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메탄 배출 저감을 위한 설탕을 이용한 돈 슬러리의 산성화
Acidification of Pig Slurry with Sugar for Reducing Methane Emission during Storage 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.27 no.3, 2019년, pp.81 - 89  

임성원 (인하대학교 사회인프라공학과) ,  오세은 (한밭대학교 건설환경공학과) ,  홍두기 ((주)성지환경건설) ,  김동훈 (인하대학교 사회인프라공학과)

초록
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돈 슬러리(Pig slurry, PS)가 저장되는 동안 상당량의 온실가스가 배출되고 있으며 메탄($CH_4$)이 주요 온실가스로 알려져 있다. 메탄 배출을 줄이기 위해서 진한 황산을 이용하여 돈 슬러리의 pH를 5.0-6.0까지 낮춰서 저장하는 방법이 사용되고 있다. 하지만 부식성이 있고, 사람과 동물에 위험하다는 단점이 있어 사용에 한계가 있다. 본 연구에서는 돈 슬러리가 저장되는 동안 배출하는 메탄을 줄이기 위해 친환경적 방법인 설탕 첨가를 시험해보고자 한다. 설탕을 이용한 돈 슬러리의 산성화 이후, 돈 슬러리의 pH는 7.1에서 설탕의 첨가량(10, 20, 30, 40, 50 g/L)에 따라 $5.8{\pm}0.1$, $4.6{\pm}0.1$, $4.4{\pm}0.1$, $4.1{\pm}0.1$, $4.0{\pm}0.1$으로 감소하였다. 주요 유기산으로는 lactate, acetate, propionate가 검출되었으며 20 g/L 이상의 농도에서는 lactate의 비중이 전체 유기산의 42-72%(COD 기준)까지 증가하였다. 대조군을 41일 동안 저장하는 동안 $20.6{\pm}2.3kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$가 배출되었으며 10, 20 g/L에서만 메탄이 검출되었다. 특히, 10 g/L에서는 30일 이전까지는 소량의 메탄이 배출되었으나 그 이후부터는 메탄 배출량이 증가하여 $8.7{\pm}0.4kg\;CO_2\;eq./ton\;PS$(대조군의 40%)까지 도달하였다. 이러한 현상의 원인은 돈 슬러리의 pH 상승(pH 7.0)으로 인한 메탄생성균의 활성도 회복으로 판단된다. 저장 후 돈 슬러리 내 유기물 제거율은 VS 24%, COD 27%로 나타났지만 산성화를 할 경우 유기물 손실(VS 15-4%, COD 12-17%)을 크게 낮출 수 있음 보였으며 저장하는 동안 감소한 COD의 90% 이상이 호기 분해에 의해 일어난 것으로 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The major problem encountered during the storage of pig slurry (PS) is the release of huge amounts of greenhouse gases (GHGs), which are dominated by methane ($CH_4$). To reduce this, concentrated sulfuric acid has been used as an additive to control the pH of pig slurry to 5.0-6.0. Howev...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 본 연구에서는 무기산 대체물질로 미생물에 의해서 유기산으로 전환이 가능한 설탕을 돈슬러리에 첨가하여 저장되는 동안 배출하는 메탄량을 줄이고자 하였다. 돈 슬러리 내 설탕의 첨가 농도가 10-50 g/L가 되도록 첨가한 후 산성화를 진행하였고 이 기간 동안 pH 변화를 모니터링하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가축분뇨의 산성화는 무엇인가? 가축분뇨가 저장되는 동안 배출되는 메탄량을 줄이기 위해서 활용되고 있는 방법은 가축분뇨의 산성화이다. 이 기술의 최초 연구 목적은 산성 물질을 가축분뇨에 첨가하여 암모니아(NH3)의 휘발로 인한 N 손실을 줄이기 위해 도입되었으며 덴마크에서는 돈 슬러리(Pig slurry, PS)를 저장하는데 보편적으로 사용하고 있다9). 돈 슬러리가 저장되는 동안 N 손실은 대부분 암모니아 휘발로 인한 것으로 알려져 있는데, 산 첨가를 통하여 pH를 낮추면 free ammonia의 함량이 낮아지게 되고 결과적으로 암모니아 휘발량을 줄일 수 있다10).
가축분뇨에서 주로 배출되는 온실가스는? 일반적으로 농장에서 배출되는 가축분뇨는 최종처리 시설로 이송되기 전까지 짧게는 7일에서 길게는 6개월까지 저장되었다가 처리시설로 이송되는데,이 기간 동안 상당량의 온실가스가 배출 된다3,4). 가축분뇨에서 배출되는 온실가스는 주로 메탄(CH4)과아산화질소(N2O)로 알려져 있으며 상대적으로 낮은 온난화지수(global warming potential, GWP)에도 불구하고 상당량이 메탄으로부터 기인하고 있다1,5). 메탄 배출은 가축의 장내 미생물들 복합작용에 의해 이루어지며 일반적인 혐기성소화와 동일하게 가수분해, 산생성, 메탄생성 단계를 거쳐 배출 된다6).
메탄 배출을 위해 이용하는 진한 황산의 한계는? 0까지 낮춰서 저장하는 방법이 사용되고 있다. 하지만 부식성이 있고, 사람과 동물에 위험하다는 단점이 있어 사용에 한계가 있다. 본 연구에서는 돈 슬러리가 저장되는 동안 배출하는 메탄을 줄이기 위해 친환경적 방법인 설탕 첨가를 시험해보고자 한다.
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