[논문]극초단파 전처리를 적용한 하수슬러지 혐기성소화에서 메탄수율 최적화

박운지; 이관재; 이동준; 이서로; 최유진; 홍지영; 양동석; 임경재

doi:10.5389/ksae.2020.62.2.017

극초단파 전처리를 적용한 하수슬러지 혐기성소화에서 메탄수율 최적화
Optimization of Methane Yield in Anaerobic Digestion of Sewage Sludge with Microwave Pretreatment 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.62 no.2, 2020년, pp.17 - 29

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The objective of this study was to find an optimum methane yield condition in anaerobic digestion of sewage sludge with microwave pretreatment. The pretreatment process was carried out using a lab scale industrial microwave unit (2,450 MHz frequency). The digestion efficiency of pretreated sludge was evaluated by biochemical methane potential (BMP) test. Box-Behnken design and Response Surface Analysis (RSA) were applied to determine the optimal combination of sludge mixing ratio (0 to 100%), power (400 to 1600 W), holding time (0 to 10 min) and pretreatment temperature (60 to 100℃). BMP test results showed that Volatile Solid (VS) removal efficiency was up to 48% at a condition of 0% for mixing ratio, 1600 W for power, 5 min for holding time, and 80℃ for pretreatment temperature. Methane production was up to 832.3 mL/g VSremoved at a condition of 50% for mixing ratio, 1000 W for power, 5 min for holding time, and 80℃ for pretreatment temperature. The results of the variance analysis (ANOVA) showed that the p-value of the power and pretreatment temperature among the independent variables were significant (p<0.05), and in particular, the pretreatment temperature significantly affected on the solubilization and methane production. The optimum condition for the maximum methane yield (847 mL/g VSremoved) was consist of 38.4% of mixing ratio, 909.1 W of power, 4.1 min of holding time, and 80℃ of temperature within the design boundaries.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of microwave system
표 Table 1 Characteristics of sewage sludge (Unit : mg/L)
표 Table 2 Independent variable values for Box-Bohnken design
그림 Fig. 2 pH variation before and after BMP test at each pretreatment conditions
그림 Fig. 3 VS removal efficiency at each pretreatment conditions
그림 Fig. 4 Cumulative methane production of each pretreatment condition
표 Table 3 Analysis of variance for methane production using full quadratic model
표 Table 4 Box-Behnken design and methane yield at sludge mixing ratio, microwave power, holding time and temperature
그림 Fig. 5 Residual plots of the quadratic model for methane yield
표 Table 5 Analysis of variance for methane yield using full quadratic model after revision
그림 Fig. 6 Two-dimensional contour plot of the quadratic model for methane yield degree of sludge with respect to pretreatment conditions of mixing ration, power, holding time and pretreatment temperature within the design boundaries
그림 Fig. 7 Three-dimensional contour plot of the quadratic model for methane yield degree of sludge with respect to pretreatment conditions of mixing ration, power, holding time and pretreatment temperature within the design boundaries

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 극초단파를 하수슬러지 전처리에 적용하여, 출력, 슬러지혼합비, 전처리 온도 등 전처리 조건에 따른 소화 효율을 평가하였으며, 반응표면분석을 통해 극초 단파 전처리에 따른 최적의 메탄발생 조건을 도출하고자 하였다.
본 연구에서는 극초단파 전처리를 통한 하수슬러지의 메탄 생성 효율을 평가하고자 하였으며, 회분식 실험 (BMP test)를통해 소화효율을 평가하여 메탄수율을 높이기 위한 최적 전처리 조건을 도출하였다. BMP test를 이용하여 혼합비, 극초단파 출력, 유지시간 및 전처리온도 조건변화에 따른 소화효율을 평가한 결과 혼합비 0%, 극초단파 출력 1600 W, 유지시간 5 min 그리고 전처리 온도 80℃에서 최대 48% VS 제거율을 보였으며, 메탄발생량은 실험계획 시 중심점에 해당하는 혼합비 50%, 극초단파 출력 1000 W, 유지시간 5 min 그리고 전처리 온도 80℃ 조건에서 평균 832.

