열수가압 전처리에 따른 바이오매스의 혐기성 소화 효율 평가
An Evaluation of Anaerobic Digestion Efficiencies of Biomass Pretreated by Thermo-Hydrosis
초록/요약
1970년대 에너지 쇼크 이후, 에너지 자원의 부족과 환경공해 문제 등으로, 재생 에너지원에 대한 관심이 대두 되고 있어 바이오매스로부터 바이오에너지를 회수하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 목질계 바이오매스 중 리그닌 폐기물은 현재 1,900 톤/일으로 발생되고 있으며, 목질계 바이오매스로부터 연료 및 유용화학제 생산과정에서 리그닌 폐기물 발생량이 증가할 것으로 판단되지만, 리그닌 슬러지는 특별한 처리방법이 없어 현재 소각 또는 해양 투기 되고 실정이다. 또한 최근 런던협약 ’96의정서의 발효로 2012년부터 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지 될 예정이기 때문에 리그닌의 처리방법에 대한 해결방안의 모색이 시급한 실정이다. 리그닌은 구조적인 안정성으로 인한 난분해성 물질로서 생물학적 처리에 어려움을 초래한다. 본 연구에서는 난분해성 리그닌 슬러지를 혐기성 소화 공정에 적용하기 위해, 열수가압 반응을 거쳐 고액 분리 된 리그닌 탈리액을 혐기성 소화 공정에 적용하고 글루코스와 효율을 비교하여 평가하였다. 실험실 규모의 회분식 반응조를 제작하여 실험한 결과, 가스발생이 확인되었으며 글루코스보다 오히려 가스발생량 및 메탄 구성이 컸다. 또한 유기물 농도에 차이를 둔 실험에서 (기질을 리그닌 탈리액으로 함) 역시, 유기물 농도가 높은 소화조에서 많은 가스 발생이 일어났으며, 메탄 구성비 또한 큰 것으로 확인 되었다.
more목차
목 차
표 차 례 ⅰ
그림차례 ⅱ
국문요약 ⅲ
제 1 장 서론 1
제 2 장 이론적 고찰 4
제 1 절 바이오매스 에너지 4
1. 바이오매스 4
2. 바이오매스 에너지 4
3. 목질계 바이오매스 8
4. 리그닌 11
제 2 절 열수가압 반응 12
제 3 절 혐기성 소화 14
1. 혐기성 소화 개요 14
2. 혐기성 소화 미생물 20
3. 혐기성 소화 환경 인자 23
제 3 장 실험장치 및 방법 39
제 1 절 혐기성 소화 장치 및 실험 39
제 2 절 탈리액 주입량 결정 42
제 3 절 분석방법 42
제 4 절 실험방법 44
제 4 장 결과 46
제 1 절 탈리액의 특성 46
제 2 절 기질 주입량의 결정 46
제 3 절 혐기소화 적용성 평가 49
1. 글루코스와 탈리액의 혐기성 소화 비교 49
2. 유기물 농도에 따른 혐기성 소화 비교 54
3. 각 소화조의 메탄구성비 59
제 5 장 결론 60
Abstract 62
참 고 문 헌 63
표 차 례
[표 2-1] 목질계 바이오매스의 분류 및 범위 9
[표 2-2] 폐목재 발생량 10
[표 2-3] 메탄생성 박테리아의 최적조건 22
[표 2-4] 혐기성 소화 시 미량원소들의 적정 농도 범위 26
[표 2-5] 염에 의한 독성 31
[표 2-6] 암모니아성 질소가 혐기성 미생물에 미치는 영향 34
[표 3-1] 분석항목에 따른 분석기기 및 방법 43
[표 3-2] 실험 조건 45
[표 4-1] 탈리액의 특성 46
[표 4-2] 글루코스와 탈리액의 SCOD 46
그림차례
[그림 2-1] 주요바이오에너지의 종류 및 변화 시스템 7
[그림 2-2] 혐기소화의 메탄 생성 과정 16
[그림 2-3] 독성물질 농도에 따른 상쇄 및 상승작용 33
[그림 2-4] 황화물 침전에 의한 중금속 독성 조절 37
[그림 3-1] 혐기성 소화 장치 도면 41
[그림 3-2] 혐기성 소화 장치 사진 41
[그림 4-1] 글구코스 주입량별 SCOD Pattern 분석 47
[그림 4-2] 리그닌 주입량별 SCOD Pattern 분석 47
[그림 4-3] D1과 D2의 pH변화 49
[그림 4-4] D1과 D2의 ORP변화 50
[그림 4-5] D1과 D2의 SCOD 변화 51
[그림 4-6] D1과 D2의 일별 Biogas 발생량 52
[그림 4-7] D1과 D2의 누적 Biogas 발생량 53
[그림 4-8] D2와 D3 pH 변화 54
[그림 4-9] D2와 D3 ORP변화 55
[그림 4-10] D2와 D3 SCOD변화 56
[그림 4-11] D2와 D3 일별 Biogas 발생량 57
[그림 4-12] D2와 D3의 누적 Biogas 발생량 58
[그림 4-13] 소화조 별 메탄구성비 59
