KR20140112292A - Hydrogen production from dark fermentation of high-protein material under anaerobic condition - Google Patents

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Abstract

Provided is a hydrogen production method by anaerobic dark fermentation of high protein waste which is characterized by comprising the steps of: heat treating anaerobic digester sludge; manufacturing a mixed solution of the heat treated anaerobic digester sludge and high protein waste; and culturing the manufactured mixed solution in a dark place for anaerobic dark fermentation. The mixing ratio of the mixed solution has F/M ratio of 6 and pH of 8.2 and agitation culturing at 48~52 °C for an optimum hydrogen production method. According to the present invention, hydrogen can be produced in high efficiency by anaerobic dark fermentation of high protein wastes conventionally known as not having high hydrogen production efficiency.

Description

고단백 폐기물의 혐기성 암발효를 이용한 수소생산 방법 {Hydrogen production from dark fermentation of high-protein material under anaerobic condition}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing hydrogen from high-molecular-weight waste by anaerobic fermentation,

본 발명은 바이오 폐기물을 이용하여 수소를 생산하는 방법에 관한 것으로, 특히, 고단백 폐기물의 혐기성 암발효를 이용하여 수소를 생산하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고단백 폐기물을 열처리된 혐기소화조슬러지와 혼합하고, 혐기성 암발효 하여 수소를 효율적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing hydrogen using bio waste, and more particularly, to a method for producing hydrogen using anaerobic fermentation of high-protein waste. More particularly, the present invention relates to a method for efficiently producing hydrogen by mixing high-protein waste with a heat-treated anaerobic digester sludge and fermenting the anaerobic digester.

암발효(dark fermentation)를 통한 수소생산은 세균을 이용한 발효로 유기 물질을 수소로 변환시키는 과정을 말한다. 이러한 암발효 과정은 다양한 그룹의 세균들이 관여하여 이루어지는 복잡한 생화학적 반응의 집합체이다. 클로스트리듐(Clostridium) 속(屬)등과 같은 세균은 혐기성 암발효 과정에서 높은 수소 생산율을 보이는 것으로 알려져 있다. Hydrogen production through dark fermentation is the process of converting organics into hydrogen by fermentation using bacteria. This cancer fermentation process is a collection of complicated biochemical reactions involving various groups of bacteria. Bacteria such as the Clostridium genus are known to exhibit high hydrogen production rates during fermentation of anaerobic cancers.

혐기성 암발효(dark fermentation under anaerobic condition)란 무산소 상태에서의 암발효를 의미한다. 혐기성 암발효 과정은 ① 세균들이 용해되지 않는 유기고분자를 가수분해 시켜 다른 미생물들이 이용할 수 있는 분자들로 잘게 쪼개는 단계, ② 산발성 세균이 당과 아미노산을 이산화탄소, 수소, 암모니아, 유기산과 같은 물질들로 변환하는 단계, ③ 초산생성 세균이 남은 유기산들을 아세트산과 암모니아, 수소, 이산화탄소 등으로 변환하는 단계, ④ 메탄 생성 세균이 위의 생성물들을 메탄과 이산화탄소로 전환하는 단계로 이루어진다. Dark fermentation under anaerobic condition means cancer fermentation in anaerobic condition. The process of fermentation of anaerobic cancers consists of the steps of ① hydrolyzing organic polymers that are not soluble in bacteria and finely dividing them into molecules that can be used by other microorganisms, ② separating the saccharide and amino acids with substances such as carbon dioxide, hydrogen, ammonia and organic acids Converting the remaining organic acids of acetic acid-producing bacteria into acetic acid, ammonia, hydrogen, carbon dioxide and the like; and (4) converting the above products into methane and carbon dioxide.

수소는 화석연료에 비하여 환경 친화적이라는 특징을 가지고 있어서 미래의 에너지원으로서 각광받고 있다. 하지만 현재 세계 수소생산의 약 95%가 천연가스의 수증기 개질, 중유의 부분 산화, 석탄의 가스화 등 방법으로 이루어지고 있어, 환경 친화적이라는 장점이 부각되기 힘든 상황이다. 이에 앞선 방법들과 달리 생분해나 암발효 등을 통하여 생물학적으로 수소를 생산하는 방법이 연구되고 있다. 그 중에서도 암발효는 환경에 대한 영향이 적고, 높은 비율의 에너지 전환이 가능하기 때문에 일반적으로 가장 비용 대비 효율이 높은 방법으로 알려져 있다. Hydrogen is more environmentally friendly than fossil fuels, and it is attracting attention as a future energy source. However, about 95% of the world's hydrogen production is made by steam reforming of natural gas, partial oxidation of heavy oil, and gasification of coal. Unlike previous methods, biologically producing hydrogen through biodegradation or cancer fermentation has been studied. Among them, cancer fermentation is generally known to be the most cost effective method because it has a small environmental impact and a high rate of energy conversion.

환경적 측면에서도 음식폐기물, 농축산폐기물과 같이 풍부하면서도 값싼 유기성 폐기물을 이용한 수소생산은 바이오에너지(bioenergy) 분야의 중요한 연구과제이다. 이에 유기성 폐기물의 암발효 과정을 통한 생물학적 수소생산은 최근 수년간 상당한 관심을 받고 있으며, 낮은 수소 분압 환경에서의 수소생산방법, 이산화탄소가 제거된 환경에서의 수소생산방법, 특정한 종균을 접종하여 수소를 생산하는 방법 등 유기성 폐기물을 이용한 수소생산의 효율을 증진시킬 수 있는 다양한 연구들이 계속 되고 있다. In terms of environment, hydrogen production using abundant and inexpensive organic wastes such as food wastes, agricultural and livestock wastes is an important research topic in the field of bioenergy. Biological hydrogen production through organic fermentation of organic wastes has attracted considerable attention in recent years, and it has attracted considerable attention for many years, including hydrogen production method in a low hydrogen partial pressure environment, hydrogen production method in an environment in which carbon dioxide is removed, And a method for increasing the efficiency of hydrogen production using organic wastes.

하지만 유기성 폐기물의 암발효를 이용한 수소생산은 폐기물의 탄수화물, 단백질 및 지질의 구성성분 조성에 따라 큰 차이를 보인다는 것이 문제점으로 대두되고 있다. 그중에도 특히 단백질을 주요 구성성분으로 하고 있는 기질(이하 '고단백 기질')들은, 탄수화물을 주요 구성성분으로 하고 있는 기질(이하 '고탄수화물 기질')들에 비하여 수소생산 효율이 매우 떨어지기 때문에, 수소생산을 위한 원료로 이용하기 쉽지 않다는 것이 일반적인 견해이다. 이에 암발효를 통한 수소생산 연구들의 대부분은 포도당, 자당, 섬유소 및 녹말과 같은 순수한 탄수화물 혹은 고탄수화물 기질들을 원료로 이용하여 수행되어왔으며, 고단백 기질들을 이용한 연구는 소수에 불과하다. 또한 단백질을 주요 구성성분으로 하고 있는 폐기물(이하 '고단백 폐기물')을 이용하여 높은 수소생산율을 얻는 것에 실패해 왔다. However, the problem of hydrogen production using organic fermentation of organic wastes varies greatly depending on the composition of carbohydrate, protein and lipid composition of wastes. In particular, since the substrate (hereinafter, referred to as 'high protein substrate') having a protein as a main constituent has a very low hydrogen production efficiency as compared with a substrate having a carbohydrate as a main constituent (hereinafter referred to as 'high carbohydrate substrate'), The general view is that it is not easy to use as raw material for hydrogen production. Most of the studies on hydrogen production through cancer fermentation have been carried out using pure carbohydrates or high carbohydrate substrates such as glucose, sucrose, fibrin, and starch as raw materials, and only a few studies using high-protein substrates have been conducted. It has also failed to achieve a high hydrogen production rate by using wastes (hereinafter referred to as "high-protein waste") containing protein as a main constituent.

