본 연구는 하수슬러지의 안정적 처리, 감량화 및 부산물로 바이오 가스를 생산하는 혐기성소화공정을 연구하였다. 또한 소화효율 증가를 위하여 폐지를 첨가하였고, 소화 기간을 단축하고자 전처리로 마이크로파를 이용하여 연구를 수행하였다. 마이크로파로 전처리한 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정에 앞서 첫째로 활성슬러지와 혐기성소화슬러지(접종액)의 비율 평가, 둘째로 활성슬러지와 폐지의 혼합비율의 평가를 통하여 최적의 혼합비를 이용하여 세 번째로 마이크로파 조사량에 따른 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정을 수행하였고, 그 결과를 통하여 최적의 조사량 및 혐기성소화 기간 단축 및 ...
본 연구는 하수슬러지의 안정적 처리, 감량화 및 부산물로 바이오 가스를 생산하는 혐기성소화공정을 연구하였다. 또한 소화효율 증가를 위하여 폐지를 첨가하였고, 소화 기간을 단축하고자 전처리로 마이크로파를 이용하여 연구를 수행하였다. 마이크로파로 전처리한 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정에 앞서 첫째로 활성슬러지와 혐기성소화슬러지(접종액)의 비율 평가, 둘째로 활성슬러지와 폐지의 혼합비율의 평가를 통하여 최적의 혼합비를 이용하여 세 번째로 마이크로파 조사량에 따른 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정을 수행하였고, 그 결과를 통하여 최적의 조사량 및 혐기성소화 기간 단축 및 메탄 발생량 증진에 대하여 평가 하였다. 본 연구에서 적용한 단상혐기성소화공정은 하수슬러지 등과 같이 쉽게 생분해되는 유기성폐기물을 혐기성소화처리 할 경우, 초기 가수분해와 산생성이 빠르게 진행되어 pH가 저하되고 메탄생성균의 활성을 저해할 우려가 있으므로 연구 수행과정 동안 알칼리도를 3000∼5000mg/L CaCO3로 조절 하여 연구를 수행하였다. 첫 번째로 활성슬러지와 혐기성소화슬러지를 1:1. 1:2, 1:3, 1:4 비율로 혼합하여 연구를 수행한 결과 혐기성소화 슬러지의 증가로 인해 TS가 증가 하였지만 TS가 증가 할수록 가수분해단계의 기간이 길어지고, 또한 유기물의 부하증가로 인해 TCOD, VS 제거율은 낮게 측정되었다. 입자상 유기물 용해도(POS)는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 각각 0.16%, 0.23%, 0.22%, 0.13%로 1:2의 혼합비가 가장 높게 나타났다. 두 번째로 활성슬러지와 폐지의 혼합비는 활성슬러지의 VS/L 대비 질량비로 폐지를 25%, 50%, 75% 비율로 혼합하여 연구를 수행하였다. 혐기성소화시 폐지의 혼합 비율이 높을수록 TS, VS 증가 및 제거율이 높았으며, TCOD, SCOD 또한 혼합 비율이 높을수록 제거율이 높았다. 이는 활성슬러지의 혐기성소화시 보다 약 2배 이상의 제거율을 보인 것이다. 이와 같은 결과는 폐지의 혼합으로 인해 C/N ratio를 개선시켜 증가한 것으로 사료된다. 활성슬러지에 마이크로파를 각각 2분, 4분, 6분 조사를 실시한 후 변화를 측정 하였고 그 결과는 다양하였다. pH의 범위는 5.95∼6.31의 범위로 약산성을 나타내었으며, TS의 경우 대조 슬러지에 비해 4분, 6분은 증가를 보였으나, 2분에서는 대조슬러지와 차이가 없었다. 결론적으로 조사시간이 4분때부터 변화를 나타내는 것으로 보여 진다. TCOD 와 SCOD는 크게 증가를 보였다. TCOD는 각각 2분은 5%, 4분은 28%, 6분은 32% 증가하였으며, SCOD 역시 2분은 41%, 4분은 233%, 6분은 250%로 증가한 것으로 측정되었다. 