소화하다

Digestate
혼합 생활폐기물에서 생성된 산성소화제

다이제스트레이트는 생분해성 사료 원료의 혐기성 소화(저산소 조건에서 분해) 후 남은 물질이다. 혐기성 소화는 소화제와 생물가스의 두 가지 주요 생산물을 생산한다. 다이제스트는 산성유전증과 메타노제전증 둘 다에 의해 생성되며 각각 다른 특성을 가지고 있다. 이러한 특성은 공정 자체뿐만 아니라 원래의 공급원료에서 기인한다.

공급 원료 소화

혐기성 소화는 다양한 종류의 사료용품을 사용할 수 있는 다용도 과정이다. 피드스탁의 예는 다음과 같다.

  • 오수슬러지: 액체슬러지, 미처리 오수슬러지, 퇴비쓰러지, 석회처리 슬러지.
  • 동물 폐기물: 동물성 지방, 동물성 혈액, 음식물 잔해, 위 내용물, 루멘 내용물, 동물 사체, 가금류, 생선, 가축 분뇨.
  • 에너지 작물: 보통 옥수수, 옥수수, 밀레, 클로버. 이것은 공동 소화제 또는 이러한 작물의 수확으로 인한 폐기물(줄기 및 줄기)으로 사용되는 전체 작물일 수 있다.
  • 도시 폐기물: 음식물 쓰레기, 커피/차 필터, 유기농 찌꺼기, 빵집 쓰레기, 주방 쓰레기.
  • 농업 폐기물: 과일, 당밀, 줄기, 식물 빨대, 바가세(설탕카인이나 수수 줄기를 으깬 후 다시 담근다).
  • 산업 폐기물: 음식물류/음식물류 처리 폐기물, 유제품 폐기물, 전분/당류 산업 폐기물, 도축장 폐기물, 양조장 폐기물.[1]

이것들은 혐기성 소화가 일어날 수 있는 다른 원천들 중 일부일 뿐이다. 생산된 소화제의 화학적 구성은 어떤 공급 원료를 사용하느냐에 따라 달라질 수 있다. 오수슬러지와 동물 배설물은 일반적으로 사람 또는 동물 내부에서 먼저 소화되는 원래의 에너지원(식품)으로 인해 에너지 함량이 소비되는 경우가 대부분이다. 이를 통해 오수 슬러지와 동물 거름이 다른 사료와 함께 공동 소화될 수 있어 생물가스 생산량 증가뿐만 아니라 농업용으로 더 좋은 소화를 생산할 수 있다.[2]

혐기성 소화 과정

유기물질의 혐기성 소화는 주로 효소 가수분해(대형 중합체를 작은 분자로 분해), 산성제네시스(산성형성), 아세토제네시스(아세트산생산), 메타노제네시스(CH생산4)의 4단계로 구성된다. 다이제스트는 산성유전증과 메타노제전증 둘 다에 의해 생성되며 각각 다른 특성을 가지고 있다.[1]

산성소화효소화효소

이 단계에서 산화세균은 가수분해 제품을 포함한 수용성 화학물질을 거식성, 아세트성, 프로피온성, 부티온성, 펜타노성, 메탄올, 에탄올, 알데히드, 이산화탄소, 수소 등의 알코올로 전환한다. 암모니아와 황화수소는 다른 산성 생성의 산물이다. 이 박테리아는 4.0에서 8.5까지 pH 범위에서 활동한다. 이 과정은 또한 시간이 지남에 따라 생물분해제 내부의 pH를 낮춤으로써 미생물이 제 기능을 하지 못하게 할 수 있다. 이러한 이유로 pH를 주의 깊게 감시해야 한다.[2]

산도생식은 혐기성 소화의 초기 단계라 섬유질이 많고 리닌, 셀룰로오스 등 구조 식물 물질로 구성된 소화를 남기면서 유기 물질의 대부분이 완전히 분해되지 않았다. 따라서 고체소화라고 하는 경우가 많다. digestate)라고 하는 경우가 많다. 산성소화제는 수분 보유 특성이 높다. 소화물은 또한 미네랄(주로 인)과 박테리아의 잔해를 포함할 수 있다.

메타노제소화효소

메타노제시스는 혐기성 소화의 마지막 단계다. 이 단계 동안 메탄 유발 아르케아는 아세토제네시스 동안 생성된 기질로부터 메탄을 생산한다. 이 기판은 주로 아세테이트와 수소가 있다. 메타노제시스는 또한 박테리아를 발효시키는 것과 시너지 메탄 유발 경로인 메타노균 고고학의 협력을 바탕으로 다른 신진대사를 이용하여 발생할 수 있다. 주로 클로스트리디아 등급에 속하는 신폐성 메탄겐균 박테리아는 아세테이트를 수소와 CO로2 산화시켜 메탄겐에 대한 수소영양성 아르케아에 의해 연속적으로 착취된다. 메탄 유발 미생물은 pH 변화에 상당히 민감하며 종에 따라 5.0~8.5의 범위를 선호한다.[2] 이러한 이유로 일부 생물분해제에서는 최적의 생물가스 생산을 위해 혐기성 소화 단계의 챔버가 분리된다.

