KR101122559B1 - 고온-중온 메탄발효를 통한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 이에 사용되는 장치 - Google Patents

고온-중온 메탄발효를 통한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 이에 사용되는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기성 슬러지를 생물학적으로 처리하는 방법 및 이에 사용되는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게 (A) 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계; (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계; (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및 (E) 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계를 포함하며, 처리하고자 하는 슬러지를 그 분해정도를 고려하여 제 1 생물학적 처리조와 제 2 생물학적 처리조로 분리유입할 수 있다. 본 발명의 유기성 슬러지 처리 방법 및 이에 사용되는 장치는 슬러지의 개질, 혐기성 조건을 이용한 펜톤처리 부산물의 최소화와 약제의 재생 및 인 제거를 동시에 달성할 수 있다.

Description

고온-중온 메탄발효를 통한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 이에 사용되는 장치 {METHOD FOR BIOLOGICAL TREATMENT OF ORGANIC SLUDGE USING HIGH TEMPERATURE-MEDIUM TEMPERATURE METHANE FERMENTATION AND APPARATUS USED THEREFOR}
본 발명은 폐기물이 되는 유기성 슬러지의 감량 및 자원화에 관한 것으로, 특히 저비용으로 감량 및 자원화를 효율적으로 가능하게 하는 유기성 슬러지의 생물학적 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하수 슬러지를 포함하는 유기성 슬러지의 감량 및 자원화에는 메탄발효공정이 사용되고 있지만, 메탄발효공정에서의 유기성 슬러지의 감량효율은 50% 정도이었다.
메탄발효공정은 혐기성 세균을 이용하여 유기성 폐기물계 바이오매스(biomass)를 생물학적으로 분해하고 폐기물을 안정화, 감량화하는 동시에 바이오가스 에너지(메탄)를 생산할 수 있어, 다른 폐기물 처리방법에는 찾을 수 없는 우수한 특징을 갖고 있다. 그러나, 메탄발효공정은 유기물 중에서 비교적 생물분해가 쉬운 성분만을 대상으로 할 수밖에 없는 제한이 있다. 예를 들면 하수의 활성슬러지(잉여슬러지)는 약 50% 정도만이 분해될 뿐이어서, 종래의 메탄발효공정에서는 많은 양의 유기물 잔사가 배출되었고 이를 처리해야 하는 문제가 있다. 이러한 유기물 잔사(소화슬러지)의 입자는 음으로 대전하기 때문에 상호반발하여 응집하기 어려운 성질이 있으므로, 탈수케익화 하는 공정에서는 양으로 대전하는 금속염(예를 들면, 철이온)을 첨가하여 하전을 중화시킨 후, 양성폴리머를 첨가하여 슬러지를 응집, 탈수시킨다. 그러나, 상기 탈수케익화 과정에서 응집제로 사용되는 철이온 및 양성폴리머의 운전을 적절하게 제어하기 어려운 단점이 있다. 또한, 대표적인 처리대상인 활성슬러지는 가축배설물에 포함되어 있는 다량의 인이 유기물 잔사와 함께 배출되어 환경문제의 원인이 되고 있다(Izrail S. Turovskiy B.S., P. K. Mathai, text book, p.174-175 (2006) 참조).
이에, 생물분해가 어려운 유기잔사를 개질하기 위하여 강한 산화력을 가진 오존을 사용, 즉 오존의 화학작용에 의해 유기잔사를 가수분해, 산화시켜 천천히 생물분해하는 오존처리가 수행되고 있다(Battimelli A. et al, Water Sci Technol., 48(4), 61-68 (2003) 참조). 다만, 이러한 개질에 의해서도 슬러지의 생물분해 속도가 현저히 상승할 뿐 아니라 충분한 메탄전환율을 얻기 위해서는 조내의 슬러지 체류시간(반응시간)을 50 내지 100일 정도로 매우 높게 설정할 필요가 있다. 이를 위해서 반응속도가 높은 고온성 혐기성 미생물을 이용하여 개질슬러지의 대부분을 분해하고, 일부 미분해 성분은 미생물상이 풍부한 중온성 생물학적 처리조에서 분해 제거하는 오존처리를 조합한 고온-중온 메탄발효공정이 개발되었다(Kobayashi T. et al, Water Sci Technol., 59(1), 185-193 (2009) 참조).
