KR20110073020A - 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 전처리를 통해 유기성 폐기물의 가수분해 반응을 촉진시킨 후 혐기성 발효공정을 적용함으로써 혐기성 발효미생물에 의한 바이오가스 생성속도 및 수율을 향상시킬 수 있는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법에 관한 것으로서, 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법은 유기성 폐기물에 가스를 주입함과 함께 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가수분해를 촉진시키는 단계 및 상기 가수분해 된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시켜 바이오가스를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
초음파, 가스주입, pH 조절, 유기성 폐기물, 혐기성 발효, 바이오가스

Description

초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법{Method and apparatus for bio-gas production by anaerobic digestion of organic waste pre-treated with ultrasonication}
본 발명은 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 전처리를 통해 유기성 폐기물의 가수분해 반응을 촉진시킨 후 혐기성 발효공정을 적용함으로써 혐기성 발효미생물에 의한 바이오가스 생성 속도 및 수율을 향상시킬 수 있는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고농도 유기성 폐기물의 혐기성 발효공정에서 발생하는 메탄 등의 바이오가스의 경우 생산속도가 느리고 생산수율이 낮다는 문제점이 있다. 이는 유기성 폐기물의 경우 매우 높은 입자성 난분해성 유기물을 함유함으로 인해, 혐기성 발효 미생물이 유기성 폐기물을 기질(substrate)로 이용하는데 있어서 분해속도가 매우 느리기 때문이며, 특히 유기성 폐기물 내 존재하는 입자성 난분해성 유기 물의 가수분해에 시간이 오래 걸리기 때문이다. 여기서, 가수분해란 유기성 폐기물 내에 존재하는 입자성 물질이 용존화, 분해화되는 것을 일컬으며, 고분자 물질이 저분자화되는 것도 가수분해에 포함된다.
따라서, 혐기성 발효공정의 율속단계(rate limiting step)인 가수분해 반응을 촉진시킬 경우, 유기성 폐기물로부터의 바이오가스 생성 수율 및 속도 증대를 가져올 수 있게 된다.
한편, 생물학적 처리공정의 율속단계인 가수분해 반응을 촉진시키기 위해 유기성 폐기물의 산 또는 알칼리 처리, 효소를 이용한 미생물 처리, 오존 처리, 열처리 등의 다양한 전처리 방법들이 적용된 바 있으나, 그 효과가 미미한 실정이다. 또한, 국내·외에서 수행된 유기성 폐기물로부터의 바이오가스 생산 연구의 경우, 대부분 혐기성 발효공정의 운전조건 변화에 의한 메탄가스 생산효율 증대에 치중되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 초음파 전처리를 통해 유기성 폐기물의 가수분해 반응을 촉진시킨 후 혐기성 발효공정을 적용함으로써 혐기성 발효미생물에 의한 바이오가스 생성 속도 및 수율을 향상시킬 수 있는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법은 유기성 폐기물에 초음파를 조사함과 함께 가스를 주입하여 가수분해를 촉진시키는 단계 및 상기 가수분해 된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시켜 바이오가스를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 가스는 불활성 가스, 산소를 포함하는 가스, 수소를 포함하는 가스 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 가스이며, 상기 가스 중 산소를 포함하는 가스는 산소가 5vol% 이상 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법은 유기성 폐기물에 초음파를 조사함과 함께 유기성 폐기물의 pH를 최초 pH보다 낮도록 조절하여 가수분해를 촉진시키는 제 1 단계 및 상기 가수분해된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시켜 바이오가스를 생성하는 제 2 단계를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 제 1 단계 후, 가수분해된 유기성 폐기물의 pH를 최초 pH 즉, 6.0∼8.5에 상응하도록 높인 다음, 상기 제 2 단계를 진행할 수 있다. 이 때, 상기 유기성 폐기물의 pH를 조절하는 알칼리는 알콜, NaOH, KOH, Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, Na2CO3, NaHCO3 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
상기 제 1 단계에서, 유기성 폐기물은 pH 4.0∼8.0으로 조절되며, 상기 pH 조절에 사용되는 산(acid)은 아세트산, HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치는 유기성 폐기물을 저장함과 함께 상기 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가수분해를 촉진시키는 초음파 반응조와, 상기 초음파 반응조 일측에 구비된 산기관 및 상기 산기관을 통해 상기 초음파 반응조 내에 가스를 공급하는 가스 공급수단과, 상기 초음파 반응조로부터 가수분해 된 유기성 폐기물을 공급받아 혐기성 발효시키는 혐기성 발효조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치는 유기성 폐기물을 저장함과 함께 상기 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가수분해를 촉진시키는 초음파 반응조와, 상기 초음파 반응조 일측에 구비된 약품주입관 및 상기 약품주입관을 통해 상기 초음파 반응조 내에 pH 조절을 위 해 산 또는 알칼리를 공급하는 약품주입수단과, 상기 초음파 반응조로부터 가수분해된 유기성 폐기물을 공급받아 혐기성 발효시키는 혐기성 발효조를 포함하여 이루어지는 것을 다른 특징으로 한다.
