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기질 농도 (S<sub>0</sub>)와 F/M 비 (S<sub>0</sub>/X<sub>0</sub>)가 농축 하수 슬러지 혐기성 소화에 미치는 영향
김상현,주현준,Kim, Sang-Hyoun,Ju, Hyun Jun 대한상하수도학회 2012 상하수도학회지 Vol.26 No.6
The retrofitting of a thickening unit process is widely considered in municipal wastewater treatment plants in Korea to enhance the anaerobic digestion efficiency. The authors examined the effect of feed concentration (2-34.1 g VS/L) and feed to microorganism (F/M) ratio (0.50-1.35 g VS/g VS) on anaerobic batch digestion of sewage sludge. Methane yield over 90 mL $CH_4/g$ $VS_{feed}$ was found at a feed concentration in the range of 12-26 g VS/L and a F/M ratio below 0.6 g VS/g VS. A high F/M ratio decreased methane yield and rate with oragnic acid accumulation. As sudden increase of sewage sludge concentration prior to anaerobic digestion would jeopardize the digester performance due to the rasied F/M ratio, gradual increase of the sludge feed concentration or an additional biomass retention in the digester is recommended.
혐기성 연속 회분식 반응조를 이용한 지질 함유 폐수의 산발효 특성
김상현(Sang Hyoun Kim),신항식(Hang Sik Shin) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.12
혐기성 소화 시 산발효 단계에서 지질 성분이 부분적으로 분해되고 지질 내 이중 결합이 포화됨을 통해 후단의 메탄발효 효율이 향상됨이 보고된 바 있다. 본 연구에서는 혐기성 연속 회분식 반응조(anaerobic sequencing batch reactor, 이하 ASBR) 및 연속 흐름 교반 반응조(continuously stirred tank reactor, 이하 CSTR) 형태의 산생성조를 각각 운전하여 지질 분해 및 독성 저감 효율을 살펴보았다. 기질로는 두 가지 불포화(oleate and linoleate), 두 가지 포화(palmitate and stearate) 지방산(long-chain fatty acids, 이하 LCFA)로 구성된 LCFA 혼합물을 사용하였다. 반응조 내의 높은 미생물 보유량에 의해 ASBR이 수리학적 체류시간(hydraulic retention time, 이하 HRT) 12 hr 이하에서 우월한 성능을 보였다. HRT 9시간에서 ASBR은 36.7%의 LCFA 분해, 14.3%의 이중결합 포화, 43.8%의 산생성 효율을 보였으며, 이는 HRT 15시간의 CSTR 보다 각각 19%, 10%, 21% 높은 수치였다. 지질 함유 폐수의 혐기성 소화 시 ASBR을 이용한 산발효가 효과적일 것으로 판단된다. The partial lipid degradation with the saturation of double-bond at the acidogenesis stage is known to help subsequent methanogenesis during anaerobic digestion. Acidogenic reactions in an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) and a continuously stirred tank reactor (CSTR) were carried out to compare their performances. A mixture of two unsaturated (oleate and linoleate) and two saturated (palmitate and stearate) long-chain fatty acids (LCFAs) was used as a model substrate. Biomass retention in the ASBR contributed to the enhanced performance at hydraulic retention time (HRT) below 15 hr. Biomass retention in the ASBR contributed to the enhanced performance compared to CSTR even at shorter HRT. ASBR would be a proper reactor configuration for the acidogenesis of lipid-containing wastewater.
음식물 쓰레기와 하수 슬러지의 생물학적 수소 발효에 미치는 vs 농도와 혼합비의 영향
김상현(Sang-Hyoun Kim),한선기(Sun-Kee Han),신항식(Hang-Sik Shin) 유기성자원학회 2003 유기물자원화 Vol.11 No.4
다양한 vs 농도(0 . 5 - 5 . 0%) 및 혼합비 (0:l00-100:0. VS 기준)의 음식물 쓰레기와 하수 슬러지 를 이용하여 수소 발효 회분석 실험을 수행하였다. 누적 수소 발생곡선을 통해 수소 생성 잠재량과 수소 생성 속도를 구하였으며 표면분석법을 이용하여 각각에 대한 최 적 조건과 90% 용인 조건을 제시하였다. 수행된 모든 VS 농도에서 음식물 쓰레기의 수소 생성 잠재량은 하수 슬러지보다 높았다. 그러나 하수 슬러지를 13~19% 혼합하였을 경우에 수소 생성 잠재량이 증가하는 현상이 발견되었다. 이는 하수 슬러지의 첨가로 인해 수소 생성 미생물의 생장에 필요한 단백질이 충분히 공급되어 발생하는 현상으로 사료된다. 최대 비 수소생성 잠재량은 122.9 mL/g carbohydrateadded-COD로 혼합비 87:13(음식물 쓰레기: 하수 슬러지), VS 3%에서 관찰되었다. 최대 수소 생성 속도의 경우 VS와 음식물쓰레기 분율이 높을수록 높은 값을 나타내었으며 최대값은 111.2 mL H2/ g VSS/h였다. 이로 미루어 볼 때, 음식물쓰레기와 하수슬러지는 수소 생성에 있어 각각 주 기질과 보조 기질로 활용되기에 적합한 것으로 판단된다. Hydrogen fermemation of food waste and sewage sludge was performed in serum borues under various volatile solids(VS) concemra:tions(0.5~5.0%) and mixing ratios oftwo substrates(0:100-100:0, VS basis). Full quadratic equations, optimal conditions, and 90% acceptable conditions for hydrogen production potential and rate were obtained using cumulative methane production data and response surface methodology. The specifìc hydrogen production potemial of food waste was higher thanthat of sewage sludge. However, hydrogen production potential increased as sewage sludge composition increased up to 1 3 ~ 19% at all the VS concemrations. The maximum specifìc hydrogen production potemial of 122.9 mL/g carbohydrateadded-COD was found at the waste composition of 87: 13 (food waste:sewage sludge) and the VS concemration of 3.0%. The relationship between carbohydrate concentration, protein concemration, and hydrogen prodution potenutial indicated that enriched protein by adding sewage sludge might enhance hydrogen production potential. The maximum specifìc hydrogen production rate was 111.2 rnL H2/g VSS/h. Food waste and sewage sludge were, therefore, considered as a suitable main substrate and a useful auxiliary substrate, respectively, for hydrogen production.
