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하수슬러지를 기질로 하는 미생물전기분해전지에서 전극간 거리가 메탄 생산에 미치는 영향
임성원(Seongwon Im),안용태(Yongtae Ahn),정재우(Jae Woo Chung) 大韓環境工學會 2015 대한환경공학회지 Vol.37 No.12
하수슬러지를 처리하는 미생물전기분해전지(Microbial electrolysis cell, MEC)의 성능에 미치는 전극간 거리의 영향에관한 실험실 규모 실험을 수행하였다. 각각 다른 전극간 거리(16, 32 mm)를 가진 두 쌍의 전극이 설치된 MEC 반응기가 안정적으로 이루어질 때 전류발생량, 메탄발생량, 메탄수율 등 MEC 성능에 미치는 전극간 거리의 영향을 분석하였다. 전극간거리가 16 mm일 때, 전류밀도와 메탄발생량은 각각 3.74 A/m3과 0.616~0.804 Nm3/m3으로 전극간 거리가 32 mm인 조건에서의 1.50~1.82 A/m3과 0.529~0.664 Nm3/m3보다 높게 나타났다. COD 및 VSS의 제거효율은 각각 34~40%와 32~38%의 범위를 가지는 것으로 나타났다. 전류밀도가 증가함에 따라 MEC의 생물전기화학적 성능이 향상되어 VSS 감소와 메탄생성이 증가하는 것으로 나타났으며 전류밀도는 VSS 제거효율보다 메탄수율에 상대적으로 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. Effect of electrode spacing on the performance of microbial electrolysis cells(MECs) for treating sewage sludge was investigated through lab scale experiment. The reactors were equipped with two pairs of electrodes that have a different electrode spacing (16, 32 mm). Shorter electrode distance improved the overall performance of MEC system. With the 16 mm of electrode distance, the current density was 3.04~3.74 A/m3 and methane production was 0.616~0.804 Nm3/m3, which were higher than those obtained with 32 mm of electrode spacing (1.50~1.82 A/m3, 0.529~0.664 Nm3/m3). The COD removal was in the range of 34~40%, and the VSS reduction ranged 32~38%. As the current production increased, VSS reduction and methane production were increased possibly due to the improved bioelectrochemical performance of the system. Methane production was more affected by current density than VSS reduction. These results imply that the reducing the electrode spacing can enhance the methane production and recovery from sewage sludge with the decreased internal resistance, however, it was not able to improve VSS reduction of sewage sludge.
30L 미생물전기분해전지의 하수슬러지로부터 바이오가스 생산 특성
이명은(Myoung-Eun Lee),안용태(Yongtae Ahn),신승구(Seung Gu Shin),서선철(Sun-Chul Seo),정재우(Jae Woo Chung) 유기성자원학회 2019 유기물자원화 Vol.27 No.4
하수슬러지로부터 바이오가스를 생산하기 위한 30 L 규모의 미생물전기분해전지 시스템의 초기 운전특성에 관한 연구를 수행하였다. 32일간의 식종기간동안, 운전시간이 경과함에 따라 이산화탄소 농도는 감소하고 메탄농도가 증가하였으며, 69.1%의 농도를 가진 메탄가스가 171.6 mL CH4/L·d의 속도로 얻어졌다. 식종이 끝난 후에 6회의 운전 사이클동안 이루어진 회분식 실험에서, 66.5~77.2%의 농도를 가진 메탄을 184.9~372.9 mL CH₄/L·d의 생산속도로 얻어졌다. COD의 제거효율은 28.2~42.1%의 범위를 가지며, TS와 VS의 제거효율은 각각 20.7~37.5%와 18.5~36.9%의 범위를 가지는 것으로 나타났다. 식종 후 운전 사이클이 반복됨에 따라 시스템의 안정화가 이루어지는 것이 관찰되었다. 마지막 운전 사이클에서 메탄의 발생량과 수율은 각각 5221 mL/L와 316.7 L CH₄/kg CODrem이었으며 에너지회수율은 73%이었다. Operating characteristics of a 30 L microbial electrolysis cell (MEC) for producing biogas from sewage sludge was studied. During the 32-day inoculation period, carbon dioxide concentration decreased and methane concentration increased with operating time, and the overall methane content of biogas was 69.1% with a production rate of 171.6 mL CH4/L·d. In fed-batch experiments for 6 operating cycles, CH₄ concentration of 66.5~77.2% was obtained at a production rate of 184.9~372.9 mL CH₄/L·d, COD, TS and VS removal efficiency ranged from 28.2 to 42.1%, 20.7 to 37.5% and 18.5 to 36.9%, respectively. The MEC system was observed to be stabilized as operating cycles were repeated after inoculation. In the last operating cycle, 5221 mL/L of methane was produced with CH₄ yield of 316.7 L CH₄/kg CODrem, and the energy recovery was 73%.