고단백 기질을 이용한 수소생산 연구 결과들을 살펴보면 다음과 같다. 고탄수화물 기질인 쌀을 이용 할 경우 96 ml H2/g-VS의 높은 수소 생산율을 보였지만, 고단백 기질인 계란의 경우 이보다 훨씬 낮은 7.1 ml H2/g-VS의 수소 생산율을 보여주었다(M. Okamoto, T. Miyahara, O. Mizuno, T. Noike, Water Sci . Technol ., 2000, 41(3):25). 또한 쌀과 감자 등 고탄수화물 기질의 경우가 계란과 삶은 고기 등 고단백 기질에 비하여 20배나 높은 수소 생산 잠재력을 보여주었다(J.-J. Lay, K.-S. Fan, J.-l Chang, C.-H. Ku, Int . J. Hydrogen Energy , 2003, 28:1361). 주요한 수소생산의 기질은 탄수화물이며, 단백질의 역할은 세포 성장을 위한 질소원 및 암모니아 생산을 통한 pH 조절에 불과하다고 결론 내린 연구도 존재한다(M. D. Bai, S.S. Cheng, Y. C. Chao, Water Sci . Technol ., 2004, 50:209-216). 이와 비슷하게, 쌀을 이용할 경우 134 ml H2/g-VS의 수소 생산율을 얻을 수 있었지만, 끓인 고기를 이용할 경우 수소 생산이 되지 않았다는 연구 결과도 2009년 발표 되었다(L. Dong, Y. Zhenhong, S. Yongming, K. Xiaoying, Z. Yu., Int . J. Hydrogen Energy., 2009, 34:812-820). The results of hydrogen production using high-protein substrates are as follows. Using high-carbohydrate rice, the high hydrogen production rate of 96 ml H 2 / g-VS was shown, but in the case of the high-protein egg, the hydrogen production rate was much lower than that of 7.1 ml H 2 / g-VS (M. Okamoto, T. Miyahara, O. Mizuno, T. Noike, Water Sci . Technol ., 2000, 41 (3): 25). In addition, high carbohydrate substrates such as rice and potato showed 20 times higher hydrogen production potential than high protein substrates such as eggs and boiled meats (J.-J. Lay, K.-S. Fan, J.-l Chang, C.-H. Ku, Int . J. Hydrogen Energy , 2003, 28: 1361). Some studies have concluded that the substrate of major hydrogen production is carbohydrate, and that the role of protein is only the regulation of pH through the production of nitrogen source and ammonia for cell growth (MD Bai, SS Cheng, YC Chao, Water Sci . Technol . , ≪ / RTI > 2004, 50: 209-216). Similarly, the use of rice yielded a hydrogen production rate of 134 ml H 2 / g-VS, but a study also showed that hydrogen production did not occur when boiled meat was used (L. Dong, Y. Zhenhong, S Yongming, K. Xiaoying, Z. Yu., Int . J. Hydrogen Energy ., 2009, 34: 812-820).

위와 같이 고단백 기질을 이용할 경우 수소 생산율이 매우 낮다는 것이 일반적인 결과였으나, 본 발명자들은 기존의 회의적 결과를 뛰어 넘어, 고단백 폐기물을 이용하여 높은 수소 생산율을 얻는 방법을 발견하여 본 발명을 완성하였다. 본 발명의 개략적인 내용은, 고단백 폐기물을 혐기소화조슬러지와 혼합하고, 상기 혐기소화조슬러지와 혼합된 고단백 폐기물을 어두운 곳에서 배양함으로써 혐기성 암발효 하는 경우에, 열처리의 유무, 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 혼합 비율, pH 값의 변화, 배양 시 진탕 여부 및 헤드스페이스(head space)내의 이산화탄소 존재 여부에 따라 특정한 조건에서 수소생산이 크게 증가한다는 것이다.
Although it was a general result that the hydrogen production rate was very low when using the high protein substrate as above, the present inventors discovered a method of obtaining a high hydrogen production rate by using high-protein waste, beyond the conventional skeptic results, and completed the present invention. The summary of the present invention is that when anaerobic digestion tank sludge is mixed with high-protein waste and high-protein waste mixed with the anaerobic digester sludge is cultivated in a dark place, the anaerobic digestion sludge and high- The hydrogen production is greatly increased under certain conditions depending on the mixing ratio of water, the change of the pH value, the shaking in the culture, and the presence of carbon dioxide in the head space.

- M. Okamoto, T. Miyahara, O. Mizuno, T. Noike, Water Sci. Technol., 2000, 41(3):25- M. Okamoto, T. Miyahara, O. Mizuno, T. Noike, Water Sci. Technol., 2000, 41 (3): 25 - J.-J. Lay, K.-S. Fan, J.-l Chang, C.-H. Ku, Int. J. Hydrogen Energy, 2003, 28:1361 - J.-J. Lay, K.-S. Fan, J.-l Chang, C.-H. Ku, Int. J. Hydrogen Energy, 2003, 28: 1361 - M. D. Bai, S. S. Cheng, Y. C. Chao, Water Sci. Technol., 2004, 50:209-216- M. D. Bai, S. S. Cheng, Y. C. Chao, Water Sci. Technol., ≪ / RTI > 2004, 50: 209-216 - L. Dong, Y. Zhenhong, S. Yongming, K. Xiaoying, Z. Yu., Int. J. Hydrogen Energy., 2009, 34:812-820- L. Dong, Y. Zhenhong, S. Yongming, K. Xiaoying, Z. Yu., Int. J. Hydrogen Energy., 2009, 34: 812-820

본 발명의 목적은, 고단백 폐기물의 혐기성 암발효를 이용하여 수소를 생산하는 경우에, 수소 생산량을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method for increasing hydrogen production in the case of producing hydrogen by using anaerobic membrane fermentation of high-protein waste.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 혐기소화조슬러지를 열처리하는 단계; 상기 열처리된 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 혼합액을 제조하는 단계; 및 상기 제조된 혼합액을 어두운 곳에서 배양함으로써 혐기성 암발효 하는 단계를 포함하는 수소생산방법을 제공한다.
To achieve the above object, the present invention provides a method for treating anaerobic digestion sludge, comprising the steps of: Preparing a mixture of the heat-treated anaerobic digester sludge and high-protein waste; And fermenting the anaerobic cancer by culturing the mixed solution in a dark place.

메탄 생성 세균(methanogen)은 수소를 사용하여 메탄을 생성한다. 따라서 혐기소화조슬러지에 포함된 세균을 이용하여 폐기물을 혐기발효 시킬 경우, 메탄 생성 세균들의 메탄생성과정을 막을 필요가 있다. 상기 열처리 과정은, 포자를 형성하지 않는 메탄 생성 세균들을 제거하여 메탄생성과정을 억제하기 위하여 이루어진다. Methanogen produces methane using hydrogen. Therefore, it is necessary to prevent the methane production process of methanogenic bacteria when anaerobic fermentation of waste is carried out using bacteria contained in anaerobic digester sludge. The heat treatment process is performed to remove the methanogenic bacteria that do not form spores, thereby suppressing the methanogenesis process.

상기 혐기소화조슬러지를 열처리하는 단계는, 혐기소화조슬러지를 40~60℃에서 24-72시간 동안 배양 한 뒤, 90~110℃에서 1~2시간 동안 가열하여 수행되는 것이 바람직하다. 혐기소화조슬러지를 40℃~60℃에서 먼저 배양하는 이유는, 혐기소화조슬러지 내의 호열성 세균을 발효 온도범위에서 활성화 시키고, 혐기소화조슬러지에 존재하는 유기물을 자체 분해하여 발효과정 중 이로 인한 바이오가스(biogas)의 발생 가능성을 배제하기 위한 것이다. 또한 90~110℃에서 가열하는 이유는 포자를 형성하지 않는 메탄 생성 세균들을 제거하기 위한 것이다. 본 열처리 단계의 가열이 2시간 이상 수행되면, 혐기성 암발효를 수행하는 세균들의 활성이 떨어지는 단점이 있다. 하지만 열처리의 방법은 반드시 이에 국한되는 것은 아니고 포자를 형성하지 않는 메탄 생성 세균들을 제거할 수 있는 열처리면 어떠한 방법도 이용될 수 있다. The step of heat-treating the anaerobic digester sludge is preferably performed by incubating the anaerobic digester sludge at 40 to 60 ° C for 24 to 72 hours and then heating at 90 to 110 ° C for 1 to 2 hours. The reason why the anaerobic digester sludge is first cultivated at 40 ° C to 60 ° C is that the thermophilic bacteria in the anaerobic digester sludge are activated within the fermentation temperature range and the organic matter present in the anaerobic digester sludge is self- biogas) that can occur in the future. The reason for heating at 90 to 110 ° C is to remove methanogenic bacteria that do not form spores. If the heating in this heat treatment step is performed for 2 hours or more, there is a disadvantage that the activity of bacteria performing anaerobic cancer fermentation is lowered. However, the method of heat treatment is not limited thereto, and any method of heat treatment that can remove the methanogenic bacteria that do not form spores can be used.

고단백 폐기물은 단백질을 주요한 구성성분으로 하는 폐기물을 의미한다. 이때, 폐기물은 고단백의 고기 등을 포함하는 고단백 음식폐기물인 경우가 많을 것이나, 고단백 폐기물이라면 음식폐기물 뿐만 아니라 하수폐기물, 농산폐기물, 축산폐기물, 산업폐기물 등 어떠한 폐기물이라도 관계없다. High-protein waste refers to wastes with protein as a major constituent. At this time, the waste is often high-protein food waste including high-protein meat, but if it is high-protein waste, not only food waste but also any waste such as sewage waste, agricultural waste, livestock waste,

따라서 상기 고단백 폐기물은 고단백 음식폐기물, 고단백 하수폐기물, 고단백 농산폐기물, 고단백 축산폐기물, 고단백 산업폐기물로부터 선택되어질 수 있다.Therefore, the high-protein waste can be selected from high-protein food waste, high-protein sewage waste, high-protein agricultural waste, high-protein animal wastes, and high-protein industrial wastes.

