우분의 가용화에 대한 마이크로웨이브의 적용성 및 화학적 촉매의 첨가에 따른 효과

김향기(Hyanggi Kim),강경환(Kyeong Hwan Kang),이재호(Jaeho Lee),박태주(Taejoo Park),변임규(Imgyu Byun) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.4

마이크로웨이브(MW)는 유전가열에 의한 열적, 비열적 그리고 이온성 전도 효과를 가지며 높은 에너지 효율을 보이므로 유기성 폐기물의 가용화에 대해 효과적인 방법이다. 본 연구는 고형물 함량이 높은 우분을 대상으로 MW를 이용하여 가용화 최적 조건을 도출하고 이를 토대로 MW의 유전가열 특성을 향상시키기 위해 화학적 촉매물질인 H2SO4과 NaCl을 첨가하여 우분의 가용화율과 가용화 방법에 따른 biochemical methane potential (BMP)을 평가하였다. 우분 고형물 농도 12%와 MW 출력 800 W 및 설정온도 40℃ 조건에서 70.5 mg SCODincreased/kJ로 에너지 대비 최대 가용화율을 보여주었으며, 이때의 SCOD 농도는 원시료 대비 53.2% 증가하였다. 가용화 최적 조건에서 화학적 촉매로 H2SO4를 주입하였을 경우 MW 단독 처리 대비 SCOD 농도는 36% 증가하였으며, NaCl을 주입하였을 경우 22.7% 증가하였다. BMP test에서도 우분 원시료 대비 MW를 이용한 가용화는 메탄 생성량이 6.7%, H2SO4를 주입한 MW 가용화는 13.3%, NaCl을 주입한 MW 가용화는 11.3% 증가하였다. 따라서 마이크로웨이브는 우분의 가용화 전처리에 효율적인 수단이며, 마이크로웨이브의 가용화 효율을 높이기 위해서는 화학적 촉매를 이용할 필요가 있다. Microwave (MW) is an effective method for solubilizing organic solids because it has thermal, non-thermal and ionic conduction effects by dielectric heating and high energy efficiency. In this study, we evaluated the application of MW to the solubilization of cattle manure and investigated the solubilization ratio of cattle manure by solid concentration, MW power and target temperature. And H2SO4 and NaCl were added to investigated the effects on the MW-assisted solubilization. Also, we evaluated the solubilization efficiency by biochemical methane potential(BMP) test according to the solubilization conditions. Maximum SCOD increment per energy supply was 70.5 mg SCODincreased/kJ at 12% of the solid concentration, MW power of 800 W and the target temperature of 40℃. And SCOD concentration went up 153.2% compared to the initial concentration. In the MW-assisted solubilization with H2SO4 and NaCl as chemical catalysts, SCOD concentration was increased by 36% and 22.7%, respectively, compared to the result of MW. The methane production was increased by 13.3% and 11.3% with the addition of H2SO4 and NaCl. Therefore, MW is an effective method for solubilization of cattle manure, and it is necessary to use chemical catalysts to increase the solubilzation efficiency.