상기 초음파 반응조 내에서 초음파가 조사되는 경우 유기성 폐기물의 pH는, 초음파 반응조 내에 투입되기 전의 유기성 폐기물보다 낮도록, 상기 초음파 반응조에 산을 공급하여 유기성 폐기물의 pH를 조절할 수 있다. 또한, 상기 혐기성 발효조에 공급되는 유기성 폐기물의 pH는 최초 초음파 반응조에 투입되는 유기성 폐기물의 pH에 상응하도록, 상기 초음파 반응조에 알칼리를 공급하여 유기성 폐기물의 pH를 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
초음파 전처리시 초음파 조사와 함께 가스 주입 또는 유기성 폐기물의 pH 농도 조절을 병행함으로써 초음파 조사 시 발생되는 열분해 반응 및 라디컬에 의한 반응이 극대화되어 유기성 폐기물의 가수분해 반응을 촉진시킬 수 있게 된다.
또한, 초음파 전처리에 의해 가수분해 반응이 촉진된 유기성 폐기물을 혐기성 발효공정에 주입함에 따라, 혐기성 발효미생물에 의해 발생되는 바이오가스 생성 속도 및 수율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법은 유기성 폐기물로부터 바이오가스를 생산함에 있어, 초음파 전처리 공정과 혐기성 발효공정을 순차적으로 적용함에 그 특징이 있다. 구체적으로, 초음파 전처리 공정은 유기성 폐기물에 초음파를 조사함과 함께 유기성 폐기물 내에 소정의 가스를 주입하거나 유기성 폐기물의 pH를 낮춤으로써 유기성 폐기물의 가수분해 반응 즉, 입자성 유기물의 용존화 및 분해화를 촉진시키는 공정이며, 이와 같은 초음파 전처리 공정의 완료 후 가수분해 반응이 촉진된 유기성 폐기물을 대상으로 혐기성 발효공정을 적용하여 유기성 폐기물로부터의 바이오가스 생산 속도 및 수율을 향상시킴에 그 특징이 있다.
초음파 전처리 공정에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
유기성 폐기물에 초음파를 조사하면, 크게 열분해 반응과 라디컬(radical)에 의한 반응이 일어난다. 상기 열분해 반응은 초음파 조사 시 공동기포(cavitation bubble)가 깨지면서 발생되는 에너지에 의해 유기성 폐기물이 열분해되는 반응을 일컬으며, 상기 라디컬에 의한 반응은 초음파 조사 시 공동기포 주변 경계 및 유기성 폐기물의 수용액 상에서 라디컬이 발생되는데 상기 라디컬에 의해 유기성 폐기물이 분해되는 반응을 일컫는다.