F/M 비(Food to Mass ratio)는 음식물(food) 대 세균(microorganism)의 비를 말하며, 더 자세히는 혐기소화조슬러지에 존재하는 휘발성고형물(Volatile Solid, VS) 대비 고단백 폐기물에 존재하는 휘발성고형물의 초기 비율을 의미한다.Food to Mass ratio refers to the ratio of food to microorganism and more specifically to volatile solids (VS) present in anaerobic digester sludge, volatile solids ≪ / RTI >

상기 열처리된 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 혼합비율은, F/M 비가 4~9인 조건이 바람직하다. F/M비가 이보다 낮은 경우에는 메탄 생성 세균의 제어가 어려워지며, 이보다 높은 경우에는 혼합액의 pH가 급격히 낮아져 발효에 영향을 미칠 수 있다. 또한 F/M 비가 6인 조건이 수소 생산량의 증가에 가장 효율적이다. The mixing ratio of the heat-treated anaerobic digester sludge to the high-protein waste mixture is preferably in the range of 4 to 9 in F / M ratio. When the F / M ratio is lower than this range, it becomes difficult to control the methanogenic bacteria. If the F / M ratio is higher than the above range, the pH of the mixed solution may be drastically lowered to affect the fermentation. Also, the condition of F / M ratio of 6 is most effective for increasing hydrogen production.

혼합액의 pH의 크기는, 수소생산 효소의 활성도 및 세균들의 대사경로에 영향을 미치기 때문에, 수소생산량에 매우 중요한 요소가 된다. 최적 범위 이상 또는 이하의 pH를 가진 혼합액은 수소 생산 세균의 활성을 저해하므로, 수소생산을 위하여 적절한 방법이 아니다.The pH of the mixed liquor is very important for hydrogen production because it affects the activity of hydrogen production enzymes and the metabolic pathway of bacteria. A mixed solution having a pH above or below the optimum range inhibits the activity of a hydrogen producing bacterium, and thus is not a suitable method for producing hydrogen.

상기 제조된 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 혼합액의 pH를 7.0~9.0로 유지한 조건에서 수행될 수 있다. 이러한 최적 조건 이외의 환경은 수소 생산 세균의 활성을 저해할 수 있다. 또한 혼합액의 pH를 8.2로 유지한 조건에서 수행되는 것이 수소 생산량의 증가에 가장 효율적이다. The step of fermenting anaerobic cancer with the prepared mixed solution may be performed under the condition that the pH of the mixed solution is maintained at 7.0 to 9.0. Environments other than these optimal conditions may inhibit the activity of hydrogen producing bacteria. Also, it is most effective to increase the hydrogen production by performing the operation under the condition that the pH of the mixed solution is maintained at 8.2.

발효 시 배양 온도는 세균의 성장률과 대사 활성도에 영향을 미치는 매우 중요한 요소이다. 발효 시 배양 온도는 중온성 환경(mesophilic, 25~40℃), 호열성 환경(thermophilic, 40~60℃), 극호열성 환경(extreme thermophilic, 60~80℃)으로 구분 지을 수 있다. 호열성 세균(thermophilic bacteria)을 이용하여 수소생산을 하기 위해서는, 배양 온도를 호열성 환경으로 유지하여야 한다. 접종원으로 사용된 혐기소화조슬러지에 포함된 수소 생산 세균들은 호열성인 것으로 알려져 있다. 또한 가열 전 혐기소화조슬러지를 40~60℃에서 먼저 배양함으로써 상대적으로 호열성 세균의 성장을 촉진하여 접종원으로 사용하였다. 이에 온도가 너무 낮거나, 너무 높을 경우에는 호열성 세균의 성장률과 대사 활성도가 떨어지게 된다.The fermentation temperature is a very important factor affecting the growth rate and metabolic activity of bacteria. The fermentation temperature can be divided into mesophilic (25 ~ 40 ℃), thermophilic (40 ~ 60 ℃) and extreme thermophilic (60 ~ 80 ℃). In order to produce hydrogen using thermophilic bacteria, the incubation temperature should be maintained in a humid environment. Hydrogen - producing bacteria contained in anaerobic digester sludge used as an inoculum are known to be hot. In addition, pre - heating anaerobic digestion sludge was first cultured at 40 ~ 60 ℃ to promote the growth of relatively thermophilic bacteria and used as an inoculation source. Therefore, if the temperature is too low or too high, the growth rate and metabolic activity of thermophilic bacteria will be inferior.

상기 제조된 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 호열성 환경인 40~60℃의 배양 온도에서 수행될 수 있으나, 호열성 세균이 최적의 성장률 및 대사 활성도를 보이는 48~52℃ 유지하면서 수행되는 것이 수소 생산량의 증가에 가장 효율적이다. The step of fermenting the mixed solution with the anaerobic cancer can be carried out at a cultivation temperature of 40 to 60 ° C which is a humid environment, but it is carried out while maintaining the temperature of 48 to 52 ° C, which is the optimum growth rate and metabolic activity of the thermophilic bacteria It is most efficient in increasing hydrogen production.

혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계에서, 진탕의 세기가 수소 생산량에 영향을 준다. 진탕의 세기에 따라 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 물리적 혼합 상태가 변하게 되기 때문이다. 진탕은 진탕 배양기를 통하여 이루어질 수도 있고 그 외의 물리적 진탕 방법을 통하여 이루어질 수도 있다.At the stage of fermenting the anaerobic digester sludge and the mixture of high-protein waste, the intensity of the shaking affects the hydrogen production. This is because the physical mixing state of the anaerobic digester sludge and the high-protein waste changes depending on the intensity of the shaking. Shaking can be done through a shaking incubator or through other physical agitation methods.

상기 제조된 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계에서, 진탕 배양을 통하여 발효 시키는 것이 수소 생산량의 증가에 가장 효율적이다. 진탕은 진탕 배양기를 통하여 수행되었으며, 진탕 배양기의 회전속도는 분당 150회전으로 설정되었다. 하지만 진탕의 방법 및 진탕 배양기의 회전속도는 이에 반드시 국한 되는 것은 아니며, 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 농도 등의 요인에 따라 달라질 수 있다.In the step of fermenting anaerobic cancer in the prepared mixed solution, fermentation through shaking culture is most effective in increasing the hydrogen production amount. Shaking was carried out through a shaking incubator, and the rotation speed of the shaking incubator was set at 150 revolutions per minute. However, the method of shaking and the rotation speed of the shaking incubator are not necessarily limited to this, but may vary depending on such factors as the anaerobic digester sludge and the concentration of high-protein waste.

클로스트리듐 아세티큠(Clostridum aceticum)등의 클로스트리듐 속(屬)에 속하는 세균들은, 하기 반응식1과 같은 반응을 통하여, 수소와 이산화탄소를 사용하여 아세트산을 생산한다. Bacteria belonging to the Clostridium genus such as Clostridium aceticum produce acetic acid using hydrogen and carbon dioxide through the reaction shown in the following reaction formula (1).

[반응식1][Reaction Scheme 1]

4H2 + 2CO2 -> CH3COOH + 2H20
4H 2 + 2CO 2 -> CH 3 COOH + 2H 2 O

따라서 수소를 소비하는 아세트산 생성과정을 막기 위해서도, 반응기 내부를 이산화탄소가 존재하지 않는 환경으로 만들어 주는 것이 수소생산에 도움이 될 수 있다. 하지만 이는 항상 그런 것은 아니며, 다른 요소들에 의하여 이산화탄소가 존재하는 환경에서 발효시키는 경우에 더 큰 수소생산량을 얻는 것도 가능하다. Therefore, in order to prevent the process of acetic acid production consuming hydrogen, making the inside of the reactor an environment free of carbon dioxide may help hydrogen production. However, this is not always the case, and it is also possible to obtain greater hydrogen production when fermenting in an environment in which carbon dioxide is present by other factors.

상기 제조된 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 반응기의 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경을 조성하여 수행될 수 있다. 이때 반응기의 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경은, 70~80% (W/W) 수산화나트륨 수용액이 담긴 용기를 반응기의 헤드스페이스에 연결함으로써 조성할 수 있다. 이때 수산화나트륨 수용액의 농도가 낮을수록 이산화탄소의 제거 효율이 떨어진다. 따라서 최대한 고농도의 수산화나트륨 수용액을 사용하는 것이 최소의 부피로 최대의 이산화탄소 흡수 효과를 볼 수 있다.The step of fermenting the mixed solution with the anaerobic can be performed by forming an environment in which carbon dioxide is not present in the head space of the reactor. At this time, the environment in which carbon dioxide is not present in the head space of the reactor can be formed by connecting a container containing an aqueous solution of 70 to 80% (W / W) sodium hydroxide to the head space of the reactor. At this time, the lower the concentration of aqueous sodium hydroxide solution, the lower the removal efficiency of carbon dioxide. Therefore, the use of a high concentration of sodium hydroxide solution can maximize the effect of absorbing carbon dioxide with a minimum volume.

혐기소화조슬러지에는 클로스트리듐 비펄멘탄스(Clostridium bifermentans), 클로스트리듐 뷰티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리듐 티로뷰티리쿰(Clostridium tyrobutyricum), 클로스트리듐 베이제린크키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리듐 아세토뷰티리쿰(Clostridium acetobutylicum), 엔테로박터 에어로케네스(Enterobacter aerogenes), 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae), 시트로박터 인터메디어스(Citrobacter intermedius), 시트로박터 프레운디(Citrobacter freundii), 클레브시엘라 프네우모니아에(Klebsiella pneumoniae), 테모토가 네아폴리타나(Themotoga neapolitana), 바실러스 코아굴란스(Bacillus coagulans), 바실러스 메가테륨(Bacillus megaterium) 등 혐기성 암발효를 이용한 수소 생산에 관련된 세균들 중 일부 혹은 전부가 포함되어 있을 수 있다. 상기 세균들 중 혐기소화조슬러지에 포함된 일부 혹은 전부는 폐기물의 혐기성 암발효를 통하여 수소를 생산한다.Anaerobic digester sludge includes Clostridium bifermentans , Clostridium butyricum), Clostridium tee beauty rikum (Clostridium tyrobutyricum), Clostridium Bay jerin keuki (Clostridium beijerinckii), Clostridium acetonitrile Beauty rikum (Clostridium acetobutylicum ), Enterobacter aerogenes ), Enterobacter cloacae , Citrobacter < RTI ID = 0.0 > intermedius , Citrobacter freundii , Klebsiella pneumoniae , < RTI ID = 0.0 > Themotoga neapolitana , Bacillus coagulans), Bacillus Mega teryum (Bacillus megaterium , etc.) may be involved in some or all of the bacteria involved in hydrogen production using anaerobic cancer fermentation. Some or all of the bacteria contained in anaerobic digester sludge produce hydrogen through anaerobic digestion of the waste.

