선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 다양한 방법 중에 경제성 및 환경적인 측면을 고려할 때 하수처리시설에서 발생하는 이산화탄소를 활용하는 방안이 연구되어야 한다. 본 연구에서는 하수처리시설에서 발생하는 소화가스 중 이산화탄소를 활용한 실험 결과 및 현장 적용 시스템을 제안하고자 한다.
- 스트러바이트 생성 제어방안 실험결과를 바탕으로 현장에서 적용가능한 스트러바이트 생성 제어 시스템을 제안하고자 한다. Fig.
- 이산화탄소 주입에 따른 추가적인 효과를 알아보기 위해 원심탈수기 폴리머 주입률 실험을 수행하였다. 실험은 온도 및 이산화탄소 주입에 따른 pH 제어 및 폴리머(유기응집제) 주입률 변화를 알아보기 위해 소화슬러지를 대상으로 하여 수행하였다. 소화슬러지의 pH 7.
- 혐기성 소화의 효율 개선의 목적은 바이오가스 생산성 향상과 더불어 슬러지 내의 유기물을 최소화하여 슬러지 발생량을 저감하는 것이다. 혐기성소화공정에서 발생하는 소화슬러지는 슬러지 이송배관을 따라 슬러지 저류조를 거쳐 탈수시설인 원심탈수기 등으로 슬러지를 탈수하여 함수율이 78%내외인 탈수케익으로 배출하여 육상처리하고 있다.
제안 방법
- 하수처리시설의 소화슬러지 및 탈수여액 시료를 대상으로 실험을 수행한 후 인(T-P)의 농도를 측정하기 위해 ICP/AES(ACTIVA, JOBIN YVON HORIBA, France)를 사용하여 분석하였다. S, J 하수처리시설에서 생성된 스트러바이트 표면 구조를 SEM(JEM-3010, JEOL사, USA)을 활용하여 결정 구조를 분석하였다. 총인은 소화슬러지 및 탈수여액에 질산과 염산 1:1로 주입하여 마이크웨이브로 전처리를 한 후 분석을 하였으며, 결정표면은 하수처리시설의 스트러바이트를 배관에서 채취하여 일정 배율로 표면을 분석하였다.
- 5에 스트러바이트 생성량 변화를 나타낸 것이다. pH에 따른 생성량(건중량)을 측정은 건조기(Dry Oven)를 이용하여 시료를 건조하여 무게를 측정하였다.
- 또한 혐기성 소화 후에 발생하는 소화슬러지 및 원심탈수기에서 발생하는 탈수여액을 대상으로 하여 배관 막힘 제어 평가 실험을 수행하였다. 실험은 600 mL 비이커에 시료 200 mL를 넣은 후 이산화탄소 가스를 0.
- 본 공정은 소화슬러지 이송배관에 이산화탄소를 주입을 위한 주입부, 소화저류조에서 잔류되는 가스를 배출하는 배출부로 구성된다. 본 연구에서 제안하는 시스템 원리는 소화가스 정제 후 버려지는 이산화탄소를 포집하여, 이를 혐기성소화조에서 나오는 소화슬러지 이송배관에 이산화탄소 적절량을 투입하여 스트러바이트 생성 억제하여 배관 막힘을 제어할 수 있다. 또한 이산화탄소가 소화슬러지에 용해 후 잔류되는 이산화탄소는 슬러지 저류조에 배출구를 설치하여 다시 이산화탄소 저장조 이송배관으로 재순환하거나, 포기조 및 악취처리시스템에 유입하여 처리하여 배출한다.
- 실험이 끝나면 여과장치를 이용하여 고형물과 탈수여액을 분리하여 여액이 빠져나오는 시간 및 여과량을 체크하여 주입량 산출식에 의해 결정하였다. 실험은 온도별, pH에 따라 응집제 주입율 산정실험을 수행하였다.
- 이산화탄소 주입에 따른 추가적인 효과를 알아보기 위해 탈수약품(응집제) 주입률 실험을 수행하였다. 실험은 쟈테스트기를 이용하여 0.2% 유기응집제를 제조한다. 소화슬러지 500 mL 비이커에 200 mL를 넣는다.
- 이산화탄소 주입에 따른 추가적인 효과를 알아보기 위해 원심탈수기 폴리머 주입률 실험을 수행하였다. 실험은 온도 및 이산화탄소 주입에 따른 pH 제어 및 폴리머(유기응집제) 주입률 변화를 알아보기 위해 소화슬러지를 대상으로 하여 수행하였다.
- 이산화탄소 주입에 따른 추가적인 효과를 알아보기 위해 탈수약품(응집제) 주입률 실험을 수행하였다. 실험은 쟈테스트기를 이용하여 0.
