생물전기화학 혐기 소화조를 이용한 초음파 전처리가 적용된 하수 슬러지의 소화성능 평가

Abstract

목적:본 연구는 초음파 강도 및 시간에 따른 1차 하수슬러지(생슬러지)의 가용화도에 대한 비교 후 회분식 실험을 통해 미생물전기분해전지(Microbial electrolysis cell, MEC)의 운전성능을 조사하였다. 방법:초음파 처리에 따른 생슬러지의 가용화도에 대해 비교하기 위하여 1~4 W/mL energy density로 5~30분간 주사하였다. MEC 운전에서 대조군으로 전처리를 수행하지 않은 생슬러지와 실험군으로 3 W/mL energy density로 30분간 초음파 전처리된 생슬러지를 사용하였다. MEC 운전성능을 비교하기 위하여 바이오가스 생산량, 유기물제거 등을 분석하였다. 결과 및 토의:초음파 전처리에 따른 슬러지 가용화도 실험결과, 에너지효율을 고려할 때 3W/mL, 30분 조건이 최적인 것으로 나타났다. 메탄 생산에서 MEC 3W (초음파 전처리를 수행한 MEC)가 1, 3 사이클에서 평균 4,790 mL/L로 MEC (전처리를 수행하지 않은 MEC) 243 mL/L 더 많이 생산되었다. Modified Gompertz model을 통한 모델분석에서 lag phase는 MEC 3W가 0.46일로 MEC에 비해 0.12일 길었으나 최대 메탄 생산속도가 938 mL/L/day로 더 높았다. 유기물 제거율은 MEC 3W가 대조군에 비해 TS는 1.8%, VS는 2.4%, COD는 2.0% 각각 더 높았다. 메탄 수율은 377.4 mL/g VSin으로 초음파 전처리를 수행하지 않은 MEC에 비해 0.4% 높았다. 결론:MEC에서 초음파전처리한 슬러지를 기질로 사용하여 메탄가스 발생량과 유기물 제거율의 증가가 가능하였다. 향후 전처리가 적용된 하수슬러지를 기질로 하여 최고의 운전성능을 보여주기 위한 최적의 전처리 방법을 찾는 후속 연구가 필요하다.