음식물쓰레기의 혐기성 소화 시 구리농도에 따른 수소생산 및 미생물 군집분석

이풀잎 ( Pul-eip Lee ),고연실 ( Yeon-sil Go ),이태진 ( Tae-jin Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

본 연구에서는 음식물 쓰레기를 기질로 하여 수소생산을 수행하였을 때 중금속(구리)의 농도에 따른 수소생산 효율과 반응 조건, 수소생산에 기여하는 미생물 군집 분포의 변화를 살펴보고자 한다. 회분식 반응기가 사용된 이번 실험에서는 sucrose 1%(v/v)와 음식물 쓰레기가 탄소원으로 사용되었으며, 혐기성 조건을 충족하기 위하여 N₂가스로 반응기 내를 10분간 purging한 뒤, 이를 완전 밀폐 시켰으며, 교반 속도와 실험 온도는 각각 200 rpm, 30±3℃로 유지되었다. 본 연구에서 수소생산은 실험 후 약 30-90시간 후 종료되는 것으로 나타났다. 수소생산의 yield값은 Cu 0.5ppm, 1ppm, 5ppm, 10ppm에서 각각 5.3016, 6.6363, 28.9388, 4.9398㎖ H₂/g COD로 나타났다. 수소가스 발생량(P_h)과 최대 수소 생산률(R_h)은 Table 1에 나타내었다. 중금속의 농도에 따라 수소생산량을 비교해 보았을 때 Cu 5ppm>10ppm>1ppm>0.5ppm의 순서로 수소생산량이 많이 발생되었으며, 이는 약간의 중금속은 미생물의 성장에 촉진작용을 일으켜 수소생산을 활발하게 하는 것으로 판단되어지며, 일정 농도 이상으로 중금속의 농도가 높아지면 수소생산에 저해가 되는 것으로 나타났다. 또한 실험의 여건 상 5, 10ppm실험시기 보다 0.5, 1pmm농도의 실험시기의 온도가 약 3℃ 낮았던 것으로 보아 온도의 영향이 수소 생산에 영향을 미친 것으로 판단된다. 16S rDNA의 PCR-DGGE결과 음식물 쓰레기의 수소생산량과 비교하여 적은 수소를 생산한 중금속 첨가 반응액에서 발견된 Band 6과 7은 Lactococcus속으로 규명되었다. 이는 위 미생물들이 Clostridium속의 수소생산 활동을 저해시키는 역할로 작용했다고 판단된다.

수산화칼슘과 황산제일철을 이용한 중금속 오염토양의 고화제 개질

이풀잎(Pul-Eip Lee),최희철(Hee-Chul Choi),이태진(Tae-Jin Lee) 대한환경공학회 2018 대한환경공학회지 Vol.40 No.8

노출된 광산폐기물에 의해 중금속들이 수계로 유출되어 많은 사회문제를 야기하고 있으며, 주변 농경지도 중금속에 의한 오염이 심각한 실정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 고화제를 이용하여 토양에 중금속을 고화시킴으로써 수계 및 토양환경에 미치는 영향을 최소화하는 방안을 마련하고자 하였다. 본 연구에서는 SiO₂와 CaO를 주성분으로 하는 고화제를 사용하였으며, 고화제 성분함량을 변화시키며 적정 주입비율을 산정하여 보았다. 구리, 카드뮴, 그리고 납과 같은 2가 중금속의 경우 고화제 1%와 Ca(OH)₂ 5%를 주입하였을 때 처리효율 69.5%, 99.9%, 99.8%로 나타났으며 크롬과 비소의 경우 추가로 FeSO₄을 각각 2% 그리고 5%를 주입하였을 때 99.8%와 97.8%의 제거효율을 나타내었다. 이러한 결과는 중금속의 종류에 따라 고화제의 성분함량이 다르게 적용되어야 한다는 것을 보여준다. The heavy metals released by the mine waste of the domestic metal mines are discharged into the river or lake, causing a lot of social problems, and the surrounding farmland is also polluted by the heavy metals. In this study, solidification of the heavy metals in the soil was conducted by the recomposition of solidifying agents to minimize the adverse effects of the heavy metals on the water and soil environment. The solidifying agent consisted mainly of SiO₂ and CaO, and the various content of solidifying agent was used to estimate the optimum composition for the solidification of the heavy metals. In the case of heavy metals such as Cu, Cd and Pb, treatment efficiency was 69.57%, 99.98% and 99.82% when 1% of the solidifying agent and 5% of Ca(OH)₂ were added. In the case of Cr and As, removal efficiencies of 99% and 97.9% were obtained when 2% and 5% of ferrous sulfate were added, respectively. This results imply that the different content of solidifying agent should be applied depending on the type of heavy metal.

