전도성 물질 첨가를 통한 폴리 젖산의 바이오가스 생산성 평가

이정섭; 김태훈; 윤여명

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저자정보: 이정섭 (충북대학교) 김태훈 (충북대학교) 윤여명 (충북대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제45권 제10호

발행연도: 2023.10

수록면: 409 - 415 (7page)

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목적: 폴리 젖산(PLA)은 친환경적 특성으로 인하여 기존 석유계 플라스틱의 대체제로 수요가 증가하고 있다. PLA는 효율적이고 제어된 생분해를 촉진하기 위해 다른 유기 폐기물과 함께 혐기성소화를 통해 처리될 수 있다. 본 연구는 폴리 젖산을 기질로 하여 다양한 기질/식종 슬러지 비율에 대한 바이오가스 생산 영향을 알아보고, 전도성 물질 첨가를 통한 바이오가스 생산 효율 증대를 목적으로 하였다.
방법: 두번의 Biochemical Methane Potential (BMP) 시험을 진행하였다. 첫번째 실험에서 기질/식종 슬러지 비율은 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6 (g COD 폴리 젖산/g COD 식종 슬러지)이었으며 두번째 실험에서 전도성물질인 분말활성탄(PAC), 탄소나노튜브(CNT), 자철석(Magnetite)을 3 g/L 농도로 각각의 반응조에 주입하였다.
결과 및 토의: 누적 메탄 발생량과 메탄 수율은 기질/식종 슬러지 비율이 높을수록 증가하는 추세를 보였다. 그러나 폴리 젖산의 농도가 35 g COD/L 이상으로 주입되었을 때 메탄 수율의 감소가 관찰되었다. 이러한 현상은 미생물에 대한 더 긴 적응 기간을 나타내는 연장된 유도기(Lag phase)에 기인될 수 있으며, 결과적으로 1 g COD의 기질에서 메탄으로의 전환율이 감소하였다. 전도성 물질의 첨가는 대조군에 비해 누적 메탄 발생량과 메탄 수율을 증가시켰다. 특히, 자철석은 시험된 물질 중 가장 높은 증가율을 보였다. 추가적으로, 분말활성탄은 99.4 mL/L/Day의 메탄 생산 속도 및 5.7일의 유도기 측면에서 긍정적인 결과를 나타내었다.
결론: 실험에서는 다양한 기질/식종 슬러지 비율에서의 폴리 젖산의 바이오가스 생산과 분말활성탄, 탄소나노튜브, 자철석의 주입에 대한 영향을 평가했다. 폴리 젖산이 기질로서 혐기성소화를 할 때 가능성은 확인하였지만 다른 기질에 비해 낮은 효율을 보였다. 따라서 전도성물질을 첨가해보았을 때, 바이오가스 생산 효율이 증가함을 확인하였다.

Objectives : The demand for polylactic acid (PLA) is increasing as an alternative to conventional petroleum-based plastics due to its eco-friendly characteristics. PLA can be processed through anaerobic digestion (AD) along with other organic wastes to promote efficient and controlled biodegradation. This study aimed to evaluate the feasibility of biogas production through AD of PLA and to enhance efficiency through the addition of conductive materials.
Methods : Two sets of biochemical methane potential (BMP) tests were conducted. The first BMP test involved substrate/inoculum ratios (SIRs) of 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, and 1.6 (g COD PLA/g COD seed sludge). Conductive materials powdered activated carbon (PAC), carbon nanotube (CNT), and Magnetite were individually added to reactors at a concentration of 3 g/L in the second test.
Results and Discussion : The study revealed an increasing trend in methane production and methane yield with higher levels of PLA input. However, a decline in methane yield was observed when PLA was injected at levels surpassing 35 g COD/L. This phenomenon can be attributed to a prolonged Lag phase, indicating a longer adaptation period for microorganisms, consequently resulting in a reduction of the conversion rate from 1 g COD substrate to methane. The introduction of conductive material led to elevated cumulative methane production and methane yield in comparison to the control group. Notably, Magnetite exhibited the highest increase rate among the tested materials. Additionally, the addition of PAC demonstrated favorable results in terms of methane production rate at 99.4 mL/L/Day and a Lag phase of 5.7 days.
Conclusion : Experiments were conducted to evaluate the effects of PLA biogas production and the injection of PAC, CNT, and Magnetite at various substrate/inoculum ratios. When PLA was used as a substrate for anaerobic digestion, its feasibility was confirmed. However, it exhibited lower efficiency compared to other substrates. Therefore, the addition of a conductive material was found to increase the biogas production efficiency.

#Biogas #Bioplastic #Conductive material #Anaerobic digestion #PLA #바이오가스 #바이오 플라스틱 #전도성 물질 #혐기성소화 #폴리 젖산

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