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SUMMARY
표목차
그림목차
목차
제1장 서론 19
제1절 축산폐수 19
1. 연구 배경 19
2. 연구목표 및 내용 22
제2절 당화공정 폐수 24
제2장 문헌연구 26
제1절 축산폐수 26
1. 축산폐수의 국내 현황 26
2. 축산분뇨 발생량 및 처리 현황 28
3. 축산분뇨의 관련법규 31
4. 혐기성 공법 33
5. 축산분뇨의 혐기성 처리 55
제2절 당화공정 폐수 59
1. 배경 59
2. 복합 유기물질의 혐기성 분해 60
3. 황환원 미생물 69
4. 영향인자 71
5. 독성(Toxicity) 89
6. 폐수내 유기물질의 분해 101
7. UASB 반응조 109
8. 입상화(Granulation) 113
제3장 실험재료 및 방법 123
제1절 축산 폐수 123
1. 축산분뇨의 회분식 실험 123
2. 다단 회분식 반응조를 이용한 축산분뇨의 혐기성 분해 특성 131
3. 축산분뇨의 단상 및 이상소화에 의한 혐기성 처리 132
제2절 당화공정 폐수 135
1. 실험장치 135
2. 분석 기기 및 방법 136
제3절 축산폐수 처리용 실용화 plant 142
1. 서론 142
2. 실증 plant 시공[원문불량;p.125~128] 142
3. 축산폐수의 배출 성상 및 예비실험[원문불량;p.128] 146
4. 2차년도 실험계획 148
제4장 결과 및 고찰 150
제1절 축산 폐수 150
1. 축산폐수의 특성 150
2. 회분식 실험 151
3. 다단 회분식 혐기성 공법을 이용한 축산분뇨의 혐기성 처리 157
4. 연속운전[원문불량;p.148] 160
제2절 당화공정 폐수 169
1. 당화공정폐수의 특성 169
2. 식종슬러지 172
3. UASB 반응조의 운전 178
4. UASB 반응조의 소화 특성 188
제5장 결론 199
1. 축산폐수를 이용한 실험 199
2. 당화공정폐수를 이용한 실험 202
참고문헌 205
부록 218
표 2.1. 축산폐수가 수질오염에 미치는 영향[농림수산부, 1990] 28
표 2.2. 진양, 대청, 팔당호의 오염요인(부영양화)[농림수산부, 1990] 28
표 2.3. 가축사육현황과 축산폐수발생량 및 배출부하량(1993년)[환경처,1994] 29
표 2.4. 배출폐수량 및 농도[환경처, 1994] 30
표 2.5. 가축별 발생원단위 및 배출원단위[환경처, 1994] 30
표 2.6. 축산폐수 처리시설 설치현황(1993년)[환경처, 1994] 31
표 2.7. 오수·분뇨 및 축산폐수처리에 관한 법률시행령(1994.11.14) 32
표 2.8. 간이축산폐수정화조 설치대상 축산시설 32
표 2.9. 축산폐수배출허용 기준(BOD, SS) : 대규모 양축농가 33
표 2.10. 혐기성 생태계에서 중요한 역할을 수행하는 메탄균의 종류 37
표 2.11. 다양한 황산염 환원균의 특성 38
표 2.12. 다양한 단백질원의 혐기성 분해 40
표 2.13. 단백질 및 지방의 가수분해 반응속도 41
표 2.14. 기질 저해 반응에 대한 다양한 수학적 모델[Kim, 1991] 49
표 2.15. 생성물 저해 반응에 대한 다양한 수학적 모델식[Kim, 1991] 50
표 2.16. 독성 물질 저해 반응에 대한 다양한 수학적 모델식[Kim, 1991] 51
표 2.17. 양이온에 대한 50% 저해농도 및 길항작용을 유발하는 양이온 53
표 2.18. 혐기성 소화시 암모니아성 질소에 대한 저해효과(1) 56
표 2.19. 혐기성 소화시 암모니아성 질소에 대한 저해효과(2) 56
표 2.20. Some acetogenic reactions. 65
표 2.21. Free energy change of some methanogenic reactions. 66
표 2.22. Some kinetic parameters of methanogenic bacteria. 67
표 2.23. Free energy change for some sulfate reducing and methanogenic reactions. 70
표 2.24. Lag phase variation with storage periods and temperature. 73
표 2.25. Approximate elementary composition of microbial cell (from General Microbiology Stainer, The Macmillas Press). 82
표 2.26. Required concentrations of nutrients and micronutrients. 83
표 2.27. Mineral composition of granular sludge of different full-scale plants. 84
표 2.28. Comparison between composition of bacterial cells and granular sludge. 85
표 2.29. Trace mental concentration of granular sludge with various Wastewater. 87
표 2.30. Type of Toxicity. 89
표 2.31. The values of f(H₂S) and a(H₂S) at several temperature and pH levels. 96
표 2.32. Metal concentration causing 50% inhibition of the methanogenic activity of digested sewage sludge(pH 7, Temp. 35℃). 98
표 2.33. The methanogenic toxicity of Na+(이미지참조). 98
표 2.34. The methanogenic toxicity of heavy metals. 100
표 2.35. The 50% inhibition values of LCFA for the methanogenic activity in the presence of a VFA as substrate. 103
