1차 반응식을 기초로 한 매립가스 모델링에서 사용되는 두 개의 중요 변수는 메탄잠재발생량(L0)과 메탄발생속도상수(k)이다. 메탄잠재발생량 은 매립된 폐기물에서 발생하는 총 메탄량을 의미한다. 메탄발생속도상 수는 폐기물의 분해율을 나타내며, 폐기물 성상, 수분 등의 환경적 조건 에 영향을 받는다. 이 변수들은 산정하기가 어려우면 현장 특성에 따라 달라진다. 변수를 산정하는 방법은 이론적 방법과 실내실험 방법이 있다. 그러나 이론적 메탄잠재발생량은 폐기물의 생분해도를 고려해야 하며, 여러 가지의 기본 가정이 있어야 한다. 실내실험의 경우에는 실제 폐기 물매립지의 특성을 나타내기에 어려운 부분이 있다. 최근 변수에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 아직까지 정확하지는 않다. 이에 본 연구에서 는 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 모델과 변수들의 산정 방법을 개발하고자 한다. 우선, 본 연구에서는 유기성폐기물의 메탄발생특성을 나타내는 S형태 (Sigmoidal)의 식과 1차 반응식의 적합성을 평가하였다. S형태의 식은 수정 Gompertz 식과 Logistic을 사용하였다. 식들의 적합성을 평가하기 위하여 ...
1차 반응식을 기초로 한 매립가스 모델링에서 사용되는 두 개의 중요 변수는 메탄잠재발생량(L0)과 메탄발생속도상수(k)이다. 메탄잠재발생량 은 매립된 폐기물에서 발생하는 총 메탄량을 의미한다. 메탄발생속도상 수는 폐기물의 분해율을 나타내며, 폐기물 성상, 수분 등의 환경적 조건 에 영향을 받는다. 이 변수들은 산정하기가 어려우면 현장 특성에 따라 달라진다. 변수를 산정하는 방법은 이론적 방법과 실내실험 방법이 있다. 그러나 이론적 메탄잠재발생량은 폐기물의 생분해도를 고려해야 하며, 여러 가지의 기본 가정이 있어야 한다. 실내실험의 경우에는 실제 폐기 물매립지의 특성을 나타내기에 어려운 부분이 있다. 최근 변수에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 아직까지 정확하지는 않다. 이에 본 연구에서 는 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 모델과 변수들의 산정 방법을 개발하고자 한다. 우선, 본 연구에서는 유기성폐기물의 메탄발생특성을 나타내는 S형태 (Sigmoidal)의 식과 1차 반응식의 적합성을 평가하였다. S형태의 식은 수정 Gompertz 식과 Logistic을 사용하였다. 식들의 적합성을 평가하기 위하여 적합도 분석(잔차제곱합, 표준제곱근 오차, Akaike's Information Criterion)을 수행하였다. AIC(Akaike's Information Criterion)는 식의 변 수 개수를 고려하여 식들의 적합도를 비교할 수 있다. 1차 반응식의 경 우 지체기를 고려하였을 때 잔차제곱합과 표준제곱근 오차는 지체기를 고려하지 않을 때보다 감소하였다. 그러나 1차 반응식은 S형태의 식보다 AIC가 비교적 높게 나타나 S형태의 식이 1차 반응식보다 메탄발생특성 에 나타내기에 더욱 적합한 것으로 나타났다. 두 번째로, 도시고형폐기물의 메탄발생률을 평가하기 위하여 혐기성 회분식 실험을 실시하였다. 메탄발생률을 나타내기 위하여 S형태의 식을 1차 미분하였으며, 도시고형폐기물의 메탄발생에서 나타나는 diauxic growth를 고려하였다. 메 탄발생률에 대하여 비선형회귀분석을 실시하였으며, 잔차제곱합을 최소화할 수 있는Marquardt-Levenberg 알고리즘을 이용하였다. 식의 적합도는 표준제곱근 오차와 AIC를 적용하였다. S형태 식의 도함수는 메탄발생률을 잘 나타내었으며, diauxic growth를 고려하 였을 때 잔차제곱합과 AIC는 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 diauxic growth를 고려한 S형태 식의 도함수는 도시고형폐기물의 메탄발생률을 나타내기에 적합한 것으로 판단되었다. 세 번째로, BMP 실험과 같은 혐기성 회분식 실험의 경우 실제 매립 지의 특성을 반영하기 어려우며, 메탄잠재발생량이 과다평가될 수 있어 매립지에서의 메탄발생특성을 평가하기에는 적합하지 않다. 