상기 혐기소화조슬러지에는, 클로스트리듐 비펄멘탄스(Clostridium bifermentans), 클로스트리듐 뷰티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리듐 티로뷰티리쿰(Clostridium tyrobutyricum), 클로스트리듐 베이제린크키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리듐 아세토뷰티리쿰(Clostridium acetobutylicum), 엔테로박터 에어로케네스(Enterobacter aerogenes), 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae), 시트로박터 인터메디어스(Citrobacter intermedius), 시트로박터 프레운디(Citrobacter freundii), 클레브시엘라 프네우모니아에(Klebsiella pneumoniae), 테모토가 네아폴리타나(Themotoga neapolitana), 바실러스 코아굴란스(Bacillus coagulans), 바실러스 메가테륨(Bacillus megaterium)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 세균이 포함되고, 상기 혐기성 암발효 시키는 단계는, 혐기소화조슬러지에 포함된 상기 세균에 의하여 이루어진다. 하지만 반드시 상기 세균들에 한정되는 것은 아니고 폐기물의 혐기성 암발효를 통하여 수소생산이 가능한 세균이라면 어떠한 세균이라도 이용될 수 있다.
In the anaerobic digester sludge, Clostridium non peolmen Tansu (Clostridium bifermentans), Clostridium beauty rikum (Clostridium butyricum), Clostridium tee beauty rikum (Clostridium tyrobutyricum), Clostridium Bay jerin keuki (Clostridium beijerinckii), Clostridium acetonitrile Beauty rikum (Clostridium acetobutylicum ), Enterobacter aerogenes ), Enterobacter cloacae , Citrobacter < RTI ID = 0.0 > intermedius , Citrobacter freundii , Klebsiella pneumoniae), Te Nea motto is poly Tana (Themotoga neapolitana), Bacillus core oysters Lance (Bacillus coagulans , and Bacillus megaterium , and the step of fermenting the anaerobic canal is performed by the bacteria contained in the anaerobic digestion tank sludge. However, the present invention is not limited to the above-mentioned bacteria, and any bacterium can be used as long as it is a bacterium capable of producing hydrogen through fermentation of anaerobic fungi of waste.

본 발명에 따르면, 고단백 폐기물을 이용한 높은 수소 생산율을 얻는 방법이 제공된다. 또한 본 발명은 고단백 폐기물의 혐기성 암발효 과정을 통하여, 환경 친화적 에너지원으로 각광받고 있는 수소를 기존의 방식에 비하여 높은 효율로 생산할 수 있다는 점에서, 환경 보호와 수소생산의 효율성이라는 양 측면에서 유용하다. According to the present invention, a method for obtaining a high hydrogen production rate using high-protein waste is provided. The present invention is also useful in terms of both environmental protection and efficiency of hydrogen production since it can produce hydrogen with high efficiency compared with the conventional method through the process of fermentation of anaerobic cancer of high-protein waste, Do.

본 발명에 따라 생산된 수소는 가솔린, 메탄올, 에탄올, 암모니아, 염산 및 기타 고부가가치 화합물 생산의 원료, 원자 수소 용접(atomic hydrogen welding)과 같은 용접 방법에 있어서의 보호가스, 지질의 포화도를 높이는 수소화제(hydrogenating agent), 전기발전에 있어서의 회전자 냉각액 등의 용도로 이용될 수 있다.
Hydrogen produced in accordance with the present invention can be used as a raw material for the production of gasoline, methanol, ethanol, ammonia, hydrochloric acid and other high value-added compounds, protective gas in welding methods such as atomic hydrogen welding, A hydrogenating agent, a rotor cooling liquid in electric power generation, and the like.

도 1은 비교예 1~4의 (A) 누적 수소 생산량, (B) 누적 메탄 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1~4의 (A) 누적 바이오가스(biogas) 생산량, (B) 누적 수소 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량, (D) 누적 메탄 생산량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 5~7의 (A) 누적 수소 생산량, (B) 누적 메탄 생산량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 8~11의 (A) 누적 생물학적 가스 생산량, (B) 누적 수소 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량, (D) 누적 메탄 생산량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 12~15의 (A) 누적 생물학적 가스 생산량, (B) 누적 수소 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량, (D) 누적 메탄 생산량을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a graph showing cumulative hydrogen production (A), cumulative methane production (C), and cumulative carbon dioxide production (C) in Comparative Examples 1 to 4.
2 is a graph showing cumulative biogas production (A), cumulative hydrogen production (C) cumulative carbon dioxide production, and cumulative methane production (A) in Examples 1 to 4;
3 is a graph showing cumulative hydrogen production (A) and cumulative methane production (B) in Examples 5 to 7;
4 is a graph showing cumulative biological gas production (A), cumulative hydrogen production (C), cumulative carbon dioxide production (D) cumulative methane production in Examples 8 to 11;
5 is a graph showing cumulative biological gas production (A), cumulative hydrogen production (C), cumulative carbon dioxide production (D) cumulative methane production in Examples 12 to 15.

고단백 폐기물 모델의 제조Manufacture of high-protein waste models

고단백 폐기물은 단백질을 주요한 구성성분으로 하는 폐기물을 의미하므로, 고단백 폐기물이라면 음식폐기물 뿐만 아니라 하수폐기물, 농산폐기물, 축산폐기물, 산업폐기물 등 어떠한 폐기물이라도 관계없다. 하지만 고단백 폐기물은 고단백의 고기 등을 포함하는 고단백 음식폐기물인 경우가 많을 것으로 예상되므로, 아래 실시예에서는 고단백 음식폐기물을 이용하여 실험하였다. Since high-protein waste refers to wastes containing protein as a main constituent, not only food wastes but high-protein wastes can be treated as waste such as sewage waste, agricultural waste, animal wastes, and industrial wastes. However, high-protein waste is expected to be a high-protein food waste including high-protein meat. Therefore, in the following examples, high-protein food waste was used.

균일한 조성을 가진 고단백 음식폐기물을 이용하여 실험하기 위해, 인공 고단백 음식폐기물 모델을 제조하였다. 한국의 통상적인 음식폐기물의 조성물은 밥, 요리된 고기 및 야채로 알려져 있다. 이에 소 살코기를 끓는 물에 8분간 끓이는 방식으로 요리하여 아래 실시예에서 이용될 고단백 음식폐기물 모델을 제조하였다. 제조된 고단백 음식폐기물 모델은 실험을 하기까지 -20℃ 냉동고에 보관되었다. 총 고형물과 휘발성고형물(volatile solid, VS)의 양은 통상적인 방법(APHA, 1998) 에 의하여 측정되었다.
An artificial high protein food waste model was prepared for the experiment using high protein food wastes with uniform composition. Korean traditional food waste composition is known as rice, cooked meat and vegetables. The cattle lean meat was cooked in boiling water for 8 minutes to prepare a high protein food waste model to be used in the following examples. The prepared high protein food waste model was stored in a freezer at -20 ℃ until the experiment. The amount of total solids and volatile solids (VS) was measured by a conventional method (APHA, 1998).

혐기소화조슬러지의Anaerobic digester sludge 준비 및 열처리 Preparation and heat treatment

실험을 위한 혐기소화조슬러지는 용인 하수처리시설에서 수집되었다. 수집된 혐기소화조슬러지는 체로 친 뒤 실험 시까지 4℃ 냉장고에 보관되었다. Anaerobic digester sludge for the experiment was collected at Yongin sewage treatment plant. The collected anaerobic sludge sludge was sieved and stored in a refrigerator at 4 ° C until the experiment.

열처리된 혐기소화조슬러지를 이용한 실시예의 경우, 혐기소화조슬러지를 50℃에서 24-72시간 동안 배양 한 뒤, 105℃에서 2시간 동안 가열하는 방법으로 열처리 하였다. 하지만 혐기소화조슬러지의 열처리 방법은 반드시 이에 국한되는 것은 아니고 포자를 형성하지 않는 메탄 생성 세균들을 제거할 수 있는 열처리면 어떠한 방법도 이용될 수 있다.
In the case of the embodiment using the heat-treated anaerobic digester sludge, the anaerobic digester sludge was incubated at 50 ° C for 24-72 hours and then heat-treated at 105 ° C for 2 hours. However, the heat treatment method of the anaerobic digester sludge is not limited to this, and any method of heat treatment that can remove the methanogenic bacteria that do not form spores can be used.

