초록 ▼

$\cdot$ 막결합 이상 혐기성 소화(TPADYF) 플랜트 공정 확립
- 막을 이용한 메탄조의 안정적 운전 및 유출수 수질 개선
- 약품 주입이 없는 pH 조절 방안 확립
$\cdot$ S m3/일 처리 용량의 TP#LDUF 운전 결과 및 개선방향
- 평균 TCOD 150 g/L인 음폐수를 처리할 때 부하 8.0 g/L-d까지 정상 상태의 유출수 TCOD가 6 g/L 이하로 TCOD 제거효율은 95% 이상
- 발생 가스의 메탄 구성비는 평균 65%이었으며, 메탄 발

$\cdot$ 막결합 이상 혐기성 소화(TPADYF) 플랜트 공정 확립
- 막을 이용한 메탄조의 안정적 운전 및 유출수 수질 개선
- 약품 주입이 없는 pH 조절 방안 확립
$\cdot$ S m3/일 처리 용량의 TP#LDUF 운전 결과 및 개선방향
- 평균 TCOD 150 g/L인 음폐수를 처리할 때 부하 8.0 g/L-d까지 정상 상태의 유출수 TCOD가 6 g/L 이하로 TCOD 제거효율은 95% 이상
- 발생 가스의 메탄 구성비는 평균 65%이었으며, 메탄 발생량은 39 $m^3$/$m^3$ 음폐수주입량, 260 $m^3$/톤 COD유입량, 또는 270 $m^3$/톤 COD제거량
- 발전량은 0.96 kwh/$m^3$ 가스 또는 1.49 kwh/$m^3$메탄
- UF 분리막은 물 또는 화학적 세정을 통해 평균 flux 10 L/$m^2$/hr에서 운전이 가능
- 향후 분리막의 clogging 방지를 위해 고형물 전처리 및 유분의 분해를 위한 효율적인 교반, 막모듈의 부분적인 설계 개선이 필요
$\cdot$ 50 톤/일 규모 음폐수 처리시설의 경제적 효과
- 총 연간 기대수익: 991,290 천원
CDM수익: 103,500천원
열에너지수익: 144,900 천원
처리비용절감: 200,750 천원
발전 수익: 204,400 천원
원유대체효과: 337,740 천원

목차 Contents

• 제 1 장 기술개발의 중요성 및 목적 ...16
• 제 1 절 기술개발의 중요성 ...16
• 제 2 절 기술개발의 목적 ...18
• 제 2 장 음폐수 관리 및 기술개발 현황 ...19
• 제 1 절 음폐수 관리 현황 ...19
• 1. 음폐수 발생 및 처리 현황 ...19
• 2. 음폐수 관련 정책 ...22
• 제 2 절 국내외 기술개발 현황 ...27
• 1. 국내 현황 ...27
• 2. 국외 현황 ...38
• 제 3 장 기술개발의 내용 및 범위 ...43
• 제 4 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...46
• 제 1 절 문헌 연구 ...46
• 1. 혐기성 처리 ...46
• 2. 2상 혐기성 소화 공정 ...52
• 3. 막결합형 혐기성 소화조 ...58
• 제 2 절 음폐수 및 생산공정 유기성 폐수의 혼합처리 가능성 파악 ...64
• 1. 목적 ...64
• 2. 실험 방법 ...64
• 3. 음폐수의 메탄발생능 평가 ...66
• 4. 결론 ...68
• 제 3 절 실험실 규모의 2상 혐기성 소화공정 운전특성 ...69
• 1. 목적 ...69
• 2. 실험방법 ...69
• 3. 음폐수의 혐기성 2상 소화조 운전 결과 ...74
• 4. 혐기성 2상 소화조의 운전인자에 따른 처리효율 비교 ...95
• 5. 결론 ...105
• 제 4 절 막결합형 2상 혐기성 소화 플랜트의 운전 결과 ...106
• 1. 목적 ...106
• 2. 실험재료 및 방법 ...106
• 3. TPADUF 운영 결과 ...115
• 4. 결론 ...142
• 제 5 절 바이오가스 CDM 사업 ...143
• 1. 음폐수 처리를 위한 혐기성 소화공정에 대한 CDM 타당성 분석 ...143
• 2. 적용 가능한 CDM 방법론 조사 ...144
• 3. CDM 사업기간 검토 ...147
• 4. CDM 사업을 통한 예상 수익 분석 ...147
• 제 5 장 활용 방안 및 기대 효과 ...150
• 제 1 절 활용 방안 ...150
• 제 2 절 기대 효과 ...150
• 1. 환경, 정책적 효과 ...150
• 2. 경제적 효과 ...151
• 참고문헌 ...153
• 표 2.1.1 전국 음식물폐기물 배출 및 처리현황 ...19
• 표 2.1.2 2007년 전국 음식물폐기물 자원화시설 현황 ...20
