[논문]상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 반응조에 비교한 생물전기화학 반응조의 산성 주정폐수처리성능

풍경; 송영채; 유규선; 반와리 랄; 난다쿠마르 쿱파난; 산죽타 수부디

doi:10.4491/ksee.2016.38.6.279

[국내논문] 상향류식 혐기성 슬러지 블랭킷 반응조에 비교한 생물전기화학 반응조의 산성 주정폐수처리성능
Performance of Upflow Anaerobic Bioelectrochemical Reactor Compared to the Sludge Blanket Reactor for Acidic Distillery Wastewater Treatment 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.38 no.6, 2016년, pp.279 - 290

풍경 (한국해양대학교 환경공학과) , 송영채 (한국해양대학교 환경공학과) , 유규선 (전주대학교 토목환경공학과) , 반와리 랄 (인도 에너지자원연구소) , 난다쿠마르 쿱파난 (인도 에너지자원연구소) , 산죽타 수부디 (인도 에너지자원연구소)

초록
AI-Helper

중화하지 않은 주정폐수를 처리할 때 상향류식 혐기성반응조에 전극을 배치한 생물전기화학반응조의 성능을 UASB 공정과 비교하였다. UASB 공정은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d 이하에서 pH, VFA 및 알카리도 등에 있어서 안정한 상태를 유지하였지만, 4.0 g COD/L.d 이상의 유기물부하율에서는 불안정하였다. 그러나, 생물전기화학 반응조는 UASB 반응조에 비하여 유기물부하율 배가시 상태변수들의 변동폭이 작았으며, 빠르게 정상상태로 회복하였다. 생물전기화학 반응조는 4.0-8.0g COD/L.d의 높은 유기물부하율에서 상태변수들이 UASB 반응조에 비하여 안정하였으며, 유기물부하율 8.0 g COD/L.d에서 비메탄발생율(2,076mL $CH_4/L.d$), 바이오가스의 메탄함량(66.8%) 그리고 COD 제거율(82.3%) 등의 측면에서 UASB 반응조보다 우수하였다. 생물전기화학 반응조의 메탄수율은 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 약 407mL/g $COD_r$로 최대값을 보였으며, 이 값은 UASB의 282mL/g $COD_r$보다 크게 높았다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조의 전극반응에서 율속단계는 산화전극반응이었으며, 전극반응은 높은 유기물부하율에서 pH에 의해서 크게 영향을 받았다. 생물전기화학 반응조는 유기물부하율 4.0 g COD/L.d에서 99.5%의 최대에너지효율을 보였다. 중화하지 않은 산성 주정폐수를 처리하는 생물전기화학 반응조는 UASB 공정보다 진보된 고율 혐기성 기술이 될 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The performance of upflow anaerobic bioelectrochemical reactor (UABE), equipped with electrodes (anode and cathode) inside the upflow anaerobic reactor, was compared to that of upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor for the treatment of acidic distillery wastewater. The UASB was stable in pH, alkalinity and VFAs until the organic loading rate (OLR) of 4.0 g COD/L.d, but it became unstable over 4.0 g COD/L.d. As a response to the abrupt doubling in OLR, the perturbation in the state variables for the UABE was smaller, compared to the UASB, and quickly recovered. The UABE stability was better than the UASB at higher OLR of 4.0-8.0 g COD/L.d, and the UABE showed better performance in specific methane production rate (2,076mL $CH_4/L.d$), methane content in biogas (66.8%), and COD removal efficiency (82.3%) at 8.0 g COD/L.d than the UASB. The maximum methane yield in UABE was about 407mL/g $COD_r$ at 4.0 g COD/L.d, which was considerably higher than about $282mL/g\;COD_r$ in UASB. The rate limiting step for the bioelectrochemical reaction in UABE was the oxidation of organic matter on the anode surface, and the electrode reactions were considerably affected by the pH at 8.0 g COD/L.d of high OLR. The maximum energy efficiency of UABE was 99.5%, at 4.0 g COD/L.d of OLR. The UABE can be an advanced high rate anaerobic process for the treatment of acidic distillery wastewater.

