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단상 고온 및 중온 혐기성 하수 슬러지의 소화 공정 비교
Comparison of Single-stage Thermophilic and Mesophilic Anaerobic Sewage Sludge Digestion 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.27 no.5, 2016년, pp.532 - 536  

장현민 (광주과학기술원 환경공학부) ,  최석순 (세명대학교 바이오환경공학과) ,  하정협 (평택대학교 환경융합시스템학과)

초록
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본 연구에서는 하수 슬러지를 대상으로 단상 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$) 혐기성 소화조의 안정성, 고형물 제거 및 메탄생성을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온($R_{TAD}$, reactor of thermophilic anaerobic digestion) 및 중온 ($R_{MAD}$, reactor of mesophilic anaerobic digestion) 소화조 내 pH의 경우 혐기 소화 시 안정적인 미생물 활성을 나타낸다고 알려진 6.5-8.0 사이의 값을 소화 기간 내내 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, total alkalinity (TA)의 경우 $R_{TAD}$$R_{MAD}$ 모두 3-4 g $CaCO_3/L$의 높은 값을 안정적으로 유지하였다. 고형물 제거의 경우 순응 기간 후 $R_{TAD}$에서 43.3%, $R_{MAD}$에서 33.6%의 VS 제거율을 보이며 $R_{TAD}$에서 약 10% 높은 VS 제거율은 제거율을 보였다. 유기산의 경우 $R_{TAD}$$R_{MAD}$에서 순응 기간 직후 검출되지 않았다. $R_{TAD}$$R_{MAD}$ 모두 순응 기간 후 안정적인 메탄 생성을 보였으며, $R_{TAD}$에서 $R_{MAD}$에 비해 31.4% 향상된 메탄 생성률이 관찰되었다($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). 반면, 두소화조 $R_{TAD}$$R_{MAD}$에서의 메탄 수율은 유사한 값을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, single-stage continuous anaerobic reactors to treat sewage sludge were operated under different temperature (55 and $35^{\circ}C$; $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$) to evaluate the reactor stability and performance of the thermophilic and mesophilic anaerobic d...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 충분한 TA 농도 유지는 과다한 유기산 축적으로 인한 급격한 pH변화에 대한 완충작용을 함으로써 소화조 안정성에 중요한 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서는 각 소화조 내 pH 및 TA 변화 양상을 관찰함으로써 고온 및 중온 혐기성 소화의 안정성을 평가할 수 있을 것으로 판단된다.
  • ) 혐기성 소화반응조의 장치도는 Figure 1과 같다. 본 연구에서는 소화조 운전온도에 따른 유기물 제거 효율 및 안정성을 평가하기 위하여 2개의 CSTR 반응조로 실험을 진행하였다. 자세한 반응조 운전조건은 Table 2에 나타내었다.
  • 본 연구에서는 하수 슬러지를 대상으로 실험실 규모의 연속적인 고온(55 ℃) 및 중온(35 ℃) 단상 혐기성 소화를 진행하였고 그 적용 가능성을 평가하였다. 이를 위하여 고형 유기물 제거 효율, 메탄생성 및 안정성을 관찰하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하수 슬러지의 저감을 위해 어떤 방법을 사용하는가? 고화 및 건조연료화를 통한 하수 슬러지의 저감은 하수 슬러지의 높은 수분함량 때문에 상대적으로 많은 에너지를 필요로 한다. 반면, 혐기성 소화는 슬러지의 생성량이 적다는 점과 더불어 부산물로 메탄을 회수할 수 있다는 장점을 가지고 있으며[3,4], 소화 슬러지를 토양계량제 등으로 활용할 수 있다[5,6].
고화 및 건조연료화로 하수 슬러지를 감소하는 방법은 어떤 단점이 있는가? 고화 및 건조연료화를 통한 하수 슬러지의 저감은 하수 슬러지의 높은 수분함량 때문에 상대적으로 많은 에너지를 필요로 한다. 반면, 혐기성 소화는 슬러지의 생성량이 적다는 점과 더불어 부산물로 메탄을 회수할 수 있다는 장점을 가지고 있으며[3,4], 소화 슬러지를 토양계량제 등으로 활용할 수 있다[5,6].
혐기성 소화 온도가 메탄 생성에 있어 중요한 이유는? 혐기성 소화 온도는 공정 안정도 및 효율적인 측면에서 매우 중요하다. 특히 메탄생성균은 가수분해 및 산생성균에 비해 느린 생장속도를 가지고 있어 온도에 상대적으로 민감하므로 공정 운전 시 적합한 온도를 유지하는 것은 메탄생성에 중요한 역할을 한다. 대부분의 혐기성 소화는 중온범위(35-40 ℃)에서 적용되었으며, 안정적인 공정 운전 및 메탄생성이 보고되었다.
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참고문헌 (12)

  1. Korea Ministry of Environment (KME), Sewage Sludge Management, Seoul, South Korea, 281-311 (2014). 

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  3. W. Zhang, Q. Wei, S. Wu, D. Qi, W. Li, Z. Zuo, and R. Dong, Batch anaerobic co-digestion of pig manure with dewatered sewage sludge under mesophilic conditions, Appl. Energy, 128, 175-183 (2014). 

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  12. B. K. Ahring, M. Sandberg, and I. Angelidaki, Volatile fatty acids as indicators of process imbalance in anaerobic digestors, Appl. Microbiol. Biotechnol., 43, 559-565 (1995). 

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