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김민상 ( Min-sang Kim ),조홍목 ( Hong-mok Jo ),한의정 ( Ui-jeong Han ),박영미 ( Yeong-mi Park ),조시경 ( Si-kyung Cho ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
현재 많은 연구들에서 전도성 물질을 이용한 직접전자전달(DIET)가 혐기성 소화에 긍정적인 효과를 나타내는 결과들이 보고되고 있다. 그러나 선행 연구에 따르면 전도성 물질들을 반응조에 투여하였을 경우 내부에 체류하지 못하고 밖으로 wash-out 되는 현상이 빈번히 발생하게 된다. 그로인해 전도성 물질을 소화조에 지속적으로 투여할 경우 경제성이 저하되는 문제점이 발생한다(1). 혐기성 그래뉼은 높은 밀도를 가지고 있어 Expanded Granular Sludge Blanket (EGSB) 및 Upflow Anaerobic Sludge Blanket(UASB) 반응조에 적용하면 외부로 washout 되는 경우를 줄이고 운전 효율을 높일 수 있다. 선행 연구에서는 저강도 초음파(ultrasonication)는 그래뉼에 추가적인 공극을 생성해 비표면적을 늘릴 수 있다(2). 이를 접목하여 EGSB, UASB, 반응조에서의 혐기성 그래뉼에 magnetite 삽입 및 부착 실험을 진행하였으며, 각 실험에 저강도 초음파의 효과를 확인하였다. UASB 반응조에서 수소 그래뉼을 생성하며 magnetite의 삽입 가능성을 확인하였다. UASB, EGSB 반응조에서 각각 생성되어 있는 메탄 그래뉼에 magnetite 부착 가능성을 조사하고, 부착 후 연속 운전을 통해 메탄생산 효율성을 확인하였다. 마지막으로 magnetite가 부착된 메탄 그래뉼로 Specific Methanogenic activity(SMA) 테스트를 통해 메탄 미생물 활성도를 검토하였다. 수소 그래뉼과 메탄 그래뉼에 magnetite의 삽입 및 부착 가능성을 확인하였으며, 저강도 초음파를 적용하여 magnetite의 삽입율을 80% 증가시켰다. 각 반응조에서 연속 메탄생산 효율성을 확인하였을 때, Organic Loading Rate(OLR)이 2g 일 때 magnetite를 통한 메탄생산 효율성 증가를 확인하였다. 하지만 EGSB는 magnetite 부착만 진행한 반응조는 31일, 저강도 초음파와 magnetite를 동시에 적용한 반응조는 49일까지 효과가 유지되었으며, UASB 반응조에서는 위 조건에서 각각 16일, 34일 까지 효과가 유지되었다. 효과 완료 후 각 조건은 대조군보다 저해된 각일 메탄 발생량을 보였으며, 높은 OLR에서는 magnetite 주입이 저해 효과를 일으켰다. SMA test를 통해서 메탄 그래뉼에 magnetite를 부착하였을 경우 최종 메탄 발생량을 10~17% 증가시켰으며, 메탄 생산속도를 11~17% 증가시켰다.
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