[논문]중화약품과 마이크로버블 장치를 이용한 폐수처리장 바이오가스 처리

정재억; 정용준

doi:10.17663/jwr.2021.23.1.54

중화약품과 마이크로버블 장치를 이용한 폐수처리장 바이오가스 처리
Biogas Treatment from Wastewater Treatment Plant by Micro-bubble Generation System with Neutralization Chemicals 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.23 no.1, 2021년, pp.54 - 59

정재억 (부산가톨릭대학교 방사선학과) , 정용준 (부산가톨릭대학교 환경공학과)

초록
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폐수처리장에서 발생하는 바이오가스 중의 황화수소를 처리하기 위하여 습식스크러빙 장치가 적용되었다. 유입 H2S의 농도가 5,000mg/L이상에서 DIWS 장치에 물만을 사용할 경우 25%의 제거율을 나타내어 후속으로 소각처리 공정이 도입되어야만 98% 이상의 제거율을 나타냈다. 유입 H2S의 농도가 5,000mg/L일 때 CH4과 CO2는 각각 8.7%와 28.6% 감소하여 배출되었다. DIWS 장치에 중화약품으로 Na2CO3와 NaOH를 사용하였을 때 pH가 11.2~11.5를 유지하면서 H2S는 97.2% 제거되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

DIWS system was introduced to remove hydrogen sulfide from the biogas of wastewater treatment plant. In the case of using water into the DIWS system more than 5,000mg/L of hydrogen sulfide, 25% of H2S removal efficiency was shown and required such further treatment process as incineration which was obtained more than 98%. When the inflow of hydrogen sulfide was 5,000mg/L, CH4 and CO2 were effectively discharged and the reduction was 8.7% and 28.6%, respectively. When such neutralization chemicals as Na2CO3 and NaOH were introduced into the DIWS system, H2S was removed more than 97.2% keeping pH in the range of 11.2 to 11.5.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Schematic of biogas treatment flow with DIWS.
그림 Fig. 2. DIWS treatment system.
그림 Fig. 3. Monitoring of (a) initial 5,000mg/L of H₂S concentration and (b) removal efficiency with water.
표 Table 1. Operating condition
그림 Fig. 4. Monitoring of (a) initial 9,000mg/L of H2S concentration and (b) removal efficiency with water.
그림 Fig. 6. H₂S removal efficiency with Na₂CO₃ addition
그림 Fig. 5. (a) CH₄ and (b) CO₂ removal efficiency through each step
그림 Fig. 7. H₂S removal efficiency with NaOH addition
그림 Fig. 8. pH profiles of the addition of (a) Na₂CO₃ and (b) NaOH chemicals

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 전분을 제조하는 공장에서 배출되는 폐수처리장을 대상으로 혐기성 소화공정에서 발생하는 바이오가스를 처리하기 위하여 DIWS장치를 이용하였다.

제안 방법

해석하였다. DIWS 장치내 저류된 물 또는 희석약품 용액은 Fig. 2에 표시한 바와 같이 강제로 공기를 분사하여 생성되는 10μm이하의 마이크로버블 입자가 유입되는 바이오가스내의 H₂S, CH₄, CO₂ 입자들과 충돌하도록 유도하여 포집하도록 구성하였다. DIWS 장치내에서 정화된 공기는 외부로 배출되고, 발생된 마이크로 버블은 장치내 주변의 순환수를 일정한 방향으로 선회하도록 회전시키는 구조로 되어 있다(Jung et al.
DIWS 장치를 활용하여 순수 물만으로 산화하였을 때의 낮은 H₂S 제거율을 향상시키기 위한 방안으로 습식 탈황장치에서와 같은 약품 주입(Seo et al., 2016)을 검토하였다.
Fig. 1에 나타낸 바와 같이 3개의 혐기성 소화조에서 발생되는 바이오가스가 탈황 설비로 유입되고 있는데, 본 연구에서는 3개의 DIWS 반응조를 운영하면서 바이오가스를 처리하고 있다. 평상시는 공업용수만으로 H₂S가스를 용해하여 배출하도록 하고 있지만, 공업용수의 사용량이 많아 슬러지 발생량 증가로 인한 배출 가스의 농도가 5,000mg/L가 초과할 경우는 Table 1에 나타낸 바와 같은 약품을 사용한다.
본 연구에 사용된 3개의 DIWS 장치 유입 전단과 후단에 Gas trap을 설치하여 배출가스를 포집한 후 가스 분석기(Testo 350XLK, NO/NO₂/SO₂ analyzer)와 GC(Aglient 7890A) 로가스 농도를 분석하였으며, 논문에 제시된 데이터는 공증을 위해 국가 공인기관에 의뢰하여 분석한 결과를 토대로 해석하였다. DIWS 장치내 저류된 물 또는 희석약품 용액은 Fig.
본 연구에서는 폐수처리장의 혐기성 소화조를 대상으로 DIWS장치에서 발생하는 마이크로버블을 활용하여 흡수 세정과 공기 산화로 CH₄가스 속에 포함된 H₂S 및 CO₂가스 처리 특성을 평가하였다. 순수 물만 사용하였을 경우와 별도의 소각로를 가동하였을때의 제거율 및 중화제로 NaOH와 Na₂CO₃ 를 사용하였을 때 H₂S의 처리 특성을 비교하였다.
평가하였다. 순수 물만 사용하였을 경우와 별도의 소각로를 가동하였을때의 제거율 및 중화제로 NaOH와 Na₂CO₃ 를 사용하였을 때 H₂S의 처리 특성을 비교하였다.
혐기성 소화조의 용량은 각각 1, 055m³ 용량 1set, 1, 206m³ 용량 1set, 800m³용량 4set로 수처리공정에서 발생되는 슬러지를 차집하여 처리하도록 구성하였다.