• 표 2.1.3 연도별 음식물폐기물 처리량 및 음폐수 관리 현황 ...21
• 표 2.1.4 2007년 음식물폐기물 자원화시설의 음폐수 배출현황 ...22
• 표 2.1.5 해양배출 가능 폐기물의 세부규정 ...24
• 표 2.1.6 환경부의 음폐수 육상처리 전환 목표 ...25
• 표 2.1.7 음폐수의 육상처리를 위한 중점 추진내용 ...25
• 표 2.1.8 음폐수의 육상처리 전환을 위한 소요예산 계획 ...26
• 표 2.2.1 국내 음식물폐기물 혐기성소화 처리 시설 현황 ...27
• 표 2.2.2 국내 음폐수 에너지화 시설 운전특성 비교 ...28
• 표 2.2.3 광주광역시 음식물자원화시설 현황 ...29
• 표 2.2.4 광주광역시 음식물자원화시설 운영비용 ...30
• 표 2.2.5 부산광역시 음식물자원화시설 현황 ...31
• 표 2.2.6 부산광역시 음식물자원화시설 음폐수 농도 변화 ...31
• 표 2.2.7 수도권 매립지 음폐수와 침출수 병합처리시설 운영 결과 ...33
• 표 2.2.8 2007년 침출수 처리시설의 수질현황 및 음폐수 유입농도 ...34
• 표 2.2.9 음폐수 수도권매립지 반입 기준 ...35
• 표 2.2.10 파주시 환경 기초시설 현황 ...36
• 표 2.2.11 파주시 음식물폐기물 및 축산분뇨혼합처리시설 현황 ...36
• 표 2.2.12 우리나라 혐기성 소화기술 및 사업자 현황 ...38
• 표 2.2.13 국외 유기성 폐기물 에너지화 기술 현황 ...39
• 표 2.2.14 유럽의 음식물폐기물 및 음폐수 에너지화 기술 ...40
• 표 2.2.15 독일의 바이오가스 플랜트 예 ...41
• 표 2.2.16 일본의 음식물폐기물 등 통합 메탄발효 시설 현황 ...42
• 표 4.1.1 혐기성 여상 운전결과 ...51
• 표 4.1.2 유동상 반응조 운전결과 ...51
• 표 4.1.3 UASB 운전결과 ...51
• 표 4.1.4 UASFF 운전결과 ...52
• 표 4.1.5 ADUF의 운전효율 ...60
• 표 4.1.6 파이로트 및 현장 규모 $BIOREK^{(R)}$ 플랜트의 운전 결과 ...60
• 표 4.1.7 막 노화 및 fouling의 원인 ...62
• 표 4.1.8 막 세정에 사용되는 화학약품 ...63
• 표 4.2.1 음폐수 성상 ...64
• 표 4.2.2 유기성 폐수 성상 ...65
• 표 4.2.3 BMP 시험을 위한 영양물질의 구성 및 농도 ...66
• 표 4.2.4 중온 및 고온 BMP 시험에서 물질수지 ...67
• 표 4.3.1 실험실 규모 실험에 사용된 음폐수의 성상 ...69
• 표 4.3.2 4개의 실험 반응조 시스템 ...70
• 표 4.3.3 실험실 규모 이상 혐기성 반응조 시스템 운전 조건 ...72
• 표 4.4.1 5 톤/일 규모 TPADUF 운전에 사용된 음폐수의 성상 ...106
• 표 4.4.2 5 톤/일 규모 TPADUF 단위 설비의 개요 ...108
• 표 4.4.3 UF 분리 막의 규격 ...110
• 표 4.4.4 5 톤/일 규모 TPADUF 플랜트 운전조건 ...112
• 표 4.4.5 분석방법 ...113
• 표 4.4.6 5 톤/일 규모 TPADUF 운전 조건별 VFA 농도 및 성분분포 ...127
• 표 4.4.7 5 톤/일 규모 TPADUF 분리막 세정 실험 조건 ...137
• 표 4.4.8 분리 막의 화학적 세정 방법 ...138
• 표 4.4.9 5 톤/일 규모 TPADUF 분리막 유출수 성상 ...141
• 표 4.5.1 처리형태에 따른 MCF 값 ...147
• 표 4.5.2 COD 150 g/L인 음폐수 50 톤/일 처리할 때 발전가능량 및 열회수량 ...148
• 표 5.2.1 50 톤/일 규모 TPADUF의 경제적 효과 ...152
• 그림 2.1.1 연도별 음식물폐기물 자원화시설 변화 추이 ...20
• 그림 2.1.2 음폐수의 육상처리를 위한 단계별 추진대책 ...25
• 그림 2.2.1 광주광역시 음식물자원화시설 처리공정 계통도 ...29
• 그림 2.2.2 부산광역시 음식물자원화시설 공정도 ...32
• 그림 2.2.3 수도권 매립지 음폐수와 침출수 병합처리 계통도 ...33
• 그림 2.2.4 파주시 음식물폐기물 및 축분 혼합 처리시설 계통도 ...37
• 그림 4.1.1 혐기성 처리의 3단계 ...48
