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슬러지 저감을 위한 혐기성 소화조 개선에 관한 연구
A Study of the Improvement in an Anaerobic Digester for Sludge Reduction 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.33 no.7, 2011년, pp.516 - 522  

김홍석 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 에너지환경공학과) ,  이태진 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원 에너지환경공학과)

초록
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국내에서 운영중인 혐기성 소화조의 가장 큰 문제점은 낮은 소화효율이며, 이에 대한 원인은 낮은 유기물 투입농도, 소화조내의 낮은 교반 효율, 잉여슬러지의 난분해성 등이다. 본 연구에서는 혐기성 소화설비의 효율성을 높이기 위하여 기존의 혐기성 소화 시스템에 농축 및 교반, 오존 가용화 설비를 설치하고, 기존의 2단 소화조에서 단단소화조로 개선함으로서 소화효율 및 바이오가스의 발생량을 증대 시키고자 하였다. 이러한 개선을 통하여 농축시스템의 슬러지 농도는 2.6배 향상되었음을 확인하였으며, 농축효율은 3.0배 증가한 것으로 나타났다. 또한, 기계식 교반으로 사공간이 줄어들었음을 확인하였으며, 혐기성 소화조 내 소화가스 발생량도 평균 $193.8m^3$/일에서 평균 $386.0m^3$/일로 향상된 것을 확인하였다. 소화효율은 평균 47.6%에서 54.6%로 향상되어진 것으로 나타났으며, VS제거당 소화가스 발생량은 평균 $0.30Nm^3/kg$ VS removal에서 $0.42Nm^3/kg$ VS removal로 증대되어진 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The largest problem of domestic anaerobic digestion is low digestion efficiency. Reasons of the problem would be low organic matters input, low mixing efficiency in digestion tank, refractory excess sludge etc.. In this study, screw attached disk-type concentration system and a mechanical mixing sys...

주제어

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문제 정의

  • 개선된 스크류 부착형 디스크형 슬러지 농축기는 발생되는 슬러지를 유입시켜 디스크형 슬러지 농축기에서 농축시키고, 이렇게 농축된 슬러지를 스크류로 인발하여 다시 한번 농축시키도록 하여 농축효율을 개선하고자 하였다. 이러한 방식으로 발생되어지는 고농축슬러지를 혐기성 고율 단단 소화조에 투입함으로써 SRT (solids retention time)를 증가시키고, 적절한 HRT (hydraulic retention time)를 유지할 수 있고, 혐기성 미생물의 씻김 현상을 방지할 수 있어서 소화효율을 증가시키는데 중요한 역할을 하도록 하였다.
  • 본 연구에서는 기존 시설의 문제점인 세포벽의 고분자성으로 인한 혐기성 유기물의 소화방해 작용을 해결하기 위하여 오존가용화설비를 사용하였다. 오존가용화 설비의 가동은 혐기성 고율 단단 소화조에서 슬러지를 인발하여 스크린을 거치면서 슬러지 중의 협잡물을 제거하고, 미분화조를 거치면서 고형분의 입도가 줄어들어 오존과 접촉되는 비표면적이 증가하는 효과를 나타내도록 하였다.
  • 이 연구는 충북에 위치한 혐기성 소화 시스템에 농축 및 교반, 가용화 설비를 설치하고, 기존의 2단 소화조에서 단단소화조로 개선함으로서 소화효율 및 바이오가스의 발생량을 증대시킬 수 있는 방안을 마련하고자 실시되었으며, 그 실험결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
  • 이 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 첫번째로 농축장치에 기계식 농축을 이용하여 일 발생슬러지의 충분한 처리, 혐기성소화조의 높은 기질농도 투입, 기존 혐기성 소화조 내에 부족한 탄소원 충족을 이루고자 하였다. 두 번째로, 높은 슬러지 농도 투입 시 기존의 혐기성 소화조에 설치된 가스식 교반장치로는 충분한 혼합이 어려우므로, 혐기성 소화조 내에 기계식 교반기를 설치하여 4~5%의 농축 슬러지 교반 가능성을 확인하였다.
  • 즉, 본 연구는 충북에 위치하고 있는 혐기성 소화시설의 소화 효율성을 높이기 위하여 기존의 하수분뇨처리장에 설치된 혐기성 소화 시스템에 농축 및 교반, 가용화 설비를 설치하고, 기존의 2단 소화조를 단단소화조로 개선함으로서 소화효율 및 바이오가스의 발생량을 증대시킬 수 있는 방안을 마련하여 실제 혐기성 소화 설비를 운전하는 현장에 참고자료로 활용할 수 있도록 하고자 하였다.
  • 7에서 나타내었다. 즉, 이 연구대상 시설인 스크류 부착형 디스크형 농축기의 가동으로 인하여 슬러지의 농도가 평균 2.6배 높아졌음을 확인하였으며, 이로 미루어 보아본 설비의 개선으로 인하여 기존에 문제시 되었던 혐기성 소화조의 높은 기질농도 투입 및 기존 혐기성 소화조 내에 부족한 탄소원을 충족시키고자하는 본 연구의 목적을 달성할 수 있음을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서 운영중인 혐기성 소화조의 가장 큰 문제점은? 국내에서 운영중인 혐기성 소화조의 가장 큰 문제점은 낮은 소화효율이며, 이에 대한 원인은 낮은 유기물 투입농도, 소화조내의 낮은 교반 효율, 잉여슬러지의 난분해성 등이다. 본 연구에서는 혐기성 소화설비의 효율성을 높이기 위하여 기존의 혐기성 소화 시스템에 농축 및 교반, 오존 가용화 설비를 설치하고, 기존의 2단 소화조에서 단단소화조로 개선함으로서 소화효율 및 바이오가스의 발생량을 증대 시키고자 하였다.
국내 혐기성 소화조의 문제점인 낮은 소화효율을 해결하기위해 어떻게 하였는가? 이 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 첫번째로 농축장치에 기계식 농축을 이용하여 일 발생슬러지의 충분한 처리, 혐기성소화조의 높은 기질농도 투입, 기존 혐기성 소화조 내에 부족한 탄소원 충족을 이루고자 하였다. 두 번째로, 높은 슬러지 농도 투입 시 기존의 혐기성 소화조에 설치된 가스식 교반장치로는 충분한 혼합이 어려우므로, 혐기성 소화조 내에 기계식 교반기를 설치하여 4~5%의 농축 슬러지 교반 가능성을 확인하였다. 세 번째로, 난분해성 유기물 문제를 해결하기 위하여 오존을 이용한 가용화설비를 이용함으로서, 잉여슬러지 중의 고분자 유기물을 분해 하여 혐기성 소화가 쉽게 이루어지도록 하였다.
국내에서 운영중인 혐기성 소화조에서 낮은 소화효율의 원인은? 국내에서 운영중인 혐기성 소화조의 가장 큰 문제점은 낮은 소화효율이며, 이에 대한 원인은 낮은 유기물 투입농도, 소화조내의 낮은 교반 효율, 잉여슬러지의 난분해성 등이다. 본 연구에서는 혐기성 소화설비의 효율성을 높이기 위하여 기존의 혐기성 소화 시스템에 농축 및 교반, 오존 가용화 설비를 설치하고, 기존의 2단 소화조에서 단단소화조로 개선함으로서 소화효율 및 바이오가스의 발생량을 증대 시키고자 하였다.
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참고문헌 (12)

