KR101544097B1 - 유기성 폐기물을 이용한 바이오메탄 생산 방법 - Google Patents

Abstract

본원은 온도, 단계별 기질 주입, 미량금속 첨가 및 SBR 운전 방식의 조절을 통한 메탄 생성 방법을 개시한다. 본원에 따른 방법은 희석하지 않은 음식물쓰레기와 같은 높은 유기물 함량의 기질을 사용한 운전이 가능하여, 유기성 폐기물로부터 메탄을 효과적으로 바이오메탄을 생산할 수 있다.

Description

유기성 폐기물을 이용한 바이오메탄 생산 방법 {Method of producing biomethane from orgainic waste}

본원은 바이오가스 생산 분야이다.

현재 인류가 가장 많이 사용하는 에너지인 화석연료는 그 매장량이 제한되어 있고, 연소 시 일산화탄소, 이산화탄소, 황 및 질소 산화물 등의 온실가스 방출로 인해 지구 온난화를 유발시켜왔다.

따라서 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지원에 대한 연구가 활발히 진행중이며, 특히 바이오가스가 청청에너지원으로 각광을 받고 있다.

바이오가스를 생산하는 방법에는, 크게 물리화학적 방법과 생물학적인 방법이 있는데, 전자의 경우 제조시 고온 및 고압 조건을 유지하기 위한 다량의 에너지원을 필요로 한다는 단점이 있다. 반면에, 생물학적인 방법은 빛 에너지, 물, 유기물, 미생물만을 이용하는 공정으로서 친환경적으로 방법이다.

친환경적 생물학적 공정 적용이 가능한 유기성 폐기물의 대표적인 예가 음식물쓰레기이다. 음식물쓰레기는 90% 이상을 재활용(퇴비화, 사료화) 하려고 하지만, 실제 재활용은 18.8%로 매우 낮으며, 2013년 런던협약 발효 이전에는 대부분을 음폐수 (전체 음식물쓰레기 반입량의 62.4%)라는 형태로 해양에 투기하였으나, 런던협약 발효에 따라 육상처리가 시급한 실정이다. 나아가 2012년부터 RPS (Renewable portfolio standards) 제도 시행에 따라 신재생에너지 사용이 의무화되었다.

음식물쓰레기를 포함하는 유기성폐기물을 바이오가스 생산에 사용하는 경우 다음과 같은 장점이 있다. 먼저 저에너지 소비형 처리 방법으로, 그 용도(전기, 차량연료, 냉/난방, 그리드연결) 가 다양한 메탄가스 생산이 가능하며, 유기성 폐기물내에 존재하는 병원균 사멸과 악취 유발 물질 저감을 통해 고급퇴비 및 액비 생산이 가능하다. 아울러 태양광, 풍력 등은 산업파급효과와 미새시장 잠재력은 크나 단기간내 생산량 증대에 한계 있는 반면 바이오가스는 빠른 실내에 생산량 증대가 가능하므로 RPS제도에 적극 대응 가능하다 (국내 유기성폐기물 바이오가스화 시 년간 100만TOE 생산 가능).

따라서 음식물쓰레기의 처리는 물론 이를 신재생 에너지 생산의 측면에서 유기성폐기물을 이용한 바이오가스 공정 개발이 시급하다.

하지만 기존의 바이오가스화 공정은 높은 초기 시설 투자비, 낮은 바이오가스 생산율, 긴 체류시간 등이 문제로 지적되었다 (유기성폐자원 바이오가스화 사업평가, 2012, 국회예산정책처).

대한민국 등록 특허 제352811호는 3단계 메탄 발효시스템을 이용한 음식물쓰레기의 고속소화 및 메탄 생산방법에 관한 것으로 세 개의 분리된 반응조를 이용하여 가수분해 공정, 산발효공정 및 메탄발효 공정의 3단계로 구성된 메탄 발효 공정을 개시하고 있다.

현재 산 발효상과 메탄 발효상으로 각각 나누어 소화시키는 2단계 처리 속도가 늦어 반응조의 크기가 커지게 되고 그에 따라 설치비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 산 발효조에서 생성된 산이 직접 메탄 발효조로 유입되는 경우 메탄 발효조의 최적의 pH가 변하여 반응조 운전의 실패로 이어지는 단점이 있다.

