오염퇴적물의 주요 영향인자에 따른 메탄발생 생성률 평가

김동현(Dong Hyun Kim),박형준(Hyung Jun Park),방영준(Young Jun Bang),이승오(Seung Oh Lee) 한국방재안전학회 2023 한국방재안전학회 논문집 Vol.16 No.4

세계적으로 온실가스 감축을 위해 주로 이산화탄소 발생에 초점을 맞춰왔지만, 최근에는 메탄 발생에 대한 관심이 커지고 있다. 습지, 저수지, 호소 등 수중 환경을 포함한 자연은 온실 가스 중요한 발원지이다. 호수와 저수지 바닥에 쌓인 퇴적된 유기 오염물질은 산소가 부족한 상태에서 미생물 분해를 통해 메탄과 같은 온실 가스를 생성할 수 있다. 메탄 배출은 비점오염원의 증가와 하천에 설치되는 횡단 구조물에 의한 흐름변화에 의해 증가하고 있는 실정이다. 또한, 기후 변화로 인한 수온의 상승 등은 메탄 배출을 가속화하는 원인이다. 메탄은 다양한 경로를 통해 대기로 배출될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 메탄발생의 주요인자가 미치는 영향을 정량화하기 위하여 BMP test을 수행하였다. 실험조건에 따라 메탄발생량을 직접 계측하였으며, 실험조건은 온도, 기질의 종류, 전단응력 및 퇴적물 특성으로 구분하였다. 또한, 바닥의 전단 응력은 실험적으로 측정하기가 어려워 수치모의를 수행하였다. 실험결과, 생화학적 요소는 메탄 생성에 영향을 미치지만, 전단 속도는 메탄 분리에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 퇴적물 특성은 메탄 생성 및 분리에 영향을 미칠 수 있다. 메탄 생성과 주요인자들 간의 관계를 경험식으로 제시하였으며, 향후 전단응력 및 유기물에 대한 실험조건을 구체화하고 실험규모를 확대한다면 메탄발생과 생지화학 및 수환경인자간의 관계를 도출할 수 있을 것으로 기대된다. The global focus on mitigating climate change has traditionally centered on carbon dioxide, but recent attention has shifted towards methane as a crucial factor in climate change adaptation. Natural settings, particularly aquatic environments such as wetlands, reservoirs, and lakes, play a significant role as sources of greenhouse gases. The accumulation of organic contaminants on the lake and reservoir beds can lead to the microbial decomposition of sedimentary material, generating greenhouse gases, notably methane, under anaerobic conditions. The escalation of methane emissions in freshwater is attributed to the growing impact of non-point sources, alterations in water bodies for diverse purposes, and the introduction of structures such as river crossings that disrupt natural flow patterns. Furthermore, the effects of climate change, including rising water temperatures and ensuing hydrological and water quality challenges, contribute to an acceleration in methane emissions into the atmosphere. Methane emissions occur through various pathways, with ebullition fluxes— where methane bubbles are formed and released from bed sediments—recognized as a major mechanism. This study employs Biochemical Methane Potential (BMP) tests to analyze and quantify the factors influencing methane gas emissions. Methane production rates are measured under diverse conditions, including temperature, substrate type (glucose), shear velocity, and sediment properties. Additionally, numerical simulations are conducted to analyze the relationship between fluid shear stress on the sand bed and methane ebullition rates. The findings reveal that biochemical factors significantly influence methane production, whereas shear velocity primarily affects methane ebullition. Sediment properties are identified as influential factors impacting both methane production and ebullition. Overall, this study establishes empirical relationships between bubble dynamics, the Weber number, and methane emissions, presenting a formula to estimate methane ebullition flux. Future research, incorporating specific conditions such as water depth, effective shear stress beneath the sediment’s tensile strength, and organic matter, is expected to contribute to the development of biogeochemical and hydro-environmental impact assessment methods suitable for in-situ applications.