이는 마이크로파로 인하여 활성슬러지내 세포막 파괴 및 세포의 파괴를 유도하여 입자상 유기물질이 용해성 유기물질로의 전환과 미생물내 용해성 유기물질의 용출로 인하여 증가한 것으로 사료된다. 세 번째로 마이크로파로 전처리한 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화시 마이크로파의 영향으로 인해 TS, VS 모두 높은 제거율을 보였다. 각각 2분은 22.35%, 41.67%, 4분은 53.94%, 233.33% 6분은 59.37%, 250%로 측정되었다. TCOD, SCOD 또한 2분 109.52%,191.67%, 4분 128.57%, 194.87%, 6분122.22%, 185.71%의 제거율을 보였다. CH4 발생량은 4분, 6분 모두 운전 3일 이후부터 발생되었으며, 10일 까지 증가율을 보이다 이후부터 급격히 감소하였다. 4분대의 시료는 마이크로파로 조사하지 않은 시료 보다 2배 이상의 메탄 발생량을 보였다. 메탄 발생은 운전 10일부터 급격히 감소하기 시작하여 운전 20일 이후에는 발생량이 거의 없었다. 상기 연구결과를 종합적으로 기술하면, 활성슬러지와 혐기성소화 혼합비는 1:2의 비율이 가장 높은 용해도를 나타냈으며, 활성슬러지와 폐지의 혼합비율은 폐지의 비율이 증가 할수록 C/N ratio를 향상 시켜 혐기성반응 단계별의 안정적인 균형을 유지하며, 단독혐기성소화에 비하여 높은 용해도를 보였다. 또한 마이크로파 조사 후에는 마이크로파의 영향으로 인하여 율속단계의 제거에 따른 빠른 메탄 생성을 보여 혐기성소화 기간의 단축을 야기 시켰으며, 메탄 발생량 또한 약 2배 이상 증가를 보였다. 이와 같은 결과를 통하여 하수처리장의 하수슬러지 단독 혐기성소화공정에 폐지를 첨가하면 소화효율 증가를 야기 시킬 수 있고, 마이크로파로 전처리를 통하여 수리학적 체류시간의 단축 및 폐지의 처리비용 감소, 대체 에너지의 확보 등의 경제적 효과 등을 기대 할 수 있다.
본 연구는 하수슬러지의 안정적 처리, 감량화 및 부산물로 바이오 가스를 생산하는 혐기성소화공정을 연구하였다. 또한 소화효율 증가를 위하여 폐지를 첨가하였고, 소화 기간을 단축하고자 전처리로 마이크로파를 이용하여 연구를 수행하였다. 마이크로파로 전처리한 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정에 앞서 첫째로 활성슬러지와 혐기성소화슬러지(접종액)의 비율 평가, 둘째로 활성슬러지와 폐지의 혼합비율의 평가를 통하여 최적의 혼합비를 이용하여 세 번째로 마이크로파 조사량에 따른 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화공정을 수행하였고, 그 결과를 통하여 최적의 조사량 및 혐기성소화 기간 단축 및 메탄 발생량 증진에 대하여 평가 하였다. 본 연구에서 적용한 단상혐기성소화공정은 하수슬러지 등과 같이 쉽게 생분해되는 유기성폐기물을 혐기성소화처리 할 경우, 초기 가수분해와 산생성이 빠르게 진행되어 pH가 저하되고 메탄생성균의 활성을 저해할 우려가 있으므로 연구 수행과정 동안 알칼리도를 3000∼5000mg/L CaCO3로 조절 하여 연구를 수행하였다. 첫 번째로 활성슬러지와 혐기성소화슬러지를 1:1. 1:2, 1:3, 1:4 비율로 혼합하여 연구를 수행한 결과 혐기성소화 슬러지의 증가로 인해 TS가 증가 하였지만 TS가 증가 할수록 가수분해단계의 기간이 길어지고, 또한 유기물의 부하증가로 인해 TCOD, VS 제거율은 낮게 측정되었다. 입자상 유기물 용해도(POS)는 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 각각 0.16%, 0.23%, 0.22%, 0.13%로 1:2의 혼합비가 가장 높게 나타났다. 