- S, J 하수처리시설에서 생성된 스트러바이트 표면 구조를 SEM(JEM-3010, JEOL사, USA)을 활용하여 결정 구조를 분석하였다. 총인은 소화슬러지 및 탈수여액에 질산과 염산 1:1로 주입하여 마이크웨이브로 전처리를 한 후 분석을 하였으며, 결정표면은 하수처리시설의 스트러바이트를 배관에서 채취하여 일정 배율로 표면을 분석하였다.
- 하수처리공정 중 슬러지 이송배관 배관막힘 해결하기 위한 pH 제어로 이산화탄소를 활용하였다, 이 실험결과를 바탕으로 스트러바이트 생성을 제어하기 위한 현장 적용가능한 시스템을 제안하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 하수처리시설의 소화슬러지 및 탈수여액 시료를 대상으로 실험을 수행한 후 인(T-P)의 농도를 측정하기 위해 ICP/AES(ACTIVA, JOBIN YVON HORIBA, France)를 사용하여 분석하였다. S, J 하수처리시설에서 생성된 스트러바이트 표면 구조를 SEM(JEM-3010, JEOL사, USA)을 활용하여 결정 구조를 분석하였다.
대상 데이터
- Cl 및 NaOH(pH 조절)를 제조하였다. pH 조절을 위해 이산화탄소 가스를 사용하였다. 1 M MgCl2･6H2O, K2HPO4, NH4Cl를 각각 10 mL씩 비이커에 넣은 후 NaOH, 이산화탄소를 주입하여 pH 조절하였다.
- 본 공정은 소화슬러지 이송배관에 이산화탄소를 주입을 위한 주입부, 소화저류조에서 잔류되는 가스를 배출하는 배출부로 구성된다. 본 연구에서 제안하는 시스템 원리는 소화가스 정제 후 버려지는 이산화탄소를 포집하여, 이를 혐기성소화조에서 나오는 소화슬러지 이송배관에 이산화탄소 적절량을 투입하여 스트러바이트 생성 억제하여 배관 막힘을 제어할 수 있다.
- 본 실험은 소화슬러지에 이산화탄소 주입에 따른 pH 제어 가능성을 평가하기 위해 S시 S 및 J 하수처리시설의 소화슬러지, S, N, J 하수처리시설의 원심 탈수여액을 대상으로 하여 시료 200 mL에 이산화탄소 0.5 L/min 주입한 후 시간에 따른 pH 변화 결과를 Fig. 9와 Fig. 10에 나타내었다. Fig.
- 스트러바이트 생성 조절 실험을 위해 1 M MgCl2･6H2O, K2HPO4, NH4Cl 및 NaOH(pH 조절)를 제조하였다. pH 조절을 위해 이산화탄소 가스를 사용하였다.
성능/효과
- 1) 하수처리시설에서 발생하는 스트러바이트는 소화슬러지 이송배관 및 원심 탈수여액 이송배관에서 주로 발생되며, 소화가스 중 이산화탄소를 이용한 pH 제어로 스트러바이트 생성을 억제할 수 있으므로 현장에서 이산화탄소를 활용하여 스트러바이트 생성 제어가 가능할 것으로 판단된다.
- 2) 이산화탄소를 이용하면 pH 제어도 가능하고, 현장에서 탈수약품인 유기응집제 사용량을 10% 줄일 수 있는 긍정적인 결과를 얻을 수 있다.
- 3) 하수처리시설에서 발생하는 소화가스 중 메탄과 이산화탄소를 분리정제한 후 메탄가스는 연료 등으로 활용하고, 현재 버려지고 있는 이산화탄소를 포집하여 하수처리시설에서 다시 사용하는 시스템을 적용한다면 기후변화 대응에도 유익한 것으로 판단된다.
- S시 공공하수처리시설에서 배관 막힘의 원인 물질인 스트러바이트 생성에 관해 조사한 결과, 혐기성 소화슬러지의 이송시 배관 내부, 펌프나 배관 접합부에서 스트러바이트가 많이 발생하는 것으로 나타났다. 특히 원심탈수기 탈수여액 배관 접합부가 스트러바이트 생성 결정핵으로 스트러바이트가 생성되며, 주기적으로 탈수여액 배관이 막히는 것으로 나타났다.
- 7는 pH 따른 스트러바이트 등 결정 생성량을 나타내었다. pH가 상승할수록 결정 생성량은 증가되다가 pH 8.5일 때 가장 많이 생성됨을 확인하였다. Fig.
- 이는 탈수여액이 총고형물(TS) 함량이 낮아 이산화탄소 용해속도가소화슬러지보다 빠르기 때문이다. 결과적으로 이산화탄소 주입으로 pH를 낮춤으로 스트러바이트 생성억제 효과가 있을 것으로 판단된다.
- 9에서 보면 소화슬러지를 단순히 교반만 하는 경우에는 pH 변화가 거의 없거나 미미한 상승을 보였다. 그러나 이산화탄소를 소화슬러지에 주입함에 따라 pH가 하강되고, 이산화탄소 주입 6분 경과시 pH 1이상 떨어지는 것을 확인하였다.
