촉매모사반응 이용 물 속 휘발성 유기산의 정량 분석

이제찬 ( Jechan Lee ),김지은 ( Jieun Kim ),권일한 ( Eilhann Kwon ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되고 화석 연료에 대한 의존도가 높아짐에 따라 탄소 중립 개념에 대한 관심이 높아졌다. 특히, 전세계적으로 폐기물의 에너지화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 혐기성 소화는 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하는 에너지 회수의 한 방법으로써 전 세계적으로 많이 사용되는 기술이며 혐기성 소화의 효율 증대와 관련된 연구 또한 지속되고 있다. 혐기성 소화의 효율 극대화와 안정적인 운영을 위해서는 운영 조건을 최적화하고 최적화된 운영 조건을 모니터링 및 관리하는 것이 매우 중요하다. 혐기성 소화 운영에 있어 메탄가스량, 온도 등과 같은 여러 인자들 중, 휘발성 유기산의 농도 변화를 모니터링하는 것은 단시간에 급작스러운 반응조 내 변화를 확인하는 데에 매우 효과적인 인자 중 하나라는 것이 많은 연구를 통해 밝혀졌다. 기존 휘발성 유기산 농도 측정법에는 적정법, GC분석법 등이 있으며, 이들 측정법들은 분석 시간이 오래걸리고 측정 결과가 분석 조건에 민감하기 때문에 새로운 측정법의 개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하며 신뢰성이 확보된 결과를 측정할 수 있는 다공성 물질 이용 촉매모사반응을 적용하였다. 본 연구에서 다룬 휘발성 유기산 측정 방법은 다공성 물질을 이용하여 열적 처리를 통한 휘발성유기산의 에스터화반응을 이용한 방법으로서, 별도의 용매 추출 없이 바로 물 속의 휘발성 유기산의 농도를 측정할 수 있으며 높은 정확성과 재현성을 가진다. 본 연구에서는 휘발성 유기산 농도 측정을 위해 촉매모사반응의 메탄올과 샘플의 비율, 샘플 농도, 반응 온도 등 주요 인자들의 최적화를 진행하였다. 또한, 기존의 휘발성 유기산 농도 측정법 중 하나인 분광광도법과 측정 결과를 비교하였다.

촉매모사반응 이용 물 속 휘발성 유기산의 정량 분석

이제찬,김지은,권일한 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.05

지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두되고 화석 연료에 대한 의존도가 높아짐에 따라 탄소 중립 개념에 대한 관심이 높아졌다. 특히, 전세계적으로 폐기물의 에너지화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 혐기성 소화는 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생성하는 에너지 회수의 한 방법으로써 전 세계적으로 많이 사용되는 기술이며 혐기성 소화의 효율 증대와 관련된 연구 또한 지속되고 있다. 혐기성 소화의 효율 극대화와 안정적인 운영을 위해서는 운영 조건을 최적화하고 최적화된 운영 조건을 모니터링 및 관리하는 것이 매우 중요하다. 혐기성 소화 운영에 있어 메탄가스량, 온도 등과 같은 여러 인자들 중, 휘발성 유기산의 농도 변화를 모니터링하는 것은 단시간에 급작스러운 반응조 내 변화를 확인하는 데에 매우 효과적인 인자 중 하나라는 것이 많은 연구를 통해 밝혀졌다. 기존 휘발성 유기산 농도 측정법에는 적정법, GC분석법 등이 있으며, 이들 측정법들은 분석 시간이 오래걸리고 측정 결과가 분석 조건에 민감하기 때문에 새로운 측정법의 개발이 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 보완하며 신뢰성이 확보된 결과를 측정할 수 있는 다공성 물질 이용 촉매모사반응을 적용하였다. 본 연구에서 다룬 휘발성 유기산 측정 방법은 다공성 물질을 이용하여 열적 처리를 통한 휘발성 유기산의 에스터화반응을 이용한 방법으로서, 별도의 용매 추출 없이 바로 물 속의 휘발성 유기산의 농도를 측정할 수 있으며 높은 정확성과 재현성을 가진다. 본 연구에서는 휘발성 유기산 농도 측정을 위해 촉매모사반응의 메탄올과 샘플의 비율, 샘플 농도, 반응 온도 등 주요 인자들의 최적화를 진행하였다. 또한, 기존의 휘발성 유기산 농도 측정법 중 하나인 분광광도법과 측정 결과를 비교하였다.