제안 방법

05), 1차 선형모델의 결정계수 (coefficient of determination, R²) 역시 17%로 낮아 2차 모델로 분석하였다. 2차 회귀 모형 (quardratic model)의 분석결과에서도 상호작용이 메탄발생량과 유의하지 않은 변수들을 소거하여, 최적의 추정모형을 선정하였다. 일부 교호작용에 의해 적합하지 않은 항을 제거하여 최적의 모형을 추정한 결과 적용모델의 1차 선형, 교호작용 및 제곱모형이 전체적으로 유의한 값을나타내는 것으로 분석되었으며 (p<0.
그리고 전처리 온도에서의 유지시간은 0분, 5분, 10분으로 하였으며, 실험계획에사용된 각 변수와 조건은 Table 2와 같다. 4인자 실험의 경우 Box-Behnken 실험계획법에 따라 총 25개의 실험점을 가지며, 25번째 실험점 (혼합비 50%, 출력 1000 W, 유지시간 5분, 전처리온도 80℃)은 중앙점으로 실험의 보정에 사용되므로 3회 반복실험 하였다.
Box-Behnken 실험설계에 의해 계획된 BMP test 결과를 바탕으로 메탄수율을 종속변수로 하여 소화효율에 영향을 주는 4가지 독립변수 ((혼합비 (X1), 극초단파 출력 (X2), 유지시간 (X3), 전처리온도 (X4))들의 영향에 따른 추정 모델식을 얻기 위해 반응표면분석을 실시한 결과 Y (methane yield) = - 2,508.9 + 3.8X1 + 8.5 × 10-1 X2 + 38.8 X3 + 70.4X4 – 7 × 10-2 X12 – 4.6 × 10-4 X22 – 6.4X 32 – 4.4 × 10-1 X42 + 3.8 × 10-1X1X3 와 같이 극초단파 전처리 효과에 따른 메탄수율을잘 표현하는 2차 회귀 모형식을 도출하였다.
각 serum bottle에 실험계획에 의해 선정된 조건의 시료를 식종슬러지 (30%)와 함께 주입하였으며, 질소가스로 1∼2분간 (15 L/min) 퍼지 (purge)한 후 완전히 밀봉하여 혐기성 조건을 유지하였다. 그리고 반응기내 미생물과 기질의 원활한 접촉을 위해 교반 (140 rpm) 및 일정온도 유지 (35℃)가 가능한 shaking incubator (VS-8480 model, VISION Co., Korea)에서 30일간배양하면서, 발생하는 CH 4 가스를 주기적으로 측정하여 소화 효율을 평가하였다.
극초단파 전처리 실험장치는 microwave accelerated reaction system (MARS 5, CEM Corporation, USA, 2,450 MHz, 최대출력 1600 W)을 이용하였으며, 100 mL 밀폐형 시료용기 (Omni, 최대온도 330℃, 최대압력 102 atm)에 70 mL의 시료를 채우고 압력 및 온도센서를 장착 후 극초단파 처리하였다 (Fig. 1). 극초단파 전처리시 밀폐용기를 사용하여 증발에 의한 감량은 이루어지지 않았으며, 전처리 조건에 따른 극초단파 장치의 운전은 극초단파 전처리 장치와 연결된 컴퓨터 프로그램을 이용하였다.
1). 극초단파 전처리시 밀폐용기를 사용하여 증발에 의한 감량은 이루어지지 않았으며, 전처리 조건에 따른 극초단파 장치의 운전은 극초단파 전처리 장치와 연결된 컴퓨터 프로그램을 이용하였다.
극초단파 전처리에 따른 최적의 메탄발생 조건을 도출하고자 슬러지 가용화 및 소화효율에 영향을 주는 환경요인 중출력, 슬러지혼합비, 전처리 온도 및 유지시간을 독립변수로 하여 실험을 설계하였다. 종속변수는 메탄발생량을 VS 제거량으로 나눈 값인 메탄수율로 하였다.
실험계획에 사용된 독립변수 중 1차와 2차 슬러지 시료의 혼합비는 100:0%, 50:50%, 0:100%로 정하여 진행하였다. 극초단파의 출력은 400 W, 1,000 W, 1,600 W로 설정하였으며, 전처리 온도는 60℃, 80℃, 100℃로 계획하였다 (Eskicioglu et al., 2007a; Vlyssides and Karlis, 2004). 그리고 전처리 온도에서의 유지시간은 0분, 5분, 10분으로 하였으며, 실험계획에사용된 각 변수와 조건은 Table 2와 같다.
그리고 미생물 반응의 영향을 배제하기 위해 4℃에서 냉장 보관하였다. 또한, 하수슬러지 혼합비율이 메탄발생에 미치는 영향을 알아보기 위해 1차와 2차 슬러지를 50:50 v/v으로 혼합한 시료를 준비하여 사용하였다. 각 시료의 volatile solid (VS)/ total solid (TS) 함량은 62∼67%의 범위를 보였으며, soluble chemical oxygen demand (SCOD)/ total chemical oxygen demand (TCOD) 비는 2.
