[논문]증산제를 통한 혐기소화율 개선 및 슬러지 감량 활용방안

이광헌; 김길수; 손병권; 최찬섭; 조진우; 신재훈; 정태영

doi:10.17137/korrae.2018.26.3.47

증산제를 통한 혐기소화율 개선 및 슬러지 감량 활용방안
Application Plan of Sludge Reduction and Improvement of Ananerobic Digestion Rate Using VFAs from Food Waste 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.26 no.3, 2018년, pp.47 - 54

이광헌 ((주)한국종합기술) , 김길수 ((주)한국종합기술) , 손병권 ((주)한국종합기술) , 최찬섭 ((주)한국종합기술) , 조진우 (연세대학교 환경공학부) , 신재훈 (연세대학교 환경공학부) , 정태영 (연세대학교 환경공학부)

초록
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본 연구는 음식물폐기물로부터 얻어진 증산제 용액을 농축슬러지와 함께 혐기소화조의 투입한 결과 혐기소화율 향상 및 슬러지 감량화를 살펴보았다. 혐기소화조에 증산제를 5%정도 농축슬러지와 함께 투입한 소화조의 메탄생성율이 약 2.7배 정도 높게 발생하였으며, 소화조내 TCOD 농도값이 약 2배 이상 높게 나타난 것은 투입된 농축슬러지의 감량화가 빠르게 진행됨을 알 수 있었다. 또한, 투입된 증산제로 인해 메탄생성효율에 크게 기여함을 간접적으로 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the improvement of anaerobic digestion rate and sludge reduction as a result of the addition of anaerobic digestion with thickened sludge and solution of VFAs obtained from food waste. The methane production rate of the digestion system was 2.21 times higher when anaerobic digestion reactor injected into anaerobes with VFAs from food wastes of 5 percent. Also, The reduction of the amount of concentrated sludge injected will proceed rapidly because of the TCOD concentration in the digestion reactor was more than twice higher. Indirectly it was shown that the increased production system contributed significantly to the methane production efficiency.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Anaerobic digestion pilot apparatus.
표 Table 1. The operation condition in anaerobic digestion
표 Table 2. The each wastewater component
그림 Fig. 2. a) Gas composition, b) CH₄ gas production
그림 Fig. 3. Variation of TCOD and SCOD in each anaerobic digestion.
그림 Fig. 4. Variation of Total Solids and Volatile Solids in each anaerobic digestion.
그림 Fig. 5. Total Nitrogen and Total Phosphorus in each anaerobic digestion.
표 Table 3. VFAs concentration
그림 Fig. 6. The VFAs concentration
그림 Fig. 7. Variation of VFAs in digestion 1 and 2

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 음식물폐수는 유기산 성분이 풍부하기 때문에 이러한 유기산을 부유물질과 분리하여 혐기소화조에 적용하는 연구가 미비한 상태이다. 따라서 본 연구 목적은 음식물폐수로부터 얻어진 증산제(VFAs from food waste)를 혐기성소화조에 적용하여 농축 슬러지의 감량화 및 소화율 향상을 위한 개선효과를 살펴보고자 한다.

제안 방법

증산제는 음식물폐수를 나노분리막(NanoFiltration)을 이용 하여 순수한 용액을 분리하였다. 혐기소화조에 농축 슬러지만 투입한 것을 대조구(소화조 1)로 기준으로 하고 소화조 2에는 농축슬러지에 증산제를 5% 첨가하였다. 혐기소화조에 투입한 것은 Table 1에 제시하였다.

대상 데이터

실험에 이용된 식종오니는 ◯◯시 하수종말처리장의 혐기성 소화조에서 채취하여 실험실로 운반하여 질소가스로 치환한 후 하수슬러지를 기질로 하여 반연속적으로 안정화시켰다. 본 연구에서 실시한 실험은 농축슬러지와 증산제 첨가에 따른 소화가스량의 증가율과 슬러지 감량화를 비교하고자 Fig.

이론/모형

혐기소화조에서 매일 발생된 가스량을 포집한 후 휴대용 바이오 가스분석기(Optima 7 Boigas, MRU)를 이용하여 가스성분을 측정하였다. 본 소화조의 처리특성을 살펴보기 위해 가스량, VFAs(Volatile Fatty Acids)은 가스 크로마토그래피(GC 8A, FID, Shimadzu, Japan), TS (Total Solids), VS(Volatile Solids), pH, Chemical Oxygen Demand (COD), Suspended Solid (SS), Total Nitrogen (TP), Total Phosphate (TP)와 같은 수질분석 항목들은 Standard methods¹¹¹에 의하여 분석하였다.

