혐기성 소화조의 운전

운전 효율 지표

소화조 내 불안정을 확실하게 나타내는 유일한 인자는 없기 때문에 다양한 지표가 동시에 고려되어야 한다. 가장 효과적인 인자는 휘발성 유기산 농도, 중탄산염 알칼리도, pH와 메탄생성률이다.

• 휘발성 유기산 농도 : 1L당 200~400mg의 농도가 좋은 소화상태를 나타내는 것으로 종종 인용되지만, 휘발성 유기산의 농도는 그의 시간에 따른 변화율보다는 중요하지 않다. 농도는 메탄생성균과 비메탄생성균의 군집수에 의하여 영향을 받는다. 유기산 농도의 급격한 증가는 메탄생성균의 성장지체 혹은 산생성 박테리아의 활성증가를 나타낸다. 역으로 급격한 감소는 메탄생성균이 활성화되었거나 비 메탄생성균이 선택적으로 성장에 방해를 받았다고 볼 수 있다. 유기산 종류에 관한 지식은 도움이 될 수 있는데 예를 들면 프로피온산 농도가 1L당 1000mg 이상으로 높으면 시스템에 방해요소로 작용해 추가적인 문제를 일으킬 수 있다. 다른 유기산의 농도는 pH가 7.0 수준을 유지한다면 별 문제없다. 일반적으로 문제는 반응조의 불안정으로부터 발생하는 것이지 문제 자체가 불안정의 원인이 아니다.
• 중탄산염도 : 중탄산염도는 시스템의 완충능을 측정하는 것이다. 시스템이 적당한 알칼리도를 가지고 있다면 pH의 큰 변화 없이 유기산 농도의 변이를 제어할 수 있기 때문에 중탄산염도의 측정은 중요하다.
• 메탄생성률 : 메탄생성률은 메탄생성균의 대사능력이 직접적인 측정임과 동시에 소화조의 효율을 진단하는 유력한 인자이다. 메탄생성률은 기질의 구성, 기질 부하율에 비례하지만 이의 빠른 변화는 메탄생성균에 문제가 발생했음을 나타낸다. 장기간 저감추세는 분명히 문제를 나타낸다. 가스구성비와 가스생성률은 혐기성 반응조의 안정성을 나타내는 데 사용되는 또 다른 인자이다.

소화조 거품

소화조 운전에서 일반적인 문제 중 하나가 거품 발생이다. 이는 실모양의 균류에 의해 발생한다. 활성슬러지 공정과 연계된 점성 있고 안정한 갈색의 거품은 폐활성슬러지를 공급받는 혐기성 소화조에서도 나타난다. 소화조 유입물에 함유될 수 있는 천연/합성세제, 기름, 유지, 단백질, 지질, 중합체, 식물성수지와 알칼리염 또한 거품발생을 일으킬 수 있다. 추가적으로 온도변화, 간헐적 가스교반, 산업폐기물 무단유입과 소화고형물의 재순환이 소화조 거품발생을 일으킬 수 있다. 소화조 거품은 다음과 같은 심각한 문제를 유발한다.

부유덮개 모서리 둘레로 거품이 월류 하는 현상

소화조 내 배양 미생물 활성도 저하

• 약취 문제
• 소화조 덮개 차양
• 가스교반 시설 장애
• 가스수집시설의 오염 및 폐쇄
• 소화조 고형물 역전 현상
• 슬러지 순환펌프의 가스 구속
• 고형물 처분 공정 중단
• 소화조의 부분적 비움 후 잔존 바이오매스의 과부하로 인한 소화조 불능상태

다양한 제어/측정기술이 소화조 문제를 줄이기 위하여 제안되어 왔다. 물리적인 방법은 부유덮개를 고정덮개로 교체, draft-tube 교반기로 소화조 개선, 적합한 수준의 연속공정이 보장되는 고효율 가스순환펌프 설치, 소화조 내 슬러지 저류높이 저하, 기계적 거품제거장치 및 소화조 가스관에 물분무식 세정장치 설치를 포함한다. 거품은 활성슬러지의 운전방법에 의하여 제어될 수 있는데 예를 들면 슬러지 연령을 6일 이하로 감소하거나 활성슬러지 부하율을 증가시킴에 따른 성장률 제한이 있다.

세포용해와 세포 물질 가수분해의 촉진이 가능한 생화학적 환경을 제공하는 소화시스템의 적용이 바람직하다. 이와 같은 생화학적 환경은 거품발생을 유발하는 지질 및 중합체 성분의 가수분해 또한 촉진시킨다. 이상 소화, 온도영벽별 혐기성 소화, 전처리 방법과 같은 세포물질의 가수분해를 일으키는 소화 방법은 소화조 내 거품생성 문제를 완화시킬 수 있을 것으로 기대된다.