본 연구에서는 하수 슬러지 및 음폐수의 효율적인 병합처리를 위해 고온호기 전처리의 적용가능성을 알아보고자 고온호기-중온혐기 연계공정의 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 또한, 유기물 부하량 증가에 따른 공정 내 변화 양상을 관찰하기 위해 실험실 규모의 고온호기-중온혐기 소화장치를 제작하여 음폐수를 증류수로 희석하는 비율을 1/3 (Run I), 2/3 (Run II) 및 원액(Run III)으로 줄여가며 혐기소화 공정 내 변화 양상을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온호기-중온혐기 연계공정 소화조 내에서 pH가 7~8으로 안정하게 유지됨을 알 수 있었다. Volatile solid (VS)는 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정에서 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) 및 72.53% (Run III)의 제거효율을 보이며, 중온혐기 소화조(R3)에 비교하여 높은 VS 제거율을 보였다. 또한, 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 약 1.6배 향상된 메탄 생성률이 관찰되었으며, 메탄수율의 경우에도 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 현저하게 높은 값을 유지하였다.
본 연구에서는 하수 슬러지 및 음폐수의 효율적인 병합처리를 위해 고온호기 전처리의 적용가능성을 알아보고자 고온호기-중온혐기 연계공정의 소화효율과 메탄가스 생성량에 미치는 영향을 비교 검증하였다. 또한, 유기물 부하량 증가에 따른 공정 내 변화 양상을 관찰하기 위해 실험실 규모의 고온호기-중온혐기 소화장치를 제작하여 음폐수를 증류수로 희석하는 비율을 1/3 (Run I), 2/3 (Run II) 및 원액(Run III)으로 줄여가며 혐기소화 공정 내 변화 양상을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온호기-중온혐기 연계공정 소화조 내에서 pH가 7~8으로 안정하게 유지됨을 알 수 있었다. Volatile solid (VS)는 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정에서 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) 및 72.53% (Run III)의 제거효율을 보이며, 중온혐기 소화조(R3)에 비교하여 높은 VS 제거율을 보였다. 또한, 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 약 1.6배 향상된 메탄 생성률이 관찰되었으며, 메탄수율의 경우에도 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 현저하게 높은 값을 유지하였다.
In this study, in order to find the feasibility of thermophilic biological pre-treatment for the co-digestion of food wastewater and sewage sludge, digestion efficiency of the combined thermophilic aerobic and mesophilic anaerobic process and its effect on methane production were investigated. Also,...
In this study, in order to find the feasibility of thermophilic biological pre-treatment for the co-digestion of food wastewater and sewage sludge, digestion efficiency of the combined thermophilic aerobic and mesophilic anaerobic process and its effect on methane production were investigated. Also, a lab-scale co-digestion process was operated to observe parameter changes according to the increase of organic loading rates using different dilution ratios of distilled water and food wastewater (1/3 [Run I], 2/3 [Run II] in addition to using the raw food wastewater [Run III]). The results indicated that co-digestion process maintained quite stable and constant pH during entire experiments. With regard to VS removal, the higher removal was observed in the combined process and the removal efficiency was 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) and 72.53 (Run III), respectively. In addition, the combined process showed about an 1.6-fold improved methane production rate and significantly higher methane yield than that of using single anaerobic digestion process.
In this study, in order to find the feasibility of thermophilic biological pre-treatment for the co-digestion of food wastewater and sewage sludge, digestion efficiency of the combined thermophilic aerobic and mesophilic anaerobic process and its effect on methane production were investigated. Also, a lab-scale co-digestion process was operated to observe parameter changes according to the increase of organic loading rates using different dilution ratios of distilled water and food wastewater (1/3 [Run I], 2/3 [Run II] in addition to using the raw food wastewater [Run III]). The results indicated that co-digestion process maintained quite stable and constant pH during entire experiments. With regard to VS removal, the higher removal was observed in the combined process and the removal efficiency was 52.24% (Run I), 66.59% (Run II) and 72.53 (Run III), respectively. In addition, the combined process showed about an 1.6-fold improved methane production rate and significantly higher methane yield than that of using single anaerobic digestion process.
본 연구에서는 하수 슬러지와 음폐수의 효율적인 복합처리를 위해 실험실 규모의 연속적인 고온호기(55 ℃) 및 중온혐기(35 ℃) 복합소화공정을 사용하였고 그 적용 가능성을 평가하였다. 복합소화공정에서 음폐수는 바로 혐기성소화공정에 공급하였으며, 하수슬러지는 고온호기공정에서 생물학적으로 전처리하여 혐기성소화공정에 공급되도록 하였다.
제안 방법
복합소화공정에서 음폐수는 바로 혐기성소화공정에 공급하였으며, 하수슬러지는 고온호기공정에서 생물학적으로 전처리하여 혐기성소화공정에 공급되도록 하였다. 공정의 효율성을 평가하기 위하여 고온호기-중온혐기 복합소화공정의 고형 유기물 제거 효율, 메탄생성, 메탄수율 및 공정의 안정성을 관찰하였다.
