본 연구에서는 하수슬러지, 음식물쓰레기, 분뇨계 폐기물과 같은 고농도 유기성 폐기물의 고온 메탄 발효에 대하여 공정, 응용 현황 및 장 단점의 여러가지 측면에서 고찰이 이루어졌다. 고온 메탄 발효의 장점은 반응속도가 빠르고, 높은 부하량에서 처리가능하고, 병원성 미생물의 사멸율이 높고, 소화오니는 보다 위생적이었다. 그러나, 단점으로서는 발효시설을 가열하는데 많은 에너지를 요구하고, 저농도 유기성 폐기물에서는 잉여에너지를 얻을 수 없고, 발효처리 후 상등수 수질이 떨어지게 되며, 그 결과 배수처리에 부담이 된다. 특히, 고농도 메탄 발효의 경우 영양염 부족이나 ${NH_4}^+-N$에 의한 방해가 일어나기 쉬우므로, 이에 대하여 적절한 대안이 요구된다. 일반적으로 고온 메탄 발효는 고농도의 우분뇨와 음식물 유기성 폐기물의 좋은 처리 수단으로 고려되었다. 반대로, 폐기물 그 자체의 농도가 낮을 경우와 ${NH_4}^+-N$이 3.000mg/L 이상 높게 되는 조건에서 고온 메탄 발효는 바람직하지 않는 결과를 나타내게 된다.
본 연구에서는 하수슬러지, 음식물쓰레기, 분뇨계 폐기물과 같은 고농도 유기성 폐기물의 고온 메탄 발효에 대하여 공정, 응용 현황 및 장 단점의 여러가지 측면에서 고찰이 이루어졌다. 고온 메탄 발효의 장점은 반응속도가 빠르고, 높은 부하량에서 처리가능하고, 병원성 미생물의 사멸율이 높고, 소화오니는 보다 위생적이었다. 그러나, 단점으로서는 발효시설을 가열하는데 많은 에너지를 요구하고, 저농도 유기성 폐기물에서는 잉여에너지를 얻을 수 없고, 발효처리 후 상등수 수질이 떨어지게 되며, 그 결과 배수처리에 부담이 된다. 특히, 고농도 메탄 발효의 경우 영양염 부족이나 ${NH_4}^+-N$에 의한 방해가 일어나기 쉬우므로, 이에 대하여 적절한 대안이 요구된다. 일반적으로 고온 메탄 발효는 고농도의 우분뇨와 음식물 유기성 폐기물의 좋은 처리 수단으로 고려되었다. 반대로, 폐기물 그 자체의 농도가 낮을 경우와 ${NH_4}^+-N$이 3.000mg/L 이상 높게 되는 조건에서 고온 메탄 발효는 바람직하지 않는 결과를 나타내게 된다.
In this work, it was investigated that various aspects of process, application situation, merits and short-coming results of the thermophilic methane fermentation with highly concentrated organic waste substances such as sewage sludges, food wastes and excretions. The merits of this methane fermenta...
In this work, it was investigated that various aspects of process, application situation, merits and short-coming results of the thermophilic methane fermentation with highly concentrated organic waste substances such as sewage sludges, food wastes and excretions. The merits of this methane fermentation were that it had a very fast reaction rate and was possible to proceed in high loads. It was also high in mortality for pathogenic microorganism and the digested sludge was more hygienic. However, the short-comings were that more energy was required for heating in the fermentation facility, no surplus energy could be gained from low concentration of organic waste, the fermentation treatment dropped level of water quality, thus burdens discharging process of water. Especially, the high concentration of methane fermentation could possibly lack nutritious salt and could face the disturbance by ${NH_4}^+-N$, a proper alternative was required. In general, thermophilic methane fermentation was considered as a better mean in disposing of cow excretion and food waste which were highly concentrated organic wastes. On the other hand, under the condition where the concentration of waste material was low and the high concentrate waste material became higher than 3,000 mg/L in ${NH_4}^+-N$, thermophilic methane fermentation resulted less desirable outcome.
