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논문 기본 정보

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학위논문
저자정보

정광화 (충남대학교, 忠南大學校 大學院)

지도교수
강호
발행연도
2016
저작권
충남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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The potential. of biogas generation from dairy cow manure (DCM) was determined using Graphical. Statistics Analysis Method, which was developed by Ho Kang. The aim of this study was to evaluate the performance of biogas production by semi-dry anaerobic digestion (AD) with DCM.
Total. solids (TS) and Volatile solids/Total solids (VS/TS) of DCM were 13-17% and 88%, respectively. During the process of AD, DCM mixed with liquid phase inoculum ratio 1:1 in AD produced the most biogas, while the treatment without the inoculum showed the lowest biogas production. The organic matter (OM) in the substrate was rapidly degraded for 41 days with the kinetic constant k1 and then, OM was remained with the slow degradation rate of k2 until the process termination of AD.
Total. chemical. oxygen demand (TCOD) of fresh dairy cow manure (F-DCM) and mixture of dairy cow manure and sawdust amendments (DCM+S) from cow farm house was recorded 266,000∼304,000 mg L-1 and 240,000∼264,000 mg L-1, respectively. At the same time, biodegradability of fresh dairy cow manure and mixed dairy cow manure with sawdust from cow farm house was observed as 37~46% and 30~40%, respectively. The kinetic constant k1 and k2 of fresh dairy cow manure were recorded as 0.069~0.078/day and 0.002~0.005/day, respectively. According to the organic matter degradation, the 88~95% of degradation with kinetic constant k1 and 5∼12% of that kinetic constant k2 were observed through AD process. In case of AD, the kinetic constants k1 and k2 from DCM-S were lower than F-DCM alone as 0.048∼0.072 (k1) and 0.001∼0.003 (k2). During the AD with DCM-S using the Semi-Continuously Fed and Mixed Reactor (SCFMR), the inlet TS of substrate were adjusted to 13, 15, and 17%, optimum hydraulic retention times (HRTs) of SCFMR were 25~30 days (13% of TS) and 30~35 days (15 and 17% of TS), respectively. The optimum organic loading rates (OLRs) were as 3.7∼4.5 kgVS/m3-day(13% of TS), 3.5∼4.3 kgVS/m3-day (15% of TS) and 4.1∼4.8 kgVS/m3-day (17% of TS). The biogas production using SCFMR showed
the highest performance from optimum HRTs at the level of 17% TS in DCM-S, which were followed by the level of 15% TS and 13% TS. Biogas production in reactor with TS levels of 15% and 17% was increased when HRTs were changed from 40 to 30 days, while biogas production of the reactors was decreased when HRTs were shorten to less than 30 days. Biogas production in reactor with TS level of 13%was increased when HRTs were change from 40to 35 days, while biogas production in reactors was drastically decreased in less than 25 days HRTs. By adding micro elements [Ni (10 mg), Co (10 mg), Mo (0.2 mg), Fe (2 g)] to each reactor with the TS level of 13%, 15%, 17%, total. biogas production and methane content in the biogas were increased. The optimum HRTs each TS level of 13%, 15%, and 17% were 25~30 days and 30-35 days, respectively. The optimum OLR each TS level of 13%, 15%, and 17% were 3.7∼4.5 kgVS/m3-day, 4.3 kgVS/m3-day and 4.1∼4.8 kgVS/m3-day, respectively.
The compression process of AD of DCM and livestock manure led to removal of moisture level and the increase of VS/TS content. The low calorific values of DCM and korean native cattle manure were increased by the compression process. On the other hand, the low calorific value of swine manure was not significantly changed. The compression process decreased the chloride concentration in the korean native cattle manure and the swine manure. The optimum moisture content of livestock manure to of pelletize by wheel type press and screw type press was around 25% and 40%, respectively. However, in this study, the cylindrical. rotary pelletizer was developed and it required for livestock manure moisture content around 70%. Drying time of livestock manure using convection dry oven was inversely proportion to the particle size. When the infrared ray was used for drying process of livestock manure solid fuel, the results were similar to the case of using the convection dry oven process.

