선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 기존 혐기성 분해에 많이 사용되던 CSTR에 비해 PFR 흐름에 훨씬 근접한 것으로 평가되었으며, UASB가 채택한 상향류식 유체흐름 (Upflow) 을 가지는 EcoDays Plug Flow Reactor (E- PFR)을 음식물쓰레기 침출수의 혐기성 분해에 적용하여, 반응기 구조적 특성에 기인한 처리 효율의 향상 정도를 확인하고, 효율적인 재생에너지 생산을 위한 조건 등을 검증하여, 실증 플랜트 설계를 위한 인자 도출에 활용하고자 하였다.
제안 방법
- N음식물쓰레기 처리장의 탈리액을 혐기성 분해하기 위하여 E-PFR 반응기를 이용하였을 때, 반응기의 구조적 특성으로 인해 혐기성 분해의 효율 향상 및 메탄가스 발생 량이 증가함을 확인 하였으며 , 이를 요약하여 정 리하면 다음과같다.
- PFR 근접도는 반응기를 PFR로 가정하였을 때, 이론적 체류시간과 실제 체류시간을 비교한 값으로 볼 수 있다. PFR 근접도의 측정은 유효용량 460 L의 E-PFR 반응기에 수돗물을 채운 후, 1 N 농도의 NaOH 용액 1L를 반응기 하단에 주입하고, HRT가 1시간이 되도록 460 L/hr의 유량으로 수돗물을 반응기 하단에 공급하면서 동시에 30 L/mE의 유량으로 폭기를 하였다. 매 분마다 반응기 상단 유출 수의 전기전도도 (conductivity)를즉정하여 이론적 최대 전기 전도도 발현 시 점을 측정하고, 이 값을 이론적 체류 시간과 비교하였다.
- 온도설정은 35±1℃로 하여 중온소화를 진행하였다. Pilot Plant는 총 180일 이상 연속 운영되었으며, 폐수의 유입은 용적식 정량펌프인 모노펌프를 사용하여 일정량이 유입되도록 운전하였다. 발생되는 바이오가스는 적산 유량계로 발생량을 측정하였으며, 저장탱크에 포집하여 그 함량을 분석하였다.
- 주요 항목별 분석 방법은 CODMn 및 CODCre흡광광도법 을 적용하여 측정 하였으며 . TS, VSS, TSS 는 건조, 휘발 후 중량 분석법을 적용하였으고, VFA는적정법을 적용하였다. 세부적인 분석항목별 절차 및 분석 방법은 Standard Methods에 따랐다.
- PFR 근접도의 측정은 유효용량 460 L의 E-PFR 반응기에 수돗물을 채운 후, 1 N 농도의 NaOH 용액 1L를 반응기 하단에 주입하고, HRT가 1시간이 되도록 460 L/hr의 유량으로 수돗물을 반응기 하단에 공급하면서 동시에 30 L/mE의 유량으로 폭기를 하였다. 매 분마다 반응기 상단 유출 수의 전기전도도 (conductivity)를즉정하여 이론적 최대 전기 전도도 발현 시 점을 측정하고, 이 값을 이론적 체류 시간과 비교하였다. 즉, 이론적 체류시간 (1시간)과 실제 최대 전기전도도가 측정되는 시점의 시간 비를 나타낸 값을 “PFR 근접도”로 하였다.
- 세부적인 분석항목별 절차 및 분석 방법은 Standard Methods에 따랐다. 바이오가스 함량 분석은 불꽃이온화검출기를 장착한 가스크로마토그래프 (Gas chromatography (GO - Flame Ionization Dector (FID))를 이용하였으며, 시료 채취 및 분석을 서울산업대학교에 의뢰하여 분석 결과를 얻었다.
- 21. 반응기의 외부에는 온도 조절 장치를 부착한 가온용 발열전선을 감고, 유리섬유 단열재로 보온을 하여 항온 상태가 유지되도록 하였다. 온도설정은 35±1℃로 하여 중온소화를 진행하였다.