또한 기존 단일 반응조 운전시 유기물의 부하가 높아지게 되면 산 발효균에 비해 대사 속도가 현저하게 느린 메탄 발효균은 산 발효 미생물이 만들어낸 높은 유기산을 바로 이용하지 못하고 유기산의 축적, 이로 인한 pH 감소가 발생하여 결과적으로 메탄 생성균의 대사작용을 떨어뜨려 반응조의 운전이 실패하는 문제점이 있다.

대한민국 등록 특허 제352811호

본원은 높은 유기물 부하에서도 성공적인 바이오가스 전환 성능을 갖는 단일 반응조 공정을 제공하고자 한다.

한 양태에서 본원은 1차 유기성 폐기물을 제공하는 단계; 상기 1차 유기성 폐기물에 메탄생성 혐기성 식종균을 주입하는 단계: 상기 유기성 폐기물 및 식종균 혼합물을 중온에서 교반상태로 1차 혐기 배양하는 단계; 상기 1차 혐기 배양물을 정치시켜 침전하는 단계; 상기 침전 후 생성된 유출수를 배출한 후 2차 유기성 폐기물을 추가하고 중온에서 교반상태로 2차 혐기 배양하는 단계; 및 상기 1차 및 2차 혐기 배양단계에서 미량금속을 추가하는 단계를 포함하는, 유기성 폐기물을 이용한 생물학적 메탄 생산방법을 제공한다.

일 구현예에서 본원에 따른 방법은 24시간을 주기로 반복되며, 상기 2차 혐기 배양 후, 상기 침전 단계 및 상기 유출수 배출 단계를 추가로 포함하며, 상기 1차 및 2차 배양은 각각 10 시간씩 수행되며, 상기 침전은 각 1.9시간 동안 수행되며, 상기 폐기물 주입 및 유출수 배출은 각 0.1 시간 동안 수행된다.

일 구현예에서 본원에 따른 방법은 200일 이상 수행되며, 상기 기간 동안 HRT (Hydraulic Retention Time)가 200일부터 40일까지 단계적으로 감소되며, 예를 들면 200일 → 150일 →100 일→ 80 일→ 60 일→ 50 일→ 40일로 감소된다.

본원에 따른 방법에서 메탄 생성 혐기성 식종균은 하수처리장 소화조 슬러지, 혐기성 소화슬러지 또는 혐기성 입상 슬러지, 또는 이들의 혼합물이며, 중온 예를 들면 30 내지 40℃에서 배양된다.

본원에 따른 방법에서 배양에 미량금속으로 Ni 또는 Co이 추가된다.

본원의 방법에 사용되는 유기성 폐기물은 음식물쓰레기이며, 특히 희석되지 않은 고 유기물 함량의 음식물쓰레기가 사용되며, 일 구현예에서, 유기성 폐기물의 유기물 부하의 합은 5 kg TS/m³/일 이상이다.

본원에 따른 방법은 희석하지 않은 음식물쓰레기와 같은 높은 유기물 함량의 기질을 사용한 운전이 가능하여, 유기성 폐기물의 경제적 처리는 물론 바이오메탄을 효과적으로 생산할 수 있다.

도 1은 본원의 일 구현예에 따른 공정에 사용된 반응기의 모식도이다.
도 2a 및 2b는 각각 중온 조건에서의 메탄생성량 및 속도와 축적된 유기산의 양을 측정한 그래프이다.
도 3a 및 3b는 각각 고온 조건에서의 메탄생성량 및 속도와 축적된 유기산의 양을 측정한 그래프이다.
도 4는 1일 2회 주입하는 단계별 주입 및 중온 조건에서의 메탄생성량 및 속도를 나타낸 것이다.
도 5는 1일 1회 주입과 1일 2회 주입시 pH의 변화를 나타낸 것이다.
도 6은 중온조건 및 단계별 주입 조건에 미량 금속원소의 첨가가 메탄생성량 및 속도에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 7은 중온조건, 단계별 주입 조건, 미량 금속원소 및 SBR (Sequential Batch Reactor)을 사용한 조건에서의 메탄생성량 및 속도를 나타낸 그래프이다.

본원은 음식물쓰레기와 같은 유기성폐기물의 단일 혐기성 메탄 발효시 발생하는 높은 유기물 부하로 인한 운전실패를 공정 조건의 최적화를 통해 해결하였다.

