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막결합형 2상 혐기성 소화 공정을 이용한 음식물 탈리액 처리
Treatment of Garbage Leachate with Two-phase Anaerobic Digestion Coupled with Ultra Filtration

이은영    (인하대학교 환경공학과   ); 김형국    (인하대학교 환경공학과   ); 티투이장    (인하대학교 환경공학과   ); 배재호    (인하대학교 환경공학과   ); 배영신    (수도권매립지관리공사   ); 원종철    (수도권매립지관리공사   ); 이재훈    (현대엔지니어링(주)   ); 박성균    (현대엔지니어링(주)   ); 조용완    (현대엔지니어링(주)  );
  • 초록

    본 연구에서는 음폐수를 대상으로 5 톤/일 처리규모의 막결합형 2상 혐기성 소화(TPADUF) 플랜트를 운영하며 유기물 제거효율 및 메탄 발생량을 파악하고, 소화가스를 이용한 발전 가능성 및 분리막 적정 운영방안을 검토하였다. 고온 산발효조, 중온 메탄조 및 UF 막으로 구성된 처리 시스템에서 평균 TCOD가 150 g/L인 음폐수를 유기물 부하 11.1 g COD/L/d까지 증가시키며 처리한 결과 최종 유출수의 TCOD는 6 g/L 이하이었으며, TCOD 및 SCOD 제거효율은 모두 95% 이상이었다. 소화 가스의 메탄 구성비는 65%이었으며, 회수된 메탄량은 시스템에서 일부 가스가 누출되었음에도 39 $m^3/m^3$ 음폐수 주입량, 260 $m^3$ /톤 COD유입량, 또는 270 $m^3$ /톤 COD제거량 이었다. 소모된 가스량 당 발전량은 0.96 kWh/ $m^3$ 가스, 또는 1.49 kWh/ $m^3$ 메탄으로 다소 낮았으나 이는 소용량 발전기(15 kW급)의 저효율에 기인한 것이다. 분리막은 평균 flux 10 L/ $m^2$ /hr에서 운전하였으며, 운전 중 flux가 감소하였을 때는 물 또는 화학적(NaOCl)세정을 실시하여 회복시킬 수 있었다. TPADUF 플랜트에서는 메탄조 내액 또는 분리막 농축액을 산발효조로 반송함으로써 산발효조의 pH를 별도의 약품 주입 없이 적정 수준을 유지할 수 있었으며, 산발효조에서 부분적인 메탄생성을 통해 메탄조의 유기물 부하를 낮추는 효과도 있었다.


    Organic removal efficiency and methane production rate, a feasibility of power generation from biogas, and the optimum conditions for membrane operation were evaluated for the pilot scale (5 tons/day) two-phase anaerobic digestion coupled with ultra filtration (TPADUF) system fed with garbage leachate. The TPADUF system is consisted of a thermophilic acidogenic reactor, a mesophilic methanogenic reactor, and an UF membrane. When garbage leachate with 150 g/L of TCOD was fed to the TPADUF up to organic loading rate (OLR) of 11.1 g COD/L/d, the effluent TCOD was lower than 6 g/L and the average removal efficiencies of TCOD and SCOD were higher than 95%. The methane composition of the gas was 65%, and the methane yield was 39 $m^3/m^3$ garbage leachatefed, 260 $m^3$ /tons $COD_{added}$ , or 270 $m^3$ /tons $COD_{removed}$ , even there was some gas leak. The power production per consumed gas was 0.96 kWh/ $m^3$ gas or 1.49 kWh/ $m^3$ methane. This lower power production efficiency mainly due to the small capacity of gas engine (15 kW class). The membrane was operated at the average flux of 10 L/ $m^2$ /hr. When the flux decreased, washing with water and chemical (NaOCl) was conducted to restore the flux. In the TPADUF system, optimum pH could be maintained without alkali addition by recycling the membrane concentrate or mixed liquor of the methanogenic digester to the acidogenic reactor. Also, partial production of methane in the acidogenic reactor had a positive effect on lowering the OLR of the methanogenic reactor.


  • 주제어

    음폐수 .   막결합형 2상 혐기성 소화 .   바이오가스 .   발전.  

  • 참고문헌 (14)

    1. 허안희, 이은영, 김희준, 배재호“, 실험실 규모 2상 혐기성 소화를 이용한 음식물 쓰레기 탈리액의 처리,”대한환경공학회지, 30(12), 1231-1238(2008)     
    2. 남광건설“, Food Waste Recycling System,”2007 음식물류폐기물자원화연찬회발표자료(2007) 
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    5. Smith, D. P., and McCarty, P. L., “Factors governing methane fluctuations following shock loading of digesters,”WPCF, 62, 58-64(1990) 
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    7. McCarty, P. L., “Anaerobic waste treatment fundamentals, Part 2: environmental requirement and control,”Public Works, 123-126(1964b) 
    8. Parkin, G. F., and Miller, S. W., “Response of methane fermentation to continuous addition of selected industrial toxicants,”Proceedings of the 37th Purdue Industrial Waste Confenrence, Lafayette, Ind.(1982) 
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    13. Asinari Di San Marzano, C. M., Binot, R., Bol, T., Fripiat, J. L., Hutschemakers, J., Melchior, J. L., Perez, I., Naveau, H., and Nyns, E. J., “Volatile fatty acids, an important state parameter for the control of reliability and the productivities of methane anaerobic digestions,”Biomass, 1, 47-59(1981) 
    14. Mosey, S. E., and Fernandes, X. A., “Patterns of hydrogen in biogas from the anaerobic digestion of milk-sugars,”Water. Sci. Technol., 21, 187-196(1989) 

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