목차

1. 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 3
1.1.1 연구 배경 4
1.1.2 연구 목적 5
1.2 연구 내용 7
2. 이론적 배경 11
2.1 가축분뇨의 특성 12
2.2 국내 가축분뇨 처리 현황 13
2.2.1 가축분뇨 처리 방법 13
2.2.2 국내 가축분뇨 처리 기술 14
2.2.3 국내 가축분뇨 혐기소화 처리 현황 15
2.2.4 가축분뇨 처리 전망 16
2.3 국외 가축분뇨 처리 현황 17
2.3.1 외국의 가축분뇨 처리 기술 17
2.3.2 외국의 가축분뇨 혐기소화 처리현황 19
2.4 혐기소화의 이론적 고찰 21
2.4.1 유기물의 혐기소화 진행과정 23
2.4.2 혐기소화 미생물 28
2.4.3 혐기소화 영양물질 28
2.4.3.1 영양소 요구량 28
2.4.3.2 미량 원소 29
3. 반 건식 혐기소화에 의한 젖소 분뇨의 최종 생분해도 평가 32
3.1 서 론 33
3.2 이론적 배경 35
3.3 실험 방법 42
3.3.1 젖소 분뇨의 최종 생분해도 분석 42
3.3.1.1 Biogas 발생량 산정 및 분석방법 46
3.3.1.2 젖소 분뇨 혐기소화에 따른 최종 생분해도 측정 47
3.4 실험 결과 및 고찰 48
3.4.1 젖소 분뇨를 이용한 반 건식 혐기소화시의 최종 생분해도 48
3.4.1.1 Bottle type reactor를 이용한 최종 생분해도 평가 48
1) Graphical Statistic Analysis Method에 의한 최종 생분해도 50
3.4.1.2 Mixing type reactor를 이용한 최종 생분해도 평가 58
1) BMP Test에 의한 젖소 분뇨의 최종 생분해도 평가 58
2) Graphical Statistic Analysis Method에 의한 젖소 분뇨의 최종 생분해도 평가 62
3) Graphical Statistic Analysis Method를 이용한 분해속도 상수 평가 및 최적 수리학적 체류시간(HRT) 도출 67
3.5 결론 72
4. 반 건식 혐기성 소화조(Semi-Continuously Fed and Mixed Reactor, SCFMR)를 이용한 젖소 분뇨 혐기소화 74
4.1 서론 75
4.2 이론적 배경 76
4.3 실험 방법 77
4.4 실험 결과 및 고찰 79
4.4.1 젖소 분뇨의 물리화학적 특성 79
4.4.2 반 건식 혐기소화조(SCFMR)를 이용한 젖소 분뇨 혐기소화 86
4.4.2.1 젖소 분뇨를 이용한 SCFMR 운전 결과 86
1) 유기물 부하율에 따른 SCFMR의 바이오가스와 메탄 발생 87
(1) 유기물 부하율에 따른 SCFMR의 바이오가스 발생 88
(2) 유기물 부하율에 따른 SCFMR의 메탄 발생 92
2) 유기물 부하율 증가에 따른 SCFMR의 TVS 제거 효율 97
3) 유기물 부하율 증가에 따른 SCFMR의 TS 및 VS 변화 99
4) SCFMR의 운전 조건에 따른 pH, Alkalinity의 변화 102
5) SCFMR의 운전 조건에 따른 휘발성 유기산 변화 105
6) SCFMR의 운전에 따른 V/A, P/A 변화 107
7) SCFMR의 운전에 따른 유출수 성상변화 109
8) SCFMR의 운전에 따른 TCOD와 SCOD 변화 110
(1) SCFMR의 운전에 따른 TCOD 변화 110
(2) SCFMR의 운전에 따른 SCOD 변화 112
9) SCFMR의 운전에 따른 T-N과 NH4+-N 변화 113
(1) SCFMR의 운전에 따른 T-N 변화 113
(2) SCFMR의 운전에 따른 NH4+-N 변화 115
10) SCFMR의 운전에 따른 T-P와 PO4-P 변화 116
(1) SCFMR의 운전에 따른 T-P의 변화 116
(2) SCFMR의 운전에 따른 PO4-P 변화 117
11) SCFMR에 대한 미량원소 첨가 효과 119
12) SCFMR에 대한 미량원소 첨가에 따른 바이오가스발생 120
(1) SCFMR에 대한 미량원소 첨가에 따른 메탄 발생 123
(2) SCFMR에 대한 미량원소 첨가에 따른 운전 결과 125
4.4.2.2 SCFMR의 최적 운전조건 126
1) SCFMR의 젖소 분뇨 TS별 반응조 고형물 함량 126
2) SCFMR에서의 TS 제거 효율 127
3) SCFMR의 최적 HRT 128
4) SCFMR의 운전조건에 따른 혐기소화 효율 128
5) SCFMR에 미량원소 첨가에 따른 혐기소화 효율 132
4.4.2.3 SCFMR의 최적 운전조건 결정 136
4.5 결론 138
5. 젖소 분뇨 반 건식 혐기소화 잔재물의 고체연료화 효율평가 140
5.1 서론 141
5.1.1 국내 기술동향 142
5.1.2 국외 기술동향 144
5.2 이론적 고찰 145 5.2.1 고형연료 제조기준 146
5.2.2 고형연료 제조기술 151
5.2.2.1 SRF 제조공정 152
5.2.2.2 SRF 제조방법 153
5.3 실험 방법 154
5.3.1 가축 분 탈수 156
5.3.2 가축 분 입상화 157
5.3.3 가축 분 고체연료 건조 158
5.3.4 열량분석 및 화학성분 분석 159
5.4 실험 결과 및 고찰 160
5.4.1 혐기소화 잔재물 특성분석 160
5.4.2 축분 고체연료 가공성 향상을 위한 혐기소화 잔재물 전 처리 163
5.4.2.1 가축 분 탈수 효과 164
5.4.2.2 탈수에 따른 열량가 변화 168
5.4.3 가축 분 입상 가공효과 분석 170
5.4.3.1 가공원료 축분 특성분석 170
5.4.3.2 축분 고체연료 가공조건 설정 172
5.4.3.3 축분 고체연료 열량가 분석 177
5.4.3.4 축분 고체연료 건조효과 분석 181
1) 축분 고체연료 열풍건조 시험 181
2) 축분 고체연료 건조에 따른 겉보기 밀도 183
3) 적외선 조사에 의한 가축 분 고체연료 건조 185
4) 축분 고체연료 품질기준 적합성 평가 193
5.5 결론 196
참고문헌 198
ABSTRACT 213

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