하수도 보급률의 증가로 하수슬러지량이 동시에 증가되고 있으며 하수슬러지는 해양투기로 많이 버려져 왔지만 현재에는 해양투기가 금지됨에 따라 이러한 문제점을 해결하기 위해 하폐수 처리과정에서 발생되는 슬러지는 감량화가 이루어지는 것이 필요하다. 본 논문에서는 슬러지 감량화를 위해 초음파에너지를 조사한 전처리시설을 갖춘 혐기시스템을 활용하였다. 여기서 초음파 방법과 수리동력학 방법을 조합하여 캐비테이션을 이용하는 두 방법의 장점을 극대화하고 단점을 줄일 수 있는 시스템을 개발 하였으며 이를 적용하였을 때 혐기성 소화조의 소화가스 발생 증가와 슬러지 감량을 조사하고 경제성을 분석하였다. 연구에 사용된 슬러지는 서울 N 하수처리장의 2처리장에서 발생하는 혼합슬러지로 일일 발생유량은 각각 801 m3/일이며, ...
하수도 보급률의 증가로 하수슬러지량이 동시에 증가되고 있으며 하수슬러지는 해양투기로 많이 버려져 왔지만 현재에는 해양투기가 금지됨에 따라 이러한 문제점을 해결하기 위해 하폐수 처리과정에서 발생되는 슬러지는 감량화가 이루어지는 것이 필요하다. 본 논문에서는 슬러지 감량화를 위해 초음파에너지를 조사한 전처리시설을 갖춘 혐기시스템을 활용하였다. 여기서 초음파 방법과 수리동력학 방법을 조합하여 캐비테이션을 이용하는 두 방법의 장점을 극대화하고 단점을 줄일 수 있는 시스템을 개발 하였으며 이를 적용하였을 때 혐기성 소화조의 소화가스 발생 증가와 슬러지 감량을 조사하고 경제성을 분석하였다. 연구에 사용된 슬러지는 서울 N 하수처리장의 2처리장에서 발생하는 혼합슬러지로 일일 발생유량은 각각 801 m3/일이며, 원심 농축기를 이용하여 TS 4.3%, VS/TS 71%로 농축되어 총 3기의 소화조에 유입된다. 본 연구는 바이오가스 증산 및 소화슬러지 발생량 저감을 목적으로 실험을 실시하였다. Lab-Test에서는 소화조의 전처리에 의한 영향이 크므로 전처리시의 TS, VS, SCOD를 변화를 실험을 실시하였고, 이를 현장에서 확인하기 위해 1개 소화조를 대상으로 Field-Test를 실시하여 가용화 전후의 TS, VS, SCOD, CH4의 변화량을 연구하였다. 본 연구에서는 다음과 같은 결론을 얻었다. Lab test에서 전처리 실험에서는 TS, VS, SCOD의 전처리에 의한 변화량에 대한 결론은 다음과 같다. 가용화시간이 길수록 SCODMn는 증가하였고, 20분 조사했을 경우 SCOD는 가용화전 보다 증가하였으나, TS와 VS량은 변화가 없었다. 본 1차, 2차, 3차 실험에서 SCOD는 각각 4배, 7.3배, 6.2배 증가하여 평균 5.8배가 증가되었다. 따라서 실험에서는 전처리를 통하여 쉽게 분해될 수 있는 성분으로 활성화 시킨 것으로 사료된다. 본 연구에서 field test는 소화조 1지에 대하여 실증 스케일 규모의 전처리 시스템을 적용하였다. 각 실험에서 소화조 유입슬러지에 수리동력학적 캐비테이션을 적용 하였으며, 소화조의 순환라인에 초음파 캐비테이션을 수행하였다. 캐비테이션 전처리 적용에 따라 소화효율이 개선되었으며, 이때 소화가스 발생량은 65.4%, VS 제거량은 13.1% 증가하였다. 또한, 가용화 시설 적용시 슬러지 체류기간이 기존 26.4일에서 24일로 감소되어 약 10% 2.4일의 시간을 감소하였다. 가용화시설로 인해 체류시간의 단축은 가용화 반응을 촉진시키었다. 가용화 시설 적용 전후 VS 부하율 차이가 20% 감소하여 나타났다. 이는 미세하게 분해된 것들이 반응을 촉진시킨 것으로 판단된다. △SCOD와 TS density의 상관관계를 본 실험을 결과를 통하여 얻어냈다. 기울기 값이 241.68로 표현할 수 있으며 증가율은 우측상향으로 비례하는 것으로 나타났다. 가용화시설적용후의 가스발생량 증산율은 평균 약 62.4%가 증산되었다. 분석 기간별 강우기 및 비강우기의 가용화 효과 분석결과로는 1일에서 60일, 141일에서 200일은 비강우기였고 61일에서 140일은 강우기 기간을 두어 실험한 결과 59.2%(1~60일), 60.6%(61~140일), 67.5% (141~ 200일)로 증산된 것으로 보아 강우기와 비강우기 시에도 슬러지성상변화에 따른 소화 가스 발생량의 변화는 있으나 소화조 효율개선에 대한 가용화효과는 뚜렷한 것으로 분석되었다. VS제거율은 기존 처리시 평균제거율 34.5%에서 가용화시설적용의 경우 평균제거율 39.0%를 보여 VS제거율 13.1% 증가한 것으로 나타났다. 이는 가용화시설을 통하여 유기물 분해로 가스화가 촉진되는 것으로 나타나 가용화시설이 슬러지를 미세하게 분해하여 반응면적을 확대함으로서 얻어지는 효과로 판단된다. 본 연구에서는 슬러지 감량과 신 재생에너지인 바이오가스 회수의 가능성을 보여주는 것으로 향후 슬러지 처리 문제의 해결책이 될 수 있을 것으로 보인다. 향후 높은 효율과 경제성을 위해 전처리와 혐기성 소화 공정의 운전조건 변화 등 다양한 측면에서 이루어져야 하겠다.
