Bioreactors are devices used by sewage treatment plants to process sewage and which produce active sludge, and sediments separated by solid-liquid are treated in anaerobic digestion tanks. In anaerobic digestion tanks, the volume of active sludge deposits is reduced and biogas is produced. After dehydrating the digestive sludge generated after anaerobic digestion, anaerobic digested wastewater, which features a high concentration of organic matters, is generated. In this study, the decomposition of organic carbon and nitrogen was studied by advanced oxidation process. Ozone-microbubble flotation process was used for oxidation pretreatment. During ozonation, the TOC decreased by 11.6%. After ozone treatment, the TOC decreased and the removal rate reached 80.4% as a result of the Ultra Violet-Advanced Oxidation Process (UV-AOP). The results with regard to organic substances before and after treatment differed depending on the organic carbon index, such as CODMn, CODCr, and TOC. Those indexes did not change significantly in ozone treatment, but decreased significantly after the UV-AOP process as the linkage treatment, and were removed by up to 39.1%, 15.2%, and 80.4%, respectively. It was confirmed that biodegradability was improved according to the ratio of CODMn to TOC. As for the nitrogen component, the ammonia nitrogen component showed a level of 3.2×102 mg/L or more, and the content was maintained at 80% even after treatment. Since most of the contaminants are removed from the treated water and its transparency is high, this water can be utilized as a resource that contains high concentrations of nitrogen.

광물 탄산화 공정은 CCS 기술 분야 중 하나로써 이산화탄소를 특정 금속 또는 금속화합물과 반응시켜 안정하고 영구적인 탄산염 형태로 저장 및 고정화하는 기술이다. 연간 약 5000만톤 발생하는 산업 부산물은 알칼리성 금속들을 상당량 포함하고 있고 이산화탄소 발생지 근처에서 수급이 가능하므로 탄산화의 원료로 이용하는데 유리하다. 본 연구에서는 산업 부산물중 석탄재를 이용하여 이산화탄소와 액상탄산화 반응 후 탈리액 내 미반응 무기 양이온의 재이용에 대한 가능성 및 특성을 알아보고자 하였다. 탄산화전 석탄재의 무기 양이온 용출 효율을 높이기 위해 용출제로 1N HCl이 사용되었다. 이산화탄소의 공급농도는 질소와 혼합되어 배기가스 농도인 15vol%로 사용되었다. 이산화탄소 흡수제는 널리 쓰이고 있는 30wt%의 MEA(MonoEthanolAmine)수용액을 이용하였고 포화된 이산화탄소의 공급량 및 흡수량을 계산하였다. 탄산화 반응 전후의 무기양이온 용출농도, 이산화탄소 전환율, CaCO3 성분 확인 등은 IC, TGA, XRD 분석을 통해 확인되었다.

The objectives of this study were to evaluate biogas production and changes of CH4 contents by trace elements solution dosing to improve the operation efficiency of anaerobic digestion. The solution with trace elements was manufactured by Co, Mo, Ni, and Fe, and the trace elements dosages were gradually increased from reactor R1 to R4. Operation was performed as four modes and organic loading rate was increased from R1 to R4. As a result, digestion efficiency of R2 or R3 was higher than R1 without trace elements solution. Also, it showed that biogas production and CH4 contents of R3 were high compared with R2. However, R4 had a negative effect on the efficiency of anaerobic digestion due to the additional dosing of unnecessary trace elements. Moreover, from the results compared with anaerobic digestion conditions on effect of each trace element, it showed that experiment with the mixture of Co, Ni, Mo, and Fe was the highest digestion efficiency and individual trace element showed high digestion efficiency in the order of Fe, Co, Mo, and Ni. In conclusion, the additional dosing of optimum trace elements is essential to enhance the efficiency of anaerobic digestion.