이에 본 연 구에서는 4개의 모의매립조(부피 : 140L)를 이용하여 bioreactor 매립공 법이 메탄발생률에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Lys-3과 Lys-4에 서 발생하는 침출수의 메탄생성균을 활성화시키기 위하여 2개의 ASBR (Anaerobic sequencing batch reactor)를 35±1℃에서 운전하였다. Lys-1 은 침출수를 재순환시키지 않았으며, Lys-2는 1,064 mL/week의 침출수 를 재순환하였다. 또한 ASBR에서 혐기 소화된 침출수를 Lys-3은 1,064 mL/week, Lys-4는 2,128 mL/week로 재순환하였다. 실험결과 Lys-3과 Lys-4는 Lys-1에 비해 메탄으로 회수된 COD양이 약 3배 증가한 것으 로 나타났다. 이는 ASBR을 통해 메탄생성균이 활성화된 침출수를 재순 환시키는 것이 기존 매립공법 또는 단순 침출수 재순환 공법보다 많은 양의 메탄을 발생시킬 수 있는 것으로 판단되었다. 메탄발생률을 살펴보 면 diauxic growth로 일컬어지는 중간정체기가 발생하였다. 이에 메탄발 생률을 나타내기 위하여 비선형회귀분석을 실시하였다. 회귀분석결과 결 정계수는 0.60～0.85로 메탄발생률을 비교적 잘 나타내는 것으로 평가되 었다. 따라서 본 연구에서 제안한 S형태의 1차 미분식은 폐기물매립지에 서의 변수 산정 및 온실가스 발생량 예측에 적용이 가능할 것으로 판단 되었다. 마지막으로, 본 연구에서는 모델의 변수인 메탄잠재발생량과 메탄발생 속도상수를 평가하기 위하여 수정 Gompertz 식과 Logistic 식을 미분한 2개의 식을 적용하였다. 변수들은 실제 매립가스 측정데이터와 예측값의 통계학적 비교를 통해 산정하였다. 모델 적합 및 회귀분석결과 결정계수 는 Gompertz가 0.92, Logistic이 0.94로 나타났다. 따라서 폐기물매립지에 서의 측정데이터가 있을 경우 모델 적합 및 회귀분석을 통해 변수를 산 정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 폐기물매립지에서의 온실가스 발생 량을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 이 모델들은 LandGEM 모델보 다 높은 정확성을 나타내었다. 모델의 정확성을 평가하기 위하여 Qcs(실 측 데이터) : Q(예측값)의 비에 대한 빈도분포를 평가하였다. 이 모델들 은 Qcs(실측 데이터) : Q(예측값)의 1.0 비율에 대한 빈도분포가 LandGEM 모델의 빈도분포보다 높게 나타났다. 따라서 본 연구에서 제 안한 모델들은 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측에 적합한 것으 로 나타났다.
1차 반응식을 기초로 한 매립가스 모델링에서 사용되는 두 개의 중요 변수는 메탄잠재발생량(L0)과 메탄발생속도상수(k)이다. 메탄잠재발생량 은 매립된 폐기물에서 발생하는 총 메탄량을 의미한다. 메탄발생속도상 수는 폐기물의 분해율을 나타내며, 폐기물 성상, 수분 등의 환경적 조건 에 영향을 받는다. 이 변수들은 산정하기가 어려우면 현장 특성에 따라 달라진다. 변수를 산정하는 방법은 이론적 방법과 실내실험 방법이 있다. 그러나 이론적 메탄잠재발생량은 폐기물의 생분해도를 고려해야 하며, 여러 가지의 기본 가정이 있어야 한다. 실내실험의 경우에는 실제 폐기 물매립지의 특성을 나타내기에 어려운 부분이 있다. 최근 변수에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 아직까지 정확하지는 않다. 이에 본 연구에서 는 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 모델과 변수들의 산정 방법을 개발하고자 한다. 우선, 본 연구에서는 유기성폐기물의 메탄발생특성을 나타내는 S형태 (Sigmoidal)의 식과 1차 반응식의 적합성을 평가하였다. S형태의 식은 수정 Gompertz 식과 Logistic을 사용하였다. 식들의 적합성을 평가하기 위하여 적합도 분석(잔차제곱합, 표준제곱근 오차, Akaike's Information Criterion)을 수행하였다. AIC(Akaike's Information Criterion)는 식의 변 수 개수를 고려하여 식들의 적합도를 비교할 수 있다. 1차 반응식의 경 우 지체기를 고려하였을 때 잔차제곱합과 표준제곱근 오차는 지체기를 고려하지 않을 때보다 감소하였다. 그러나 1차 반응식은 S형태의 식보다 AIC가 비교적 높게 나타나 S형태의 식이 1차 반응식보다 메탄발생특성 에 나타내기에 더욱 적합한 것으로 나타났다. 