레이저메탄검지기를 활용한 폐기물매립지 표면발생량 산정에 관한 연구

강종윤,박진규,이남훈 유기성자원학회 2015 유기물자원화 Vol.23 No.3

The aim of this study was to evaluate methane emission flux based on spatial methane concentration using laser methane detector, and geospatial methodology (Inverse distance weighting) at a landfill. The obtained results showed that the spatial methane concentrations were in good agreement with the methane emission fluxes. Thus, it was concluded that the methane emission flux could be derived from spatial methane concentrations. In addition, the results of the geospatial calculations showed that 12.85% of the total area contributed more than 42.21% of total flux. This suggested that the geospatial methodology might be essential in chamber method to determine accurate methane emission fluxes from landfills. 본 연구에서는 표면 메탄농도와 지구통계기법(거리역산가중기법)을 기초로 표면 메탄발산량을 평가하고자 하였다. 실험결과 표면 메탄농도는 표면 메탄발산량과 높은 상관성이 있는 것으로 나타나, 표면 메탄농도를 기초로 표면 메탄발산량을 산정하는 것이 가능한 것으로 나타났다. 또한 지구통계기법 적용 결과 측정 면적의 12.85%가 총 메탄발산량의 42.21%를 나타내어 챔버 방법으로 메탄발산량을 정확하게 평가하기 위해서는 지구통계기법을 반드시 적용해야 하는 것으로 사료된다.

미생물 전기화학 기술이 설치된 단일 혐기성소화조에서 유기성폐기물로부터 메탄생성

박준규(Jungyu Park),전동걸(Dongjie Tian),이범(Beom Lee),전항배(Hangbae Jun) 大韓環境工學會 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.4

Glucose (C6H12O6)의 이론적인 최대 메탄수율은 표준상태(1 atm, 0℃)를 기준으로 0.35 LCH₄/gCOD이지만, 전통적인 혐기성소화조에서 유기물이 메탄으로 전환되는 양은 연구의 방법이나 유기물의 종류에 따라 매우 다양하게 보고되고 있으며, 대부분의 연구실 규모 실험에서 안정화 후 메탄 수율은 0.35 LCH₄/gCOD 이하로 나타난다. 최근, 미생물 전기화학 기술(Microbial Electrochemical Technology, MET)은 지속가능한 신재생에너지 생산 기술로서 큰 주목을 받고 있으며, MET를 혐기성소화조에 적용할 경우 고농도의 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하며, 소화조 내 미생물의 활성을 높이고 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MET가 혐기성소화의 메탄발생에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위해 음식물 탈리액과 하수슬러지의 원소조성에 따른 이론적인 최대 메탄수율을 분석하였으며, BMP (Biochemical Methane Potential) 실험과 연속식 실험을 통한 메탄수율의 특성을 평가하였다. 그 결과, MET가 적용된 혐기성소화에서의 메탄수율은 일반적인 혐기성소화조에 비하여 기질에 따라 2-3배 정도 높았으며, 이론적인 최대 메탄수율에 미치지는 못하였으나 일부는 거의 근접한 결과가 도출되었다. 또한, 일반적인 혐기성소화조와 MET가 적용된 혐기성소화조의 안정화 후 바이오가스의 조성은 거의 유사하게 나타났다. 결과적으로, MET가 혐기성소화조의 유기물 제거효율을 향상시켜 메탄발생량을 증가시킨 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 연구를 통하여 MET에서 메탄발생 메카니즘이 명확히 규명되어야 할 것이다. Theoretical maximum methane yield of glucose at STP (1 atm, 0℃) is 0.35LCH₄/gCOD. However, most researched actual methane yields of anaerobic digester (AD) on lab scale is lower than theoretical ones. A wide range of them have been reported according to experiments methods and types of organic matters. Recent year, a MET (Microbial electrochemical technology) is a promising technology for producing sustainable bio energies from AD via rapid degradation of high concentration organic wastes, VFAs (Volatile Fatty Acids), toxic materials and non-degradable organic matters with electrochemical reactions. In this study, methane yields of food waste leachate and sewage waste sludge were evaluated by using BMP (Biochemical Methane Potential) and con-tinuous AD tests. As the results, methane production volume from the anaerobic digester equipped with MET (AD+MET) was higher than conventional AD in the ratio of 2 to 3 times. The actual methane yields from all experiments were lower than those of theoretical value of glucose. The methane yield, however, from the AD+MET occurred similar to the theoretical one. Moreover, biogas compositions of AD and AD+MET were similar. Consequently, methane production from anaerobic digester with MET increased from the result of higher organic removal efficiency, while, further researches should be required for investigating methane production mechanisms in the anaerobic digester with MET.

