공기주입 전처리가 하수슬러지 혐기성 소화에 미치는 영향

안영미,위준,김용준,이남훈,박진규,樋口壯太郞 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

2011년말 기준으로 공공하수처리시설은 505개소로 2001년 184개소, 2010년 470개소 등 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 하수처리시설에서 발생하는 슬러지량도 증가하고 있다. 슬러지를 처리하는 방안으로 고화, 매립, 해양배출, 혐기성 소화 등의 방법이 있으나, 고화 및 매립은 2차 환경오염에 대한 우려가 있고 해양배출은 2012년부터 전면 금지되었다. 이에 환경부에서는 공공하수처리시설에 설치된 혐기성 소화조의 효율 개선사업을 통해 소화효율을 향상시켜 메탄의 생산량 증대와 슬러지 감량화를 도모하고 있다. 슬러지의 감량화 및 바이오가스 발생량의 증대를 위해 혐기성 소화 전에 슬러지를 전처리시키는 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 혐기성 소화 공정은 가수분해, 산 생선, 초산생성 및 메탄생성 단계로 구분될 수 있으며, 이 중 가수분해 단계는 율속단계로서 전체 혐기성 소화공정의 효율 및 속도를 조정하기 때문에 가수분해 단계가 쉽게 이루어지기 위해 가용화라는 슬러지의 전처리를 수행하는 것이다. 전처리 공정의 방법으로는 열적처리, 화학적 산화, 기계적 처리, 생물학적 처리 등이 있다. 이 중 생물학적 처리 공정은 고온 호기성 박테리아를 배양시킨 후 소화조에 주입하여 슬러지의 혐기성 소화효율을 향상시키는 방법과 소량의 산소를 주입하지만 일정한 혐기 조건과 낮은 환원 조건을 유지하면서 미생물의 성장과 효소 합성 및 활성을 유발시켜 슬러지의 가용화 및 소화효율을 향상시키는 방법이 있다. 이에 본 연구에서는 공기의 주입을 통한 생물학적 전처리 방법이 슬러지 내에 존재하는 유기물뿐만 아니라 질소와 실록산 등의 거동에 미치는 영향을 분석하여 공기 주입을 통한 생물학적 전처리 방법이 혐기성 소화효율 향상과 반류수질, 바이오가스 정제시설 중 실록산 제거시설 등에 미치는 오염부하의 저감 가능성을 평가하고자 하였다. 실험결과, ORP는 공기 주입기간이 길어질수록 약간씩 증가하였으나 -247 ~ -268 mV의 환원조건을 나타내었으며, DO는 0.00 ~ 0.22 mg/L로 나타났다. 따라서 슬러지 전처리를 위해 공기를 주입하여도 소화조 내의 혐기성 조건에 미치는 영향은 미미할 것으로 판단된다. SCODcr의 경우에는 공기를 주입에 따라 SCODcr의 농도가 증가하여 공기주입에 의한 가용화 효과가 있는 것으로 나타났다. 총 질소와 암모니아성 질소의 경우 공기주입기간이 길어질수록 농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 DO 농도가 1 mg/L 이하의 조건을 유지하고 있어 공기주입에 의한 동시 질산화 및 탈질 현상이 발생한 것으로 판단된다. 따라서 공기주입에 의한 전처리 방법이 슬러지 내 질소의 부하를 감소시켜 암모니아성 질소로 인한 혐기성 소화의 저해 가능성과 혐기성 소화 후 반류수 및 방류수에 영향을 미치는 질소 부하를 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다. 실록산의 경우 공기주입 기간 증가에 따라 공기를 주입하지 않은 슬러지 내의 실록산 농도가 6.06 mg/kg에서 공기주입 4일째에는 3.43 mg/kg으로 감소하여, 공기주입 전처리 방법을 통해 바이오가스 정제 시설 중 실록산 처리 공정에 미치는 실록산 부하를 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다.

