본 연구의 최종목표는 『유기성 폐기물 혐기소화공정에서 발생되는 소화폐액 처리시스템 개발』로, 유기성 폐기물을 혐기소화하여 바이오가스를 생산하고 전기에너지를 생산하는 시스템을 구축하는데 있어, 가장 큰 문제가 되고 있는 소화 후 배출되는 소화폐액에 함유된 고농도의 질소와 유기물을 경제적, 효율적으로 처리하는 시스템을 개발하는 것이다.

본 연구에서는, 축산분뇨와 같은 유기성 폐기물을 혐기소화 시 배출되는 소화폐액을 처리하는 시스템을 개발, Pilot Test에 의해 그 성능을 평가하였다.

처리시스템은, 크게 3단계로, [전처리단계]에서는, 혐기소화 후 배출되는 소화폐액을 탈수기로 탈수함에 의해 SS, T-P 등을 제거하고, 상등수는 MAP반응조에 유입시켜 인산마그네슘암모늄(MAP)반응에 의해 암모니아성 질소, T-P, SS를 제거하였다.

 

 MAP반응조 처리수는 스트리핑조에 유입하여 암모니아성 질소를 제거하였다. [본처리단계]에서는, 스트리핑조 처리수를 EGSB반응조에서 혐기미생물(그래뉼)에 의해 유기물성분(CODCr, CODMn, BOD)을 분해하여 CH4와 CO2가스를 생성시켰다.

 

EGSB처리수는 J-PONT의 혐기조로 유입되며, 여기서 유기물이 일부 제거되면서 인성분이 슬러지 외부로 방출되고, 그 처리수는 무산소조로 유입되어 종속영양탈질미생물에 의해 잔류하는 유기물을 이용하여 질산성질소를 탈질시켰다. 무산소조의 처리수는 호기조로 유입하여 호기성 미생물에 의해 잔류 유기물을 분해하고 암모니아성 질소는 질산성질소 또는 아질산성질소로 질산화하고, 혐기조에서 방출된 인성분은 호기미생물에 흡수시켜 잉여슬러지 제거 시 제거하였다.

 

호기조 처리수는 SOD반응조로 유입하여 잔류하는 질산성질소나 아질산성질소를 독립영양미생물인 황산화탈질미생물에 의해 질소가스로 탈질하였다. [후처리단계]에서는, SOD반응조 처리수를 탈색조에서 화학응집친전에 의해 색도를 제거한 후 방류수조를 거쳐 방류하였다.

Pilot Plant는 당사의 축산분뇨 혐기소화시스템이 설치되어 있는 [충남 홍성군 갈산면 21세기 새마을농장]에 1m3/d 용량으로 설치하였다. 약 100일 동안 Pilot plant를 운영하였으며, 초기 10일 정도는 탈수기의 조건 결정, 식종 미생물의 안정화 등을 수행하면서 전체 plant의 안정화하고, 안정화된 후의 실험 결과는 다음과 같다.

안정 기간 동안 유입수의 평균농도는, CODCr 30,262mg/ℓ, CODMn 8,026mg/ℓ, T-N 4,794mg/ℓ, T-P 686mg/ℓ, SS 3,176mg/ℓ이었으며, 최종처리수의 평균농도는 CODCr 174mg/ℓ, CODMn 158mg/ℓ, T-N 233mg/ℓ, T-P 43mg/ℓ, SS 53mg/ℓ로, 평균처리효율은, CODCr 99%, CODMn 98%, T-N 95%, T-P 94%, SS 98%이었다.

 
소화폐액 원수의 CODCr은, 40,000mg/ℓ를 예상했었으나, 실제 배출된 소화폐액의 평균농도는 30,262mg/ℓ으로 약 10,000mg/ℓ이 낮았다. 탈수기와 스트리핑조에서는 예상했던 제거율보다 높은 제거율을 보였으나, MAP와 EGSB, 그리고 J-PONT에서는 예상제거율보다 낮은 결과를 보였다. 생물학적반응조들에서 낮은 제거율을 보인 것은, 난분해성물질이 예상보다 많았다고 볼 수 있으며, 특히, 혐기성 폐수처리공법인 EGSB에서 예상제거율의 약 60%밖에 제거하지 못한 이유는 유입수의 농도가 예상했던 농도의 50%정도로 낮아 유입부하량이 너무 낮았기 때문이라고 사료된다.

 
T-N의 경우, MAP반응조에서 예상제거율의 50%밖에 제거되지 않았던 것이 예상 방류수 농도보다 높았던 이유로 사료된다. MAP반응조에서 T-N제거율이 낮았던 원인으로는, 유입된 소화폐액 내에 MAP반응에 필요한 성분인 마그네슘(Mg)농도가 약 50mg/ℓ로 낮았던 점을 들 수 있다.

SS는, 예상했던 농도와 비슷하게 유입되었다. 그러나 탈수기에서 예상했던 제거율 80%에 비해 실제로는 평균 68%가 제거되었으며, J-PONT에서도 예상보

 

 

[원문 파일첨부 참조]