하수 슬러지 관리를 위한 혐기성 소화

슬러지 처리 시설은 하수 슬러지를 처리, 감소 및 활용하기 위해 한 세기 이상 혐기성 소화 과정을 사용해 왔습니다. 아래는 혐기성 소화와 그 제품 및 이점에 대한 입문서, 소화조의 공정 및 유형에 대한 개요, 폐수 및 슬러지 산업에서의 관련성에 대한 소개입니다.

무엇 is 혐기성 소화?

혐기성 소화(AD)는 미생물이 산소가 없는 상태에서 하수 슬러지, 분뇨, 음식물 쓰레기 등의 유기물을 분해하는 일련의 생화학적 단계로, 주로 메탄과 이산화탄소와 같은 가스와 소화물이라고 하는 유기 습식 혼합물 또는 잔류물을 생성합니다. 혐기성 소화는 음식물 및 기타 유기 폐기물을 처리하거나 안정화시키고, 매립되는 폐기물의 온실가스 배출을 줄이며, 바이오가스 형태의 재생 에너지를 추출하는 데 사용됩니다.

혐기성 소화 공정은 분뇨, 에너지 작물 및 농업 산업 폐기물을 처리하기위한 농업 산업을 포함한 다양한 산업에 의해 활용됩니다. 식품 가공 폐기물, 도축장 폐기물, 펄프 및 종이 주류 및 생화학 폐기물을위한 식품 및 제조 산업; 도시 유기 폐기물 및 하수 슬러지 처리 또는 관리를위한 폐기물 및 폐수 산업.

알칼리성 안정화 (일반적으로 석회의 첨가), 호기성 소화, 퇴비화 및 자가열 고온성 소화와 같은 혐기성 소화 외에도 슬러지에 대한 다른 안정화 과정이 있다는 점에 유의해야합니다. 그러나 혐기성 소화는 재생 가능 에너지를 생산하고 슬러지 또는 유기물의 양을 줄인다는 점에서 가장 지속 가능한 옵션 중 하나로 간주됩니다.

유기 폐기물의 혐기성 소화의 두 가지 주요 부산물은 다양한 방법으로 사용될 수 있습니다.

바이오 가스

바이오 가스는 주로 메탄과 이산화탄소이며 소량의 다른 가스와 수증기가 있습니다. 그것은 그것의 상업적 가치를 증가시키기 위하여 단지 바이오 메탄으로 정제되거나 정제될 수 있다. 바이오 가스는 재생 가능 에너지 원으로 간주되며 연료로 사용하거나 열 및 / 또는 전기를 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 하수 산업의 경우, 슬러지에서 생산 된 바이오 가스를 사용하여 폐수 처리의 에너지 비용을 상쇄 할 수 있습니다. 

소화

폐수 또는 하수 산업에서 소화조 또는 소화 슬러지는 종종 '바이오 고형물'이라고 불리며, 폐수 처리장 운영 비용의 약 40%에 달할 정도로 관리 비용이 큰 비중을 차지합니다.

혐기성 소화기 란 무엇입니까?

혐기성 소화조는 혐기성 소화 시스템 (바이오 가스 시스템이라고도 함)의 주요 구성 요소이며 혐기성 소화가 일어나는 구조입니다. 이러한 시스템은 처리될 공급 원료의 유형, 사용 가능한 공간 및 원하는 최종 제품에 따라 다양한 구성 및 다양한 유형의 장비를 사용하여 만들 수 있습니다.

산업 전반에 걸쳐 사용되는 혐기성 소화조에는 다양한 유형이 있으며 주로 원자로의 엔지니어링 설계와 소화조 탱크 또는 용기의 설계라는 두 가지를 기반으로 분류 할 수 있습니다.

노르웨이의 공동 소화 공장의 원통형 혐기성 소화기

소화조의 각 유형에는 장단점이 있으며, 소화 할 재료의 성격과 양뿐만 아니라 지원 인프라가 시설에 가장 적합한 소화조를 선택하는 데 필수적이라는 점에 유의해야합니다. 일부 소화조는 석호와 돔 소화조와 같은 모니터링이 거의 필요하지 않습니다. 다른 사람들은 온도 투과기와 같은 더 정교한 모니터링 장비와 휘발성 지방산 (VFA), 온라인 건조 고형물 (DS) 및 알칼리도와 같은 첨단 모니터가 필요합니다.

혐기성 소화와 관련된 단계는 무엇입니까?

