[논문]음식물류폐기물의 고효율 바이오가스화를 위한 설계 및 운전기술지침 마련 연구(III) - 설계 및 운전 지침(안) 중심으로

이동진; 강준구; 이수영; 김기헌; 배지수

음식물류폐기물의 고효율 바이오가스화를 위한 설계 및 운전기술지침 마련 연구(III) - 설계 및 운전 지침(안) 중심으로
A Study on Establishment of Technical Guideline of the Installation and Operation for the Efficient Bio-gasification Facility of Food Wastes (III) - Final Items of Technical Guideline of the Installation and Operation 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.23 no.3, 2015년, pp.11 - 22

이동진 (국립환경과학원 폐자원에너지연구과) , 강준구 (국립환경과학원 폐자원에너지연구과) , 이수영 (국립환경과학원 폐자원에너지연구과) , 김기헌 (국립환경과학원 폐자원에너지연구과) , 배지수 (국립환경과학원 폐자원에너지연구과)

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문제 정의

음식물류폐기물은 4,000 mg/L 이하까지 큰 장애가 일어나지 않는 것으로 알려져 있지만 4,000 mg/L 이상에서는 혐기소화 장애가 발생하는 것을 볼 수 있었다. 본 연구보고서에서는 미국에서 사용되고 있는 알칼리도와 휘발성지방산 측정 수분석 방법을 부록 Ⅴ에 제시하였다.
본 연구에서는 음식물류폐기물 바이오가스화 시설에 대한 운영 실태조사를 기반으로 바이오가스화 시설의 세부 검사방법에 대한 적정성을 검토하여 관리방안을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 음식물류폐기물 바이오가스화 시설에 대한 현장조사, 정밀모니터링, 기술진단 등을 실시하고 현장시설의 문제점 및 개선방안을 파악하여 바이오가스화 시설의 설계 및 운영 기술지침(안)을 제안하고자 한다.

제안 방법

1. 고효율 시설(음폐수 톤당 바이오가스 생성량 30 Nm³/ton) 6개소를 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 정밀모니터링 결과 VS 기준 유기물분해율 평균 82.
3. 효율적인 바이오가스화 시설 설계를 위하여 시설용량 산정과 공정별 설계 지침(안)을 제안하였다. 시설용량은 요일별 ⋅ 계절별 시설반입량을 고려하여 처리용량에 여유율(처리용량의 10~30 %)을 더하여 산정하였다.
시설용량은 요일별 ⋅ 계절별 시설반입량을 고려하여 처리용량에 여유율(처리용량의 10~30 %)을 더하여 산정하였다. 각 공정별 지침(안)은 전처리공정에 호퍼 저장공간 3일 이상, 배관크기 150A 이상 등, 혐기성소화공정에 상부 스컴, 하부 침전물 제거 등, 소화가스 이용 공정에 가스발생량 0.48 Nm³_CH4/kg_VS 이상 등, 악취 제거 공정에 환기 횟수 기준 마련 등을 제안하였다.
05∼16 mg/kg_TS, 니켈 4∼30 mg/kg_TS 등) 등을 제안하였다. 또한 음식물류폐기물 바이오가스화 시설의 정상운영 여부를 파악할 수 있도록 운전 체크리스트를 제공하였다.
상기 내용에서 제시된 운전인자를 이용하여 운전 체크리스트를 부록에 제시하였다. 운전조건은 처리량과 소화조 운전인자, 그리고 유입물에 대한 것으로 소화조의 안정적인 운영을 점검하는 것이다.
시설용량은 요일별 ⋅ 계절별 시설반입량을 고려하여 처리용량에 여유율(처리용량의 10~30 %)을 더하여 산정하였다.
운전 지침(안)은 운전인자에 대하여 pH(산발효조 5.0∼6.2, 메탄발효조 7.0∼8.0), 온도(중온 30∼40 ℃, 고온 50∼60 ℃), 유기물부하율(4.0 kgVS/(m3 ⋅ day) 이하, 습식기준) 등이고, 저해인자에 대하여 휘발성지방산(4,000 mg/L 이하), 암모니아(3,000 mg/L 이하), 미량원소(코발트 0.4∼10 mg/kgTS, 몰리브덴 0.05∼16 mg/kgTS, 니켈 4∼30 mg/kgTS 등) 등을 제안하였다.