바이오가스플랜트를 통한 유기성폐기물의 에너지화가 증가 추세에 있으나 탈리액 처리 문제로 에너지 확보 및 보급에 저해 인자로 작용하고 있다. 기존의 바이오가스플랜트 탈리액 처리를 위한 기술 중 물리․화학적처리와 생물학적처리의 적용은 방류수 수질기준을 확보하는데 있어 기술적 한계가 있어 안정적인 처리수질을 확보하는데 많은 설비비 및 운전비가 소요되는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오가스플랜트 탈리액의 처리기술 및 통합공정 개발을 위해 전기화학적처리와 MBR을 연계한 처리 연구를 수행하였으며 MBR의 안정적인 운영을 위해 생물분리막 fouling 현상을 규명하였다. 이에 바이오가스플랜트 탈리액의 화학적 응집 후 상등수를 이용하여 MBR로 유입 시 분리막의 차압 및 유량 변화를 모니터링 하였으며 이 때 미생물 농도는 8,000 ~ 11,000 mg/L를 유지하였고 초기 차압 및 유량의 30% 감소 시 물리적 세정 및 화학적 세정 후 재실험을 실시하여 초기 차압 및 유량으로의 회복 정도와 최종 fouling시 분리막 표면 분석을 통해 폐색 원인을 규명하였다.

폐기물 매립정책은 단순 매립위주에서 자원화, 에너지화로 폐기물 처리 페러다임이 변화하고 있다. 폐기물 에너지화를 위한 바이오가스는 유기물이 산소(O₂)가 없는 극도의 환원상태에서 미생물에 의해 분해되면서 생성되는 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 기타 황화수소(H₂S), 수소(H₂), 수분, 휘발성지방산(VFA) 가스를 포함하는 기체 혼합물을 말한다. 바이오가스 생성 반응은 자연적으로 일어나는 미생물 반응으로 바이오가스가 생산되는 조건(온도, pH, 알칼리도 등)을 제어하여 공정화한 것이 혐기성 소화공정이다. 혐기성 소화공정은 기본적으로 산생성 단계(Acidogenesis), 메탄생성 단계(Methanogenesis)의 2단계로 나눌 수 있으며, 메탄생성단계에서 아세트산(acetic acid)과 수소 등의 유기물이 메탄으로 전환되면서 실질적인 안정화(stabilization)가 이루어진다. 각 단계에서 작용하는 미생물은 생리적인 특징 및 요구 영양이 다르기 때문에 외부의 조건이 바뀌면 두 생물군 사이의 균형이 깨어져 전체 공정의 효율이 저하된다. 따라서 혐기성 소화공정은 반응조를 산생성 단계와 메탄생성 단계의 두 개의 반응조로 구분하는 2단계 발효(fermentation)공정이 합리적일 것이다. 전통적인 1 단계의 반응공정(1상법)에서는 하나의 반응조에서 산생성과 메탄생성이 동시에 일어나기 때문에 산생성 단계와 메탄생성 단계를 최적 상태로 조절하는 것이 불가능하고, 외부에서 유입되는 원수성상의 변화에 민감하게 반응하여 안정성이 깨지는 문제가 있었다. 이에 반하여, 2상법은 각 단계에서 적합한 환경조건을 용이하게 유지시켜 줄 수 있고, 메탄 반응조의 부하율(loading rate)을 적절히 조절하고, 저급 지방산(fatty acid)의 축적에 의해 급속한 pH의 저하를 방지하여 메탄발효의 저해를 미연에 방지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 2상법은 반응조를 별도로 구비해야 하는 점, 그에 따라 제1 반응조로부터 제2 반응조로 이송을 위한 시스템이 요구되는 점 등 비용면에서 불리하고, 각 반응조의 반응조건을 별도로 조절하여야 한다는 번잡한 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 에너지자원화를 위해 구조적으로 간단한 혐기성소화조를 구성하여 음식물류 처리시 발생하는 탈리액(음폐수)를 처리시 일체형 혐기성소화와 2단 혐기성소화공정의 비교 연구를 통해 기질 제거특성 및 바이오가스발생 특성(CH₄, CO₂ 함량 및 발생량)을 비교하였다.