혐기성 발효에 의한 다시마 추출물로부터 휘발성 유기산 제조

최재형(Jae Hyung Choi),송민경(Min Kyung Song),전병수(Byung Soo Chun),이철우(Chul Woo Lee),우희철(Hee Chul Woo) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.2

본 연구에서는 거대 갈조류 대표종인 다시마(Saccharina japonica)로부터 물리화학적 전처리 방법, 미생물 접종비율, 다시마 추출물의 농도 및 pH 조건에 따른 휘발성 유기산(volatile fatty acids, VFAs) 생산 가능성 확인과 생산 효율을 평가하고자 하였다. 물리화학적 전처리 방법에 따른 휘발성 유기산의 최대 농도는 황산, 아임계수, 지질 추출 후 아임계수 전처리 순으로 나타났다. 황산 전처리 방법에서 미생물 접종비율(유효용적(WV)/미생물 부피(M) = 10~30), pH (6.0~7.0) 및 다시마 추출물의 농도(18.0~72.0 g/L)의 혐기성 발효 조건에 따른 휘발성 유기산 생성 농도에 미치는 영향을 확인한 결과, 발효 온도 35℃, 미생물 접종비율 15, pH 7.0, 발효시간 372시간에서 다시마 추출물의 농도가 18.0, 36.0, 54.0, 72.0 g/L일 때, 휘발성 유기산의 최대 농도가 각각 9.8, 13.9, 18.6, 22.3 g/L로 확인되었다. 생산된 휘발성 유기산의 조성은 pH가 높을수록 아세트산과 프로피온산의 생산 비율이 높았으며, pH가 낮을수록 부티르산의 비율이 높게 확인되었다. 생산된 저농도의 휘발성 유기산은 농축 및 분리공정과 연계하여 향후 기초화학 원료와 바이오연료 등으로 사용될 수 있으므로, 기존 화석연료의 대체에너지 생산에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Volatile fatty acids (VFAs) production from marine brown algae, Saccharina japonica, was investigated in anaerobic dark fermentation. In order to evaluate the VFAs productivity, various experimental parameters (i.e., physicochemical pre-treatment, microorganism inoculation ratio, substrate concentration, and pH) were evaluated. According to the physicochemical pre-treatment methods, the maximum concentrations of VFAs were obtained in the order of sulfuric acid, subcritical water and subcritical water with lipid-extraction. Also, we investigated the operating parameters such as microorganism inoculation ratio (MV/M = 10 to 30), the substrate concentration (18.0 to 72.0 g/L) and pH (6.0 to 7.0) in sulfuric acid pre-treatment method. When the substrate concentrations were 18.0, 36.0, 54.0 and 72.0 g/L at 35 ℃, microorganism inoculation ratio 15, pH 7.0 for 372 hours, the maximum concentrations of VFAs were respectively 9.8, 13.9, 18.6 and 22.3 g/L. The change in VFAs concentrations was detected that acetic- and propionic acids increased according to increasing pH, while the butyric acid increased with decreasing pH. The VFAs obtained from concentration and separation process may be used as basic chemistry materials and bio-fuel, and they will expect to produce alternative energy of fossil fuel.

