혐기성 소화에서 Magnetite(Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) 첨가에 따른 메탄생산 효율에 미치는 영향 = Effect of the Addition of Magnetite(Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) on the Methane Production Efficiency in Anaerobic Digestion
저자
김태봉 ( Tae-bong Kim ) ; 이준형 ( Jun-hyeong Lee ) ; 윤영만 ( Young-man Yoon )
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2022
작성언어
-주제어
KDC
500
자료형태
학술저널
수록면
175-176(2쪽)
제공처
탄소 중립 재생에너지 기술로 조명받고 있는 바이오가스는 혐기성 미생물의 활성을 이용하여 유기물을 바이오가스로 전환하는 방식이다. 최근에는 이러한 혐기성 미생물 사이의 전자전달을 활성화시켜 혐기성 소화 효율 향상을 증진시키는 종간직접전자전달(DIET, Direct Interspecies Electron Transfer) 기작에 대한 연구가 보고되고 있다. 기존 DIET 관련 연구는 주로 부유성 고형물 함량이 낮은 폐수나 포도당과 같은 순수 기질을 이용한 연구가 진행되었으며, 부유성 고형물 함량이 높은 폐수와 같은 복합 기질 등의 유기성 폐기물을 이용한 연구는 전무한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 복합 기질에 해당하는 음폐수에 magnetite(Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>)를 첨가하여, 메탄생산효율과 메탄생산속도에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 이를 위해, 음폐수를 기질로 공시하였으며, magnetite의 투입농도를 무처리, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM의 조건으로 BMP 시험(VDI4630)을 진행하였다. BMP 시험 결과 무처리, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM 처리구의 생화학적 메탄퍼텐셜(B<sub>U</sub>)은 0.560, 0.589, 0.598, 0.608, 0.598, 0.611, 0.591, 0.586, 0.587, 0.575 N㎥/kg-VS<sub>added</sub>로 산출되었다. 25mM 이하의 농도에서는 무처리와 비교하였을 때 생화학적 메탄퍼텐셜이 지속적으로 증가하는 것으로 나타났지만, 30mM 이상의 농도에서는 25mM 이하의 농도와 비교하였을 때 생화학적 메탄퍼텐셜이 감소하는 것으로 나타났다. 또한, BMP 시험에서 누적메탄생산곡선을 1차, 2차 미분하여 Weibull 4 Parameter equation(Sigmaplot ver. 12.5)으로 최적화하여 반응속도를 분석하였다. 무처리구의 최대메탄생산속도(R<sub>m-model</sub>)는 27.21 mL/day이었으며, 최대메탄생산속도 도달일은 32.03day이었다. Magnetite 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 70, 100mM의 처리구의 최대메탄생산속도는 무처리구와 비교하여 각각 22.64, 30.80, 31.86, 15.33, 11.98, 8.82, 8.27, 27.09, 18.45% 증가하였고, 최대메탄생산속도 도달일은 각각 26.94, 29.75, 30.60, 27.66, 27.88, 25.13, 19.58, 14.64, 13.55% 단축되는 효과가 나타났다. 무처리, 25mM 이하(5, 10, 15, 20, 25mM), 30mM 이상(30, 40, 70, 100mM)의 magnetite 투입농도에 따른 혐기소화 효율을 비교하였을 때, 투입농도와 혐기소화 효율이 비례하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 최적 magnetite 투입 농도를 도출하여 실제 바이오가스화플랜트에서 적용할 때, 혐기소화 효율 증진을 기대할 수 있다고 판단한다.
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