이와 같이, 유기성 폐기물에 초음파를 조사하면, 열분해 반응과 라디컬에 의한 반응으로 인해 유기성 폐기물의 가수분해가 일어나는데, 본 발명에서는 상기 열분해 반응과 라디컬에 의한 반응을 촉진시키기 위해 초음파 조사와 함께 다음의 두 가지 반응 조건을 추가함을 특징으로 한다. 즉, 열분해 및 라디컬에 의한 반응을 촉진시키기 위해 유기성 폐기물 내에 가스를 주입하고, 라디컬에 의한 반응을 촉진시키기 위해 유기성 폐기물의 pH를 낮추는 것이다. 이 때, 유기성 폐기물의 pH를 낮추는 이유는 pH가 낮을수록 라디컬을 포집하는 스캐빈저(scavenger)인 알칼리도의 농도가 낮아지기 때문이며, 상기 가스로는 불활성 가스, 산소를 포함하는 가스, 수소를 포함하는 가스 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 가스가 이용될 수 있으며, 산소를 포함하는 가스 내에는 5vol% 이상의 산소가 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열분해 반응 및 라디컬에 의한 반응을 촉진시키기 위해 부가적으로, 유기물 폐기물의 온도는 5∼70℃로 유지하고, 유기성 폐기물의 pH를 4.0∼8.0으로 유지하는 것이 바람직하며, pH 조절을 위한 산(acid)으로는 아세트산, HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
이상의 초음파 전처리 공정이 완료되면, 혐기성 발효공정이 진행된다. 혐기성 발효공정은 혐기성 발효미생물이 구비된 혐기성 발효조 내에서 진행되며, 상술한 초음파 전처리 공정에 의해 유기성 폐기물의 가수분해 반응이 촉진된 상태임에 따라 혐기성 발효미생물에 의한 유기성 폐기물의 분해속도가 가속화되어 바이오가스의 생산 속도 및 수율이 향상된다.
한편, 초음파 전처리 공정으로 초음파 조사와 함께 유기성 폐기물의 pH(4.0∼8.0)를 조절하는 방법을 이용하는 경우에는, 상기 혐기성 발효공정을 진행하기 전에 유기성폐기물의 pH를 6.0∼8.5로 높인 후 혐기성 발효공정을 진행하는 것이 바람직하다. 유기성폐기물의 pH를 높이는 이유는 혐기성 발효미생물이 낮은 pH에서 활성이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위함이며, 유기성폐기물의 pH를 높이기 위해 알칼리가 사용될 수 있다. 상기 알칼리로는 알콜, NaOH, KOH, Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, Na2CO3, NaHCO3 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 제 1 실시예는 초음파 전처리 공정으로 <초음파 조사 + 가스 주입>을 이용하고 혐기성 발효공정을 통해 바이오가스를 생산한 경우이며, 제 2 실시예는 초음파 전처리 공정으로 <초음파 조사 + pH 조절>을 이용하고 혐기성 발효공정을 통해 바이오가스를 생산한 경우이다.
제 1 실시예 : <초음파 조사 + 가스 주입> 및 혐기성 발효
본 연구에 사용된 유기성 폐기물은 경기도 Y 군의 300톤/1일 이상 유입되는 축산폐수 처리장에서 채취한 축산폐수이며, 500㎛의 체로 고형물을 거른 후 시료로 사용하였다. 시료를 분석한 결과, pH 8.2, 알칼리도 7,060mg/L, 총유기물(TCOD) 12,040mg/L, 용존성 유기물(SCOD) 6,683mg/L로 나타났다. 또한, 초음파 조사가 가능한 초음파 반응조(sono-cell)는 처리용량 500ml의 원통형 유리 재질로 구성되어 있으며, 외부 가스공급수단을 통한 가스 주입을 위해 산기관이 연결되어 있다.