볏짚의 가수분해과정중 유기산 생성 특성

홍승길,허정욱,박우균,신현선,신중두 유기성자원학회 2012 유기물자원화 Vol.20 No.2

농업 바이오매스를 혐기소화 시스템에 투입 가능성 여부를 구명하기 위해, 생산량이 가장 많은 볏짚을 원료로 하여 전처리에 따른 볏짚의 가수분해과정에서 휘발성유기산(VFAs)의 변화 특성을 조사하였다. 전처리는 3 cm 절단과 분쇄, 35℃와 55℃, 알카리 처리, 교반속도 등을 조사하였다. 총 휘발성유기산(TVFAs)의 농도는 가수분해 시간이 경과하면서 증가하였다. 볏짚의 크기에서는 분쇄한 시료가 3 cm 절단 시료에 비해 분쇄한 시료에서 TVFAs의 농도가 높게 나타났으며, 알칼리를 처리한 시료는 처리전에 비해 3배 증가하는 것으로 나타났다. 교반속도별로는 온도에 따라 다르게 나타났는데 35℃에서는 150 rpm이, 55℃에서는 80rpm과 200 rpm에서 TVFAs의 농도가 높게 관측되었다. 전체적으로는 TVFAs중에서 acetic acid가 대부분이었으며, TVFAs와 유사한 증감경향을 보였다. 섬유소의 변화는 셀룰로스와 헤미셀룰로스가 약간 감소하였으나, 리그닌은 변화가 없는 것으로 나타났다. Objective of this study was to investigate the effects of pre-treatment of rice straw by sizes(3cm, milled), temperatures(35℃ and 55℃), with/without NaOH treatment, and RPM on the characteristics of volatile fatty acids production. The concentration of total volatile fatty acids(TVFAs) was increased with the hydrolyzed time. Concentration of VFAs in milled rice straw was higher than that in 3 cm cut. With the alkali treatment, the concentration of TVFAs were sharply increased, which showed 3 times higher than non-treatment. Concentration of VFAs was high at 150 rpm at 35℃, and at 80rpm and 200 rpm at 55℃. Among them acetic acid was dominant, which showed the similar increase with TVFAs. It was also observed that in the case of fibrous material, the contents of cellulose and hemi-cellulose were reduced a little, but no change in lignin.

혐기성소화조 유출수 내 휘발성유기산을 이용한 Spirulina platensis의 혼합영양배양 최적조건

문찬규(Changyu Moon),남경필(Kyoungphile Nam),김병철(Byung-Chuk Kim),장지웅(Jiwoong Jang) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

음폐수를 처리하는 실규모 혐기소화 설비의 유기산 축적에 의한 미생물 군집 변화

김수인(Su In Kim),황석환(Seokhwan Hwang),Aghasa Aghasa,최수진(Sujin Choi),홍성균(Seong Kyun Hong),박태영(Tae Young Park) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

반류수 MLE공정에서 고형물 부하율 기반 일차슬러지 제어기술 개발

장신요(Shinyo Chang),신풍식(Pung Shik Shin),박현(Hyeon Park),정연구(Yeon-Koo Jeong) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.12