본 연구에서는 실험계획에 따라 각 전처리 조건별로 처리된 하수슬러지를 BMP test를 위해 사용하였으며, 식종균 자체의 분해에 의해 발생되는 가스의 양을 배제하기 위해 식종슬 러지를 대조군 (control)으로 이용하였다. 식종액으로 사용한 슬러지는 춘천시 하수처리장의 소화슬러지를 0.
그리고 Oven 온도는 260℃로 설정하였으며 carrier gas는 Helium을 사용하였다. 소화기간동안 발생한 가스의 CH₄ 함량은 Alltech column과 thermal conductivity detector (TCD)가 장착된 가스크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. Injector 및 Detector 온도조건은 각각 200℃, 250℃ 이며, Oven 온도는 40℃로 설정하고 carrier gas는 Helium을 이용하였다.
, Korea)를 이용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 후 상등액을 GF/C 여과지 (Whatman, England)로 여과하여 얻은 여과액을 4℃에서 냉장보관하면서 분석하였다. 시료의 volatile fatty acids (VFAs)는 HP-INNOWAX column과 flame ionization detector (FID)가 장착된 가스크로마토그래피 (Model 7890A, Agilient Technologies, Palo Alto, CA, USA)를 이용하여 측정 하였으며, Injector 및 Detector 온도는 각각 150℃, 280℃로 운전하였다. 그리고 Oven 온도는 260℃로 설정하였으며 carrier gas는 Helium을 사용하였다.
본 연구에서는 실험계획에 따라 각 전처리 조건별로 처리된 하수슬러지를 BMP test를 위해 사용하였으며, 식종균 자체의 분해에 의해 발생되는 가스의 양을 배제하기 위해 식종슬 러지를 대조군 (control)으로 이용하였다. 식종액으로 사용한 슬러지는 춘천시 하수처리장의 소화슬러지를 0.85 mm 체로걸러 불순물을 제거한 후 이용하였으며, BMP test는 control 시료를 포함하여 총 28개 시료에 대해 동일한 운전조건인 35℃, 140 rpm에서 수행하였다. BMP test는 일반적으로 100∼2,000 mL 용량의 serum bottle을 사용하거나 유사한 용량의 밀봉이 가능한 유리 용기를 사용한다 (Henson et al.
실험계획에 사용된 독립변수 중 1차와 2차 슬러지 시료의 혼합비는 100:0%, 50:50%, 0:100%로 정하여 진행하였다. 극초단파의 출력은 400 W, 1,000 W, 1,600 W로 설정하였으며, 전처리 온도는 60℃, 80℃, 100℃로 계획하였다 (Eskicioglu et al.
그리고 TS와 VS는 중량법을 사용하였다. 여기서, 용존성 물질인 SCOD_Cr 와 NH₄⁺-N은 시료를 원심분리기 (VS-5000N model, VISION Co., Korea)를 이용하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 후 상등액을 GF/C 여과지 (Whatman, England)로 여과하여 얻은 여과액을 4℃에서 냉장보관하면서 분석하였다. 시료의 volatile fatty acids (VFAs)는 HP-INNOWAX column과 flame ionization detector (FID)가 장착된 가스크로마토그래피 (Model 7890A, Agilient Technologies, Palo Alto, CA, USA)를 이용하여 측정 하였으며, Injector 및 Detector 온도는 각각 150℃, 280℃로 운전하였다.
극초단파 전처리에 따른 최적의 메탄발생 조건을 도출하고자 슬러지 가용화 및 소화효율에 영향을 주는 환경요인 중출력, 슬러지혼합비, 전처리 온도 및 유지시간을 독립변수로 하여 실험을 설계하였다. 종속변수는 메탄발생량을 VS 제거량으로 나눈 값인 메탄수율로 하였다. 각 조건에서의 독립변수를 통계적으로 일정 수준씩 동시에 변화시키며 발현되는 종속변수값을 반응표면분석 (Response Surface Methodology, RSM)을 적용하여 전 실험구간에서 연속적으로 분석하였다.