F-04 : 공기주입 전처리가 하수슬러지 혐기성 소화에 미치는 영향

안영미,위준,김용준,박진규,?口壯太郞,이남훈 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

2011년말 기준으로 공공하수처리시설은 505개소로 2001년 184개소, 2010년 470개소 등 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 하수처리시설에서 발생하는 슬러지량도 증가하고 있다. 슬러지를 처리하는 방안으로 고화, 매립, 해양배출, 혐기성 소화 등의 방법이 있으나, 고화 및 매립은 2차 환경오염에 대한 우려가 있고 해양배출은 2012년부터 전면 금지되었다. 이에 환경부에서는 공공하수처리시설에 설치된 혐기성 소화조의 효율 개선 사업을 통해 소화효율을 향상시켜 메탄의 생산량 증대와 슬러지 감량화를 도모하고 있다. 슬러지의 감량화 및 바이오가스 발생량의 증대를 위해 혐기성 소화 전에 슬러지를 전처리시키는 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 혐기성 소화 공정은 가수분해, 산 생선, 초산생성 및 메탄생성 단계로 구분될 수 있으며, 이 중 가수분해 단계는 율속단계로서 전체 혐기성 소화공정의 효율 및 속도를 조정하기 때문에 가수분해 단계가 쉽게 이루어지기 위해 가용화라는 슬러지의 전처리를 수행하는 것이다. 전처리 공정의 방법으로는 열적처리, 화학적 산화, 기계적 처리, 생물학적 처리 등이 있다. 이 중 생물학적 처리 공정은 고온 호기성 박테리아를 배양시킨 후 소화조에 주입하여 슬러지의 혐기성 소화효율을 향상시키는 방법과 소량의 산소를 주입하지만 일정한 혐기 조건과 낮은 환원 조건을 유지하면서 미생물의 성장과 효소 합성 및 활성을 유발시켜 슬러지의 가용화 및 소화효율을 향상시키는 방법이 있다. 이에 본 연구에서는 공기의 주입을 통한 생물학적 전처리 방법이 슬러지 내에 존재하는 유기물뿐만 아니라 질소와 실록산 등의 거동에 미치는 영향을 분석하여 공기 주입을 통한 생물학적 전처리 방법이 혐기성 소화효율 향상과 반류수질, 바이오가스 정제시설 중 실록산 제거시설 등에 미치는 오염부하의 저감 가능성을 평가하고자 하였다. 실험결과, ORP는 공기 주입기간이 길어질수록 약간씩 증가하였으나 -247 ~ -268 mV의 환원조건을 나타내었으며, DO는 0.00 ~ 0.22 mg/L로 나타났다. 따라서 슬러지 전처리를 위해 공기를 주입하여도 소화조 내의 혐기성 조건에 미치는 영향은 미미할 것으로 판단된다. SCODcr의 경우에는 공기를 주입에 따라 SCODcr의 농도가 증가하여 공기주입에 의한 가용화 효과가 있는 것으로 나타났다. 총 질소와 암모니아성 질소의 경우 공기주입기간이 길어질수록 농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 DO 농도가 1 mg/L 이하의 조건을 유지하고 있어 공기주입에 의한 동시 질산화 및 탈질 현상이 발생한 것으로 판단된다. 따라서 공기주입에 의한 전처리 방법이 슬러지 내 질소의 부하를 감소시켜 암모니아성 질소로 인한 혐기성 소화의 저해 가능성과 혐기성 소화 후 반류수 및 방류수에 영향을 미치는 질소 부하를 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다. 실록산의 경우 공기주입 기간 증가에 따라 공기를 주입하지 않은 슬러지 내의 실록산 농도가 6.06 mg/kg에서 공기주입 4일째에는 3.43 mg/kg으로 감소하여, 공기주입 전처리 방법을 통해 바이오가스 정제 시설 중 실록산 처리 공정에 미치는 실록산 부하를 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다.