이쯤 되면 대부분의 유기 물질은 슬러지로 알려진 메탄젠성 소화제(주로도 술이나 액체 소화제로도 불린다)를 남기고 분해되었다. 슬러지는 암모늄과 칼륨과 같은 영양소가 풍부하다. 이 단계의 또 다른 부산물은 메탄인데, 메탄은 종종 수집되어 연료원으로 사용된다.

전체소화효소

산성소화제의 섬유소화(고체분수)가 메탄소화물의 주류소화제(액체분수)와 결합해 전체 소화를 만드는 것이다. 이 두 다이제스트의 조합은 슬러지 형태로 구성되어 있다. 액체분수는 체적별 소화가 90%까지 이루어지며, 2~6%의 건조물, 2~6%의 입자, 1.2mm의 크기, 대부분의 수용성 질소 및 칼륨을 함유하고 있으며, 고체분수는 소화가 되는 인의 대부분을 보존하고 있으며, 건조물 함량 ˃[3] 15%를 함유하고 있다.

이 두 가지를 전체 소화제로 결합하면 농업 활동에 유용할 수 있는 광범위한 영양소의 가용성을 높일 수 있다. 일부 혐기성 바이오디게이터에는 소화실이 하나만 있어 이 두 디지타이트가 추가 개입 없이 스스로 혼합될 수 있다.

특성 소화

농업 용도에 사용될 때 소화 품질을 평가하기 위한 주요 변수로는 pH, 영양소, 총 고형분(TS), 휘발성 고형분(VS), 총 탄소(TC) 등이 있다. 이 품질은 공급원료와 혐기성 디게스터 시스템의 유형에 따라 달라진다.[3] 일반적으로 소화제의 암모니아 함량은 전체 질소 함량의 약 60~80%를 차지하지만, 주방 음식물 쓰레기와 같은 공급 원료의 경우 99%까지 높을 수 있다. 소화산염도 퇴비보다 인과 칼륨 농도가 높은 것으로 보고됐다. 평균 P 대 K 비율은 약 1:3이다. 이 모든 것들이 소화를 통해 특정 작물의 농업용 토양 개정에 잠재적으로 가능한 원천으로 만든다.[4]

사용하다

소화제의 주요 용도는 토양 촉진제로서 사용된다.[5] 산성성 소화제는 토양에 수분 보유와 유기농 함량을 제공한다. 이 유기물은 토양에서 에어로빅적으로 더 분해될 수 있다. 메탄젠성 소화제는 식물의 성장을 위한 영양분을 제공한다. 그것은 또한 침식으로부터 토양을 보호하는 데 사용될 수 있다.

산성을 유발하는 소화제는 복합 플라스틱에 구조를 제공하는 환경 친화적인 필러로도 사용될 수 있다.

혼합 폐기물에서 유래한 소화물에 대한 성장 실험이 농작물의 건강한 성장 결과를 보여주었다.[6] 소화제는 식물의 집중적인 온실 재배에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 디지포닉(digeponics)과 같은 식물의 집중적인 온실 재배에도 사용될 수 있다.

또한 고체 및 액체 소화물은 모두 수경작물 생산에 사용되는 것으로 밝혀졌다. 여러 연구에서 수경재배 및 무염기질 생장에 사용되는 표준 재배 관행에 비해 소화가 여러 농작물에 걸쳐 유사하거나 더 높은 수확량을 생산할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[7][8][9]

소화제의 적용은 식물 질병과 저항 유도를 억제하는 것으로 나타났다. 소화 작용은 토양에서 태어난 질병에 직접적인 영향을 미치고, 생물학적 활동의 자극에 의한 간접적인 영향을 미친다.

소화제 및 퇴비

다이제스트레이트는 물리 및 화학적 특성에서 유사하지만 기술적으로 퇴비가 아니다. 퇴비는 에어로브에 의한 에어로빅 소화를 분해하여 만들어진다. 이것은 리닌과 셀룰로오스를 더 크게 분해할 수 있는 곰팡이와 박테리아를 포함한다.

예를 들어 초음파에 의한 치료는 용액으로 방출되는 수용성 화학적 산소 요구량(sCOD), 수용성 총 유기 탄소(sTOC), 수용성 총 질소(sTN)의 증가된 수준에 의해 측정된 것처럼 소화물의 용해화를 강화하는 것으로 나타났다.[10]

다이제스트 표준

혐기성 소화에 의해 생성되는 소화물의 기준은 화학적, 생물학적, 물리적 측면의 세 가지 기준으로 평가할 수 있다. 화학적 품질은 중금속과 기타 무기물 오염물질, 지속성 유기 화합물 및 질소, 인, 칼륨과 같은 매크로 원소의 함량 측면에서 고려할 필요가 있다. 그 근원에 따라 생물학자는 병원균을 포함할 수 있으며, 적절히 관리하지 않으면 인간, 동물, 식물 질병이 확산될 수 있다.