성능/효과

2. 전국 10개 음식물류폐기물 바이오가스화 시설을 대상으로 기술진단을 실시하여 시설 효율성 및 안정성을 점검하였다. 기술진단 결과 고효율시설(메탄생성률 0.
4. 바이오가스화 시설의 운전인자로는 pH, 온도, 유입물부하량 등울, 저해인자로는 휘발성지방산, 암모니아, 미량원소 등을 고려해야 한다. 운전 지침(안)은 운전인자에 대하여 pH(산발효조 5.
기술진단 결과 고효율시설(메탄생성률 0.50 Nm3CH4/kgVS 이상, 유기물 분해율 70 % 이상 등)은 6개소, 고효율이며 안정적인 운영시설(유기물 분해율 70 % 이상, 적정 온도 및 pH 유지, 유기물부하율 4.0 kgVS/(m3 ⋅ day) 이하 등)은 3개소, 계절적 변동에 의한 장애시설 3개소(여름철 산발효조 운영 개선, 겨울철 음식물류폐기물의 해빙 등), 잦은 설비결함 시설은 2개소(전처리시설의 잦은 고장, 저장조의 추가설치 필요 등) 등으로 조사되었다.
고효율 시설(음폐수 톤당 바이오가스 생성량 30 Nm³/ton) 6개소를 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 정밀모니터링 결과 VS 기준 유기물분해율 평균 82.2 %, COD 제거율은 73.6 %, 영양 성분 분해율은 탄수화물 52 %, 지방 67 %, 단백질 9.6 %, 휘발성지방산은 유입 5,998 mg/L, 유출 1,239 mg/L, 암모니아성 질소는 유입 759.7 mg/L, 유출 1,698.9 mg/L, 총인은 유입 413.6 mg/L, 유출 156.34 mg/L 등으로 조사되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐수처리설비의 특징은 무엇인가?	폐수처리설비는 음식물류폐기물의 소화 및 탈수 후 발생되는 폐수를 처리하는 곳이다. 일반적인 음식물류폐기물 폐수성상은 C/N비 1.7∼3.9로 매우 낮은 것이 특징이다. 적정 폐수처리 운영인자(C/N비, 체류시간, 온도, pH 등)를 고려하여 발생폐수 특성에 맞는 적정 공법을 선택할 수 있도록 해야 한다.
	혐기성소화 설비의 정의는 무엇인가?	혐기성소화 설비는 높은 온도(35 ℃ 혹은 55 ℃) 조건에서 혐기성 미생물을 이용하여 유기물을 분해하는 시설이다. 혐기성 미생물의 성장속도가 느리기 때문에 온도, 부하량 변화, pH, 체류시간, 암모니아, 휘발성지방산, 독성물질, 교반, 가스발생량 등의 소화조 운전 주의사항을 유의해야 한다.
	혐기성 미생물의 성장속도가 느리기 때문에 주의해야 할 점은?	혐기성소화 설비는 높은 온도(35 ℃ 혹은 55 ℃) 조건에서 혐기성 미생물을 이용하여 유기물을 분해하는 시설이다. 혐기성 미생물의 성장속도가 느리기 때문에 온도, 부하량 변화, pH, 체류시간, 암모니아, 휘발성지방산, 독성물질, 교반, 가스발생량 등의 소화조 운전 주의사항을 유의해야 한다. 따라서 온도측정 장치, 침전물 제거, 소화조 유입배관, 상부 스컴 제거장치 등의 대응방안을 마련하여 상기 문제를 해결할 수 있도록 조치하여야 한다.

참고문헌 (21)

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