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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 자원화 사업소에 설치된 Dranco system의 초기 적정 운전조건을 모색하기 위하여 영향인자인 투입량, 바이오가스 발생량, 소화조 상태를 평가하는 pH, NH3-N, VFA농도, 소화슬러지의 TS와 VS농도 등의 관계를 조사하였다.
가설 설정
- 1. 설계용량의 1/6인 105 ton/week로 처리할 경우 정상상태로 가동되지 않았다.
제안 방법
- 음식물류폐기물의 소량 투입에 따른 정상 가동여부를 파악하기 위하여 소화조 상태를 점검하며, 3주 동안 건식단상혐기성소화조 슬러지량의 1/20에 상당하는 130 ton/week을 투입하며 실험하였다. 첫 번째 주와 두 번째 주에는 2일간씩 투입하고, 세 번째 주에는 3일간 투입하면서 바이오가스 발생량과 CH4 농도를 측정 분석하였다.
- 주기적 음식물류폐기물의 투입량 증가에 따른 정상 가동여부를 파악하기 위하여 소화조 상태를 점검하며 처음 3주 동안은 130 ton/week을 2 ~ 3일간씩 투입하고, 4주 이후부터 10%씩 증량하여 설계용량까지 투입하면서 바이오가스 발생량, CH4농도 등 영향인자를 측정 분석하였다.
- 음식물류폐기물의 소량 투입에 따른 정상 가동여부를 파악하기 위하여 소화조 상태를 점검하며, 3주 동안 건식단상혐기성소화조 슬러지량의 1/20에 상당하는 130 ton/week을 투입하며 실험하였다. 첫 번째 주와 두 번째 주에는 2일간씩 투입하고, 세 번째 주에는 3일간 투입하면서 바이오가스 발생량과 CH4 농도를 측정 분석하였다.
대상 데이터
- 바이오가스의 CH4 농도는 gas chromatography(Yanaco, R2-201C)를 이용하여 분석하였으며, 분석에 사용한 표준 가스의 조성은 CH4 gas 62.2%, CO2 gas 37.8% 및 H2 gas 100%이다.
- 시료는 소화조 하단에서 매일 6시에 1회 채취하였다.
- 실험장치는 부산시에 설치되어 시운전 중인 시설로서 물을 가하지 않고 음식물류폐기물을 처리하는 건식단상혐기성소화조를 사용하였으며, 설계용량은 90 ton/day이다.
이론/모형
- 소화조 운영의 영향인자인 pH, NH3 -N, VFA, TS, VS, CH4 농도 Gas 발생량, 음식물투입량 등의 측정분석은 환경오염공정 시험법과 Standard Method에 준하여 시험하였다. 즉 pH는 pH meter(#620, Fisher Co.
- 농도 Gas 발생량, 음식물투입량 등의 측정분석은 환경오염공정 시험법과 Standard Method에 준하여 시험하였다. 즉 pH는 pH meter(#620, Fisher Co.)를 사용하고, NH3 -N는 인도페놀법, VFA는 적정법, TS와 VS는 중량법으로 분석하였다.
성능/효과
- 2. 초기운전의 정상가동에는 음식물류폐기 물의 투입이 중요하며, 1주일 주기로 증량 투입하여, 처음 3주 동안은 건식 단상혐기성소화조 소화슬러지의 1/20에 상응하는 130 ton/week을 2 ~ 3일간씩 투입하고, 4주부터 전 주 대비 10% 씩 증량하여 11주 만에 정상 운전되었다.
- 3. 바이오가스의 CH 4 농도는 음식물류폐기 물을 1주일 단위로 증량 투입함에 따라 주초에 55% 정도로 저하한 후 주말에는 65% 이상으로 회복됨으로써, 55 ~ 65 % 범위에서 톱니바퀴 증감경향을 나타내었다.
- 3주 동안 건식단상혐기성소화조 슬러지의 NH 3 -N농도는 5,000 ppm 이상이고, VFS농도는 1,800 ~ 2,000 ppm으로서 비교적 높은 값을 나타내었다.
- 4. 바이오가스 발생량은 음식물류폐기물 투입량이 1주 주기로 증량 투입됨에 따라 3,000㎥에서 9,000㎥로 단계적 증가 하는 경향을 나타내었으며, 최대용량으로 투입하여 정상화하는 동안 평균 발생량은 약 100 ㎥/ton이었다.
- 4주 이후 주당 음식물류폐기물을 전주 대비 10%씩 증량하였는데, 4주 초기에는 바이오가스의 CH4 농도가 55 % 정도로 저하되었으나 주말에 다시 65% 이상으로 회복되었다. 바이오가스의 CH4농도변화는 음식물류폐기물 투입량을 설계용량까지 증량 하여 투입한 11주 이후에도 주초에 55 % 정도로 저하한 후 주말에 65% 이상으로 회복되는 경향을 반복해서 나타냄으로써 11 주 만에 정상상태로 운전됨을 확인 할 수있었다.
