지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박대원
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수4
이 논문의 연구 히스토리 (3)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
세계적인 에너지 고갈로 인하여 연일 유가가 상승되고 있으며, 현재의 석유 소비추세로 멀지 않은 미래에는 화석에너지가 고갈될 것이라는 전망이 나타나고 있다. 전체 에너지 사용량의 60%를 석유에너지에 의지하고 있는 우리나라의 경우 매년 석유 소비량이 증가하고 있으며, 이에 석유에너지를 대신할 에너지 생산 기술의 개발이 필요하게 되었다.
하수슬러지 전처리 기술은 오존처리, 초음파 처리, 알칼리 처리 등의 방법이 있으나, 이것은 최종 슬러지 발생량을 줄이기 위하여 사용하였다. 이러한 공정은 효과적인 처리의 어려움과 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 혐기소화 처리의 효율을 높이기 위한 전처리 방법으로는 복잡한 처리공정과 경제성 측면에서 적절하지 않다.
본 연구에서는 전기분해 전처리를 이용하여 대체에너지의 일환인 바이오에너지의 생산 효율을 높이고자 하였다. 이를 위하여 하수슬러지의 가용화 실험을 진행하였으며, 바이오가스의 생산효율이 가장 높은 전기분해 조건을 찾고자 하였다.
전극의 배열과 간격이 다른 다양한 형태의 전극을 이용하여 전기분해 처리 후 하수슬러지의 생분해도를 알아볼 수 있는 가용화율과 바이오가스 발생량 등을 측정하였다.
1×1 배열 전극을 이용한 전기분해 실험 결과 4 mm 전극에서 60분간 실험 하였을 때 19.76% 로 가장 높은 가용화율을 보였으며, 1×4 배열 전극에서 60분간 진행한 실험에서는 20.4%의 가용화율을 보였다. 또한 인가 전류를 다르게 하여 전기분해를 진행 하였을 때 1×1 배열 전극을 이용하여 9.45 mA/cm2 의 전류를 인가하였을 때 27.9% 의 가용화율을 나타내었으며, 1×4 배열 전극을 이용하여 같은 전류를 인가할 경우 35.5%의 높은 가용화율을 보였다.
전기분해 처리한 슬러지를 이용하여 메탄발효 실험을 진행 한 결과 1×1 배열 4 mm 전극에서 494.4 CH4 mL/g VS 로 가장 많은 메탄가스가 발생하였다. 같은 조건에서 1×4 배열 전극을 사용하였을 경우 327.3 CH4 mL/g VS 로 1×1 배열 전극보다 약 33.8% 낮은 양을 나타내었다.
가용화 처리된 슬러지는 처리 전 슬러지에 비하여 높은 용해성 유기물질이 생성되어 메탄 발효 시 유기물의 제거율을 높이며 가스 생산에도 높은 효율을 보였다. 하지만 전극의 형태에 따라 높은 전압 인가 시 용해성 유기물질 중 생분해성 물질의 감소로 인하여 메탄 발효 시 저해작용이 일어남을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 얻어진 하수슬러지 전기분해 처리의 조건과 실험 결과는 향후 혐기소화조의 효율을 개선하는데 많은 활용이 될 것으로 사료된다. 또한 가용화 진행 정도와 바이오가스 생산량과의 관계를 이용하여 바이오에너지 효율 향상 및 하수슬러지 처리의 대안으로 각광받기를 기대한다.
하수슬러지 전처리 기술은 오존처리, 초음파 처리, 알칼리 처리 등의 방법이 있으나, 이것은 최종 슬러지 발생량을 줄이기 위하여 사용하였다. 이러한 공정은 효과적인 처리의 어려움과 경제성이 떨어진다는 단점을 가지고 있으며, 혐기소화 처리의 효율을 높이기 위한 전처리 방법으로는 복잡한 처리공정과 경제성 측면에서 적절하지 않다.
