황산염 환원을 이용한 음식물 폐기물 혐기성 소화 시 메탄 발생증진에 관한 연구 (A Study on Increase of Methane Product for Food Waste Anaerobic Digestion Using the Sulfate Reduction Reaction)

서지정보

· 발행기관 : 한국환경기술학회
· 수록지 정보 : 한국환경기술학회지 / 17권 / 4호 / 306 ~ 316페이지
· 저자명 : 이승원

초록

본 연구는 혐기성 소화 시 음식물 내에 포함되어 있는 다량의 S 이온을 영가철(Fe)로 제거하고 황산염환원균(SRB : sulfate reducing bacteria) 생성을 감소시켜 메탄생성 효율을 극대화시키는 것이 목적이다. 각 반응조(R1, R2)의 pH는 중온소화(35±2℃)로 운전한 결과 정상 운전 초기 산 생성단계 시 pH가 6.2~6.5였으나, 안정화 상태를 기점으로 6.9~7.5와 7.1~7.7로 유지하였다. 또한 R1 및 R2의 경우 Alkalinity의 기복이 컸으며, 농도는 16,700~24,800 mg/L로 정상운전 후 28일까지 증가하는 경향을 나타내었다. 그리고 R1의 TS 제거효율 42.1%보다 R2가 약 46.3%로 시간에 따른 TS 제거율이 큰 것으로 나타났으며, 초기 TS 제거율 또한 높았다. VS 역시 R1의 VS 제거율인 49.6%에 비해 R2의 60.4%로 약 10.8% 높은 것을 관찰할 수 있었다. VFA 초기 제거율에서 R1의 35.5%에 비해 R2의 40%로 약 5% 높게 나타났으며, 전체적인 농도의 경우 1~27일까지 R1이 15,500~8,710 mg/L, R2는 13,500~6,620 mg/L로 R2의 제거효율이 약 8% 정도 높게 나타났다. 또한 전체적으로 5,800~7,100 mg/L인 R1에 비해 R2가 약 1,000~1,500 mg/L 낮은 것으로 관찰되었다. COD는 R2의 경우 R1에 비해 초기 제거율 및 전체적인 운전기간동안 COD제거 효율이 약 5~15% 높은 것으로 조사되었다. 그리고 운전초기 소화조의 정상운전 기간을 단축시켰다. Sulfate의 경우 R1은 시간이 지날수록 정상운전으로 인한 유기물 분해로 인해 유기 황 자체가 Sulfite로 변화하여 슬러지 내에 농축되는 것으로 해석된다. R2의 경우 운전초기부터 11일까지 전체적으로 2,250~2,560 mg/L로 점차 감소하는 경향을 나타내었으며, 12일부터 30일까지 2,450~3,000 mg/L로 시간이 갈수록 Sulfate 농도는 농축되었다. Sulfite의 경우 R1은 13일 이후, R2는 20일 이후 소화조 내 Sulfite 농축현상이 있어났으며, 이 같은 결과는 R2내에 존재하는 영가철 이온이 독성작용을 하는 Sulfite와 화학 반응하여 침전으로 제거 되는 것으로 사료된다. R2는 R1에 비해 가스발생량이 0.11 m3/kg․VS로 많이 발생하는 것으로 나타났으며, 이후 유기물 분해가 대부분 끝난 28일 시점에서는 0.06 m3/kg․VS로 유지되었다. 또한 R1과 R2의 CH4 최대 함량은 정상운전 후 19일과 15일이었으며, 발생 비율은 62.7% 및 74.3%로 나타났다. 또한 정상운전 후 5~17일까지 CH4 발생비율은 R1에 비해 R2가 약 6.1~12.2% 높게 나타났으며 1~5일 역시 6.8~10.8% 높게 발생하였던 것을 관찰할 수 있었다.

영어초록

This research seeks to maximize the methane production efficiency by eliminating massive S ions contained in food waste with Fe during anaerobic digestion, and suppress growth of sulfate reducing bacteria (SRB). Having operated each reactors (R1, R2) at mesophilic digestion (35±2℃), their pH levels were 6.2~6.5 at initial acid production stage during normal operation but maintained pH of 6.9~7.5 and 7.1~7.7 after steady state, respectively. Alkalinity of R1 and R2 fluctuated greatly, and concentration increased to 16,700~24.800 mg/L since normal operation to day 28. And R2 TS removal ratio over time (46.3%) was higher than that of R1 (42.1%), R2 initial TS removal ratio was also higher. R2 also showed higher VS (60.4%) than that of R1 (49.6%) by 10.8%. R2 early VFA removal ratio (40%) was higher than that of R1 (35.5%) by 5%. For overall concentration over the period of day 1 to day 27, removal efficiency of R2 (13,500~6,620 mg/L) was higher than that of R1 (15,500~8,710 mg/L) by 8%. Also, overall, R2 was lower than that of R1 (5,800~7,100 mg/L) by 1,000~1,500 mg/L. For COD, R2 early removal ratio and overall operation period COD removal efficiency was higher than those of R1 by 5~15%. Also COD decreased the normal operating period of digestion tanks’initial operation. As for sulfate in R1, organic sulfur seems to change into sulfite over time due to decomposition and concentrate within the sludge. In R2, sulfate generally decreased to 2,250~3,000 mg/L since initial operation to day 11, then concentrated over time to 2,450~3,000 mg/L during day 12 to day 30. Sulfite concentrated in the R1 digestion tank after day 13, and day 20 in R2. This resulted as Fe0 inside R2 chemically reacted and eliminated sulfite that has cytotoxicity to cells. R2 produced 0.11 m3/kg․VS more gas than R1, and maintained 0.06 m3/kg․VS after day 28 when most decomposition has taken place.
R1 CH4 content reached maximum of 62.7% by day 19 after normal operation while R2 reached maximum 74.3% by day 15. From day 5 today 17, CH4 production ratio was higher in R2 than R1 by 6.1~12.2%, and 6.8~10.8% higher in R2 during day 1 to day 5 a swell.

참고자료

· 없음