[국내논문]일체형 2상 혐기성소화 운전효율 검토를 통한 음폐수 처리 타당성에 관한 연구 Study on Feasibility of Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion Using Foodwaste Water by Reviewing of Operating Efficiency원문보기
본 연구는 음폐수를 대상으로 산발효와 메탄발효가 일체형으로 구성된 혐기성소화방식에 대한 경제적, 기술적 타당성 검토를 위함이며, 이를 위해 현재 운영 중인 24톤/일의 시설 운영현황 분석을 실시하였다. 실험 결과, 음폐수 내에 VS 기준 유기물 제거율은 73.7%로 분석되었으며, 바이오가스는 평균 $1,239m^3$/일($54.4m^3$/톤-투입음폐수)이 생산되었다. 일체형 소화조는 구조 특성상 분리형 2상 소화조 대비 설치 면적과 소요 열량이 각각 15.9%~47%, 11.6%~17.8%의 절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 이상의 운전결과를 종합해보면, 분리형 소화 방식 대비 소요부지면적 축소, 시설비 절감 등의 이점이 기대되는 일체형 2상 혐기성소화 방식은 보다 상용화된 대형 플랜트로의 적용 타당성이 높을 것으로 판단된다.
본 연구는 음폐수를 대상으로 산발효와 메탄발효가 일체형으로 구성된 혐기성소화방식에 대한 경제적, 기술적 타당성 검토를 위함이며, 이를 위해 현재 운영 중인 24톤/일의 시설 운영현황 분석을 실시하였다. 실험 결과, 음폐수 내에 VS 기준 유기물 제거율은 73.7%로 분석되었으며, 바이오가스는 평균 $1,239m^3$/일($54.4m^3$/톤-투입음폐수)이 생산되었다. 일체형 소화조는 구조 특성상 분리형 2상 소화조 대비 설치 면적과 소요 열량이 각각 15.9%~47%, 11.6%~17.8%의 절감 효과가 있는 것으로 나타났다. 이상의 운전결과를 종합해보면, 분리형 소화 방식 대비 소요부지면적 축소, 시설비 절감 등의 이점이 기대되는 일체형 2상 혐기성소화 방식은 보다 상용화된 대형 플랜트로의 적용 타당성이 높을 것으로 판단된다.
The purpose of this study was to review of technical, economical feasibilities regarding Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion(ITPAD) method. In order for that, operation conditions and data with 24tpd capacity of operating ITPAD plant were analyzed. The result showed that VS removal efficiency w...
The purpose of this study was to review of technical, economical feasibilities regarding Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion(ITPAD) method. In order for that, operation conditions and data with 24tpd capacity of operating ITPAD plant were analyzed. The result showed that VS removal efficiency was 73.7% and total amount of biogas was generated $1,239m^3/day$ on the average that represents $54.4m^3/ton$-input of generation efficiency. ITPAD had advantages in terms of required area and energy for heating which were analyzed 15.9%~47%, 11.6%~17.8% lower respectively compared to Conventional Separated Two-Phase Anaerobic Digestion(CSTPAD) method. Thus, it is considered the ITPAD has comparatively high feasibility to be expanded and commercialized to dispose high concentration organic matter of waste such as food waste and its leachate.
The purpose of this study was to review of technical, economical feasibilities regarding Integrated Two-Phase Anaerobic Digestion(ITPAD) method. In order for that, operation conditions and data with 24tpd capacity of operating ITPAD plant were analyzed. The result showed that VS removal efficiency was 73.7% and total amount of biogas was generated $1,239m^3/day$ on the average that represents $54.4m^3/ton$-input of generation efficiency. ITPAD had advantages in terms of required area and energy for heating which were analyzed 15.9%~47%, 11.6%~17.8% lower respectively compared to Conventional Separated Two-Phase Anaerobic Digestion(CSTPAD) method. Thus, it is considered the ITPAD has comparatively high feasibility to be expanded and commercialized to dispose high concentration organic matter of waste such as food waste and its leachate.
