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문제 정의
- 따라서 본연구에서는기계식 전처리를 이용한 슬러지 가용화 성능 평가와 알칼리 및 초음파 전처리를 기계식 전처리와 병행하여 수행함으로써 기계식 전처리의 효율 향상 방안을 제시하고자 한다.
- 6]는 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식 전처리를 이용한슬러지의 가용화시 점도의 변화를 제시하고 있다. 가용화 후의 점도의 변화는 슬러지 이송 또는 침전 특성 등에 영향을 줄 수 있어 이에 대한영향을 평가하고자 가용화에 따른 점도 변화를 조사하였다.
제안 방법
- 기계식 장치의 대상 시료 부피는 60L를 사용하였으며 기계식 장치의 운전은 회분식으로 최대 300분까지 수행하였다. 기계식 장치의 성능을 증가시키기 위하여 기계식 장치 단독 운전 이외 에 5N NaOH 용액을 이용하여 초기 pH를 10으로 조정한 경우와 28 kHz의 초음파 처리 (10L에 5분 조사)를 수행한 후에도 실험을 수행하였다.
- 발생 가스 조성은 TCD (thermal conductivity detector) 가장착된 GC (gas chromatography, Gow Mac series 580)를 이용하였으며, 칼럼은 Porapak Q (80/100 mesh)를 충진제로 사용한 6ftx2mm(i.d) stainless steel column을 사용하였다, Column, injector 및 detector의 온도는 각각 50, 80 및 90℃ 이며, 헬륨 (30 mymin)을 운반기체로 이용하였다. 점성은 AND Vibro Viscometer(즉정범위 0.
- d) stainless steel column을 사용하였다, Column, injector 및 detector의 온도는 각각 50, 80 및 90℃ 이며, 헬륨 (30 mymin)을 운반기체로 이용하였다. 점성은 AND Vibro Viscometer(즉정범위 0.3~10, 000m Pa、s)를이용하여 측정하였다.
- Jin 등 (2009)에 의하면 알칼리와 초음파 가용화를 동시에 수행시 단독처리에 비해 최대 8%의 성능향상을 보였다고 제시하고 있다25). 본 실험에서는 약품 사용량을 절감하기 위하여 pH를 최적 pH인 12로 조정하지 않고 pH를 10으로 조정하여 실험을 수행하였다. Valo 등(2004)에 의하면 알칼리 전처리시 pH 12가 pH 10에 비해 약 20%의 성능 향상을 보였다찌 따라서 알칼리와 기계식 처리를 병행시 pH를 12로 상향하는 경우 추가적인 가용화 효율의 향상이 예상된다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 그림 1에 제시한 것과 같이 N 사에서 제작한 기계식 전처리 장치를 이용하였으며 펌프의 출력과 유량은 각각 1, 600W와 280 L/min이다. 기계식장치의 원리는 유체의 속도가 증가하면 유체 내의 압력이 국소적으로 액체의 포화 증기압 이하로 저하되어 액체 내에서는 물 분자와 비응축성 기체 분자로 이루어지 캐비테이션 기포군(cavitation cloud) 이 발생하게 된다.
- 실험에 사용된 슬러지는 S 하수처리장의 농축슬러지를 채취하여 실험을 수행하였다. 농축슬러지의 고형물 농도는 1.
이론/모형
- COD (chemical oxygen demand), TS(total solids) 및 VS(volatile solids)는 standard methods에 준해 실험을 수행하였다19). 단백질의 분석은 Smith 등(1985) 이 제시한 bicinchoninic acid 방법20)을 이용 하였으며 탄수화물은 Debois 등(1956)이 제시한 phenol/su- lfuric acid 방법21)을 이용하였다.
- 수행하였다19). 단백질의 분석은 Smith 등(1985) 이 제시한 bicinchoninic acid 방법20)을 이용 하였으며 탄수화물은 Debois 등(1956)이 제시한 phenol/su- lfuric acid 방법21)을 이용하였다.
- 생분해도 평가를 위한 BMP (biochemical methane potential) 실험과 수정 Gompertz식을 이용한 비선형해석은 이와 박(2008)의 방법을 이용하였다22). 발생 가스 조성은 TCD (thermal conductivity detector) 가장착된 GC (gas chromatography, Gow Mac series 580)를 이용하였으며, 칼럼은 Porapak Q (80/100 mesh)를 충진제로 사용한 6ftx2mm(i.
성능/효과
- 029로 조사되었다. 농축슬러지의 pH는 6.82, TCOD와 SCOD는 각각 20, 298mg/L와 482 mg/L로 조사되었으며 SCOD/TCOD 비는 0.024로 나타나 대부분의 COD 성분이 고형분으로 구성되어 있었다. 기계식 장치의 대상 시료 부피는 60L를 사용하였으며 기계식 장치의 운전은 회분식으로 최대 300분까지 수행하였다.
- SCOD 증가를 보였다. 즉 알칼리 전처리를 수행하는 경우 △SCOD(SCODt+i-SCODt)가 2, 765mg/L으로 나타났으며 최종적으로 기계식 장치만을 이용하는 경우에 비해 eSCOD가 842mg/L으로 나타났다. 슬러지의 가용화 효율(△SCOD/SCODoX100)은 기계식전처 리 장치를 이용한 경우 175%로 나타났으며 알칼리와 기계식 전처리를 병행하는 경우 574%까지 향상되었다.
