표제지
목차
제1장 연구개요 16
1. 배경 및 필요성 17
2. 목적 및 범위 17
3. 연구내용 18
4. 연구방법 18
5. 보고서의 구성 18
제2장 유기성폐자원 처리ㆍ순환기술 여건분석 19
1. 개요 20
2. 요소기술별 개발동향 21
2.1. 개요 21
2.2. 바이오 연료ㆍ바이오가스ㆍ유기성폐자원ㆍ혐기소화 21
2.3. 분뇨 47
2.4. 음식물쓰레기 처리기술 52
2.5. 화장실 오수 (Toilet wastewater) 56
2.6. 탄화ㆍ가수분해 64
2.7. 고액분리 69
2.8. 결론 147
3. LH 자원순환 기술수요 현황 및 대응전략 149
3.1. 현황 149
3.2. LH 보유 음식폐기물 자원화 기술별 내용 150
4. 기존 LH 자원순환 주거단지(LH도안20BL 행복주택) 사례분석 153
4.1. 기술개요 153
4.2. 모니터링 및 분석 대상 153
4.3. 모니터링 및 분석 시기 155
4.4. 주방 오수 및 분쇄된 음식폐기물 혼합 오수 채수/분석 155
4.5. 발효ㆍ처리 시료 채집/분석 155
4.6. 맨홀 시료 채집/분석 155
5. 분석 항목 설정 156
6. 추진 결과 156
6.1. 모니터링 및 샘플링 156
6.2. 샘플 성상 분석 157
7. 장치 운용 현황 및 주변 상황 164
8. LH도안20BL 현장 모니터링 항목 164
9. 샘플 성상 분석 결과 165
9.1. LH도안20BL 샘플 성상 분석 결과 값 165
9.2. LH도안20BL 샘플 성상 분석 그래프 169
제3장 유기성폐자원 처리ㆍ순환 Pilot 시스템 구축 175
1. 개요 176
2. 가수분해 시험장치 176
2.1. 제작 방향 176
2.2. 기본 사양 177
2.3. 장치의 모형도와 주요 부위 명칭 177
2.4. 장치의 주요 부위 제작 상세내역 178
3. 스크류원심분리 고액분리 장치 181
3.1. 개요 181
3.2. 재료 및 방법 181
3.3. 고찰 183
4. 탈수압착 시험장치 184
5. 고액분리 배수탱크 등 부대설비 185
제4장 결론 186
참고문헌 189
판권기 3
[표 1-1] 연구의 목표 17
[표 2-1] 바이오연료, 바이오가스, 유기성 폐자원 혐기소화 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 22
[표 2-2] 1차에너지 생산량 (2010, 2013년) 30
[표 2-3] 합성 MSW의 구성물 32
[표 2-4] 혐기성 소화를 이용한 다양한 생물학적 공정 비교 39
[표 2-5] AD효율을 높이기 위한 다양한 전처리 방법 비교 41
[표 2-6] OFMSW 향상을 위한 전처리 방법 지속가능성 평가 42
[표 2-7] 유기기질 분해의 전처리 46
[표 2-8] 혐기성 공정 성능을 향상시키기 위한 FW와 다른 유기기질의 동시소화 47
[표 2-9] 분뇨 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 47
[표 2-10] 사람분뇨와 합성분뇨 숯과 바인더의 숯 수율과 원소조성과 HHV 비교 51
[표 2-11] 음식물쓰레기 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 52
[표 2-12] 화장실 오수 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 56
[표 2-13] 탄화ㆍ가수분해 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 64
[표 2-14] R. glutinis 바이오 매스의 총 지질 및 주요 FAME 성분에 대한 가수 분해 과정의 영향 65
[표 2-15] 표준연료와 열화학처리, 열수처리 및 생화학처리 연료의 에너지 밀도 비교 67
[표 2-16] 열수처리로 생산된 바이오연료 67
[표 2-17] 유기성폐기물 내 고형물 감소에 관한 열수처리 응용 연구내용 68
[표 2-18] 중금속 제거에 관한 열수처리 응용 연구내용 68
[표 2-19] 고액분리 관련 논문 조사ㆍ분석 리스트 69
[표 2-20] 고액분리 관련 특허 조사ㆍ분석 리스트 90
[표 2-21] 무전력 탈리액 여과장치 특허 청구항 91
[표 2-22] 원심분리형 탈수기 특허 청구항 93
[표 2-23] 흡수여과진공식 고액분리탈수기 특허 청구항 94
[표 2-24] 여과용량 증대 장치가 부탁된 고액분리용 회전 드럼 휠타 특허 청구항 95
[표 2-25] 고액분리장치 특허 청구항 97