본 연구에서는 전기분해 전처리를 이용하여 대체에너지의 일환인 바이오에너지의 생산 효율을 높이고자 하였다. 이를 위하여 하수슬러지의 가용화 실험을 진행하였으며, 바이오가스의 생산효율이 가장 높은 전기분해 조건을 찾고자 하였다.
전극의 배열과 간격이 다른 다양한 형태의 전극을 이용하여 전기분해 처리 후 하수슬러지의 생분해도를 알아볼 수 있는 가용화율과 바이오가스 발생량 등을 측정하였다.
1×1 배열 전극을 이용한 전기분해 실험 결과 4 mm 전극에서 60분간 실험 하였을 때 19.76% 로 가장 높은 가용화율을 보였으며, 1×4 배열 전극에서 60분간 진행한 실험에서는 20.4%의 가용화율을 보였다. 또한 인가 전류를 다르게 하여 전기분해를 진행 하였을 때 1×1 배열 전극을 이용하여 9.45 mA/cm2 의 전류를 인가하였을 때 27.9% 의 가용화율을 나타내었으며, 1×4 배열 전극을 이용하여 같은 전류를 인가할 경우 35.5%의 높은 가용화율을 보였다.
전기분해 처리한 슬러지를 이용하여 메탄발효 실험을 진행 한 결과 1×1 배열 4 mm 전극에서 494.4 CH4 mL/g VS 로 가장 많은 메탄가스가 발생하였다. 같은 조건에서 1×4 배열 전극을 사용하였을 경우 327.3 CH4 mL/g VS 로 1×1 배열 전극보다 약 33.8% 낮은 양을 나타내었다.
가용화 처리된 슬러지는 처리 전 슬러지에 비하여 높은 용해성 유기물질이 생성되어 메탄 발효 시 유기물의 제거율을 높이며 가스 생산에도 높은 효율을 보였다. 하지만 전극의 형태에 따라 높은 전압 인가 시 용해성 유기물질 중 생분해성 물질의 감소로 인하여 메탄 발효 시 저해작용이 일어남을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 얻어진 하수슬러지 전기분해 처리의 조건과 실험 결과는 향후 혐기소화조의 효율을 개선하는데 많은 활용이 될 것으로 사료된다. 또한 가용화 진행 정도와 바이오가스 생산량과의 관계를 이용하여 바이오에너지 효율 향상 및 하수슬러지 처리의 대안으로 각광받기를 기대한다.
목차
I. 서 론 11. 연구배경 및 필요성 11.1 신재생에너지의 세계 현황 31.2 국내 바이오가스 현황 52. 연구목적 6II. 이론적 고찰 71. 슬러지의 가용화 71.1 슬러지의 발생 71.2 슬러지 가용화의 필요성 82. 슬러지 전처리 기술 93. 전기분해의 특성 113.1 전기분해공법(Electrolysis) 113.2 전기분해 처리의 장단점 123.3 전기분해 이론 123.4 전기분해 반응의 영향인자 144 혐기성 소화 공정 154.1 혐기성 소화 154.2 하수슬러지 소화 시설 16III. 실험 장치 및 실험 방법 171. 전기분해 장치의 구성 171.1 실험 재료 171.2 가용화 장치 191.3 전극 재질 및 형태 202. 슬러지의 전기분해 가용화 실험 방법 222.1 1×1, 1×4 전극을 이용한 조건별 실험 223. BMP (Biochemical Methane Potential) test 234. 측정 항목 및 분석 방법 24IV. 실험 결과 및 고찰 251. 전해부상조 실험결과 251.1 전해부상조 시간별 실험 후 농축율 및 가용화율 251.2 전해부상조 전류밀도별 실험 후 농축율 및 가용화율 272. 전극 형태별 가용화율 비교 282.1 전류 인가시간에 따른 가용화율 비교 282.2 전류 밀도에 따른 가용화율 및 발생전압 비교 333. 가용화에 따른 바이오가스 생산 비교 373.1 1×1 배열 전극 바이오가스 생산 373.2 1×4 배열 전극의 바이오가스 생산 41V. 결 론 46참고문헌 48영문초록(Abstract) 49
최근 본 자료
댓글(0)
0