성능/효과

1. 증산제를 첨가한 소화조에서 농축슬러지만 투입한 소화조보다 메탄가스 발생량이 약 2.21배 정도 높게 발생하였다.
2. 소화조내의 TCOD 농도의 변화에서도 증산제를 투입한 소화조가 농축슬러지만 투입한 소화조보다 2배이상 높게 나타나 농축슬러지의 분해향상에 도움을 주었다.
3. 증산제의 VFAs농도 중 초산의 농도가 매우 높게 나타남으로 메탄생성효율에 크게 기여함을 간접적으로 알 수 있었다.

후속연구

본 연구는 음식물폐기물로부터 얻어진 증산제의 효과를 입증할 수 있었으며, 향후 혐기성소화율 향상에 적용된다면 고효율 메탄가스효율의 크게 향상될 것으로 사료된다. 또한 슬러지의 감량화 뿐만 아니라 에너지측면에서도 크게 도움이 될 것이며, 상용화할 수 있는 방안도 고려해볼 필요가 있다고 판단된다.
7은 두 소화조내의 VFAs농도의 변화를 나타냈으며 두 반응조 모두 유사한 형태를 보여주고 있 는 것으로 보아 농축슬러지의 분해는 같지만 투입된 증산제의 효과로 인해 메탄가스 발생량에 크게 기여하고 있음을 간접적으로 작용이 되었다고 판단된다. 본 연구는 음식물폐기물로부터 얻어진 증산제의 효과를 입증할 수 있었으며, 향후 혐기성소화율 향상에 적용된다면 고효율 메탄가스효율의 크게 향상될 것으로 사료된다. 또한 슬러지의 감량화 뿐만 아니라 에너지측면에서도 크게 도움이 될 것이며, 상용화할 수 있는 방안도 고려해볼 필요가 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	혐기성 소화 개선을 위한 하수슬러지 전처리는 어떤 과정인가?	혐기성 소화 개선을 위한 하수슬러지 전처리는 물리적인 힘이나 화학적인 반응을 통하여 유입수의 입자성 물질, 미생물세포, 난분해성 고형물 등을 보다 쉽게 분해될 수 있는 물질로 전환하여 혐기성 소화효율을 높이며 소화시간을 단축시키기 위한 수단으로써 본 처리인 혐기성 소화전에 실시하는 일련 의 과정이다. 즉 혐기성 소화의 전처리는 유기성 고형물질이 다량 포함된 슬러지가 무기물화되어 가는 혐기성 소화 기간을 단축 및 공정의 안정화를 유도 하는 것이다9-10).
	AFFR, UASB, AFBR과 같은 신공정의 장점은?	따라서 근래에 들어 와서 혐기성 소화공정은 활성이 뛰어난 메탄 생성균을 고농도로 유지할 수 있고, 높은 유기물 부하의 적용이 가능하며, 처리시설의 소요규모를 감소시킬 수 있는 AFFR(Anaerobic Fixed Film Reactor), UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor), AFBR(Anaerobic Fluidized Bed Reactor)등과 같은 신공정을 연구, 개발하여 실용화 단계에 있다. 이러한 신공정은 초기 투자비용을 절감할 수 있고 메탄 생성을 극대화할 수 있어 매우 경제적인 것으로 알려져 있으며, 하폐수처리에 있어 이러한 신공정의 도입은 세계적인 추세라 할 수 있다. 특히 메탄발효신공정의 개발은 일본, 유럽 등과 같이 국토가 협소하고 인구가 밀집한 지역의 신규 처리시설 에 활발히 적용되고 있으며, 기존의 처리시설도 이러한 공정으로 대체하고 있는 실정이다.
	혐기성 소화법의 단점은?	혐기성 소화법은 공정으로부터 에너지 회수가 가능하고 공정이 비교적 간단하며, 산소 공급이 불필요하여 유기성 폐․하수 처리 시 호기성 공정에 비하여 월등히 경제적인 것으로 알려져 있다. 하지만 이 공정은 초기 투자비용이 크고, 메탄 생성균의 느린 증식 속도에 따른 반응조의 용량증대와 더불어 처리 효율이 높지 않은 것 등의 단점이 있어 제한적으로 사용되어 왔으며 주로 도시하수슬러지의 처리, 분뇨 처리, 농⋅축산 폐기물의 처리 등에 이용되어 왔다.

참고문헌 (11)

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Stern Review on the Economics of Climate Change. (2006).
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Ahn, C. W., Jang, S. H. and Park, J. S., "Effects of Mixing Ratio and Organic Loading Rate of Acid Fermented Food Wastes and Sewage Sludge on the Anaerovic Digestion Process", Korean Journal of Environmental Agriculture, 25(3), pp. 247-256. (2006).

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Shuler, M. L., and Kargi, F., "Microorganisms of Wastewater", Dongwha Technology. (1996).
Shin, H. S., Bae, B. U. and Paik, B. C., "Anaerobic Digestion of Distillery Wastewater in a Two-phase UASB System", Koeran Society of Civil Engineers, 10(4). pp. 185-192. (1990).
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APHA, AWWA and WPCF, "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater", 17th edition, American Public Health Association, Washington, D.C. (1989).

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