기질 농도에 따른 완전 혼합형 혐기성 반응조의 수소 및 유기산 생산 특성

Abstract

기질 농도가 연속 혐기성 발효 수소 생성에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 다양한 기질 농도에서 실험실 규모의 완전 혼합형 반응조를 운전하였다. 기질은 자당, 식종균으로는 열처리된 혐기성 슬러지를 이용하였으며 전체 운전 기간동안 수리학적 체류시간은 12시간으로 고정되었다. 초기 유입 기질 농도 30 g COD/L에서 31일의 적응기간을 거친 후 271일 동안 안정적인 수소 생성이 진행되었다. 수소 생성 효율은 유입 기질 농도에 따라 변하였으며, 30 g COD/L에서 가장 높은 수치를(1.09 mole H2/mole hexoseadded, 1.22 mole H2/mole hexoseconsumed, 7.65 L H2/L/day, 3.80 L H2/g VSS/day) 보였다. 유입 농도 20 g COD/L 이하에서는 탄수화물 분해 효율은 97% 이상으로 높았지만, 분해 기작의 변화 또는 생성된 수소의 소모 반응을 통해 분해된 기질 대비 수소 수율이 저하되었다. 유입 농도 35 g COD/L 이상에서는 분해된 기질 당 수소 수율은 1.00 mole H2/mole hexoseconsumed을 유지하였지만 과도한 부하로 인해 기질 분해 효율과 주입된 기질 당 수소 수율이 감소하였다. 대부분의 기질 농도에서 가장 양이 많은 부산물은 노말부티르산이었으며, 노말부티르산의 생성량과 수소 생성량은 선형 관계에 있었다. 또한 노말부티르산과 아세트산의 비는 분해된 육탄당 대비 수소 수율과 선형 관계에 있었다.