표 2.36. The common polysaccharides. 104
표 2.37. The anaerobic biodegradability of polysaccharides and the sugarmonomers. 105
표 2.38. Comparison of the percentage anaerobic biodegradability and methanogenation of cellulose and lignocellulose. 106
표 2.39. The anaerobic degradation of various proteins to CH₄ and NH₄+-N(이미지참조). 107
표 2.40. Tentative guidelines for the initial start-up of an UASB plant using digested sewage sludges as seed. 114
표 2.41. Description of the different macroscopic sludge pellets formed in UASB-reactor start-up experiments. 115
표 3.1. 회분식 실험조건 123
표 3.2. 혐기성 배지의 조성 124
표 3.3. Analysis equipment and methods. 137
표 3.4. 발효상 운전조건[원문불량;p.125] 143
표 3.5. 원수성상 분석[원문불량;p.128] 146
표 3.6. Bottle test 실험항목 및 조건 148
표 4.1. 축산(돈사)폐수의 특성 151
표 4.2. 축산분뇨의 혐기성 생분해시 기질농도에 따른 동력학적 상수 154
표 4.3. Wastewater characteristics. 171
표 4.4. Characteristics of seed sludges. 175
표 4.5. Trace metal composition of seed sludges. 176
표 4.6. Elemental analysis of seed sludges. 177
표 4.7. Physical characteristics of granular sludges. 181
표 4.8. Trace metals concentrations(1ml/L Sample). 181
표 4.9. Trace metals composition of granular sludges. 183
표 4.10. Elements composition of granular sludges. 184
표 4.11. Chemical formulas of seed and granular sludges. 184
표 4.12. Chemical composition of granular sludges. 185
표 4.13. Operation characteristics of UASB reactors. 193
그림 2.1. 축산물 소비량의 변화추이('88-'94) 27
그림 2.2. 젖소 및 돼지 사육두수의 변화('83-'93) 27
그림 2.3. 고분자 유기물의 혐기성 분해 과정 36
그림 2.4. 특정물질의 농도에 따른 생물학적 반응의 영향 52
그림 2.5. Schematic survey of the main processes involved in anaerobic digestion. 61
그림 2.6. Effect of hydrogen partial pressure on the free energy of conversion of ethanol, propionate or butyrate. 66
그림 2.7. Relation between the acetate concentration and the growth rate of Methanosarcina barkerii(A) and Methanothrix sohngenii(B). 68
그림 2.8. Relative activity of the mesophilic methane producing bacteria in relation to the temperature compared to the activity at 35 ℃. 71
그림 2.9. Calculated pH gradient in methanogenic aggregated (Acetic acid concentration : 0, 5, 10, 17 mM). 74
그림 2.10. Measured pH-gradient in aggregates from an UASB reactor(Acetate concentration 0, 5, 10, 17 mM). 75
그림 2.11. Dependence of Carbonate, bicarbonate and carbondioxide equilibrium of pH valve(T=20℃) 76
그림 2.12. The bicarbonate balance assuming a CO₂ concentration of the biogas of 30%. 77
그림 2.13. The relation between reactor pH, CO₂ percentage of the biogas and reactor alkalinity. 78
그림 2.14. Schematic representation of ammonium interactions in an anaerobic reactor. 91
그림 2.15. The ratio of F of free NH₃-N to total NH₃- plus NH₄-N as a function of pH and temperature. 91
그림 2.16. pH depended inhibition of methane production in deproteinized wastewater containing 1, 300 mg/L NH₄-N 92
그림 2.17. The influence of sulfite on the maximum specific activity of granular sludge. 94
그림 2.18. The influence of H₂S on the maximum specific activity of acetoclastic methane producing bacteria in granular sludge. 94