Keyword

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생물전기화학 혐기성소화공정이란 무엇인가?	생물전기화학 혐기성소화공정은 기존의 혐기성반응조에 일정한 전위를 유지하는 산화전극과 환원전극을 설치한 공정이다. 생물전기화학공정에 설치된 전극의 표면에는 전기적으로 활성을 가진 미생물이 부착성장하게 되는데 아래 식 (1) 및 (2)에서와 같이 산화전극에서는 초산이온과 같은 유기산 이온의 산화반응이 일어나며, 환원전극에서는 이산화탄소의 용해반응에서 생성된 중탄산염 이온으로부터 메탄이 생성되는 생물전기화학적 환원반응이 일어나게 된다.
	혐기성공정에서 중화공정을 필요로 하는 이유는 무엇인가?	1,9) 이때, 주정폐수에 함유된 황산염은 메탄균과 기질경쟁관계에 있는 황산염환원균에 의해 황화물로 전환된다. 환원된 형태의 생성물인 황화물, 황화수소 등의 황화합물은 혐기성소화공정에서 메탄생성반응을 크게 저해하는 것으로 알려지고 있다.7,10,11) 또한, 주정폐수는 pH가 3.0-4.5 정도로 대단히 낮기 때문에 고율혐기성 공정으로 직접 유입시켜 처리할 경우 공정이 불안정해지는 문제가 발생하였으며, 높은 유기물부하율로 운전할 수 없었다.3,4) 따라서, 주정폐수처리에 사용하고 있는 대부분의 혐기성공정들은 먼저 중화공정을 필요로 하고 있다.
	알콜은 어떻게 만드는가?	알콜은 사탕수수에서 추출한 당밀을 직접 발효시키거나 곡류(쌀, 보리쌀, 옥수수 등) 또는 서류(감자, 고구마, 타피오카 등)에 함유된 전분을 효소를 이용하여 당화시킨 뒤 발효시켜 생산한다. 술의 정(Spirit)이라 불리는 주정은 알콜 성분이 85% 이상인 액체로서 알콜발효 산물을 증류하여 생산하는데 이 과정에서 증류 잔류물인 폐액이 다량으로 발생한다.

참고문헌 (32)

Pant, D. and Adholeya A., "Biological approaches for treatment of distillery wastewater: A review," Bioresour. Technol., 98, 2321-2334(2007).

상세보기
Bustamante, M. A., Paredes, C., Marhuenda-Egea, F. C., Perez-Espinosa, A., Bernal, M. P. and Moral, R., "Co-composting of distillery wastes with animal manures: Carbon and nitrogen transformations in the evaluation of compost stability," Chemosphere, 72(4), 551-557(2008).

상세보기
Shivayogimath, C. B. and Ramanujam, T. K., "Treatment of distillery spentwash by hybrid UASB reactor," Bioproc. Eng., 21, 255-259(1999).
Akarsubasi, A. T., Ince, O., Oz, N. A., Kirdar, B. and Ince, B. K., "Evaluation of performance, acetoclastic methanogenic activity and archaeal composition of full-scale UASB reactors treating alcohol distillery wastewaters," Proc. Biochem., 41(1), 28-35(2006).

상세보기
Tang, Y., Fujimura, Y., Shigematsu, T., Morimura, S. and Kida, K., "Anaerobic treatment performance and microbial population of thermophilic upflow anaerobic filter reactor treating awamori distillery wastewater," J. Biosci. Bioeng., 104(4), 281-287(2007).

상세보기
Mohana, S., Acharya, B. K. and Madamwa, D., "Distillery spent wash: Treatment technologies and potential applications," J. Hazard. Mater., 163, 12-25(2009).

상세보기
Goto, M., Nada, T., Ogata, A., Kodama, A. and Hirose, T., "Supercritical water oxidation for the destruction of municipal excess sludge and alcohol distillery wastewater of molasses," J. Supercrit. Fluid., 13(1-3), 277-282(1988).
Garcia-Calderon, D., Buffiere, P., Moletta, R. and Elmaleh, S., "Anaerobic digestion of wine distillery wastewater in downflow fluidized bed," Water Res., 32(12), 3593-3600(1988).
Harada, H., Uemura, S., Chen, A.-C. and Jayadevan, J., "Anaerobic treatment of a recalcitrant distillery wastewater by a thermophilic UASB reactor," Bioresour. Technol., 55(3), 215-221(1996).

상세보기
Karhadkar, P. P., Audic, J.-M., Faup, G. M. and Khanna, P., "Sulfide and sulfate inhibition of methanogenesis," Water Res., 21(9), 1061-1066(1987).

상세보기
Rasool, K. and Lee, D. S., "Effect of ZnO nanoparticles on biodegradation and biotransformation of co-substrate and sulphonated azo dye in anaerobic biological sulfate reduction processes," Int. Biodeter. Biodegr., 109(1), 150-156(2016).

상세보기
Kumar, G. S., Gupta, S. K. and Singh, G., "Biodegradation of distillery spent wash in anaerobic hybrid reactor," Water Res., 41(4), 721-730(2007).

상세보기
Ray, S. G. and Ghangrekar, M. M., "Enhancing organic matter removal, biopolymer recovery and electricity generation from distillery wastewater by combining fungal fermentation and microbial fuel cell," Bioresour. Technol., 176(1), 8-14(2015).