이와 같은 상태에서, 상기 5개의 초음파 반응조 내에 각각 시료를 넣고 시료의 완전 혼합을 위해 150mL/min의 속도로 순환시켰으며, 초음파 반응조의 온도는 20℃로 유지하였고, 초음파는 20kHz, 120W의 조건으로 60분간 조사하였다. 또한, 시료의 가수분해 반응의 촉진 여부를 확인하기 위해 시료가 채워진 5개의 초음파 반응조 중 3개의 반응조에 각각 아르곤 가스, 공기, 산소 가스를 각각 100mL/min의 유속으로 주입하였고, 1개의 반응조에는 가스를 주입하지 않았으며, 나머지 1개의 반응조에는 초음파 조사 및 가스 주입을 행하지 않았다. 이와 같은 조건 하에, 초음파 반응조를 60분간 운전하였다.
상기 초음파 반응조의 실험이 완료된 후, 해당 각각의 축산 폐수 시료를 50%로 희석하여 혐기성 발효조에 공급하였으며, 상기 혐기성 발효조는 35℃의 반응온도, 160 rpm의 교반속도로 28일간 운전하였다. 이 때, 혐기성 발효조의 부피는 500ml이다.
<표 1> 각 시료의 바이오가스(메탄가스) 생산 수율 및 속도
메탄가스
생산수율(%)		 최대 메탄가스 생산속도
(mLCH4/gCODin/d)
시료 1 : 초음파 조사 (X) 56.3 7.94
시료 2 : 초음파 조사 (○), 가스 (X) 62.5 8.87
시료 3 : 초음파 조사 (○), Ar 가스 62.2 8.86
시료 4 : 초음파 조사 (○), 공기 63.3 9.05
시료 5 : 초음파 조사 (○), O2 가스 65.5 9.43
실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.
위의 표 1은 다양한 가스 주입 조건 하에서 초음파 전처리된 축산 폐수로부 터의 바이오가스(메탄가스) 생산수율 및 속도를 나타낸 것이다. 표 1에서, 메탄가스 생산수율은 '제거된 축산 폐수의 COD' 대비 '발생한 메탄가스의 COD'를 %로 계산한 것이며, 최대 메탄가스 생산속도는 '하루에 발생한 메탄가스량'을 '주입한 축산 폐수의 COD'로 나눈 값 중 최대치를 나타낸 것이다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 초음파 전처리를 하지 않은 경우 즉, 시료 1의 경우 혐기성 발효조에서 발생한 메탄가스 생산수율과 최대 메탄가스 생산속도는 각각 56.3%, 7.94 mLCH4/gCODin/d 로서, 초음파 전처리를 한 시료 2와 비교 시 메탄가스 생산수율은 6.2% 낮게 나타났으며 최대 메탄가스 생산속도는 10.5% 낮게 나타났다. 따라서, 초음파 전처리가 연계된 혐기성 발효공정의 경우 바이오가스 생산 속도 및 수율의 증대가 확인되었다.
또한, 초음파 전처리 시 산소가 포함된 가스를 주입한 경우 즉, 시료 4 및 시료 5의 경우 혐기성 발효조에서 발생한 메탄가스의 생산수율이 각각 63.3%, 65.5%로, 가스를 주입하지 않은 시료 1(62.5%) 및 아르곤 가스를 주입한 시료 2(62.2%)에 대비하여 혐기성 발효조에서 발생한 메탄가스 생산수율이 상대적으로 높음을 알 수 있다. 최대 메탄가스 생산속도도 비슷한 경향을 나타내었는데, 초음파 전처리 시 산소가 포함된 가스를 주입한 경우 즉, 시료 4 및 시료 5의 경우 혐기성 발효조에서 발생한 최대 메탄가스 생산속도는 각각 9.05 mLCH4/gCODin/d, 9.43 mLCH4/gCODin/d로 나타나 시료 1(8.87 mLCH4/gCODin/d) 및 시료 2(8.86 mLCH4/gCODin/d)에 대비하여 혐기성 발효조에서 발생한 최대 메탄가스 생산속도가 상대적으로 높음을 알 수 있다.
