혐기성 소화에 영향을 미치는 요인들

온도, pH, 영양소 및 유독성 물질의 농도 등 생물학적 작용에 영향을 미치는 환경적 요인들은 혐기성 소화작용 내에서 외부의 조정에 의해 결정된다. 혐기성 소화작용 중 슬러지 소화와 메탄가스 생성에 대한 기록에 의해 최대의 메탄가스를 발생하는 최상의 조건 및 한계조건에 대한 연구 결과가 있다.

온도

미생물이 견딜 수 있는 한계온도 내에서 화학적 또는 생화학적 반응의 속도나 박테리아의 성장속도는 온도와 비례해서 증가한다. 미생물은 각각의 종에 따른 단백질 분자의 열안정성에 근거한 명확한 범위의 온도 내에서는 최적의 성장과 신진 대사율을 나타낸다. 다른 종의 박테리아는 온도의 변화에 대해서 질적으로는 유사하게, 그러나 양적으로는 다른 방향으로 반응한다. 결과적으로 하나의 온도에서 배양된 바이오매스는 다른 온도에서 배양된 것과는 다른 박테리아종의 균형을 가지기 쉽다. 특정한 온도에서 반응기 적용 시 작은 온도의 변화가 생기더라도 안정화시키는 데에는 많은 시간이 걸리게 된다. 결과적으로 미생물의 최고 성장률을 보여주는 온도의 유지보다는 일정한 온도의 유지가 더 중요하다.

메탄생성 박테리아는 소화작용을 하는 다른 미생물보다 온도변화에 더 민감하다. 이것은 낮은 온도에서도 실질적인 신진대사 작용을 할 수 있는 발효체와 같은 그룹의 더 빠른 성장속도에 원인이 있다. 혐기성 소화의 이상적인 소화작용은 35도와 55도에서 나타난다. 호열 혐기성소화는 전통적인 중온혐기성소화보다 여러 가지 장점들을 가지고 있다. 증가된 메탄생성속도, 감소된 유체 점도, 감소된 바이오매스 형성, 증가된 유기물의 바이오가스로의 전환, 증가된 병원체 비활성화 등이 그것이다.

pH

대부분의 미생물은 중성의 pH상태에서 가장 잘 성장한다. 다른 pH상태는 엔자임 반응에 의한 화학적 평형의 파괴나 엔자임의 파괴에 의해 신진대사에 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 메탄생성 박테리아는 대부분 pH에 민감하다. 만약 pH에 민감하다. 만약 pH가 6 이하로 내려가면 메탄생성 박테리아의 활동이 억제되고 소화조 내에 휘발성 산이 축적된다. 중요한 양이온으로써, 염화이온의 이산화탄소와 중탄산염이온의 평형은 완충능으로 알려진 pH변화에 대한 실질적인 저항력을 나타낸다. 수계에서 이산화탄소는 수소와 중탄산염 이온을 공급하기 위해 해리하는 탄산과 평형을 이룬다. 혐기성 반응기는 암모니아 오트로인산 그리고 휘발성산으로 이루어진 산-염기 시스템(acid-base system)을 포함하고 카보네이트 시스템(carbonic acid system)은 pH를 결정함에 있어서 가장 중요하다. 이산화탄소와 암모니아는 둘 다 혐기성 소화의 부산물이다. 용액 내의 중탄산염의 농도가 높아질수록 pH변화에 대한 저항력과 완충능력은 더 커진다. 또한 혐기성 반응기의 pH는 시스템의 물리학적 및 화학적 성질에 의해서 뿐만 아니라 미생물의 신진대사 활동에 의해서도 결정된다.

황화물(Sulphide)

황화물은 혐기성 반응기 내에 유입수의 황화물 제거나 단백질 분해에 의해서 생성된다. 용해성 황화물의 농도가 1L당 200mg을 초과하게 되면 메탄생성 박테리아의 신진대사가 현저하게 감소하게 될 것이고 이것은 프로세스의 실패로 연결된다. 황화물, 철과 같은 금속을 첨가한 고불용성 침전물의 중금속은 용해성 황화물의 농도를 낮추는 쉬운 방법이다. 황화물은 소화조 내의 가스상(biogas)에서도 생성될 수 있다. 다시 말해 용해성 황화물의 농도는 액상의 pH, 중금속의 존재 유무, 그리고 가스상의 구성에 의해 결정된다.

중금속(Heavy metals)

중금속은 매우 낮은 온도에서는 혐기성 박테리아 중식에 유해하다. 이러한 치명적인 유독성에도 불구하고 오직 용해성 금속만이 이러한 영향을 미치고 용해 농도는 황화물과 침전반응을 통해서 유해성이 없는 범위의 수치까지 떨어지게 되므로 중금속은 혐기성 반응기 내에서 문제를 발생하지 않는다. 만약 자연적으로 생성되는 황화물이 중금속의 유독성을 중화할 만큼 충분하지 못하면 황산 제1 철을 첨가하여 보충해야 한다.