초록 ▼

1. 최종목표
본 연구의 목표는 축산폐수 처리용 고온 호기성소화(auto-thermal aerobic digestion, ATAD) 공정에서 발생하는 고농도 암모니아 가스를 처리하기 위한 바이오필터(biofilter) 장치를 개발하는 것이다. 이를 위하여 실험실규모의 biofilter 반응기를 제작하여 암모니아 가스 농도와 부하별 처리속도를 조사하였고, biofilter 순환수의 pH 변화와 완충제의 공급 방법에 관한 연구를 수행하였다.
2. 개발내용 및 결과
? ATAD 반응조와 연결된 바이오필터(biofilter

1. 최종목표
본 연구의 목표는 축산폐수 처리용 고온 호기성소화(auto-thermal aerobic digestion, ATAD) 공정에서 발생하는 고농도 암모니아 가스를 처리하기 위한 바이오필터(biofilter) 장치를 개발하는 것이다. 이를 위하여 실험실규모의 biofilter 반응기를 제작하여 암모니아 가스 농도와 부하별 처리속도를 조사하였고, biofilter 순환수의 pH 변화와 완충제의 공급 방법에 관한 연구를 수행하였다.
2. 개발내용 및 결과
? ATAD 반응조와 연결된 바이오필터(biofilter, BF) 장치, 즉 ATAD-BF 장치 2기를 제작하였다.
? BF-1은 공기공급 ATAD 반응조와 연결된 바이오필터 장치로서 유입 암모니아 가스의 농도가 산소공급 ATAD 반응조와 연결된 BF-2에 비해 상대적으로 낮았지만 가스 유량이 많아 부하는 더 높게 적용되었다.
? BF-1과 BF-2의 암모니아 가스 제거효율을 비교하면 다음과 같다.
- 1차 실험 : Step 1의 경우, 암모니아 부하가 22.5 g NH3-N/m3/hr로 운전된 BF-1의 제거효율은 평균 80%이었고, 암모니아 부하 16.6 g NH3-N/m3/hr로 운전된 BF-2의 암모니아 제거효율은 81~93%이었다. BF-1과 BF-2의 부하를 각각 26.4 및 20.2 g NH3-N/m3/hr로 증가시킨 Step 2 동안에는 BF-2의 암모니아 제거율이 평균 82 %로 BF-1에 비해 약간 우수한 것으로 나타났다. 암모니아 부하를 각각 35.6 및 25.8 g NH3-N/m3/h로 더 증가시킨 Step 3 동안에는 BF-2의 암모니아 제거율이 평균 69%로 BF-1에 비해 약간 우수한 것으로 나타났다.
- 2차 실험 : BF-1과 BF-2의 암모니아 부하가 각각 9.4 및 8.1 g NH3-N/m3/hr로 운전된 Step 1에서 BF-1의 암모니아 제거효율은 평균 93%이었고, BF-2는 95 %를 상회하였다.
Step 2에서 BF-1과 BF-2의 부하를 각각 15.8 및 11.1 g NH3-N/m3/hr로 증가시킨 결과 BF-1과 BF-2의 암모니아 평균 제거율은 각각 91 및 95 %로 BF-2가 높게 나타났다. 2차 실험 중 가장 높은 부하가 유입된 Step 3 동안에 BF-1과 BF-2의 암모니아 부하는 각각 21.3 및 13.8 g NH3-N/m3/h이었으며, BF-2의 암모니아 평균 제거율이 88 %로 BF-1에 비해 상대적으로 우수하였다.
? 암모니아 부하가 11 g NH3-N/m3/hr 이하일 때 공기공급 ATAD 반응조와 연결된 BF-1과 산소공급 ATAD 반응조와 연결된 BF-2의 암모니아 제거효율은 모두 90 % 이상이었다. 그러나, 암모니아 부하 13 NH3-N/m3/hr 이상일 때는 BF-1의 암모니아 제거효율이 BF-2에 비해 상대적으로 양호하였다.