열적전처리 공정에 의한 혐기성 소화효율 개선 연구

정성엽,정석영,장순웅 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2014 No.1

2012년 기준으로 하수슬러지는 전국에 가동 중인 347개소의 공공하수처리시설에서 연간 3,624천톤이 발생되고 있으며, 공공하수처리시설의 증설로 인하여 지속적으로 증가될 것으로 예상되고 있다. 하지만 하수슬러지의 경우 직매립 및 런던협약 ‘96의정서 발효로 해양투기가 금지됨에 따라 이의 처리방안이 시급한 설정이다. 따라서 혐기성소화 방식을 통한 하수슬러지의 재이용 방안에 대한 관심이 날로 높아지고 있으며 미국, 독일, 일본 등은 혐기성소화 방식을 통한 바이오가스 생산 및 활용기술의 보급화를 위한 다양한 신에너지 정책을 제시하고 있다. 국내에서도 2008년 말 하수슬러지 연료화 규정을 제정하였으며 에너지자원화 및 국내의 운전 중인 소화조의 효율을 개선하는 등의 사업을 수행하고 있다. 혐기성 처리 방법은 슬러지의 감량화 및 재생에너지를 생산할 수 있어 적합한 처리방법으로 알려져 있다. 하지만 잉여슬러지의 경우 낮은 유기물 함량과 생분해가 어려운 단점이 있어 혐기성 소화 공정에 적용 시 낮은 처리효율의 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 하수슬러지의 전처리 공정 적용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이의 방법으로 알칼리처리, 초음파처리, 열적처리 등이 있다. 열적전처리 방법은 혐기성소화 단계 중 율속단계로 알려져 있는 가수분해 단계를 촉진시켜주는 장점을 가지고 있다. 본 연구는 열적전처리 공정에 의한 하수슬러지의 물리화학적 성상과 바이오가스 생산량 변화에 대해 알아보았다. 가용화슬러지의 성상 분석결과 가용화 온도 상승에 따라 용존성 물질인 SCOD_Cr, NH₄⁺, VFAS가 증가하였으며, pH는 감소하는 것으로 나타남. SCOD_Cr 및 VFAS의 증가로 가수분해 및 일부 산발효 단계를 촉진시킨 것으로 나타났다. BMP test 결과 최대 바이오가스 생성량은 TS 2, 4%에서 160℃ (84.3%, 79.2% 증가), 6%에서 180℃ (63.1%)로 나타나 슬러지의 농도에 따른 최적화변화가 있는 것을 확인하였다. 통계적기법을 적용한 최적가용화 조건 도출 결과 TS 2%, 4%, 6%에서 각각 165℃/36min, 163℃/35min, 175℃/32min 으로 나타났으며, 분산분석 및 회귀분석결과에 통해 열적가용화 공정은 가용화 온도에 의한 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. Lab-scale 소화조 운영을 통한 가용화 슬러지의 소화효율 평가 결과 중온 소화조의 경우 가용화 슬러지에 의해 50.2%, 고온 소화조의 경우 29.5%의 바이오가스 수율이 증가하는 것으로 나타나 열적전처리 공정은 혐기성소화 효율증대에 효과적인 것으로 판단된다.