그러나, 오존처리는 고가의 오존발생기가 필요하며 오존가스를 슬러지에 용해 반응시키기 위해 전력소요가 많은 용해반응조가 필요하다. 더불어 미반응의 오존가스를 분해하기 위해서 가스의 대기배출에 앞서 고가의 오존분해기를 설치해야 하므로, 저에너지 소비가 요구되는 유기성 슬러지의 감량 및 자원화에는 보급되기 어려운 문제가 있다.
한편, 오존과 동등의 산화력을 갖는 산화제로 과산화수소와 철이온에 의한 펜톤처리 방법이 있지만, 이것을 고온-중온 메탄발효에 적용한 사례는 지금까지 보고된 바 없다.
또한, 고온역에서 성장한 혐기성세균은 중온의 세균과 비교하여 독성물질에 의해 저해되기 쉬운 문제가 있다. 대표적인 독성물질로 혐기성처리(메탄발효)에서 부산물로 생성되는 황화수소(H2S)가 있고, 200mg/L의 저농도로만 존재하더라도 현저하게 메탄전환율이 저하된다. 황화수소는 원수에 포함된 단백질과 황산근에서 생성되고 특히 메탄발효를 크게 저해하는 것으로 알려져 있다(Meyer-Jens T. et al, Applied Microbiology and Biotechnology, 43(2), 341-345 (1995) 참조). 이러한 황화수소에 의한 메탄발효의 저해를 억제하기 위한 고온-중온 메탄발효 공정은 알려진 바 없다.
한국등록특허 제10-1044989호, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 이에 사용되는 장치
zrail S. Turovskiy B.S., P. K. Mathai, text book, p.174-175 (2006) Battimelli A. et al, Water Sci Technol., 48(4), 61-68 (2003) Kobayashi T. et al, Water Sci Technol., 59(1), 185-193 (2009) Meyer-Jens T. et al, Applied Microbiology and Biotechnology, 43(2), 341-345 (1995)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저비용, 고분해 효율로 유기성 슬러지의 감량 및 황화수소와 같은 독성 물질의 메탄전환 저해 문제 해결이 가능한 유기성 슬러지의 처리 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 (A) 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계; (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계; (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및 (E) 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법을 제공한다.
유입되는 유기성 슬러지가 분해정도에 따라 분리유입이 가능한 경우 (A) 분해가 비교적 쉬운 유기성슬러지(예를 들면, 생슬러지)는 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계; (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계; (D) 분해가 비교적 어려운 유기성 슬러지(예를 들면, 잉여슬러지)와 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및 (E) 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 (A) 유기성슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 1 생물학적 처리조; (B) 상기 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 고액분리장치; (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 개질처리조; (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 2 생물학적 처리조; 및 (E) 처리된 슬러지를 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 반송부를 포함하는, 유기성 슬러지 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 장치는 펜톤처리를 중심으로 한 슬러지의 개질 처리 및, 고온 생물학적 처리조 및 중온 생물학적 처리조에서의 메탄발효에 의해, 오존처리와 같은 기존의 개질처리보다도 저렴한 비용으로, 메탄발효 공정에서 생물학적 분해효율을 종래의 1.5배 이상으로 향상시켜 메탄전환효율을 높이는 동시에 고도의 슬러지 감량을 실현시킨다. 또한, 본 발명의 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법 및 장치는 펜톤처리에 의해 유입되는 철염에 의해 고온 생물학적 처리조의 황화수소가 불용성의 황화철(FeS)로 고정되므로 미생물에 대한 독성이 현저히 저감되어 슬러지의 생물분해 속도가 향상되고, 상기 철염에 의해 메탄발효공정에서 배출되는 고농도 용해성 인산의 배출량을 별도의 응집조를 설치하지 않고 삭감시킬 수 있어 처리비용 절감 및 방류처의 부영양화 문제 해결에 기여할 수 있으며, 탈수공정에서 철염의 첨가를 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 펜톤처리를 개질수단으로 한 중온-고온 메탄발효공정을 포함한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 공정의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 분해정도에 차이가 나는 유기성 슬러지를 분리유입하는 경우의 펜톤처리를 개질수단으로 한 중온-고온 메탄발효공정을 포함한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 공정의 개략도이다.
도 3은 비교예 1에 있어서, 작동 일수에 따른 메탄가스 발생량 및 용해성 BOD 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 2에 있어서, 작동 일수에 따른 메탄가스 발생량 및 용해성 BOD 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 1에 있어서, 작동 일수에 따른 메탄가스 발생량 및 용해성 BOD 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 참고예에 있어서, 작동 일수에 따른 메탄가스 발생량 및 용해성 BOD 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도면의 부호에 대한 설명
100: 제 1 생물학적 처리조
101: 고액분리장치
102: 개질처리조
103: 제 2 생물학적 처리조
104: 반송부
본 발명은 (A) 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계; (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계; (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및 (E) 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 기술한다.
