본 연구는 젖소분뇨를 원료로 하여 반 건식 혐기소화 방법을 적용하였을 경우의 혐기소화 가능성을 분석하고 혐기소화 과정에서 배출되는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물의 고체연료로서의 가치를 평가하기 위하여 수행되었다. 젖소분뇨의 반 건식 혐기소화 가능성을 평가하기 위하여 950 mL 용량의 반응조를 제작하여 회분식 혐기소화를 실시하였다. 이와 동시에 젖소분뇨 혐기소화 원료를 가로 1,000 mm, 세로 450 mm 크기의 기밀형 아크릴 반응조에 투입하고 항온실에서 중온 혐기소화를 실시한 후에 배출되는 혐기소화 잔재물을 고체연료화 실험원료로 사용하였다. 혐기소화 기질로 사용된 젖소분뇨의 수분함량은 80.64%였으며 젖소분뇨에 첨가한 식종액의 수분함량은 96.83% 수준이었다. 젖소분뇨를 혐기소화하기 위하여 젖소분뇨와 식종액을 1:1 비율로 혼합하였을 때의 수분함량과 VS/TS(휘발성 고형물/총고형물) 함량은 89.74%와 83.35% 수준이었다. 이 젖소분뇨를 혐기소화 한 결과 식종액을 혼합하였을 때 바이오가스가 생성된 반면에 식종액을 혼합하지 않은 경우에는 바이오 가스가 거의 발생되지 않았다. 반 건식 혐기소화를 거친 젖소분뇨 혐기소화 잔재물은 신선분에 비해 열량가가 약 20% 정도 감소하였다. 반면에 회분은 15%에서 18.4%로 증가하였다. 젖소분뇨 혐기소화 잔재물울 고체연료 형태로 펠릿화하였을 경우 크롬과 납, 카드뮴, 황 등의 농도가 규제 수준보다 낮았다. 따라서 젖소분뇨를 혐기소화 하여 바이오가스를 회수하고 난후 혐기소화 잔재물을 고체연료화하여 연료로 활용하는 방법을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 젖소분뇨를 원료로 하여 반 건식 혐기소화 방법을 적용하였을 경우의 혐기소화 가능성을 분석하고 혐기소화 과정에서 배출되는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물의 고체연료로서의 가치를 평가하기 위하여 수행되었다. 젖소분뇨의 반 건식 혐기소화 가능성을 평가하기 위하여 950 mL 용량의 반응조를 제작하여 회분식 혐기소화를 실시하였다. 이와 동시에 젖소분뇨 혐기소화 원료를 가로 1,000 mm, 세로 450 mm 크기의 기밀형 아크릴 반응조에 투입하고 항온실에서 중온 혐기소화를 실시한 후에 배출되는 혐기소화 잔재물을 고체연료화 실험원료로 사용하였다. 혐기소화 기질로 사용된 젖소분뇨의 수분함량은 80.64%였으며 젖소분뇨에 첨가한 식종액의 수분함량은 96.83% 수준이었다. 젖소분뇨를 혐기소화하기 위하여 젖소분뇨와 식종액을 1:1 비율로 혼합하였을 때의 수분함량과 VS/TS(휘발성 고형물/총고형물) 함량은 89.74%와 83.35% 수준이었다. 이 젖소분뇨를 혐기소화 한 결과 식종액을 혼합하였을 때 바이오가스가 생성된 반면에 식종액을 혼합하지 않은 경우에는 바이오 가스가 거의 발생되지 않았다. 반 건식 혐기소화를 거친 젖소분뇨 혐기소화 잔재물은 신선분에 비해 열량가가 약 20% 정도 감소하였다. 반면에 회분은 15%에서 18.4%로 증가하였다. 젖소분뇨 혐기소화 잔재물울 고체연료 형태로 펠릿화하였을 경우 크롬과 납, 카드뮴, 황 등의 농도가 규제 수준보다 낮았다. 따라서 젖소분뇨를 혐기소화 하여 바이오가스를 회수하고 난후 혐기소화 잔재물을 고체연료화하여 연료로 활용하는 방법을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
The objective of this study was to investigate feasibility of semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure and to evaluate solidified fuel value of semi-dry anaerobic digestate. To evaluate semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure, 950 mL bottle type anaerobic reactor was set...