- 스트러바이트 생성 pH 영향을 평가한 결과, pH 8.5∼10에서스트러바이트 등 결정물질이 잘 생성됨을 확인하여, 본 실험과 문헌이 일치하는 결과를 얻었다 (Marti et al., 2008).
- 교반은 마그네틱바로 하였으며, 처음부터 8분까지 이산화탄소를 공급하다가 8분 이후부터 이산화탄소 주입을 중단하였다. 실제 pH 7.5 인 소화슬러지가 이산화탄소 주입에 의해 pH 6.6 까지 감소가 되었으며, 이후 공급을 중단한 후 18분 지난 경우에 pH 6.9 까지 상승한 것으로 나타났다. 따라서 이산화탄소를 소화슬러지 이송배관에 주입한 후 이산화탄소가 용해 및 잔류성 있으므로 pH 제어가 가능할 것으로 사료된다.
- 폴리머 주입률 평가 실험에서 일정 pH(실험 1, 2, 3) 조건에서 온도가 높을수록 폴리머 주입률이 낮아졌으며, 이는 온도 상승에 따른 폴리머의 용해율이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 일정 온도(실험 2, 4)조건에서 pH가 낮아짐으로 인해 폴리머 주입률이 낮아져 응집제 사용량 약 10% 절감효과를 가져왔다(Table 2). 하수슬러지 탈수 시 사용되는 폴리머는 양이온계 유기응집제이며, 폴리머 특성상 pH가 낮을수록 응집효율이 좋아, 적은 양의 폴리머 주입으로 응집이 잘 되는 것으로 확인하였다.
- S시 공공하수처리시설에서 배관 막힘의 원인 물질인 스트러바이트 생성에 관해 조사한 결과, 혐기성 소화슬러지의 이송시 배관 내부, 펌프나 배관 접합부에서 스트러바이트가 많이 발생하는 것으로 나타났다. 특히 원심탈수기 탈수여액 배관 접합부가 스트러바이트 생성 결정핵으로 스트러바이트가 생성되며, 주기적으로 탈수여액 배관이 막히는 것으로 나타났다. 현재 하수처리시설에서 혐기성 소화 후 슬러지 이송배관 등의 막힘 문제는 현장에서 주기적인 배관 청소 및 교체를 하거나, 철염계 약품을 사용하여 해결해오고 있다.
- 일정 온도(실험 2, 4)조건에서 pH가 낮아짐으로 인해 폴리머 주입률이 낮아져 응집제 사용량 약 10% 절감효과를 가져왔다(Table 2). 하수슬러지 탈수 시 사용되는 폴리머는 양이온계 유기응집제이며, 폴리머 특성상 pH가 낮을수록 응집효율이 좋아, 적은 양의 폴리머 주입으로 응집이 잘 되는 것으로 확인하였다.
후속연구
- 다양한 방법 중에 경제성 및 환경적인 측면을 고려할 때 하수처리시설에서 발생하는 이산화탄소를 활용하는 방안이 연구되어야 한다. 본 연구에서는 하수처리시설에서 발생하는 소화가스 중 이산화탄소를 활용한 실험 결과 및 현장 적용 시스템을 제안하고자 한다.
- 따라서 소화가스 정제 후 버려지는 이산화탄소를 포집하여 활용할 경우 슬러지 이송 배관 막힘 해결 및 이에 따른 철염계 응집제 약품 미사용, 탈수슬러지 함수율 개선 등 다양한 효과가 있을 것으로 판단된다. 또한 경제성 이외에도 이산화탄소를 버리지 않고, 따로 포집하여 하수처리시설 내에서 사용한다면 온실가스 저감 및 이산화탄소 배출거래제 등에 기후환경 변화에 대응하는 유익한 방법으로 판단된다.
- 9 까지 상승한 것으로 나타났다. 따라서 이산화탄소를 소화슬러지 이송배관에 주입한 후 이산화탄소가 용해 및 잔류성 있으므로 pH 제어가 가능할 것으로 사료된다.
- 따라서 소화가스 정제 후 버려지는 이산화탄소를 포집하여 활용할 경우 슬러지 이송 배관 막힘 해결 및 이에 따른 철염계 응집제 약품 미사용, 탈수슬러지 함수율 개선 등 다양한 효과가 있을 것으로 판단된다. 또한 경제성 이외에도 이산화탄소를 버리지 않고, 따로 포집하여 하수처리시설 내에서 사용한다면 온실가스 저감 및 이산화탄소 배출거래제 등에 기후환경 변화에 대응하는 유익한 방법으로 판단된다.
- 또한 하수처리시설에서 버려지는 이산화탄소를 활용하여 pH 제어를 통해 소화슬러지 및 탈수여액 이송 배관 막힘 해결과 슬러지 탈수시 사용되는 탈수약품량 절감이 가능할 것으로 판단된다. 일부 하수처리시설에서 스트러바이트 생성 억제를 위해 슬러지 저류조에 철염계통의 무기응집제를 사용하고 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.