단일 혐기성 메탄 발효조에서 수행되는 메탄 발효 공정에서는 산 발효균과 메탄발효균의 공존으로 인해 산과 메탄이 함께 생성된다. 이때 유기물의 부하가 높아지게 되면 산 발효균에 비해 대사 속도가 현저하게 느린 메탄 발효균은 산 발효 미생물이 만들어낸 높은 유기산을 바로 이용하지 못하게 되어, 유기산의 축적, 이로 인한 pH 감소가 발생하여 결과적으로 메탄 생성균의 대사작용이 떨어져 반응조의 실패로 이어진다.

따라서 한 양태에서 본원은 고농도 유기물을 포함하는 유기성 폐기물을 이용한 단일 혐기성 메탄 발효조를 이용한 메탄생성 방법에 관한 것이다.

본원에 따른 방법은 특히 고농도(희석안함)의 음식물쓰레기를 이용한 단일 혐기성 메탄 발효조 운전시 높은 유기물 부하로 인한 운전 실패를 해결하기 위해 중온조건으로 운전, 주입 횟수 조절(Step-feeding), 미량금속의 첨가로 메탄 생성균의 대사 저해 방지, 침전(Settling)을 통한 미생물 유출 방지 단계를 포함한다.

이에, 일 구현예에서 본원에 따른 방법은 1차 유기성 폐기물을 제공하는 단계; 상기 1차 유기성 폐기물에 메탄생성 혐기성 식종균을 주입하는 단계: 상기 유기성 폐기물 및 식종균 혼합물을 중온에서 교반상태로 1차 혐기 배양하는 단계; 상기 1차 혐기 배양물을 정치시켜 침전하는 단계; 상기 침전 후 생성된 유출수를 배출한 후 2차 유기성 폐기물을 추가하고 중온에서 교반상태로 2차 혐기 배양하는 단계; 및 상기 1차 및 2차 혐기 배양단계에서 미량금속을 추가하는 단계를 포함한다.

본원에서 사용된 용어 "유기성 폐기물"이란, 하수 슬러지, 생물슬러지, 축산분뇨, 음식물쓰레기와 같은 유기물질을 포함한 폐기물을 일컫는 것이다. 본원의 한 구현예에서는 유기물질을 다량 포함한 폐기물 예를 들면 음식물쓰레기가 사용된다.

출발물질로 사용되는 유기성 폐기물의 고형분의 크기가 클 경우에는 메탄 생성균의 분해에 오랜 시간이 소요될 수 있기 때문에, 공정시간의 단축을 위해 공정에 사용되기 전에 폐기물 입자의 크기를 줄이는 과정을 거칠 수 있다. 예를 들어 이로 제한하는 것은 아니나 음식물쓰레기와 같은 고형분 형태의 유기성 폐기물은 파쇄하여 사용될 수 있다.

본원의 메탄 생산에 사용될 수 있는 메탄생성 혐기성 식종균으로는 예를 들면 지역 하수처리장 소화조 슬러지, 혐기성 소화조 슬러지, 혐기성 입상 슬러지가 사용될 수 있다. 혐기성 소화는 유기물을 여러 미생물의 분해 작용에 의하여 메탄으로 전환하는 일련의 공정으로, 이런 과정에서 생성된 혐기성 소화조 슬러지가 사용될 수 있다. 혐기성 소화조 슬러지는 예를 들면 혐기성 입상 슬러지를 포함할 수 있다. 초기 슬러지에는 산발효균, 메탄발효균, 수소생성균 등 다양한 종류의 균이 포함되어 있다. 본원에 따른 일 구현예에서는 혐기성 소화조 슬러지, 혐기성 입상 슬러지가 1:1로 사용된다.

유기성 폐기물에 메탄 생성 혐기성 식종 후에는 중온 조건에서 교반을 하면서 혐기조건에서 배양한다. 중온 배양온도에서는 혐기성 소화슬러지내에 포함된 여러 균주 중 중온 조건에 적합한 메탄 생성균들이 활성화되어 메탄생성을 하게 되며 온도의 차이가 클수록 적응하는 시간이 많이 소요된다.

본원의 일 구현예에서는 약 30℃-40℃의 온도, 특히 37℃에서 배양된다.

본원에 따른 방법은 상기 개시된 것을 한 주기로 하여, 수일 내지 수백일 동안 반복 수행되면서, 메탄을 생성할 수 있다. 본원에 따른 일 구현예에서는 약 24시간을 주기로 수행되며, 주기적으로 수행되는 경우, 2차 혐기 배양 후, 상기 침전 단계 배및 상기 유출수 출 단계를 추가로 포함한다. 한 주기에서의 배양시간은 기질 분해 및 메탄의 생산이 최대로 되는 시간으로 선택할 수 있다. 일 구현예에서 1차 및 2차 배양은 각각 약 10 시간씩 수행되며, 상기 침전은 각 약 1.9시간 동안 수행되며, 상기 폐기물 주입 및 유출수 배출은 각 약 0.1 시간 동안 수행될 수 있으나 이로 제한하는 것은 아니다.

