열수가압 전처리에 따른 바이오매스 탈리액을 적용한 ASBR공정에 관한 연구

Abstract

현재 관심이 높아지고 있는 신 ․ 재생에너지 가운데 바이오매스는 고갈되어 가는 화석자원의 대체자원으로서 대기 중으로 이산화탄소를 배출하지 않고 재생산이 가능할 뿐만 아니라 환경 친화형 자원으로 각광받고 있다. 그 중 목질계 바이오매스 중 펄프나 제지공장에서 화학적 처리를 하는 과정에서 생성되는 주요한 난분해성 물질인 리그닌은 제지폐수의 생물학적 처리에 어려움을 초래하며, 그 함량이 높을 경우에는 혐기성 소화에서 억제 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 현재 하루 발생량은 1,900 ton정도 이지만 향후 목질계 바이오매스로부터 연료 및 유용한 화학물질을 생산과정에서 발생하는 리그닌은 계속적인 증가가 예상된다. 하지만 런던협약 ’96의정서의 발효로 2012년부터는 유기성폐기물의 해양 투기가 전면 금지됨에 따라 리그닌의 처리방법에 대한 해결방안이 시급한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 리그닌과 하수슬러지 처리방법으로 열수가압 전처리를 통해 생성된 리그닌 탈리액과 하수슬러지 탈리액을 이용한 혐기성 소화 실험을 실시하였다. 또한 이를 통해 바이오가스를 회수하고 혐기성 소화의 효율을 평가하였다. 혐기성 소화공정은 처리주기에 고액분리 과정이 포함되어 있어 미생물을 고농도로 확보하고 반응조 내 슬러지 체류시간을 길게 유지시킬 수 있는 ASBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor)공정을 채택하여 실험하였다. ASBR공정은 세 가지 기질 - 글루코스, 리그닌 탈리액과 하수슬러지 탈리액을 이용하여 평가하였다. 실험 결과는 리그닌 탈리액과 하수슬러지 탈리액의 휘발성 고형물(Volatile Solid ; VS)당 용존화학적 산소요구량(Soluble Chemical Oxygen Demand ; SCOD)양은 글루코스보다 크다는 것을 확인하였으며 각각의 기질이 주입된 반응조에서의 유기물 제거량은 글루코스가 약 30%로 리그닌 탈리액과 하수슬러지 탈리액에 비해 높게 나타났지만 탈리액 역시 하루당 20~30%의 유기물 제거율을 나타내고 있기 때문에 혐기성 소화에 충분히 적용 가능하다고 판단된다. 혐기성 미생물의 유출을 줄이기 위한 ASBR공정의 채택으로 운전기간 동안에 모든 반응조에서 VS의 농도를 55~60%로 유지하는 것으로 나타났다. 따라서 ASBR공정은 반응조의 혐기성 미생물을 고농도로 유지하는데 유용하다고 사료된다. 리그닌 탈리액과 하수슬러지 탈리액에서 발생된 바이오가스의 메탄구성비는 각각 53.5%와 50.5%로 글루코스의 51%와 비슷한 수준을 나타냈기 때문에 메탄구성비만으로는 충분히 탈리액의 혐기성 소화 적용이 가능하다고 평가할 수 있다.