두 번째로 활성슬러지와 폐지의 혼합비는 활성슬러지의 VS/L 대비 질량비로 폐지를 25%, 50%, 75% 비율로 혼합하여 연구를 수행하였다. 혐기성소화시 폐지의 혼합 비율이 높을수록 TS, VS 증가 및 제거율이 높았으며, TCOD, SCOD 또한 혼합 비율이 높을수록 제거율이 높았다. 이는 활성슬러지의 혐기성소화시 보다 약 2배 이상의 제거율을 보인 것이다. 이와 같은 결과는 폐지의 혼합으로 인해 C/N ratio를 개선시켜 증가한 것으로 사료된다. 활성슬러지에 마이크로파를 각각 2분, 4분, 6분 조사를 실시한 후 변화를 측정 하였고 그 결과는 다양하였다. pH의 범위는 5.95∼6.31의 범위로 약산성을 나타내었으며, TS의 경우 대조 슬러지에 비해 4분, 6분은 증가를 보였으나, 2분에서는 대조슬러지와 차이가 없었다. 결론적으로 조사시간이 4분때부터 변화를 나타내는 것으로 보여 진다. TCOD 와 SCOD는 크게 증가를 보였다. TCOD는 각각 2분은 5%, 4분은 28%, 6분은 32% 증가하였으며, SCOD 역시 2분은 41%, 4분은 233%, 6분은 250%로 증가한 것으로 측정되었다. 이는 마이크로파로 인하여 활성슬러지내 세포막 파괴 및 세포의 파괴를 유도하여 입자상 유기물질이 용해성 유기물질로의 전환과 미생물내 용해성 유기물질의 용출로 인하여 증가한 것으로 사료된다. 세 번째로 마이크로파로 전처리한 활성슬러지와 폐지의 통합 혐기성소화시 마이크로파의 영향으로 인해 TS, VS 모두 높은 제거율을 보였다. 각각 2분은 22.35%, 41.67%, 4분은 53.94%, 233.33% 6분은 59.37%, 250%로 측정되었다. TCOD, SCOD 또한 2분 109.52%,191.67%, 4분 128.57%, 194.87%, 6분122.22%, 185.71%의 제거율을 보였다. CH4 발생량은 4분, 6분 모두 운전 3일 이후부터 발생되었으며, 10일 까지 증가율을 보이다 이후부터 급격히 감소하였다. 4분대의 시료는 마이크로파로 조사하지 않은 시료 보다 2배 이상의 메탄 발생량을 보였다. 메탄 발생은 운전 10일부터 급격히 감소하기 시작하여 운전 20일 이후에는 발생량이 거의 없었다. 상기 연구결과를 종합적으로 기술하면, 활성슬러지와 혐기성소화 혼합비는 1:2의 비율이 가장 높은 용해도를 나타냈으며, 활성슬러지와 폐지의 혼합비율은 폐지의 비율이 증가 할수록 C/N ratio를 향상 시켜 혐기성반응 단계별의 안정적인 균형을 유지하며, 단독혐기성소화에 비하여 높은 용해도를 보였다. 또한 마이크로파 조사 후에는 마이크로파의 영향으로 인하여 율속단계의 제거에 따른 빠른 메탄 생성을 보여 혐기성소화 기간의 단축을 야기 시켰으며, 메탄 발생량 또한 약 2배 이상 증가를 보였다. 이와 같은 결과를 통하여 하수처리장의 하수슬러지 단독 혐기성소화공정에 폐지를 첨가하면 소화효율 증가를 야기 시킬 수 있고, 마이크로파로 전처리를 통하여 수리학적 체류시간의 단축 및 폐지의 처리비용 감소, 대체 에너지의 확보 등의 경제적 효과 등을 기대 할 수 있다.
In this study, we have examined the processes of stable treatment and reduction of sewage sludge, and biogas production and anaerobic digestion as a byproduct. We have conducted this study by adding paper to increase the digestive efficiency and using microwave pretreatment to shorten the period of ...