하수슬러지와 음식물 탈리액 병합처리를 위한 막 결합형 2상 고온 혐기성 소화공정 적용

조영범,박은희,오용걸,신동철,박철휘 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

하수슬러지와 음식물쓰레기의 해양배출이 전면 금지됨에 따라 매년 증가하는 유기성폐기물의 육상처리 대책이 요구되고 있다. 최근 고농도 유기성폐기물을 처리하기 위하여 슬러지 감량화와 더불어 메탄가스를 회수할 수 있는 혐기성 소화공정에 대한 관심이 증가되고 있다. 2상 혐기성 소화공정은 산발효조와 메탄조를 분리하여 각 단계에서 작용하는 산생성 미생물과 메탄생성 미생물의 생화학적인 특징 및 영양 요구조건을 조절하여 생장에 적합한 환경조건을 유지시킬 수 있고, 각 미생물의 활성이 극대화되어 전체 공정의 반응속도와 안정성을 향상시켜 소화효율을 증가시킬 수 있다. 2상 혐기성 소화공정에 막을 결합하여 소화조 내의 미생물 농도를 높게 유지시키며, 고형물과 미생물 간의 접촉시간을 증가시킴으로써 높은 처리효율을 기대할 수 있다. 또한, 고농도 유기성 폐기물인 음식물 탈리액 처리를 위한 하수슬러지와의 병합소화공정은 음식물 탈리액의 낮은 pH 조절을 위한 약품투입량 저감, 높은 TS로 인한 충격부하 완화, 염분 및 암모니아성 질소 독성의 희석 효과로 인한 소화공정의 안정성을 도모할 수 있다. 또한, C/N 비가 낮아 유기물 제거효율이 충분하지 않은 하수슬러지는 병합소화로 인하여 처리효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 막 결합형 2상 고온 혐기성 소화공정을 적용하여 하수슬러지와 음식물 탈리액의 처리를 연구하였다. 하수슬러지와 음식물 탈리액의 적정혼합비를 도출하고, 막 결합 후, 최종적인 유출수의 유기물 제거율, 메탄가스 발생량 변화 및 막 성능을 관찰하였다. 실험은 lab-scale로 진행되었으며, 대상 시료는 서울시 소재의 N 물재생센터의 잉여슬러지와 S 매립지의 음식물 탈리액을 사용하였다. 공정의 구성은 산발효조, 메탄생성조, 농축조, 침지형 UF 멤브레인으로 구성하여 실험을 진행하였다. 하수슬러지와 음식물 탈리액을 혼합하여 주입하였으며, 혼합비율은 하수슬러지와 음식물 탈리액을 9:1, 8:2, 7:3 비율인 부피비로 음식물 탈리액의 비율을 점차 증가시켰다. 음식물 탈리액의 혼합비가 증가함에 따라 C/N 비 12, 14, 16 및 COD 부하율 14, 15, 17kg COD/㎥·day로 증가하였다. 농축조 후단에서의 제거효율은 TCOD_cr 71%, T-P 94%, TS 75%, VS 76%로 높은 제거효율을 보였으며, 막 결합 시 처리효율은 TCOD_cr 98%, T-P 96%, TS 92%, TKN 51%로 증가하였다. 음식물 탈리액 비율의 증가는 산발효조의 VFA 농도를 변화시켰으며, 병합비율에 따라 1,192 1,228, 1,495mg/L로 점차 증가하였다. 메탄생성조의 VFA 농도는 병합비율 9:1, 8:2의 경우, 260, 248mg/L로 안정적인 수치를 나타내었으나 7:3의 경우, 336mg/L로 운전기간 동안 큰 폭으로 변화하였다. 메탄생성수율은 병합비율에 따라 0.23, 0.24, 0.17L CH₄/g COD를 나타내었으며, 막 결합 후, 농축조슬러지의 재반송으로 평균 메탄생성수율이 0.27L CH₄/g COD로 증가하였다. 따라서 소화공정의 최적화를 위한 하수슬러지와 음식물 탈리액의 혼합비율은 8:2일 때 가장 적합한 것으로 판단된다.