이와 같은 결과는 초음파 전처리 시 주입된 산소가 용존상태에서 열분해에 의해 O·라디컬로 전환되어, OH·, H·, HOO· 등의 라디컬 형성을 증대시킴으로써 초음파 전처리에 의한 축산 폐수 내 입자성 유기물의 용존화 및 분해화가 증대되었기 때문인 것으로 추정된다. 따라서 초음파 전처리에 의한 유기성 폐기물의 가수분해 효율이 증대됨에 따라 연계한 혐기성 발효 공정 시 발생하는 바이오 메탄 가스 생산 속도 및 수율의 증대가 발생한 것으로 사료된다.
제 2 실시예 : <초음파 조사 + pH 조절> 및 혐기성 발효
제 2 실시예의 실험 조건은 제 1 실시예의 실험 조건과 동일하며, 다만 초음파 반응조에 가스를 주입하지 않고 초음파만 조사하였으며, 초음파 전처리 시 축산 폐수의 pH를 조절하지 않는 것(pH 8.2, 시료 6)과 pH를 pH 6(시료 7), pH 10(시료 8)으로 조절한 시료를 대상으로 하여 실험을 진행하였다. 이 때, pH는 1N 농도의 HCl과 NaOH를 이용하여 조절하였으며, pH 조절을 위한 산 또는 알칼리는 약품공급수단으로부터 공급된다.
또한, 초음파 전처리 시 pH가 조절된 축산 폐수의 경우(시료 7, 시료 8), 혐기성 발효조에 주입하기 전에 시료 6과 마찬가지로 pH를 8.2로 조절한 후에 혐기성 발효조에 주입하였다. 이 때, pH는 1N 농도의 HCl과 NaOH를 이용하여 조절하였다. 이는 유기성 폐기물의 pH를 낮거나 높게 유지하게 되면, 혐기성 발효조 내에 구비된 혐기성 발효미생물의 생장조건에 악영향을 미치기 때문이다.
실험 결과를 살펴보면 다음과 같다.
아래의 표 2는 다양한 pH 조건 하에서 초음파 전처리된 축산 폐수로부터의 바이오가스(메탄가스) 생산수율 및 속도를 나타낸 것이다. 표 2에서, 메탄가스 생산수율은 제 1 실시예와 마찬가지로 '제거된 축산 폐수의 COD' 대비 '발생한 메탄가스의 COD'를 %로 계산한 것이며, 최대 메탄가스 생산속도는 '하루에 발생한 메탄가스량'을 '주입한 축산 폐수의 COD'로 나눈 값 중 최대치를 나타낸 것이다.
<표 2> 각 시료의 바이오가스(메탄가스) 생산 수율 및 속도
메탄가스
생산수율(%)		 최대 메탄가스 생산속도
(mLCH4/gCODin/d)
시료 6 : 초음파 조사 (○)
pH 조절 안함 (pH 8.2)		 62.5 8.87
시료 7 : 초음파 조사 (○)
pH 조절함 (pH 6)		 70.7 10.72
시료 8 : 초음파 조사 (○)
pH 조절함 (pH 10)		 61.2 8.32
표 2에 나타낸 바와 같이, 원래 축산 폐수의 pH(8.2, 시료 6)보다 pH를 6으로 낮게 유지한 시료 7의 경우 혐기성 발효조에서 발생한 메탄가스 생산수율과 최대 메탄가스 생산속도는 각각 70.7%, 10.72 mLCH4/gCODin/d로 나타나 가장 고속, 고효율로 메탄가스가 생성됨을 알 수 있다. 반면, pH를 10으로 원래 pH(8.2)보다 높게 설정한 시료 8의 경우 혐기성 발효조에서 발생한 메탄가스 생산수율과 최대 메탄가스 생산속도는 각각 61.2%, 8.32 mLCH4/gCODin/d에 불과하여 pH 조절을 하지 않은 시료 6(pH 8.2)보다도 낮게 나타났다.