하수처리장에서 발생하는 고농축 잉여슬러지의 열적가용화 특성에 관한 연구

김은혁,박명수,구슬기 유기성자원학회 2022 유기물자원화 Vol.30 No.4

The current environmental problem is that environmental pollution is accelerating due to the generation of large amounts of waste and indiscriminate consumption of energy. Fossil fuels, a representative energy production fuel, are burned in the process of producing energy, generating a large amount of greenhouse gases and eventually causing climate change. In addition, the amount of waste generated worldwide is continuously increasing, and environmental pollution is occurring in the process of waste treatment. One of the methods for simultaneously solving these problems is the energy recovery from and reduction of organic wastes. Sewage sludge generated in sewage treatment plants has been treated in various ways since ocean disposal was completely prohibited, but the amount generated has been continuously increasing. Since the sewage sludge contains a large amount of organic materials, it is desirable to recover energy from the sewage sludge and reduce the final discharged waste through anaerobic digestion. However, most of the excess sludge is a mass of microorganisms used in sewage treatment, and in order for the excess sludge to be anaerobically digested, the cell walls of the microorganisms must be destroyed first, but it takes a lot of time to destroy the cell walls, so high rates of biogas production and waste reduction cannot be achieved only by anaerobic digestion. Therefore, the pre-treatment process of solubilizing excess sludge is required, and the thermal solubilization process is verified to be the most efficient among various solubilization methods, and high rates of biogas production and waste reduction can be achieved by anaerobic digestion after destroying cell walls the thermal solubilization process. In this study, when pretreating TS 10% thickened excess sludge through a thermal solubilization system, a study was conducted on solubilization characteristics according to retention time and operating temperature variables. The experimental variables for the retention time of the thermal solubilization system were 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, and 120 minutes, respectively, while the operating temperature was fixed at 160°C. The soulbilization rates calculated through TCOD and SCOD derived from the experimental results increased in the order of 12.11%, 20.52%, 28.62%, and 31.40%, respectively. And the variables according to operating temperature were 120°C, 140°C, 160°C, 180°C, and 200°C, respectively, while the operating retention time was fixed at 60 minutes. And the solubilization rates increased in the order of 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, and 57.85%, respectively. In addition, TS, VS, T-N, T-P, NH4 +-N, and VFAs were analyzed to evaluate thermal solubilization characteristics of thickened excess sludge. As a result, in order to obtain 30% or more solubilization rate through thermal solubilization of TS 10% thickened excess sludge, 120 minutes of retention time is required when the operating temperature is fixed to 160°C, and 170°C or more of operating temperature is needed when the operating time is fixed to 60 minutes. 현대의 환경문제는 다량의 폐기물의 발생과 무분별한 에너지의 소비로 인한 환경오염이 가속화 되고 있다는것이다. 대표적인 에너지 생산 연료인 화석연료는 에너지를 생산하는 과정에서 연소가 이루어져 다량의 온실가스가발생하고 최종적으로 기후변화를 야기한다. 또한 전 세계적으로 발생하는 폐기물의 양도 지속적으로 증가하고있으며 처리하는 과정에서 환경오염이 발생하고 있다. 이와 같은 문제들을 동시에 해결하기 위한 방법 중 하나는유기성 폐기물의 에너지화 및 감량화이다. 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지는 해양매립이 전면 금지된 이후로 다양하게 처리되고 있으나, 그 발생량은지속적으로 증가하는 추세이다. 하수슬러지는 유기물을 다량 함유하고 있어 혐기소화를 통하여 하수슬러지를 에너지화 하고 최종 배출되는 폐기물을 감량화 하는 것이 바람직하다. 하지만, 잉여슬러지의 경우 대부분이 하수처리에이용되었던 미생물 덩어리로써 잉여슬러지가 혐기성소화 되기 위해서는 먼저 미생물의 세포벽이 파괴되어야 하는데세포벽 파괴에는 많은 시간이 요구되기 때문에 혐기성 소화 과정만으로는 높은 바이오가스 생산율이나 폐기물감량율을 달성할 수 없다. 따라서 잉여슬러지를 가용화하는 전처리 공정이 필요하며, 여러 가지 가용화 공법 중에서열적 가용화 공정이 가장 효율적인 것으로 검증되었고, 혐기성소화 공정의 전처리 과정으로써 열적가용화 공정을이용하여 잉여슬러지에 포함된 세포벽을 파괴한 후 전처리 된 잉여슬러지를 혐기성소화 함으로써 높은 바이오가스생산율과 폐기물 감량율을 달성할 수 있다. 본 연구에서는 열적 가용화장치를 통하여 TS 10%의 농축 잉여슬러지를 전처리하는데 있어서 체류시간 및 운전온도변수에 따른 가용화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 열적 가용화장치의 체류시간에 대한 실험변수는 운전온도를160 ℃로 고정한 상태에서 각각 30분, 60분, 90분, 120분이었다. 실험 결과로 도출된 TCOD와 SCOD를 통해 계산된가용화율은 각각 12.11%, 20.52%, 28.62%, 31.40% 순으로 증가하였다. 또한, 운전온도에 따른 변수는 반응시간을60분으로 고정한 상태에서 각각 120°C, 140°C, 160°C, 180°C, 200°C였으며 가용화율은 각각 7.14%, 14.52%, 20.52%, 40.72%, 57.85% 순으로 증가하였다. 이 외에 TS, VS, T-N, T-P, NH4 +-N, VFAs를 분석하여 농축 잉여슬러지를 대상으로하는 열적 가용화 특성에 대한 평가를 수행 했으며, 그 결과 TS 10%의 농축 잉여슬러지에 대한 열적 가용화를통하여 30% 이상의 가용화율을 얻기 위해서는 운전온도를 160°C로 고정할 경우 120분의 체류시간이 필요하며, 운전시간을 60분으로 고정할 경우 170°C 이상의 운전온도가 요구되어 진다.