혐기소화조슬러지와Anaerobic digester sludge and 고단백 폐기물 혼합액의  Of a high-protein waste mixture 혐기발효Anaerobic fermentation 배양 방법 Culture method

1L 유리 플라스크가 발효 반응기로 이용되었다. 각 반응기 당 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 총 부피는, 수돗물을 첨가하는 방식으로 조정되었고, 최종적으로 0.35L가 되게 하였다. 각 반응기 당 휘발성고형물의 부하율은 3.0g VS/ L로 하였다. 하지만 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 총 부피와 휘발성고형물의 부하율은 이와 다르게 설정될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.A 1 L glass flask was used as the fermentation reactor. The total volume of the anaerobic digester sludge and the high-protein waste mixture per reactor was adjusted by adding tap water to a final volume of 0.35L. The loading rate of volatile solids per reactor was 3.0 g VS / L. However, the total volume of the anaerobic digester sludge and the high-protein waste mixture and the loading rate of the volatile solids can be set differently, but are not limited thereto.

혐기성 암발효 반응은 온도가 50±2℃로 균일하게 유지되는 암실 배양기 안에서 배양하는 방법으로 이루어졌다. 하지만 배양 온도는 반드시 이에 국한 되는 것은 아니며 호열성 세균(thermophilic bacteria)이 활성화 될 수 있는 온도이면 족하다. The fermentation reaction was carried out in a dark room incubator in which the temperature was uniformly maintained at 50 ± 2 ° C. However, the incubation temperature is not necessarily limited to this temperature, but it is sufficient that the thermophilic bacteria can be activated.

진탕 배양을 할 경우에는 진탕 배양기의 회전속도를 분당150회로 설정하였다. 하지만 진탕의 방법은 반드시 진탕 배양기를 통한 방법으로 한정되는 것은 아니며, 반응기 내에 설치된 교반기를 이용하는 등의 방법 등도 이용될 수 있다. 또한 진탕 배양기의 회전속도도 이에 반드시 국한 되는 것은 아니며, 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 농도 등 요인에 따라 다르게 설정될 수 있다. When shaking culture was carried out, the rotation speed of the shaking incubator was set to 150 cycles per minute. However, the method of shaking is not necessarily limited to the method through a shaking incubator, and a method of using a stirrer installed in the reactor can also be used. Also, the rotation speed of the shaking incubator is not necessarily limited to this, and may be set differently depending on factors such as the concentration of the anaerobic digester sludge and the high-protein waste.

발효 반응 동안 모든 반응기는 고무마개와 스크루 캡(screw cap)을 이용하여 밀봉하였으며, 반응기의 헤드스페이스(head space) 부분은 반응 전 약 10분간 질소 가스로 충전하여 무산소 상태가 되도록 하였다. During the fermentation reaction, all the reactors were sealed with a rubber cap and a screw cap, and the head space of the reactor was filled with nitrogen gas for about 10 minutes before the reaction so that it became anaerobic.

혼합액의 발효 시 pH는 1N NaOH와 1N HCl을 이용하여 조절되었으며, 발효 반응 동안 일정한 수준으로 유지되었다. 또한 반응기의 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경은, 80% (W/W) 수산화나트륨 수용액이 담긴 밀봉용기를 반응기의 헤드스페이스에 연결함으로써 조성하였다. 하지만 반응기의 헤드스페이스를 이산화탄소가 없는 환경으로 조성하는 방법은 반드시 위의 방법으로 한정되는 것은 아니며, 헤드스페이스의 이산화탄소를 제거할 수 있는 방법이라면 어떠한 방법이라도 이용될 수 있다. During the fermentation of the mixed liquor, the pH was controlled using 1N NaOH and 1N HCl and maintained at a constant level during the fermentation reaction. The environment in which carbon dioxide was not present in the headspace of the reactor was also established by connecting a sealed vessel containing an 80% (w / w) aqueous solution of sodium hydroxide to the headspace of the reactor. However, the method of forming the headspace of the reactor into the environment free of carbon dioxide is not necessarily limited to the above method, and any method can be used as long as it can remove carbon dioxide from the headspace.

혐기성 암발효 조건과 수소생산율과의 관계를 알아보기 위하여, 다음과 같이 발효 조건의 차이를 주고 실험하였다. 혐기소화조슬러지를 열처리 한 경우와 하지 않은 경우로 조건의 차이를 두었다. F/M비는 4, 6, 9인 경우로 조건의 차이를 두었다. 혼합액의 발효 시 pH는 7.2, 8.2, 9.2인 경우로 조건의 차이를 두었다. 또한 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하는 환경에서 진탕 배양된 조건(No CO2 Trap & Shaking; NTS), 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경에서 진탕 배양된 조건(CO2 Trap & Shaking; TS), 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하는 환경에서 진탕 없이 배양된 조건(No CO2 Trap & No Shaking; NTNS), 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경에서 진탕 없이 배양된 조건(CO2 Trap & No Shaking; TNS)으로 나누어 실험하였다.
In order to investigate the relationship between fermentation conditions of anaerobic cancer and hydrogen production rate, The difference was in the condition of the anaerobic digester sludge treated with and without heat treatment. F / M ratios were 4, 6, and 9, respectively. The pH of fermentation broth was 7.2, 8.2 and 9.2, respectively. In addition, shaking culture conditions in the environment in which the carbon dioxide present in the headspace (No CO 2 Trap &Shaking; NTS), shaking culture conditions in an environment where there is no carbon dioxide in the head space (CO 2 Trap &Shaking; TS ), the head No CO 2 Trap & No Shaking (NTNS), conditions cultured without shaking (CO 2 Trap & No Shaking; TNS) in an environment free of carbon dioxide in the headspace, Respectively.

발효 반응을 통해 발생한, 바이오가스(Biogas generated through fermentation reaction biogasbiogas )의 분석 방법) Analysis method

반응기 헤드스페이스의 기압은 압력계를 이용하여 측정되었다. 다음 측정의 초기 조건으로 이용하기 위하여, 헤드스페이스 내의 바이오가스(biogas)를 내보낸 뒤 (head space pressure release) 헤드스페이스 내의 기압을 재차 측정하였다. 또한 하기 방정식 1에 나타낸 표준상태로 보정된 이상기체방정식(ideal gas law corrected to standard conditions)을 이용하여, 바이오가스의 생성 전과 후의 기압의 차이를 통해 바이오가스의 부피를 계산하였다.The pressure of the reactor headspace was measured using a pressure gauge. To use as an initial condition for the next measurement, biogas in the headspace was released (headspace pressure release) and the pressure in the headspace was again measured. The volume of the biogas was also calculated by using the difference between the pressures before and after the generation of the biogas, using the ideal gas law corrected to standard conditions as shown in Equation 1 below.

[방정식 1][Equation 1]

VBiogas 1 ) = (P2 )·VHead 3 )·C4 )) / (R5 )·T6 )) V Biogas 1) = (P 2 ) · V Head 3) · C 4)) / (R 5) · T 6))

1) VBiogas = 매일 생산된 바이오가스의 부피 (L),1) V Biogas = volume of biogas produced per day (L),

2) P = 절대 압력 차 (Pa),2) P = absolute pressure difference (Pa),

3) VHead = 헤드스페이스의 부피 (L),3) V Head = volume of head space (L),

4) C = 몰(mole) 부피 (22.41 L·mol-1),4) C = mole volume (22.41 L · mol -1 ),

5) R = 보편기체상수 (83.14 L·mbar·K-1·mol-1),5) R = universal gas constant (83.14 L · mbar · K -1 · mol -1 ),

6) T = 절대온도 (K).
6) T = absolute temperature (K).

바이오가스는 가스상 샘플 투입용 주사기(gas-tight glass syringe)를 이용하여 헤드스페이스 내의 바이오가스를 내보낸 뒤에 채집되었다. 상기 바이오가스는 100/120 메쉬의 HayeSep DB로 채워진 스테인리스강 컬럼(stainless steel column) 및 열전도성 검출기(thermal conductivity detector, TCD)가 장착된 기체 크로마토그래피를 통하여 수소, 메탄 및 이산화탄소 함량 분석이 이루어졌다. 메탄(30±2%, v/v), 수소(30±2%, v/v) 및 이산화탄소(40±2%, v/v)로 구성된 표준기체가 바이오가스(biogas) 구성성분 함량의 측정값 교정(calibration) 및 계산에 사용되었다. 아르곤 기체를 운반 기체(carrier gas)로 이용하였으며, 운반 기체의 유량은 30 ml/min가 되도록 하였다. 또한 기체 크로마토그래피 측정 시 오븐(oven), 주입기(injector) 및 탐지기(detector)의 온도를 각 100℃, 120℃ 및 120℃로 유지하였고, 샘플(sample)의 주입 시 부피는 100μl로 하였다.
Biogas was collected after exporting the biogas in the headspace using a gas-tight glass syringe. The biogas was analyzed for hydrogen, methane and carbon dioxide by gas chromatography with a stainless steel column and a thermal conductivity detector (TCD) filled with 100/120 mesh HayeSep DB . A standard gas composed of methane (30 ± 2%, v / v), hydrogen (30 ± 2%, v / v) and carbon dioxide (40 ± 2%, v / v) is used to measure the biogas component content Value calibration and calculation. Ar gas was used as a carrier gas and the carrier gas flow rate was 30 ml / min. The oven, injector and detector temperatures were maintained at 100 ° C, 120 ° C and 120 ° C, respectively, during the gas chromatographic measurement, and the volume of the sample was 100 μl.