목적: 반류수를 대상으로 고형물 부하율을 측정하여 일차슬러지 제거, 재순환, 투입에 대한 제어기술을 개발하여 처리용량 증가 및 공정성능 향상을 달성하고자 하였다. 방법: 파일럿 플랜트는 실플랜트와 유사하게 일차침전지+MLE공정으로 제작하였고, 유입 고형물 부하율을 기반으로 슬러지 인발량을 제어할 수 있도록 구성하였다. 상태점 분석으로 일차슬러지에 대한 제거 하부배출속도, 전체 하부배출속도를 결정하였다. 수동인발, 자동인발, 자동인발+재순환, 자동인발+투입 방식으로 구분하여 운전하였다. 일차슬러지 제어기술에 대한 성능평가 항목은 일차, 이차침전지의 SS 제거효율과 일차슬러지 농도로 하였다. 재순환 및 투입에 의한 생물반응조 성능향상은 암모니성질소, 총무기질소(TIN), 인산염인 제거효율과 SNR, SDNR을 통해서 판단하였다. 재순환으로 변화된 아세트산 농도와 미생물 군집특성을 비교하여 성능향상 원인을 분석하였다. 결과 및 토의: 유입 반류수 SS 모니터링 평균값은 2.2 (0.7 ~ 6.3) g/L로 일차침전지는 고농도 SS와 변동에 대응한 처리가 필요하였다. 실제 침강속도에 기반한 상태점 분석이 정밀하게 일차슬러지 제거, 재순환, 투입에 대한 안정적인 운전 가능여부와 구체적인 설계 및 운영기준을 제시할 수 있는 것으로 나타났다. 유입 고형물 부하율 변화에 따라서 하부배출속도를 제어하는 자동인발은 고농도 슬러지를 안정적으로 인발할 수 있으며, SS 제거효율도 안정적으로 유지할 수 있었다. 슬러지 재순환 운전에서도 안정적 운전이 가능하며 실플랜트에서 일차침전지 처리용량을 2배 이상 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 일차슬러지 재순환으로 생물반응조 TIN 제거효율은 24.2 ~ 52.3% 향상되었고 인산염인 제거효율은 최대 20.1% 향상되었다. 일차슬러지 투입으로 생물반응조 TIN 제거효율이 32.6% 향상되었다. 아세트산을 포함한 휘발성 유기산이 생성되고 제거효율이 향상된 것은 재순환에 의해 일차슬러지와 접촉하였고 발효 미생물 주요 종 비율이 2.0% 존재하였기 때문으로 판단된다. 유입 반류수에는 질소, 인 처리미생물 주요 종이 26.4% 존재하여, 일차슬러지 투입으로 미생물 공급이 이루어져서 제거효율을 향상시켰다고 판단된다. 결론: 반류수를 대상으로 고형물 부하율을 측정하여 일차슬러지 제거, 재순환, 투입을 제어하는 기술은 일차침전지 처리용량을 증가시킬 수 있고 생물반응조의 질소, 인 제거효율을 향상시키는 것으로 사료된다. Objectives : By measuring the solids loading rate for the sidestream, it was intended to achieve increased treatment capacity and improved process performance by developing control technologies for primary sludge removal, recirculation, and input. Methods : The pilot plant was manufactured by the primary clarifier + MLE process similar to the full-scale plant and was configured to control the amount of sludge withdrawal based on the inflow solids loading rate. The state point analysis was used to determine removal underflow withdrawal rate and the total underflow withdrawal rate for the primary sludge. The operation was divided into manual withdrawal, automatic withdrawal, automatic withdrawal + recirculation, and automatic withdrawal + input methods. The performance evaluation items for primary sludge control technology were primary sludge concentration and SS removal efficiency for primary and secondary clarifiers. The improvement in the performance of the bioreactor by recirculation and input was judged through the removal efficiency of ammonium nitrogen, TIN (Total Inorganic Nitrogen) and phosphate phosphorus, SNR (Specific Nitrification Rate), and SDNR (Specific Denitrification Rate). The cause of the performance improvement was analyzed by comparing the acetic acid concentration changed by recirculation and the microbial community characteristics. Results and Discussion : The average value of SS monitoring of the sidestream influent was 2.2 (0.7 ~ 6.3) g/L and the primary clarifier needed treatment in response to high concentration SS and fluctuations. It is judged that the state point analysis based on the actual settling rate can accurately suggest whether the stable operation of primary sludge removal, recirculation, and input is the possible and specific design and operation standards. The automatic withdrawal that controls the underflow withdrawal rate according to the change of the inflow solids loading rate could stably draw out the high-concentration sludge and maintain the SS removal efficiency. It is believed that stable operation is possible even in the sludge recirculation operation, and the treatment capacity of the primary clarifier can be increased more than two times in a full-scale plant. By recirculation of the primary sludge, the TIN removal efficiency in the bioreactor was improved by 24.2 ~ 52.3%, and the phosphate phosphorus removal efficiency was improved by up to 20.1%. The TIN removal efficiency in the bioreactor was improved by 32.6% by the input of primary sludge. VFAs (Volatile Fatty Acids) including acetic acid was produced and the removal efficiency was improved because it was in contact with primary sludge by recirculation and the ratio of major fermentation microorganisms was present at 2.0%. It is determined that 26.4% of the main species of microorganisms treated with nitrogen and phosphorus exist in the sidestream inflow and the removal efficiency was improved by supplying microorganisms through the input of primary sludge. Conclusions : Technology that controls primary sludge removal, recirculation, and input by measuring the solids loading rate for the sidestream is believed to increase the treatment capacity of the primary clarifier and improve the nitrogen and phosphorus removal efficiency of the bioreactor.

소비자의 로스터리 커피전문점 선택과 로스팅 조건에 관한 연구

신미경(Shin MI Gyoung),김광진(Kim Kwang Jin),김경임(Kim Kyung Im) 한국외식경영학회 2018 외식경영연구 Vol.21 No.4