그림 2.19. Literature results concerning the reactor performance at different COD:SO₄ ratio's 95
그림 2.20. The calculated H₂S concentration in the liquid as a function of the COD:SO₄ ratio at pH 7, p(CH₄) 0.65, Temp. 30℃. 97
그림 2.21. The ratio of unionized VFA to the total VFA as a function of the pH. 102
그림 2.22. The intermonomeric bonds of common polysaccharides: cellulose(β-0-4) and starch(α-0-4). 104
그림 2.23. The intermonomeric bonds(peptides) of proteins. 107
그림 2.24. The batch anaerobic digestion of potato protein (5.84gCOD/L ; 675 mg TKN/L) by granular sludge(1.6 g VSS/L) BD : the biodegradation of COD to cells, VFA and CH₄,... 108
그림 2.25. The anaerobic degradation of milk. (a) The initial conversion of the soluble lipids(fat+LCFA) to insoluble solids : The insoluble total Lipids concentration (●), insoluble LCFA concentration(○) and soluble LCFA concentration(△).... 110
그림 3.1. 유기물의 혐기성 분해시 동력학적 거동 129
그림 3.2. 다단 회분식 혐기성 반응조 개요도 131
그림 3.3. 단상 혐기성 반응조 개요도 133
그림 3.4. 다단 혐기성 반응조 개요도 133
그림 3.5. Lab-scaled UASB reactors. 136
그림 3.6. Sample preparing procedure for SEM. 139
그림 3.7. Sample preparing procedure for TEM. 140
그림 3.8. EPS extraction procedure. 141
그림 3.9. plant 전경(정면)[원문불량;p.125] 143
그림 3.10. plant 전경(후면)[원문불량;p.126] 144
그림 3.11. 혐기성 메탄발효조 상부[원문불량;p.126] 144
그림 3.12. 가스 측정장치[원문불량;p.127] 145
그림 3.13. 폐수 저장조[원문불량;p.127] 145
그림 3.14. 발효증발 설비[원문불량;p.128] 146
그림 3.15. 축산폐수 처리 plant P&ID 147
그림 4.1. 반응시간에 따른 누적 메탄 가스 발생량 153
그림 4.2. 기질농도에 따른 메탄수율 153
그림 4.3. 축산분뇨의 혐기성 분해시 기질 농도에 따른 RMPR와 RAT 의 변화(이미지참조) 154
그림 4.4. 기질농도에 따른 RUMY(이미지참조)의 변화 155
그림 4.5. 민감도 계수 156
그림 4.6. UAN 농도에 따른 활성 변화 158
그림 4.7. 희석율 변화에 따른 알카리도 및 pH의 변화 159
그림 4.8. 희석율 변화에 따른 암모니아 질소의 거동 160
그림 4.9. 희석율 변화에 따른 휘발산의 거동 및 산생성율 161
그림 4.10. 단상 혐기성 반응조의 COD 제거율 162
그림 4.11. 단상 혐기성 반응조의 가스 발생량 및 메탄 함량 163
그림 4.12. 단상 혐기성 반응조의 고형물 거동 164
그림 4.13. pH 및 알카리도의 변화 165
그림 4.14. 다단 혐기성 반응조에서의 TCOD 제거율[원문불량;p.148] 166
그림 4.15. 다단 혐기성 반응조에서의 VSS 거동 167
그림 4.16. 운전기간에 따른 알카리도의 변화 168
그림 4.17. Sichae production flow chart. 170
그림 4.18. Wastewater treatment flow chart. 173
그림 4.19. SEM micrographs of seed sludges. 179
그림 4.20. TEM micrographs of seed sludges. 180
그림 4.21. Photographs of granular sludges (after 150 days operation) 183
그림 4.22. SEM micrographs of granular sludge which is grown in the reactor with digested seed sludge. 189
그림 4.23. SEM micrographs of granular sludge which is grown in the reactor with activated seed sludge. 190
그림 4.24. SEM micrographs of granular sludge which is grown in the reactor with granular seed sludge 191
그림 4.25. Gas production rate in organic loading variation. 194
그림 4.26. Effluent SCODCr(이미지참조) with organic loading variation. 195
그림 4.27. COD removal with organic loading variation. 196
그림 4.28. Methane content with organic loading variation. 196
그림 4.29. VSS change of reactors. 197
그림 4.30. VSS content change of reactors. 197
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