선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 유기성 폐기물을 이용한 수소발효 시, 그 기본원리와 여러 가지 운전인자들을 살펴보고, 특히 유기성 고형폐기물에 대한 다양한 운전결과와 향후 가능성을 알아보고자 한다.
성능/효과
- 33 L H2/g VSS·d의 수소생성 속도를 보여주었다.33) 설탕폐수를 처리하는 완전혼합형 반응조(CSTR)는 190일 동안 성공적인 거동을 보여주었는데, 2.52 mol H2/hexoseconsumed의 높은 수소수율을 기록하였다.34) Fan 등은 다양한 HRT 및 pH 조건에서 맥주양조장 폐기물을 처리하는 CSTR을 운전했는데, HRT 18 h 및 pH 5.
- 46) 수소생산은 최적의 혼합농도(4.8 mg Mg2+/L, 393 mg Na+/L, 0.25 mg Zn2+/L, 1 mg Fe2+/L)에서 30% 증가하였다.
- 44) Mu 등은 온도를 변화(33∼41℃)해 가면서 실험을 하였는데, 온도의 증가에 따라 수소생산과 미생물 성장이 증가하였고 동시에 대사산물의 분포가 변하였다.52) 낮은 온도에서는 초산과 에탄올이 주된 액상산물이었고, 높은 온도에서는 초산과 뷰틸산이 주된 산물이었다. Lee 등은 30∼45℃의 범위에서 CIGSB(carrier-induced granular sludge bed) 반응조를 가지고 실험을 하였는데, 40℃에서 최대 수소수율(3.
- 32 L/h/L의 수소생산 속도를 기록하였다.62) CIGSB 반응조는 심지어 HRT 0.5 h에서 7.3 L/h/L의 수소생산속도를 얻었다.63) 그리고 Wu 등은 가장 높은 수소생산 속도를 보고하였는데, 실리콘-고정화 슬러지를 이용하여 35.
- 회분식 실험에서는 CO2의 감소가 수소생산의 증가를 가져왔지만,70) 연속 실험에서는 높은 CO2 분압이 수소생산의 증가를 가져왔다.68) 높은 CO2 분압은 수소분압을 감소시켰을 뿐만 아니라 미생물 동력학을 수소발효에 호의적으로 변화시켰다. N2 스파징이 단지 15%의 수소수율 증가를 가져온 것에 반해서 CO2 스파징은 수소수율을 거의 2배 증가시켰다.
- 09 mol H2/mol hexose의 수소수율을 얻은 것이다.73) 20 g COD/L 이하인 유입 기질농도에서는 B/A(n-butyrate/acetate) 값의 감소와 수소 소비균의 발현으로 수소수율이 감소하였고, 35 g COD/L 이상인 유입기질농도에서는 기질제거율이 감소하였다. 그러나, 기질농도가 10에서 50 g COD/L로 증가했을 때 수소수율이 1.
- 에 가장 독성이 있는 것으로 알려져 있는데, 그로 인해 그 저해효과를 감소시키기 위한 많은 연구가 있었고 대부분은 화학적 추출을 이용한 것이었다.75) C. acetobutylicum의 경우 1.7 g/L의 뷰틸산 농도에서 뷰틸산의 생산을 멈추었고,76) 뷰틸산의 독성은 초산보다 더욱 강하여 13 g/L 이상의 뷰틸산은 세포의 성장뿐만 아니라 수소생산에 있어서도 심각한 저해를 가져왔다.77) 뷰틸산의 비이온화된 형태는 이온화된 형태보다 더욱 독성이 큰데, Kyazze 등은 안정된 반응조에 뷰틸산을 주입함으로써 비이온화된 뷰틸산의 농도를 33에서 63 mM까지 올렸고, 그 결과 84 h 후에 반응조가 회복되기는 했지만 가스생산이 완전히 멈추는 결과를 보여주었다.
- 7 g/L의 뷰틸산 농도에서 뷰틸산의 생산을 멈추었고,76) 뷰틸산의 독성은 초산보다 더욱 강하여 13 g/L 이상의 뷰틸산은 세포의 성장뿐만 아니라 수소생산에 있어서도 심각한 저해를 가져왔다.77) 뷰틸산의 비이온화된 형태는 이온화된 형태보다 더욱 독성이 큰데, Kyazze 등은 안정된 반응조에 뷰틸산을 주입함으로써 비이온화된 뷰틸산의 농도를 33에서 63 mM까지 올렸고, 그 결과 84 h 후에 반응조가 회복되기는 했지만 가스생산이 완전히 멈추는 결과를 보여주었다.74)
- 3 h에서 수소생산과 미생물농도에서 각각 27% 및 164%의 효율향상을 보여주었다.81) 중공사막을 이용한 경우는 HRT 1 h에서 여러 종류의 탄소원(과당, 포도당, 자당)을 분해하는데 안정적인 거동을 보여주었다.82) 또한 많은 종류의 고정화 matrix가 고농도의 미생물농도를 유지하기 위해 연구되었는데, 우레탄 폼(urethane foam)과 다공성 유리알이 각각 Enterobacter aerogens와 Clostridium butyricum에 대해 이용되었다.