대상 데이터

Table 1은 본 연구에서 사용된 바이오가스 성분에 따른 바이오가스 내의 H₂S, CO₂, CH₄ 함량을 표시하였다. 현장 운영에서 배출 가스의 농도가 5,000mg/L를 초과할 경우에는 NaOH, FeCl₃, Na₂CO₃ 와 같은 약품을 사용하고 있어 각 약품의 소요량을 표시하였으며, 평상시 물 만으로 처리할 경우의 사용량도 함께 정리하였다.

성능/효과

1) 유입 H₂S의 농도가 5,000mg/L와 9, 000mg/L일 때 물 만으로 처리할 경우 H₂S의 제거율은 각각 25%, 후속으로 소각처리를 병행할 경우 98.5%까지 제거되었다.
2) 유입 H₂S의 농도가 5,000mg/L일 때 CH₄와 CO₂는 각각 8.7%와 28.6% 감소하여 배출되었다.
3) DIWS장치에 중화약품으로 Na₂CO₃와 NaOH를 사용할 경우 H₂S의 제거율은 97.2%와 98.1%를 나타냈고, pH는 큰 변화 없이 11.2∼11.5정도를 유지하였다.
6은 Na₂CO₃를 사용하여 3단의 DIWS장치로 유입되는 Biogas내의 H₂S의 제거율을 정리한 것이다. 4차례의 실험 결과를 평균 한 유입 H₂S의 농도는 5, 116mg/L, 평균 유출 농도는 115mg/L로 나타나 97.2%의 제거율을 나타냈다. 약품처리 없이 순수 물만 사용한 후 소각 처리까지 실시하였을 때의 98.
8은 DIWS 반응조에 주입한 Na₂CO₃와 NaOH의 약품에 따른 pH 변화를 나타낸 것이다. Na₂CO₃와 NaOH 모두 DIWS 반응조내에서의 pH는 큰 변화없이 11.2∼11.5 정도를 유지하는 것으로 나타났다. 모사 탈황설비 운전에서 pH가 높을수록 SO₂ 제거율에 영향을 미치는 연구 결과(An et al.
5 정도를 유지하는 것으로 나타났다. 모사 탈황설비 운전에서 pH가 높을수록 SO₂ 제거율에 영향을 미치는 연구 결과(An et al., 2007)와 비교했을 때 DIWS 장치는 중화약품을 주입하더라도 pH 변화가 없는 특징을 파악할 수 있었다.
2%의 제거율을 나타냈다. 약품처리 없이 순수 물만 사용한 후 소각 처리까지 실시하였을 때의 98.5% 제거율과 유사하여 별도의 소각 설비가 필요하지 않은 것으로 나타났다.
유입 H₂S의 농도가 5,000mg/L일 때 DIWS 각 단을 통과하더라도 일정한 농도인 3, 750mg/L로 배출되어 제거율이 25%로 일정하였고, 후속 공정으로 소각 처리를 하였을 때 75.3mg/L을 나타내어 98.5%까지 제거되었다.

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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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