• 그림 4.1.2 혐기성 반응조 종류 ...50
• 그림 4.1.3 산발효 및 메탄발효의 적정 pH 범위 ...55
• 그림 4.1.4 SRT에 따른 비메탄생성량(SMP) 및 안정화 속도 ...57
• 그림 4.2.1 중온 및 고온 BMP 시험에서의 누적 메탄발생량 ...67
• 그림 4.3.1 실험실 규모 반응조 시스템의 유기물 부하 변화 ...73
• 그림 4.3.2 실험실 규모 반응조 시스템의 TCOD 변화 ...77
• 그림 4.3.3 실험실 규모 반응조 시스템의 TCOD 제거효율 변화 ...78
• 그림 4.3.4 실험실 규모 반응조 시스템의 SCOD 변화 ...79
• 그림 4.3.5 실험실 규모 반응조 시스템의 VFA 농도 변화 ...81
• 그림 4.3.6 실험실 규모 반응조 시스템의 VFA 구성성분 변화 ...82
• 그림 4.3.7 실험실 규모 반응조 시스템의 SMP 변화 ...84
• 그림 4.3.8 실험실 규모 반응조 시스템의 $CH_4$ 함량 변화 ...85
• 그림 4.3.9 실험실 규모 반응조 시스템의 pH 변화 ...87
• 그림 4.3.10 실험실 규모 반응조 시스템의 ${NH_4}^+$-N 농도 변화 ...88
• 그림 4.3.11 실험실 규모 반응조 시스템의 알칼리도 변화 ...90
• 그림 4.3.12 실험실 규모 반응조 시스템의 VS 농도 변화 ...91
• 그림 4.3.13 실험실 규모 반응조 시스템의 VS 제거효율 변화 ...92
• 그림 4.3.14 실험실 규모 반응조 시스템의 VSS 농도 변화 ...94
• 그림 4.3.15 메탄조 유출수 반송에 따른 산발효조의 산생성 및 VS 제거효율 변화 ...96
• 그림 4.3.16 메탄조 유출수 반송 이후 조건 별 평균 산생성 및 VS 제거효율 ...97
• 그림 4.3.17 고형물 내부반송 전후에 유기물 부하에 따른 메탄조의 SMP 변화: a) 중온메탄조, b) 고온메탄조 ...98
• 그림 4.3.18 고형물 내부반송 전후에 유기물 부하에 따른 유출수의 SCOD: a) 중온메탄조, b) 고온메탄조 ...100
• 그림 4.3.19 고형물 내부반송 이후 온도별 메탄조의 COD 제거효율 ...101
• 그림 4.3.20 유기물 부하에 따른 메탄조의 SMP: a) Mode I 과 II, b) Mode III ...103
• 그림 4.3.21 메탄조의 미생물 유기물 부하; a) Mode I 과 II, b) Mode III ...104
• 그림 4.4.1 5 톤/일 규모 TPADUF 플랜트 개요도 ...107
• 그림 4.4.2 5 톤/일 규모 TPADUF 운전 Mode 별 유기물 부하: a) 전체 시스템의 유기물 부하, b) 산발효조와 메탄조의 유기물 부하 ...114
• 그림 4.4.3 5 톤/일 규모 TPADUF 유기물 농도 변화: a) TCOD, b) SCOD ...116
• 그림 4.4.4 5 톤/일 규모 TPADUF에서 유기물 제거효율 변화: a) TCOD, b) SCOD ...118
• 그림 4.4.5 5 톤/일 규모 TPADUF에서 유기물 부하에 따른 유기물 제거효을 변화: a) TCOD, b) SCOD ...121
• 그림 4.4.6 5 톤/일 규모 TPADUF에서 메탄 구성비 ...122
• 그림 4.4.7 5 톤/일 규모 TPADUF에서 메탄 발생량: a) 유입 음폐수당 메탄 발생량, b) COD 부하당 메탄 발생율 ...124
• 그림 4.4.8 5 톤/일 규모 TPADUF에서 VFA 농도 변화 ...126
• 그림 4.4.9 5 톤/일 규모 TPADUF에서 pH 변화 ...130
• 그림 4.4.10 5 톤/일 규모 TPADUF에서 알칼리도 변화 ...130
• 그림 4.4.11 5 톤/일 규모 TPADUF에서 질소 농도 변화: a) ${NH_4}^+$-N, b) ${NH_3}^+$-N ...131
• 그림 4.4.12 5 톤/일 규모 TPADUF에서 고형물 농도 변화: a) TS, b) VS, c) TSS, d) VSS ...133
• 그림 4.4.13 5 톤/일 규모 TPADUF에서 분리막의 flux 변화 ...135
• 그림 4.4.14 5 톤/일 규모 TPADUF에서 분리막 clogging 발생 형태: a) U자관, b) 막 유입구 ...136
• 그림 4.4.15 5 톤/일 규모 TPADUF 막 세정 전후의 flux 변화 ...138