- 즉 알칼리 전처리를 수행하는 경우 △SCOD(SCODt+i-SCODt)가 2, 765mg/L으로 나타났으며 최종적으로 기계식 장치만을 이용하는 경우에 비해 eSCOD가 842mg/L으로 나타났다. 슬러지의 가용화 효율(△SCOD/SCODoX100)은 기계식전처 리 장치를 이용한 경우 175%로 나타났으며 알칼리와 기계식 전처리를 병행하는 경우 574%까지 향상되었다. 이와 같은 이유는 알칼리 전처리에 의한 세포용 해와 기계식 가용화 장치에 의한 플록 파괴로 세포 내 물질의 외부 유출에 기인한다, Zhang (2002)에 의하면 알칼리에 의한 슬러지 가용화는 플록 구조와 세포벽의 용해 또는 파괴에 의해 이루어진다고 제시하고 있다.
- 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식에 의한 가용화 실험 결과 탄수화물 농도는 SCOD 및 단백질의 경우와 유사하게 반응시간 증가에 따라 농도가 증가하는 경향을 보이고 있다. 알칼리+기계식 전처리를 이용한 경우가 가장 높은 값을 보였으며 초음파+기계식, 기기계식 전처리 순으로 나타났다.
- 경향을 보이고 있다. 알칼리+기계식 전처리를 이용한 경우가 가장 높은 값을 보였으며 초음파+기계식, 기기계식 전처리 순으로 나타났다. Wang 등(2006)의 가용화에 의한 용존성 물질 거동에 관한 연구결과를 보면 탄수화물의 증가량은 단백질 증가량의 약 20% 미만의 값을 갖는 것으로 보고되고 있다27).
- 혐기성 회분식 실험결과와 수정 Gompertz 식을 이용하여 비선형 해석을 수행한결과 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식 전처리 장치를 이용하는 경우 24.1%, 22.9% 및 44.5%의 메탄 발생량을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다. 기계식 전처리를 통한 슬러지 가용화는 고형물의 혐기성 분해시 율속단계로 작용하는 가수분해 단계를 효과적으로 단축시켜 지체기를 포함하는 반응시간을 단축시킬 뿐만 아니라 발생속도 및 최종 메탄 수율을 증가시킬 수 있는 장점을 지니고 있다.
- 알칼리+기계식 전처리를 이용한 슬러지의 가용화시 점도가 가장 높게 나타났으며 이는 알칼리 전처리에 의해 세포 내 고분자 물질의 방출 또는 첨가한 알칼리 에 기 인하는 것으로 판단된다. 그러나 반응시간 증가에 따라 점도는 점차 감소하는 경향을 보여 후속 처리공정인 혐기성 공정에서 효과적인 안정화가되는 경우이로 인한 영향은 적을 것으로 판단된다.
- 기계식 전처리 장치를 이용한슬러지 가용화의 효율 (△SCOD/SCODo^100) 은 175%로 나타났다. 특히 알칼리와 기계식 전처 리를 병행하는 경우 가용화 효율은 574%로 나타나 하수슬러지 가용화에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
- 2. 기계식 전처리 장치를 이용한 슬러지 가용화시 단백질과 탄수화물 등의 용존성 물질의 증가가 효과적 으로 이루어졌다. 단백질의 경우 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식 전처리 장치를 이용한경우 각각 16.
- 4배의 증가가 있었다. 특히 알칼리+기계식 가용화의 병행 처리는 부압력에 의한 세포 파괴와 알칼리에 의한 세포 용해로 인해 가용화 효율을 향상시 킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 3. 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식 전처리를 이용하여 슬러지 가용화 실험결과 메탄 가스 발생량의 경우 각각 24.1, 22.9 및 44.5%의 증가가 발생되었다. 기계식 전처리를 통한 슬러지 가용화는 고형물의 혐기성 분해시 율속단계로 작용하는 가수분해 단계를 효과적으로 단축시켜 반응시간 단축뿐만 아니라 최종 메탄 수율을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 5%의 증가가 발생되었다. 기계식 전처리를 통한 슬러지 가용화는 고형물의 혐기성 분해시 율속단계로 작용하는 가수분해 단계를 효과적으로 단축시켜 반응시간 단축뿐만 아니라 최종 메탄 수율을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.
- 4. 기계식, 초음파+기계식 및 알칼리+기계식 전처리를 이용하여 슬러지 가용화 실험을 수행한 결과 알칼리 전처리에 의한 세포 내 고분자 물질의 방출 또는 첨가한 알칼리에 의해 점도가 증가하는 경향을 보였다. 반면, 기계식 전처리 및 초음파+기계식 전처리의 경우 가용화로 인한 점도의 영향은 없는 것으로 나타났다.
- 1. 기계식 전처리 장치를 이용한슬러지 가용화의 효율 (△SCOD/SCODo^100) 은 175%로 나타났다. 특히 알칼리와 기계식 전처 리를 병행하는 경우 가용화 효율은 574%로 나타나 하수슬러지 가용화에 매우 효과적인 것으로 나타났다.
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