대상 데이터

소화기간동안 발생한 가스의 CH₄ 함량은 Alltech column과 thermal conductivity detector (TCD)가 장착된 가스크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. Injector 및 Detector 온도조건은 각각 200℃, 250℃ 이며, Oven 온도는 40℃로 설정하고 carrier gas는 Helium을 이용하였다.
, 2004). 본 연구에서는 500 mL (유효부피 400 mL) serum bottle을 이용하였으며, serum bottle 상부에는 반응 기간동안 발생되는 가스를 포집하기 위하여 gas bag을 설치하였다. 각 serum bottle에 실험계획에 의해 선정된 조건의 시료를 식종슬러지 (30%)와 함께 주입하였으며, 질소가스로 1∼2분간 (15 L/min) 퍼지 (purge)한 후 완전히 밀봉하여 혐기성 조건을 유지하였다.
실험에 사용한 하수슬러지는 춘천시 하수처리장에서 농축조를 거쳐 혐기성소화조로 이송되는 1차 및 2차 슬러지를 20 L의 용기를 이용하여 채취하였으며, 시료 성상을 일정하게 유지하기 위해 전 실험기간 동안 필요한 시료를 채취하여 0.85 mm 체로 걸러 협잡물을 제거한 후 이용하였다. 그리고 미생물 반응의 영향을 배제하기 위해 4℃에서 냉장 보관하였다.

데이터처리

전체적으로 극초단파 전처리에 의한 가용화 효과로 인해 2일 내에 급격한 가스발생이 관찰되었으며, 이때 메탄발생량은 최종 메탄 발생량의 41±8%를 차지하는 것으로 조사되었다. BMP test 결과를 바탕으로 메탄발생량을 종속변수로 하여 독립변수들의 영향을 알아보기 위해 분산분석을 실시하였다 (Table 3). 회귀분석모형은 p-value가 이 모델이적합함을 보여주고 있으며 (p<0.
Box-Behnken 실험설계에 의해 계획된 BMP test 결과를 바탕으로 메탄수율을 종속변수로 하여 소화효율에 영향을 주는 4가지 독립변수들의 영향에 따른 추정 모델식을 얻기 위해 통계프로그램인 Minitab을 이용해 반응표면분석을 실시하였다. 실험 결과를 바탕으로 1차식 모델 (선형)을 적용하여 산출된 결과는 식 (2)와 같으며, 여기서, X ₁은 혼합비 (%), X₂는출력 (W), X₃ 는 유지시간 (min) 그리고 X₄는 전처리 온도 (℃) 를 나타낸다.
종속변수는 메탄발생량을 VS 제거량으로 나눈 값인 메탄수율로 하였다. 각 조건에서의 독립변수를 통계적으로 일정 수준씩 동시에 변화시키며 발현되는 종속변수값을 반응표면분석 (Response Surface Methodology, RSM)을 적용하여 전 실험구간에서 연속적으로 분석하였다. 여기서, 실험설계는 실험계획법 중 3인자 이상일 경우 사용가능하고, 최소의 실험으로 최대의 정보를 도출하여 공정을 최적화할 수 있는 Box-Behnken법을 이용하였다 (Garud et al.
Release 19)을 사용하였다. 반응표면분석법을 이용하여 해석된 결과는 분산분석 (Analysis of Variance, ANOVA)을통해 유의성을 검토하였다. 여기서, β O , β_i , β_ii , 및 β_ij 는 각각 상수 (절편), 선형, 2차모형 및 교호작용을 위한 회귀 계수이며, X_i 와 X_j 는 각각의 독립변수들이다 (Wang et al.
식에 적용된 각 계수값과 1차 모델 (선형)의 적합성을 살펴본 결과, 각 계수의 p-value가 이 모델이 적합하지 않음을 보여주었으며 (p>0.05), 1차 선형모델의 결정계수 (coefficient of determination, R2) 역시 17%로 낮아 2차 모델로 분석하였다.