역학적 Mechanical 모델링modelling (( kinetickinetic modelingmodeling ) 방법) Way

누적 수소 생산량 곡선을 하기 방정식 2와 같이 표현되는 수정된 고메르츠 방정식(modified Gomertz equation)에 적용하였다.The cumulative hydrogen yield curve was applied to a modified Gomertz equation expressed as Equation 2 below.

[방정식 2][Equation 2]

Figure pat00001

Figure pat00001

상기 방정식 2에서 'H'는 시간 (h) 당 누적 수소 생산량 (ml), 'P'는 수소생산 잠재력 (ml), 'Rm'은 최대 수소 생산율 (ml/h), 'λ'는 유도기 기간(lag phase time, h), 't'는 배양 시간 (h), 'e'는 자연 상수를 각 나타낸다. 'P', 'Rm', 'λ'는 각 회분(batch)마다 엑셀을 통하여 뉴턴 알고리즘(Newtonian algorithm)으로 추산되었다. 이론적 수소생산 수익률은 'P'를 반응기 내의 초기 휘발성 고형물의 질량으로 나누어 계산하였다.
In the above equation 2 'H' is the time accumulated hydrogen production (ml) per (h), 'P' represents a hydrogen production potential (ml), 'R m' is the maximum hydrogen production rate (ml / h), 'λ ' is the inductive 'L' represents the lag phase time, 't' represents the incubation time (h), and 'e' represents the natural constant. 'P', ' Rm ', and 'λ' were estimated as Newtonian algorithm through Excel for each batch. The theoretical yield of hydrogen production was calculated by dividing the 'P' by the mass of the initial volatile solids in the reactor.

[[ 실시예Example  And 시험예Test Example ]]

이하에서 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 및 시험예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예 및 시험예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples and test examples are presented to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples and test examples are provided only for a better understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples and the test examples.

비교예1Comparative Example 1 ~4 : ~ 4: 열처리 하지Do not heat 않은  Not 혐기소화조슬러지와Anaerobic digester sludge and 고단백 폐기물의 혼합액의 배양을 통한  Through the cultivation of a mixture of high-protein waste 혐기발효Anaerobic fermentation

혐기소화조슬러지를 열처리하지 않은 채, 고단백 폐기물과 F/M 비가 6이 되도록 혼합하였다. 또한 상기 제조된 혼합액을 각 실시예의 하기 표 1 조건에 따라 50℃에서 혐기성 암발효 하였다. 본 비교예와 실시예의 비교를 통하여, 혐기소화조슬러지의 열처리 유무와 수소생산율 사이의 관계에 대하여 알 수 있다.The anaerobic digester sludge was mixed with high-protein waste to an F / M ratio of 6 without heat treatment. The thus prepared mixed solution was anaerobically fermented at 50 DEG C according to the conditions shown in Table 1 below. The comparison between this comparative example and the example shows the relationship between the presence or absence of heat treatment and the hydrogen production rate of the anaerobic digester sludge.

F/M 비F / M ratio 혼합액의 pHThe pH of the mixed solution 진탕 유무Presence or absence of binge 헤드스페이스 내의 이산화탄소 존재 여부Presence of carbon dioxide in the headspace 비교예1Comparative Example 1 66 7.27.2 OO XX 비교예2Comparative Example 2 66 8.28.2 OO XX 비교예3Comparative Example 3 66 9.29.2 OO XX 비교예4Comparative Example 4 66 10.210.2 OO XX

실시예Example 1~4:  1 to 4: 진탕의Shaking 유무 및  And 헤드스페이스Headspace 내의 이산화탄소 존재 여부에 따른 수소생산율의 변화 Of Hydrogen Production Rate with or without Carbon Dioxide

혐기소화조슬러지를 열처리한 후, 고단백 폐기물과 F/M 비가 6이 되도록 혼합하였다. 또한 상기 제조된 혼합액을 각 실시예의 하기 표 2 조건에 따라 50℃에서 혐기성 암발효 하였다. 본 실시예를 통하여 진탕의 유무 및 헤드스페이스 내의 이산화탄소 존재 여부에 따른 수소생산율의 변화를 알아볼 수 있다.The anaerobic digester sludge was heat treated and mixed with high protein waste to an F / M ratio of 6. The thus prepared mixed solution was subjected to anaerobic membrane fermentation at 50 DEG C according to the conditions shown in Table 2 below. The change of the hydrogen production rate depending on the presence or absence of shaking and the presence or absence of carbon dioxide in the head space can be recognized through the present embodiment.

F/M 비F / M ratio 혼합액의 pHThe pH of the mixed solution 진탕 유무Presence or absence of binge 헤드스페이스에의 이산화탄소 존재 여부The presence of carbon dioxide in the headspace 실시예1Example 1 66 8.28.2 OO XX 실시예2Example 2 66 8.28.2 OO OO 실시예3Example 3 66 8.28.2 XX XX 실시예4Example 4 66 8.28.2 XX OO

실시예Example 5~7: 혼합액의  5 to 7: pHpH 에 따른 수소생산율의 변화Of hydrogen production rate

혐기소화조슬러지를 열처리한 후, 고단백 폐기물과 F/M 비가 6이 되도록 혼합하였다. 또한 상기 제조된 혼합액을 각 실시예의 하기 표 3 조건에 따라 50℃에서 혐기성 암발효 하였다. 본 실시예를 통하여 혼합액의 pH에 따른 수소생산율의 변화를 알아볼 수 있다.The anaerobic digester sludge was heat treated and mixed with high protein waste to an F / M ratio of 6. The mixed solution was anaerobically fermented at 50 캜 according to the conditions shown in Table 3 below. The change in the hydrogen production rate according to the pH of the mixed solution can be determined through this embodiment.

F/M 비F / M ratio 혼합액의 pHThe pH of the mixed solution 진탕 유무Presence or absence of binge 헤드스페이스에의 이산화탄소 존재 여부The presence of carbon dioxide in the headspace 실시예5Example 5 66 7.27.2 OO XX 실시예6Example 6 66 8.28.2 OO XX 실시예7Example 7 66 9.29.2 OO XX

실시예Example 8~15:  8 to 15: 혐기소화조슬러지와Anaerobic digester sludge and 고단백 폐기물 혼합액의 F/M 비에 따른 수소생산율의 변화 Change of hydrogen production rate according to F / M ratio of high-protein waste mixture

혐기소화조슬러지를 열처리한 후, 고단백 폐기물과 F/M 비가 각 4, 9가 되도록 혼합하였다. 또한 상기 제조된 혼합액을 각 실시예의 하기 표 4 조건에 따라 50℃에서 혐기성 암발효 하였다. 본 실시예와 실시예 1~4를 통하여 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 F/M비 에 따른 수소생산율의 변화를 알아볼 수 있다.After anaerobic digester sludge was heat treated, the high protein waste and F / M ratio were mixed so that the ratio was 4 and 9, respectively. The thus-prepared mixed solution was anaerobically fermented at 50 캜 according to the conditions shown in Table 4 below. Through the present embodiment and Examples 1 to 4, the change of the hydrogen production rate according to the F / M ratio of the anaerobic digester sludge and the high-protein waste mixture can be determined.

F/M 비F / M ratio 혼합액의 pHThe pH of the mixed solution 진탕 유무Presence or absence of binge 헤드스페이스에의 이산화탄소 존재 여부The presence of carbon dioxide in the headspace 실시예8Example 8 44 8.28.2 OO XX 실시예9Example 9 44 8.28.2 OO OO 실시예10Example 10 44 8.28.2 XX XX 실시예11Example 11 44 8.28.2 XX OO 실시예12Example 12 99 8.28.2 OO XX 실시예13Example 13 99 8.28.2 OO OO 실시예14Example 14 99 8.28.2 XX XX 실시예15Example 15 99 8.28.2 XX OO

시험예Test Example 1~4 :  1 to 4: 혐기소화조슬러지의Anaerobic digester sludge 열처리 유무에 따른 수소생산율의 변화 Change of Hydrogen Production Rate with and Without Heat Treatment

도 1은 비교예 1~4의 (A) 누적 수소 생산량, (B) 누적 메탄 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량을 나타낸다. 또한 ◆는 pH 7.2 조건을, ◇는 pH 8.2 조건을, ■는 pH 9.2 조건을, □는 pH 10.2 조건을 각 나타낸다.1 shows (A) cumulative hydrogen production, (B) cumulative methane production, and (C) cumulative carbon dioxide production in Comparative Examples 1 to 4. Also, ◆ indicates the pH 7.2 condition, ◇ indicates the pH 8.2 condition, ■ indicates the pH 9.2 condition, and □ indicates the pH 10.2 condition.

본 비교예의 (A)를 살펴보면, 메탄 생성 세균이 활성화 되지 못하는 50시간 이전까지는 거의 선형으로 수소가 생산되다가, 메탄 생성 세균에 의하여 메탄이 생성되기 시작하는 50시간 이후부터는 수소의 생성이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 혐기소화조슬러지의 메탄 생성 세균이 수소를 사용하여 메탄을 생성하는 세균(hydrogenotrophic methanogen)이기 때문인 것으로 추측된다. As shown in (A) of the present comparative example, hydrogen production is almost linear until about 50 hours before the methanogenic bacteria are not activated, and hydrogen production is reduced from 50 hours after methane-producing bacteria start to produce methane Can be confirmed. This is presumably because the methanogenic bacteria of the anaerobic digester sludge are hydrogenotrophic methanogens that produce hydrogen using hydrogen.