공정의 진행에 따른 유기산의 축적 및 음식물쓰레기와 같은 기질의 주입으로 인해 pH가 내려가고 이는 메탄생성균의 성장 및 대사 저하로 이어져 메탄 생성 효율을 떨어뜨리게 된다. 이에 따라 본원에 따른 방법은 기질을 수회 나누어 주입한다.

본원에 따른 일 구현예에서 유기성폐기물은 한 주기에 1차 및 2차로 2회 공급되며, 일 구현예에서 제 1 차 유기성 폐기물 및 제 2 차 유기성 폐기물의 유기물 부하의 합은 약 5kg TS/m³/일 이상이며, 이를 동일 또는 상이한 양으로 2회 반응기에 주입된다. 예를 들면 하루 유기물 부하량의 약 1/2을 1차 배양에 사용하고, 나머지 약 1/2을 2차 배양에 사용하여, 기질의 주입으로 인한 급격한 pH 저하를 방지한다. 본원에 따른 일 구현예에서는 HRT에 해당하는 양만큼 자동적으로 한 주기에 2회 주입된다.

본원에 따른 방법은 또한 배양과정에 미량금속 원소를 추가한다. 금속원소는는 메탄생성에 관여하는 효소의 한 성분으로 기능할 수 있으며, 본원의 일 구현예서는 Ni과 Co가 사용된다.

본원에 따른 방법은 SBR 조건에서 운전된다. 즉 제 1차 배양 후 침전 단계를 거친 후, 필요에 따라 생성된 유출수를 배출한 후 다음 단계를 진행한다. 이로 인해 미생물의 유출을 방지하여 고농도의 메탄생성균을 유지할 수 있고, 메탄 생성 효율을 높일 수 있게 된다.

발효초기에는 유기물이 분해되고 메탄 생성균에 의해 메탄이 생성되더라도 유기물의 메탄 전환 속도가 느려 급격히 운전 부하를 증가시키게 되면 각종 유기산이 증가되어 메탄 생성이 방해를 받기 때문에 HRT를 미생물의 대사 속도가 증가한 이후에 변경하는 것이 바람직하다.

일 구현예에서 본원에 따른 방법은 200일 이상 반복 수행되며, 상기 기간 동안 HRT가 약 200일부터 40일까지 단계적으로 감소될 수 있다. HRT 변경 후 일정한 기질 전환율 및 가스 발생속도의 유지를 기준으로 대략 30~60일 정도의 운전 기간 동안 관찰 후 이 조건을 충족시키는 수준으로 변경할 수 있다. 일 구현예에서는 HRT는 200일 → 150일 →100 일→ 80 일→ 60 일→ 50 일→ 40일로 감소될 수 있다.

본원에 따른 방법에서 메탄가스의 수집은 1차 배양단계, 침전단계, 및/또는 2차 배양단계의 전과정을 통해 가능하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 식종균 , 음식물쓰레기 성상 및 반응기 운전 조건

기질로는 음식물쓰레기 (TS 190 g TS/L, COD 220 g COD/L, pH 4.0)를 이용하였다. 식종균으로는 혐기성 소화슬러지 (Anaerobic Digested Sludge)와 그래뉼 슬러지 (Granular Sludge)를 1:1 (V/V)로 혼합하여 사용하였다. 구체적인 성상은 다음 표 1과 같다.

[표 1]

반응기로는 구성의 용량 10 L (전체부피 12 L)의 “ㅂ”형태의 교반기를 갖으며, 반응기 표면 외부에 설치된 워터자켓을 이용하여 온도가 조절되며, pH 온라인 모니터링이 가능한 도 1과 같은 장비를 사용하였다. 기질은 시린지 형태의 아크릴 원통에 보관된 음식물쓰레기가 HRT에 해당하는 양만큼 자동적으로 주입되며, 유출수는 유효부피가 10L가 넘을 경우 수위에 의해 배출된다.

수리학적 체류시간, HRT (day)는 다음과 같이 단계적으로 변경하여 운전하였다 : 150 일→ 100 일→ 80 일→ 60 일→ 50 일→ 40일.