인공신경망을 활용한 병합 혐기성소화 시 유입물에 따른 바이오가스 생산량 영향 평가 연구

이풀잎 ( Pul-eip Lee ),추재훈 ( Jae-hun Chu ),권은혜 ( Eun-hye Kwon ),김수향 ( Su-hyang Kim ),강준구 ( Jun-gu Kang ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이동진 ( Dong-jin Lee ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2022 No.0

유기성폐기물(음식물류, 가축분뇨, 하수슬러지)의 혐기성 소화 시 적정 유효용량 산정방법 연구

이풀잎(Pul Eip Lee),권은혜(Eun Hye Kwon),김수향(Su hyang Kim),추재훈(Jae hun Choo),강준구(Jun Gu Kang),전태완(Tae Wan Jeon),이동진(Dong Jin Lee) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

병합처리(음식물류폐기물, 가축분뇨, 하수슬러지)혐기성분해시설은 최근 5년간 급격히 증가하여전체 처리량의 55.9 %인 11,249 톤/일을 처리하고 있지만, 「폐기물처리시설의 검사방법에 관한 규정」 에 정확한 병합처리 유효용량 검사기준을 제시하지 않고 있어 혐기성분해시설의 병합처리에 대한 유기물분해율, 메탄생성율 등 유효용량 산정기준 제시가 시급한 실정이다. 이에 따라 음식물 및 기타시설의 실태를 조사하여 유효용량 산정계수를 도출하고자 하였다. 표 1은 유기물 별 실제 운영시설을 조사하여 산정계수를 도출한 결과로 현장조사 시설 대부분이 안정적으로 운영되고 있어 산정계수가 기존의 검사방법의 산정계수보다 같거나 높게 도출되었다. 이에 전국에 운영되고 있는 53개의 병합처리시설의 데이터를 활용하여 산정계수 검증한 결과 유기물분해율은 대부분 만족하였으나 메탄생성율의 경우 결과에 미흡한 시설이 있었으며, 주로 노후화, 용량부족, 현장 운영노하우가 부족한 경우로추후 3차 현장조사를 통해 적정 운영여부와 유효용량 산정계수를 마련하고자 한다.

음식물쓰레기를 이용한 혐기성 소화 시 염분 농도에 따른 수소생산량 변화

이풀잎 ( Pul-eip Lee ),이태진 ( Tae-jin Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2