도 1에는 펜톤처리를 개질수단으로 한 중온-고온 메탄발효공정을 포함한 유기성 슬러지의 생물학적 처리 공정이 개시되어 있다.
먼저, 유기성 슬러지, 예를 들어 농축 하수 슬러지를 중온의 제 1 생물학적 처리조(100)에 도입하여 메탄발효를 수행한다. 상기 유기성 슬러지는 단일 종류, 동등한 분해 정도를 가지는 2이상의 혼합 유기성 슬러지, 분해정도가 다른 2이상의 유기성 슬러지가 혼합된 혼합 유기성 슬러지일 수 있다. 유기성 슬러지의 공급 속도는 필요에 따라 조절할 수 있으며, 예를 들어 HRT(hydraulic retention time)가 30일이상이 되도록 할 수 있다.
중온의 제 1 생물학적 처리조(100)는 중온 미생물에 있어 최적인 20 내지 40℃의 온도조건에서 운전시키며, 특히 30 내지 40℃가 바람직하다.
제 1 생물학적 처리조(100)의 후단에 설치된 고액분리장치(101)는 이송된 슬러지를 농축함으로써 슬러지 체류시간을 길게 하고, 이로 인해 유기성 슬러지의 농도가 낮은 경우에도 안정적으로 본 발명의 처리 방법을 수행할 수 있게 한다.
고액분리장치(101)로부터 분리된 여액은 방출되고, 농축된 슬러지의 일부는 탈수케익화되고, 일부는 개질처리조(102)로 이송되어 펜톤 처리된다. 이때, 펜톤처리는 당분야에 공지된 방법, 예를 들어 한국등록특허 제10-1044989호에 기재된 방법으로 2가나 3가 철이온을 이용하여 개질 슬러지의 유기물중량(VSS)당 1 내지 20중량%의 과산화수소를 첨가하여 실시할 수 있다. 이러한 펜톤 처리의 설비로는 약제(H2O2 및 Fe2+/Fe3+)의 저장 및 개질처리조만으로 충분하므로 설비비용을 낮출 수 있고, 펜톤처리에 의해 철염이 유입되어 미생물에 독성을 나타내는 불용성의 황화수소(HS)를 황화철(FeS)로 고정시킬 수 있다.
고온의 제 2 생물학적 처리조(103)는 고온 미생물의 최적온도(40 내지 60℃)에서 운전될 필요가 있고, 특히 50 내지 60℃가 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조(103)의 pH가 6.5 내지 8.5의 값을 갖도록 개질처리조(102)로부터의 펜톤처리 슬러지의 이송량을 제어할 수 있다.
통상의 메탄발효 공정에 있어서는 높은 pH와 암모니아가 메탄전환을 저해하기도 하지만, 펜톤처리공정에서는 소량의 산이 생성되기 때문에, 그 유량을 적절히 조절하게 되면 고온의 제 2 생물학적 처리조(103)의 pH를 적절히 유지하는 것이 가능하며, 상기 산에 의해 독성이 높은 암모니아(NH3)를 독성이 낮은 암모니아염(NH4 +)으로 전환할 수 있다.
제 2 생물학적 처리조(103)에서 메탄발효를 거친 슬러지는 반송부(104)를 통해 제 1 생물학적 처리조로 반송된다. 제 1생물학적 처리조(100)의 경우 중온(35℃)으로 유지하기 위해서는 에너지(가열)가 필요한데, 제 2생물학적 처리조(103)를 거친 고온(55℃)의 슬러지를 제 1생물학적 처리조(100)로 혼합시키기 때문에 단독으로 처리하는 중온 혐기소화의 경우 또는 반송시키지 않는 직렬형태의 2단 소화의 경우보다 에너지가 적게 소모됩니다.
본 발명의 한 실시양태에서, 상기 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조(100) 또는 고액분리장치(101)에서 메탄발효를 거친 유기성 슬러지의 일부를 인출할 수 있다.