관능기화 메조포러스 실리카를 이용한 파라자일렌 흡착 특성
김상현(Kim, Sang-Hyoun),박종훈(Park, Jonghoon),강석태(Kang, Seok-Tae),정재우(Chung, Jae-Woo),김수홍(Kim, Soo-Hong),조윤철(Cho, Yunchul),이채영(Lee, Chae-Young) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.6
본 연구에서는 지하수 내의 BTEX 제거를 위한 흡착제로서 다양한 관능기화 메조포러스 실리카를 검토하였다. BTEX 물질로는 파라자일렌이 사용되었다. 관능기화 메조포러스 실리카는 공중합을 통해 MCM-41 기반 구조에 모노아민, 트리아민, 니트릴, 페닐, 옥틸기를 부착하여 합성되었다. 관능기화 메조포러스 실리카에서 파라자일렌 흡착 부위로 작용하는 부위는 Si-O-Si 결합, 계면활성제, 관능기인 것으로 사료된다. 관능기화 메조포러스 실리카의 자일렌 흡착능을 비교한 결과, 옥틸기를 부착한 경우에 MCM-41에 비해 자일렌 흡착능이 향상되었으며, 계면활성제로는 stearyltrimethylammonium chloride(STMACl)가 cetyltrimethylammonium bromide(CTMABr)에 비해 우수하였다. MCM-41을 기본 구조로, 옥틸기를 관능기로, STMACl을 계면활성제로 사용한 메조포러스 실리카는 20℃에서 Langmuir model 상에서 최대 4.17 mmol/g의 최대 흡착량을 가질 것으로 평가되었으며, 이는 MCM-41에 비해 약 2.9배 높은 수치였다. This study was designed to examine the feasibility of functionalized mesoporous silica as the adsorbent for benzene, toluene, ethylbenzene, and xylene isomers (BTEX) in groundwater. p-Xylene was used as the model compound of BTEX. A series of functionalized mesoporous silica with MCM-41 type of structure was synthesized using a co-condensation method. Monoamine, triamine, nitrile, phenyl, and octyl groups were functionalized to the mesoporous silica structure. Adsorption sites for p-Xylene in a functionalized mesoporous silica were Si-O-Si covalent bond, the surfactant, and the functional group. Octyl-functionalized mesoporous silica with stearyltrimethylammonium chloride as a surfactant showed the highest adsorption ability. The maximum xylene adsorption capacity of the octyl-functionalized mesoporous silica with stearyltrimethylammonium chloride based on Langmuir model was 4.17 mmol/g on 20℃, which was 2.9 times higher than that of MCM-41.
소독제 농도, pH, 온도, 암모니아 농도, 부유물질이 강우 월류수 염소 소독에 미치는 영향
김상현(Sang Hyoun Kim) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.10
하수처리시설 초과유량에 대한 처리 규제 입법 예고로 인해 강우 월류수 처리에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 강우 월류수 염소(차아염소산나트륨) 소독 시 소독제 농도(0.11-4.0 mg Cl₂/L), pH (6.5-8.0), 온도(15 25℃), 암모니아농도 (10-41 mg N/L), 부유물질(91-271 mg SS/L)이 대장균군수 감소 속도에 미치는 영향을 고찰하였다. 차아염소산나트륨 농도 효과는 반속도 상수가 1.212 mg Cl₂/L인 saturation-type model로 잘 모사되었다. 소독 반응 속도는 SS와 pH 증가에 따라 감소되는 반면, 온도에 따라서는 증가하였고, 암모니아 농도에는 영향을 받지 않았다. 월류수 유입 조건을 1 × 105 MPN/mL, 271 mg SS/L, 15℃, pH 8.0로 가정할 때, 염소 주입 농도 1 mg/L, 수리학적 체류시간 1.25 분인 염소 소독조를 통해 입법예고된 수질 기준의 1/3 수준인 대장균군수 1,000개/mL를 달성할 수 있을 것으로 계산되어, 염소 소독이 강우 월류수 소독에 유효하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The treatment of combined sewer overflow (CSO) is one of potential concerns in domestic wastewater treatment in Korea due to the pre-announce of CSO regulations. This work investigated the effects of disinfectant (NaOCl) concentration (0.11 to 4.0 mg Cl₂/L), pH (6.5 to 8.0), temperature (15 to 25℃), ammonia (10 to 41 mg N/L), and suspended solids (91 to 271 mg SS/L) on the chlorine disinfection of CSO. The effect of NaOCl concentration on the pseudo-1st order reaction rate for total coliform inactivation was described well with a saturation-type model with the half-velocity constant of 1.212 mg/L. The total coliform inactivation reaction rate decreased with SS and pH, and increased with temperature. Ammonia in the examined range did not affect the disinfection kinetics. A chlorine contact tank with the injection chlorine level of 1 mg Cl₂/L and the hydraulic retention time of 1.25 min is estimated to reduce total coliform from 1 × 105 MPN/mL to 1,000 MPN/mL at 271 mg SS/L, 15℃, and pH 8.0. Chlorine would be a proper option for the disinfection of CSO.