In this study, we have examined the processes of stable treatment and reduction of sewage sludge, and biogas production and anaerobic digestion as a byproduct. We have conducted this study by adding paper to increase the digestive efficiency and using microwave pretreatment to shorten the period of digestion. Before the process of anaerobic co-digestion with microwave pretreated active sludge and waste paper, first, we have conducted an assessment of the ratio of active sludge and anaerobic digested sludge, and second, an assessment of the mixing ratio of active sludge and waste paper. Using the optimal ratio found from these assessments, we have performed the process of anaerobic co-digestion with active sludge and waste paper according to the microwave radiation levels. We have evaluated the optimal microwave radiation level, reduction of the anaerobic digestion period and the improvement of methane production by the results. In the single-stage anaerobic digestion process applied for this study, since there are concerns that pH could be decreased due to the rapid progress of initial hydrolysis and acid generation, and inhibit the activation of methanogens if we perform the anaerobic digestion process of biodegradable organic waste such as sewage sludge, we have adjusted the alkalinity at 3000 ~ 5000 mg/L CACO3 during the course of the study. According to the results of investigating activated sludge and anaerobic digested sludge mixed with the ratio of 1:1. 1:2, 1:3, 1:4, TS was increased due to the increase of anaerobic digested sludge while the period of hydrolysis stage is getting longer with increasing TS and TCOD, VS removal rate were found at a low level by measurement. Particulate organic solubilization(POS) was 0.16%, 0.23%, 0.22%, 0.13% respectively for 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 and the highest ratio was shown at the mixing ratio of 1:2. The mixing ratio of active sludge and waste paper is the mass ratio of the active sludge compared to VS/L, and the study was carried out by the mixing ratios of 25%, 50%, 75% with toilet paper. During the anaerobic digestion, as the mixing ratio of toilet paper was increased, we had higher increase and removal rates of TS/VS, and also higher TCOD/SCOD removal rates were shown as the mixing ratio was getting higher. The results of such increases can be considered that C/N ratio has been improved due to the mixture of toilet paper. After applying microwave radiation on activated sludge for 2, 4, and 6 minutes, we observed various changes. pH was showed as slightly acidic in the range of 5.95 to 6.31. Regarding TS, it showed increases for 4 and 6 minutes, and no difference for 2 minutes in contrast to the comparison sludge. In conclusion, we consider that it begins to show changes from 4 minutes of radiation. And there was no significant change in evaporation of active sludge. Also TCOD, were increased greatly. TCOD was increased by 5.66% for 2 minutes, 28.30% for 4 minutes, 32.07% for 6 minutes respectively, and SCOD was increased by 41.67% for 2 minutes, 233.33% for 4 minutes, and 250% for 6 minutes respectively. It is suggested that such increases were resulted from the conversion of particulate organic matter into soluble organic matter and the elution of soluble organic matter in microorganisms due to the destruction of cells and cell membranes in active sludge derived by the microwave radiation. During the integrated anaerobic digestion with microwave pretreated active sludge and waste paper, it has shown high TS and VS removal rates due to the effects of microwave. Respectively, they were measured as 22.35%, 41.67% for 2 minutes, 53.94%, 233.33% for 4 minutes, and 59.37%, 250% for 6 minutes. TCOD and SCOD removal rates were 109.52%, 191.67% for 2 minutes, 128.57%, 194.87% for 4 minutes, and 122.22%, 185.71% for 6 minutes. All for 2, 4, 6 minutes, CH4 emission was generated from 3 days after operation, increased up to 10 days and decreased rapidly. The sample for 4 minutes generated more than 2 times the quantity of the sample without microwave radiation. Methane generation began to decrease rapidly from 10 days after operation and there was few methane generation after 20 days of operation. Describing the above study results comprehensively, the mixing ratio of 1:2 showed the highest solubility for anaerobic digestion of the mixture of active sludge and waste paper. As the mixing ration of waste paper increases, it improves C/N ratio maintaining a stable balance of each anaerobic reaction stages and showing high solubility compared to the singe-stage anaerobic digestion. Due to The effect of microwaves, the removal of the hydrolysis stage results in the rapid methane production and the reduction of anaerobic digestion period showing the methane production approximately more than two times. These results show that the digestion efficiency can be increased by adding waste paper to the single-stage anaerobic digestion process of sewage sludge in the sewage treatment plant. Moreover, you can expect the economic benefits such as shortening the hydraulic retention time, reducing paper processing costs, and acquiring alternative energy through the microwave pretreatment.