The objective of this study was to investigate feasibility of semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure and to evaluate solidified fuel value of semi-dry anaerobic digestate. To evaluate semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure, 950 mL bottle type anaerobic reactor was set in the constant temperature room maintained at $35^{\circ}C$. To produce anaerobic digestate for making solidified fuel, acrylic cylindrical anaerobic digester(1,000 mm width ${\times}$ 450 mm height) was set in the constant room temperature to carry out batch test of semi-dry anaerobic digestion using same dairy cattle manure. Moisture content of dairy cattle manure and inoculum solution for anaerobic digestion were 80.64% and 96.83%, respectively. The dairy cattle manure and the inoculum solution was mixed by 1:1 ratio(v/v) for anaerobic digestion. Water content and VS/TS(Volatile Solids/Total Solids) of mixture of substrate and inoculum were 89.74% and 83.35%, respectively. In case of non-inoculated anaerobic digester, the biogas was not produced. By the semi-dry anaerobic digestion, the calorific value of the digestate was reduced by 20% compare to fresh dairy cattle manure. In other hand, ash content increased from 15% to 18.4%. The contents of Cr, Pb, Cd and S of pellet produced from anaerobically digested dairy cattle manure were not against the standard regulation for livestock manure solidified fuel. Therefore, it can be used as fuel that anaerobic digestate produced after semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure.
The objective of this study was to investigate feasibility of semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure and to evaluate solidified fuel value of semi-dry anaerobic digestate. To evaluate semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure, 950 mL bottle type anaerobic reactor was set in the constant temperature room maintained at $35^{\circ}C$. To produce anaerobic digestate for making solidified fuel, acrylic cylindrical anaerobic digester(1,000 mm width ${\times}$ 450 mm height) was set in the constant room temperature to carry out batch test of semi-dry anaerobic digestion using same dairy cattle manure. Moisture content of dairy cattle manure and inoculum solution for anaerobic digestion were 80.64% and 96.83%, respectively. The dairy cattle manure and the inoculum solution was mixed by 1:1 ratio(v/v) for anaerobic digestion. Water content and VS/TS(Volatile Solids/Total Solids) of mixture of substrate and inoculum were 89.74% and 83.35%, respectively. In case of non-inoculated anaerobic digester, the biogas was not produced. By the semi-dry anaerobic digestion, the calorific value of the digestate was reduced by 20% compare to fresh dairy cattle manure. In other hand, ash content increased from 15% to 18.4%. The contents of Cr, Pb, Cd and S of pellet produced from anaerobically digested dairy cattle manure were not against the standard regulation for livestock manure solidified fuel. Therefore, it can be used as fuel that anaerobic digestate produced after semi-dry anaerobic digestion using dairy cattle manure.
따라서 본 연구에서는 젖소분뇨를 대상으로 하여 반 건식 혐기소화 기술의 적용가능성을 분석하고, 이 과정에서 발생하는 혐기소화 잔재물의 고체연료화 가능성을 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 젖소분뇨를 대상으로 한 반 건식 혐기소화 실험과 이 과정에서 발생하는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물을 고체연료화 하는 두 가지 실험을 수행하였다.
본 실험에서는 두 가지 형태의 실험을 실시하였다. 첫 번째로는 젖소분뇨의 반 건식 혐기소화 가능성을 분석하였으며 두 번째로는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물의 고체연료 가치를 평가하였다.
대상 데이터
원활한 혐기소화 진행을 유도하기 위하여 돼지분뇨 슬러리를 이용하여 상업적으로 운영되고 있는 기존 혐기소화 시설의 혐기소화조에서 채취한 소화액을 젖소분뇨에 혼합하여 실험을 수행하였다. 식종액은 국내 B군에서 운영 중인 돼지분뇨 슬러리 혐기소화시설의 혐기소화 조에서 채취해 온 소화액을 10일간 중온조건에서 혐기 배양시키고, 잔여가스를 제거한 후 식종액으로 사용하였다. 젖소분뇨 반 건식 혐기소화를 위해 젖소분뇨에 식종액을 부피기준으로 1.