두 번째로, 도시고형폐기물의 메탄발생률을 평가하기 위하여 혐기성 회분식 실험을 실시하였다. 메탄발생률을 나타내기 위하여 S형태의 식을 1차 미분하였으며, 도시고형폐기물의 메탄발생에서 나타나는 diauxic growth를 고려하였다. 메 탄발생률에 대하여 비선형회귀분석을 실시하였으며, 잔차제곱합을 최소화할 수 있는Marquardt-Levenberg 알고리즘을 이용하였다. 식의 적합도는 표준제곱근 오차와 AIC를 적용하였다. S형태 식의 도함수는 메탄발생률을 잘 나타내었으며, diauxic growth를 고려하 였을 때 잔차제곱합과 AIC는 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 diauxic growth를 고려한 S형태 식의 도함수는 도시고형폐기물의 메탄발생률을 나타내기에 적합한 것으로 판단되었다. 세 번째로, BMP 실험과 같은 혐기성 회분식 실험의 경우 실제 매립 지의 특성을 반영하기 어려우며, 메탄잠재발생량이 과다평가될 수 있어 매립지에서의 메탄발생특성을 평가하기에는 적합하지 않다. 이에 본 연 구에서는 4개의 모의매립조(부피 : 140L)를 이용하여 bioreactor 매립공 법이 메탄발생률에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Lys-3과 Lys-4에 서 발생하는 침출수의 메탄생성균을 활성화시키기 위하여 2개의 ASBR (Anaerobic sequencing batch reactor)를 35±1℃에서 운전하였다. Lys-1 은 침출수를 재순환시키지 않았으며, Lys-2는 1,064 mL/week의 침출수 를 재순환하였다. 또한 ASBR에서 혐기 소화된 침출수를 Lys-3은 1,064 mL/week, Lys-4는 2,128 mL/week로 재순환하였다. 실험결과 Lys-3과 Lys-4는 Lys-1에 비해 메탄으로 회수된 COD양이 약 3배 증가한 것으 로 나타났다. 이는 ASBR을 통해 메탄생성균이 활성화된 침출수를 재순 환시키는 것이 기존 매립공법 또는 단순 침출수 재순환 공법보다 많은 양의 메탄을 발생시킬 수 있는 것으로 판단되었다. 메탄발생률을 살펴보 면 diauxic growth로 일컬어지는 중간정체기가 발생하였다. 이에 메탄발 생률을 나타내기 위하여 비선형회귀분석을 실시하였다. 회귀분석결과 결 정계수는 0.60～0.85로 메탄발생률을 비교적 잘 나타내는 것으로 평가되 었다. 따라서 본 연구에서 제안한 S형태의 1차 미분식은 폐기물매립지에 서의 변수 산정 및 온실가스 발생량 예측에 적용이 가능할 것으로 판단 되었다. 마지막으로, 본 연구에서는 모델의 변수인 메탄잠재발생량과 메탄발생 속도상수를 평가하기 위하여 수정 Gompertz 식과 Logistic 식을 미분한 2개의 식을 적용하였다. 변수들은 실제 매립가스 측정데이터와 예측값의 통계학적 비교를 통해 산정하였다. 모델 적합 및 회귀분석결과 결정계수 는 Gompertz가 0.92, Logistic이 0.94로 나타났다. 따라서 폐기물매립지에 서의 측정데이터가 있을 경우 모델 적합 및 회귀분석을 통해 변수를 산 정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 폐기물매립지에서의 온실가스 발생 량을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 이 모델들은 LandGEM 모델보 다 높은 정확성을 나타내었다. 모델의 정확성을 평가하기 위하여 Qcs(실 측 데이터) : Q(예측값)의 비에 대한 빈도분포를 평가하였다. 이 모델들 은 Qcs(실측 데이터) : Q(예측값)의 1.0 비율에 대한 빈도분포가 LandGEM 모델의 빈도분포보다 높게 나타났다. 따라서 본 연구에서 제 안한 모델들은 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측에 적합한 것으 로 나타났다.
Two important parameters used in modeling LFG(Landfill gas) generation based on a first-order equation are the methane generation potential(L0) and the methane generation rate constant(k). The methane generation potential represents the total volume of methane generated from landfilled wastes. The m...