또한 본 비교예의 (B)에서 메탄 생성 세균의 활성이 좋은 pH 7.2와 pH 8.2 조건을 살펴보면, 헤드스페이스 내의 이산화탄소가 존재하지 않는 환경이라도, 메탄이 생성되는 결과를 확인할 수 있다. 이는 배양액에 녹아있는 이산화탄소를 이용하여, 메탄 생성이 가능하기 때문인 것으로 추측된다. 본 결과를 통해, 고단백 기질을 이용한 발효의 경우에는 다른 기질을 이용한 경우와 달리 메탄 생성의 효율이 매우 높다는 결론을 내릴 수 있다. Also, the pH 7.2 and pH 8.2 conditions of the methanogenic bacterium in this comparative example (B) show that methane is generated even in an environment where no carbon dioxide is present in the headspace. This is presumably because methane production is possible by using carbon dioxide dissolved in the culture solution. From these results, it can be concluded that the efficiency of methane production is very high in case of fermentation using high protein substrate, unlike the case of using other substrate.

반면 메탄 생성 세균의 대사 활성이 저해되는 pH 9.2와 pH 10.2 조건에서는 메탄이 검출되지 않고, 적은 양의 수소가 생성되는 것은 확인할 수 있다. 이러한 결과는 고단백 기질을 이용한 수소생산의 경우에는 이산화탄소 제거기를 이용한 이산화탄소의 제거가 메탄 생성을 억제시켜 수소생산을 증진시키기에 충분하지 못하다는 것을 의미한다.On the other hand, methane is not detected in the pH 9.2 and pH 10.2 conditions where the metabolic activity of the methanogenic bacteria is inhibited, and a small amount of hydrogen is produced. These results suggest that the removal of carbon dioxide using a carbon dioxide remover is not enough to inhibit methane production and promote hydrogen production in the case of hydrogen production using high - protein substrates.

따라서 고단백 기질을 이용하여 효율적인 수소생산을 하기 위해서는, 메탄 생성 세균의 활성을 저해하면서, 수소 생성 세균의 대사 활성을 방해하지 않는 방법을 사용해야 한다는 결론을 도출시킬 수 있다. 이때, 혼합액의 pH를 높은 수준으로 유지하는 방법은 본 실시예의 (A)에서 보는 바와 같이 수소 생산 세균의 대사 활성을 함께 저해하는 것으로 보아, 적절한 방법은 아님을 확인할 수 있다. 이에 메탄 생성 세균의 활성만을 특이적으로 저해하기 위해서는, 포자를 형성하지 못하는 메탄 생성 세균의 특성을 이용하여, 열처리를 통해 메탄 생성 세균 제거하여야 함을 알 수 있다.Therefore, in order to produce hydrogen efficiently using a high-protein substrate, it can be concluded that a method that inhibits the activity of the methanogenic bacteria and does not interfere with the metabolic activity of the hydrogen-producing bacteria can be concluded. At this time, the method of maintaining the pH of the mixed solution at a high level inhibits the metabolic activity of the hydrogen-producing bacteria as shown in (A) of the present example, which is not an appropriate method. In order to specifically inhibit only the activity of the methanogenic bacteria, it is necessary to remove the methanogenic bacteria by heat treatment using the characteristics of the methanogenic bacteria that can not form spores.

실시예 1~4에서는 혐기소화조슬러지를 열처리한 후, 고단백 폐기물과 혼합하여 혐기성 암발효 하였다. 도 2는 실시예 1~4의 (A) 누적 바이오가스(biogas) 생산량, (B) 누적 수소 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량, (D) 누적 메탄 생산량을 나타낸다. 또한 ●는 NTS 조건을, ○는 TS 조건을, ▲는 NTNS 조건을, △는 TNS 조건을 각 나타낸다.In Examples 1 to 4, the anaerobic digester sludge was heat-treated and then mixed with high-protein waste to anaerobically ferment the same. 2 shows cumulative biogas production (A), cumulative hydrogen production (C), cumulative carbon dioxide production (D), and cumulative methane production (A) in Examples 1 to 4. Also,  indicates the NTS condition, ◯ indicates the TS condition, ▴ indicates the NTNS condition, and △ indicates the TNS condition.

실시예 1~4에서 측정된 데이터를 통해 계산된 유도기 기간(λ), 최대 수소 생산율 (Rm), 수소생산 잠재력 (P), 휘발성고형물 당 수소생산율을 하기 표 5에 나타내었다.The induction period (λ), maximum hydrogen production rate (R m ), hydrogen production potential (P), and hydrogen production rate per volatile solids calculated from the data measured in Examples 1 to 4 are shown in Table 5 below.

실험조건
Experimental conditions
변수variable
λ (h)? (h) Rm (ml/h)R m (ml / h) P (ml)P (ml) H2 생산율
(ml/g VS)
H 2 production rate
(ml / g VS)
r2 r 2
TSTS 28.528.5 2.82.8 227227 216.2216.2 0.990.99 NTSNTS 2525 33 260260 247.6247.6 0.990.99 TNSTNS 3535 1.21.2 59.559.5 56.756.7 0.980.98 NTNSNTNS 3030 1.41.4 6363 6060 0.990.99

본 시험예들을 통하여, 혐기소화조슬러지의 열처리 과정이, 메탄 생성 세균의 활성을 저해하면서도 수소 생성 세균의 대사 활성을 방해하지 않는, 뛰어난 방법임을 확인 할 수 있다. 본 시험예의 결과 중 TS 조건 NTS 조건에서 확인 되는 수소 생산율은, 현재까지 보고된 단백질을 기질로 이용한 수소생산 방법 중 가장 뛰어난 것이다. 그 중에서도 NTS 조건에서의 배양이 가장 높은 수소 생산율을 보인다. 또한 이산화탄소의 존재 여부에 비하여 진탕을 하였는지 여부에 따라 수소 생산율 차이가 더 크게 발생함을 확인할 수 있다. 또한 도 2의 (C)에서 보는 바와 같이, TS와 NTS 조건에서 모두 헤드스페이스 내의 이산화탄소가 존재하지 않는 것으로 나타났다. 이는 80% 수산화나트륨 수용액을 통한 헤드스페이스 내의 이산화탄소 제거 방법이 매우 효과적임을 말해준다.
Through these test examples, it can be confirmed that the heat treatment process of the anaerobic digester sludge is an excellent method that inhibits the activity of the methanogenic bacteria and does not interfere with the metabolic activity of the hydrogen producing bacteria. Among the results of this test example, the hydrogen production rate confirmed under the TS condition NTS is the best hydrogen production method using the protein reported so far as a substrate. Among them, cultivation under NTS condition shows the highest hydrogen production rate. In addition, it can be confirmed that the difference in hydrogen production rate is greater depending on whether or not shaking is performed as compared with the presence of carbon dioxide. Also, as shown in FIG. 2 (C), it was found that no carbon dioxide was present in the headspace under both the TS and NTS conditions. This suggests that the carbon dioxide removal method in the headspace with 80% aqueous sodium hydroxide solution is very effective.

시험예Test Example 5~7 : 혼합액의  5 to 7: pHpH 에 따른 수소생산율의 변화Of hydrogen production rate

도 3은 실시예 5~7의 (A) 누적 수소 생산량, (B) 누적 메탄 생산량을 나타낸다. 또한 ◆는 pH 7.2 조건을, ◇는 pH 8.2 조건을, ■는 pH 9.2 조건을 각 나타낸다.3 shows (A) cumulative hydrogen production and (B) cumulative methane production in Examples 5-7. Also, ◆ indicates pH 7.2, ◇ indicates pH 8.2, and ■ indicates pH 9.2.

실시예 5~7에서 측정된 데이터를 통해 계산된 유도기 기간(λ), 최대 수소 생산율 (Rm), 수소생산 잠재력 (P), 휘발성고형물 당 수소생산율을 하기 표 6에 나타내었다.The induction period (λ), the maximum hydrogen production rate (R m ), the hydrogen production potential (P) and the hydrogen production rate per volatile solids calculated from the data measured in Examples 5 to 7 are shown in Table 6 below.

실험조건
Experimental conditions
변수variable
λ (h)? (h) Rm (ml/h)R m (ml / h) P (ml)P (ml) H2 생산율
(ml/g VS)
H 2 production rate
(ml / g VS)
r2 r 2
pH 7.2pH 7.2 135135 2.42.4 5656 53.353.3 0.770.77 pH 8.2pH 8.2 6.56.5 33 227227 216.2216.2 0.990.99 pH 9.2pH 9.2 1818 1.11.1 65.365.3 62.262.2 0.980.98

본 시험예들에 의하면, 혼합액의 pH 조절에 따라 수소 생산율의 차이가 발생함을 알 수 있으며, 또한 pH 8.2 조건의 시험예가 가장 높은 수소 생산율을 보임을 확인할 수 있다.
According to these test examples, it can be seen that the difference in the hydrogen production rate is caused by the pH control of the mixed solution, and the test example of the pH 8.2 condition shows the highest hydrogen production rate.

