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문제 정의
- 따라서 본 연구시설에시 발셍하는 소화액의 액비 사용 가능여부들 판난하기 위해[Table 3]에서와 같이 비료공정규격에 따른 액비 규격에 적합한지를 분석하였다. 규격 항목 중 가장 중요한 항목은 진소와 염분 농도로서, 가장 중요한 비료 성분인 질소 농도는 0.
- 따라서, 본 연구에서는 유기성 폐기물의 효과적인 처리 및 에너지화 방안의 일환으로서, 고농도 유기성폐기 물인 음폐수와 돈분뇨를 특수 세작된 혐기성 소화조에서 병합치리하여 대체 에너지원인 Bio—gas를 생산하는 바이오가스 Pilot Plam의 성능과 안정성을 평가하고 소화액의 액비 활용 가능성을 평가함으로써 그 우수성을 입증하였다.
- 부여구에서는고농도 유기성폐기물(음폐수, 가축분뇨)을 병힙-처리하는 혐기소화 시설의 성능 및 안정성을 검증함으로써 대체 에너지원인 바이오가스 생산을 극대화하고 소화엑을 엑비로 자원화할 수 있는 방안에 대하여 살펴보았다. 주요 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 즉정 방법은 Standard Method(2305)와 수질오염공정시헌법(2007)을 이용하였다. 그리고, 혐기성 소화액의 액비 활용 가능성을 살펴보기 위하여 비료공정규격 성상에 대한 소화액의성상을 분석하였다.
- 3]과 같이 원료 투입량 및 수리학직 체류시간(HRT), 원료 내 돈분뇨와 음폐수의 비윤 등의 운전 조건을 변화시키면서 CASE1~CASE3의 3단계로 진행하였다. 돈분뇨와 음폐수의 비윤은 일본과 연구협력을 통하여 가축분뇨와 음폐수의 비율이 7:3인 경우 가장 안정적인 양상을 나타내어 이러한 결과를 기구으로 본 연구의 여건에 맞게 조건을 벼화시켜 CASE들분류하였다.
- 따라서, 이러한 독성 유반물길에 대한 저해여부를 파악하기 위하여 원료 및 소화액에 내한 해당 성분의 농도를 보석하였으며, 그 결과는 [Table 2]에서 보는 바와 같다.
- 먼지 CASE1은 돈분뇨:음폐수=7:3의 원료를 5E/일투입(HRT=30일)하였으며, CASE2게서는 Case 상태에서 조성비율은 유지하고 투임량만을 20% 증가시킴으로써 체류시간을 30인에서 25인로 단축시켰다. Case3에서는 원료 투입량은 6m, 인로 유지하여 체류 시간을 25인로 고징하면서 원료 조성을 돈분뇨:음폐수 = 6:4로변화시 켜 신험을 진행하였다-
- 소화조의 pH와 온도는 소화조에 장착된 pH 미터와 온도계를 사용하여 실시간 즉정 및 기록된 지-료를 이용하였다. 바이오가스 생산량과 메단농도는 현장에 설치된 유량계 와 가스분석 장치들 이용하여 측정하었다.그리고, 총고형물과 휘발성 고형물의 분석에 있어시는 원료조에시 소화조로 투입 되는 유입 관에서 원료조 시료들, 소화조에서 배출되는 배출관에시 소화조 시료를 긱각 1L씩 채취하여 분식시까지 4℃에서 보관하였으며, 보관인은 하루 이상 되지 않도독 하였다.
- 이용하였다. 본 시설은 2008년 1월 가동을 시작하였고, 3개월 가량의 시 운전을 거쳐 안정 화에 도달한 후, 겨울철을 포함하여 장기간 운전 및 처리 효율 테스트들 수행하었다.