기후 변화 및 화석연료의 고갈로 신재생 에너지의 개발 및 화석연료를 대처할 수 있는 연료가 필요하다. 바이오 수소 가스 생산은 강력한 연료로서의 가능성에 대한 대중의 관심을 받고 있으며, 그 연소 부산물로 물만을 생성하기 때문에 수소는 무공해 연료로 간주되고 있다. 생물학적 수소생산의 기질로는 음식물쓰레기 및 활성슬러지 등 유기성폐기물이 이용된다. 하지만 공정 후 버리게 되는 유기성 폐기물 내에는 염분 및 중금속 과 같이 수소생산에 저해를 줄 수 있는 다양한 독성 물질이 포함되어 있는데 이들이 어떠한 영향을 끼치는 지에 대한 연구가 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 염분의 농도에 따른 수소생산량 변화를 통해 염분이 수소생산에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 본 실험에서는 T사의 구내식당에서 발생되는 음식물쓰레기를 사용하여 수소생산을 실험을 수행하였으며, 균배양을 위하여 U물재생센터의 활성슬러지조에서 발생되는 활성 슬러지를 2-3일간 계대배양하여 사용하였다. 혐기성 조건을 충족하기 위하여 N2가스로 반응기 내를 purging한 뒤, 완전 밀폐하였으며 교반속도와 실험온도, pH는 각각 200rpm, 30±5℃, pH5.5로 유지되었다. 각 반응조에 염분의 농도가 0.2, 0.6, 2, 3, 4, 6 g/L씩 되도록 하여 수소생산은 실험을 실시하였으며, 반응 후 20~70시간 후에 종료되는 것으로 나타났다. 반응 후 수소생산 미생물의 군집특성을 파악하기 위해 분자생물학적 기법을 통한 미생물 군집분석을 실시하였다. 수소생산 실험결과 염분의 농도가 0.6 g/L일 때, 최대 수소생산률은 1268.67 mL로 나타나 가장 많은 수소가 생산되었다. PCR-DGGE를 통한 미생물군집분석 결과 수소생산이 가장 활발했던 염분농도 3g/L반응조에서 가장 밝게 나타난 E번은 Enterobacter sp. LRPP2로 수소생산에 도움을 준다고 알려진 미생물로 판명되었다. 염분농도에 따른 수소생산 효율 평가 결과 최적의 염분농도는 약 1.4 g/L 인 것으로 나타났다. 염분농도가 3 g/L 이상이 되면 급격하게 떨어지는 것으로 보아 염분의 농도가 너무 적거나 과다하게 되면 수소생산에 악영향을 미치는 것으로 판단된다. 이는 적절한 염의 농도가 미생물의 활성에는 도움을 주지만 그 이상의 농도에서는 미생물 활동을 저하시키는 것으로 판단된다.

바이오가스화 시설의 물질⋅에너지수지를 활용한 적정 운영 연구

이풀잎(Pul Eip Lee ),권은혜(Eun Hye Kwon),추재훈(Jae hun Choo),김수향(Su hyang Kim),강준구(Jun Gu Kang),이동진(Dong Jin Lee ) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

음식물류폐기물은 고농도의 유기물 함량을 나타내고 있어 바이오가스화 시 효과적인 감량화 및자원화를 통한 에너지이용이 가능하다. 이에 음식물류폐기물을 이용한 바이오가스화시설은 2008년부터 2020년까지 연평균 9.1 %씩 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 음식물류폐기물의 적정처리를위해 G시에서 운영되고 있는 바이오가스화 시설의 물질수지⋅에너지수지를 분석하여 적정운영 여부확인 및 주요인자를 파악하여 각종 바이오가스화시설의 적정운영 활성화를 도모하고자 하였다. G시에서 운영되고 있는 바이오가스화 시설의 물질수지 산정결과 유입물 대비 TS, VS 분해율은 약 60 %, 83 %로 나타났으며, 에너지수지 산정결과 유입폐기물 대비 바이오가스 전활효율은 약 81 %, 생산효율은 약 68 %로 높게 산정되었으며, 바이오가스플랜트 효율은 60.9 %로 나타나 처리시설이 적정운영되고 있음을 확인하였다.

유기성폐기물의 바이오메탄 생산량을 활용한 통합 바이오가스화 시설 검사기준 마련 연구

이풀잎(Pul Eip Lee),권은혜(Eun Hye Kwon),권예령(Yee Lyung Kown),강준구(Jun Gu Kang),이동진(Dong Jin Lee) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