  1. 이영우, "고율 이단 혐기성 소화조를 이용한 음폐수 처리 특성," 한밭대학교 산업대학원 석사 학위 논문(2010). 

  2. 한국환경공단, "소화조 운영실태 정밀진단 결과보고," (2005). 

  3. Owen, W. P., Stuckey, D. C., Healy, J. B., Young, L. Y. and McCarty, P. L., "Bioassay for monitoring biochemical methane potential and anaerobic toxicity," Water Res., 13, 485-492(1979). 

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  5. Shelton, D. R. and Tiedje, J. M., "General Method for determining anaerobis biodegradation potential," Appl. Environ. Microbid, 47, 850-857(1984). 

  6. Christophersen, T. H., Kjeldsen, P. and Lindhardt, B., "Gasgenerating Process in landfills," E & FN SPON, London, pp. 24-49(1996). 

  7. Gujer, W. and Zehnder, A. J. B., "Conversion process in anaerobic digestion," Water Sci. Technol., 15, 127-167(1983). 

  8. Eastman, J. A. and Ferguson, J. F., "Solubilization of anaerobic particulate organic carbon during the acid phase of anaerobic digestion," J. WPCF, 53, 352-366(1981). 

  9. Lawrence, A. W,. "Application of process kinetics to design of anaerobic processes," American Chemical Society, Cleveland, Ohio(1971). 

  10. Bradley, D. E. and Angus, J. P., "Benthic metabolism and nitrogen cycling in a subtropical east Australian estuary (Brunswick): Temporal variability and controlling factor," Limnol. Oceanogr., 50(1), 81-96(2005). 

  11. Angelidaki, I. and Ahring, B. K., "Anaerobic digestion of manure at different ammonia loads : effect of temporature," Water Res., 28, 727-731(1994). 

  12. Bartlett, K. B. and Harriss, R. C., "Review and assessment of methane emissions from wetlands," Chemosphere(1993). 

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