Microwave를 이용한 폐활성슬러지의 가용화 반응에서 강산과 이온성 물질의 첨가가 미치는 영향

이정민(Jeong Min Lee?),이재호(Jae Ho Lee),임지성(Ji Sung Lim),김영우(Young Woo Kim),변임규(Img Yu Byun),박태주(Tae Joo Park) 大韓環境工學會 2015 대한환경공학회지 Vol.37 No.1

폐활성슬러지의 감량화 및 혐기성소화 효율 향상을 위한 가용화 기술로 microwave (MW)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. MW에 의한 가용화는 유전가열에 의해 가열적, 비가열적 효과 및 이온성 전도를 유도하여 매우 짧은 시간에 반응이 일어나므로 폐활성슬러지의 가용화에 효과적으로 적용될 수 있다. 본 연구에서는 폐활성슬러지 가용화에 대해 전도 가열대비 MW의 우수성을 평가하였고, 고출력 조건에서 수행된 기존 연구들과 달리 저출력 조건에서 MW의 효율 향상을 위해 강산인 H₂SO₄ 및 이온성 물질인 CaCl₂, NaCl을 촉매로 이용하였다. 전도 가열 대비 MW를 이용한 폐활성슬러지의 가용화 효율은 50℃ 조건에서 6.2배, 100℃ 조건에서 1.4배 높게 나타났으며, 본 연구의 MW 저출력 조건에서 최대 COD 가용화율은 10.0%로 나타났다. 동일한 MW 출력 및 반응시간 조건에서 촉매물질인 H₂SO₄ 및 NaCl의 첨가를 통해 폐활성슬러지의 COD 가용화율이 18.1%, 12.7%로 증가하였으며, CaCl₂를 첨가하였을 경우에는 COD 가용화율이 10.7%로 MW의 효율에 향상에 효과가 없는 것으로 나타났다. 이는 가용화 효율을 향상시킬 것으로 예상된 CA₂+가 슬러지 가용화에 따라 발생하는 PO₄3-와 반응하여 침전물 형성에 소모되었기 때문으로 판단된다. 본 연구에서 MW 효율 향상을 위한 가장 적합한 촉매물질은 H₂SO₄인 것으로나타났으며, 0.2 M의 H₂SO₄를 첨가한 MW 조건이 폐활성슬러지의 가용화에 가장 효과적인 것으로 나타났다. The study of waste activated sludge (WAS) solubilization has been increased for sludge volume reduction and enhancing the efficiency of anaerobic digestion. Microwave (MW)-assisted solubilization is an effective method for the solubilization of WAS because this method can lead to thermal, nonthermal effect and ionic conduction by dielectric heating. In this study, the solubilization of WAS by MW heating and conductive heating (CH) was compared and to enhance the MW-assisted solubilization of WAS at low MW output power, chemical agents were applied such as H₂SO₄ as the strong acid and CaCl₂, NaCl as the ionic materials. Compared to the COD solubilization of WAS by CH, that by MW heating was approximately 1.4, 6.2 times higher at 50℃, 100 ℃, respectively and the highest COD solubilization of WAS was 10.0% in this study of low MW output power condition. At the same MW output power and reaction time in chemically agents assisted experiments, the COD solubilization of WAS were increased up to 18.1% and 12.7% with the addition of H₂SO₄ and NaCl, however, that with the addition of CaCl₂ was 10.7%. This result might be due to the fact that the precipitation reaction occurred by calcium ion (CA₂+) and phosphate ion (PO₄ 3-) produced in WAS after MW-assisted solubilization. In this study, H₂SO₄ turned out to be the optimal agent for the enhancement of MW efficiency, the addition of 0.2 M H₂SO₄ was the most effective condition for MW-assisted WAS solubilization.