반추동물 장내발효 메탄가스 측정을 위한 호흡대사챔버의 개발

송재용,백열창,이슬,지상윤,이유경,김민지,김혜란,김민석,이성대 경상국립대학교 농업생명과학연구원 2020 농업생명과학연구 Vol.54 No.3

Methane, which is one of major greenhouse gases, is produced from enteric fermentation in ruminants. Methane emissions from ruminants are responsible for more than 40% of total greenhouse gas emissions in the livestock sector in the Republic of Korea. Therefore, many researchers have attempted to reduce methane emissions from ruminants. In the present study, we developed a respiration metabolic chamber to measure methane emissions from ruminants and evaluated its accuracy. The respiration metabolic chamber was made 25.4 m3 in size and was completely sealed with a stainless steel plate. An air inlet and discharge pipe with 100 mm diameter was installed in top of chamber, and the same amount of air discharged was entered into the chamber from the outside. For the recovery test, the methane standard gas (5L) was injected into each chamber with uniform diffusion, and air in the chamber was removed at a rate of 900 L/min. The recovery rate(%) was calculated by methane gas concentration of the removed air and comparing it with the injected standard methane gas. The standard gas in the chamber was removed in about 130 minutes, and the recovery rate of methane gas was measured as 109 ± 6.7% on the average. In order to evaluate applicability of the respiration metabolic chamber, methane emission was measured using 4 Hanwoo steers (581.9 ± 33.8 kg), which were fed 9 kg of concentrate and 1 kg of rice straw. The amount of methane emission from Hanwoo was measured to be 236.4 ± 105.44 L/day on average. The respiration metabolic chamber developed and verified in the present study will be applicable for the measurement of methane gas emissions from Hanwoo cattle. 메탄가스는 주요 온실가스 중 하나로 반추동물의 장내발효를 통해 발생하며, 이러한 경로의 메탄가스는 대한민국 축산부문 총 온실가스 발생량의40% 이상을 차지한다. 이런 이유로 많은 연구자들은 반추동물에서 발생하는 메탄생성량을 줄이기 위한 시도를 계속해 왔다. 본 연구는 반추동물의메탄발생량을 측정하기 위해 호흡대사챔버를 개발하고 호흡대사챔버의 정확성을 검증하기 위해 실시하였다. 호흡대사챔버는 25.4 m3 크기로 스테인리스 플레이트로 내부를 완전히 밀폐하였다. 직경 Φ100의 공기 유입관과 배출관을 설치하였고, 공기 배출관에 에어모터를 설치하여 내부공기를 제거함과동시에 유입관을 통해 배출된 만큼의 공기가 외부에서 유입되도록 하였다. 챔버 내 메탄가스 회수기능을 검증하기 위해 메탄표준가스 5L를 각챔버에 주입하여 균일하게 확산시킨 후, 챔버 내부의 공기를 900 L/min의 속도로 제거하였다. 제거된 공기의 메탄가스 농도를 연속적으로 측정하여주입된 메탄가스와 비교함으로써 회수율을 평가하였다. 챔버 내 표준가스는 평균 100분에 완전히 제거되었으며, 메탄가스의 회수율은 평균 109 ± 6.7%로 측정되었다. 호흡대사챔버의 실제 이용성을 평가하기 위해, 평균체중 581.9 ± 33.8 kg 의 한우 거세우 4두에게 비육후기 배합사료 9 kg과 볏짚 1 kg을 급여하며 메탄발생량을 측정하였다. 한우의 장내발효에 의한 메탄발생량은 평균 236.4 ± 105.44 L/day로 측정되었다. 본 연구에서개발·검증한 호흡대사챔버는 국내 한우의 장내발효 메탄가스발생량 측정 시험에 적용 가능할 것이다.