데이터처리
실험기간 중 주기적으로 바이오가스 생산량과 바이오가스 성상을 측정하였으며, 반응기를 일정한 주기마다 흔들어서 반응기내의 기질을 교반하였다. BMP 측정을 위한 회분식 혐기반응기의 발생가스량 정량은 수주차식 습식 가스측정기를 이용하였다. 또한 젖소분뇨 혐기소화 잔재물을 생산하기 위하여 가로 1,000 mm, 세로 450 mm 크기의 기밀형 아크릴 혐기소화 반응조를 Fig.
이론/모형
본 실험과정에서 발생한 시료의 분석은 AOAC(Official Methods of Analysis) 방법과 APHA(Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater) 시험법에 준하여 실시하였다7,8).
성능/효과
1. 식종액의 혼합수준이 1.0인 젖소분뇨 혐기소화 반응조에서의 바이오가스 발생량이 많았고 식종액을 혼합하지 않은 반응조의 바이오가스 발생량은 극히 낮은 것으로 나타났다.
2. 젖소분뇨를 대상으로 하여 적정한 식종조건을 충족하면 젖소분뇨를 대상으로 하는 반 건식 혐기소화가 가능할 것으로 판단된다.
3. 가공된 젖소 분과 우분 고체연료는 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 시행규칙 별표 4의 2에서 정한 가축분뇨 고체연료의 성분 등에 관한 품질기준에서 정한 회분과 황 그리고 규정 중금속 등의 기준치를 충족하였다.
후속연구
본 연구에서 수행한 가축분뇨 연료화 실험결과를 종합하여 보면 젖소분뇨를 혐기소화한 후의 혐기소화 잔재물을 고체연료로 가공하여 활용할 수 있는 가능성이 있는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정부의 가축분뇨 처리 관련 정책방향은 무엇인가?
2%) 방법에 의해 처리되었다12). 정부가 추진하고 있는 가축분뇨 처리 관련 정책방향 역시 발생된 가축분뇨를 퇴비나 액비 그리고 바이오가스나 고체연료 형태 등으로 최대한 자원화하여 자연으로 순환하는 것이다. 가축분뇨 자원화를 촉진시키기 위해 가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률 시행규칙에 가축분뇨 퇴비 화시설과 액비화시설 그리고 바이오가스화시설과 가축분뇨 고체연료화 시설의 설치기준을 정하여 둠으로써 가축분뇨 자원화 관련기술의 확대보급을 촉진하고 있다.
가축분뇨 퇴비나 액비의 주 수용처인 경작지의 면적이 줄어든다는 것은 무엇을 의미하는가?
그러나 2016년 통계청 자료에 의하면 가축분뇨 퇴비나 액비의 주요 수용처가 되는 경작지의 면적이 1983년에 약 220만 ha였으나 2013년 에는 171만 ha로 그리고 2015년에는 168만 ha로 지속적으로 줄어드는 것으로 나타나고 있어 가축분뇨 퇴비화나 액비화에 의한 자원화 확대에 걸림돌이될 우려가 있다. 이러한 상황은 향후에는 경작지로 환원되는 퇴비나 액비는 고품질 위주로 시비되어야 하고 여분의 가축분뇨는 바이오가스나 고체연료로 최대한 전환하여 에너지자원 형태로 활용하여야 한다는 것을 의미한다. 이에 따라 가축분뇨 바이오가 스화나 고체연료화 효율을 높이는 연구나 관련 기술의 개발이 이루어져야 한다.
가축분뇨가 유기성 비료자원으로 쓰일 수 있는 이유는?
그러나 가축분뇨는 유기물 함량이 약 80∼90%에 달하고 작물의 영양원으로 전환될 수 있는 질소와 인, 칼륨 그리고 다양한 미량 원소들이 함유되어 있으므로 유기성 비료자원으로 사용될 수 있는 가치가 높다. 따라서 가축분뇨는 축사에서 수거한 후 고형상 분뇨는 퇴비로 그리고 액상분뇨는 액상비료, 즉 액비로 전환시킨 후 농경지에 비료자원으로서 환원되어지는 것이 일반적이다.
참고문헌 (12)
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