생물학적 처리조에서 배출되는 소량의 잔사(소화슬러지)의 일부를 중온의 제 1 생물학적 처리조(100) 혹은 고액분리장치(101)에서 인발하는 것이 고온의 제 2 생물학적 처리조(103)의 슬러지보다도 탈수하기 쉽고, 탈수 약품의 사용량이 반감될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 개질처리조(102)에서 펜톤처리시 첨가한 철이온의 일부가 제 1 생물학적 처리조(100) 및 제 2 생물학적 처리조(103)로부터 유래된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 개질처리조(102)에서 펜톤처리시 첨가하는 철이온은 FeCl2나 FeCl3과 같은 2가, 3가 철이온(Fe2+,Fe3+)일 수 있다.
3가의 철이온을 사용하는 경우의 메카니즘은 확실히 밝혀지지 않았지만, 하기의 반응식 (1)에서 Fe3+이 과산화수소와 반응하여 Fe2+로 환원되는 속도가 매우 느리기 때문에 하이드록시 라디칼이 천천히 생성되며, 비교적 많은 고형물 슬러지와 반응하게 되는 것으로 추측된다.
H2O2 + Fe3+ --> H2O + H+ +Fe2+--------------반응식 (1)
처리하고자 하는 유기성 슬러지를 분해정도에 따라 분리한 후 유입 시킬 수 있는 경우, 분해가 비교적 쉬운 유기성 슬러지(예를 들면, 생슬러지)는 제 1 생물학적 처리조(100)로 유입시키되, 분해가 비교적 어려운 유기성 슬러지(예를 들면, 잉여슬러지)는 바로 제 2 생물학적 처리조(103)로 유입시킴으로써 메탄발효 효율을 높일수 있으며, 제 1 생물학적 처리조에서 소비되는 에너지를 줄일 수 있습니다. 본원 명세서 내에서 "생슬러지"라 함은 1차 침전지에서 나온 슬러지를 의미하며, "잉여슬러지"는 2차 침전지에서 발생하는 슬러지 중 반송되는 슬러지를 제외한 슬러지를 의미합니다. 일반적으로 생슬러지는 잉여슬러지보다 고형물 함량이 높기 때문에 생물학적 소화가 보다 쉽게 진행된다(하수도 시설기준, 2005 참고).
또한, 본 발명은 상기 슬러지 처리 방법을 적용한 장치를 제공한다.
본 발명은 (A) 유기성슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 1 생물학적 처리조(100); (B) 상기 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 고액분리장치(101); (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 개질처리조(102); (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 2 생물학적 처리조(103); 및 (E) 처리된 슬러지를 상기 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 반송부(104)를 포함하는, 유기성 슬러지 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시양태에서, 유기성 슬러지 처리 장치는 상기 제 1 생물학적 처리조(100) 또는 고액분리장치(101)로부터 유기성 슬러지 잔사의 일부를 인출하는 인출부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 유기성 슬러지 처리 장치로 처리하고자 하는 유기성 슬러지가 분해가 비교적 쉬운 유기성 슬러지(예를 들면, 생슬러지)와 분해가 비교적 어려운 유기성 슬러지(예를 들면, 잉여슬러지)의 혼합 유기성 슬러지인 경우, 상기 장치는 분해가 비교적 어려운 유기성 슬러지를 상기 제 2 생물학적 처리조(103)에 직접 유입시키기 위한 유입구를 추가로 포함할 수 있다. 상기 유입구는 제 2 생물학적 처리조(103)에 직접 구비되거나, 개질처리조(102)와 제 2 생물학적 처리조(103) 사이의 이송관에 구비될 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 펜톤처리와 고온-중온 메탄발효를 통한 유기성 슬러지의 처리
도 1에 개시한 바와 같은 장치에서 제 1 및 제 2 생물학적 처리조로서 유효용적 0.5 m3의 메탄발효조 2기(0.5 m3 + 0.5 m3)를 사용한 장치를 이용하여 펜톤처리에 의한 중온-중온 메탄발효(비교예 1), 펜톤처리에 의한 고온-고온 메탄발효(비교예 2), 펜톤처리에 의한 고온-중온 메탄발효(실시예 1) 및 펜톤처리를 수행하지 않은 통상의 메탄발효(참고예)의 4가지 공정으로 100일간 연속실험을 수행하였다. 실시예, 비교예 1 및 비교예 2는 각각 55℃+35℃, 35℃ 및 55℃에서 각각 펜톤처리를 수행하였고, 모든 실험예에서 슬러지당 반응하는 유효산소환산으로 0.015 g-O/g-VSS의 조건에서 실시하였으며, 하루에 10L의 소화슬러지를 연속적으로 개질하였다. 투입 슬러지는 하수처리장의 활성슬러지(20g-VSS/L)를 이용하였고, HRT(hydraulic retention time) = 50 d의 조건(20 L/d)으로 연속적으로 메탄 발효조에 공급하였다.