종간직접전자전달 전도체로서 Magnetite(Fe3O4)가 음폐수의 메탄생산에 미치는 영향

이준형,김태봉,김창현,윤영만 유기성자원학회 2023 유기물자원화 Vol.31 No.1

Methane production by anaerobic digestion occurs through interspecies electron transfer (DIET), a synthetic metabolism between acetic and methanate bacteria through hydrolysis and acid production steps. In this study, to improve methane yield, the effect of addition of magnetite (Fe3O4), a conductor promoting DIET on methane production in food wastewater was investigated, and the effect on methane yield was assessed by methane potential (Bu) and maximum methane production rate [Rm(t0)] by the operation of batch type anaerobic reactor adding Fe3O4. The Bu and Rm(t0) of food wastewater without Fe3O4 were 0.496 Nm3/kg-VSadded and 38.24 mL/day, respectively. The t0 which reached to Rm appeared at 21.06 days during the operation of the anaerobic reactor. The Bu of food wastewater with Fe3O4 was 0.502, 0.498, 0.512, 0.510, 0.518, 0.523, 0.524, 0.540, and 0.549 Nm3/kg-VSadded in the treatment of 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, and 100mM-Fe3O4, respectively, and the Bu significantly increased to 36.95% with the addition of magnetite in the addition of 15mM-Fe3O4. And, the addition of Fe3O4 shortened the duration to reach Rm from 21.06 days to the maximum of 14.67 days by the addition of Fe3O4. Therefore, the methane yield and production rate of food wastewater significantly improved with the addition of Fe3O4. 혐기소화에 의한 메탄생산은 유기물이 가수분해, 산생성 단계를 거쳐 아세트산생성균과 메탄생성균 간의영양공생 (syntrophy)에 의해 일어난다. 본 연구에서는 종간 영양공생 기작인 종간직접전자전달 (DIET, Direct Interspecies Electron Transfer) 과정을 촉진시키기 위하여 전도체인 마그네타이트 (Fe3O4 ) 첨가가 음폐수의 메탄생산에미치는 영향을 파악하고자 하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 회분식 혐기반응기를 이용하여 마그네타이트 투입량에 따른 음폐수의 메탄퍼텐셜 (Bu )과 최대메탄생산속도 [Rm(t0 )]를 분석하였다. 마그네타이트 무처리구의 메탄퍼텐셜은0.496 Nm3/kg-VSadded이었으며, 21.06일에 38.24 mL/day의 최대메탄생산속도를 보였다. 마그네타이트 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM 처리구의 메탄퍼텐셜은 각각 0.502, 0.498, 0.512, 0.510, 0.518, 0.523, 0.524, 0.540, 0.549 Nm3/kg-VSadded이었으며, 마그네타이트 투입량 증가에 따라 유의성 있는 메탄퍼텐셜의 증가 경향을 보였다. 최대메탄생산속도는 무처리구와 비교하여 마그네타이트 처리구에서 증가하였으며 15mM 처리구에서 36.95%까지 증가하였다. 또한, 마그네타이트 투입농도가 증가함에 따라 최대메탄생산속도에 도달하는 기간(t0 )은 무처리 21.06일에서마그네타이트 100mM 처리 14.67일로 크게 단축되었다. 따라서, 마그네타이트 투입에 따른 음폐수의 메탄퍼텐셜과최대메탄생산속도가 크게 향상되었다.