- Pilot Plant는 총 180일 이상 연속 운영되었으며, 폐수의 유입은 용적식 정량펌프인 모노펌프를 사용하여 일정량이 유입되도록 운전하였다. 발생되는 바이오가스는 적산 유량계로 발생량을 측정하였으며, 저장탱크에 포집하여 그 함량을 분석하였다.
- 얻어진 실험 결과는 기존 기술 및 효율을 고려한 최대 예측 발생량 등과 비교하여 효율성을 검증하고, 향후 효율성 향상을 위한 반응기 및 운전 조건 개선 방향 등을 검토하였다.
- 주요 분석 항목 중 pH 및 가스 발생량은 매일 1회 분석하였으며, BOD. 망간법 및 크롬법 COD (CODm, , 및 CODc) 총고형물 (Total Solid (TS)).
- 매 분마다 반응기 상단 유출 수의 전기전도도 (conductivity)를즉정하여 이론적 최대 전기 전도도 발현 시 점을 측정하고, 이 값을 이론적 체류 시간과 비교하였다. 즉, 이론적 체류시간 (1시간)과 실제 최대 전기전도도가 측정되는 시점의 시간 비를 나타낸 값을 “PFR 근접도”로 하였다.
- 망간법 및 크롬법 COD (CODm, , 및 CODc) 총고형물 (Total Solid (TS)). 휘발성고형물 (Volatile Suspended Solid (VSS)), 총부유고형물 (Total Suspended Solid (TSS)), 유기산 (Volatile Fatty Acid (VFA)) 등은 2일 혹은 3일에 1회 분석 하였다. 주요 항목별 분석 방법은 CODMn 및 CODCre흡광광도법 을 적용하여 측정 하였으며 .
이론/모형
- TS, VSS, TSS 는 건조, 휘발 후 중량 분석법을 적용하였으고, VFA는적정법을 적용하였다. 세부적인 분석항목별 절차 및 분석 방법은 Standard Methods에 따랐다. 바이오가스 함량 분석은 불꽃이온화검출기를 장착한 가스크로마토그래프 (Gas chromatography (GO - Flame Ionization Dector (FID))를 이용하였으며, 시료 채취 및 분석을 서울산업대학교에 의뢰하여 분석 결과를 얻었다.
- 휘발성고형물 (Volatile Suspended Solid (VSS)), 총부유고형물 (Total Suspended Solid (TSS)), 유기산 (Volatile Fatty Acid (VFA)) 등은 2일 혹은 3일에 1회 분석 하였다. 주요 항목별 분석 방법은 CODMn 및 CODCre흡광광도법 을 적용하여 측정 하였으며 . TS, VSS, TSS 는 건조, 휘발 후 중량 분석법을 적용하였으고, VFA는적정법을 적용하였다.
성능/효과
- 안정적인 상태를 유지하였다. E-PFR의 내부 구조가 수직 형 다단(4단) 으로 구성되어 있어 하부 원수 유입 구역(1단) 평균 pH 6.5를 제외 하고는 2, 3, 4단에서 모두 평균 7.0 이상을 나타내어 반응기 내에서 pH 완충역할이 탁월함을 보였다[Fig. 4], 이와 같은 pH 완충 역할과 원수 유입구역 (1단)의 상대적으로 높은 MLSS 농도를 보았을 때 [Table 3], E-PFR을 적용시킨 혐기성소화 시스템은 상대적으로 외부의 운전조건 변화에 및 충격 부하에 견딜 수 있는 능력이 큰 것으로 판단된다. HRT를 15 일로 감소시킨 상태에서도 E-PFR내의 혐기성 분해 조건은 안정적으로 유지되었으며, 약 50rrfgas/m'- Food wastewater의 가스 발생율을 보였다.