Two important parameters used in modeling LFG(Landfill gas) generation based on a first-order equation are the methane generation potential(L0) and the methane generation rate constant(k). The methane generation potential represents the total volume of methane generated from landfilled wastes. The methane generation rate constant reflects the degradation rate of solid wastes and is affected by waste components, moisture, and other environmental conditions. The parameters are site specific and difficult to determine. The parameters can be obtained following different strategies, such as theoretical prediction, laboratory experiments. However, the theoretical methane generation potential must be adjusted by biodegradability of solid wastes, also based on various assumptions. In laboratory experiments, there are certain difficulties in reproducing the real conditions of landfill. Although the research of parameters has improved in recent years, it is recognized that current methods are not accurate. In this study, therefore, the objective was to develop determination method of model parameters and greenhouse gas generation models from solid waste landfill. First of all, this research was conducted to evaluate the suitability of sigmoidal and first-order kinetic equations for simulation methane production from organic wastes. The sigmoidal kinetic equations used were modified Gompertz and Logistic equations. Statistical criteria used to evaluate kinetic equation performance were analysis of goodness-of-fit (Residual sum of squares, Root mean squared error and Akaike's Information Criterion). Akaike's Information Criterion (AIC) was employed to compare goodness-of-fit of equations with same and different numbers of parameters. RSS and RMSE were decreased for first-order kinetic equation with lag-phase time, compared to the first-order kinetic equation without lag-phase time. However, first-order kinetic equations had relatively higher AIC than the sigmoidal kinetic equations. This study showed that the sigmoidal kinetic equations had better goodness-of-fit than the first-order kinetic equations. Secondly, in this study, anaerobic batch tests were performed on the municipal solid wastes in order to estimate methane production rate. To simulate methane production rate, the first derivatives of the sigmoidal kinetic equations were calculated. Also, diauxic growth was employed to simulate methane production rate from municipal solid wastes. The kinetic equations were fitted to simulate methane production rate by nonlinear regression with a Marquardt-Levenberg algorithm. Data fits obtained by using the equations were compared statistically by the use of the RMSE(Root mean squared error) and AIC(Akaike's information criterion). The kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations successfully described methane production rate from municipal solid wastes. RMSE and AIC were decreased for the equations with diauxic growth, compared to the equations without diauxic growth. These results showed that the kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations with diauxic growth could be a useful tool to simulate methane production rate from municipal solid wastes. Thirdly, anaerobic batch tests such as BMP (Biochemical methane potential) may not be suitable to estimate methane production from landfills. Because, the tests could be overestimated methane generation potential and difficulties in reproducing the real conditions of landfill. In this study, therefore, four lysimeters (Volume : 140L) were used to investigate the effect of different bioreactor landfill methods on the methane production rate. Lys-1 was operated without leachate recirculation while the leachate of 1,064 mL/week was recirculated in Lys-2. Also, leachate digested in the ASBR(Anaerobic sequencing batch reactor) was recirculated in Lys-3 (1,064 mL/week) and Lys-4 (2,128 mL/week). For activation methanogenic bacteria in the leachate to be produced from Lys-3 and Lys-4, two sets of ASBR (R3, R4) were operated at 35±1℃. Lys-3 and Lys-4 showed that this was an increase of about 3 times to the total amount of COD recovered as methane in Lys-1. Therefore it can be seen that by activation and recirculation methanogenic bacteria within the leachate through the use of the ASBR, more methane gas can be recovered than in the existing landfill method or a simple leachate recirculation. The methane production rate was observed intermediate lag period referred to as diauxic growth. Therefore, the kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations with diauxic growth were employed to simulate methane production rate from each lysimeter. The kinetic equations were relatively well described methane production rate from municipal solid wastes. The r-squares obtained for model fitting and regression turned out from 0.60 to 0.85. It seemed that the kinetic equations could be a useful tool for prediction greenhouse gas generation and calculation of model parameters (L0 and k) from solid waste landfill. Lastly, in this study, two equations that can be represented in the derivative of the Gompertz and Logistic equations were employed to evaluate model parameters, methane generation potential (L0) and methane generation rate constant (k). Parameters were determined through statistical comparison of predicted and actual landfill gas collection data. The r-square obtained for model fitting and regression was Gompetz of 0.92 and Logistic of 0.94, respectively. It was found that L0 and k values can be calculated by model fitting and regression using the equations if landfill gas collection data are available. Also, new models were developed for prediction greenhouse gas generation from solid waste landfill. These models had better prediction than the LandGEM model. Frequency histograms for Qcs (LFG collection system) : Q (prediction value) ratios were employed to estimate the accuracy of models. The new models had relatively higher the