열적가용화 하수슬러지의 생분해 특성 연구

정성엽,정석영,연호석,장순웅 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

2005년부터 하수슬러지 해양투기 규제 강화를 앞두고 슬러지 처분의 근본적인 해결책인 슬러지 발생량 감소를 위해 총 80억의 사업비를 들여 소화조 효율 향상을 위한 개선사업을 추진하였다. 주요 사업내용으로는 소화조 준설, 농축설비 개선, 소화조 가온방식의 변경 등을 들 수 있다. 하지만 소화효율개선사업이 대상원료의 개질을 통한 효율개선 보다는 일부 기존공정의 개량을 위주로 이루어지다 보니 소화효율의 증가는 미비한 상황이다. 이에 기존 소화조의 이용효율을 극대화하기 위해 대상원료의 개질기술(가용화 효율이 우수한 전처리 기술)과 소화슬러지 감량을 최대화 할 수 있는 처리방안의 도입이 필요한 실정이다. 전처리 공정은 열적처리, 물리·화학적 처리, 생물학적 처리 등으로 구분될 수 있으며, 이중 열적전처리 공정은 고온·고압 조건에서 고분자 형태로 존재하는 슬러지를 저분자 형태로 전환시켜 바이오가스의 생산량과 소화효율을 증대시키는 공정으로 알려져 있다. 이러한 전처리 공정은 대부분 다른 유기성폐기물에 비해 생분해가 어려운 것으로 알려져 있는 잉여 슬러지를 대상으로 한 연구가 주를 이루고 있어 다양한 원료를 대상으로 한 연구가 필요할 것으로 판단되어 진다. 본 연구는 생슬러지 및 잉여슬러지를 대상으로 열적전처리를 실시하고 BMP 실험을 통한 바이오가스 생산율을 평가였다. 각 시료의 열적전처리는 고온·고압 열적전처리 반응기를 이용하여 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220℃에서 각각 30분간 전처리 하였다. 전처리 하지 않은 생 및 잉여슬러지를 대상으로 한 BMP 실험 결과를 바탕으로 biogas 생산율을 비교해보면, 각각 0.464㎥/kg VS_add, 0.289㎥/kg VS_add로 생슬러지가 잉여슬러지에 비해 60.6% 높은 것으로 나타났다. 가용화 슬러지의 경우 생슬러지는 온도가 상승함에 따라 바이오가스 생산율이 증가하여 220℃에서 0.490㎥/kg VS_add(5.6% 증가)로 가장 높게 나타났으며, 잉여슬러지의 경우 180℃에서 0.401㎥/kg VS_add (38.8% 증가)로 최대 바이오가스 생산율이 나타난 후 온도가 상승함에 따라 일부 감소하는 경향이 나타났다. 따라서 열적전처리 공정은 생슬러지 보다 잉여슬러지에 대한 적용성이 더욱 높은 것으로 판단된다.

열전처리 조건이 탈수슬러지의 혐기성 소화에 미치는 영향

김기범(Gi-Beom Kim),박소영(Soyoung Park),박정수(Jungsu Park),조유라(Yura Jo),권예령(Yeelyung Kwon),김상현(Sang-Hyoun Kim) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계

일반적으로 중소규모의 하⋅폐수 처리장의 경우 별도의 혐기성소화 시설 없이 탈수과정을 거쳐처리장 밖으로 위탁 처분하게 된다. 수거된 탈수슬러지를 건식 혐기성 소화할 경우 유기물 감량을 통한 처분 부피 감소와 에너지 회수를 통한 탄소 저감 효과를 거둘 수 있다. 특히 지방자치단체 등에바이오가스 생산 의무를 부과하는 정책이 추진되고 있는 상황에서 중소규모 하⋅폐수 처리장이 산재한 지방자치단체의 경우 탈수슬러지 혐기성 소화를 검토할 수 있을 것으로 예상된다. 한편 슬러지와같은 복잡한 유기물은 율속단계로 알려진 가수분해반응의 가속화를 통해 혐기성소화 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 열 전처리가 탈수슬러지의 혐기성소화에 미치는 영향과 경제성을 회분식실험을 통해 비교평가 하였다. 탈수슬러지는 공공하수처리장과 맥주 공장에서 발생하는 탈수슬러지를 17:13의 중량비로 혼합하였으며, 열 전처리는 40-220℃, 1-3시간의 조건에서 수행되었다. 전처리온도와 시간이 증가할수록 COD 가용화율과 EPS도 함께 증가하는 경향을 보였다. 회분식 혐기성소화에서 가장 높은 메탄 수율은 140℃, 3시간의 전처리 조건에서 195 mL CH4/g VSfeed로 전처리를하지 않은 탈수슬러지의 메탄수율(107.6 mL CH4/g VSfeed) 대비 81% 높은 수치를 보였다. 회분식혐기성소화 후 미생물 군집분석 결과에서도 메탄 수율이 상대적으로 높은 고온 전처리조건에서 고세균 중 메탄생성균의 비율이 50.8%에서 98.9%까지 증가하는 결과를 관찰하였다. 한편 슬러지 감량효과와 전처리에 사용되는 에너지를 종합적으로 고려한 경제성 평가를 수행한 결과 60℃, 3시간 열전처리조건의 편익이 가장 높은 것으로 나타났다.

