KR0171194B1 - 유출액이 함유하는 유기물질 및 설페이트를 제거하기 위해 혐기성 발효를 이용하여 유출액을 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유출액이 함유하는 유기물질 및 설페이트를 제거하기 위해, 형성되는 H₂S를 치환시키는 경향이 있는 중성가스를 함유하는 바이오매스내에 도입된 단일 반응기(사용되는 반응기는 배양물이 없고 많이 혼합된 반응기이다)에 의해 수행되는 혐기성 발효를 이용하여 유출액을 처리하는 방법에 관한 것이고, 여기에서 처리방법은 휘발성 지방산으로 가수분해되는 제1단계, 아세토화(acetogenesis)로 칭하는 제2단계, 및 잔류 대사물질이 메탄으로 전환되는 제3단계로 이루어진다.

Description

유출액이 함유하는 유기물질 및 설페이트를 제거하기 위해 혐기성 발효를 이용하여 유출액을 처리하는 방법

제1도는 본 발명에 따르는 방법을 수행하기 위한 반응기를 도시한 것이다.

본 발명은 유출액이 함유하는 유기물질 및 설페이트를 제거하기 위해 혐기성 발효를 이용하여 유출액을 처리하는 방법에 관한 것이다.

혐기성 발효를 이용한 유출액 속의 유기물질의 분해는 최종단계가 메탄을 생성하는 발효인 복잡한 생태계에 의해 수행되므로, 이와 같이 정제되는 유출액의 정제 효율은 특히 이러한 최종단계의 효율에 의해 좌우된다.

생태계는 먹이사슬이 유기물질로 이루어진 공생 세균 속의 혼합물로 이루어지며 이로써 점진적으로 파괴된다. 세 가지 개별 단계는 구분될 수 있고, 이들 단계는 일반적으로 처리 플랜트에서 동시에 수행되며, 여기서 각종 미생물 속은 이의 각종 분해단계의 물질과 동시에 공존한다.

제1단계에서 복합 분자는 가수분해되어 휘발성 지방산(또는 VFA)(예: 락트산, 아세트산, 프로피온산 또는 부티르산)이라고 하는 보다 간단한 분자로 된다.

아세트산 생성(acetogenesis)이라고 하는 제2단계는 이러한 고급 유기산의 아세트산으로의 전환에 상응하는 것이다. 소위 아세트산 생성(acetogenic) 세균에 의해 수행되는 이 단계는 수소와 이산화탄소를 발생시킨다.

제3단계는 잔류 대사물질이 두 가지 상이한 종의 메탄 생성(methanogenic) 세균(하나는 수소와 이산화탄소를 사용하고 소위 아세토클라스트(acetoclast)인 다른 하나는 아세트산을 사용한다)에 의해 메탄으로 전환되는 메탄화 반응이다.

빈번한 경우로, 유출액이 설페이트를 추가로 함유하는 경우, 소위 설페이트 환원 식물상이 나타나 황화수소(H₂S)를 생성하며 다음과 같이 생태계 정화 작업을 방해한다.

제2단계 동안 설페이트 황원 세균이 아세트산 생성, 즉 아세트산의 생성 및 메탄의 생성 대가로 VFA의 일부를 소비한다. 또한, 생성된 H₂S는 아세트산 생성 거동을 방해하고 결과적으로 VFA의 일부가 분해되지 않아 처리 말기에 남는 액체에 잔류할 수 있다.

또한, 설페이트 환원 세균은 먼저 수소와 이산화탄소를 메탄 생성에 불리하게 소비하고 다음으로 생성된 H₂S가 아세토클라스트성 세균의 거동을 방해하므로 설페이트 환원 세균은 제3단계에도 유해하다.

메탄을 생성시키기 위해 발효에 의해 정제할 유출액 속의 설페이트의 존재는 결과적으로 이러한 발효가 일어나는 생물학적 반응기의 성능을 제한하는 위험이 있다.

방해 현상은 다른 단계로부터 가장 민감한 단계, 즉 메탄을 형성하는 단계를 분리시킴으로써 물리적으로 방지할 수 있다. 이를 위해 각종 단계를 발생시키는데 필요한 생물학적 조건은 두 개의 개별 반응기 안에서 발생된다.

따라서, FR-A 제2,484,990호는 분해기(digester)안에서 유리 H₂S 함량을 감소시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. H₂S는 발효 기체로 출발하거나 반응기를 떠나는 처리된 유출액으로 출발하여 구조물 안에서 제거된다. H₂S를 제거한 후, 정제된 유출액의 일부가 반응기로 재순환된다. 이러한 특허에 따르는 방법에 있어서, 산형성, 설페이트 환원 및 메탄 생성 단계는 하나의 반응기 안에서 동시에 일어난다.

