혐기성소화조 성능개선

정의와 목적

혐기성소화조 성능개선은 소화의 분해율과 소화가스 발생량을 높이는 일이다.

소화조는 산소 없이 유기물을 메탄과 이산화탄소로 바꾸는 밀폐 반응조다.

성능이 떨어지면 가스 회수량이 줄고 에너지 수지가 나빠진다.

분해 3단계

분해는 세 단계로 진행된다. 먼저 가수분해 단계에서 고분자 물질이 아미노산, 당, 지방산으로 나뉜다.

다음 산발효 단계에서는 유기산, 알코올, 암모니아가 생긴다.

마지막 메탄발효 단계에서 메탄생성균이 메탄과 이산화탄소를 만든다.

세 단계 가운데 가장 느린 단계가 전체 속도를 정한다.

메탄생성균은 증식이 느리고 pH 변화에 민감하다.

방식 비교

혐기성 소화 방식은 운전 온도와 부하 방식에 따라 저율, 고율, 2단으로 나뉜다.

저율 소화는 가열과 혼합 없이 30~60일 체류시킨다.

고율 소화는 가열과 완전 혼합으로 체류시간이 흔히 15일 이하다.

2단 소화는 두 조의 역할을 나눠 가스 발생과 상징액 관리를 함께 노린다.

고율 소화는 가열 에너지가 필요하다는 점을 기억한다.

성능저하 원인과 대책

성능이 떨어지는 대표 원인은 유기산 축적, 스컴 누적, 저해물질 유입이다.

유기산이 쌓이면 pH가 떨어져 메탄생성균이 억제된다. 유기산은 300mg/L 안팎으로 관리한다.

스컴이 쌓이면 유효용량이 줄고 가스 배출이 막혀 가스압이 오를 수 있다.

교반을 강화하고 스컴 제거 설비를 둔다.

저해물질 유입은 구리, 아연, 6가크롬 등을 관리한다. 가온은 35℃ 전후로 유지한다.

가스 발생량 계산

계산 예제로 소화조 가스 발생량을 간단히 추정한다.

먼저 100㎥/일에 1,000kg/㎥와 고형물 3%를 곱해 3,000kg TS/일을 구한다.

이어서 VS/TS 70%를 곱해 투입 유기물량 2,100kg VS/일을 구한다.

분해 유기물량은 투입 유기물에 분해율 50%를 곱해 구한다. 이 값에 가스 발생 원단위를 곱하면 가스량이 된다.

시험 포인트와 정리

시험에서는 원인분석, 대책, 가스발생량 증대 방안이 연결되어 자주 나온다.

가스 발생량을 늘리려면 온도, pH, 체류시간, 유기물 부하를 수치와 함께 쓴다.

저해물질과 스컴 관리를 다루고, 탈황 후 가스엔진이나 보일러 연료로 쓰는 점을 연결한다.

기존 조 개선까지 함께 써야 한다. 체류시간을 늘리면 된다고 쓰는 것도 실수다.