이론/모형

, 2017)에 준하여 측정하였다. pH는 pH meter (ORION 920A)를 이용하여 측정하였으며, TCOD Cr , SCOD Cr , Alkalinity는 적정법을 이용하여 분석하였다. 그리고 TS와 VS는 중량법을 사용하였다.
pH는 pH meter (ORION 920A)를 이용하여 측정하였으며, TCOD Cr , SCOD Cr , Alkalinity는 적정법을 이용하여 분석하였다. 그리고 TS와 VS는 중량법을 사용하였다. 여기서, 용존성 물질인 SCOD_Cr 와 NH₄⁺-N은 시료를 원심분리기 (VS-5000N model, VISION Co.
, 2018). 그리고 각 인자들에의한 식 (1)을 추정하고 추정된 다항식으로부터 최적 메탄수율 조건 도출 및 반응표면회귀분석을 위해 미니탭 (Minitab Inc. Release 19)을 사용하였다. 반응표면분석법을 이용하여 해석된 결과는 분산분석 (Analysis of Variance, ANOVA)을통해 유의성을 검토하였다.
대상시료의 특성을 분석하고 회분식 반응기의 소화효율을 평가하기 위해 pH, TCOD_Cr , SCOD_Cr , TS, VS, NH₄⁺-N 그리고 Alkalinity를 분석하였으며, 실험항목은 Standard Method (APHA et al., 2017)에 준하여 측정하였다. pH는 pH meter (ORION 920A)를 이용하여 측정하였으며, TCOD Cr , SCOD Cr , Alkalinity는 적정법을 이용하여 분석하였다.
각 조건에서의 독립변수를 통계적으로 일정 수준씩 동시에 변화시키며 발현되는 종속변수값을 반응표면분석 (Response Surface Methodology, RSM)을 적용하여 전 실험구간에서 연속적으로 분석하였다. 여기서, 실험설계는 실험계획법 중 3인자 이상일 경우 사용가능하고, 최소의 실험으로 최대의 정보를 도출하여 공정을 최적화할 수 있는 Box-Behnken법을 이용하였다 (Garud et al., 2017; Toyota et al., 2017, Lee et al., 2018). 그리고 각 인자들에의한 식 (1)을 추정하고 추정된 다항식으로부터 최적 메탄수율 조건 도출 및 반응표면회귀분석을 위해 미니탭 (Minitab Inc.

