환경공학 12번 혐기성 소화 설명

혐기성 소화 과정: 단계별 설명 및 화학식

개요

혐기성 소화는 산소 없는 환경에서 유기물을 분해하여 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)를 생성하는 과정으로, 4단계로 나뉩니다: 가수분해, 산 생성, 초산 생성, 메탄 생성.

1. 가수분해 단계

고분자 유기물이 효소에 의해 저분자 화합물로 분해�됩니다.

• 미생물: *Clostridium*, *Bacteroides*.
• 조건: pH 6.0~7.0, 온도 30~55°C.
• 입력: 탄수화물, 단백질, 지질.
• 출력: 단당류, 아미노산, 지방산, 글리세롤.

화학식:

(C₆H₁₀O₅)ₙ + nH₂O → nC₆H₁₂O₆ (셀룰로오스 → 글루코오스)

Protein + H₂O → Amino acids

2. 산 생성 단계

저분자 화합물이 휘발성 유기산, 알코올, 가스로 전환됩니다.

• 미생물: *Lactobacillus*, *Streptococcus*.
• 조건: pH 5.5~6.5.
• 입력: 단당류, 아미노산, 지방산.
• 출력: 초산, 프로피온산, 에탄올, H₂, CO₂.

화학식:

C₆H₁₂O₆ → 2CH₃CH₂COOH + 2CO₂ + 2H₂ (글루코오스 → 프로피온산)

3. 초산 생성 단계

유기산과 알코올이 초산, 수소, CO₂로 전환됩니다.

• 미생물: *Syntrophobacter*, *Syntrophomonas*.
• 조건: pH 6.0~7.0, 낮은 H₂ 분압.
• 입력: 프로피온산, 부티르산, 에탄올.
• 출력: 초산, H₂, CO₂.

화학식:

CH₃CH₂COOH + 2H₂O → CH₃COOH + CO₂ + 3H₂ (프로피온산 → 초산)

4. 메탄 생성 단계

초산과 H₂, CO₂가 메탄과 CO₂로 전환됩니다.

• 미생물: *Methanobacterium*, *Methanosarcina*.
• 조건: pH 6.8~7.5.
• 입력: 초산, H₂, CO₂.
• 출력: CH₄, CO₂.

화학식:

CH₃COOH → CH₄ + CO₂ (초산 분해)

4H₂ + CO₂ → CH₄ + 2H₂O (수소 이용)

전반적 특징

• 가스: CH₄(60~70%), CO₂(30~40%).
• 활용: 바이오가스로 전기, 열 생산.
• 관리: pH, 온도, 독성 물질(암모니아, H₂S) 조절.

결론

혐기성 소화는 가수분해, 산 생성, 초산 생성, 메탄 생성의 4단계로 유기물을 분해하여 에너지를 회수합니다.

참고: 본 내용은 환경공학 및 혐기성 소화 문헌을 기반으로 작성되었습니다.