도계장에서 발생하는 폐수와 탈수케이크의 바이오가스 잠재량 평가

• Published in: Daehan hwan'gyeong gonghag hoeji Vol. 46; no. 8; pp. 438 - 449
• Main Authors: 허재필(Jae Pil Heo), 신주희(Juhee Shin), 이명은(Myoung Eun Lee), 신승구(Seung Gu Shin), 박진미(Jin Mi Triolo)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한환경공학회 01.08.2024
• Subjects: 환경공학; slaughterhouse waste; 탈수케이크; poultry wastewater; sludge cake; 도계 폐수; biogas; anaerobic digestion; 혐기소화; 바이오가스; 도축 폐기물
• ISSN: 1225-5025; 2383-7810
• DOI: 10.4491/KSEE.2024.46.8.438

목적:도계장에서 발생하는 유기성 폐기물(도계 공정 폐수 및 자체 수처리 시설에서 얻은 탈수케이크)의 혐기소화를 통한 자원화 가능성을 평가하기 위해 성상 분석과 생화학적 메탄 잠재량 평가(biochemical methane potential; BMP)를 수행하였다. 방법:기초 성상(총 고형분, 알칼리도 등), 총 질소/암모니아 질소, 원소 분석(조대 원소 및 미량원소)을 수행하여 시료의 특성을 파악하고, 이론적 메탄 잠재량을 계산하였다. BMP 테스트를 통해 실험적 메탄 잠재량을 산출하고, modified Gompertz 식을 사용하여 생장지체기(λ), 최대 메탄 생산율(CH4 mL/g VS/d) 등을 도출하였다. 결과 및 토의:폐수는 낮은 유기물 농도(1.79g VS/kg; 3.74g COD/L)를, 탈수케이크는 높은 고형물 함량(TS 170.8 g/kg)과 유기물 농도(131.5g VS/kg; 220g COD/L)를 보였다. 원소 분석 결과, C/N 비율은 탈수케이크가 9.17, 폐수가 8.24로 높은 질소 함량을 나타냈다. BMP 테스트 결과, 폐수의 메탄 수율은 234mL/g VS (477mL/wet kg), 탈수케이크의 메탄 수율은 346NmL/g VS (44.8L/wet kg)로 나타났다. 회분식 메탄 생산은 modified Gompertz 모델로 성공적으로 모사되었으며, 폐수의 경우 생장지체기는 7.5일, T80(총 메탄의 80%를 생성하는 데 걸리는 시간)은 21일, 탈수케이크의 경우 생장지체기는 2.4일, T80은 14일로 도출되었다. 결론:도계장에서 발생하는 폐수와 탈수케이크는 혐기소화 기질로서 활용 가능성이 크다고 판단되었다. 하지만 폐수는 유기물 함량이 낮고, 탈수케이크는 유기물 함량이 높지만 낮은 함수율과 높은 암모니아 함량을 가지고 있다. 따라서 이 둘을 병합소화하거나, 탈수슬러지를 질소 함량은 적고 수분 함량은 높은 다른 기질과 병합소화하는 것이 적절할 수 있다. 본 연구 결과는 도계장 폐기물의 혐기소화에 대한 기초자료로 활용 가능하며, 추후 병합소화와 연속공정에 대한 후속 연구가 필요할 것으로 보인다. Objectives:This study evaluates the potential for resource recovery through anaerobic digestion of organic waste generated in a poultry slaughterhouse, specifically focusing on poultry slaughterhouse wastewater and sludge cake obtained from in-house wastewater treatment. Methods:Basic characteristics (total solids, alkalinity, etc.), total nitrogen/ammonia nitrogen, and elemental analysis (macro and trace elements) were performed to determine the properties of the samples and calculate theoretical methane potential. Experimental methane potential was determined through BMP tests, with parameters such as lag period (λ) and maximum methane production rate (CH4mL/g VS/d) obtained using the modified Gompertz equation. Results and Discussion:The wastewater exhibited low organic matter concentration (1.79g VS/kg; 3.74g COD/L), while the sludge cake showed high total solids content (TS 170.8g/kg) and organic matter concentration (131.5g VS/kg; 220g COD/L). Elemental analysis revealed that the C/N ratio was 9.17 for the sludge cake and 8.24 for the wastewater, indicating high nitrogen content. Methane production modeling using the modified Gompertz equation revealed a lag period of 7.5 days and T80 (time to produce 80% of total methane) of 21 days for wastewater, and a lag period of 2.4 days and T80 of 14 days for sludge cake. Conclusion:Wastewater and sludge cake from poultry slaughterhouses show significant potential as substrates for anaerobic digestion. However, the wastewater has low organic matter content, and the sludge cake, while high in organic matter, has low moisture and high ammonia levels. Therefore, it may be appropriate to co-digest these two substrates, or to co-digest the sludge cake with other substrates that have low nitrogen content and high water content. These findings provide fundamental data for the anaerobic digestion of slaughterhouse waste and highlight the need for further research on co-digestion and continuous processes. KCI Citation Count: 0