In this work, it was investigated that various aspects of process, application situation, merits and short-coming results of the thermophilic methane fermentation with highly concentrated organic waste substances such as sewage sludges, food wastes and excretions. The merits of this methane fermentation were that it had a very fast reaction rate and was possible to proceed in high loads. It was also high in mortality for pathogenic microorganism and the digested sludge was more hygienic. However, the short-comings were that more energy was required for heating in the fermentation facility, no surplus energy could be gained from low concentration of organic waste, the fermentation treatment dropped level of water quality, thus burdens discharging process of water. Especially, the high concentration of methane fermentation could possibly lack nutritious salt and could face the disturbance by ${NH_4}^+-N$, a proper alternative was required. In general, thermophilic methane fermentation was considered as a better mean in disposing of cow excretion and food waste which were highly concentrated organic wastes. On the other hand, under the condition where the concentration of waste material was low and the high concentrate waste material became higher than 3,000 mg/L in ${NH_4}^+-N$, thermophilic methane fermentation resulted less desirable outcome.
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문제 정의
본 총설에서는 하수오니, 음식물류 및 분뇨계 폐기물과 같은 고농도 유기성 폐기물 처리에 중점을 두고 고온 메탄 발효에 관한 연구진전, 응용상황, 장점, 문제점에 대해서 많은 문헌을 이용하여, 이에 관련된 특징을 고찰하였다.
제안 방법
al29)는 3m의 완전혼합형 반응조를 이용하여 VS부하 7g/L . d의 조건에서 도시 주방쓰레기의중온(37℃)과 고온55℃) 메탄발효를 비교하였다. 이 연구의 파이롯프트 실험에서는 초기 1년 동안 중온조건으로 운전하고, 그후 2일 간격으로 온도를 55℃로 상승시켜서 운전하였다.
d의 조건에서 도시 주방쓰레기의중온(37℃)과 고온55℃) 메탄발효를 비교하였다. 이 연구의 파이롯프트 실험에서는 초기 1년 동안 중온조건으로 운전하고, 그후 2일 간격으로 온도를 55℃로 상승시켜서 운전하였다. 결과적으로 2개월 후에 고온의 정상상태가 도달된 것을 알 수 있었고, CODcr 분해율은 20%에서 40~44%로 증가하였고, VS lg당 가스생성량은 0.
성능/효과
우분뇨에는 셀룰로오스, 헤미 셀룰루1?.스 등의 탄수화계의 물질이 많고, 단백질이 적으므로 고온 메탄발효의 장점을 발휘하기 쉬울 것이라고 판단되었다.
1. 고온에 의한 메탄 발효는 중온 처리와 비교하였을 때, 유기물의 분해속도가 더욱 빠르고, 병원균의 사멸이 보다 잘 이루어짐을 알 수 있었다.
2. 유기성 폐기물의 분해율과 가스 생성량은 고온과 중온의 메탈 발효 두 경우, 모두에서 비슷한 결과를 산출하였다.
4. 고농도의 유기성 폐기물을 짧은 수리학적 체류 시간으로 메탄 발효를 실시하였을 때, 가온성 에너지 측면에서 효율적임을 알 수 있었다.
여기서, 최대 메탄생성율은 300ml/g . VS보다 현저하게 낮았으며, 발효 온도상승에 따라서 메탄 생성율이 저하되었다. 이에 원인으로는 돈분뇨의 메탄발 실제적으로 중온과 약간 낮은 온도에서의 메탄 발효가 적용되기 때문이다"'.
1g/L . d로 중온의 1.5배 정도였지만 투입 유기물에 대하여 메탄가스 생성량에는 큰 변화는 없었고, 중온조건에서 가스 생성량은 약간 증가하였다. 또한 수리 학적 체류 시간 10일, 유기물부하 7.
al는 유효용적 120L의 완전혼합형 반응조를 이용하여 투입되는 VS 부하 8g/L . d의 조건으로부터 도시 주방쓰레기를 중온(35℃)와 고온(55℃) 메탄 발효처리한 특성을 비교한 결과, 가스 조성과 VFA 농도는 거의 유사한 값을 보였다. 그러나, 가스 생성량은 고온에 의한 처리가 중온에 비교하여 약 20% 가 증가됨을 알 수 있었다.
