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학술대회자료

열가수분해 혐기소화(Pos-THT) 전⋅후 기질 특성 변화 연구

본 연구는 A지자체 하수처리장에서 음폐수, 분뇨(정화조 오니), 하수슬러지를 대상으로 통합소화를 실시하고 있는 상용 플랜트에서 열가수분해 전⋅후의 기질 변화와 열가수분해 혐기소화 전⋅후기질 변화를 분석하였으며, 시료채취는 2주 간격으로 1년간 총 26회의 현장 채취 및 실험실 분석을실시하였다. 본 연구의 통합소화 대상인 각 기질별 특징을 살펴보면 음폐수는 주성분이 탄수화물이며, TS 및 VS 농도가 타 기질에 비해 상대적으로 높고, pH가 낮으며 유분을 함유하고 있으며, 분뇨는 TS 농도는낮고, pH는 중성이며, 하수슬러지는 단백질이 주성분으로 구성되어 있으며, TS 농도가 낮고 pH는중성을 나타내고 있다. 이러한 유기성 폐자원을 단순 혼합하여 통합소화를 실시할 경우 최적 혐기소화 조건을 유지하기에 어려움이 발생한다. 즉, 각 기질별 특성이 상이한 음폐수, 분뇨, 하수슬러지를통합소화 시 적절한 전처리가 없을 경우 안정적인 운영인자 도출이 어려워 소화조 운전시 높은 가동률 확보가 어렵고 바이오가스 발생량 또한 낮다. 본 연구에서는 통합소화를 위한 기질의 전처리 방법으로 열가수분해를 선정하였고, 선정 사유로는열가수분해의 경우 전체 혼합 기질을 고온, 고압(189℃, 10bar)의 스팀을 주입하여 기질내 세포벽 파괴 및 세포중합체 용해를 통해 기질을 균질화 함으로써 혐기소화 최적 조건을 유지할 뿐만 아니라슬러지의 근원적인 악취 저감과 아울러 소화효율 증대를 통해 혐기소화 후 탈수 슬러지 발생량을감소시킬 수 있다. 또한 유입되는 기질의 농도에 관계없이 기질을 균질하게 가용화가 가능하므로 혐기소화조의 안정적인 운전이 가능한 통합소화의 최적 방법이다. 음폐수, 분뇨 및 하수슬러지 혼합 기질를 대상으로 열가수분해 전⋅후 VS 농도 변화를 분석한 결과열가수분해 전 9.5%에서 열가수분해 후 7.5%로 감소하였으며, 열가수분해 전 대비 후 평균 VS 비율은 80.6%로 스팀에 의한 희석효과로 인해 농도가 감소하였다. 열가수분해 전⋅후 COD 농도 변화를 보면 열가수분해 전 165.7g/L에서 열가수분해 후 156.0g/L로 감소하였으며, 열가수분해 전 대비 후 평균 COD 비율은 99.6% VS 감소율 보다 작은 것으로 분석되었다. 이에 따른 가용화율 지표인 VDS/VS비율은 열가수분해 후 평균 292.9% 증가하였고, 평균 SCOD/TCOD 비율은 181.8% 증가하는 것으로 나타나 열가수분해 후 가용화율이 대폭 증가하는 것으로 나타났다. 열가수분해 가용화를 거친 기질을 단상의 혐기소화조에서 탄수화물, 지방, 단백질의 변화를 살펴보면혐기소화 전 탄수화물 20.56g/L(59.3%)~22.18g/L(60.3%), 단백질 4.87g/L(14.0%)~5.77g/L(15.7%), 지방 8.82g/L(24.0%)~9.27g/L(26.7%)에서 혐기소화 후 탄수화물 3.39g/L (52.9%)~3.63g/L(45.1%), 단백질 1.74g/L(27.2%)~2.19g/L(27.2%), 지방 1.28g/L(19.9%)~2.24 g/L(27.8%)로 변화하였으며 이에 따른 탄수화물, 단백질, 지방 평균 감소율은 각각 83.6%, 63.2%, 80.4%로 감소하는 것으로 분석되었다.

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