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안종화(Johng-Hwa Ahn),앤드류 질레스피(Andrew Gillespie),신승구(Seung Gu Shin) 유기성자원학회 2020 유기물자원화 Vol.28 No.1
본 연구에서는 우분뇨와 폐잔디를 이용한 혐기소화 잠재성을 단독 및 병합 조건에서 평가하였다. 두 종의 유기성 폐자원은 휘발성고형분(VS) 기준 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100의 다섯 가지 혼합비 조건에서 회분식 BMP(biochemical methane potential) 테스트를 통해 바이오가스 생산을 측정하였다. 또한, 서로 다른 3개의 온도조건(25℃, 30℃, 35℃)을 적용하여 총 15개 실험 조건을 비교하였다. 실험 결과, 반응 온도가 높을수록, 폐잔디의 혼합비가 높을수록 더 높은 메탄 수율과 최대 메탄 생산율이 관측되었다. 실험 결과를 바탕으로 유효체적 240(농장 규모) 또는 2,400(마을 규모) ㎥의 가상의 혐기소화조를 가정하여 서로 다른 조건에 따른 에너지 수지를 비교하였다. 예측된 에너지 생산량은 반응 온도가 높을수록 더 많았으나 소화조 가온 등에 따른 에너지 소모량을 고려한 에너지 순생산량은 30℃, 35℃, 25℃ 순으로 높게 예측되었다. 따라서 에너지 순생산량을 최대화하기 위한 조건 도출을 위해서는 메탄 수율 등의 실험적 측정 외에도 구체적인 소화조의 설계 인자를 고려해야 하는 것으로 평가되었다. Biogas production potential was experimentally estimated for mono- and co-digestion of cow manure and waste grass. The two organic wastes were mixed at five different ratios (100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100) on the volatile solids basis, and were assessed using biochemical methane potential (BMP) test. Thee reaction temperatures, 25℃, 30℃ and 35℃, were applied as well, resulting in 15 different combinations for the test. The results showed that both higher temperature and waste grass mixing ratio resulted in higher methane yield and maximum methane production rate. Based on the experimental results, a theoretical farm- or community-scale (240 or 2400 ㎥) anaerobic digester was designed to evaluate the energy balance associated with mono- and co-digestion of the wastes at different temperatures. Although the energy production increased as the temperature and the waste grass mixing ratio increased, the net energy gain, energy production subtracted by energy consumption for heating and maintenance, was estimated to be the highest at 30℃, followed by at 35℃ and 25℃. Therefore, it is advised that both the experimental methane production and the detailed design parameters must be considered for the optimization of the net energy gain from these wastes.
합성폐수 내 인을 제거하기 위한 TiCl<sub>4</sub> 농도 및 초기 pH 최적조건 도출
신소연,김종호,안종화,Shin, So-Yeun,Kim, Jong-Ho,Ahn, Johng-Hwa 한국물환경학회 2015 한국물환경학회지 Vol.31 No.6
This study experimentally determined the effect of titanium tetrachloride (TiCl<sub>4</sub>) concentration ([TiCl<sub>4</sub>]) (0.25-0.55 mM) and initial pH (3-11) on phosphorus (P) removal in synthetic wastewater (2 mg P/L). The P removal efficiency increased when [TiCl<sub>4</sub>] increased. The P removal efficiency showed a parabolic trend with an inflection point at pH 7. At the molar ratio of TiCl<sub>4</sub> and P>6.2, the P removal efficiency was over 90% and the residual P concentration was less than 0.2 mg/L. Within the design boundaries, the complete P removal could be achieved at 7.0≤initial pH≤8.5 and 0.43≤[TiCl<sub>4</sub>]≤0.55 mM. The final pH was over 5.8 at initial pH≥7.7 and [TiCl<sub>4</sub>]≥0.35 mM. The results showed that TiCl4 was effective in P removal in water so that it could be an alternative chemical for P removal.
바닷물을 이용한 struvite 형성으로 혐기성 소화액으로부터 질소, 인 회수
김용범 ( Yong Beon Kim ),안종화 ( Johng Hwa Ahn ) 한국물환경학회 2015 한국물환경학회지 Vol.31 No.4
This study was performed to evaluate the effect of pH (8-12) and molar ratio of magnesium and phosphate ([Mg2+]/[PO43-]) (0.6-1.4) on struvite crystallization of anaerobic digester supernatant using seawater as magnesium source. pH range of 9-10 is favorable for ammonium and phosphate recoveries. The recovery efficiency of ammonium was highest at [Mg2+]/[PO43-] of 1.0 and pH 10. On the other hand, high phosphate recovery efficiency (> 99%) was achieved at ([Mg2+]/[PO43-]) of 1.4 and pH 10. The results demonstrated that seawater can be considered as low-cost magnesium source to recover phosphorus from anaerobic digester supernatant.
