한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집 2013년 추계학술발표회 논문집 (p.18-18)

파일럿 스케일 A3 반응조를 이용한 가축분뇨의 바이오가스 생산

키워드 :
가축분뇨,자가발열,호기성소화,혐기성소화,바이오가스

초록

가축분뇨는 고농도의 유기성 폐수로서 호기성 처리로는 기술적인 측면에서 제약요인이 많아서 고농도 가축분뇨는 혐기성 소화로서 처리하고 있는데 혐기성 소화법은 호기성 처리에 비하여 고부하의 유기물 분해가 가능하며, 최종 슬러지 발생량과 에너지 요구량이 적을 뿐만 아니라 분해 과정에서 병원성 미생물도 제거 시킬 수 있다는 장점이 있다. 혐기성 소화는 발효과정에서 생성되는 바이오가스의 약 60%이상이 메탄가스라는 점을 감안하면 이를 에너지로서의 활용이 가능하고 처리 후 소화폐액에는 악취가 저감되어 친환경적 처리라 할 수 있고 동시에 청정에너지 자원인 메탄가스의 효과적인 회수가 가능하다. 우리나라는 메탄시설이 분포되어져 있는 기온이 높은 열대 또는 아열대 지역에 비해 1년 중 최저기온이 영하로 떨어지는 기간이 약 5개월 이므로 생산된 에너지를 자체 메탄생산조 온도를 35℃로 유지하는데 많이 소모 될 수밖에 없고 그만큼 비효율적이다. 이러한 국내에서의 가축분뇨를 혐기성 소화공정에 적용하기 위하여 자가 발열 고온호기성 소화(ATAD, autothermal thermophilic aerobic digestion)가 적용이 되어 지고 있다. 고온호기성 소화공법은 유기물의 제거속도가 빠르고 소화시간을 단축시킬 수 있어서 반응조의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이에 자가발열 고온호기성 소화의 원리를 이용, 자가발열 호기성소화와 혐기성소화의 접합은 혐기성소화에 의한 고농도 및 고부하의 고액분리 처리된 가축분뇨를 처리하고 자가발열 호기성소화에 의한 혐기조의 온도보존 및 오염물질분해의 촉진, 그리고 바이오가스의 발생 효율을 극대화하고자 하였다. 본 공정은 자가발열 호기성소화조와 혐기성소화조를 구조적으로 결합한 새로운 공정으로 그 명칭을 A3소화공정(Autothermal Anaerobic-Aerobic digestion Process)로 명명하였다. 본 연구의 목적은 자가발열공정을 이용한 반응조의 열효율과 발생하는 열을 이용하여 혐기성소화조에 충분한 열을 전달시켜 운전이 가능한 온도가 유지되는 것을 확인하는 것이다. 동절기 외부 최저온도가 -12℃의 조건 하에서 소화조온도가 30℃ 이상 유지되는 것으로 확인됨으로써 신공정을 통한 무가온 시스템으로의 운전가능성을 확인 하였다. 가스 발생량의 경우 Lab Scale 반응조에서는 VS추가량 당 가스발생량은 HRT 15일 일 때 0.277 LCH₄/gVSadded로 나타났으며, 이는 기존 가온바이오가스 공정에서의 0.288 LCH₄/gVSadded와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 본 Pilot Scale 반응조의 VS추가량 당 가스발생량은 0.260 LCH₄/gVSadded로 Lab Sclae 반응조 및 기존 가온 바이오가스 공정에 비해서는 다소 낮게 측정 되었으나, 자가발열에 의한 자체가온만으로 달성해 낸 것으로써, 동절기시 외부열에너지 배제를 통한 무가온 시스템의 실용화 가능을 확인 할 수 있었다.