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양돈분뇨의 열전처리에서 기질과 접종액의 비율이 메탄생산 퍼텐셜에 미치는 영향
김승환(Seung-Hwan Kim),김호(Ho Kim),오승용(Seong-Yong Oh),김창현(Chang-Hyun Kim),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회지 Vol.45 No.4
BMP 시험을 통한 최종메탄생산퍼텐셜 (Bu)의 측정은 바이오매스로부터 전환할 수 있는 바이오에너지 양을 추산하고 혐기소화조를 설계하는데 중요한 인자이다. 본 연구에서는 Bu의 측정에 있어 기질과 접종액의 비율 (S/I ratio)이 미치는 영향을 분석하기 위하여 기질의 유기물 특성이 다른 양돈 슬러리의 탈수여액 (LF), 양돈슬러지 탈수케이크의 열가수분해액 (TH), 탈수여액과 열가수분해액의 혼합액 (Mix)을 이용하여 BMP 시험을 실시하였으며, 각각의 시료의 이론적 메탄생산퍼텐셜 (Bth)과 혐기적 유기물 분해율을 구하여 비교하였다. TH 시료의 Bu는 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 0.27, 0.44, 0.46 N㎥ Kg?¹-VSadded로 나타났으며, 이론적메탄생산퍼텐셜 (Bth) 대비 최종메탄생산퍼텐셜 (Bu)의 비율 (Bu/Bth)로 나타낸 혐기적 유기물 분해율은 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 각각 50.04, 82.46, 86.47%이었으며, LF 시료의 경우 S/I 비율 0.1, 0.3, 0.5에서 Bu은 각각 0.64, 0.53, 0.40 N㎥ Kg?¹-VSadded이었으며, 혐기적 유기물 분해율은 각각 152.07, 122.67, 95.71%로 나타났다. Mix 시료의 경우 최종 메탄생산 퍼텐셜과 혐기적 유기물 분해율에서 LF 시료와 유사한 경향을 보였다. 본 연구에서는 양돈슬러리의 BMP시험에서 S/I비율에 따라 상이한 최종 메탄생산 퍼텐셜이 나타나며, 낮은 S/I 비율에서 최종 메탄생산 퍼텐셜이 과대평가되었다. This study was carried out to investigate the effect of substrate to inoculum ratio on ultimate methane potential (Bu) from piggery wastes. BMP(Biochemical methane potential) assays were executed for the three samples that have different organic characteristics (Filtrate of pig slurry, LF; Thermal hydrolysate of piggery sludge cake, TH; Mixture of LF and TH at the ratio of 4 to 1, Mix), and Bu values obtained from BMP assays were compared with the theoretical methane potential (Bth) of each samples. While Bu values (0.27, 0.44, and 0.46 N㎥ Kg?¹-VSadded) of TH sample that was pretreated with thermal hydrolysis were below the Bth at all S/I ratios (0.1, 0.3, and 0.5), and Bu values of LF (0.64 and 0.53 N㎥ Kg?¹-VSadded for the S/I ratios of 0.1 and 0.3, respectively) at the lower S/I ratios of 0.1 and 0.3 exceeded the Bth values (0.418 N㎥ Kg?¹-VSadded). And also biodegradability (Bu/Bth) of LF sample were obtained as 152.07%, 122.67%, and 95.71% at the S/I ratios of 0.1, 0.3, and 0.5, respectively, and unreasonable Bu/Bth values were presented at lower S/I ratios of 0.1 and 0.3. Bu and Bu/Bth of Mix sample showed a similar tendency with those of LF sample. Therefore, TH sample by thermal hydrolysis pretreatment showed lower anaerobic biodegradability than those of other samples (LF and Mix) and ultimate methane potentials of LF and Mix samples were overestimated in the lower S/I ratio of 0.1 and 0.3.
