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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박철휘
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
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음식물의 처리과정에서 발생하는 물 또는 음식물의 일부를 음식물 탈리액이라고 한다. 음식물 탈리액은 하루 약 9,000톤이 발생하며, BOD 농도가 약 74,000mg/L로 고농도의 유기물을 함유하고 있다. 음식물 탈리액의 처리는 해양투기에 의존되어 왔다. 하지만 런던협약 이후, 해양 투기가 금지됨에 따라 음식물 탈리액의 처리방법으로 혐기성 소화가 대두되고 있다. 혐기성 소화는 유기물을 혐기성 조건에서 분해하여 최종 부산물로 CH4가 발생하는 생물학적 처리방법이다. 효과적인 혐기성 소화의 처리를 위해서는 여러 가지 문제점을 극복하여야 한다. 그 중 고농도 질소화합물을 함유한 음식물 탈리액의 혐기성 소화에 있어서 C/N 비 불균형으로 인한 암모니아성 질소의 축적은 매우 시급한 문제이다.
본 연구는 재래식 단상 혐기성 소화조를 이용하여 음식물 탈리액을 이용한 혐기성 소화 시 질소 부하율에 따른 암모니아성 질소 변화와 소화조의 운전특성을 연구하였다. 또한, 암모니아성 질소를 제어하여 비교 연구 하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어하였다. 그리고 고농도 질소 부하율에서 가수와 슬러지 재순환 공정의 적용성 연구와 한계 암모니아성 질소 농도를 도출하였다.
대상 시료는 인천시 소재 S 매립지 음식물 탈리액을 사용하였으며, 공정의 구성은 유효용적 35L 혐기성 반응조와 50L 가스 저장조로 구성하였다.
질소 부하율에 따른 암모니아성 질소의 변화를 살펴 본 결과, 질소 부하율 0.075, 0.15, 0.3 NLR (kg N/m3?d) 모두 소화조 유입 후, C/N 비 불균형으로 인하여 암모니아성 질소가 증가하였으며, 이에 따라 증가된 암모니아성 질소로 인하여 전반적으로 혐기성 소화 공정에 저해 작용을 일으켰다. 반면 질소 부하율 0.075 NLR(kg N/m3?d)에서 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어한 결과, 암모니아성 질소는 약 800mg/L를 유지하였으며, 이에 따라 알칼리도 3,800mg/L, pH 7.2, VFA 100mg/L로 적정 농도를 유지하였다.
고농도 질소 부하율 0.26 NLR (kg N/m3?d)에서 소화조 내 암모니아성 질소의 한계 농도 도출을 위해 실험한 결과, 소화조 내 암모니아성 질소는 약 2,000mg/L에서 독성으로 작용하였다. 또한, 고농도 질소 부하율에서 암모니아성 질소의 한계 농도를 유지하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 이용한 결과, 암모니아성 질소는 2,000mg/L 이하로 효과적으로 제어되었으며, 이에 따라 pH 7.4, VFA 1,800mg/L, SCODCr 6,000mg/L 이하로 저해 작용이 발생하지 않는 범위를 나타내었다.
본 연구는 재래식 단상 혐기성 소화조를 이용하여 음식물 탈리액을 이용한 혐기성 소화 시 질소 부하율에 따른 암모니아성 질소 변화와 소화조의 운전특성을 연구하였다. 또한, 암모니아성 질소를 제어하여 비교 연구 하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어하였다. 그리고 고농도 질소 부하율에서 가수와 슬러지 재순환 공정의 적용성 연구와 한계 암모니아성 질소 농도를 도출하였다.
대상 시료는 인천시 소재 S 매립지 음식물 탈리액을 사용하였으며, 공정의 구성은 유효용적 35L 혐기성 반응조와 50L 가스 저장조로 구성하였다.
질소 부하율에 따른 암모니아성 질소의 변화를 살펴 본 결과, 질소 부하율 0.075, 0.15, 0.3 NLR (kg N/m3?d) 모두 소화조 유입 후, C/N 비 불균형으로 인하여 암모니아성 질소가 증가하였으며, 이에 따라 증가된 암모니아성 질소로 인하여 전반적으로 혐기성 소화 공정에 저해 작용을 일으켰다. 반면 질소 부하율 0.075 NLR(kg N/m3?d)에서 가수와 슬러지 재순환 공정을 적용하여 암모니아성 질소를 제어한 결과, 암모니아성 질소는 약 800mg/L를 유지하였으며, 이에 따라 알칼리도 3,800mg/L, pH 7.2, VFA 100mg/L로 적정 농도를 유지하였다.
고농도 질소 부하율 0.26 NLR (kg N/m3?d)에서 소화조 내 암모니아성 질소의 한계 농도 도출을 위해 실험한 결과, 소화조 내 암모니아성 질소는 약 2,000mg/L에서 독성으로 작용하였다. 또한, 고농도 질소 부하율에서 암모니아성 질소의 한계 농도를 유지하기 위해 가수와 슬러지 재순환 공정을 이용한 결과, 암모니아성 질소는 2,000mg/L 이하로 효과적으로 제어되었으며, 이에 따라 pH 7.4, VFA 1,800mg/L, SCODCr 6,000mg/L 이하로 저해 작용이 발생하지 않는 범위를 나타내었다.
목차
1. 서론 11.1 연구배경 및 목적 11.2 연구내용 및 범위 22.이론적 배경 42.1 음식물 탈리액 42.1.1 음식물 탈리액의 정의 및 발생 현황 42.1.1 음식물 탈리액 처리 현황 42.2 혐기성 소화 62.2.1 혐기성 소화의 원리 62.2.2 혐기성 소화 반응의 과정 82.2.3 혐기성 소화의 양론식 132.2.4 혐기성 소화조 운전인자 163. 실험장치 및 방법 283.1 실험장치 및 운전조건 283.1.1 식종슬러지 조성 283.1.2 유입기질의 조성 293.2 공정의 구성 및 운전 303.2.1 운전방법 303.2.2 무부하 테스트 313.2.3 질소 부하율 산정 및 암모니아성 질소의 제거 공정 적용313.2.4 고농도 질소 부하율 운전 및 한계 암모니아성 질소 농도 도출354. 연구결과 및 고찰364.1 무부하에 따른 혐기성 소화 특성364.1.1 총 질소 및 암모니아성 질소 변화364.1.2 알칼리도와 pH 변화374.1.3 TS, VS 변화384.1.4 VFA, Biogas 변화394.2 질소 부하율에 따른 혐기성 소화 및 암모니아성 질소농도414.2.1 암모니아성 질소414.2.2 알칼리도 변화434.2.3 VFA 변화464.2.4 SCODCr 변화484.2.5 TS, VS 변화494.2.6 VS 및 Biogas yield 변화514.3 고농도 질소 부하율에서의 암모니아성 질소 거동544.3.1 암모니아성 질소, TKN 변화544.3.2 pH 변화564.3.3 VFA 변화574.3.4 SCODCr 변화584.3.5 TS, VS 변화604.3.6 Biogas yield 변화625. 결론63References66
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