In this study, we have examined the processes of stable treatment and reduction of sewage sludge, and biogas production and anaerobic digestion as a byproduct. We have conducted this study by adding paper to increase the digestive efficiency and using microwave pretreatment to shorten the period of digestion. Before the process of anaerobic co-digestion with microwave pretreated active sludge and waste paper, first, we have conducted an assessment of the ratio of active sludge and anaerobic digested sludge, and second, an assessment of the mixing ratio of active sludge and waste paper. Using the optimal ratio found from these assessments, we have performed the process of anaerobic co-digestion with active sludge and waste paper according to the microwave radiation levels. We have evaluated the optimal microwave radiation level, reduction of the anaerobic digestion period and the improvement of methane production by the results. In the single-stage anaerobic digestion process applied for this study, since there are concerns that pH could be decreased due to the rapid progress of initial hydrolysis and acid generation, and inhibit the activation of methanogens if we perform the anaerobic digestion process of biodegradable organic waste such as sewage sludge, we have adjusted the alkalinity at 3000 ~ 5000 mg/L CACO3 during the course of the study. According to the results of investigating activated sludge and anaerobic digested sludge mixed with the ratio of 1:1. 1:2, 1:3, 1:4, TS was increased due to the increase of anaerobic digested sludge while the period of hydrolysis stage is getting longer with increasing TS and TCOD, VS removal rate were found at a low level by measurement. Particulate organic solubilization(POS) was 0.16%, 0.23%, 0.22%, 0.13% respectively for 1:1, 1:2, 1:3, 1:4 and the highest ratio was shown at the mixing ratio of 1:2. The mixing ratio of active sludge and waste paper is the mass ratio of the active sludge compared to VS/L, and the study was carried out by the mixing ratios of 25%, 50%, 75% with toilet paper. During the anaerobic digestion, as the mixing ratio of toilet paper was increased, we had higher increase and removal rates of TS/VS, and also higher TCOD/SCOD removal rates were shown as the mixing ratio was getting higher. The results of such increases can be considered that C/N ratio has been improved due to the mixture of toilet paper. After applying microwave radiation on activated sludge for 2, 4, and 6 minutes, we observed various changes. pH was showed as slightly acidic in the range of 5.95 to 6.31. Regarding TS, it showed increases for 4 and 6 minutes, and no difference for 2 minutes in contrast to the comparison sludge. In conclusion, we consider that it begins to show changes from 4 minutes of radiation. And there was no significant change in evaporation of active sludge. Also TCOD, were increased greatly. TCOD was increased by 5.66% for 2 minutes, 28.30% for 4 minutes, 32.07% for 6 minutes respectively, and SCOD was increased by 41.67% for 2 minutes, 233.33% for 4 minutes, and 250% for 6 minutes respectively. It is suggested that such increases were resulted from the conversion of particulate organic matter into soluble organic matter and the elution of soluble organic matter in microorganisms due to the destruction of cells and cell membranes in active sludge derived by the microwave radiation. During the integrated anaerobic digestion with microwave pretreated active sludge and waste paper, it has shown high TS and VS removal rates due to the effects of microwave. Respectively, they were measured as 22.35%, 41.67% for 2 minutes, 53.94%, 233.33% for 4 minutes, and 59.37%, 250% for 6 minutes. TCOD and SCOD removal rates were 109.52%, 191.67% for 2 minutes, 128.57%, 194.87% for 4 minutes, and 122.22%, 185.71% for 6 minutes. All for 2, 4, 6 minutes, CH4 emission was generated from 3 days after operation, increased up to 10 days and decreased rapidly. The sample for 4 minutes generated more than 2 times the quantity of the sample without microwave radiation. Methane generation began to decrease rapidly from 10 days after operation and there was few methane generation after 20 days of operation. Describing the above study results comprehensively, the mixing ratio of 1:2 showed the highest solubility for anaerobic digestion of the mixture of active sludge and waste paper. As the mixing ration of waste paper increases, it improves C/N ratio maintaining a stable balance of each anaerobic reaction stages and showing high solubility compared to the singe-stage anaerobic digestion. Due to The effect of microwaves, the removal of the hydrolysis stage results in the rapid methane production and the reduction of anaerobic digestion period showing the methane production approximately more than two times. These results show that the digestion efficiency can be increased by adding waste paper to the single-stage anaerobic digestion process of sewage sludge in the sewage treatment plant. Moreover, you can expect the economic benefits such as shortening the hydraulic retention time, reducing paper processing costs, and acquiring alternative energy through the microwave pretreatment.
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