- 5. 소화슬러지의 NH 3-N과 VFA농도는 음식물류폐기물 투입량이 증가함에 따라 톱니바퀴 형상으로 점차 감소하였으며, 설계용량이 투입된 11주 이후 NH 3-N 는 2,000 ppm, VFA농도는 900 ppm이하로 감소하였다.
- 6. 소화조의 pH는 음식물류폐기물이 주기 적으로 증량 투입됨에도 불구하고 운전 기간 동안 pH 8 ~ 8.7범위의 안정된 상태를 유지하였다.
- 7. 소화조의 TS농도는 운전 초기부터 설계 용량이 투입된 11주 이후까지 16 ~ 18 % 범위의 안정된 상태로 유지되었고, TS 대비 VS농도는 초기에 53 %이었으나 55 ~ 65 %로 다소 증가하였다.
- 바이오가스 발생량은 음식물류폐기물을 105 ton/week로 투입한 초기 3주 동안 4,000 ㎥/day 정도이었고, 4주에 350 ton/week투입하고, 이후 음식물류폐기물 투입량을 1주 주기로 전 주 대비 10 %씩 증량함에 따라 6,000㎥에서 9,000㎥으로 단계적 증가하는 경향을 나타내었다.
- 바이오가스 발생량은 음식물류폐기물을 1주일 단위로 투입하고 투입량을 증가시킴에 따라 단계적으로 증가하고, 바이오가스의 CH4 농도는 55 ~ 65 % 범위에서 톱니 바퀴 증감경향을 나타내었다.
- 바이오가스 발생량은 음식물류폐기물이 투입되는 주초에는 3,500 ~ 4,000 m3/day, 주중에는 4,500 ~ 5,500 m3/day, 주말에는 3,800 ~ 5,500 m3/day이고, 3주 평균 4,000 m3/day 로서 주초와 주말에는 적고 소화세균의 활동이 왕성하고 먹이가 풍부한 주중에 많이 발생되었다.
- 바이오가스의 CH4농도는 음식물류폐기 물을 1주일 단위로 증량 투입함에 따라 주초에 55 % 정도로 저하한 후 주말에는 65% 이상으로 회복됨으로써, 55 ~ 65 % 범위에서 톱니바퀴 증감경향을 나타내었다.
- 농도가 55 % 정도로 저하되었으나 주말에 다시 65% 이상으로 회복되었다. 바이오가스의 CH4농도변화는 음식물류폐기물 투입량을 설계용량까지 증량 하여 투입한 11주 이후에도 주초에 55 % 정도로 저하한 후 주말에 65% 이상으로 회복되는 경향을 반복해서 나타냄으로써 11 주 만에 정상상태로 운전됨을 확인 할 수있었다.
- 소화슬러지의 NH 3 -N과 VFA농도는 음식물류폐기물 투입량이 증가함에 따라 톱니 바퀴 형상으로 점차 감소하였으며, 설계용 량이 투입된 11주 이후 NH 3 -N는 2,000 ppm, VFA농도는 900 ppm이하로 감소하였다.
- 소화조가 정상적으로 가동되기 위해서는 영향인자인 바이오가스의 CH 4 농도는 55 ~ 65 %, 슬러지의 NH 3-N농도는 2,000 ppm 이하, VFA농도는 1,200ppm이하로 비교적 낮게 유지되는 것이 바람직한데, NH 3 -N와 VFA농도가 높게 유지되어, 설계용량보다 1/6배 적은 105 ton/week로 처리할 경우 정상상태로 가동되지 않음을 알 수 있다. 10~12)
- 소화조의 TS농도는 운전 초기부터 설계 용량이 투입된 11주 이후까지 16 ~ 18 % 범위의 안정된 상태로 유지되었다.
- 소화조의 pH는 음식물류폐기물 설계용량이 투입된 11주 이후까지 주기적으로 증량 투입됨에도 불구하고 운전 기간 동안 pH 8 ~ 8.7 범위의 안정된 상태를 유지하였다.
- 위 사항을 종합하면 바이오가스 발생량은 음식물류폐기물이 1주 주기로 증량 투입 됨에 따라 3,000㎥에서 9,000㎥로 단계적 으로 증가하였고, 최대용량으로 투입하여 정상화하는 동안 평균 발생량은 약 100 ㎥ /ton이었다.
- 위 사항을 종합하면 설계용량보다 1/6배 적은 105 ton/week로 처리할 경우 NH 3 -N 와 VFA농도가 높게 유지되어 정상상태로 가동되지 않았다.
- 위 사항을 종합하면 초기운전의 정상가 동에는 음식물류폐기물의 투입량 조절이 중요하며, 1주일 주기로 증량 투입하여, 처음 3주 동안은 건식단상혐기성소화조 소화슬러 지의 1/20에 상응하는 130 ton/week을 2 ~ 3일간씩 투입하고, 4주부터 전 주 대비 10%씩 증량하여 11주 만에 정상 운전되었 다.
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