상세보기
Clauwaert, P. and Verstraete, W., "Methanogenesis in membraneless microbial electrolysis cells," Appl. Microbiol. Biot., 82(5), 829-836(2008).
Villano, M., Aulenta, F., Ciucci, C., Ferri, T., Giuliano, A. and Majone, M., "Bioelectrochemical reduction of $CO_2$ to $CH_4$ via direct and indirect extracellular electron transfer by a hydrogenophilic methanogenic culture," Bioresour. Technol., 101(9), 3085-3090(2010).

상세보기
Song, Y. C., Feng, Q. and Ahn, Y. T., "Performance of the bio-electrochemical anaerobic digestion of sewage sludge at different hydraulic retention times," Energy Fuel., 30(1). 352-359(2016).

상세보기
Kim, D. H., Song, Y. C. and Qing, F., "Influence of Applied Voltage for Bioelectrochemical Anaerobic Digestion of Sewage Sludge," J. Korean Soc. Environ. Eng., 37(9), 542-549(2015).

원문보기 상세보기
Zhao, Z., Zhang, Y., Chen, S., Quan X. and Yu, Q., "Bioelectrochemical enhancement of anaerobic methanogenesis for high organic load rate wastewater treatment in a up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor," Sci. Rep., 4, 1-8(2014).
Song, Y. C., Choi, T. S., Woo, J. H., Yoo, K., Chung, J. W., Lee, C. Y. and Kim, B., "Effect of the oxygen reduction catalyst loading method on the performance of air breathable cathodes for microbial fuel cells," J. Appl. Electrochem., 42, 391-398(2012).

상세보기
Song, Y. C., Kim, D. S., Woo, J. H., Subha, B., Jang, S. H. and Sivakumar, S., "Effect of surface modification of anode with surfactant on the performance of microbial fuel cell," Int. J. Energy Res., 39, 860-868(2015).

상세보기
Yang, L., Huang, Y., Zhao, M., Huang, Z., Miao, H, Xu, Z. and Ruan, W., "Enhancing biogas generation performance from food wastes by high-solids thermophilic anaerobic digestion: Effect of pH adjustment," Int. Biodeterior. Biodegrad., 105(11), 153-159(2015)

상세보기
Capri, M. G. and Marais, G. v. R., "pH adjustment in anaerobic digestion," Water Res., 9(3), 307-313(1975).

상세보기
Munch, v. E. and Greenfield, P. F., "Estimating VFA concentration in prefermenters by measuring pH," Water Res., 32(8), 2431-2441(1998).

상세보기
Song, Y. C., Kwon, S. J. and Woo, J. H., "Mesophilic and thermophilic temperature co-phase anaerobic digestion compared with single-stage mesophilic- and thermophilic digestion of sewage sludge," Water. Res., 38, 1653-1662(2004).

상세보기
Sridevi, K., Sivaraman, E. and Mullai, P., "Back propagation neural network modelling of biodegradation and fermentative biohydrogen production using distillery wastewater in a hybrid upflow anaerobic sludge blanket reactor," Bioresour. Technol., 165, 233-240(2014).

상세보기
Dogan, T., Ince, O., Oz, N. A. and Ince, B. K., "Inhibition of Volatile Fatty Acid Production in Granular Sludge from a UASB Reactor," J. Environ. Sci. Heal. A, 40, 633-644(2005).
Isa, Z., Grusenmeyer, S. and Verstraete, W., "Sulfate Reduction Relative to Methane Production in High-Rate Anaerobic Digestion: Microbiological Aspects," Appl. Environ. Microb., 51(3), 580-587(1986).
Liamleam, W. A. P., "Annachhatrec Electron donors for biological sulfate reduction," Biotechnol. Adv., 25, 452-463(2007).

상세보기
Paula, Jr D. R. and Foresti, E., "Sulfide Toxicity Kinetics of a UASB reactor," Braz. J. Chem. Eng., 26(4), 669-675(2009).

상세보기
Jain, P., Sharma, M., Kumar, M., Dureja, P., Singh, M. P., Lal, B. and Sarma, P. M., "Electrochemical removal of sulfate from petroleum produced water," Water Sci. Technol., 72(2), 284-292(2015).

상세보기
Kulikovsky, A., "Polarization Curve of a Non-Uniformly Aged PEM Fuel Cell," Energies, 7, 351-364(2014).

상세보기
Villano, M., Ralo, C., Zeppilli, M., Aulenta, F. and Majone, M., "Influence of the set anode potential on the performance and internal energy losses of a methane-producing microbial electrolysis cell," Bioelectrochem., 107, 1-6(2016).

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증