- 32 L H2/L/h의 최고 수소생산속도를 얻었다.85) Alginate gel entrapment method를 이용한 유동상 반응조에서는 HRT 2 h에서 0.93 L H2/L/h의 높은 수소생산속도를 얻었다.86)
- 89) 유사한 결과로서, Wu 등은 실리콘고정화 및 자체응집 슬러지를 포함하는 반응조를 고안하여, 보고된 값 중 가장 높은 수소생산속도(15 L H2/h/L)를 얻었다.90) HRT 0.5 h에서 35.4 g VSS/L에 이르는 고농도의 미생물 농도를 유지할 수 있었다. 그러나, 입상화를 위해서 수개 월의 시간을 필요로 하는 초기 운전시간(start-up)이 매우 길다는 큰 문제점이 있다.
- Lay 및 Fan은 최적 pH 범위가 5.2∼6.0인 결과를 보여주었으며,27,35) pH가 4.3보다 낮거나 6.1보다 높은 경우 알코올 생산속도가 수소 생산속도를 초과하였다.
- 68) 높은 CO2 분압은 수소분압을 감소시켰을 뿐만 아니라 미생물 동력학을 수소발효에 호의적으로 변화시켰다. N2 스파징이 단지 15%의 수소수율 증가를 가져온 것에 반해서 CO2 스파징은 수소수율을 거의 2배 증가시켰다.
- 그리고 탄수화물이 풍부한 액상폐기물이 기질로서 많이 이용되었는데, 야자유(palm oil) 제조공장 유출수, 식품가공 폐수, 화학공장 폐수는 회분식 실험을 통해 각각 최대 수소수율(4.7 L H2/L-effluent, 2.8 L H2/L-wastewater, 1.25 mmol H2/g COD)을 보여주었다.30∼32) 상향식 반응조를 이용한 곡주(rice winery) 폐수의 수소발효는 다양한 조건에서 운전이 되었는데, HRT 2 h, 유기물부하 34 g COD/L, pH 5.
- 일반적으로 H2 분압의 증가가 수소생산에 부정적인 영향을 갖기 때문에 H2 분압을 감소시키기 위해서 수많은 시도가 있어왔다. 연속운전에서 최적 기질농도에 대한 최고의 결과는 CSTR을 이용한 실험에서 30 g sucrose COD/L의 기질농도로부터 1.09 mol H2/mol hexose의 수소수율을 얻은 것이었다. CSTR이 가장 흔하게 이용되지만 고농도의 미생물을 함유할 수 있는 여러 종류의 반응조들이 도입되었다.
- 연속운전에서 최적의 기질농도를 찾는 것은 보다 의미가 있는데 그것은 실폐수를 처리하는데 적용할 수 있기 때문이다. 최고의 결과는 CSTR을 이용한 실험에서 30 g sucrose COD/L의 기질농도로부터 1.09 mol H2/mol hexose의 수소수율을 얻은 것이다.73) 20 g COD/L 이하인 유입 기질농도에서는 B/A(n-butyrate/acetate) 값의 감소와 수소 소비균의 발현으로 수소수율이 감소하였고, 35 g COD/L 이상인 유입기질농도에서는 기질제거율이 감소하였다.
- 한편 막반응조(MBR)는 HRT 3.3 h에서 수소생산과 미생물농도에서 각각 27% 및 164%의 효율향상을 보여주었다.81) 중공사막을 이용한 경우는 HRT 1 h에서 여러 종류의 탄소원(과당, 포도당, 자당)을 분해하는데 안정적인 거동을 보여주었다.
후속연구
- 그리고 수소생성균의 입상화가 성공한 이후 UASB 반응조를 이용한 수많은 연구가 이루어졌다. 특히, 유기성고형폐기물의 수소발효는 기질의 전처리가 필요한 것으로 나타났으며, 중온조건보다 고온조건에서 수소수율이 더 높 았는데 에너지 소모로 인한 경제적인 문제가 검토되어야 한다. 그리고 수소발효는 잔류물로 유기산이 남기 때문에 이를 처리할 수 있는 별도의 후속공정이 필요하며 여기에 이용할 수 있는 가장 손쉬운 공정은 이미 많은 연구가 이루어진 메탄발효 공정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.