[논문]해조류 첨가를 통한 하수슬러지 산발효 효율 증대

신상룡; 이모권; 김민균; 홍성민; 김동훈

doi:10.17137/korrae.2017.25.1.15

해조류 첨가를 통한 하수슬러지 산발효 효율 증대
Enhanced Acidification Efficiency of Sewage Sludge by Seaweed Addition 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.25 no.1, 2017년, pp.15 - 21

신상룡 (인하대학교 사회인프라공학과) , 이모권 (인하대학교 사회인프라공학과) , 김민균 (인하대학교 사회인프라공학과) , 홍성민 (아쿠아테크) , 김동훈 (인하대학교 사회인프라공학과)

초록
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본 연구에서는 하수슬러지의 유기산 생산에 있어 해조류 첨가를 통한 상승효과를 확인하고자 새로운 접근을 시도하였다. 기질농도를 동일하게 20 g COD/L로 하고 하수슬러지와 해조류의 혼합비율을 COD 기준, 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100으로 조절하여 실험하였다. 실험 온도는 $35^{\circ}C$, 중온에서 이루어졌고 메탄 생산균의 활성을 억제하기 위해서 $90^{\circ}C$, 20분간 열처리된 혐기성소화슬러지를 식종균으로 이용하였다. 실험결과를 살펴보면, 해조류의 첨가량이 증가할수록 유기산의 농도도 증가하는 경향을 나타내었으며 혼합비율별 100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 (하수슬러지:해조류) 유기산 생산량은 각각 1.45, 3.22, 4.28, 5.24, 4.82 g COD/L이었다. 하수슬러지와 해조류만의 유기산 생산량을 기반으로 하여 상승효과를 계산한 결과, 혼합비율 75:25, 50:50, 25:75 에서 각각 0.92, 1.14, 1.26 g COD/L로 나타났다. 이는 해조류가 25% 비율로 첨가 시 전체 생산된 유기산의 40%가 상승효과에 의해 생산되었음을 의미하며, 해조류의 상대적인 높은 C/N비와 생분해도에 기인한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the present work, the synergistic effect of seaweed addition on organic acid production from sludge was investigated. The batch experiment was conducted at various mixing ratios of sewage sludge and seaweed (100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100 on a COD basis) under the substrate concentration of 20 g COD/L. The fermentation temperature was conducted under mesophilic condition ($35^{\circ}C$) and a heat-treated ($90^{\circ}C$ for 20 min) anaerobic digester sludge was used as a seeding source to suppress the methanogenic activity, The results showed that the amount of organic acid production increased as the content of seaweed increased: organic acids were 1.45, 3.22, 4.28, 5.24 and 4.82 g COD/L for the mixing ratio of 100:0, 75:25, 50:50, 25:75 and 0:100 respectively. The synergistic effect was calculated based on the organic acid production of individual sludge and seaweed, and was found to be 0.92, 1.14, 1.26 g COD/L at the mixing ratio of 75:25, 50:50 and 25:75, which indicates that 40% of synergy was obtained when 25% of seaweed was added. The synergistic effect could be ascribed to the high C/N ratio and biodegradability of seaweed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

^12),13) 하지만, 위에서 언급한바와 같이 이는 추가적인 외부 에너지 소모가 필요하므로 비경제적일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 전처리의 적용 대신 슬러지에 비해 생분해도 및 C/N비가 높은 해조류를 추가 기질로 첨가함으로서 슬러지의 산발효율의 증진 가능성에 대한 심도 있는 고찰을 하였다.

제안 방법

본 실험에 사용된 식종균은 대전 하수종말처리장의 소화조 슬러지와 지역 맥주 처리 공장의 폐수처리공정에 이용되는 그래뉼슬러지를 동일한 부피비로 혼합하여 이용하였다. 그래뉼슬러지의 특성상 뭉쳐져 있기 때문에 균일성을 높이기 위해 가정용 믹서로 분쇄한 뒤, 2 mm 체를 거쳐 사용하였으며 메탄생성균의 활성을 없애기 위해 90℃, 20분간 열처리를 실시하였다.