Two important parameters used in modeling LFG(Landfill gas) generation based on a first-order equation are the methane generation potential(L0) and the methane generation rate constant(k). The methane generation potential represents the total volume of methane generated from landfilled wastes. The methane generation rate constant reflects the degradation rate of solid wastes and is affected by waste components, moisture, and other environmental conditions. The parameters are site specific and difficult to determine. The parameters can be obtained following different strategies, such as theoretical prediction, laboratory experiments. However, the theoretical methane generation potential must be adjusted by biodegradability of solid wastes, also based on various assumptions. In laboratory experiments, there are certain difficulties in reproducing the real conditions of landfill. Although the research of parameters has improved in recent years, it is recognized that current methods are not accurate. In this study, therefore, the objective was to develop determination method of model parameters and greenhouse gas generation models from solid waste landfill. First of all, this research was conducted to evaluate the suitability of sigmoidal and first-order kinetic equations for simulation methane production from organic wastes. The sigmoidal kinetic equations used were modified Gompertz and Logistic equations. Statistical criteria used to evaluate kinetic equation performance were analysis of goodness-of-fit (Residual sum of squares, Root mean squared error and Akaike's Information Criterion). Akaike's Information Criterion (AIC) was employed to compare goodness-of-fit of equations with same and different numbers of parameters. RSS and RMSE were decreased for first-order kinetic equation with lag-phase time, compared to the first-order kinetic equation without lag-phase time. However, first-order kinetic equations had relatively higher AIC than the sigmoidal kinetic equations. This study showed that the sigmoidal kinetic equations had better goodness-of-fit than the first-order kinetic equations. Secondly, in this study, anaerobic batch tests were performed on the municipal solid wastes in order to estimate methane production rate. To simulate methane production rate, the first derivatives of the sigmoidal kinetic equations were calculated. Also, diauxic growth was employed to simulate methane production rate from municipal solid wastes. The kinetic equations were fitted to simulate methane production rate by nonlinear regression with a Marquardt-Levenberg algorithm. Data fits obtained by using the equations were compared statistically by the use of the RMSE(Root mean squared error) and AIC(Akaike's information criterion). The kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations successfully described methane production rate from municipal solid wastes. RMSE and AIC were decreased for the equations with diauxic growth, compared to the equations without diauxic growth. These results showed that the kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations with diauxic growth could be a useful tool to simulate methane production rate from municipal solid wastes. Thirdly, anaerobic batch tests such as BMP (Biochemical methane potential) may not be suitable to estimate methane production from landfills. Because, the tests could be overestimated methane generation potential and difficulties in reproducing the real conditions of landfill. In this study, therefore, four lysimeters (Volume : 140L) were used to investigate the effect of different bioreactor landfill methods on the methane production rate. Lys-1 was operated without leachate recirculation while the leachate of 1,064 mL/week was recirculated in Lys-2. Also, leachate digested in the ASBR(Anaerobic sequencing batch reactor) was recirculated in Lys-3 (1,064 mL/week) and Lys-4 (2,128 mL/week). For activation methanogenic bacteria in the leachate to be produced from Lys-3 and Lys-4, two sets of ASBR (R3, R4) were operated at 35±1℃. Lys-3 and Lys-4 showed that this was an increase of about 3 times to the total amount of COD recovered as methane in Lys-1. Therefore it can be seen that by activation and recirculation methanogenic bacteria within the leachate through the use of the ASBR, more methane gas can be recovered than in the existing landfill method or a simple leachate recirculation. The methane production rate was observed intermediate lag period referred to as diauxic growth. Therefore, the kinetic equations derived from sigmoidal kinetic equations with diauxic growth were employed to simulate methane production rate from each lysimeter. The kinetic equations were relatively well described methane production rate from municipal solid wastes. The r-squares obtained for model fitting and regression turned out from 0.60 to 0.85. It seemed that the kinetic equations could be a useful tool for prediction greenhouse gas generation and calculation of model parameters (L0 and k) from solid waste landfill. Lastly, in this study, two equations that can be represented in the derivative of the Gompertz and Logistic equations were employed to evaluate model parameters, methane generation potential (L0) and methane generation rate constant (k). Parameters were determined through statistical comparison of predicted and actual landfill gas collection data. The r-square obtained for model fitting and regression was Gompetz of 0.92 and Logistic of 0.94, respectively. It was found that L0 and k values can be calculated by model fitting and regression using the equations if landfill gas collection data are available. Also, new models were developed for prediction greenhouse gas generation from solid waste landfill. These models had better prediction than the LandGEM model. Frequency histograms for Qcs (LFG collection system) : Q (prediction value) ratios were employed to estimate the accuracy of models. The new models had relatively higher the
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