유럽연합의 북극 지역 메탄 감축을 위한 정책 방향과 정책상의 발전 제고 요인

정혁 ( Hyuk Jeong ) 한국EU학회 2021 EU학연구 Vol.26 No.3

본 연구는 유럽연합의 북극 지역에서의 메탄 감축을 위한 현재 정책상의 노력과 제고 요인을 분석, 논의한 후에 향후 유럽연합의 북극 지역에서의 메탄 감축을 위한 정책 방향을 제시하는 데 목적을 둔다. 기후변화로 인한 기온 상승으로 북극 지역에서의 인위적 및 자연적 메탄 배출량은 지속적으로 증가할 전망이다. 유럽연합은 기후변화측면에서의 북극 정책 발전, 그리고 최근 유럽 메탄 전략에서 국제협약, 북극이사회, 그리고 유럽연합의 메탄전략의 시행상의 중요성을 강조해오고 있다. 북극 지역에서의 장거리 초국경성 대기오염협약의 예테보리 의정서와 이를 반영한 유럽연합의 국가 배출량 상한 지침에는 현재까지 메탄을 다뤄오고 있지 않아, 최소한 유럽연합 역내 인위적인 메탄 배출원의 배출량 감축 목표 설정과 모니터링 및 보고에 대한 강제성 내용은 포함되어야 할 것으로 보인다. 또한 유럽연합은 북극이사회의 ‘메탄과 블랙카본 감축 조치 마련에 대한 기본 틀’ 을 법적 기반으로 북극 지역 유럽연합 회원국들 간 메탄 감축 협약 체결을 유도할 필요가 있다. 아울러서 인벤토리 구축 후의 감축 모니터링을 위한 회계규정 마련도 의무화 할 수 있는 방안 역시 제고해 볼 수 있을 것이다. 무엇보다도, 유럽연합은 북극 지역의 인위적인 배출원에서 발생하는 메탄 배출량들이 결국 자연적인 배출량들의 가중화를 가져온다는 점을 주지하면서 유럽연합 메탄 전략을 보완하는 속성을 지닌 대기환경지침에 메탄 배출 감축 관련 내용을 명기하는 것을 가장 우선 시 해야 할 필요가 있다. The paper is purposed to suggest the direction of the EU’s policy to reduce methane in the Arctic after it analyzes and discusses the EU’s policy efforts and the policy considerations. As emissions of methane from anthropogenic and natural sources in the Arctic are expected to increase due to rise in temperatures incurred from climate change. The EU has been accentuating the importance of the implementation of the policy to reduce methane through international agreements, Arctic Council, and Methane Strategy of the EU. As for the side of the international agreements, Gothenburg Protocol to the Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution and National Emissions Ceiling Directive that reflects the protocol do not deal with the reduction of methane, thus, it seems that setting the reduction target for emissions of methane from anthropogenic sources and mandating the reporting should be included in the both policies. And the EU Commission should use ‘The Arctic Council Framework for Action on Enhanced Black Carbon and Methane Emissions Reductions’ as legal basis on which it can induces the Arctic European states to an agreement to reduce emissions of methane in the Arctic. Mandating setting the regulation regarding accounting for inventory and reduction monitoring can be also taken into consideration. Above all, noting that methane emissions from anthropogenic sources will wind up increasing the whole emissions (including emissions from the natural sources), the EU should prioritize stipulating reduction of methane emissions relevant contents in the ‘Ambient Air Quality Directive’ that has trait of complementing the EU Methane Strategy.

선박으로부터 배출되는 메탄과 후처리 장치 기술 개발 동향

정태환(Tae-hwan Joung),이성엽(Seong-yeob Lee),강성길(Seong-gil Kang),이다희(Dahee Lee),천정민(Jeongmin Cheon),하승만(Seungman Ha) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

LNG(액화천연가스)는 주로 기후변화 문제를 유발하는 물질인 메탄으로 구성된다. 선박에서 배출되는 메탄은 LNG 등 가스연료를 사용할 때 메탄슬립이라는 형태로 배출된다. 메탄슬립은 LNG 주성분이자 온실가스 중 하나인 메탄이 불완전 연소되어 대기 중으로 방출되는 현상이다. LNG로 대표되는 가스연료는 탄소를 배출하지 않는 최종목표로 가기 위한 과도기적 연료이다. LNG는 연소시 다른 화석연료보다 적은 이산화탄소를 배출하지만 불완전 연소시 배출되는 메탄은 이산화탄소보다 지구온난화 지수가 높아 문제가 된다. 최근 제4차 IMO GHG 연구 결과에서는 가스연료의 사용 증가에 따른 메탄 배출의 증가를 우려가 있으며, 이에 따라 메탄배출에 관한 IMO 규제가 도입될 것임을 강력하게 암시하고 있다. 따라서 메탄슬립은 LNG를 선박용 내연기관으로 사용할 경우 LNG가 가진 치명적 약점이며, 이를 극복하기 위하여 다양한 연구개발이 수행되고 있다. 본 연구에서는 LNG 운반선 및 LNG 연료추진 선박에서 발생하는 메탄 배출의 메커니즘을 파악하고, 메탄의 배출을 저감하기 위한 기술개발 현황과 국제사회에서의 논의동향을 살펴보았다. Natural gas mainly consists of methane, a substance which causes climate change. Methane exhausted by ships is usually released in the form of methane slip while gas fuels such as LNGs are consumed. Gas fuels such as LNG are considered to be one of the transitionary fuels for zero-emission energy source. Although LNG releases fewer amount of carbon dioxide during combustion compared to other types of fossil fuels, methane released in the form of methane slip during incomplete combustion has more detrimental effect on global warming than same amount of carbon dioxide, which is problematic. While there is no regulation mentioning release of methane from ships, according to the 4th IMO GHG study, there is a growing concern about the increase of methane emission caused by the LNG fuelled ships, and implies that IMO regulation addressing methane emission will be introduced in near future. Therefore, methane slip is a critical weak point of LNG fueled ship, and to resolve this issue, many researches and developments are being conducted. This research identifies the mechanism of methane emission in LNG carriers and LNG fueled vessels and examines the status of technical development in reducing methane emission and international discussion trend.