혐기성 소화 과정에서 일어나는 네 가지 주요 단계가 있으며, 이들은 가수분해, 산생, 비구형성 및 메타노제네시스이며, 모두 산소가 없을 때 다양한 미생물 군집에 의해 수행됩니다. 이것들은 소화기 내에서 일어나는 주요 생화학 반응이지만, 아래에서 논의되지 않은 소화조에서 발생하는 다른 생화학 적 반응이 있다는 점에 유의해야합니다.

• 단계 1: 가수분해 – 유기 공급 원료는 미생물을위한 사료로 사용할 수있게되기 전에 접근 / 분해되어야하는 화합물을 포함합니다. 단백질, 탄수화물 (다당류) 및 지질과 같은 복잡한 중합체는 먼저 더 단순한 형태로 분해되어야합니다. 소화조 내의 폴리머의 이러한 "분해"는 일반적으로 소화조의 가수분해 박테리아에 의해 분비되는 가수분해 효소라고 불리는 효소를 통해 발생합니다.

  가수분해는 종종 혐기성 소화의 속도 결정 단계라고하며, 이는 가장 느린 단계이며 공급 원료가 소화조에 머무를 시간을 결정하는 데 큰 역할을합니다. 이것이 열 처리와 같은 혐기성 소화를위한 전처리 방법이이 단계를 최적화하는 데 중점을 두는 이유입니다 (아래의 고급 혐기성 소화 섹션 참조).

  산성 발생과 아세토제네시스 단계는 다음에 동시에 일어납니다.

• 2 단계 : 산성 생성 (발효) - 이 단계에서 소화조에 존재하는 산성 또는 발효 박테리아는 가수분해 생성물 중 일부를 흡수하여 프로피오네이트, 부티레이트 및 알코올과 같은 중간 휘발성 지방산 또는 VFA (단쇄 휘발성 유기산이라고도 함)를 만듭니다. 

  하수 슬러지와 같은 단백질이 많은 공급 원료는 또한 아미노산의 분해로 인해 암모니아를 많이 생산하므로 혐기성 소화가 더 어려워지는 것으로 알려져 있습니다. 암모니아 외에, 이산화탄소 및 황화수소와 같은 다른 가스가 생성될 수 있다.

• 3 단계 : 아세토 제네시스 - 아세테이트는 수소 및 이산화탄소와 함께 산성 발생시 단쇄 / 휘발성 지방산으로 형성됩니다.

• 4 단계 : 메타 노 제네시스 - 소화조의 메타 노겐 미생물은 산생 및 아세토 제네시스 (아세테이트, 수소 및 이산화탄소)에서 생성 된 접근 가능한 중간체를 소비하여 메탄을 생산합니다. 이것은 주로 두 가지 경로를 통해 발생합니다 : acetoclastic methanogenesis와 hydrogenotrophic methanogenesis. 메탄 외에, 이 마지막 단계에서 생산된 두 번째로 가장 풍부한 가스의 이산화탄소.

혐기성 소화는 하수 슬러지 처리에 어떻게 사용됩니까?

하수 슬러지를 처리하는 폐수 처리장은 슬러지의 안정화 또는 처리 방법으로 혐기성 소화를 사용할 수 있습니다. 안정화 과정은 주로 냄새와 슬러지의 부패를 줄이면서 유해한 미생물의 수를 줄입니다. 혐기성 소화는 또한 바이오 솔리드의 양을 줄이고 식물을위한 바이오 가스를 얻습니다. 최종 슬러지 또는 바이오솔리드의 환원은 슬러지가 바이오가스로 전환되기 때문에 발생한다.

치료 흐름에서 혐기성 소화는 어디에 배치됩니까?

슬러지는 1차 및 2차 폐수 처리 (또는 활성 슬러지 공정) 및 농축 후 혐기성 소화 시스템으로 유입됩니다. 혐기성 소화가 완료된 슬러지(이 시점에서는 바이오고형물 또는 소화물이라고도 함)는 일반적으로 최종 처리 방법 전에 탈수됩니다.

하수 슬러지 관리를위한 혐기성 소화의 이점과 한계는 무엇입니까?

혐기성 소화에는 여러 가지 이점이 있습니다. 많은 폐수 시설 또는 지방 자치 단체가 다음을 달성하는 데 도움이되지만 몇 가지 제한 사항이 있습니다.

• 혐기성 소화는 슬러지의 병원균 (기생충, 바이러스 등)을 감소시킵니다. 병원체 감소는 선택된 최종 처리 방법에 대한 규제 요건을 충족시키기 위한 우선순위 순서일 수 있다. 예를 들어, 일부 국가에서의 혐기성 소화는 농업 비료, 토양 조절기, 토양 개질 또는 기타 토양 제품으로서 바이오솔리드의 사용을 허용하기에 충분하다. 이것은 재료에 고유 한 질소, 인 및 기타 유기 물질을 사용합니다.