하수도 보급률의 증가로 하수슬러지량이 동시에 증가되고 있으며 하수슬러지는 해양투기로 많이 버려져 왔지만 현재에는 해양투기가 금지됨에 따라 이러한 문제점을 해결하기 위해 하폐수 처리과정에서 발생되는 슬러지는 감량화가 이루어지는 것이 필요하다. 본 논문에서는 슬러지 감량화를 위해 초음파에너지를 조사한 전처리시설을 갖춘 혐기시스템을 활용하였다. 여기서 초음파 방법과 수리동력학 방법을 조합하여 캐비테이션을 이용하는 두 방법의 장점을 극대화하고 단점을 줄일 수 있는 시스템을 개발 하였으며 이를 적용하였을 때 혐기성 소화조의 소화가스 발생 증가와 슬러지 감량을 조사하고 경제성을 분석하였다. 연구에 사용된 슬러지는 서울 N 하수처리장의 2처리장에서 발생하는 혼합슬러지로 일일 발생유량은 각각 801 m3/일이며, 원심 농축기를 이용하여 TS 4.3%, VS/TS 71%로 농축되어 총 3기의 소화조에 유입된다. 본 연구는 바이오가스 증산 및 소화슬러지 발생량 저감을 목적으로 실험을 실시하였다. Lab-Test에서는 소화조의 전처리에 의한 영향이 크므로 전처리시의 TS, VS, SCOD를 변화를 실험을 실시하였고, 이를 현장에서 확인하기 위해 1개 소화조를 대상으로 Field-Test를 실시하여 가용화 전후의 TS, VS, SCOD, CH4의 변화량을 연구하였다. 본 연구에서는 다음과 같은 결론을 얻었다. Lab test에서 전처리 실험에서는 TS, VS, SCOD의 전처리에 의한 변화량에 대한 결론은 다음과 같다. 가용화시간이 길수록 SCODMn는 증가하였고, 20분 조사했을 경우 SCOD는 가용화전 보다 증가하였으나, TS와 VS량은 변화가 없었다. 본 1차, 2차, 3차 실험에서 SCOD는 각각 4배, 7.3배, 6.2배 증가하여 평균 5.8배가 증가되었다. 따라서 실험에서는 전처리를 통하여 쉽게 분해될 수 있는 성분으로 활성화 시킨 것으로 사료된다. 본 연구에서 field test는 소화조 1지에 대하여 실증 스케일 규모의 전처리 시스템을 적용하였다. 각 실험에서 소화조 유입슬러지에 수리동력학적 캐비테이션을 적용 하였으며, 소화조의 순환라인에 초음파 캐비테이션을 수행하였다. 캐비테이션 전처리 적용에 따라 소화효율이 개선되었으며, 이때 소화가스 발생량은 65.4%, VS 제거량은 13.1% 증가하였다. 또한, 가용화 시설 적용시 슬러지 체류기간이 기존 26.4일에서 24일로 감소되어 약 10% 2.4일의 시간을 감소하였다. 가용화시설로 인해 체류시간의 단축은 가용화 반응을 촉진시키었다. 가용화 시설 적용 전후 VS 부하율 차이가 20% 감소하여 나타났다. 이는 미세하게 분해된 것들이 반응을 촉진시킨 것으로 판단된다. △SCOD와 TS density의 상관관계를 본 실험을 결과를 통하여 얻어냈다. 기울기 값이 241.68로 표현할 수 있으며 증가율은 우측상향으로 비례하는 것으로 나타났다. 가용화시설적용후의 가스발생량 증산율은 평균 약 62.4%가 증산되었다. 분석 기간별 강우기 및 비강우기의 가용화 효과 분석결과로는 1일에서 60일, 141일에서 200일은 비강우기였고 61일에서 140일은 강우기 기간을 두어 실험한 결과 59.2%(1~60일), 60.6%(61~140일), 67.5% (141~ 200일)로 증산된 것으로 보아 강우기와 비강우기 시에도 슬러지성상변화에 따른 소화 가스 발생량의 변화는 있으나 소화조 효율개선에 대한 가용화효과는 뚜렷한 것으로 분석되었다. VS제거율은 기존 처리시 평균제거율 34.5%에서 가용화시설적용의 경우 평균제거율 39.0%를 보여 VS제거율 13.1% 증가한 것으로 나타났다. 이는 가용화시설을 통하여 유기물 분해로 가스화가 촉진되는 것으로 나타나 가용화시설이 슬러지를 미세하게 분해하여 반응면적을 확대함으로서 얻어지는 효과로 판단된다. 본 연구에서는 슬러지 감량과 신 재생에너지인 바이오가스 회수의 가능성을 보여주는 것으로 향후 슬러지 처리 문제의 해결책이 될 수 있을 것으로 보인다. 향후 높은 효율과 경제성을 위해 전처리와 혐기성 소화 공정의 운전조건 변화 등 다양한 측면에서 이루어져야 하겠다.