폐탄광 인공습지의 수질과 메탄 발생 특성 연구

권주혁,한영수,조용찬,안주성,임길재 한국자원공학회 2018 한국자원공학회지 Vol.55 No.5

Global warming is accelerating due to methane release to the atmosphere. The contribution of mine areas among the anthropogenic sources of methane can not be ignored. However, the study on mine area as a methane source is insufficient. The purposes of this study are to monitor methane fluxes in constructed wetlands of mine areas and to investigate the effect of water quality on methane production. Water temperature was the most influential factor affecting methane emissions. The methane fluxes measured by a closed chamber method at aerobic wetlands were estimated to be -3.6~12.0 CH4 mg/m2/hr in seven mines in Korea. This range is similar to the methane flux estimated from European free water surface wetlands. As a future work, it is necessary to study the characteristics of the wetland substrates (or sediments), microbes using the substrates and their environmental control factors in order to qualitatively estimate the methane production in mine areas. 대기로 발생하는 메탄가스로 인해 지구온난화는 더욱 가속화되고 있다. 메탄가스의 인위적 발생원 중 광산 이 차지하는 비율은 적지 않다. 그러나 메탄가스의 발생원으로서 광산지역에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구는 광산지역의 인공습지에서 발생하는 메탄에 대한 기초연구로서 메탄발생량을 측정하고 수질특성이 메탄발생에 미치 는 영향을 보고자 하였다. 메탄발생에 영향을 미치는 인공습지의 수질 특성 중 수온이 가장 큰 영향인자였다. 광산지 역의 인공습지 7곳에서 폐쇄형 챔버법을 통해 측정한 메탄 flux는 -3.6~12.0 CH4 mg/m2/hr로 산정되었다. 유럽의 자유 수면 인공습지에서 산정된 메탄 flux와 유사한 범위를 보였다. 향후 광산지역의 인공습지에서 발생하는 메탄에 대해 연구하기 위해 기질의 특성과 그 기질을 이용하는 미생물, 환경조건 조절 등의 정량적인 메탄 발생 특성에 대한 연구가 필요하다.

메탄산화균의 메탄 산화속도에 미치는 암모니아의 영향

이수연,류희욱,조경숙 한국냄새환경학회 2012 실내환경 및 냄새 학회지 Vol.11 No.1

Rhizosphere and non-rhizosphere soils were sampled from landfill area, riparian wetland, and rice paddy. The consortia were obtained by methane enrichment culture using the soils. The effects of ammonia on methane oxidation in the consortia were evaluated. Compared with methane oxidation rates without ammonia, the rates with ammonia of 1mg-N/bottle were similar or slightly lower. However, their methane oxidation rates were significantly reduced with 2~4mg-N ammonia/bottles. The effect of ammonia on the methanotrophic abundance was estimated by using a quantitative real-time PCR method targeting particulate methane monooxygenase gene. Ammonia didn’t negatively influence on the methanotrophic abundance although it inhibited the methane oxidation activity by methanotrophs. 매립지, 습지 및 논으로부터 근권 및 비근권 토양을 채취하여 메탄으로 농화 배양한 후, 농화배양액의 메탄 산화에 미치는 암모니아 농도의 영향을 정량적으로 분석하였다. 순수 메탄만을 첨가한 조건에서의 메탄 산화속도와비교하여, 암모니아 첨가량이 1mg-N/bottle까지는 메탄 산화속도는 거의 유사하거나 약간 감소하는 경향을 보였다. 그러나, 암모니아 첨가량이 2~4mg-N/bottles인 조건에서는 메탄 산화속도가 급격하게 감소하였다. Particulate methane monooxygenase gene을 이용한 quantitative real-time PCR 기법을 활용하여 메탄산화균에 미치는 암모니아 영향을 정량적으로 분석한 결과, 메탄산화균의 군집 밀도는 암모니아 첨가에 의해 감소되지 않았다.