성능/효과

BMP test를 이용하여 혼합비, 극초단파 출력, 유지시간 및 전처리온도 조건변화에 따른 소화효율을 평가한 결과 혼합비 0%, 극초단파 출력 1600 W, 유지시간 5 min 그리고 전처리 온도 80℃에서 최대 48% VS 제거율을 보였으며, 메탄발생량은 실험계획 시 중심점에 해당하는 혼합비 50%, 극초단파 출력 1000 W, 유지시간 5 min 그리고 전처리 온도 80℃ 조건에서 평균 832.3 ± 81.1 mL/g VSremoved로 나타났다.
05)로 유의한 수준을 나타내었다. 각 독립변수 중 출력과 전처리온 도의 p-value가 유의한 값을 나타내었으며, 특히 전처리온도가 메탄발생에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 분석되었다.
각 시료의 volatile solid (VS)/ total solid (TS) 함량은 62∼67%의 범위를 보였으며, soluble chemical oxygen demand (SCOD)/ total chemical oxygen demand (TCOD) 비는 2.9∼3.4%로 낮은 값을 나타내어 고형물 중의 현탁성 유기성분 함량이 높고 용존성 유기성분 함량이 낮은 것으로 분석되었다 (Table 1).
그러나 발생된 메탄량을 이용하여 메탄수율 (mL/g VSremoved )을 산정한 결과, 메탄수율은 실험계획 시 중심점에 해당하는 혼합비 50%, 출력 1000 W, 유지시간 5분, 온도 80℃ 조건에서 최대 925.7 mL/g VSremoved (평균 832.3 ± 81.1 mL/g VSremoved )로 가장 많이 발생하는 것으로 나타났으며 (Table 4), 전체적으로 383.7∼925.7 mL CH 4 /g VSremoved (571∼1,380 mL biogas/g VSremoved )의 범위로 산정되었다.
8 × 10^-1X₁X₃ 와 같이 극초단파 전처리 효과에 따른 메탄수율을잘 표현하는 2차 회귀 모형식을 도출하였다. 그리고 최대 메탄수율을 얻기 위한 최적조건은 혼합비 38.4%, 출력 909.1 W, 유지시간 4.1 분, 전처리 온도 80℃로, 최대 847 mL/g VS removed의 메탄수율을 얻을 수 있을 것으로 예측되었다. 본 연구를 통해 극초단파 전처리를 적용하여 혐기성소화공정 운전 시가용화율 증가뿐만 아니라 소화효율의 증가를 도모할 수 있는 것으로 나타났으며, 소화효율의 증진은 소화슬러지 감량 화와도 직결되므로 슬러지 처리 비용 경감 등 경제적 효과와 메탄발생으로 인한 대체에너지로서의 역할을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
그리고 혼합비가 50%일 때, 평균 30 ± 5%의 VS 제거율을 보였으며, 혼합비 100% (2차 농축슬러지 100%)에서는 28 ± 4%의 제거율을 나타내어 생분해도가 높은 1차 슬러지에서 가장 높은 평균값을 보였다.
극초단파 처리한 슬러지의 BMP test 결과 전체적으로 약 30%의 VS 제거율을 보였으며, 이러한 결과는 Park (2007)이극초단파를 조사한 하수슬러지를 이용하여 BMP test를 통해 얻은 VS 제거율 30∼34%와 유사한 것으로 나타났다.
누적가스발생량은 혼합비 0%, 출력 1600 W, 유지시간 5분, 온도 80℃ 조건에서 1,052 mL로 가장 많이 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 발생된 메탄량을 이용하여 메탄수율 (mL/g VS_removed)을 산정한 결과, 메탄수율은 실험계획 시 중심점에 해당하는 혼합비 50%, 출력 1000 W, 유지시간 5분, 온도 80℃ 조건에서 최대 925.
본 연구에서 최대 메탄수율을 보인 중심점 (혼합비 50%, 출력 1000 W, 유지시간 5분, 온도 80℃)의 메탄수율 값인 평균 832.3 ± 81.1 mL/g VS removed 은 2차 슬러지를 이용한 연구결 과보다 높은 값을 보였는데, 이는 생분해도가 높은 1차슬러지와 2차슬러지를 혼합하여 사용했기 때문인 것으로 판단된다(Eskicioglu et al., 2007a).
본 연구에서는 2차 하수슬러지의 경우 384∼460 mL/g VSremoved 의 메탄수율을 보여 기존 연구 결과와 유사한 범위내에 있는 것으로 나타났다.
일부 교호작용에 의해 적합하지 않은 항을 제거하여 최적의 모형을 추정한 결과 적용모델의 1차 선형, 교호작용 및 제곱모형이 전체적으로 유의한 값을나타내는 것으로 분석되었으며 (p<0.05, R2 =0.80), 적합결여 (lack-of-fit)도 0.550 (p>0.05)으로 유의한 수준을 나타내었다 (Table 5).
5). 잔차그래프 분석결과에서도 2차 모형과 실험값과의 잔차가 어떠한 형식이나 경향이 나타나지 않음을 보여 각 실험점 간의 영향이 없는 것으로 분석되었다.
전체적으로 극초단파 전처리에 의한 가용화 효과로 인해 2일 내에 급격한 가스발생이 관찰되었으며, 이때 메탄발생량은 최종 메탄 발생량의 41±8%를 차지하는 것으로 조사되었다.
최종적으로 도출한 식을 적용하여 각 조건에 따른 2차원 등고선도 및 3차원 반응표면도를 Fig. 6와 7에 나타내었으며, 4인자에 의한 메탄수율 최적화를 실시한 결과, 메탄수율을 위한 최적조건은 혼합비 38.4%, 출력 909.1 W, 유지시간 4.1 분, 전처리 온도 80℃ 일 때로 847 mL/g VS removed 의 메탄수율을 얻을 수 있을 것으로 예측되었다.
하지만, 극초단파 전처리에 따른 혼합비별 VS 제거율 평균값의 차이를 살펴보고 상관관계를 알기 위해 분산분석을 실시한 결과 혼합비별 VS 제거율에는 큰 차이가 없는 것으로 분석되었다 (p>0.05).
혼합비가 0% (1차 농축슬러지 100%)일 때, 평균 VS 제거율은 31 ± 11%로 2차 농축슬러지가 포함된 타 조건들보다 편차가 크게 나타났으며, 1600W/5 분/80℃에서 최대 48%의 VS 제거율을 보였다.
회귀분석모형은 p-value가 이 모델이적합함을 보여주고 있으며 (p<0.05, R 2 =0.83), 적용모델의 1차선형 및 제곱모형이 유의한 값을 나타내는 것으로 분석되었다 (p<0.05).