GB-A 제2,143,810호에 슬러지상 또는 팽창상과 고정 필름상 사이의 혐기성 방법이 기술되어 있다. 이는 H₂S의 단계적 제거를 추천하고 있다. 한편, 반응기를 떠나는 유출액은 불활성 기체에 의해 청소된 외부 컬럼 안에서 스트리핑함으로써 H₂S로부터 유리된다. 한편, 반응기 자체는 이러한 내부 기체에 의해 청소되어야 하고, 이는 바이오매스 상(biomass bed)의 안정성을 저하시킬 위험이 있으며, 반응기의 작업 조절을 어렵게 만든다. 또한, 이러한 단계적 스트리핑은 공장의 경제 수지에 부적합하다.

최종적으로, EP 제0,241,999호에 다라, 유출액을 두 개의 고정된 배양기에 계속해서 통과시킴으로써 혐기성 발효를 수행하는 방법이 이미 제안되어 있다. 산성화 반응은 제1반응기에서 일어나고 설페이트의 생물학적 환원과 연관된다. 제1반응기를 떠나는 유출액은 제2반응기로 도입되기 전에 중간 구조를 안에서 불활성 기체로 스트리핑함으로써 H₂S로부터 유리된다.

그러나, 위의 특허 명세서에 따르면, 설페이트 환원 및 H₂S 스트리핑을 촉진 시키기 위해 pH는 6.5 내지 6.7로 조절해야 한다. 그러나, 공장에서의 pH 조절은, 특히 이를 위해 황산을 사용하는 모든 경우에 설페이트 함량을 추가로 증가시켜 최적화하기가 곤란하고 비용이 많이 든다.

본 발명에 따라서, 발효를 바이오매스 내의 반응기로 도입된 중성 기체에 의해 형성된 H₂S를 배출시키면서 자유-배양(free culture) 단일 무한 혼합 반응기 안에서 수행하는 경우, 매질의 pH는 중성 영역에서 자체 안정되며 약 6.9에서 자체 조절되고 자체 안정화된 설페이트의 환원율은 80%인 한편, 공지된 방법을 적용하는 경우, pH는 넓은 범위에서 변하며 설페이트의 전환율은 50%를 초과하지 않는 것으로 밝혀졌다.

첨부된 도면으로 나타나는 바와 같이, 본 발명에 따르는 방법은 처리되는 유출액이 도관(2)에 의해 운반되고 정제되어 도관(3)을 통해 떠나는 용기(1)로 이루어지는 반응기를 사용하여 수행할 수 있다.

바이오매스(4)는 자유-배양 형태이다.

중성 기체는 도관(5)을 통해 바이오매스(4) 속에서 용기(1)로 도입되고 생성된 기체상(phase)은 도관(6)에서 제거되며 이의 일부는 도관(5)에 연결된 도관(7)에 의해 재순환될 가능성이 있다.

바이오매스는 이에 도입된 기체 및 모터(9)에 의해 구동되는 적합한 장치에 의해 계속해서 교반된다. 본 발명에 따라, 바이오매스 속에 불활성 기체를 주입시켜 반응기(1)에서 H₂S를 직접 스트리핑함으로서 pH가 상승되는데, 이는 한편으로, 액체상으로부터 기체상으로 H₂S를 배출시키는데 유해하지 않으며, 반면에, 설페이트 환원 세균의 활성을 촉진시키므로 설페이트의 제거를 촉진시킨다.

본 발명에 따라 작업하는 경우, H₂S의 제거는 pH를 증가시킬 뿐 아니라, 결과적으로, 80%의 설페이트의 환원율을 수득할 수 있는데 지금까지는 50%를 초과하지 않았다.

또한, 본 발명에 따르는 방법에 의해, 반응기 안의 pH 자체가 중성 영역에서 조절되고 반응기 속의 황화물 농도가 100mg/ℓ 미만으로 수득되기 때문에 반응기 속의 pH를 조절할 필요가 없다.

Claims (5)

1. 단일 반응기 안에 들어 있는 바이오매스 속에 형성된 H₂S를 배출시키기 위해 중성 기체가 도입되어 있는 자유-배양(free-culture) 무한 혼합 반응기를 단일 반응기로 수행하며, 이 때, pH가 약 6.9에서 자체 조절되고 메탄이 단일 반응기 안에서 생성되지 않음을 포함하여, 유출액이 함유하고 있는 유기물질 및 설페이트를 제거하기 위해 혐기성 발효를 이용하여 유출액을 처리하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 배출된 H₂S의 일부가 중성 스트리핑 기체로 재순환되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 바이오매스가 그 속에 도입되는 중성 기체에 의해 계속해서 교반되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 반응기에서 수득되는 황화물 농도가 100mg/ℓ 미만인 방법.
5. 제1항에 있어서, 설페이트 환원율이 80%인 방법.

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