  그러나 모든 혐기성 소화 시스템, 특히 추가 처리 방법 없이 사용될 경우, 병원균을 충분히 감소시켜 유해 박테리아가 최종 바이오솔리드 제품에서 재성장하지 않도록 할 수 있는 것은 아니다.

• 혐기성 소화는 일반적으로 추가 처리를 통해 열이나 전기를 공급하는 데 사용할 수있는 바이오 가스를 생산합니다. 또한 생성 된 바이오 솔리드의 냄새를 감소시킵니다.

  그럼에도 불구하고, 오늘날의 혐기성 소화 시스템에서의 바이오 가스 추출은 매우 비효율적입니다. 소화조의 유기 물질 분해가 최적화되지 않을 때 충분한 에너지가 최종 제품에 갇혀 남아있을 수 있습니다. 이는 공정 중에 포획될 수 있는 메탄 및 이산화탄소가 나중에 더 분해될 때 바이오솔리드 물질을 빠져나갈 수 있음을 의미한다. 이것이 야외 (예 : 매립지) 또는 소각 시설에서 발생하면 배출량이 기후 문제에 추가됩니다. 바이오 솔리드 제품은 또한 물질을 취급하는 것을 불쾌하게 만들기에 충분히 더러운 냄새를 유지합니다.

• 혐기성 소화는 최종 바이오솔리드 부피를 줄여 운송/추가 처리 비용에 영향을 미칩니다.

  불행히도, 추가 처리가없는 대부분의 혐기성 소화 시스템은 최종 탈수 후에도 물질 내에 많은 물이 갇혀 있기 때문에 여전히 많은 양의 바이오 솔리드를 생산합니다. 여기에서 슬러지 탈수에 대해 알아보십시오.

충분한 소화 능력을 갖춘 전 세계 폐수 처리 시설은 또한 혐기성 소화를 사용하여 하수 슬러지와 다른 유기물의 조합을 소화합니다. 이것을 "공동 소화"라고합니다. 하수 슬러지는 식품 가공 산업에서 생산되는 일반적인 고강도 액체 유기 폐기물 인 지방, 오일 및 그리스 (FOG) 및 가정용 또는 산업 식품과 같은 기타 유기 고형 폐기물과 함께 공동 소화 될 수 있습니다. 공동 소화는 별도의 폐기물 흐름을 처리하기 위해 광범위한 인프라를 구축 할 필요없이 식품 또는 유기 폐기물을 에너지 자원으로 사용할 수있는 추가 이점을 제공합니다.

고급 혐기성 소화란 무엇입니까?

Advanced Anaerobic Digestion (AAD)은 더 높은 휘발성 고형물 감소를 통해 더 높은 품질의 바이오 솔리드 (종종 미국 환경 보호국 표준에 의해 클래스 A라고 함)와 더 많은 바이오 가스를 생성하도록 변형 될 때 혐기성 소화를 설명하는 데 사용되는 용어입니다. AAD를 달성하는 수정에는 열성 혐기성 소화, 단계적 열성 혐기성 혐기성 소화, 단계적 중수성 혐기성 소화, 산/가스 위상 혐기성 소화 및 온도 단계 혐기성 소화()가 포함됩니다.

고급 혐기성 소화를 달성하는 전처리도 있습니다. 그들은 열적, 물리적, 화학적 또는 전기 전처리로 분류됩니다. 이 중 중온성 혐기성 소화를위한 전처리로서의 열 가수분해는 전 세계 식물에서 점점 더 많이 사용되기 때문에 두드러집니다.

가수분해는 실제로 실제 혐기성 소화 과정의 첫 번째 단계라는 것을 기억하십시오. 전처리 시스템에서이 단계를 최적화하고 신속하게 처리함으로써 혐기성 소화의 이점이 향상되고 추가적인 이점이 있습니다. 예를 들어, 열 가수분해는 기존의 소화에 비해 최대 50% 더 많은 바이오가스, 최대 50% 더 많은 바이오솔리드 감소, 증가된 소화 능력을 제공한다. 현재까지 130 개 이상의 공장에서 사용 된 방법이며 혐기성 소화 전에 영국 폐수 슬러지의 50 % 이상을 전처리하는 데 이미 사용되고 있습니다. 열 가수분해에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하십시오.