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LBR-AF 혼합형 반응기를 이용한 구멍갈파래의 혐기처리공정 연구
정희정 ( Heejung Jung ),김자애 ( Jaai Kim ),이창수 ( Changsoo Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2
이산화탄소 배출량 증가로 인한 기후변화 및 화석연료에 의존하는 에너지 고갈 문제로 최근 해조류가 재생가능한 에너지 생산을 위한 에너지원으로 주목받고 있다. 본 연구는 전 세계 연안의 심각한 녹조현상의 우점종인 구멍갈파래를 대상으로 한 혐기처리를 실시하였으며, 혐기소화를 통한 구멍갈파래의 메탄전환은 당대에 직면한 에너지 고갈 문제 및 환경오염 문제를 동시에 처리할 수 있다. 해조류와 같이 고형물 함량이 높은 기질은 가수분해 속도를 저하시킬 수 있는데, 이는 전체 혐기소화공정의 반응속도에 큰 영향을 미친다. 이와 같은 문제의 해결을 위해 이전에는 분쇄 등을 이용한 물리적 전처리를 실시한 연구가 많이 진행되었다. 본 연구에서는 별도의 전처리 단계 없이 Leach bed reactor (LBR)과 Anaerobic filter (AF) 반응기를 결합하여 구멍갈파래의 혐기처리를 실시하였다. 가수분해 및 산 생성 단계는 LBR에서, 메탄생성은 AF 반응기에서 진행되었으며 서로 다른 종류의 filter를 이용한 2기의 반응기를 운전하였다 (R1: Blast-furnace slags, R2: PVC rings). LBR 반응기의 막힘 현상 방지 및 가수분해 속도 향상을 위해 4가지 단계의 leachate 순환 조건을 적용하여 R1과 R2의 구멍갈파래의 메탄전환율을 비교 분석하였다.
다양한 혐기소화여액을 이용한 미세조류 배양 및 질소, 인 처리
유현정 ( Hyeonjung You ),김자애 ( Jaai Kim ),이창수 ( Changsoo Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2
최근 화석 연료의 부족 및 이용 시 온실 가스 방출에 관한 문제를 해결하기 위해 친환경적이고 재생 가능한 바이오 연료와 관련된 다양한 연구들이 이뤄지고 있다. 그 중 하나인 미세 조류의 lipid를 이용한 바이오 디젤은 에너지를 생산함과 동시에 미세조류 배양 시 CO2 농도를 줄일 수 있는 장점으로 인해 많은 연구가 이루어지고 있는 분야이다. 혐기 소화 시 발생하는 소화여액은 비교적 질소, 인 농도가 높으며, 이로 인해 부영양화와 같은 문제가 발생할 수 있기 때문에 반드시 후 처리가 필요한 상황이다. 이러한 혐기 소화여액에 미세 조류를 배양할 시, 미세 조류가 자라는 데 필요한 영양소인 N과 P를 이용할 수 있고 동시에 소화여액의 질소, 인을 처리 할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 다양한 혐기소화여액(구멍 갈파래, 음식물쓰레기, 유가공 폐수 혐기소화여액)을 이용하여 미세 조류(Chlorella Protothecoides)를 배양 하였으며, 이 때 미세조류의 성장과 소화여액 내 질소, 인의 처리효율, 그리고 지질 축적 정도를 알아보고자 하였다. 그 결과 인공 배지에서 키운 것 보다 혐기소화여액에서 키운 미세조류가 더 잘 자랐으며(엽록소 농도 3-3.3배, 광학 밀도 3.3-4.5배), 질소 처리율은 구멍 갈파래 혐기소화여액에서 가장 높았다. 지질 축적량의 경우 인공배지보다 혐기소화여액에서 더 높은 값을 나타내었다.
소 반추위액 생물첨가법을 이용한 음식물쓰레기 혐기소화 효율 증대 연구
조예담 ( Yeadam Jo ),황광현 ( Kwanghyun Hwang ),김자애 ( Jaai Kim ),이창수 ( Changsoo Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2
음식물쓰레기는 국내 유기성 폐기물 중 30%를 차지할 정도로 주요 처리 대상이다. 혐기 소화는 음식물쓰레기를 처리하는 방법 중 가장 유용한 방법 중 하나이고, 공정에서 생산되는 메탄가스는 에너지 자원으로서의 가치가 있다. 그러나 혐기 소화 시 낮은 공정효율과 반응속도는 문제점으로 언급된다. 여러 연구에서 문제점을 해결하기 위해 다양한 방법의 전처리, 효소 첨가, 공정 형태 변화, 미량원소 첨가 등을 적용하였다. 본 연구에서는 음식물쓰레기의 혐기 소화 시 바이오가스화 효율 증대를 위해 소 반추위 미생물을 이용한 생물첨가법의 가능성에 대해 연구하고자 하였다. 소 반추위 미생물은 안정적이고 bacteria, archaea, protozoa, fungi 등의 혐기 조건의 미생물 군집으로 이루어져있어 혐기 소화 미생물 군집과 유사하다. 소의 기질로 이용되는 볏짚이나 사료는 분해되기 어려운 셀룰로오스 계열의 성분이 다량 함유되어있고, 소 반추위 미생물은 이를 분해하는데 최적화 되어있다. 이러한 특성으로 여러 연구에서 소 반추위 미생물은 가수분해 효율 증대를 위한 feedstock의 전처리에 사용되어져 왔다. 본 연구에서는 이전 연구와 달리, 소 반추위 미생물의 생물첨가법을 이용하여 혐기소화 공정의 바이오가스 생성에 대한 영향을 평가하고자 하였고, 생물첨가법에 의한 미생물 군집 구조 변화를 확인하기 위하여 DGGE를 이용한 미생물 분석도 시행하였다.