As the penetration rate of sewage system is increasing every year, the amount of sewage sludge is also increasing simultaneously. Sewage sludge has been disposed through sea disposal, but as such sea disposal is now banned, it is necessary to reduce the sludge generated during the wastewater treatme...
As the penetration rate of sewage system is increasing every year, the amount of sewage sludge is also increasing simultaneously. Sewage sludge has been disposed through sea disposal, but as such sea disposal is now banned, it is necessary to reduce the sludge generated during the wastewater treatment process. For the reduction of sludge, this study utilized an anaerobic system equipped with preprocessing facility that could irradiate ultrasonic energy. In this study, by combining ultrasonic method and hydrodynamic method, a system that uses cavitation was developed, which can maximize the advantages and minimize the disadvantages of these two methods. This study also investigated the amount of digestion gas and the reduction of sludge generated in the anaerobic digestion tank when applying this system, and analyzed its economic feasibility. The sludge used in this study was from the mixed sludge generated at two treatment sites of Seoul N Sewage Treatment Plant. The daily sludge generation amount was 801 m3/day and this was concentrated to TS 4.3% and VS/TS 71% using centrifugal concentrator and put into 3 digestion tanks. In this study, an experiment was conducted for the purpose of increasing the production of biogas and reducing the generation of digestion sludge. Since the lab-test is much influenced by the preprocessing of digestion tank, experiment was conducted on the change of TS, VS and SCOD during the preprocessing and in order to validate this on the spot, a field-test was conducted on one digestion tank to evaluate the change the amount of TS, VS, SCOD and CH4 before and after solubilization. Out of this study, following conclusion is obtained. In the preprocessing experiment of the lab test, the conclusion of the change amount caused by the preprocessing of TS, VS and SCOD is as follows. As the time of solubilization was longer, the amount of SCODMn increased and when irradiating for 20 minutes, the amount of SCOD increased than that before solubilization but there was no change in the amount of TS and VS. In the 1st, 2nd and 3rd experiments, the amount of SCOD increased by 4, 7.3 and 6.2 times respectively and 5.8 times in average. Therefore, in the experiments, it seems to be activated as components that could be resolved easily through preprocessing. For the field test of this study, an actual scale preprocessing system was applied for one digestion tank. For each experiment, hydrodynamic cavitation was applied to the sludge flown into the digestion tanks and ultrasonic cavitation was performed on the circulation lines of the digestion tanks. The result showed that the digestion efficiency was improved according to the application of cavitation preprocessing and the amount of digestion gas generated was increasing by 65.4% and the amount of VS eliminated was increasing by 13.1%. In addition, when applying solubilization facility, the retention time of sludge decreased by about 10%, 2.4 days from 26.4 days to 24 days. The reduction of the retention time by solubilization facility catalyzed the solubilization reaction. The difference of VS load rate between before and after applying solubilization decreased by 20%. This seems that those minutely decomposed catalyzed the reaction. The correlation between △SCOD and TS density was obtained through the result of this experiment. The inclination value could be expressed 241.68 and the incremental rate was proportional toward upper right direction. The increase rate of gas generation after applying solubilization facility increased by about 62.4% in average. In the analysis result of solubilization effectiveness in rainy season and dry season, for which the period from 1st day to 60th day and from 141st day to 200th day was set as a dry season and the period from 61st day to 140th day as a rainy season, showed that the gas generation amount increased by 59.2% (1~60 day), 60.6% (61~140 day) and 67.5% (141~ 200 day) respectively, which indicated that there was a change of the gas generation amount caused by the change of sludge state during a rainy season and dry season but the effect of solubilization for the improvement of digestion tank efficiency was also evident. The average removal rate of VS was 34.5% when applying conventional treatment but it was 39.0%, increased by 13.1%, when applying solubilization facility. This means the gasification was accelerated by the organic matter decomposition through solubilization facility and this seems to be an effect obtainable by decomposing sludge minutely to expand the reaction area. The result of this study demonstrated the possibility of sludge reduction and the recuperation of new renewable energy, biogas, and this could be a solution for sludge treatment issue in the future. For higher efficiency and economic feasibility, further studies should be carried out in various aspects such as the variation of operating condition for the preprocessing and anaerobic digestion process.