- 4], 이와 같은 pH 완충 역할과 원수 유입구역 (1단)의 상대적으로 높은 MLSS 농도를 보았을 때 [Table 3], E-PFR을 적용시킨 혐기성소화 시스템은 상대적으로 외부의 운전조건 변화에 및 충격 부하에 견딜 수 있는 능력이 큰 것으로 판단된다. HRT를 15 일로 감소시킨 상태에서도 E-PFR내의 혐기성 분해 조건은 안정적으로 유지되었으며, 약 50rrfgas/m'- Food wastewater의 가스 발생율을 보였다. Fig.
- 7m'/kg . VS(메탄가스 함량 50~70%) 에 비해 월등히 높은 가스발생량과 높은 메탄가스 함량을 나타냈다. 이는 음식물 특성상 VS/TS 비가 약 0.
- 85 이상으로, 생분해가 가능한 물질이 많고, VFA 전환이 빠를 뿐만 아니라, E-PFR 반응기의 구조적 특성상 SRT가 매우 길고 유출수에 고형물이 상대적으로 매우 적게 포함되므로 실질적인 유기물 뿐만 아니라 사멸 미 생물 또한 가스 발생 및 유기물분해율 향상에 영향을 미치기 때문으로 풀이된다. 가스 성분비 (CH』:CC>2)는 약 67.5 : 32.5 정도로, CH』는 55-80%, CO2는 20~45%정도의 성분비를 보였다 [Table 1], HRT 변화에 따른 가스 발생량은 약 40여 일간의 안정화 단계를 거친 후 비교적 일정하게 유지되는 경향을 보였으며, 단위 휘발성고형분 (Volatile Solid (VS))당 가스 발생량으로 계산하였을 경우, HRT를 15일까지 줄여도 큰 변화가 없이 유지되었다 [Fig. 3],
- 결론적으로 서론에서 언급한 혐기성 분해를 위한 최적 조건으로써의 (1) 반응조 내에 슬러지가 누적되지 않도록 적절한 혼합이 이루어질 것, (2) 상단에 스컴을 제어할 수 있는 방안이 있을 것, (3) pH를 순차적으로 제어할 수 있도록 plug flow의 흐름이 유지될 것, (4) SS 등 고농도 고형물이 유입 시에도 pH 저하나 단회류의 흐름이 없을 것, (5) 미생물 주변에서 발생된미세기포 형태의 가스가 신속하게 이탈되어 기질과 미생물의 접촉이 용이 할 것, 등의 조건이 E-PFR에서는 충족되는 것으로 판단되며. 이러한 이상적 혐기성 소화의 결과 평균 67% 이상의 메탄가스 함량을 가지는 상대적으로 많은 량의 바이오 가스를 생산 할 수 있는 것으로 보인다.
- 둘짜L E-PFR을 적용한 혐기성 처리에서는 혐기성 최 적 pH인 7.0~8.0 정도를 안정 적으로 유지하여 상대적으로 높은 가스 발생량 및 메탄가스 함량을 유지하는 것이 가능하였다.
- 셋째, 각 단별로 각기 다른 MLSS를 유지시키면서 SRT를 상대적으로 길게 유지 함으로써 유기물 분해 및 가스 발생 효율을 증가시 키는 효과가 있었다.
- 이러한 결과에서 추론하건더L 상향류식 폐수 유입과 각 단별로 분리된 다단형 처리로 인해 폐수 유입 구역에는 상대적으로 높은 MLSS가 유지되어 전체적인 처리 효율 향상 뿐만 아니라 충격부하에 대한 보다 높은 내성까지 기대 할 수 있었다.
- 것으로 판단되며. 이러한 이상적 혐기성 소화의 결과 평균 67% 이상의 메탄가스 함량을 가지는 상대적으로 많은 량의 바이오 가스를 생산 할 수 있는 것으로 보인다.