본 연구는 커피 전문점 선택 속성에서 가장 높은 중요도 항목인 커피 맛까지 품질화하기 위해 노력하는 로스터에게 가이드를 제시하고자 드럼의 온도 조절이 가장 용이 한 가스를 열 공급원으로 하는 반열풍 로스터를 사용하여 로스팅 구간별 가스 공급량 변화가 커피에 미치는 영향을 알아보았다. 가스공급 압을 조절하여 구간별 커피에 전달되는 총열량을 변수로 두고 커피의 유기산, 트리고넬린, 유리당, 유리아미노산의 양이 유의한 차이를 보이는지 알아보았다. 일단 가스공급 압의 최대치를 체크한 후 최대 공급 압으로 투입부터 배출까지 로스팅 한 커피를 표준시료로 두고, 구간별 가스 공급 압을 조절하여 로스팅 정도는 같고 로스팅 시간은 달리한 커피를 대조시료로 두었다. 또, 로스팅 구간의 열량변화가 커피의 단맛과 신맛에서 차이를 느끼는지 관능묘사분석을 실시하였다. 각 각의 시료 간 유의성 검정을 의해 일원분산분석을 실시하였고, 유의수준은 p<0.05로 두고 0.05보다 큰 경우 귀무가설을 기각 하였다. 기각된 귀무가설의 모평균의 차이가 있는지 알아보기 위해 사후검정으로 튜키-검정을 실시하였다. 그 결과 유기산과 트리고넬린은 가스공급 압을 줄이지 않고 최대 화력에 노출 단시간에 로스팅 된 커피의 경우 그 양이 많이 감소함을 보였다. 유리당의 경우는 로스팅시간이 길어질수록 감소함을 보였다. 아미노산은 로스팅 후 그 잔량이 미미하고 로스팅 구간의 조절에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 단맛과 단맛을 보완하는 신맛 성분이 많이 남게 하는 로스팅 방법은 열량을 줄이지 않는 단시간 로스팅으로 커피전문점 선택 속성에서 커피 맛을 가장 높은 중요도로 꼽는 요즘 소비자 트렌드에도 맞고 로스터 효율면에서도 매장에 도움을 많이 줄 수 있다. This study is to guide roasters to enhance the values of Arabica coffee that is the most important selection property for consumers, by experimenting each of the different roasting conditions to analyze non-volatile substances of coffees. When the roasting method of Semi-Hot blast coffee roaster using gas has been set in different roasting conditions, it has been tested if there were changes in amounts of organic acids, trigonellnine, free sugar, and free amino acid. Also a sensory analysis was conducted to find out if the participants could taste sweetness and sourness of coffee in different intensity, when the roasting conditions had been changed. As a result of the significance and Tukey multiple comparative test, the organic acid and trigonelline were increased when the roasting time has been extended. As the result, conducting this experiments is suggesting that roasting with relatively high gas pressure in a short amount of time can enhance coffee flavor such as sweetness and acidity with comparatively better efficiency in production.

돈분슬러리의 저장온도에 따른 가수분해 특성

박노백(Noh-Back Park),박우균(Woo-Kyun Park),신중두(Jong-Du Shin),홍승길(Seung-Gil Hong),오승용(Seung-Yong Oh),장정인(Jeong-In Jang) 한국토양비료학회 2010 한국토양비료학회 학술발표회 초록집 Vol.2010 No.10

증산제를 통한 혐기소화율 개선 및 슬러지 감량 활용방안

이광헌(Kawng Hun Lee),김길수(Gil Su Kim),손병권(Beong Keon Sun),최찬섭(Chan Sup Choi),조진우(Gin Woo Cho),신재훈(Jae Hoon Shin),정태영(Tae Young Jeong) 유기성자원학회 2018 유기물자원화 Vol.26 No.3

본 연구는 음식물폐기물로부터 얻어진 증산제 용액을 농축슬러지와 함께 혐기소화조의 투입한 결과 혐기소화율 향상 및 슬러지 감량화를 살펴보았다. 혐기소화조에 증산제를 5%정도 농축슬러지와 함께 투입한 소화조의 메탄생성율이 약 2.7배 정도 높게 발생하였으며, 소화조내 TCOD 농도값이 약 2배 이상 높게 나타난 것은 투입된 농축슬러지의 감량화가 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 투입된 증산제로 인해 메탄생성효율에 크게 기여함을 간접적으로 알 수 있었다. This study examined the improvement of anaerobic digestion rate and sludge reduction as a result of the addition of anaerobic digestion with thickened sludge and solution of VFAs obtained from food waste. The methane production rate of the digestion system was 2.21 times higher when anaerobic digestion reactor injected into anaerobes with VFAs from food wastes of 5 percent. Also, The reduction of the amount of concentrated sludge injected will proceed rapidly because of the TCOD concentration in the digestion reactor was more than twice higher. Indirectly it was shown that the increased production system contributed significantly to the methane production efficiency.