비교예 1은 운전 개시후 30일까지는 계속적으로 메탄가스 발생량이 증가하였고, 100일을 경과하면서 약 140 L/d의 값을 유지하였다. 슬러지 투입량은 400g-VSS/d로 VSS기준의 메탄전환율은 0.35 L-CH4/g-VSS로 산정되었다. 또한 반응조내의 용해성 BOD농도는 다소의 변동이 있지만 약 20 mg/L정도로 나타났다 (도 3 참조).
펜톤처리를 수행하지 않은 대조실험(참고예)에서 VSS기준 메탄전환율은 0.15 L-CH4/g-VSS에 머물러 펜톤처리에 의한 메탄전환율 향상은 분명하게 나타났다 (도 6참조).
한편 비교예 2에서는 운전 개시후 메탄가스 생성이 상승하는 패턴은 비교예 1과 동일하지만 메탄의 발생량은 매우 적었고 대조실험보다는 높지만 최대 약 100 L/d에 그쳤다. 비교예(1)과 비교하여 조내에 상당한 용해성 BOD성분이 잔존하고 있음이 확인되었다 (약1,800 mg/L)(도 4 참조). 따라서 이 고온-고온 조건에서는 하수 슬러지의 가용화는 매우 빠른 속도로 진행되었지만 BOD성분에서 메탄전환은 늦어지고 있어 이 단계가 속도결정단계임을 확인하였다.
이에 반해 펜톤처리에 의한 고온-중온 메탄발효를 수행한 실시예 1은 메탄가스의 발생은 비교예 1, 2보다도 빨리 일어났고, 발생량도 모든 실험중 최대치인 190L/d로 나타냈다. VSS기준 메탄전환율은 0.48 L-CH4/g-VSS로 산정되었다(도 5 참조). 일반적인 하수 슬러지 VSS의 원소조성(C5H7O2N)에서 계산되는 이론적 최대 메탄전환율은 0.50 L-CH4/g-VSS이기 때문에 이 조건에서 하수슬러지 유기물이 거의 완전히 바이오 가스로 분해된 것으로 생각된다. 이와 같은 성능이 얻어지는 원인은 초기단계 고온조에서 활성이 높은 고온산생성균에 의해 하수슬러지 및 펜톤처리 슬러지의 가용화가 고속으로 진행되고, 후단의 중온조에서 중온메탄생성균이 이것들을 고속으로 분해하고 있기 때문이다. 이것은 중온 메탄생성균이 고온산생성균의 대사물에 의해 저해 받지 않는 특징을 가지기 때문으로 생각된다.

Claims (6)

  1. (A) 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계;
    (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계;
    (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계;
    (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및
    (E) 상기 제 2 생물학적 처리조에서 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법.
  2. (A) 분해가 쉬운 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계;
    (B) 상기 제 1 생물학적 처리조 후단에 고액분리장치를 구비하여 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 단계;
    (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 단계;
    (D) 분해가 어려운 유기성 슬러지와 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조에서 메탄발효시키는 단계; 및
    (E) 처리된 슬러지를 다시 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건의 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고온형 혐기성 조건의 제 2 생물학적 처리조의 pH가 5.5 내지 7.5의 값을 갖도록 펜톤처리에 의해 개질된 슬러지의 이송량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 방법.
  4. (A) 유기성 슬러지를 20 내지 40℃의 중온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 1 생물학적 처리조;
    (B) 상기 제 1 생물학적 처리조로부터 배출되는 유기성 슬러지를 농축시키는 고액분리장치;
    (C) 상기 농축된 슬러지의 일부를 철이온 및 과산화수소를 이용하는 펜톤처리에 의해 개질시키는 개질처리조;
    (D) 개질된 슬러지를 40 내지 60℃의 고온형 혐기성 조건에서 메탄발효시키는 제 2 생물학적 처리조; 및
    (E) 상기 제 2 생물학적 처리조에서 처리된 슬러지를 제 1 생물학적 처리조로 반송시키는 반송부
    를 포함하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 장치가 분해가 비교적 어려운 유기성 슬러지를 상기 제 2 생물학적 처리조에 직접 유입시키기 위한 유입구를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유입구가 제 2 생물학적 처리조에 직접 구비되거나, 개질처리조와 제 2 생물학적 처리조 사이의 이송관에 구비되는 것을 특징으로 하는, 유기성 슬러지의 생물학적 처리 장치.
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