알칼리 전처리에 의한 슬러지 호기성 소화 및 액비 특성 변화

황응주(Eung Ju Hwang) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.1

슬러지 직매립 금지와 런던협약에 따른 해양투기의 금지로 인해 하수슬러지의 처리 대안 연구가 다방면으로 진행되고 있으며 본 연구에서도 슬러지를 안정화시켜 액비로 재활용하는 기술에 대한 실험연구가 수행되었다. 슬러지 가용화를 위해 알칼리 전처리를 도입하였고 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입하여 유기물 및 질소화합물의 성상 변화를 관찰하였다. 또한 pot test를 통해 처리된 슬러지의 액비 이용 가능성을 평가하였다. 그 결과 알칼리 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입할 경우 전처리되지 않은 슬러지를 투입할 경우에 비해 SS 분해율은 57%에서 66%로 VSS 분해율은 59%에서 69%로 증가하였으며, 슬러지를 전처리할 경우 소화조의 체류시간 감소가 예측되었다. 알칼리 전처리와 호기성 소화를 통해 TCOD의 94.1%가 감소되었고, 최종 SCOD는 220∼230 mg/L로 낮아 유기물이 안정화됨을 나타내었다. 소화조에서 질산화와 이로 인한 pH 저하 현상이 발견되었으며 전처리하지 않은 경우(445.4 mgN/L)가 전처리한 경우(223.1 mgN/L)보다 높은 질산농도와 낮은 pH값(최저 3.0)을 보였다. 슬러지를 액비로 이용할 경우 오이 묘목 잎의 성장은 소화 처리된 슬러지, 전처리 및 소화된 슬러지, 처리되지 않은 슬러지, 증류수의 순으로 높았으며 질산성 질소의 농도, 슬러지 투입량은 잎의 성장과 정의 상관성을 보였다. 전처리와 소화를 병행할 경우 처리하지 않은 슬러지보다 잎과 줄기의 생육 모두를 향상시켰으나, 소화만을 거친 슬러지는 처리하지 않은 슬러지보다 잎의 성장은 크게 향상시키고 줄기의 성장은 다소 저하시켰다. In order to meet the stringent requirement of sludge disposal and to find ecological alternative, aerobic digestion coupled with alkaline pretreatment was studied. The treated sludge was tested for the potential of liquid fertilizer. In the aerobic digestion, it was obvious that the performance of digester B(fed with the sludge pretreated by NaOH) was better than that of digester A(fed with raw sludge) in terms of COD and SS removal. SS and VSS removal rates in digester B were 66% and 69%, respectively. At 5 days, TSS removal rate reached 47% in the digester B, which was 71% of final TSS removal rate. It revealed that the pretreatment process can shorten the retention time of aerobic digestion. 94.1% of TCOD in the raw sludge was reduced by alkaline pretreatment and aerobic digestion. Final SCOD was in the range of 220∼230 mg/L implying the sludge was stabilized. Nitrification and pH drop were observed in the aerobic digestion. Final nitrate concentrations in digester A and B were 445.4 and 223.1 mg/L and final pH in digester B was 3.0. Biological assays reported that leaf size of cucumber seedling increased with nitrate concentration and sludge to soil ratio. The sludge treated by alkaline and aerobic digestion promoted the growth of seedling leaf and stem remarkably compared to raw sludge. In contrast, the aerobically digested sludge without pretreatment improved leaf growth and inhibited stem growth.