BMP test를 통한 음폐수와 하수슬러지의 병합소화 특성 평가

이수영,윤영삼,강준구,김기헌,신선경 유기성자원학회 2016 유기물자원화 Vol.24 No.1

We mix food waste leachate and sewage sludge by the proportion of 1:9, 3:7 and 5:5. It turns out that they produced 233, 298 and 344 CH4·mL/g·VS of methane gas. The result suggests that as the mixing rate of food waste leachate rises, the methane gas productions increases as well. And more methane gas is made when co-digesting sewage sludge and food waste leachate based on the mixing ratio, rather than digesting only sewage sludge alone. Modified Gompertz and Exponential Model describe the BMP test results that show how methane gas are produced from organic waste. According to the test, higher the mixing rate of food waste leachate is, higher the methane gas productions is. The mixing ratio of food waste leachate that produces the largest volume of methane gas is 3:7. Modified Gompertz model and Exponential model describe the test results very well. The correlation values(R2) that show how the results of model prediction and experiment are close is 0.92 to 0.98. 혐기성 소화의 주요 조건 중 하나인 C/N비의 경우 하수슬러지는 5.40으로 낮게 나타난 반면 음폐수(Food waste leachate)는 21.84로 높게 나타났다. C/N비가 낮을 경우 혐기성소화의 저해 요인으로 작용될 수 있기 때문에 음폐수의 높은 유기물 농도 및 C/N 비를 활용하여 메탄가스 발생량 증가시킬 수 있었다. Tchobanoglous이 제안한 이론적 메탄가스 발생량 예측수식을 적용하여 메탄 및 바이오가스 발생량을 산정한 결과 하수슬러지 단일 혐기소화의 경우 305.6 mL·CH4/g·VS, 689.4 mL·CH4/g·VS의 메탄, 바이오가스가 발생하였고 음폐수 : 하수슬러지를 1:9로 혼합한 시료는 약 322 mL·CH4/g·VS, 3:7시료에서는 약 354 mL·CH4/g·VS, 5:5시료에서는 약 386 mL·CH4/g·VS의 메탄가스가 발생하는 것으로 분석되었다. BMP 실험 결과 1:9, 3:7, 5:5 비율로 병합 처리한 경우 각각 약 233, 298, 344 mL·CH4/g·VS의 메탄가스가 발생하였다. 따라서 음폐수의 혼합비율이 높아질수록 메탄가스 발생량은 증가하였고 하수슬러지와 음폐수의 혼합 비율에 따른 병합처리 시 하수슬러지 단독처리에 비해 다량의 메탄가스가 발생되었다. BMP 실험을 통해 생산된 메탄가스의 누적생산 곡선을 Modified Gompertz model과 first order kinetic model에 적용하여 추정한 결과, 메탄생성량은 Modified Gompertz model에서는 238.5, 302.3, 353.6 mL/g·VS 발생하였고 first order kinetic model에서는 242.8, 312.5, 365.5 mL/g·VS로 음폐수와의 혼합비율이 증가할수록 높게 나타났으며, 최대 메탄생성속도의 경우 3:7비율에서 48.2 mL/gVS·day로 최대 메탄생성 속도를 보였다. first order kinetic model의 1차 반응속도상수 k값은 1:9, 3:7, 5:5 비율에 따라 0.32, 0.22, 0.08day-1 나타났다. 1차 반응속도 상수의 경우 음폐수의 혼합비율이 낮을수록 높게 나타났다. Modified Gompertz와 first order kinetic model 모두 실험결과를 잘 모사하였으며, 실험결과와 모의결과의 적합도를 나타내는 상관계수(R2)의 경우 0.92∼0.98으로 높은 상관성을 나타내었다.