유기물 부하량 (Organic Loading Rate (kg TS/m³/d)은 다음과 같이 단계적으로 변경하여 운전하였다: 2 kg TS/m³/d (HRT 100일) → 2.5 kg TS/m³/d (HRT 80 일) → 3.3 kg TS/m³/d (HRT 60 일) → 4.0 kg TS/m³/d (HRT 50 일) → 5.0 kg TS/m³/d (HRT 40 일)

실시예 2 메탄생성 최적 조건 선별 - 중온 및 고온 비교

실시예 1에 기술된 바와 같은, 음식물쓰레기에 혐기성 식종균을 주입한 후 반응기를 이용하여 중온 (37℃) 및 고온 (55℃) 에서 각각 도 2a, 2b, 3a 및 3b에 기재된 기간 및 HRT로 혐기 배양하였다.

메탄 발생량은 가스 메타 (SINAGAWA, Tokyo co.)를 이용하여 표준 상태 (0℃, 1기압)의 값으로 환산하였고 메탄 가스의 농도는 가스크로마토그래피 (Gow-Mac Series 580, USA)를 이용하여 측정하였다.

도 2a 및 2b에 나타난 바와 같이, 중온의 경우 HRT 60일까지는 안정적인 성능을 보였으나, HRT 50일, 유기물부하량 4.0 kg TS/m³/d 변경 후 유기산의 축적(주로 아세트산과 프로피온산)과 이로 인한 pH 감소로 메탄 발생량이 급격히 감소하며 반응조의 실패(fail)를 초래하였다. HRT 60 일에서의 메탄 전환율은 0.29 L CH₄/gCOD_added, 메탄 발생속도는 0.94 L CH₄/L/d 였다.

도 3a 및 3b에 나타난 바와 같이, 고온 조건의 반응조 운전에서는 HRT 80일까지는 안정적인 성능을 보였으나, HRT 60일, 유기물부하량 3.3 kg TS/m³/d 변경 후 유기산의 축적과 이로 인한 pH 감소로 메탄 발생량이 급격히 감소하며 반응조의 실패를 초래하였다. HRT 80일에서의 메탄 전환율은 0.29 L CH₄/gCOD_added, 메탄 발생속도는 0.73 L CH₄/L/d였다.

이러한 결과는 중온에서의 혐기배양이 메탄 발생에 보다 효과적인 것을 나타낸다.

실시예 3 메탄생성 최적 조건 선별 - 단계별 주입 효과 측정

실시예 2의 중온 조건 (37 ℃) 에서 음식물쓰레기를 2회 나누어 주입하는 단계별 주입 (Step-feeding : 2회/일)을 적용하여 도 4에 기재된 기간 및 HRT로 배양하였다.

결과는 도 4 및 5에 기재되어 있다. 도 4에 나타난 바와 같이 HRT 60 일에서의 메탄 전환율은 0.30 L CH₄/gCOD_added, 메탄 발생속도는 0.75 L CH₄/L/d 였다.

도 5에 나타난 바와 같이, 통상 음식물쓰레기 주입 후, 급격한 pH 저하가 일어나고 시간이 지남에 따라 pH가 회복되는데, 1일 1회 주입의 겨우 단계별 주입을 사용하지 않은 경우 유입된 기질을 전부 분해하지 못하면서 저하된 pH가 회복되지 못하였으나 (도 5의 왼편 그래프), 단계별 주입을 수행한 결과 초기 pH 저하 정도를 줄일 수 있었다 (도 5의 오른편 그래프). 이러한 결과는 단계별 주입에 의해 pH 저하를 감소시켜 충격부하가 상대적으로 낮기 때문에 메탄 생성균의 회복 속도를 높일 수 있음을 나타낸다.

실시예 4 메탄생성 최적 조건 선별 - 온도, 단계별 주입, 미량금속 첨가 효과

실시예 3의 조건과 동일하나, 미량금속을 0.5 mg Ni/L, 0.2 mg Co/L의 농도로가 유지되도록 주입하면서 배양하였다. 결과는 도 6에 기재되어 있다. 미량금속으로 Ni 가 Co를 각각을 일정 농도를 유지할 수 있도록 계속적으로 주입 후 HRT 50 일 에서도 실패 없이 메탄 가스 발생이 지속되었으나 HRT 40일, 5 kg TS/m³/d의 유기물부하에서는 초기 5일 정도만 가스를 발생시키다가 유기산의 축적이 일어나면서 반응조의 성능이 급격히 감소하였다. HRT 50일에서의 메탄가스 전환율은 0.30 L CH₄/gCOD_added,메탄 발생속도는 1.31 L CH₄/L/d였다.

