병합혐기성소화

정의와 원리

병합혐기성소화는 성상이 다른 유기성 폐기물을 함께 넣어 처리하는 공정이다.

산소가 없는 조건에서 미생물이 분해하고, 생성된 소화가스를 회수한다.

단독 소화와 달리 여러 원료를 한 소화조에 넣는 것이 핵심이다.

4단계 분해

병합소화의 원리는 가수분해, 산생성, 초산생성, 메탄생성의 네 단계 반응이다.

메탄생성균은 아세트산과 수소를 메탄으로 바꾸는 마지막 단계의 미생물이다.

메탄생성균은 pH와 온도에 민감하다. 운전이 불안정해지면 이 단계가 가장 먼저 저해된다.

설비 구성

병합소화 설비는 전처리에서 가스 이용까지 여섯 가지 구성요소로 이뤄진다.

원료는 전처리에서 이물질을 걷어내고 혼합조에서 성상을 균질화해 소화조에 보낸다.

포집한 가스는 탈황과 수분 제거, CO2와 H2S 제거를 거쳐 메탄 농도를 높인다.

소화슬러지는 탈수 후 처리하거나 자원화한다.

단독 소화와 비교

단독 소화와 병합소화를 같은 기준으로 비교해 보자.

병합소화는 유기물을 보강해 가스 발생량을 늘릴 수 있다. 대신 전처리와 저류 설비가 추가된다.

원료 배합비를 일정하게 유지하는 것이 운전 안정성의 핵심이다.

암모니아 저해

정답은 유기물 보강이다. 음식물처럼 유기물이 많은 원료를 더하면 가스 발생이 늘어난다.

병합소화의 가장 큰 쟁점은 원료 혼합비에 따른 암모니아 저해다.

단백질이 많은 음식물과 분뇨를 함께 넣으면 질소 화합물이 분해되며 암모니아가 생긴다.

암모니아는 메탄생성균을 억제한다. 그래서 원료별 C/N비 관리와 투입량 제한이 핵심이다.

계산 예제

음식물 폐기물 5㎥/d를 하수슬러지 40㎥/d와 병합하는 경우를 계산해 보자.

전체 투입량은 45㎥/d이고, 음식물 비율은 전체 부피 기준으로 약 11.1%다.

부하가 과도하지 않은지 OLR로 확인한다. OLR은 유입 VS 농도와 투입량의 곱을 유효용적으로 나눈다.

정리와 실수

정답은 11.1%다. 5를 45로 나눈 값에 100을 곱한 것이다.

채점에서는 병합 원료를 용량 합산이 아니라 혼합 후 성상으로 설계하는지 본다.

중온소화는 약 30℃ 부근에서 운전하고, 황화수소 탈황 설비를 빠뜨리지 않아야 한다.

병합소화는 원료 특성 기반 설계와 안정 운전이 핵심이다.