고전압 임펄스(high voltage impulse) 운전 조건에 따른 활성슬러지의 가용화 효과

엄세은,이지선,장인성 대한환경공학회 2018 대한환경공학회지 Vol.40 No.1

Sludge solubilization using the HVI (high voltage impulse) technique was investigated to solve the sludge disposal problems encountered in the wastewater treatment plants. The yield of solubilization was checked after 5 kV/cm of electric field was induced to activated sludge suspension for 90 minutes. The MLSS concentration decreased from 4,280 to 2,800 mg/L (35% reduction), whereas soluble COD increased from 224 to 1,710 mg/L (663% increment). Soluble-TN and –TP increased 134 and 61%, respectively. These indicate that the intra-cellular and/or intra-floc materials were burst out to bulk solution due to electroporation effect caused by the HVI induction. Electro conductivity increased 2,250 to 2,520 μS/cm. The proteins and the polysaccharide concentration in the bulk solution increased 492 and 61%, respectively. These clearly support the hypothesis of cell breakage by the HVI induction. Effect of two important operating parameters, i.e., distance between electrodes and contact time on sludge solubilization was investigated. As the applied voltage increased from 6 to 8 and 10 kV while fixing the distances constant, the degree of solubilization increased. However, there were little differences in the solubilization as the distances varied, indicating that the applied voltage is more important parameter affecting sludge solubilization than the electrode gap distance. 하․폐수 처리장에서 발생하는 슬러지 폐기물의 처분을 위해 고전압 임펄스(High Voltage Impulse, 이하 HVI) 기술을이용한 슬러지 가용화를 시도하였다. 제작된 HVI 시스템에서 발생한 5 kV/cm의 전계를 활성슬러지 용액 속에 위치한 전극에 90분간 인가하여 가용화 여부를 살펴보았다. MLSS는 4,280 mg/L에서 2,800 mg/L로 35% 감소하였다. 반면에 용존성-COD 는 224 mg/L에서 1,710 mg/L로 663% 증가하였다. 용존성-TN과 용존성-TP도 각각 초기농도 대비 134% 및 61% 증가하였다. 이는 HVI의 세포막 전기천공(electro-poration) 효과로 인해 세포 및 플록 내 물질이 모 용액으로 쏟아져 나온 결과로 해석된다. 전기전도도는 2,250에서 2,520 μS/cm로 증가하였다. 아울러 모 용액의 단백질과 다당류 성분이 각각 492%와 305% 증가한 사실로 이를 설명할 수 있다. 한편 HVI의 중요한 운전특성인 인가전압과 전극간격을 달리하여 가용화 실험을 수행하였다. 전극간격은 고정시키고 인가전압의 크기를 증가(6, 8, 10 kV) 시킬수록 슬러지 가용화 효과가 증가하는 것을 확인하였다. 반면에 전압은 동일하게(15 kV) 인가하지만 전극 간격(5, 10, 20 mm)을 달리하여 가용화 실험을 진행했을 때는 가용화 정도에 확연한 차이가 나타나지 않았다. 따라서 전극의 간격 보다는 외부에서 가해지는 인가전압의 크기가 슬러지의 가용화에보다 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.

전기장과 초음파를 이용한 하수슬러지의 가용화 특성 연구

서장원(Jang Won Seo),한지선(Ji Sun Han),안창민(Chang Min Ahn),민동희(Dong Hee Min),유연선(Yeon Sun Yoo),윤순욱(Soon Uk Yoon),이종규(Jong Gyu Lee),이종연(Jong Yeon Lee),김창균(Chang Gyun Kim) 大韓環境工學會 2011 대한환경공학회지 Vol.33 No.9