이 연구의 파이롯프트 실험에서는 초기 1년 동안 중온조건으로 운전하고, 그후 2일 간격으로 온도를 55℃로 상승시켜서 운전하였다. 결과적으로 2개월 후에 고온의 정상상태가 도달된 것을 알 수 있었고, CODcr 분해율은 20%에서 40~44%로 증가하였고, VS lg당 가스생성량은 0.2L에서 0.41~0.43L로 약 2배로 증가되었다고 보고되었다.
Oleszkdewich과 Poggi-varaldo30)는 건식 메탄발효에서의 온도와 수리학적 체류시간의 영향에 대하여 여러 가지 연구 데이터를 정리해 보았다. 그 결과, VS의최종적 분해율은 중온과 고온에서는 크게 차이가 없었고, 고온 발효의 장점은 고부하에 대한 적응 능력이라고 밝혔다.
그러나, 가스 생성량은 고온에 의한 처리가 중온에 비교하여 약 20% 가 증가됨을 알 수 있었다. 그리고 병원성 미생물의 사멸 효과를 고찰한 결과, Escherichia coli, Klesbsiella edwardis, Staphylococcus aureus Streoticiccus faecalis 4종류로 비교하여, 고온조건에서는 하루 만에 전부 사멸하였는데 중온에서는 6일간이 소요하였다.
그리고, 음식물 쓰레기와 분뇨 오니를 총 고형물 기준으로 9:1 비율로 혼합하고, 투입되는 총 고형물의 농도를 10% 조건으로 조절한 후, 중온과 고온발효를 비교 검토한 결과, 중온과 고온 조건에서도 체류시간을 5 일까지 단축시킬 수 있었다. 이와 관련된 COD 및 VS 의 제거 효율을 [Fig.
이에 대한 구체적 요인은 명확하게 밝혀지지 않았지만, 고농도의 NH/-N (3, 000~4, 000mg/L)의 고온 조건으로 처리가 이루어지면. 메탄 발효에서는 나쁜 영향을 줄 것으로 판단되었다. 또한 분뇨의 TS 농도가 2~3% 정도이면 가스 발생 배율이 낮아서 도저히 가온용의 에너지를 커버할 수 없었다.
3]과 같이 그래프를 정리하였다. 실험온도 35℃, 45℃, 50℃, 55℃, 60℃의 여러 조건에서 4SC를 제외하고 각 체류시간에서의 가스생성수율은 온도상승과 함께 증대하였으며, 60℃ 에서 가장 큰 것으로 나타내고 있다.
또한 인공 분뇨를 이용한 연구36)에서도 이와 유사한 경향을 보였다. 위의 결과들로부터, 분뇨의 메탄 발효는 고온에서 기술적으로 문제가 있음을 알 수 있었다. 이에 대한 구체적 요인은 명확하게 밝혀지지 않았지만, 고농도의 NH/-N (3, 000~4, 000mg/L)의 고온 조건으로 처리가 이루어지면.
이상의 결과에서 쓰레기의 메탄발효는 종이와 같이, 난분해성 물질을 많이 함유하고 C/N비가 높은 도시별 쓰레기 처리에서 고온 메탄발효의 장점이 많은지는 알 수는 없지만, 분해하기 쉬운 음식물의 경우에는 반드시 고온에 좋다고는 말할 수 없다.
투입 TS농도. 체류시간, 온도를 변화에 의하여 반연속 실험을 한 결과, 유기산의 축적과 NH/-N 에 의한 방해가 없는 조건에서는 중온과 고온 메탄발효의 특성에는 명확한 차이는 없었지만 투입 TS 농도가 높은 경우, 고온조건에 VFA의 대량 축적을 나타내었고, 이를 방지하는데 미량 영양염의 첨가가 필요함을 알 수 있었다.
후속연구
5. 고온 메탄 발효법의 특징을 충분히 활용하기 위하여, 해당 폐기물이 어떠한 조건에서 고온 메탄 발효를 적용해야할 것인지 충분히 고려해야하고, 여기서 메탄 생산의 저해방지, 에너지 수지 등을 포함한 총괄적인 프로세스 평가가 이루어져야할 것이다.
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