하기 표는 음식물쓰레기내에 포함된 미량금속의 농도를 나타낸다. 본원에서는 혐기소화를 통한 메탄 생산 시 적절한 농도의 Ni 과 Co는 각각 0.02-1.0 mg/L, 0.02-0.4 mg/L인 것으로 나타났다.

[표 2]

실시예 5 메탄생성 최적 조건 선별 - 온도, 단계별 주입, 미량금속의 추가 및 SBR 배양의 효과

실시예 4와 동일한 조건이나 SBR (Sequential Batch Reaction) 으로 운전을 수행하였다. 대조군의 경우 계속 교반을 수행하였다. SBR 운전의 경우 10시간 교반 배양 후, 1.9시간 침전, 0.1시간 2차 음식물쓰레기 주입 및 유출수 배출을 수행하였다.

도 7에 나타난 바와 같이, SBR 방법 적용 후 HRT 40 일, 5 kg TS/m³/d 의 유기물 부하에서도 안정적인 메탄가스 발생 성능을 나타내었다. HRT 40 일에서의 메탄 가스 전환율은 0.30 L CH₄/gCOD_added, 메탄 발생속도는 1.5 L CH₄/L/d였다.

이는 실시예 4의 결과와 비교하여, 유기물 부하가 1.25배 증가하였음에도 불구하고 메탄 전환율은 동일 하게, 메탄 발생속도는 1.5 L CH₄/L/d로 1.15 배 증가한 것이다.

요약하면 본원 실시예에 기술된 바와 같이 본원에서는 음식물쓰레기를 희석하지 않고, 고부하 조건에서 처리하고 안정적인 바이오가스를 생산할 수 있음을 나타내는 것으로, 고효율의 메탄생산은 물론 음식물쓰레기를 희석하지 않아, 이로 인한 가열비, 펌핑에 소모되는 에너지 및 탈수가 필요한 슬러지의 양을 줄일 수 있는 효과도 있다.

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.

Claims (11)

1차 음식물쓰레기를 제공하는 단계;
상기 1차 음식물쓰레기에 메탄생성 혐기성 식종균을 주입하는 단계:
상기 음식물쓰레기 및 식종균의 혼합물을 30 내지 40℃에서 교반상태로 1차 혐기 배양하는 단계;
상기 1차 혐기 배양물을 정치시켜 침전하는 단계;
상기 침전 후 생성된 유출수를 배출한 후 2차 음식물쓰레기를 추가하고 30 내지 40℃에서 교반상태로 2차 혐기 배양하는 단계; 및
상기 1차 및 2차 혐기 배양단계에서 미량금속을 추가하는 단계를 포함하며,
상기 1차 음식물 쓰레기 및 2차 음식물 쓰레기의 유기물 부하의 합은 5 kg TS/m³/일 이상인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

제 1 항에 있어서,
상기 방법은 24시간을 주기로 반복되며, 상기 2차 혐기 배양 후, 상기 침전 단계 및 상기 유출수 배출 단계를 추가로 포함하며,
상기 1차 및 2차 배양은 각각 10 시간씩 수행되며, 상기 침전은 각 1.9시간 동안 수행되며, 상기 폐기물 주입 및 유출수 배출은 각 0.1 시간 동안 수행되는 것인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

삭제

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 메탄 생성 혐기성 식종균은 하수처리장 소화조 슬러지, 혐기성 소화슬러지 또는 혐기성 입상 슬러지, 또는 이들의 혼합물인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 미량금속은 Ni 또는 Co인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

제 5 항에 있어서,
상기 Ni 과 Co는 각각 0.02-1.0 mg/L 및 0.02-0.4 mg/L 인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

삭제

제 1 항에 있어서,
상기 음식물쓰레기는 희석되지 않은 것인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

삭제

제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 방법은 200일 이상 수행되며, 상기 방법이 200일 이상 수행되는 경우 HRT가 200일부터 40일까지 단계적으로 감소되는 것인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

제 10 항에 있어서,
상기 HRT (Hydraulic Retention Time)는 200일 → 150일 →100 일→ 80 일→ 60 일→ 50 일→ 40일로 단계적으로 감소되는 것인, 음식물쓰레기를 이용한 생물학적 메탄 생산방법.

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