- 있다. 이상적 혐기성 분해를 위한 최적 조건들은, (1) 반응조 내에 슬러지가 누적되지 않도록 적절한 혼합이 이루어질 것, (2) 상단에 스컴을 제어할 수 있는 방안이 있을 것, (3) pH를 순차적으로 제어할 수 있도록 plug flow 의 흐름이 유지될 것, (4) SS 등 고농도 고형물이 유입 시에도 pH 저하나 단회류의 흐름이 없을 것, (5) 미생물 주변에서 발생된 미세기포 형태의 가스가 신속하게 이탈되어 기질과 미생물의 접촉이 용이 할 것, (6) 높은 유기물 부하가 유지될 수 있을 것, (7) 발생 가스 중 메탄가스의 함량이 높을 것 (65 % 이상) 정도를 들 수 있다.
- 이와 같은 결과를 보았을 때, 가스 발생량과 유기물분해율을 기준으로 E-PFR이 혐기성 분해에 매우 효과적임을 명확히 보여주고 있다. 호기성 처리에 주로 적용 되어 왔던 E-PFRe 반응기의 구조적 특징으로 인해 그 유체 이동 특성이 PFR에 75%이상 근접하고 있음을 보여주었다[Fig.
- 5는 HRT에 따른 가스증가량을 나타낸 것으로 E-PFR 내부 각 단에서 각기 다른 농도의 Sludge Blan#et이 형성되어 소화율이 높아진 것으로 분석 된다. 즉, 체류시간 15일을 기준으로, 일반 혐기성 소화율이 BOD 처리효율 30-50 %인 것에 반해 E-PFR에서는 B0D 처리효율을 기준으로 평균 80 % 이상의 효율을 보여, 상대적으로 매우 높은 처리 효율을 보였다e
- 첫째, PFR의 유체 흐름을 응용하여 생물학적 처리공정에 적용하고자 한 E-PFRe 기 검증된 호기성 처리 뿐만 아니라, 원활한 혼합조건 형성 및 스컴제어가 가능한 유체 이동관과 각단 분리판 설치라는 구조적 특성으로 인하여 혐기성 처리에 있어서도 매우 이상적인 반응 조건을 형성시키기가 용이 하였다.
- 최종 처리를 위한 시스템에서도 혐기성 소화액을 HRT 4일 정도의 호기성 E-PFR 처리 시스템에서 처리 함으로써, CODMn 기준으로 약 95%의 높은 처 리효율을 보였고, BOD, SS, T-N, T-P는 각각 97 %, 97 %, 90 %, 73.5 %의 평균 처리효율로 배출허용기준 “나”지역 이하로 나타났다[Table 2], 호기성 E-PFR 공정은 이미 기존의 음식물 탈리액 및 축산폐수 등 고농도 유기성 폐수를 처리하기 위한 공정에 적용된 여러 현장 사례를 가지고 있으며, 높은 산소전달 효율 및 고농도의 MLSS 유지 하에 안정적인 처리가 가능 한시스템임이 입증된 바 있다. 상대적으로 부하 변동이 심한 음식물쓰레기 탈리액의 특성상.
후속연구
- 향후, 반응기의 구조적 개선과 발생가스를 이용한 교반 효과 개 선 등을 통해 메탄가스 함량 75% 수준의 안정적 혐기성 분해가 가능한 실증 플랜트 설계가 가능할 것으로 판단되며, 이를 통해 한층 향상된 재생에너지 획득 시스템 확보가 가능할 것이다.
- 향후, 발생가스 재순환 시스템을 이용한 혼합조건, 슬러지 유동과 미생물-폐수 접촉 조건 등을주가로 개선 할 경우, 메탄가스 함량 70 % 수준의 안정적 바이오 가스 발생 시스템으로 실증 plant 설치가 가능 할 것으로 기대되며, 이를 통해 음식물 쓰레기 및 축산폐수 등 고농도 유기성 폐수로부터 재생에너지를 안정적으로 획득 할 수 있는 새로운 원천 기술을 완성함으로써, 우리나라의 환경 기술을 진일보 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.