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Pre and post-treatment of anaerobic digestion process using hydrodynamic cavitation = 수리학적 공동현상을 이용한 혐기성 소화 공정 전ㆍ후처리 적용
서명 / 저자 Pre and post-treatment of anaerobic digestion process using hydrodynamic cavitation = 수리학적 공동현상을 이용한 혐기성 소화 공정 전ㆍ후처리 적용 / Gwangtaek Lee.
저자명 Lee, Gwangtaek ; 이광택
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

Low biodegradation of large compounds in hydrolysis step of anaerobic digestion (AD) stands an issue, thus many pretreatments were executed; physical treatments and chemical treatments were adequate to sludge degradation. Hydrodynamic cavitation (HC) was suitable in a powerful and effective manner for sludge disintegration, and performed simultaneously with alkaline catalyst addition; NaOH for pH adjustment was used and disintegration degree (DD) had 48.4%, HC alone 11.9% and alkaline-only 16.2%. $CH_4$ production was positively influenced with pH increase and the largest amounts of accumulated methane production was 80.7 ml/g $COD_{added}$ at pH 11. However, in such a way that followed by AD, it has the possibility to release high levels of N and P, thus unique status of HC was utilized with struvite precipitation. The highest phosphate removal efficiency was observed at pH 10 with HC, that was twice more than the simple stirring method $(63 mg PO_4^{3-}/L by simple stirring and 150 mg PO_4^{3-}/L by HC)$. It was concluded that HC was both-sided beneficial method when waste sludge needs pre or post-treatments. Livestock wastewater (LW) contains high level of organic compounds and treated by AD. However, high level of ammonia in LW inhibited acidogenesis, resulting in lower digestive ability. Ammonia stripping is one of the positive solution. This process just used for stripping ammonia from the influent, but ammonia stripping combined with HC is expected to provide another benefit. Sludge effectively decomposed by HC (first study), and this method create an atmosphere for intensive ammonia stripping; but actually air supply have to be produced. Temperature in liquid increased up to $90^\circ C$ because of continuous cavities collapse. The highest ammonia removal rate was 89% at pH 11 in 90 min, and this result is remarkably improved result compared to other studies. Ammonia also recovered by two successive strong acid bathes. Therefore, application of HC to wastewater treatment both-side profitable method when LW was treated for AD

혐기성 소화공정에서 가수분해가 율속단계에 해당하는데, 큰 유기물들이 작은 분자들로 전환되는데 길게는 45일정도로 긴 시간이 소요된다. 이 문제를 해결하기 위한 방법들이 현재 주요한 쟁점 중 하나이며, 물리적 처리, 화학적 처리와 같은 여러 방법들이 적용되고있다. 슬러지 분해에 적합한 환경을 제공하는 수리학적 공동현상이 슬러지를 분해하는데 적절한 방법 중 하나일 것으로 예상되며, 본 연구에서는 알칼리 촉매를 주입시켜 복합 형태의 전처리 실험이 진행되었다. 염기성 처리만 진행한 경우 분해 효율이 16.2%, 수리학적 공동현상으로만 진행할 경우 11.9% 였으며, 두 전처리방법을 복합 시킨 물리화학적 전처리를 진행 할 경우 48.4% 정도로 시너지효과를 보였다. 이 물리화학적 전처리의 결과로 pH 11조건의 처리의 경우 축적된 메탄생성량이 80.7ml/g $COD_{added}$ 정도로 가장 높은 양을 보였다. 그러나 혐기성 효율을 증진시킬 수 있는 반면에 높은 농도의 질소와 인을 배출할 가능성이 있다. 따라서 수리학적 공동 현상을 유출수에서의 질소와 인을 제거하기 위하여 스트루브석 침전 공법과 결합시켜 비료로 활용할 수 있는 광물을 침전 및 회수 하였고, 교반법 보다 약 2배이상 높은 인산염 제거 효율을 보였다. 유기물 부하가 높은 축산분뇨와 같은 유입수들은 생물학적 호기반응조 없이 바로 혐기성 소화조에서 처리가 되는데, 이 때 높은 농도의 암모니아는 산생성단계에서 미생물들이 활성을 저해시킨다. 암모니아 탈기법이 이를 해결할 수 있는 방법 중 하나인데 이 공법은 오로지 암모니아 탈기에만 초점을 두기 때문에 그다지 큰 이점은 없다. 하지만 수리학적 공동현상을 결합시킨 암모니아 탈기법은 암모니아를 제거 및 회수함과 동시에 유입수 슬러지 또한 효율적으로 용해시킬 수 있다. 유입수 슬러지를 제거하기위해 염기 조건을 맞추고 수리학적 공동현상을 이용하여 슬러지를 분해시킬 때 온도가 $90^\circ C$ 이상으로 상승하게 되므로 공기만 공급 시킨다면 두가지 이익을 동시에 볼 수 있다. pH 11조건에서 90분 이내에 암모니아를 89%정도 제거할 수 있었으며, 95%이상의 암모니아들이 강한 황산용액에 흡수되어 회수하였다. 따라서 수리학적 공동현상의 하폐수 전처리 및 후처리 적용은 효율적인 혐기성 소화를 위해 다방면으로 효과적인 방법인 것으로 판단된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCE 17013
형태사항 iv, 54 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이광택
지도교수의 영문표기 : Jong-In Han
지도교수의 한글표기 : 한종인
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 44-53
주제 Sludge pretreatment
Hydrodynamic cavitation
Methane production
Struvite precipitation
Ammonia stripping
슬러지 전처리
수리학적 공동현상
메탄생성
스트루브석 침전
암모니아 탈기
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