초음파를 사용한 슬러지 가용화는 슬러지 부피 감소 및 혐기성 바이오가스 생산시의 소화효율 강화를 위해 그 이용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 세 종류의 슬러지(G 하수처리장의 반송슬러지, 잉여슬러지와 혼합슬러지)를 대상으로 가장 효율적인 가용화를 위해 전기장단독처리와 초음파단독처리 및 전기장-초음파 복합처리를 연구하였다. 폐쇄된 회로로서, 평균 0.7 m3/h의 유량으로 200 L의 슬러지(이는 1시간당 3.5회 처리에 해당)를 24시간 동안 84회까지 연속적으로 가용화 공정을 통과시켰다. 전기장만 단독으로 적용하였을 때의 경우 슬러지 종류와 관계없이, 처리 전과 후에 어떤 sCOD/tCOD 변화도 발생하지 않았다. 그러나 초음파 단독 또는 복합된 공정을 이용한 경우 통과횟수에 따라 두 방법 모두 슬러지 가용화율이 증가하였고 복합된 경우 더 크게 증가하였다. 또한, 입자의 직경(0.9)과 직경(0.5)이 원 슬러지보다 감소하는 동시에 VSS/TSS는 2~6% 범위까지 감소 하였다. 잉여슬러지와 혼합슬러지에는 전기장 및 초음파 복합처리가 더 적합했던 것에 비해 반송슬러지는 초음파 처리가 더 가용화를 효과적으로 촉진하였다. 가장 효율적인 슬러지 파괴를 위해서는 슬러지 종류에 따라 가용화 공정이 선택적으로 적용되어져야 할 것으로 판단할 수 있었다. Sludge solubilization using sonification has been increasingly used for sludge volume reduction along with enhancing digestion efficiency during anaerobic biogas production. In this study, either electric field or ultrasonification or in combination with were investigated using three types of sludge (return, excess and mixed at G sewage treatment facility) for the most efficient solubilization. As a the closed loop, 200 L of sludge was continuously passing through the solubilization system at an average flow rate of 0.7 m3/h, which is equivalent to 3.5 times treated per hour for up to 84 times (24 h). Only implying electric field showed no variation for sCOD/tCOD before and after treatment on sludge solubilization regardless of types of sludge. However, employing the ultrasonic or combined system could both increasingly solubilize sludge with regard to the number of passing-through, which more enhanced by the combined. In addition, VSS/TSS was lowered to in the range of 2 and 6% while its particle size, diameter (0.9) and diameter (0.5) were more minimized than that of raw sludge. For return sludge, ultrasonification was more efficiently facilitated for solubilization, whereas electric field-ultrasonification was more preferably applied for excess and mixed sludge. It is concluded that depending on types of sludge, solubilization system must be selectively applied for the most efficient break-up of them.

식물성계면활성제를 사용한 토코페릴아세테이트의 가용화와 유화력에 관한 연구

김인영,배보현 한국응용과학기술학회 2020 한국응용과학기술학회지 Vol.37 No.4

This study is a study on solubilization and emulsifying power of tocopheryl acetate using vegetable surfactants. High purity polyglyceryl-10 isostearate and polyglyceryl-10 oleate were mixed to synthesize a vegetable surfactant with excellent solubilizing power and emulsifying power. The mixed raw material was named Solubil EWG-1100. The appearance of this raw material was a pale yellowish paste with a specific smell, specific gravity of 1.12, and acid value of 0.085. The HLB value of this surfactant was calculated by the Griffin’s equation with an average value of 15.17. The behavior of this surfactant to solubilize tocopheryl acetate was mechanically verified. The performance of solubilization was evaluated by a method of visual evaluation and was measured by a transmittance rate at 650 nm using a UV spectrophotometer. As a result, in the formulation using 3% ethanol as a co-solvent, the concentration of surfactant was required to solubilize tocopheryl acetate was required about 5 times of natural surfactant. In the formulation without ethanol as a co-solvent, the concentration of surfactant was required to solubilize tocopheryl acetate required about 7 times of natural surfactant. In addition, the concentration of surfactant required to make an emulsifivation 10 % of tocopheryl acetate was 1 wt% of Solubil EWG-1100, and the emulsified particle size was 3.5 mm in cream formula. In order to obtain stable and fine emulsified particles, it was found that as the concentration of tocopheryl acetate increased, the concentration of Solubil EWG-1100 also was to increase. As a result of testing the solubilizing power of the surfactant according to the pH various change, it showed stable solubilizing power in the acidic region of pH=3.2, the neutral region of pH=7.0, and the alkaline region of pH=11.8. As application, based on these results, it is expected that it can be widely applied to the cosmetics field that develops skin care prescriptions, sensitive skin products, and heavy dry skin products. 이 연구는 식물성 계면활성제를 사용하여 토코페릴아세테이트의 가용화와 유화력에 관한 연구이다. 고순도의 폴리글리세릴-10이소스테아레이트와 폴리글리세릴-10올리에이트를 혼합하여 우수한 가용화력과 유화력을 가진 식물성계면활성제를 합성하였다. 이 혼합원료의 이름을 Solubil EWG-1100 으로 칭하였다. 이 원료의 외관은 엷은 노란색의 페이스트, 고유의 냄새를 가지고 있었고, 비중은 1.12, 산가는 0.085이었다. 이 계면활성제의 HLB값은 평균값=15.18로 Griffin식을 통하여 계산하였다. 이 계면활성제가 토코페릴아세테이트를 가용화하는 거동을 메커니즘적으로 검증하였다. 가용화의 성능은 유관 으로 평가하는 방법과 UV분광광도계로 650 nm에서 투과도 측정을 통하여 투명도를 평가하였다. 이 결과 3 %의 에탄올을 보조용매로 사용한 처방에서 토코페릴아세테이트를 가용화하는데 필요한 계면활성 제의 농도는 가용물의 약 5 배가 필요하였다. 에탄올을 보조용매로 사용하지 않은 처방에서 토코페릴아 세테이트를 가용화하는데 필요한 계면활성제의 농도는 가용물의 약 7 배가 필요하였다. 또한 10 %의 토코페릴아세테이트를 유화하는데 필요한 계면활성제의 농도는 1 wt%, 유화입경은 3.5 mm이었다. 안정하고 미세한 유화입자를 얻기 위하여, 토코페릴아세테이트의 농도가 증가할수록, Solubil EWG-1100 의 농도도 함께 증가해야 하는 것을 알 수 있었다. pH변화에 따른 계면활성제의 가용화력을 실험한 결과 pH=3.2의 산성영역, pH=7.0의 중성영역, pH=11.8의 알칼리성영역에서도 안정화된 가용화력을 보였 다. 이러한 결과를 바탕으로 스킨케어처방, 민감성피부용제품, 악건성피부용 제품을 개발하는 화장품 분야에 폭넓게 응용이 가능할 것으로 기대한다.