- 본 실험은 중운(38C) 혐기성 소화조의 안정화가 유지된 상대에서 [Fig. 2] 및 [Fig. 3]과 같이 원료 투입량 및 수리학직 체류시간(HRT), 원료 내 돈분뇨와 음폐수의 비윤 등의 운전 조건을 변화시키면서 CASE1~CASE3의 3단계로 진행하였다. 돈분뇨와 음폐수의 비윤은 일본과 연구협력을 통하여 가축분뇨와 음폐수의 비율이 7:3인 경우 가장 안정적인 양상을 나타내어 이러한 결과를 기구으로 본 연구의 여건에 맞게 조건을 벼화시켜 CASE들분류하였다.
- 성능과 안정성을 평기-하였다. 소화조의 pH와 온도는 소화조에 장착된 pH 미터와 온도계를 사용하여 실시간 즉정 및 기록된 지-료를 이용하였다. 바이오가스 생산량과 메단농도는 현장에 설치된 유량계 와 가스분석 장치들 이용하여 측정하었다.
- 돈사 저장조에 설치된 이송펀프 주위에는 스크린을 설치 히-여 협 삽물이 이 송되 는것을 방지 하였다. 음페수는 음식물쓰레기 습식사료화 시설(200톤/일 처리에서 협삽물 제거, 파쇄, 기계식 압축에 의한 선별 및 분쇄 후 사료화 등의 과정에시 발생한 탈리 엑과 세척수 등을 포함한 것으로서 차량으로 이송 후 원료조에 투입하였다.
- 이 과징에서 소화조의 pH, 온도, 알칼리도와 휘발성고형물(VS)의 농도 및 제거율, 비이오가스 생산량, 메탄가스 농도 등을 측정하여 운진조건별 현기성 소화 공정의 성능과 안정성을 평기-하였다. 소화조의 pH와 온도는 소화조에 장착된 pH 미터와 온도계를 사용하여 실시간 즉정 및 기록된 지-료를 이용하였다.
- 지동 제어되고 있다. 특히 소화조는 그 니부에 분할 막 ,미생물 부착 여재, 교반 및 슬러지 이송을 위한 특수 설계된교반기 등을 갖춤으로써, 고액분-리없이 고형물을 다량 함유한 유기성 떼기물의 처리가 가능하도록 설계되었다. 소화조는 소화조 내부에 설치된 온수배관을 통해 38℃로 유지되었으며, pH 조절을 위해 벌도로 약품을 투입하지는 않았다.
- 한편, 혐기성소화 공정의 저해물길에 대한 영향 여부를 파악하기 위하여 소화액에 내한 염분, 양이온류, 중금속류의 농도를 측정하였다. 즉정 방법은 Standard Method(2305)와 수질오염공정시헌법(2007)을 이용하였다.
대상 데이터
- 돈분뇨는 만생 후돈사 지하저장조에 평균 약 1개월 동안 저상한 후 펌프를 통히 본 시설의 원료조로 이송하였다. 돈사 저장조에 설치된 이송펀프 주위에는 스크린을 설치 히-여 협 삽물이 이 송되 는것을 방지 하였다.
- 본 연구에서는 5m3일 처리 규모의 파일럿 를랜트 설비를 이용하였다. 본 시설은 2008년 1월 가동을 시작하였고, 3개월 가량의 시 운전을 거쳐 안정 화에 도달한 후, 겨울철을 포함하여 장기간 운전 및 처리 효율 테스트들 수행하었다.
- 한펴, 대상 원료는 경기도 안성시 소재 ◯◯축산영농조합의 돈사에시 발생한 슬러리 상태 의 돈분뇨와 안성시 소새 음식물쓰레기 사료화시선에서 반생하는 음폐수를 사용하였다. 논분뇨와 음폐수의 성상은 계절이나 수거 당시 해당시선의 저장조 상태 등에 따라 상당한 차이를 보였다.
이론/모형
- 농도를 측정하였다. 즉정 방법은 Standard Method(2305)와 수질오염공정시헌법(2007)을 이용하였다. 그리고, 혐기성 소화액의 액비 활용 가능성을 살펴보기 위하여 비료공정규격 성상에 대한 소화액의성상을 분석하였다.
성능/효과
- 1.소화조의 pH는 약품 주입이 잆있음에도 불구하고 적정 pH 범위인 7.0~7.5에 근접한 7.8~8.1 을 유지할 수 있었다.