이와 같은 결과는, pH를 낮게 유지할 경우 제 1 실시예에서 나타난 바와 같이 초음파 전처리에 의한 입자성 유기물의 용존화 시 가장 큰 영향을 미치는 라디 컬의 농도를 저하시키는 스캐빈저 물질인 알칼리도 농도가 감소되기 때문이다. 따라서 초음파 전처리에 의한 유기성 폐기물의 가수분해 효율이 증대됨에 따라 연계한 혐기성 발효 공정 시 발생하는 바이오 메탄 가스 생산 속도 및 수율의 증대가 발생한 것으로 추정된다.
이상 살펴본 바와 같은 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 통해, 유기성 폐기물로부터의 바이오가스 생산효율을 증대시키기 위해서는 초음파 전처리를 통해 가수분해를 촉진시키고, 가수분해가 촉진된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시키는 것이 매우 효과적임을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가수분해를 촉진시키는 단계; 및
    상기 가수분해된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시켜 바이오가스를 생성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초음파의 조사 시 유기성폐기물에 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가스는 불활성 가스, 산소를 포함하는 가스, 수소를 포함하는 가스 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 가스인 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 가스 중 산소를 포함하는 가스는 산소가 5vol% 이상 포함된 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가 스 생산 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기성 폐기물은 5∼70℃의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  6. 유기성 폐기물에 초음파를 조사함과 함께 유기성 폐기물의 pH를 최초 pH보다 낮도록 조절하여 가수분해를 촉진시키는 제 1 단계; 및
    상기 가수분해된 유기성 폐기물을 혐기성 발효시켜 바이오가스를 생성하는 제 2 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 단계 후, 가수분해된 유기성 폐기물의 pH를 최초 pH에 상응하도록 높인 다음, 상기 제 2 단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 유기성 폐기물은 pH 4.0∼8.0으로 조절되는 것을 특 징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 pH 조절에 사용되는 산(acid)은 아세트산, HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 제 1 단계 후, 제 2 단계의 진행 전 상기 유기성 폐기물의 pH를 6.0∼8.5으로 조절하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유기성 폐기물의 pH를 조절하는 알칼리는 알콜, NaOH, KOH, Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, Na2CO3, NaHCO3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 방법.
  12. 유기성 폐기물을 저장함과 함께 상기 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가 수분해를 촉진시키는 초음파 반응조;
    상기 초음파 반응조 일측에 구비된 산기관; 및
    상기 산기관을 통해 상기 초음파 반응조 내에 가스를 공급하는 가스 공급수단;
    상기 초음파 반응조로부터 가수분해된 유기성 폐기물을 공급받아 혐기성 발효시키는 혐기성 발효조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 가스 공급수단은 불활성 가스, 산소를 포함하는 가스, 수소를 포함하는 가스 중 어느 하나 또는 이들이 혼합된 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  14. 유기성 폐기물을 저장함과 함께 상기 유기성 폐기물에 초음파를 조사하여 가수분해를 촉진시키는 초음파 반응조;
    상기 초음파 반응조 일측에 구비된 약품주입관; 및
    상기 약품주입관을 통해 상기 초음파 반응조 내에 pH 조절을 위해 산 또는 알칼리를 공급하는 약품주입수단;
    상기 초음파 반응조로부터 가수분해된 유기성 폐기물을 공급받아 혐기성 발 효시키는 혐기성 발효조를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 초음파 반응조 내에서 초음파가 조사되는 경우의 유기성 폐기물의 pH는, 초음파 반응조 내에 투입되기 전의 유기성 폐기물보다 낮도록, 상기 초음파 반응조에 산을 공급하여 유기성 폐기물의 pH를 조절하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 혐기성 발효조에 공급되는 유기성 폐기물의 pH는 최초 초음파 반응조에 투입되는 유기성 폐기물의 pH에 상응하도록, 상기 초음파 반응조에 알칼리를 공급하여 유기성 폐기물의 pH를 조절하는 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 pH 조절에 사용되는 산(acid)은 아세트산, HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CO3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 유기성 폐기물의 pH를 조절하는 알칼리는 알콜, NaOH, KOH, Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, Na2CO3, NaHCO3 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파 전처리 및 혐기성 발효공정을 이용한 바이오가스 생산 장치.
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