2상 혐기성 소화에서 음식물쓰레기의 고온 가용화 전처리 pH 영향

이원수(Won-Soo Lee),강영준(Young-Jun Kang),서규태(Gyu-Tae Seo) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.8

본 연구는 음식물쓰레기의 2상 혐기성 소화에서 메탄가스 발생량을 높이기 위해 고온 가용화 전처리시 pH를 7.00 ± 0.50으로 조정하여 대조군과 비교하였다. pH에 따른 가용화 효율 회분식(Batch) 실험에서 pH가 4.20 ± 0.40 (pH를 조절하지 않은 것)에서부터 7.00 ± 0.50, 12.00 ± 0.50으로 증가시킴에 따라 가용화 효율도 각각 26.2, 47.1, 55.6%로 높게 나타났다. 그러나 pH를 7.00 ± 0.50에서 12.00 ± 0.50으로 증가시켰을 때 가용화 효율은 8.5%증가로 큰 차이가 없었다. 실험실규모 2상 혐기성 소화시스템은 가용화 조건에서 pH를 조절하지 않은 Run1 (pH 4.20 ± 0.40)과 pH를 7.00 ± 0.50으로 조절한 Run2로 나누어 운전되었다. pH 7.00 ± 0.50의 가용화에 의해 Run2시스템에서 전반적으로 높은 SCOD 및 TVFA농도가 측정되었다. 산생성조에서 TVFA농도는 18.4 g/L로 Run1보다 1.8배 높은 결과를 나타내었다. 그 결과 메탄생성조에서 메탄가스 발생량은 0.333 L/gVS로 Run1의 0.282 L/gVS과 비교하여 18% 향상되었다. The study on pH control at the themophilic solubilization (pretreatment process) was investigated in order to improve the methane gas production of two phase anaerobic digestion of food waste. From a batch experiment, it was observed that the solubilization efficiency was increased from 26.2% to 47.1% and 55.6% by the pH increament from 4.20 ± 0.40 (without pH control) to 7.00 ± 0.50, and 12.00 ± 0.50, respectively. However there was immaterial increase (8.5%) in solubilization efficiency when the pH was increased from 7.00 ± 0.50 to 12.00 ± 0.50. The two phase anaerobic digestion system was operated for laboratory scale experiment under the solubilization condition of pH 4.20 ± 0.40 (Run1) and 7.00 ± 0.50 (Run2). Higher soluble chemical oxygen demand (SCOD) and total volatile fatty acid (TVFA) concentration were observed in Run2 throughout the system resulted by the solubilization effect at the pH 7.00 ± 0.50. The TVFA concentration in acidogenic reactor was 18.4 g/L which was 1.8 times higher than the result of Run1. Consequently the methane gas production was enhanced to 0.333 L/g VS in the methanogenic reactor, which is 18% higher than the result (0.282 L/g VS) of Run1.