안정화 고형화 공법을 적용한 비소 오염 토양의 전기비저항 및 유도분극 측정과 용출 특성을 고려한 모니터링 방법 및 평가
이선재(Sunjae Lee),한만호(Manho Han),안용태(Yongtae Ahn),조정만(Jungman Jo),박상현(Sanghyun Park),이해석(Haeseok Lee),최재영(Jaeyoung Choi) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
비소는 광물, 퇴적물, 암석, 토양 등에 널리 분포하는 원소 중 하나지만, 1900년대 다수 개발되었던 금속 광산과 석탄 광산이 휴·폐광되면서 방치된 광미가 강우에 의한 용출과 미세 광미가 농경지 환토로 사용되면서 토양의 비소오염 발생이 다수 보고되고 있다. 특히, 동·식물로의 흡수되거나 인체에 노출될 경우, 신체기능 저하와 암을 유발하는 등의 심각한 영향을 끼친다. 토양 내 비소는 침전, 탈착, 산화·환원 등의 기작을 이용하여 열탈착, 전기분해, 토양 세척, 안정화·고형화 공법 등을 적용하여 정화한다. 기존에는 세척 효율이 높은 토양 세척 공법이 주로 사용되었지만, 세척액의 과도한 사용과 폐수 발생으로 인한 2차 처리 시설 등의 필요로 인해 경제성을 확보하기가 어렵다. 이에 따라, 최근에는 경제성이 확보된 안정화·고형화 공법을 국내에 도입되 적용 사례가 증가하고 있는 실정이다. 안정화·고형화 공법은 토양 정화 공법 중 하나로써 안정화제 및 고형화제를 통해 토양 내 오염물질의 이동성 저하 또는 고착화시켜 정화하는 공법이다. 특히, 중금속으로 오염된 부지에 주로 적용되고 있으며, 국내에는 2018년부터 도입되어 약 840개소의 농경지에 적용되었다. 안정화·고형화 공법은 폐광산 인근의 농경지와 산업단지 등 오염 면적이 넓은 부지에 적용 시 비용적 측면에서 경제적이라는 장점이 있으나, 오염원을 영구적으로 제거하는 것이 아닌 용출 및 확산을 억제하여 이동성을 저하시키거나 안정적인 형태로 변형시키는 것이기에 안정화제 및 고형화제의 유지능 저하 시 재오염 가능성이 존재하기 때문에 지속적인 모니터링을 통해 재오염 시기를 예측하는 것이 중요하다. 기존의 안정화제 유지능 평가는 주로 전함량 분석법, 연속 추출법, TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure), SPLP (The Synthetic Precipitation Leaching Procedure) 용출 시험법 등과 같은 화학적인 분석 방법으로 진행된다. 전함량 분석법은, 안정화·고형화 공법이 오염물질의 총량을 저감시키는 공법이 아니기 때문에 적용 시 논란의 여지가 있으며, 이외 다른 용출 시험법도 정확한 평가를 하기에는 한계점이 존재한다. 따라서, 화학적 분석을 통한 평가 방법의 한계점을 보완하고자 광물탐사 및 자원개발 등에 널리 사용되는 전기비저항 및 유도분극 탐사 기법을 적용하여 비파괴적이면서도 지하 매질의 신속한 물성 분포에 관한 연속적인 정보 획득을 통해 안정화제의 유지능을 평가하고자 하였다. 따라서, 본 연구에서는 AMDS (Acid Mine Drainage Sludge), CMDS (Coal Mine Drainage Sludge), 제강슬래그 3종의 안정화제를 비소로 오염된 토양과 혼합하여 컬럼으로 모사한 실내 실험과 안정화·고형화 PILOT 시험구 모니터링, 페광산 인근 농경지 평가를 통해 안정화·고형화 공법을 적용한 토양의 용출 용액의 특성과 전기비저항 및 유도분극 측정을 통해 상관성을 도출하고 향후 안정화 부지의 평가와 모니터링에 대한 적용성을 평가하였다.