본 연구는 기존 음폐수 혐기성소화 방식의 단점을 보완할 수 있는 구조의 일체형 2상 혐기성소화 방식에 대한 유기물 제거 및 바이오가스 생산효율성 검토를 실시하였다. 검토는 현재 설치 운영중인 24톤/일 규모의 음폐수 일체형 2상 혐기성소화시설에서의 소화 전후 유기물 제거율, 바이오가스 생산량 등의 분석을 통해 진행하였다.
제안 방법
pH, 온도, 바이오가스 생산량 등 분석이 용이하며, 단기간에 분석이 이루어지는 항목들은 현장계측기 및 분석기기를 활용하여 상시 측정하였다. 혐기성소화 처리효율은 유입 음폐수와 각 발효조 유출수를 대상으로 TS, VS, TCODCr, SCODCr, T-N, T-P, TVFA의 항목에 대해 수질오염공정시험법 및 Standard Method(USA)를 이용하여 분석하였다.
본 연구는 기존 음폐수 혐기성소화 방식의 단점을 보완할 수 있는 구조의 일체형 2상 혐기성소화 방식에 대한 유기물 제거 및 바이오가스 생산효율성 검토를 실시하였다. 검토는 현재 설치 운영중인 24톤/일 규모의 음폐수 일체형 2상 혐기성소화시설에서의 소화 전후 유기물 제거율, 바이오가스 생산량 등의 분석을 통해 진행하였다.
일체형 2상 혐기성소화의 운전 효율을 위한 대상시설은 수도권매립지 실증화단지내 24톤/일 규모로 설치되었다. 운전 효율 검토는 최초 시운전 이후 약 11개월 간 실시하였으며, 일체형 혐기성소화조의 유기물 제거효율 및 바이오가스 생산 효율, 그리고 혐기미생물 개체수 및 다양성 분석평가를 실시하였다. 본 연구의 검토 대상 시설 및 분석방법 개요를 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
본 시설의 처리대상은 인천환경공단 청라사업소에서 발생하는 음폐수이다. 시간당 음폐수 투입은 시설 용량 24톤/일에 부합하도록 시간당 약 1.
일체형 2상 혐기성소화의 운전 효율을 위한 대상시설은 수도권매립지 실증화단지내 24톤/일 규모로 설치되었다. 운전 효율 검토는 최초 시운전 이후 약 11개월 간 실시하였으며, 일체형 혐기성소화조의 유기물 제거효율 및 바이오가스 생산 효율, 그리고 혐기미생물 개체수 및 다양성 분석평가를 실시하였다.
이론/모형
본 연구에서 검토한 일체형 2상 혐기성소화와 분리형 2상 혐기성소화와의 설치 면적과 소요 열량과의 비교 분석 결과를 다음 Table 8에 나타내었다. 분리형 2상 소화의 소요 면적 및 열량값은 현재 설치⋅운영 중인 유사사례와 ‘음식물류폐기물 바이오가스화시설 기술지침서, 환경부(2015)’ 상 소화조 설계기준을 참고하였다. 동일한 양의 기질을 처리하는데 있어서 일체형 2상 소화조의 면적 및 부피를 일정하다고 가정하는 경우, 분리형 2상 소화조는 15.
성능/효과
2. 음폐수 내에 부유물질(TS, VS), COD 농도는 각각 61,338mg/L, 20,740mg/L, 103,996mg/L이며, 각 항목에 대한 처리효율은 각각 66.2%, 73.7%, 73.4%로 분석되었다.
3. 바이오가스는 평균 1,210㎥/일 생산되었으며,이는 음폐수 톤당 54.4㎥의 생산효율을 보이는 것이다. 바이오가스의 메탄함량도 58.
분리형 2상 소화의 소요 면적 및 열량값은 현재 설치⋅운영 중인 유사사례와 ‘음식물류폐기물 바이오가스화시설 기술지침서, 환경부(2015)’ 상 소화조 설계기준을 참고하였다. 동일한 양의 기질을 처리하는데 있어서 일체형 2상 소화조의 면적 및 부피를 일정하다고 가정하는 경우, 분리형 2상 소화조는 15.9%∼47%가 증가하는 것으로 나타났으며, 동일한 방식으로 일체형과 분리형 소화조에 공급되는 열량 비교 검토시 분리형 소화조는 11.6%∼17.8%가 증가하는 것으로 분석되었다.