오승준 ( Seung-jun Oh ),안종화 ( Johng-hwa Ahn ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
하수슬러지를 대상으로 철의 형태(분말, FeCl2)와 농도(분말 : 1-20 g/L, FeCl<sub>2</sub> : 0.1-2 g/L)가 황화수소와 인의 저감에 미치는 영향에 관해 생화학적 메탄 발생 잠재량(biochemical methane potential, BMP) 실험을 중온(35℃)에서 진행하였다. BMP 실험 결과 황화수소 농도는 철을 주입하지 않은 Control에서 1,200 ppm로 나타났다. FeCl<sub>2</sub> 형태에서는 황화수소 10-120 ppm으로 90-99% 범위의 제거효율로 나타났고 분말 형태에서는 10-80 ppm으로 93-99% 범위의 제거효율을 나타내었다. 인산염 인(PO<sub>4</sub>-P)은 FeCl<sub>2</sub> 형태에서 2.76-46.85 mg/L로 48.6-96.5% 범위의 제거효율을 나타났고 분말 형태에서 7.48-16.93 mg/L로 81.4-91.8% 범위의 제거효율을 나타났다. VS 제거율은 분말형태 47.7-65.5% 범위로 Control(46.9%) 대비 1.7-39.7% 높았고 FeCl<sub>2</sub> 형태 27.1-45.1% 범위로 Control 대비 3.8-42.2% 낮았다. 바이오가스 발생량은 분말형태 1,570-1,653 mL로 Control(1,610 mL)과 비교하여 ±2.7% 차이를 보였다. FeCl<sub>2</sub> 형태 0.1 g/L에서 1,538 mL, 0.2 g/L에서 1,474 mL, 0.5 g/L에서 1,572 mL, 1 g/L에서 1,217 mL, 2 g/L에서 536 mL로 농도가 높을수록 급격히 줄어들었다. 메탄 함량은 분말형태 57.8-63.9% 범위로 Control(57.1%) 대비 1.2-12.0% 증가하였지만 FeCl<sub>2</sub> 형태 50.5-56.4% 범위로 Control 대비 1.2-11.6% 감소하였다. 바이오가스 수율은 분말형태 0.376-0.395 m<sup>3</sup>/kg VS<sub>fed</sub>로 Control(0.385 m3/kg VS<sub>fed</sub>)과 비교하여 ±2.6% 차이를 보였다. FeCl<sub>2</sub> 형태 0.1-0.5 g/L는 0.353-0.376 m<sup>3</sup>/kg VS<sub>fed</sub>로 Control 대비 2.3-8.3% 감소, 1-2 g/L는 0.128-0.291 m<sup>3</sup>/kg VS<sub>fed</sub>로 24.4-66.8% 감소하였다.
중온 및 고온에서 음식물류폐기물 혐기성소화 시 니켈이 미치는 영향
이기봉 ( Gi-bong Lee ),안종화 ( Johng-hwa Ahn ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
혐기성소화는 폐기물처리뿐만 아니라 대체에너지인 메탄가스가 발생하여 에너지를 회수할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 혐기성소화 효율을 높이기 위해 미량중금속을 투입하기도 한다. 이는 대표적인 유기성 폐기물인 음식물류폐기물에 미량중금속의 함량이 낮고, 미량중금속이 미생물의 생장에 중요한 역할을 하기 때문이다. 이에 본 연구에서는 미량중금속의 함량이 낮고 대표적인 유기성폐기물인 음식물류폐기물을 기질로 사용하여 혐기성소화를 진행하였고 식종은 음식물류폐기물과 축산폐수를 병합처리하는 혐기성소화조 소화슬러지를 사용하였다. 사용한 시료는 A시의 폐기물자원화시설에서 채취하였으며 음식물류폐기물은 2 mm, 소화슬러지는 0.85mm 채로 걸러서 사용하였다. Ni는 메탄생성미생물의 성장에 필수적으로 필요하고 아세트산의 이용효율을 증가시키는 효과가 있어 대상 미량중금속을 Ni로 하였다. Ni 투입량은 0, 0.1, 1, 10, 50 mg/L로 변화를 주었으며 소화온도는 중온(35℃)과 고온(55℃)로 실험을 진행하였다. 실험은 음식물류폐기물과 소화슬러지를 휘발성고형물(volatile solid, VS) 기준으로 1:1 비율로 섞어 500 mL serum bottle에 300 mL를 채워 진행하였고, 반응기에 농도별로 Ni를 투입하였다. 이 후 질소를 이용하여 2분간 퍼지하고, 고무마개와 알루미늄씰(aluminium seal)을 이용하여 밀봉하였다. 제작된 반응기를 항온 진탕배양기(VS-8480, VS-8480SF, KR)에서 중온 및 고온에서 소화를 진행하였다. 발생하는 가스는 기압계(Keller LEO-2, Germany)를 이용하여 반응기 내 압력을 측정하여 발생량을 계산하는 방식을 이용하였다. 본 연구는 아직 진행 중에 있어 결과는 추후 학회에서 발표할 예정이다.