- 2. 돈분뇨:음폐수가 = 6:4, 6 /일의 투입량, 원료의 VS 5.3%, 유기물 부하율 2.0 kg-VS/ma·일, 체류시간 25일로 가동되는 운전조건에서 유기물분해율 70%, 바이오가스 생산랑220m3/인, 바이오가스 중 메탄가스 농도 64%, 투입 유기물 당 바이오가스 생산랑 0.69m1/kg—VSinput의 비교적 높은 성능을 나다내었다.
- 3. 체류시간을 동일하게 유지하고 원료의 조성을 변화시켜 유기물 부하율을 증기시킨 셩우 유기물분해율, 바이 오가스 생산량, 투입 유기물 당 바이오가스 생산량 등이 크게 증기하였다. 비이오가스 처리시설의 경제성과 환경성을 높이기 위해서는 음폐수와 샅이 유기물 농도가 높은 유기성 폐기물을 첨가하는 것이 유리할 것으로 판단된다.
- 4. 소화액의 양이 은류와 중금속류의 농도들 분석한 결과, 지해 유발 범위 이하의 농도로 존재하였다.
- 5. 본 연구시설에서 발생한 소화액은 실험 조건(돈분뇨:음폐수=7:3)으로 운전될 경우 비료공정규격에 따른 액비기준을 모두 충족하는 것으로 분식 되었다. 따라서 원료 중 음폐수의 비율이 30%를 초과하지 않는 범위 내에서는 소화액을 액비로 사용 가능한 것으로 판단된다.
- 바이오가스 생산량은 VS분해율 및 원료의 VS농도와 비슷한 양상 보였다. CASE1에서는 평균 110m3/ 일 정도의 바이오가스가 발생되었으며, CASE2 중 VS 농도 및 VS보히율이 낮은 기간 동안에는 바이오가스 발생량이 상대적으로 감소하였다. CASE3에시는 평균 220m7일 정도의 바이오가스가" 발생하였다.
- 반면 음폐수의 녕우는 TS의 농도가 비교적 균일하였다. TS의 농도는 (평균 13%), TS 중 VS의 비율은 80~88%(평균 85%), pH는 3.5~4.3( 평균 4.0)로 측정 되었다.
- 각 단계변로 살펴보면 CASE 1 조건에서는 소화조에 M급된 원료액의 VS농도가 평균 3.6%이었고 전체적으로 큰 편차를 보였다. 투입먕을 6m7일로 증가시킨 CASE 2에서는 원료액의 유기물 농도가 평균 3.
- 각 분석 물질에 대한 원료액과 소화액의 농도 차는 크지 않았으며, 소화액에 있어서 양이온 물질의 농도는 Na + = 1,270mg/L, Mg2+= 145mg/L,K+=2, 390mg/L,Ca2+=1,080mg/L이었고, 그리고 중금속 물질의 농도는 Cr = 1.4mg/L, Cu=6.9mg/L, Ni=1.7mg/L, Cde 검출되지 않았다.
- 논분뇨와 음폐수의 성상은 계절이나 수거 당시 해당시선의 저장조 상태 등에 따라 상당한 차이를 보였다.
- CASE 1과 2에서 61% 정노의 유기물 분-히율과는 달리 CASE 3에서는 70% 정도의 유기물 분해율을 보였다. 따라시 CASE 1과 2에시는 본 연구시설이 소화할 수 있는 유기물 부하보다 적게 원료가 투입되고 있었고, CASE 3에시 유기물 부하를 증대시킴으로씨 더 높은 유기물 분해율을 단성할 수 있있음을 알 수 있다. 또 다른 원인으로서는 원료액 중 유기물 분해윤이 더 높은 음폐수의 비율이 높아짐으로써 전체직인 원료의 유기 물 분해 윤이 상승하는 효과를 가져 왔다고 할 수 있다.