대상 데이터

그래뉼슬러지의 특성상 뭉쳐져 있기 때문에 균일성을 높이기 위해 가정용 믹서로 분쇄한 뒤, 2 mm 체를 거쳐 사용하였으며 메탄생성균의 활성을 없애기 위해 90℃, 20분간 열처리를 실시하였다. 혼합소화에 이용된 기질로는 대전 하수종말처리장의 1차슬러지(생슬러지)와 2차슬러지(잉여슬러지)를 동일 부피비로 혼합하여 하수슬러지로 하였고, 해조류로는 거대 해조류의 하나인 다시마(Laminaria japonica)를 이용하였다. 다시마는 정밀한 실험을 위해서 105℃에서 24시간 동안 건조 시킨 후 가정용 믹서로 파쇄하여 측정하였다.

데이터처리

바이오가스 발생량은 가스 포집용 실린지를 이용하여 측정하였고, 표준압력-온도 조건 STP(Standard temperature and pressure)으로 환산하여 계산하였고, 바이오가스의 성상분석은 기상부분의 가스를 GAS-TIGHT MICRO SYRINGE로 500㎕ 채취하여 열전도도 검출기(thermal conductivity detector, TCD)가 장착된 GAS CHROMATOGRAPHY(GOW MAC Series 580)를 이용하여 분석하였다. 컬럼은 6 ft × 1/8 inch stainless steel column with porapak Q(80/100 mesh)였고 INJECTOR 온도 5 0℃, COLUMN 온도 80℃, DETECTOR 온도 90℃이었고 운반기체는 질소(N₂)가스로 30 mL/min을 유지하였다.

이론/모형

6 mL/min, 35℃에서 유지되었다. 실험에 사용된 기질 및 식종균, 시료에 대한 TS, VS 및 TCOD 측정은 Standard method를 이용하였고, pH는 pH meter(HM-30R, DDK-TOA)를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

1. 혼합기질의 산발효 시 유기산의 생산량은 각각 1.45, 3.22, 4.28, 5.24, 4.82 g COD/L이었고, 이는 해조류의 혼합비율이 높아질수록 유기산의 생산량도 증가하는 경향을 나타났다.
2. 상승효과를 계산해본 결과, 혼합비율 75:25, 50:50, 25:75에서 각각 0.92, 1.14, 1.26 g COD/L 만큼의 추가적인 유기산 생산량을 나타났다.
3. 실제 상승효과에 의한 유기산 증가율을 계산해본 결과, 혼합비율 75:25, 50:50, 25:75에서 각각 40.0, 36.4, 31.7%로 나타나, 해조류의 비율이 25%로 가장 낮음에도 불구하고 가장 높은 증가율을 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	혼합소화란 무엇인가?	한편, 하수슬러지에 다른 종류의 유기성폐기물을 첨가하여 처리하는 혼합소화(co-digestion) 연구도 진행되었는데,5) 크게 두 가지 효과를 통해 증진이 가능하다. 첫째, C/N비로 대변되는 영양물질의 균형과, 둘째, ‘priming effect’이다.
	국내의 하수슬러지 발생 현황은?	국내의 하수슬러지 발생량은 약 3,691,150 톤/년 (2014년 기준)이고, 하수 및 폐수의 증가, 하수종말 처리장의 증설 등의 이유로 하수슬러지의 양은 매 년 증가할 것으로 예상된다.1) 또한, 국내의 경우 2012년 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지되면서 육상처리의 부담이 급증하였다.
	혼합소화 연구에 증진을 가져온 효과는 무엇인가?	한편, 하수슬러지에 다른 종류의 유기성폐기물을 첨가하여 처리하는 혼합소화(co-digestion) 연구도 진행되었는데,5) 크게 두 가지 효과를 통해 증진이 가능하다. 첫째, C/N비로 대변되는 영양물질의 균형과, 둘째, ‘priming effect’이다. 여기서 ‘priming effect’는 미생물이 비교적 분해하기 쉬운 물질을 우선적으로 분해함으로서 미생물의 활성도가 증가하여 비교적 분해하기 어려운 물질도 쉽게 분해할 수 있는 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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