퇴비의 물리적 기준은 주로 외모와 악취 요인을 포함한다. 물리적 오염이 사람, 식물 또는 동물의 건강에 문제를 일으키지는 않지만, (플라스틱, 금속, 세라믹의 형태로) 오염은 부정적인 대중의 인식을 유발할 수 있다. 퇴비가 품질이 우수하고 모든 기준을 충족한다고 해도 폐기물 기반 퇴비에 대한 부정적 대중의 인식은 여전히 존재한다. 눈에 보이는 오염물질의 존재는 사용자들에게 이것을 상기시킨다.

공급 원료의 품질 관리는 품질 최종 제품을 보장하는 가장 중요한 방법이다. 현장에 도착하는 폐기물의 내용물과 품질은 공급되기 전에 가능한 철저하게 특성화되어야 한다.

영국에서는 PAS110(Public Available Specification, 일명 PAS110)이 소스 분리 생분해성 물질의 혐기성 소화에서 파생된 소화물의 정의를 지배한다.[11] 이 규격은 소화되는 모든 재료가 일관된 품질과 목적에 맞도록 보장한다. 바이오가스 공장이 기준을 충족하면 소화가 완전히 회복돼 폐기물이 중단된 것으로 간주해 '바이오페틸라이저'[12]라는 이름으로 판매할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b Chong, Chi Cheng; Cheng, Yoke Wang; Ishak, Syukriyah; Lam, Man Kee; Lim, Jun Wei; Tan, Inn Shi; Show, Pau Loke; Lee, Keat Teong (2022-01-10). "Anaerobic digestate as a low-cost nutrient source for sustainable microalgae cultivation: A way forward through waste valorization approach". Science of the Total Environment. 803: 150070. Bibcode:2022ScTEn.803o0070C. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.150070. ISSN 0048-9697. PMID 34525689. S2CID 237534329.
  2. ^ a b c Di Maria, Francesco (2017-01-01), Grumezescu, Alexandru Mihai; Holban, Alina Maria (eds.), "Chapter 3 - The Recovery of Energy and Materials From Food Waste by Codigestion with Sludge: Internal Environment of Digester and Methanogenic Pathway", Food Bioconversion, Handbook of Food Bioengineering, Academic Press, pp. 95–125, ISBN 978-0-12-811413-1, retrieved 2021-11-22
  3. ^ a b Aso, Sammy N. (2020-05-11). Digestate: The Coproduct of Biofuel Production in a Circular Economy, and New Results for Cassava Peeling Residue Digestate. IntechOpen. ISBN 978-1-83881-001-6.
  4. ^ Makádi, Marianna; Tomócsik, Attila; Orosz, Viktória (2012-03-14). Digestate: A New Nutrient Source - Review. IntechOpen. ISBN 978-953-51-0204-5.
  5. ^ 영국 토착 폐기물을 연료와 에너지로 전환하기 위한 기회 평가(보고서), NNFCC 09-012 웨이백머신 보관 2011-07-20
  6. ^ 소스 분리 요건에 대한 대응, www.alexmarshall.me.uk, 검색된 22.02.07
  7. ^ Ronga, Domenico; Pellati, Federica; Brighenti, Virginia; Laudicella, Katia; Laviano, Luca; Fedailaine, Maamar; Benvenuti, Stefania; Pecchioni, Nicola; Francia, Enrico (2018-12-01). "Testing the influence of digestate from biogas on growth and volatile compounds of basil (Ocimum basilicum L.) and peppermint (Mentha x piperita L.) in hydroponics". Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants. 11: 18–26. doi:10.1016/j.jarmap.2018.08.001. ISSN 2214-7861. S2CID 105386414.
  8. ^ Magpiecomms. "Novel uses for digestate: Protected horticulture". Conferences. Retrieved 2021-11-22.
  9. ^ Stoknes, K.; Scholwin, F.; Krzesiński, W.; Wojciechowska, E.; Jasińska, A. (2016-10-01). "Efficiency of a novel "Food to waste to food" system including anaerobic digestion of food waste and cultivation of vegetables on digestate in a bubble-insulated greenhouse". Waste Management. 56: 466–476. doi:10.1016/j.wasman.2016.06.027. hdl:10852/77673. ISSN 0956-053X. PMID 27425859.
  10. ^ Garoma, Temesgen; Pappaterra, Pappaterra (2018). "An investigation of ultrasound effect on digestate solubilization and methane yield". Waste Management. 71: 728–733. doi:10.1016/j.wasman.2017.03.021. PMID 28318963.
  11. ^ RAB 혐기성 소화 페이지
  12. ^ "UK's Official Information Portal on Anaerobic Digestion and Biogas, Digestate Standards Page". Archived from the original on 2011-02-12. Retrieved 2011-02-16.
  • 펑, 웨이 & 피바토 알베르토 (2019). 도시 고형폐기물과 음식물쓰레기의 유기적 분율에서 지구로의 대체와 순환경제 개념에 따른 지속가능한 소화관리 폐기물 및 바이오매스 용기화. 10. 10.1007/s12649-017-0071-2.

외부 링크