유기성폐기물(음식물류폐기물, 가축분뇨, 하수슬러지 동) 바이오가스화시설은 2008 년 이후 급격히 증가 하여 전체 처리량의 55.9 %인 11,249 톤/일을 처리하고 있지만, 「폐기물처리시설의 검사방법에 관한 규정」 에 정확한 통합처리 검사기준을 제시하지 않고 있어 통합처리 바이오가스화 시설의 적정 운영 기준 제시가 시급한 실정이다. 이에 따라 음식물 및 기타시설의 실태를 조사하여 유기물분해율 및 메탄 생성율 산정계수를 도출하고자 하였다. [표 1] 은 유기물 별 실제 운영시설 (57 개소)을 전수조사하고, 기촌 검사방법 기준의 편차 5% 를 벗어날 경우 전수조사 최소 도출값으로 산정(안)을 마련하였다. 또한 전국에 운영되고 있는 53개소의 통합처리 시설의 데이터를 활용하여 산정계수 검증한 결과 유기물분해율은 대부분 만족하였으나 메탄생성율의 경우 결과에 미흡한 시설이 있었으며, 주로 노후화, 용량부족 둥의 시설로 조사되었다. 이를 통해 통합 바이오 가스화 시설의 정확한 검사를 수행할 수 있을것으로 예상되며, 매년 중가하는 통합 바이오가스화 시설의 설계 자료로 활용 가능할 것이라고 예상된다.

내부순환과 다단계유입을 통한 연속식회분반응기의 질소 · 인 처리 개선에 관한 연구

이풀잎(Pul-Eip Lee),이덕희(Duckhui Lee),김범수(Bum-Su Kim),황유훈(Yuhoon Hwang),이태진(Tae-Jin Lee) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.5

목적 : 본 연구는 ICSBR을 운전함에 있어서 상등액을 침전된 슬러지층을 통과시키어 혐기 및 무산소조건의 산소제어 기능을 향상시키고 원수를 다단계 유입함으로써 질소 및 인의 제거를 증대하고자 하였다. 방법 : SBR 바닥에 설치된 내부순환관은 SBR에서 비포기 구간의 무산소 조건을 생성하기 위한 교반 대신에 상등액을 침전된 슬러지층으로 순환시켜 무산소 조건을 생성하도록 한다. 그리고 반응구간 동안 적절한 시간에 원수를 공급함으로써 원수의 유기 물질을 탄소원으로 적절하게 이용할 수 있는 개선된 SBR을 개발하고자 한다. 결과 및 토의 : 등압분할법을 적용한 내부순환관으로 용존산소의 농도가 보다 빠르게 감소하여 약 40%의 효율이 증가함을 확인하였고 다단계 유입을 진행할수록 더 낮은 유출수의 질소농도를 구현할 수 있으며, 또한 단계유입에서 C/N비가 높을수록 질소 제거율이 높아지는 것을 확인하였다. 결론 : 상등액이 침전된 슬러지층을 내부순환하는 방식으로 개선된 반응조 내 용존산소의 제어를 보다 적절히 수행하여 탈질효율의 개선효과는 약 68% 증가하였다. 단계별 유입에서는 C/N비가 높을수록 높은 질소 제거율을 기대할 수 있으나 적정 원수 유입 비율은 C/N비에 따라 다르게 나타날 수 있다는 것에 주목하여야 한다. Objectives : The purpose of this study is to increase the denitrification and phosphorus removals by the oxygen control of the anaerobic or anoxic period using the circulation of the supernants through the settled sludge and multi-step addition of raw wastewater during the operation of the internal circulation sequence batch reactor (ICSBR). Methods : The internal circulation pipe at the bottom of SBR is installed to circulate the supernatant into the settled sludge layer to create anoxic condition of non-aeration period instead of a stirrer in a SBR. And it is attempted to develope the SBR that properly uses the organic materials of the raw wastewater as a carbon source by the feeding the raw wastewater at a suitable time of the reaction period. Results and Discussion : Dissolved oxygen (DO) concentration of the reactor decreases more rapidly with an internal circulation to which the uniform pressure division method is applied, increasing the efficiency of about 40%. As the multi-step addition of raw wastewater proceeds, the nitrogen concentration of effluent is lowered and the C/N (Carbon/Nitrogen) ratio is higher, the nitrogen removal rate is higher. Conclusions : Circulating the supernatant to the bottom through settle sludge was effected to properly control the dissolved oxygen in the reaction tank, thereby improving the denitrification efficiency by about 68%. Even the higher the C/N ratio at the step addition can be expected the higher the nitrogen removal, it is noteworthy that the optimum feeding ratio of the multi-step addition may be different depending on the C/N ratio.