전처리 가용화 공정이 잉여슬러지 혐기성 소화효율에 미치는 영향

유호식(Ho-Sik Yoo),안세영(Seyoung Ahn) 유기성자원학회 2016 유기물자원화 Vol.24 No.3

하수처리장에서 배출되는 잉여슬러지 감량율을 증가시키기 위해 사용된 전처리 가용화시설에서, 가용화율에 따른 COD 성상변화를 살펴보았다. 대상하수처리장의 농축 잉여슬러지에 포함되어 있는 난분해성 COD는 총 COD의 37.0 % 이었다. 전처리 가용화시설에서 배출되는 잉여슬러지의 COD 세부성상 변화를 살펴보면 가용화율(5%, 10%, 20%, 30%, 35%)의 증가에 따라 고형성 생분해성 COD는 점차적인 감소를 보이고 있으며 이로 인한 용존성 생분해성 COD와 고형성 난분해성 COD가 증가하는 것을 볼 수 있었다. 잉여슬러지를 가용화 하기 위하여 물리적 전처리시설을 적용할 때 생물학적 2차처리시설의 SRT가 상대적으로 길게 운영되면 잉여슬러지의 고형성 난분해성 COD의 함유율이 높고 상대적으로 고형성 생분해성 COD 농도가 낮게 된다. 고형성 생분해성 COD가 상대적으로 낮은 잉여슬러지의 경우 전처리 시설에 의한 가용화의 효과가 당초 예상보다 낮 아질 수 있으므로, 가용화하여 혐기성 소화 할 경우 잉여슬러지에 대한 COD 성상 조사가 요구된다. 가용화율 5%에서 혐기성소화조에서의 COD 제거율은 2.1% 증가하였고, 가용화율 35%에서는 COD 제거율이 15.1% 증가되었다. 전처리 시설에서 잉여슬러지 고형성 COD를 35% 가용화하였을 때 혐기성소화조에서의 COD 제거율은 25%에서 40%로 향상되었고 메탄가스발생량은 607 ㎥/일에서 907 ㎥/일으로 증가하는 것으로 나타났다. COD properties of waste activated sludge (WAS) were investigated for various solubilization rate of mechanical pretreatment method in anaerobic digestion process. Inert COD was 37.0% of total COD in untreated WAS. Particulate biodegradable COD was converted to soluble biodegradables and particulate unbiodegradables as solubilization was processed. Particulate unbiodegradable portion of COD in WAS can be increased as particulate biodegradable portion is decreased in case of relatively long SRT of biological treatment. Thus, COD properties of WAS should be investigated in case of relatively low particulate biodegradable COD, because of possible low effect of solubilization. COD removal rate in anaerobic digester was enhanced as much as 2.1% and 15.1% for solubilization rate 5% and 35% due to pretreatment, respectively. COD removal rate was increased from 25% to 40%, and methane gas generation was increased from 607 ㎥/d to 907 ㎥/d as particulate COD of WAS was solubilized to 35% in retreatment facilities.

하수슬러지 가용화와 하수처리 운전조건 개선을 통한 하수슬러지 발생저감 연구

최인수(In Su Choi),정회석(Hoe Suk Jung),한인섭(Ihn Sup Han) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.12

