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활성탄 주입에 따른 바이오메탄 생산 및 페놀 분해율 향상
김희진 ( Huijin Kim ),미치드마 ( Enkhtsog Michidmaa ),송다영 ( Dayeong Song ),윤여명 ( Yeo-myeong Yun ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
혐기성소화 공정은 유기성 폐기물의 처리와 동시에 유용 에너지를 생산할 수 있는 기술로 정부의 탈 원전 및 대체에너지 개발 정책에 따라 미래 사회의 중요 기술로 주목받고 있다. 혐기성소화 공정은 유기물에서 CH<sub>4</sub>을 생산하는 과정에서 H<sub>2</sub>가 중간매개체로 작용하는 것이 일반적 정설로 알려져 있었으나, 최근에 소화조 내부에 미생물간 Electron shuttle이 될 수 있는 전도성 물질의 주입에 따른 전자를 메탄 생산균이 직접 받아 CH<sub>4</sub> 생산 속도 극대화가 가능한 직접전자전달반응(CO<sub>2</sub> + 8H<sup>+</sup> + 8e<sup>-</sup> → CH<sub>4</sub> + 2H<sub>2</sub>O)을 유도하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 페놀 폐수를 대상으로 분말활성탄(Powdered activated carbon, PAC)을 전도성 물질로 주입하여 페놀의 분해 촉진 및 메탄 생산의 향상을 목적으로 하였다. 실험은 페놀(2 g-COD/L)에 PAC(0g, 0.4g, 0.8g, 1.6g, 3.2g, 6.4g)의 주입량을 달리하여 총 30일 동안 Biochemical methane potential(BMP) test를 수행했으며 메탄 생성 및 COD 제거율 비교를 통해 결과 분석하였다. 메탄 생산량은 PAC 주입량 증가에 비례하게 증가함을 확인했다. 특히 대조군(PAC 0g)의 경우 메탄 발생(1mL CH<sub>4</sub>)이 거의 없는 방면, 6.4g PAC 주입 샘플의 경우 107 mL로 PAC 주입에 따른 메탄 전환율의 차이가 크게 나타났다. 전도성 물질인 PAC의 종간 전자 전달 속도를 확인하고자 메탄 생성 속도를 비교하였으며, 전반적으로 control에 비해 PAC 주입에 따라 메탄 생성 속도는 증가하는 경향을 보였다. COD 제거율의 경우 control과 비교했을 때 6.4g PAC에서 더 높은 COD 제거율을 보였다.
윤광수 ( Gwang-su Yun ),미치드마 ( Michidmaa Enkhtsog ),오하은 ( Ha-eun Oh ),윤여명 ( Yeo-myeong Yun ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
최근 인구증가와 도시화의 발달로 인해 제한적 장소에서부터 발생한 유기성 폐기물의 증가는 사회적 이슈로 대두되고 있다. 유기성 폐기물의 처리와 에너지 생산을 위해 혐기성 소화를 적용이 활발히 이루어지고 있으며, 생산된 바이오가스는 도시가스나 수송연료, 전기 등의 에너지원으로 이용되기 위해서는 정제 및 고품질화 공정이 필요하다. 고품질화 공정에는 물리·화학적 방법 방법이 주로 적용되고 있으나, 경제성 확보가 어렵다. 반면 생물학적 고품질화 방법은 CO<sub>2</sub>를 이용한 생물학적 바이오가스 고품질화 공법을 통해 온실가스 배출 감소와 경제적인 바이오가스 고품질화를 동시에 달성할 수 있다. 그러나 생물학적 바이오가스 고품질화 방법은 초기 Start-up 속도가 느린 문제점을 해결하기 위한 연구가 필요하다. 따라서 CO<sub>2</sub>를 이용한 생물학적 바이오가스화 공법 중 Ex-situ Start-up 효율 비교의 필요성이 있다고 판단되어 본 연구를 진행하였다. 본 연구는 ex-situ 생물학적 바이오가스 고품질화 Start-up 효율 비교를 위해 4종류의 식종균을 이용하여 Specific methanogenic activity (SMA) test를 수행하였다. 그 결과, 36일 안에 모든 회분식 실험이 완료되었고 이때 메탄 전환율은 2,434-2,051mL CH<sub>4</sub>/g COD의 범위를 나타냈다. 맥주공장과 음식물류 폐기물 식종슬러지에서 가장 높은 89.3-91.9% 메탄 함량을 나타낸 반면, 하수슬러지 식종슬러지로부터 86.4%의 메탄 함량이 발생하여 가장 낮은 효율을 나타냈다. 메탄 생산 속도 및 이산화탄소 소비속도 비교를 통해 Mass balance 분석을 통해 초기 반응에는 이론적 수치인 1보다 낮았으나 36일 지점에서는 0.7-0.8 수준으로 나타났다. SMA test 실험 기간 중 반응조 내 아세트산의 농도의 검출이 확인되었으며 이는 식종슬러지 내부의 잔류 유기물들의 분해, 식종미생물의 사멸 및 이들의 분해, Homoacetogenic bacteria의 활성에 기인한 것으로 판단되었다.
식종슬러지 종류에 따른 이산화탄소 이용 바이오메탄 생산 비교
김태훈(Tae-Hoon Kim),임병서(Byung-Seo Lim),이승주(Sung-Ju Yi),윤광수(Gwang-Sue Yun),안병규(Byung-Kyu Ahn),미치드마(Michidmaa Enkhtsog),윤여명(Yeo-Myeong Yun) 유기성자원학회 2020 유기물자원화 Vol.28 No.1
본 연구는 초기 식종슬러지 종류별 CO₂의 생물학적 바이오메탄 생산 적용 가능성을 비교를 위해 국내 혐기성 소화조로부터 획득한 식종미생물을 종류에 따라 Specific methanogenic activity (SMA) test를 수행한 결과이다. 36일간의 실험 결과 CH₄ yield는 2,434-2,051mL CH₄/g COD의 범위를 얻었고 생산된 가스 내 CH₄ 분압은 맥주공장과 음식물류 폐기물 식종슬러지에서 가장 높은 89.3-91.9% CH₄ 분포를 보인 반면 하수슬러지 식종슬러지로부터 가장 낮은 효율을 나타냈다. 반응조의 CH₄ production rate/CO₂ consumption rate 비교를 통해 CH₄전환 속도 및 CO₂소비율의 간접적 물질 수지 비교가 가능했으며 SMA test 실험 기간 중 반응조 내 아세트산의 농도의 검출이 확인되었다. 이는 식종슬러지 내부의 잔류 유기물들의 분해, 식종미생물의 사멸 및 이들의 분해, Homoacetogenic bacteria의 활성에 의해 반응조 내 Metabolic pathway가 부분적으로 Hydrogenotrophic methanogenesis 단계에서 Acetoclasctic methanogenesis로의 변환됨에 따른 결과로 사료된다. The aims of this study were to compare the biomethanation of CO₂ through specific methanogenic activity(SMA) test which was inoculated with four different types of mixed microbial culture obtained from full-scale anaerobic digestion (AD) plants. The experimental results showed that CH₄ conversion was the highest in the samples inoculated by seed sludge taken from ADs of food waste and brewery; under this condition, the produced biomethane contains 89.3-91.9% of CH₄. Meanwhile, the lowest level was obtained in the sample from sewage sludge. The measured ratio of CH₄ production rate to CO₂ consumption rate in all reactors was higher than the theoretical value (1) in the middle of the period and soon dropped to 0.7-0.8. It might be due to changed metabolic pathways in the reactor by the degradation of residual organic matter and the increased activity of homoacetogenic bacteria.