후속연구

더불어, 혐기소화공정 운전 시 최적 조건의 정확한 산출은 공정효율의 극대화를 위하여 필수적인 사항이나 현재 체계적인 방법을 이용하여 최적화 연구를 수행하는 경우는 선진국에서 조차 드문 실정이다. 가장 큰 문제점은 생물공정과 관련된 가장 대표적이며 중요 변수인 pH, 온도, 수리학적 체류시간 (Hydraulic Retention Time, HRT)은 연속성을 지닌 변수이나, 실제 연구에서는 모든 구간에서의 결과를 고찰하기 어렵기 때문에 불연속적인 결과를 토대로 최적점을 산출하여 공정확대, 실용화 또는 상용화 연구에 응용한다는 것이다. 이로 부터 누적된 오차로 인하여 최종 산업화단계에서 과도한 안전율 (safety factor) 혹은 부정확한 설계인자가 적용되고, 결과적으로 비효율적인 공정운전과 막대한 시설투자비 낭비를 초래한다.
1 분, 전처리 온도 80℃로, 최대 847 mL/g VS removed의 메탄수율을 얻을 수 있을 것으로 예측되었다. 본 연구를 통해 극초단파 전처리를 적용하여 혐기성소화공정 운전 시가용화율 증가뿐만 아니라 소화효율의 증가를 도모할 수 있는 것으로 나타났으며, 소화효율의 증진은 소화슬러지 감량 화와도 직결되므로 슬러지 처리 비용 경감 등 경제적 효과와 메탄발생으로 인한 대체에너지로서의 역할을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

저자의 다른 논문 :

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].

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