시험예Test Example 8~15 :  8 to 15: 혐기소화조슬러지와Anaerobic digester sludge and 고단백 폐기물 혼합액의 F/M 비에 따른 수소생산율의 변화 Change of hydrogen production rate according to F / M ratio of high-protein waste mixture

실시예 8~15의 (A) 누적 생물학적 가스 생산량, (B) 누적 수소 생산량, (C) 누적 이산화탄소 생산량, (D) 누적 메탄 생산량을 측정하여 F/M 비가 4인 경우를 도 4에, F/M 비가 9인 경우를 도5에 각 나타내었다. 도 4 및 도 5의, ●는 NTS 조건을, ○는 TS 조건을, ▲는 NTNS 조건을, △는 TNS 조건을 각 나타낸다.FIG. 4 shows the case where the F / M ratio is 4 and F (cumulative amount of methane production) by measuring the cumulative biological gas production amount, the cumulative hydrogen production amount, the cumulative carbon dioxide production amount and the cumulative methane production amount of Examples 8 to 15, / M ratio of 9 is shown in Fig. In Figs. 4 and 5,  indicates the NTS condition, ◯ indicates the TS condition, ▴ indicates the NTNS condition, and Δ indicates the TNS condition.

또한 실시예 8~15에서 측정된 데이터를 통해 계산된 유도기 기간(λ), 최대 수소 생산율 (Rm), 수소생산 잠재력 (P), 휘발성고형물 당 수소생산율을 F/M 비가 4인 경우 하기 표 7에, F/M 비가 9인 경우 하기 표 8에 나타내었다.In addition, in the case where the F / M ratio is 4, the induction period (λ), the maximum hydrogen production rate (R m ), the hydrogen production potential (P), and the hydrogen production rate per volatile solids calculated from the data measured in Examples 8 to 15, 7, and an F / M ratio of 9 is shown in Table 8 below.

실험조건
Experimental conditions
변수(F/M 비=4)Variable (F / M ratio = 4)
λ (h)? (h) Rm (ml/h)R m (ml / h) P (ml)P (ml) H2 생산율
(ml/g VS)
H 2 production rate
(ml / g VS)
r2 r 2
TSTS 88 1.61.6 8686 81.981.9 0.980.98 NTSNTS 1111 0.90.9 105105 100100 0.960.96 TNSTNS 3232 0.80.8 9595 90.590.5 0.990.99 NTNSNTNS 3030 0.80.8 7171 67.667.6 0.990.99

실험조건
Experimental conditions
변수(F/M 비=9)Variable (F / M ratio = 9)
λ (h)? (h) Rm (ml/h)R m (ml / h) P (ml)P (ml) H2 생산률
(ml/g VS)
H 2 production rate
(ml / g VS)
r2 r 2
TSTS 1818 2.32.3 135135 128.6128.6 0.980.98 NTSNTS 2828 3.13.1 100100 95.295.2 0.890.89 TNSTNS 3232 1.41.4 6161 58.158.1 0.990.99 NTNSNTNS 3232 1.81.8 5555 52.452.4 0.900.90

본 시험예들과 시험예 1~4의 상기 표 5에 의하면, F/M 비의 조절에 따라 수소 생산율의 차이가 발생함을 알 수 있으며, 또한 F/M 비가 6인 조건이 가장 높은 수소 생산율을 보임을 확인할 수 있다.
According to these test examples and the above Table 5 of Test Examples 1 to 4, it can be seen that a difference in hydrogen production rate occurs due to the adjustment of the F / M ratio, and the condition where the F / M ratio is 6 is the highest hydrogen production rate As shown in Fig.

Claims (14)

혐기소화조슬러지를 열처리하는 단계;
상기 열처리된 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물의 혼합액을 제조하는 단계; 및
상기 제조된 혼합액을 어두운 곳에서 배양함으로써 혐기성 암발효 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효를 이용한 수소생산 방법.
Heat treating the anaerobic digester sludge;
Preparing a mixture of the heat-treated anaerobic digester sludge and high-protein waste; And
And fermenting the anaerobic cancer by culturing the prepared mixed solution in a dark place
(METHOD OF PRODUCING HYDROGENIC WASTE WATER BY USING ANTERIOR LIQUID FERMENTATION).
제1항에 있어서,
상기 혐기소화조슬러지를 열처리하는 단계는, 혐기소화조슬러지를 40~60℃에서 24-72시간 동안 배양 한 뒤, 100~110℃에서 1~2시간 동안 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment of the anaerobic digester sludge is performed by incubating the anaerobic digester sludge at 40 to 60 ° C for 24 to 72 hours and then heating at 100 to 110 ° C for 1 to 2 hours
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 고단백 폐기물은 고단백 음식폐기물, 고단백 하수폐기물, 고단백 농산폐기물, 고단백 축산폐기물, 고단백 산업폐기물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the high-protein waste is selected from high-protein food waste, high-protein sewage waste, high-protein agricultural wastes, high-protein animal wastes, high-protein industrial wastes
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 열처리된 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 혼합비율은, F/M 비가 4~9가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the mixing ratio of the heat-treated anaerobic digester sludge to the high-protein waste mixture is such that the F / M ratio is 4 to 9
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제4항에 있어서,
상기 열처리된 혐기소화조슬러지와 고단백 폐기물 혼합액의 혼합비율은, F/M 비가 6이 되도록 혼합 하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
5. The method of claim 4,
The mixing ratio of the heat-treated anaerobic digester sludge to the high-protein waste mixture is such that the F / M ratio is 6
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 혼합액의 pH를 7.0~9.0으로 유지하면서 수행하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of fermenting the mixed solution with anaerobic cancer is performed while maintaining the pH of the mixed solution at 7.0 to 9.0
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제6항에 있어서,
상기 혼합액의 pH를 8.2로 유지하면서 수행하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 6,
And the pH of the mixed solution is maintained at 8.2.
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 배양 온도를 40~60℃로 유지하면서 수행하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of fermenting the mixed solution with anaerobic culture is carried out while maintaining the culture temperature at 40 to 60 ° C
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제8항에 있어서,
상기 배양 온도는, 48~52℃로 유지하면서 수행하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the culturing temperature is maintained at 48 to 52 캜.
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 진탕 배양하는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the step of fermenting the mixed solution with anaerobic cancer is carried out by shaking culture
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제10항에 있어서,
상기 진탕은, 분당 100~200회전의 진탕 배양기를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
11. The method of claim 10,
Characterized in that the shaking is carried out using a shaking incubator at 100 to 200 revolutions per minute
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 혼합액을 혐기성 암발효 하는 단계는, 반응기의 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경을 조성하여 수행되는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of fermenting the mixed solution with anaerobic cancer is performed by forming an environment in which no carbon dioxide is present in the head space of the reactor
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제12항에 있어서,
상기 반응기의 헤드스페이스에 이산화탄소가 존재하지 않는 환경은, 70~80% (W/W) 수산화나트륨 수용액이 담긴 용기를 반응기의 헤드스페이스에 연결함으로써 조성되는 것을 특징으로 하는
고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
13. The method of claim 12,
The environment in which no carbon dioxide is present in the head space of the reactor is characterized by connecting a container containing an aqueous solution of 70 to 80% (W / W) sodium hydroxide to the head space of the reactor
(Method of Hydrogen Production by Fermentation of Anaerobic Cancer of High - Protein Waste.
제1항에 있어서,
상기 혐기소화조슬러지에는,
클로스트리듐 비펄멘탄스(Clostridium bifermentans), 클로스트리듐 뷰티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리듐 티로뷰티리쿰(Clostridium tyrobutyricum), 클로스트리듐 베이제린크키(Clostridium beijerinckii), 클로스트리듐 아세토뷰티리쿰(Clostridium acetobutylicum), 엔테로박터 에어로케네스(Enterobacter aerogenes), 엔테로박터 클로아카에(Enterobacter cloacae), 시트로박터 인터메디어스(Citrobacter intermedius), 시트로박터 프레운디(Citrobacter freundii), 클레브시엘라 프네우모니아에(Klebsiella pneumoniae), 테모토가 네아폴리타나(Themotoga neapolitana), 바실러스 코아굴란스(Bacillus coagulans) 및 바실러스 메가테륨(Bacillus megaterium) 로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 세균이 포함되고,
상기 혐기성 암발효 시키는 단계는, 혐기소화조슬러지에 포함된 상기 세균에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고단백 폐기물의 혐기성 암발효에 의한 수소생산 방법.
The method according to claim 1,
In the anaerobic digester sludge,
Clostridium bifermentans , Clostridium butyricum), Clostridium tee Beauty rikum (Clostridium tyrobutyricum), Clostridium Bay jerin keuki (Clostridium beijerinckii ), clostridium acetobutyricum acetobutylicum ), Enterobacter aerogenes ), Enterobacter cloacae , Citrobacter < RTI ID = 0.0 > intermedius , Citrobacter freundii , Klebsiella < RTI ID = 0.0 > pneumoniae , < RTI ID = 0.0 > Themotoga neapolitana , Bacillus coagulans) and Bacillus Mega teryum (Bacillus megaterium , and the like.
Wherein the step of fermenting the anaerobic canal is performed by the bacteria contained in the anaerobic digestion tank sludge.
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