? 질산화가 진행됨에 따라 순환수 내에 질산성질소가 축적되어 pH가 감소하였다. 암모니아 가스의 부하가 26.5 g NH3-N/m3/h 이하로 운전될 때, 1 g/L NaHCO3 용액을 순환수로 사용할 경우 적정 교체 주기는 7~8일이었으며, 암모니아 가스의 부하가 21.3 g NH3-N/m3/h 이하로 운전될 때,
2 g/L NaHCO3 용액을 순환수로 사용할 경우 적정 교체 주기는 10 ∼ 11일이었다.
?담체에 부착된 미생물 양의 변화는 다음과 같다.
- 1차 실험 : Step 1에서 BF-1의 담체에 부착된 미생물량은 2.8 mg/g 이었으며, BF-2의 담체에서 측정된 미생물 부착량은 3.1 mg/g으로 BF-2가 BF-1에 비해 약간 많았다. Step 2동안에 측정한 BF-1과 BF-2의 미생물 부착량은 각각 3.2 및 3.3 mg/g으로, Step 1에서보다 약간 증가하였음을 알 수 있었다. 한편, 암모니아 부하가 가장 높게 유지된 Step 3에서 BF-1과 BF-2의 미생물 부착량은 Step 1과 Step 2에 비해 상대적으로 적은 1.8 및 2.1 mg/g이었다.
- 2차 실험 : Step 1을 진행하는 동안 BF-1의 담체에서 측정한 미생물 부착량은 2.5 mg/g이었으며, BF-2의 미생물 부착량은 2.7 mg/g이었다. Step 2동안에 측정된 BF-1과 BF-2의 미생물 부착량은 각각 2.6 및 2.8 mg/g로 Step 1보다 증가하였음을 알 수 있었다. 2차 실험과정 중 암모니아 부하가 가장 높게 유지된 Step 3동안에는 BF-1과 BF-2 모두 2.9 mg/g으로 미생물 부착량이 동일하였다.
3. 사업성과
? 기술적 성과: 참여기업의 ATAD 반응조와 접목할 수 있는 악취제거 공정의 개발
? 경제적 성과: 독자적인 기술의 확보 및 상품화
? 활용성과 등: 고온호기성소화 공정과 연계한 일체형 환경오염방지시설로 상품화
4. 향후추진계획
본 연구를 통해 고온호기성 소화조(ATAD)와 결합된 바이오필터(BF) 장치의 성능을 확인할 수 있었다. 향후 ATAD-biofilter 시스템을 설계 시 ATAD 반응조에서 발생하는 암모니아 가스를 효과적으로 제거하기 위하여 BF를 설계할 때 본 연구에서 얻은 결과를 설계인자로 사용할 수 있을 것으로 기대된다. 추후 실증 플랜트 운전을 통해 고온호기성소화 공정과 연계한 일체형 환경오염방지시설로 상품화가 가능할 것으로 기대된다.

목차 Contents

• 과제08-01 세부 집행내역...1
• I. 조성 금액...1
• II. 과제개발비 세부집행내역...1
• 최종보고요약서(초록)...5
• 개발결과의견서...7
• 시제품...8
• 공정개선실적...10
• 제 1 장 서론...11
• 1.1 연구개발 배경 및 목적...11
• 1.2 연구개발의 필요성 및 중요성...12
• 1.3 연구개발 내용 및 범위...13
• 제 2 장 실험장치 및 방법...14
• 2.1 질산화 미생물용 담체(media)...14
• 2.2 Biofilter 식종용 질산화 미생물의 배양 및 식종...14
• 2.3 ATAD-Biofilter 실험장치의 구성 및 운전조건...17
• 2.4 순환수의 pH 변화 및 교체주기...19
• 2.5 담체에 부착된 미생물 양의 변화...19
• 제 3 장 결과 및 고찰...21
• 3.1 암모니아 가스 제거효율...21
• 3.2 순환수의 pH 변화 및 교체주기...29
• 3.3 담체에 부착된 미생물 양의 변화...33
• 제 4 장 결론...35