후속연구
이상의 운전결과를 종합해보면, 분리형 소화 방식 대비 소요부지면적 축소, 시설비 절감 등의 이점이 기대되는 일체형 2상 혐기성소화 방식은 유기물처리효율, 바이오가스 생산량, 그리고 안정적인 시설운영 측면에서 분리형 2상 혐기성소화 방식과 큰 차이가 없는 것으로 검토되어 보다 상용화된 대형플랜트로의 적용 타당성이 높을 것으로 판단된다.
이에 일체형 2상 혐기소화반응조는 상기 설비가 필요치 않아 초기설치비의 원가절감이 가능하며, 소요부지 또한 줄일 수 있으므로 혐기소화시설을 compact化 하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
음식물 처리 공정 중 발생되는 폐수의 특징은?
음식물 처리 공정 중 발생되는 폐수는 유기물 함량이 매우 높은 고농도 폐수로서 하수 및 오수와는 달리 일반적인 수처리 공법으로는 원만한 처리가 어렵기 때문에 2013년 이전까지는 거의 대부분 해양배출에 의존하여 처리하였다.
생활폐기물 종량제는 언제부터 시행되었나?
1995년 생활폐기물 종량제가 시행되고, 2005년시․도 지역에 한하여 음식물류 폐기물 직매립이 전면 금지된 이후, 우리나라 음식물류 폐기물 육상처리시설 설치는 급속하게 증가하였다. 2013년 기준환경부의 ‘음식물류 폐기물 처리시설 설치운영 현황’에 따르면, 가동 중지 상태인 32개 시설을 제외한 208개 음식물류 폐기물 자원화시설이 설치 운영 중이며,1) 대부분 사료화와 퇴비화 방식으로 처리되고 있다.
대상시설의 음폐수 내 유기물 농도가 다소 낮게 측정되었던 이유는?
본 시설로 유입되는 음폐수의 오염물질 성상은 Table 3과 같다. 대상 시설은 음식물 건식사료화공정의 발생 음폐수로 탈수과정에서 발생하는 폐수와 건조 등의 기타 공정에서 발생하는 응축수로 구성되어 있다. 따라서 음폐수 내 유기물 농도는 타사례와 비교하여 다소 낮은 것으로 분석되었으며, 음식물이 일부 동결되어 반입되는 동절기에 비해 하절기가 발생량 및 유기물 농도가 일반적으로 높게 나타나는 것으로 조사되었다.
참고문헌 (11)
Ministry of Environment, "Current State of Food waste Recycling Facilities in Korea"(2008-2013).
Ministry of Environment, "The First Master Plan for Recycling of Resource"(2011).
Ministry of Environment, "Technical Guideline for Food waste Anaerobic Digestion Plant"(2015).
Shelton D., and Tiedje, J. M., "General method for determining anaerobic biodegradation potential", Appled and Environmental Microbiology, 47, pp. 850-857. (1984).
APHA-AWWA-WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Waste water, 21th edition, American Public Health Association, Washington, DC., USA (2005).
Ministry of Food and Drug safety in Korea, Korean Food Standards Codex, (2009).
Owen, W. F., Stuckey, D. C., Healy, J. B., Young, Jr. L. Y., and McCarty, P. L., "Bioassay for monitoring biochemical methane potential and anaerobic toxicity", Water Research, 13(6), pp. 485-492. (1979).
Sun, Y., Wang, D., Yan, J., Qiao, W., Wang, W., and Zhu, T., "Effects of lipid concentration on anaerobic co-digestion of municipal biomass wastes", Waste Management, (2013). http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2013.07.018
Palatsi, J., Laureni, M., Andr, M. V., Flotats, X., Nielsen, H. B., and Angelidaki, I., "Strategies for recovering inhibition caused by long chain fatty acids on anaerobic thermophilic biogas reactors", Bioresource Technology, 100, pp. 4588-4596. (2009).
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