열전처리 조건이 탈수슬러지의 혐기성 소화에 미치는 영향

Impact of thermal pretreatment on the anaerobic digestion of dewatered sludge

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.