특별세션 2 : 환경에너지대학원 인재양성 프로그램 연구성과 발표회 ; 슬러지 혐기성 소화 시스템에 오존가용화 내부반송 공정 첨가시 변화에 관한 연구

홍성민 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2013 No.4

국내에서의 슬러지 혐기성 소화조는 소화조 개선사업을 통해 이단소화조에서 고율 단단소화조의 형태로 변화하는 추세에 있다. 이러한 변화를 가능하게 하는 기술은 교반기술이나, 개선된 기술에서는 이단혐기성소화조에 생슬러지 위주로 넣었던 방법을 잉여슬러지와 혼합하여 투입하는 방법으로 변경한다. 그 결과 소화조 효율에 한해서는 오히려 개선 이전과 비슷하거나 낮은 결과가 나타난다. 이에 대한 원인은 가온, 농축효과 등이 원인이 될 수 있으나, 가장 큰 영향을 미치는 원인은 혐기성 미생물인 메탄균의 활성이 낮아지는데 있다. 이러한 원인을 개선하기 위한 기술은 오존, 초음파, 볼밀파쇄, 열수분해 등의 방법이 있으며, 이는 전처리 과정에서 가용화 단계를 유도하게 된다. 본 연구는 Pilot 규모(3m3, 고율단단, 종:횡=2:1)의 혐기성 소화조 장치를 이용하였으며, 소화조를 안정화한 후 소화된 슬러지를 대상으로 오존을 이용하여 처리한 후 혐기성 소화조로 반송시킬 때의 가스발생 및 유기물 감량(소화효율) 특성을 평가하였다. 혐기성 소화조내의 운전 상태를 비교하기 위하여 혐기성 소화조만 운영할 때를 대조군으로 하고 오존가용화 내부반송을 실험군으로 설정하여 약 15일간 운영하여, 이를 통해 소화율과 가스발생량 및 기타 운영효과를 비교하고자 한다. 이에 대한 구체적인 실험조건은 현재 설정중이며, 전체적인 실험 진행과정은 혐기성 소화조의 안정화진행 단계에 있다. HRT(Hydraulic Retention Time)가 20일 기준으로 운전이 이루어지고 있으며, 이 때 조내로 투입되는 슬러지는 중력식 농축조에서 농축된 슬러지를 생슬러지와 잉여슬러지 각각 1:1(Volume Ratio)로 혼합하여 총 150L를 투입시켰다. 혐기성 소화조의 운전조건은 가스발생량 610 Nm3/일(24시간), 소화 효율 평균 38.4%, 혐기성 소화조 내 온도 35±3℃로 설정하였다. 오존가용화 Plant 용량은 투입슬러지 대비 20% 설정을 계획하고 있으며, 추가적으로 오존 및 산소가 미생물에 독성을 나타낼 수 있으므로 ORP(Oxidation Reduction Potential) 변화율을 관찰하여 이를 확인하고자 한다.

