Anaerobic Organic Wastewater Treatment and Energy Regeneration by Utilizing E-PFR System

E-PER 반응기를 이용한 유기성 폐기물의 혐기성 처리와 재생에너지 생산에 관한 연구

Wastewater containing strong organic matter is very difficult to treat by utilizing general sewage treatment plant. but the wastewater is adequate to generate biomass energy (bio-gas; methane gas) by utilizing anaerobic digestion. EcoDays Plug Flow Reactor (E-PFR), which was already proved as an excellent aerobic wastewater treatment reactor, was adapted for anaerobic food wastewater digestion. This research was performed to improve the efficiency of bio-gas production and to optimize anaerobic wastewater treatment system. Food wastewater from N food waste treatment plant was applied for the pilot scale experiments. The results indicated that the efficiency of anaerobic wastewater treatment and the volume of bio-gas were increased by applying E-PFR to anaerobic digestion. The structural characteristics of E-PFR can cause the high efficiency of anaerobic treatment processes. The unique structure of E-PFR is a diaphragm dividing vertical hydraulic multi-stages and the inversely protruded fluid transfer tubes on each diaphragm. The unique structure of E-PFR can make gas hold-up space at the top part of each stage in the reactor. Also, E-PFR can contain relatively high MLSS concentration in lower stage by vertical up-flow of wastewater. This hydraulic flow can cause high buffering capacity against shock load from the wastewater in the reactor, resulting in stable pH (7.0~8.0), relatively higher wastewater treatment efficiency, and larger volume of bio-gas generation. In addition, relatively longer solid retention time (SRT) in the reactor can increase organic matter degradation and bio-gas production efficiency. These characteristics in the reactor can be regarded as "ideal" anaerobic wastewater treatment conditions. Anaerobic wastewater treatment plant design factor can be assessed for having 70 % of methane gas content, and better bio-gas yielding and stable treatment efficiency based on the results of this research. For example, inner circulation with generated bio-gas in the reactor and better mixing conditions by improving fluid transfer tube structure can be used for achieving better bio-gas yielding efficiency. This research results can be used for acquiring better improved regenerated energy system.

일반적 중 저농도형 하수처리시설을 통해서는 처리가 힘든 고농도 유기성 폐수의 경우 재생에너지 생산이 가능한 혐기성 분해로 처리하는 것이 유리하다. 기존 호기성 처리에서 이미 그 실용성과 우수성이 입증된 E-PFR을 혐기성 처리에 적용하여 그 효용성과 재생에너지 생산 효율 증대 효과 등을 검증하고, 효율적인 재생에너지 생산을 위한 조건 등을 제시하기 위한 연구를 수행하였다. N 음식물쓰레기 처리시설에서 발생하는 탈리액을 대상으로 수행한 Pilot Plant 규모의 실험 연구에서 반응기의 구조적 특성으로 인해 혐기성 분해의 효율 향상 및 메탄가스 발생량이 증가함을 확인하였다. 이러한 처리 효율의 향상은 유체 이동관과 각단을 분리하는 격벽을 설치한 E-PFR의 구조적 특성에 기인한 원활한 혼합조건 형성과 스컴제어로 혐기성 처리에 있어서도 매우 이상적인 반응 조건을 형성시키기가 용이하였기 때문이다. E-PFR은 상향류식 폐수 유입과 각 단별로 분리된 다단형 처리로 인해 폐수 유입 구역에는 상대적으로 높은 MLSS가 유지될 수 있으므로 충격부하에 대한 내성이 강하고, 전체적으로 혐기성 최적 pH인 7.0~8.0 정도를 유지하여 상대적으로 높은 가스 발생량 및 메탄가스 함량을 유지하는 것이 가능하였다. 뿐만 아니라, 각 단별로 각기 다른 MLSS를 유지시키면서 SRT를 상대적으로 길게 유지함으로써 유기물 분해 및 가스 발생 효율을 증가시키는 효과가 있었다. 향후, 반응기의 구조적 개선과 발생가스를 이용한 교반 효과 개선 등을 통해 메탄가스 함량 70 % 수준의 안정적 혐기성 분해가 가능한 실증 플랜트 설계가 가능할 것으로 판단되며, 이를 통해 한층 향상된 재생에너지 획득 시스템 확보가 가능할 것이다.