물질 및 에너지 수지 분석을 통한 시설채소(오이)의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위한 기초 연구
신국식(Kook-Sik Shin),김승환(Seung-Hwan Kim),오승용(Seong-Yong Oh),이상은(Sang-En Lee),김창현(Chang-Hyun Kim),윤영만(Young-Man Yoon) 한국토양비료학회 2012 한국토양비료학회지 Vol.45 No.2
본 연구는 바이오가스 생산시설과 연계하는 시설채소 오이의 청정에너지 농업 시스템 구축을 위하여 물질 및 에너지 수지 분석하였으며, 물질 및 에너지 수지 분석을 통해 시설채소 청정에너지 시스템의 도입 방안을 검토하였다. 시설채소 오이 재배지의 연간 가온용 순에너지요구량 (EYHED)을 충족시키는 바이오가스양은 촉성과 반촉성 재배에서 각각 9,482, 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (60% 메탄함량을 기준)이었으며, 바이오가스 생산을 위해서 각각 양돈슬러리 511, 142 ㎥10a<SUP>-1</SUP>가 요구되었다. 해당 양돈슬러리에서 발생하는 질소(N)와 인산 (P₂O5)은 촉성재배에서 1,788, 511 kg 10a<SUP>-1</SUP>, 반촉성 재배에서 497, 142 kg 10a<SUP>-1</SUP>이었으며, 비료성분의 농지환원을 위해서는 촉성 재배의 경우 질소시비 기준 7.5ha, 반촉성 재배의 경우 질소시비 기준 2.1 ha의 오이재배면적이 요구되었다. 가온기간 중 촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 7.7, 최대 515.1, 평균 310.2 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타냈으며, 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)은 최소 5.3, 최대 258.0, 평균 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>을 나타났다. 촉성 및 반촉성 재배에서 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 평균치를 기준으로 산출한 바이오가스 생산 시설의 양돈슬러리 유입용량은 각각 3.3, 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>이었으며, 일일 가온에너지 요구량 (Ei,DHED)의 최대값을 기준으로 한 유입용량은 각각 5.4, 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP>로 나타났다. 또한 소화액의 처리측면에서 지역특성에 따라 액비이용을 고려한 바이오가스 생산시설 용량설계와 하절기의 잉여 바이오가스 활용 방안의 모색이 필요하였다. Clean energy farming is the agricultural activity to improve an efficiency of agricultural energy use and to replace fossil fuels. This study was carried out to establish the clean energy farming system in the controlled cultivation of vegetable crop (cucumber) adopting the biogas production facility. In order to design the clean energy farming system, mass and energy balance was analyzed between the controlled cultivation system and the biogas production facility. Net yearly heating energy demands (EYHED) of forcing and semi-forcing cultivation types were 48,697 and 13.536 Mcal 10<SUP>-1</SUP> in the controlled cultivation of vegetable cucumber. To cover these EYHED, the pig slurry of 511 and 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> (biogas volume of 9,482 and 2,636 N㎥ 10a<SUP>-1</SUP>, respectively, as 60% methane content) were needed in forcing and semi-forcing cultivation types. The pig slurry of 511 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 1,788, P₂O5 511 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the forcing cultivation type, and the pig slurry of 142 ㎥ 10a<SUP>-1</SUP> caused N 497, P₂O5 142 kg 10a<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type. The daily heating energy demand (Ei,DHED) by the time scale analysis showed the minimum Ei,DHED of 7.7 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, the maximum Ei,DHED of 515.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP>, and the mean Ei,DHED of 310.2 in the forcing cultivation type. And the minimum Ei,DHED, the maximum Ei,DHED, and the mean Ei,DHED were 5.3, 258.0, and 165.1 Mcal 10a<SUP>-1</SUP> day<SUP>-1</SUP> in the semi-forcing cultivation type, respectively. Input scale of biogas production facility designed from the mean Ei,DHED were 3.3 and 1.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type. The maximum Ei,DHED gave the input scale of 5.4 and 2.7 ㎥ day<SUP>-1</SUP> in the forcing and the semi-forcing cultivation type.