As the penetration rate of sewage system is increasing every year, the amount of sewage sludge is also increasing simultaneously. Sewage sludge has been disposed through sea disposal, but as such sea disposal is now banned, it is necessary to reduce the sludge generated during the wastewater treatment process. For the reduction of sludge, this study utilized an anaerobic system equipped with preprocessing facility that could irradiate ultrasonic energy. In this study, by combining ultrasonic method and hydrodynamic method, a system that uses cavitation was developed, which can maximize the advantages and minimize the disadvantages of these two methods. This study also investigated the amount of digestion gas and the reduction of sludge generated in the anaerobic digestion tank when applying this system, and analyzed its economic feasibility. The sludge used in this study was from the mixed sludge generated at two treatment sites of Seoul N Sewage Treatment Plant. The daily sludge generation amount was 801 m3/day and this was concentrated to TS 4.3% and VS/TS 71% using centrifugal concentrator and put into 3 digestion tanks. In this study, an experiment was conducted for the purpose of increasing the production of biogas and reducing the generation of digestion sludge. Since the lab-test is much influenced by the preprocessing of digestion tank, experiment was conducted on the change of TS, VS and SCOD during the preprocessing and in order to validate this on the spot, a field-test was conducted on one digestion tank to evaluate the change the amount of TS, VS, SCOD and CH4 before and after solubilization. Out of this study, following conclusion is obtained. In the preprocessing experiment of the lab test, the conclusion of the change amount caused by the preprocessing of TS, VS and SCOD is as follows. As the time of solubilization was longer, the amount of SCODMn increased and when irradiating for 20 minutes, the amount of SCOD increased than that before solubilization but there was no change in the amount of TS and VS. In the 1st, 2nd and 3rd experiments, the amount of SCOD increased by 4, 7.3 and 6.2 times respectively and 5.8 times in average. Therefore, in the experiments, it seems to be activated as components that could be resolved easily through preprocessing. For the field test of this study, an actual scale preprocessing system was applied for one digestion tank. For each experiment, hydrodynamic cavitation was applied to the sludge flown into the digestion tanks and ultrasonic cavitation was performed on the circulation lines of the digestion tanks. The result showed that the digestion efficiency was improved according to the application of cavitation preprocessing and the amount of digestion gas generated was increasing by 65.4% and the amount of VS eliminated was increasing by 13.1%. In addition, when applying solubilization facility, the retention time of sludge decreased by about 10%, 2.4 days from 26.4 days to 24 days. The reduction of the retention time by solubilization facility catalyzed the solubilization reaction. The difference of VS load rate between before and after applying solubilization decreased by 20%. This seems that those minutely decomposed catalyzed the reaction. The correlation between △SCOD and TS density was obtained through the result of this experiment. The inclination value could be expressed 241.68 and the incremental rate was proportional toward upper right direction. The increase rate of gas generation after applying solubilization facility increased by about 62.4% in average. In the analysis result of solubilization effectiveness in rainy season and dry season, for which the period from 1st day to 60th day and from 141st day to 200th day was set as a dry season and the period from 61st day to 140th day as a rainy season, showed that the gas generation amount increased by 59.2% (1~60 day), 60.6% (61~140 day) and 67.5% (141~ 200 day) respectively, which indicated that there was a change of the gas generation amount caused by the change of sludge state during a rainy season and dry season but the effect of solubilization for the improvement of digestion tank efficiency was also evident. The average removal rate of VS was 34.5% when applying conventional treatment but it was 39.0%, increased by 13.1%, when applying solubilization facility. This means the gasification was accelerated by the organic matter decomposition through solubilization facility and this seems to be an effect obtainable by decomposing sludge minutely to expand the reaction area. The result of this study demonstrated the possibility of sludge reduction and the recuperation of new renewable energy, biogas, and this could be a solution for sludge treatment issue in the future. For higher efficiency and economic feasibility, further studies should be carried out in various aspects such as the variation of operating condition for the preprocessing and anaerobic digestion process.
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