음식물쓰레기의 혐기성 소화 시 중금속에 따른 수소생산량의 변화

이풀잎(Pul-eip Lee),이태진(Tae-jin Lee) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.2

본 연구에서는 음식물 쓰레기 혐기성 발효를 통한 수소생산에서 중금속이 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. 음식물쓰레기의 혐기성발효에 따른 수소생산량은 79.48 mL/g COD이였다. 1 mg/L의 아연이 함유되었을 때 약 60%의 수소생산량의 저해가 나타나는 것으로 나타났으며 구리가 아연보다 수소생산을 심각하게 저해하였다. 구리가 독립적으로 있을 때 수소생산량이 심각하게 저해되는 것에 반하여 아연과 공존함으로서 구리의 저해작용이 완화되어 수소생산량이 회복되었다. 수소생성과정 동안 butyric acid 또는 acetic acid가 주종으로 관찰되었으며 중금속이 함유되지 않은 시료에서는 Klebsiella sp., Clostridium sp., 그리고 Dysgonomonas sp.과 같은 군집이 출현하였으나 아연이나 구리가 함유되었을 경우 Enterococcus 종이시료의 수소생산 활동에 큰 영향을 준 것으로 판단되었다. In this study, variations of hydrogen production were investigated with food waste fermentation in the presence of heavy metals. Hydrogen production was 79.48 mL/g COD with fermentation of food waste. In the presence of 1 mg/L of zinc, the hydrogen production was decreased about 60%. When the copper is present, the production of hydrogen is severely inhibited, while the coexistence of copper with zinc relaxes the inhibition of copper and restores hydrogen production. Butyric acid or acetic acid was observed as the main species during hydrogen production. Klebsiella sp., Clostridium sp., and Dysgonomonas sp. were mainly appeared in the samples not containing heavy metals. However, Enterococcus sp. extremely influenced the hydrogen production activities of samples containing zinc or copper.

음식물쓰레기의 혐기성 소화 시 질소농도에 따른 수소생산 및 미생물 군집변화

이풀잎(Pul Eip Lee),이태진(Tae Jin Lee) 大韓環境工學會 2014 대한환경공학회지 Vol.36 No.10

본 연구는 음식물 쓰레기 내 질소농도에 따른 발효과정에서 수소생성 특성과 미생물의 군집변화를 살펴보았다. 음식물 쓰레기 내 질소의 함량이 200 mg/L일 때 가장 높은 수소생산 효율을 보여주었으며, 이 때 수소생산율은 83.43 mL/g dry wt biomass/hr이였다. 질소의 함량이 600 mg/L 이상이 되면 수소생산이 저해되는 것으로 나타났으며 수소생산량과 B/A ratio (Butric acid/Acetic acid)의 비례적 상관관계는 관찰되지 않았다. 16S rDNA의 PCR-DGGE결과 대부분 군집은 Clostridium sp. 미생물로 규명되었으며 수소생성에 기여도가 큰 미생물은 Enterococcus faecium partial, Klebsiella pneumoniae strain ND6, Enterobacter sp. NCCP-231, 그리고 Clostridium algidicarnis strain E107 등으로 판명되었다. In this study, variations of fermentative hydrogen production and microbial community were investigated with different nitrogen concentration of food waste. Optimum hydrogen production rate was acquired at 200 mg/L nitrogen concentration of the food waste. Which was eqivalent to 83.43 mL/g dry biomass/hr. However, bio-hydrogen production was inhibitedly reduced at over 600 mg/L of nitrogen concentration whereas proportional relation between hydrogen production and B/A ratio were not observed. Most dominant specie of the microbial community analyzed was Clostridium sp. throughout PCR-DGGE analysis of 16S rDNA. It revealed that most contributing microorganism producing hydrogen were Enterococcus faecium partial, Klebsiella pneumoniae strain ND6, Enterobacter sp. NCCP-231, and Clostridium algidicarnis strain E107 in this experiment.