 CBM의 생성은 매우 느리며, 메탄의 생성 수율이 적다. 이는 석탄의 유기물 성분은 탄화과정에 생성된 리그닌 등의 소수성 고형물질로서 가수분해반응이 매우 느리게 진행된다. 또한, 가수분해 생성물들의 구성성분은 주로 미생물들이 이용하기 어려운 난분해성 방향족 화합물들이다. 생물전기화학 혐기성소화에서 메탄생성균과 전기활성미생물 사이의 직접전자전달이 메탄 발생에 큰 역할을 할 수 있다. 석탄의 생물학적 메탄 생성을 위한 촉진제로 이용된 효모 추출물은 미생물 생장을 위한 최상의 유기 질소 공급원으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 유전물질을 코팅한 전극을 이용한 생물전기화학 혐기성소화 회분식 반응조에서 효모 추출물을 주입하여 석탄의 생물학적 메탄전환을 촉진하여 종간직접전자전달에 미치는 영향에 대하여 살펴보고자 하였다. 생물전기화학 혐기성 반응조 (Bio-Electro chemical Anaerobic Digetion)를 유전체를 코팅한 전극을 이용하여 준비하였으며, 전기장(Electric Field) 0.33V/cm, 0.66 V/cm 으로 형성시켜 10 g Coal/L를 주입하여 처리하는 동안 TCOD 농도, 메탄함량에 대한 미치는 영향을 평가하였다. 전극을 사용하지 않은 대조구에서는 1g 석탄에서 12.3ml의 메탄이 발생한 반면 전기장을 0.33 V/cm, 0.66 V/cm 형성시킨 반응조에서는 각 32.6 ml, 32.8 ml로 2배 이상 증가하였다. 이는 TCOD 분석 결과와 경향이 동일하게 나타났다. 전극을 사용하지 않은 곳에서 8.35 g TCOD/L이었으며, 전기장을 형성한 반응조에서는 각각 7.08 g TCOD/L, 7.23 g TCOD/L 로 분석되었다. 이는 난분해성 유기물인 석탄이 전기장을 이용한 생물전기화학 혐기성 소화에서 전기 활성미생물이 성장하여 직접종간전자전달 (Direct Interspecies Electron Transfer, DIET)에 의하여 분해가 촉진되어 메탄생성반응이 크게 향상되었다는 것을 의미한다. 사사: 본 논문은 2018년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구입니다 (NRF-2017R1E1A1A01075325).
생물전기화학기술을 이용한 하수처리장 방류수 수질개선 가능성
송영채 ( Young Chae Song ),오경근 ( Gyung Geun Oh ) 한국물환경학회 2015 한국물환경학회지 Vol.31 No.4
The study on the improvement of discharge water quality from domestic wastewater treatment plant (DWTP) was performed in a filter type bioelectrochemical system. The COD removal efficiency for a synthetic discharge water was about 88%, and the effluent COD was less than 5mg/L. The nitrification efficiency of the bioelectrochemical system was over 97%, but a considerable amount of the nitrogen was remained as nitrate form in the effluent. The total nitrogen removal efficiency was only around 30%. There are no significant differences in the removal of COD and nitrogen at 0.6 and 0.8V of the applied voltages between anode and cathode. The removal of COD and nitrogen in the system were quite stable when the HRT ranged from 60 to 15 minutes, and at 10 minutes of HRT, the nitrification efficiency was slightly decreased. The performance of the bioelectrochemical system has quickly recovered from the shocks in the influent due to high concentration of COD and nitrogen. For the effluent that discharged from the DWTP, the removal efficiencies of COD and total nitrogen from the bioelectrochemical system were 50 and 30%, respectively. Thus the bioelectrochemical system was a feasible process for further polishing the effluent quality from DWTP.
송영채 ( Young-chae Song ),우정희 ( Jung-hui Woo ),오경근 ( Gyung-geun Oh ),김동훈 ( Dong-hoon Kim ),이채영 ( Chae-young Lee ),김현우 ( Hyun-woo Kim ),배병욱 ( Byung-uk Bae ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
외부전계가 수용액으로부터 암모니아 탈기에 미치는 영향을 조사하였다. 50MHz 이하의 전자계 주파수 범위에서 암모니아의 탈기효율은 주파수가 증가함에 따라 증가하였다. 전자계에 의한 탈기효율의 증가 효과는 낮은 온도, pH 및 공기량 조건에서 더 컸다. 그러나, 전자계 하에서 탈기가 진행되는 동안 관측된 pH 및 수온의 변화는 크지 않았다. 이것은 수용액에 대한 전자계의 비열효과(극성분자인 물 및 암모니아 분자들의 회전/병진운동)가 전자계 주파수와 커플링된다는 것을 나타낸다. 전자계의 주파수에 따라 향상된 암모니아 탈기는 암모니아 분자의 회전/병진 확산의 증가에 의한 것으로 보인다. 50MHz 이하의 주파수 범위에서 펄스발생기의 에너지 소모량은 대기전력을 포함하여 23-25W로 매우 작았다. 전자계 하에서 암모니아의 탈기효율은 pH와 온도 증가에 따라 더욱 향상되었다. 딥러닝을 통하여 예측한 결과 전자계 하에서 암모니아의 탈기효율은 총괄물질전달계수와 밀접한 상관관계를 보였다. 전자계를 이용한 탈기는 고농도 암모니아성 질소함유 폐수로부터 경제적으로 질소를 제거하여 회수할 수 있는 새로운 플랫폼이다.