- 이 기간 동안 돈사의 세척수 사용량이 급증하여 원료 중 유기물 농도가 크게 감소하였으나, 소화조의 체류시간은 25인이므로 소화액의 유기 물 농도는 상대적으로 적게 감소하였다. 띠라서 유기물 분해율이 이 기간 동안 크게 감소한 것으로 나타났으나 돈사의 돈보뇨 원료가 평균적인 성상을 회복하면서 유기물 분해율도 60% 내외로 안정화 되었다. CASE 1과 2에서 61% 정노의 유기물 분-히율과는 달리 CASE 3에서는 70% 정도의 유기물 분해율을 보였다.
- CASE3에시는 평균 220m7일 정도의 바이오가스가" 발생하였다. 바이오가스 중의 메단가스는 CASE 1과 CASE2에시는 67~68,CASE3에서는 64% 정도로 전체적으로 큰 변화를 보이지 않았으나, 원료 중 음폐수의 농도가 증가함에 따라 바이오가스 중의 메탄함랑은 감소하는 경향을 보였다.
- 3% 이하이어야 한다. 본 연구시설에서 발생 한 소화액은 질소 농도 0.59%, 염분 농도 0.29%로서 비료공정규격을 만족하였으며, 다른 항목에 대해서도 모두 충족시키는 결과를 언음으로써 소화액을 액비로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
- 따라시 원료 중 음폐수의 비중이 증가 할수록 소화액의 염분농도는 증가하게 된다. 이 당시에 사용된 원료의 조성은 돈분뇨:음폐수 = 7:3이있는데 염분 농도가 0.29%로 기준농도에 매우 근접하게 만족하고 있으므로, 음폐수의 비율이 30%를 조과하게 되면 소화액 중 염분의 농도는 0.3%를 초과하여 액비 기준을 충족시키지 못한 가능성이 내우 높게 될 것으로 판단된다. 따라서 소화액을 폐수처리히지 않고 액비로 사용하는 것을 고려한다면 소화액의 염분 농도를 추정하여 원료의 조섬을 결정해야 할 것이 다.
- 한편, 혼합원료의 pH는 5.3~6.6(평균 6.1)이었으나, 소화액의 pH는 약품 투입이 진혀 없이 7.8~8.0(7.9)로 안정적으로 유지되었다. Alkalinity의 경우에는 혼합원료는 7, 200~14, 800mg/L(평균 10, 200mg/L), 소화액은 15,000~19,000mg/L(평균 17,000mg/L)로 혼합원료 보다 증가하는 경향을 보었다.
- 9]과 같다. 혼합 원료의 TS농도는 3.3 ~7.9%(평균 5.1%), VS 농도는 2.3 ~ 6.0(평균 3.8%)로 신험기간 동안 차이가 컸고, 소화액의 TS 농도는 2.2~3.0%(평균 2.5%), VS농도는 1.2~1.8%(평균 1.4%)로혼합원료의 경향에 맞추어 작은폭으로 변화하였다.
후속연구
- 이러한 결과로서 현지 사용되는 주된 화석 연료인 석유의 가채년수는 49년 정도 밖에 남지 않았으며, 향후 40~60년 내에 획기적이 대체 에너시가 나오지 않는 한 심각한 에너지 문제에 직면할 진망이다. 또한 화석연료 사용의 증가는 데기 중으로 CO2 방줄을 가속화시킴에 따라 지구온난화와 기후변화를 일으키는 원인이 되고 있다.
- 단순 처리 되거나 해양으로 배출되고 있는 유기성폐기물까지에너지화 하는 경우 그 효과도 제고될 수 있으므로 유기성페기물의 에너지화를 위한 기술개발이 시급한 실정이다. 이러한 기술개발을 동하여 폐기물의에너지화를 실현할 경우 폐기물자체에서 발생하는 온실가스를 저감할 수 있다는 본연의 목적 외에도 이를에너지화함으로시 화석연료의 소비를 대체하는 등 일거양득의 온실가스 감축효과가 있을 것으로 판단된다. 이를 위한기술 개발은 가까운 미래에 다가오는 온실가스 의무감축에 대비한다는 국가정책 측면에서도 매우 큰 의미가 있다고 하겠다.
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