양돈분뇨의 혐기성 소화시 암모니아 부하에 따른 메탄발생 지체시간 및 동역학적 인자 도출에 관한 연구 = A Study on Derivation of Lag Phase of Methane Production and Kinetic Parameters of ammonia Inhibition During anaerobic Digestion for Swine Manure

국문 초록 (Abstract)

혐기성 소화 시 메탄 생성균의 암모니아 부하 적응을 위한 지체시간 계산을 위한 추정식의 도출과 회분식 실험 결과들로부터 도출된 결과를 활용하여 모델의 계수 들을 도출하는 것이 본 연구의 목적이다. 일반 돼지분뇨의 고농도 암모니아에 대한 메탄 생성균 억제 및 적용 가능 여부와 양돈장 현장 혐기소화조 운영을 위한 운전인자를 확인하기 위해 실험실에서 AMPTS(Automatic Methane Potential Test Systems) 장비를 사용하여 암모니아 억제의 동역학 모델을 발견하여 적용하였다. 암모니아 농도에 적응하기 전의 메탄 생성율은 TAN 2,700mg/L에서 0.68L/gVS인 반면, 적응 후 미생물은 TAN 4,250mg/L에서 0.82L/gVS의 생성율을 보인다. 지체기(λ)는 적응되지 않은 미생물에서 45~99일 범위로, 적응된 미생물을 사용할 때 지연된 단계 없이 메탄 생산이 가능함을 보여준다. 본 연구에 적용된 변형 Gompertz 모델은 미생물의 적응 여부에 따라 지체시간을 나타내는 λ값의 차이 뿐 아니라 단계별 메탄생산량을 나타내는 Pm1은 더 큰 차이를 보이는 반면, 반포화시간인 K와 2단계에서의 최대 가스생산율인 Rm은 유기물 부하에 따라 변화하고 미생물의 적응 여부에 관계없이 유사한 값을 보여주고 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to derive an estimation equation for calculating the lag time for ammonia load adaptation of methanogens during anaerobic digestion and to derive model coefficients using the results derived from the batch experiment results. Pig manure is known to be a representative substrate that inhibits the normal operation of the anaerobic digestion process by accumulating ammonia. AMPTS (Automatic Methane Potential Test Systems) equipment was used in the laboratory to determine whether methane bacteria can be suppressed and applied to the high concentration of ammonia in general pig manure and the operating factors for operating an on-site anaerobic digester at a pig farm. The methane production rate before adaptation to ammonia concentration is 0.68 L/gVS at TAN 2,700mg/L, while the microorganism after adaptation shows a generation rate of 0.82L/gVS at TAN 4,250mg/L. The delayed phase length (λ) range from 45 to 99 days in unadapted microorganisms, showing that methane production is possible without a delayed phase when using adapted microorganisms. The modified Gompertz model applied in this study not only shows a difference in the λ value, which represents the lag time, depending on whether the microorganisms adapt, but also shows a larger difference in Pm1, which represents the amount of methane production by stage, while the half-saturation constant K and the maximum gas in the second stage show a greater difference. The production rate, Rm, changes depending on the organic matter load and shows similar values ​​regardless of whether the microorganisms have adapted or not.