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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

신원범, Shin, Won Beom (충북대학교, 충북대학교 대학원)

지도교수
전항배
발행연도
2019
저작권
충북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수25

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

2019

미생물전기화학적 저온 혐기성소화조에서 음식물류 폐기물로부터 메탄생산
신원범 ; Shin ,  Won Beom 환경·도시·화학공학부 2019.01 학위논문

2017

미생물 전기화학 기술이 적용된 단일 혐기성소화조에서 전극간격에 따른 바이오가스 생성 효율 평가
신원범 ,  박준규 ,  전항배 대한환경공학회 학술발표논문집 2017.11 학술대회자료
미생물 전기화학 기술이 적용된 단일 혐기성소화조에서 전극재질에 따른 바이오가스 생성 효율 평가
신원범 ,  박준규 ,  이범 외 2명 대한환경공학회지 2017.02 학술저널
미생물전기화학 혐기성소화조에서 전극간격이 메탄생성에 미치는 영향
신원범 ,  석붕 ,  조상열 외 1명 한국수처리학회지 2017.01 학술저널

초록· 키워드

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Anaerobic digestion (AD) is a conventional method to recover methane from various types of wastes. Psychrophilic anaerobic digestion (PAD) is known to incur lower energy consumption for heating but has low efficiencies of organic matter removal and methane production. Previously, researchers investigating PAD have reported that methane production is possible on maintaining a long sludge retention time (SRT); and operating with a long hydraulic retention time (HRT). However, the problems of low organic matter removal and methane production efficiency have not yet been overcome.
Psychrophilic bio-electrochemical anaerobic digestion (PBEAD) is a promising new technology for improving methane production at low temperature by suppling low electronic voltage. In this study, a PBEAD reactor operating at 19.8 ± 2.9 ℃ equipped with a low-cost stainless steel (SUS304) rotating impeller electrode was manufactured to enhance the efficiency of methane to monitor the archaeal communities at a high organic loading rate (OLR). Stable methane production was achieved without volatile fatty acid(VFA) accumulation and pH decrease in the PBEAD reactor up to an OLR of 4.5 kg/m3·d owing to increased H2-dependent methylotrophic and hydrogenotrophic methanogens, which convert H2 into methane. At OLR of 6.0 kg/m3·d, methane production decreased significantly due to decreased pH and accumulated VFAs, it but recovered by adding external alkalinity. The maximum energy efficiency was acheaved 71.7% in the PBEAD reactor equipped with an SUS304 rotating impeller electrode.
#Bio-electrochemical

목차

Ⅰ. 서 론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 4
Ⅱ. 이론적 배경 5
2.1 음식물류 폐기물 5
2.1.1 음식물류 폐기물의 발생 현황 5
2.1.2 음식물류 폐기물의 처리 현황 8
2.1.3 음식물류 폐기물의 물리화학적 특성 10
2.2 혐기성소화 11
2.2.1 혐기성소화 11
2.2.1.1 음식물류 폐기물의 혐기성소화 13
2.2.2 가수분해(Hydrolysis) 14
2.2.3 산생성(Acidogenesis) 15
2.2.4 메탄생성(Methanogenesis) 17
2.3 생물전기화학기술 19
2.3.1 BEAD의 원리 19
2.3.2 BEAD에 관여하는 미생물 22
2.3.3 BEAD에서 내부저항 24
2.3.3.1 전극 재질 26
2.3.3.2 교반 강도 27
Ⅲ. 재료 및 방법 29
3.1 반응조 구성 29
3.2 식종슬러지 및 기질의 특성 31
3.3 운전조건 33
3.3.1 교반강도에 따른 전류밀도 33
3.3.2 전압 및 온도 조건에 따른 효율평가 35
3.4 전기화학적 계산 37
3.4.1 전류밀도 37
3.4.2 쿨롱효율 37
3.4.3 에너지 효율 38
3.4.3 이론적 최대 메탄 발생량 및 메탄 수율 39
3.5 고세균 군집구조 분석 40
3.5.1 샘플링 및 DNA 추출 40
3.5.2 PCR 증폭 및 ILLUMINS 시퀀싱 40
3.5.3 Miseq pipeline 41
3.6 측정 및 분석방법 42
Ⅳ. 결과 및 고찰 43
4.1 교반강도에 따른 전류밀도 43
4.2 전압 및 온도 조건에 따른 효율평가 45
4.2.1 유기물 제거에 따른 메탄발생속도 및 메탄수율 45
4.2.2 pH와 TVFAs/Alkalinity ratio의 특성 48
4.2.3 유출수 COD 농도변화 51
4.2.4 전류밀도 및 쿨롱효율 53
4.2.5 에너지 효율 56
4.2.6 고세균 분석 58
4.2.6.1 종 다양성 분석 59
4.2.6.2 군집구조 분석 62
Ⅴ. 결 론 66
참고문헌 68
Appendix 1. 78

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