오일 슬러지와 정유폐수 슬러지, 돈분의 병합소화 시너지 효과

이주희 ( Joo Hee Julia Lee ),이창민 ( Changmin Lee ),정상재 ( Sangjae Jeong ),김재영 ( Jae Young Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

석유 사용 증가로 인해 석유정제공정에서 매년 방대한 양의 오일 슬러지가 발생한다. 오일 슬러지는 소각, 열분해, 생물학적 처리, 매립 등의 방법으로 처리되지만, 이 방법들은 공정의 효율성이나 경제적인 측면의 한계가 있다. 오일 슬러지는 다량의 탄소로 이루어져 있지만, 효과적인 혐기 소화를 위한 다른 원소와 영양소들이 부족하여 단독소화에는 한계가 있다. 오일 슬러지와 유기성 폐기물의 병합 소화를 통해 높은 바이오가스 배출량를 기대할 수 있다. 일반적으로 혐기소화에서 하나의 기질에 대해 소화를 실시하는 단독소화보다 두 가지 이상의 기질을 함께 처리하는 병합 소화 방식은 결핍 영양물질 첨가, 저해물질 희석, C/N 비 조절 등의 여러 가지 장점을 갖는다. 본 연구의 목적은 오일 슬러지와 정유폐수 슬러지, 그리고 대표적인 유기성 폐기물인 돈분의 병합 소화 시너지 효과를 평가하는 것이다. 이를 위해 오일 슬러지, 정유폐수 슬러지, 그리고 돈분을 기질로 병합 비율을 달리해서 Biochemical methane potential (BMP) test를 실시했다. 오일 슬러지에 정유폐수 슬러지 또는 돈분을 각각 25%, 50%, 75% (by VS wt.) 혼합한 기질을 사용했다. 오일슬러지, 정유폐수 슬러지, 돈분의 단독소화 시 잠재메탄발생량은 각각 60, 129, 406 mL-CH₄/g-VS로 나타났다. 또한 혼합 비율을 가중평균한 값과 혼합 시료의 메탄 발생량을 비교하였을 때, 그 결과 정유폐수 슬러지를 25%와 75% 혼합한 시료에서 메탄발생량이 가중평균값보다 각각 17%, 10% 높게 나타났다. 오일 슬러지와 정유폐수 슬러지를 병합 소화 했을 시, 시너지효과가 있다.

하수 및 산업폐수 처리 탈수슬러지의 열 전처리가 혐기성소화에 미치는 영향과 경제적 타당성

김기범 ( Gi-beom Kim ),( Roent Dune A. Cayetano ),박정수 ( Jungsu Park ),조유라 ( Yura Jo ),김상현 ( Sang-hyoun Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

본 연구에서는 열 전처리가 탈수슬러지의 혐기성소화에 미치는 영향과 경제성을 회분식 실험을 통해 비교평가 하였다. 탈수슬러지는 2곳(맥주공장, 공공하수처리장)의 실증화 시설에서 발생하는 탈수슬러지를 사용하여 해당 지역의 실제 발생하는 슬러지를 모사하기 위해 17:13의 중량비로 혼합하였으며, 열 전처리는 40 - 220℃, 1 - 3시간의 조건에서 수행되었다. 전처리 온도와 시간이 증가할수록 COD 가용화율과 EPS도 함께 증가하는 경향을 보였다. 회분식 혐기성소화에서 가장 높은 메탄 수율은 140℃, 3시간의 전처리 조건에서 195 mL CH₄/g VS_feed로 전처리를 하지 않은 탈수슬러지의 메탄수율(107.6 mL CH₄/g VS_feed) 대비 81% 높은 수치를 보였다. 회분식 혐기성소화 digestate에 대한 미생물 군집분석 결과에서도 메탄 수율이 상대적으로 높은 고온 전처리조건에서 메탄생성 고세균이 50.8%에서 98.9%까지 증가하는 결과를 관찰하였다. 고온 전처리 조건에서 가용화율과 메탄수율이 더 높지만, 슬러지 감량화, 전처리에 사용되는 에너지를 고려한 경제성 분석에서는 극도로 높은 온도의 전처리는 에너지 사용량이 높아 경제성이 낮고, 60℃와 100℃의 낮은 열전처리조건을 적용할 시에 혐기성 소화에서 경제적으로 이점을 가질 수 있다고 사료된다.