본 연구에서는 하수 슬러지와 음폐수의 효율적인 복합처리를 위해 실험실 규모의 연속적인 고온호기(55 ℃) 및 중온혐기(35 ℃) 복합소화공정을 사용하였고 그 적용 가능성을 평가하였다. 복합소화공정에서 음폐수는 바로 혐기성소화공정에 공급하였으며, 하수슬러지는 고온호기공정에서 생물학적으로 전처리하여 혐기성소화공정에 공급되도록 하였다. 공정의 효율성을 평가하기 위하여 고온호기-중온혐기 복합소화공정의 고형 유기물 제거 효율, 메탄생성, 메탄수율 및 공정의 안정성을 관찰하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 고온호기성 식종균은 D시 하수처리장에 위치한 고온호기 pilot plant ((주) 팬아시아 워터)에서 채취한 후 접종하였으며, 혐기반응조 식종균은 D시 하수처리장에 위치한 중온혐기 소화조에서 채취한 후 접종하였다. 실험에 사용된 음폐수는 P시 음식물류자원화 시설에서 선별, 파쇄 및 자원화 과정에서 발생되는 폐수가 집하된 장소에서 채취한 원료를 사용하였으며, 하수슬러지의 경우 D시 하수처리장에서 발생되는 잉여농축 슬러지(2차슬러지)를 이용하여 실험이 진행되었고, 채취한 음폐수 및 하수 슬러지는 1.
이론/모형
Total solids (TS), volatile solids (VS), soluble chemical oxygen demand (SCOD) 및 total chemical oxygen demand (TCOD)는 Standard Method[9]에 준하여 분석하였으며, 유기산(organic acid; OA) 분석에는 HPLC (Agilent Technology 1100 series)를 이용하였다. 바이오가스 생성량 및 메탄함유랑은 수위차 및 GC (Model 6890N, Agilent)을 통해 분석하였다.
성능/효과
(1) 본 연구에서 별도의 pH 조절 없이, 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정에서 pH는 7~9으로 안정적인 값을 유지하였다.
(3) 고온호기-중온혐기 연계공정은 순응 기간 후 안정적인 메탄 생성을 보였으며, 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 중온혐기 소화조(R3)에 비해 약 1.6배 향상된 메탄 생성률이 관찰되었다.
(2) 순응 기간 후 고온호기-중온혐기 연계공정 내 고형물 농도는 일정한 값을 유지하는 것을 관찰하였다. 안정된 고온호기-중온혐기(R1-R2) 연계공정에서 중온혐기 소화조(R3)에 비해 높은 VS 제거율을 보였다.
후속연구
(4) 본 연구에서는 각 반응조의 체류시간이 아닌 유기물 부하를 변수로 설정하였기 때문에 다양한 조건의 체류시간 및 유기성 폐자원 종류에 따른 공정 효율의 변화에 대한 추가 실험이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내에 효과적인 유기성폐기물 처리 기술 개발이 필요한 배경은?
우리나라는 런던 협약과 ‘96 의정서’에 따른 하수슬러지를 포함한 폐기물의 해양배출기준을 대폭 강화하고 있으며 이에 따라 2011년 2월부터 하수슬러지의 해양배출이 전면 금지되었으며, 음식물류 폐기물의 경우에는 해양투기가 2013년부터 금지되어 유기성폐기물의 효과적인 처리기술 개발이 시급한 상황이다. 이를 해결하기 위한 기술로써 친환경적이며 동시에 청정에너지원인 메탄을 생산할 수 있는 혐기소화공정이 최근 주목받고 있으나[1,2], 2013년 환경부에서 발표한 전국 하수슬러지 처리시설 현황에 따르면 상대적으로 적은 수(총 38개소 가운데 하수슬러지 소화조가 17개소)의 유기성폐자원 에너지 활용시설이 운영되고 있으며[3], 음폐수의 경우 2012년 환경부의 자료에 따르면 음폐수를 혐기성 소화조에서 처리하여 에너지를 회수하는 시설은 전국에 5개소에 불과한 실정이다[4].
혐기성소화에 의한 하수슬러지와 음폐수 처리시 문제점은?
하수슬러지와 음폐수는 모두 다량의 유기물을 포함하여 혐기성소화에 의해 처리가 가능하지만, 단순공정으로 이를 처리할 경우 하수슬러지는 단단한 세포벽의 분해가 어려운 문제점이 있고[5,6], 음폐수의 경우에는 유분과 염분을 비롯해 미생물의 성장을 방해하는 각종 난분해성 물질을 다량 포함하고 있으므로 기존의 일반적인 혐기성소화 공법의 적용으로는 효율적인 처리가 어렵다[7]. 따라서, 이러한 단점들을 극복하고 하수슬러지와 음폐수를 동시에 효율적으로 처리하기 위한 복합 유기성폐기물 소화공정이 개발되었다[8].
기존 혐기소화공정에 비해 복합 유기성폐기물 소화공정이 가지는 장점은?
따라서, 이러한 단점들을 극복하고 하수슬러지와 음폐수를 동시에 효율적으로 처리하기 위한 복합 유기성폐기물 소화공정이 개발되었다[8]. 고온호기-중온혐기 복합처리공정은 기존의 혐기소화공정보다 증진된 메탄 생성량을 보이면서, 전단의 고온 호기성 소화공정에서 하수슬러지의 단단한 세포벽을 빠르게 가용화하여 혐기성 미생물이 쉽게 고농도 폐수를 처리할 수 있게 소화효율을 높인 공정이다.
참고문헌 (14)
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H. M. Jang, J. W. Lee, J. H. Ha, and J. M. Park, Effects of organic loading rates on the reactor performance and microbial community changes in the thermophilic aerobic process treating high-strength food wastewater, Bioresour. Technol., 148, 261-269 (2013).
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