하수슬러지의 해양투기 배출규제에 대한 대체 처리방안으로, 하수슬러지의 초음파 가용화를 통한 재기질화와 하수처리 공정에 대한 개선을 통한 슬러지 발생량의 저감방안을 살펴보았다. 분리막 반응조(MBR) 실험을 통해 SRT를 점진적으로 SRT=5.1일에서 442일까지 증가시켰으며, 이때 반응조내 미생물의 평균 농도값은 cB=3.4 gTSSL-1에서 cB=14.5 gTSSL-1까지 증가하였다. 이때 기질제거율과 미생물의 성장량과의 관계를 나타내는 미생물 수율(Y(B/S))는 SRT=5.1일 일때의 약 0.5-0.7에 비해 SRT=442일 일때 0.005-0.007로 저감되어, 직접적인 슬러지 발생량의 감소를 가져오게 되는 것을 확인하였다. 반응 조내 미생물 농도와 폭기효율과의 관계를 프로펠러 루프 반응조에서 교반속도에 따른 산소전달계수와 α-factor의 변화로써 살펴보았다. 한편 슬러지에 대한 초음파 가용화는 에너지 투입량에 따라 가용화 효율이 증가하고, 가용화한 슬러지의 혐기성 소화효율은 가용화하지 않은 슬러지에 비해 바이오가스 발생량이 많았다. In order to find the way to solve the problem of sewage sludge discharge into the ocean, the sludge solubilization by ultrasonic and the improvement methods of wastewater treatment process were studied. In the membrane bioreactor the sludge retention time was stepwise increased from 5.1 day to 442 days where the biomass average concentration has been increased from cB=3.4 gTSSL-1 to cB=14.5 gTSSL-1 respectively. At the same time, the biomass yield coefficients were reduced from 0.5-0.7 at SRT=5.1 day to 0.005-0.007 at SRT=442 days which means the reduction of sludge production. Oxygen mass transfer coefficients and α-factor were investigated with changing stirrer speed to find the relation between the high biomass concentration and aeration efficiency in the propeller loop reactor. As a result of sludge solubilization, the solubilization of sludge by ultrasound was increased with increasing energy input and it led to improved anaerobic digestion rate with more biogas production than that of non-solubilized sewage sludge.

소화슬러지를 이용한 회분식 오존반응 시 습식분쇄가 스컴 생성과 가용화에 미치는 영향

홍성민,이동훈,김충곤,신현곤 유기성자원학회 2019 유기물자원화 Vol.27 No.2

Sewage sludge treatment is increasing every year due to improvement of living and urbanization. However, interest in anaerobic digestion which is one of the recycling technology. There is anaerobic digestion of increasing due to limitations of ocean dumping and final disposal. But, the limit of anaerobic digestion efficiency due to the advanced treatment of sewage has been limited, and studies for solubilization technology have been actively conducted. Therefore, in this study, we aimed to investigate the variation of generation of scum and the solubilization efficiency in the application of pre-treatment of ozone reaction and the change of properties of digested sludge with wet milling. There are results of VS/TS increased by 4.4% and SCODcr/TCODcr increased by 9.4% by wet milling alone. In addition, the increase of the specific surface area due to which the reduction of the particle size of the solid content of the sludge in the ozone reaction caused by wet milling decreased the generation rate of scum at 14.3% and increased VS/TS at 2.1%, compared with the ozone reaction alone. From these results, it is expected that the application of wet milling can be increased the contact efficiency with solids in the sludge during ozone reaction with suppress scum and increase the efficiency of the subsequent process in anaerobic digestion. 생활의 향상 및 도시화로 인하여 국내의 하수슬러지는 매년 증대되고 있으나, 해양투기 금지 및 최종처리의 한계로 자원화 방법 중 하나인 혐기성소화의 관심도가 높아지고 있다. 그러나 하수의 고도처리에 따른 혐기성 소화 효율의 한계로 이를 높이기 위한 가용화 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 가용화 방법 중 경제적이고 유용한 기술로 알려진 오존은 스컴이 다량 발생되고, 제거에 대한 한계성이 있다. 따라서 본 연구에서 소화슬러지의 습식분쇄에 따른 성상변화 및 오존반응의 전처리로 적용 시 스컴의 발생 및 가용화 효율변화를 알아보고자 한다. 습식분쇄만으로 VS/TS는 4.4%, SCODcr/TCODcr이 9.4% 증대되어 가용화가 일어났다. 또한, 습식분쇄 적용에 따른 오존반응 시 슬러지의 고형분의 입경 감소에 따른 비표면적의 증가로 오존반응만 한 경우에 비하여 스컴 발생속도는 14.3% 감소되고, VS/TS는 2.1% 증대 되었다. 이 때 가용화 효율도 23.3% 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 볼 때, 본 연구를 통해 습식분쇄를 적용하여 오존반응 시 슬러지 중의 고형물과 접촉효율이 증가로 스컴의 생성 억제 및 가용화 증대로 후속공정인 혐기성 소화의 효율을 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.