[표 2-26] 고액분리 여과장치 특허 청구항 98
[표 2-27] 하폐수 슬러지 및 양돈분뇨의 고액분리장치 및 이를이용한 고액분리방법 특허 청구항 100
[표 2-28] 드럼스크린과 스크류의 차속 조정이 가능한 고액 분리기 특허 청구항 102
[표 2-29] 축산폐수 침전 슬러지 탈수용 원심탈수기 특허 청구항 104
[표 2-30] 고농도 유기폐수의 원심 농축장치 특허 청구항 105
[표 2-31] 다단 원심 탈수장치 특허 청구항 107
[표 2-32] 고액분리장치 특허 청구항 108
[표 2-33] 오,폐수 정화용 슬러지 분리기 및 슬러지 탈수기 연결장치 특허 청구항 110
[표 2-34] 회전형 유동판 슬러지 탈수장치 특허 청구항 112
[표 2-35] 저속농축 고액분리장치 특허 청구항 114
[표 2-36] 고액분리장치 특허 청구항 116
[표 2-37] 고ㆍ액분리기 특허 청구항 119
[표 2-38] 고액 분리 장치, 여과 장치 및 고액 분리 방법 특허 청구항 122
[표 2-39] 축산분뇨의 고액분리장치 특허 청구항 125
[표 2-40] 고액분리기용 스크린 스크레이퍼 특허 청구항 126
[표 2-41] 원통형의 메쉬스크린과 헬리컬바를 이용한 고액분리장치 특허 청구항 128
[표 2-42] 진공식 고액분리기 특허 청구항 130
[표 2-43] 고액분리형 원심탈수기 특허 청구항 132
[표 2-44] 스크류식 고액 분리 장치 특허 청구항 135
[표 2-45] 회전드럼식 고액분리기 특허 청구항 136
[표 2-46] 고액분리기 특허 청구항 138
[표 2-47] 진동 여과 고액분리장치 및 이를 이용한 고액분리공정 특허 청구항 140
[표 2-48] 고액분리장치 특허 청구항 143
[표 2-49] 음식물 쓰레기 처리장치의 탈수액 고액분리기 특허 청구항 146
[표 2-50] LH토지주택연구원 자원순환 특허기술 현황 149
[표 2-51] 혼합 오수 채수 및 분석 155
[표 2-52] 발효ㆍ처리기 시료 채집 및 분석 155
[표 2-53] 맨홀 시료 채집 및 분석 155
[표 2-54] 시료 분석 항목 156
[표 2-55] 현장 방문 점검 항목 157
[표 2-56] 부숙도 판별법 163
[표 2-57] LH도안20BL 현장 모니터링 결과 164
[표 2-58] LH도안20BL 생활하수 배출 맨홀 모니터링 결과 164
[표 2-59] LH도안20BL 현장 모니터링 결과 정리 165
[표 2-60] LH도안20BL 임시저장탱크 시료 분석 결과 (8시) 166
[표 2-61] LH도안20BL 임시저장탱크 시료 분석 결과 (17시) 166
[표 2-62] LH도안20BL 임시저장탱크 시료 분석 결과 (19시) 166
[표 2-63] LH도안20BL 고액분리장치 시료 분석 결과 (8시) 167
[표 2-64] LH도안20BL 고액분리장치 시료 분석 결과 (17시) 167
[표 2-65] LH도안20BL 고액분리장치 시료 분석 결과 (19시) 168
[표 2-66] LH도안20BL 고액분리장치 시료 분석 결과 (19시) 168
[표 2-67] LH도안20BL 발효처리기 발효 반응조 시료 분석 결과 168
[표 2-68] LH도안20BL 발효처리기 숙성조 시료 분석 결과 168
[표 3-1] 가수분해조 주요부위 명칭 178
[그림 1-1] 유기성폐자원 처리ㆍ순환 Pilot시스템 단위공정 (안) 18
[그림 2-1] 미세조류 품종 선택표 22
[그림 2-2] 하수처리에이용되는다양한미세조류의배양법개요도 23
[그림 2-3] 효소가수분해물과 산처리액의 발효 72시간 후 에탄올 농도 25
[그림 2-4] 산 처리액과 가수분해물의 글루코스 농도 25
[그림 2-5] 72시간 효소가수분해 후 글루코스와 자일로스의 농도 27
[그림 2-6] 72시간 에탄올 발효 후 에탄올 농도 27
[그림 2-7] 씨앗과 미생물의 바이오가스 생산량 29
[그림 2-8] 씨앗과 미생물의 바이오가스 생산 속도 29
[그림 2-9] 씨앗과 미생물에서 TS 감소량 30
[그림 2-10] 씨앗과 미생물에서 에너지 회수 30
[그림 2-11] 혐기성 발효과정과 바이오가스 측정을 위한 실험 장치 개요도 32
[그림 2-12] 37℃, 150rpm, Inoculum 10ml 소화에서의 VFA 변화 33
[그림 2-13] 37℃, 150rpm, Inoculum 15ml 소화에서의 VFA 변화 33
[그림 2-14] 37℃, 150rpm, Inoculum 20ml 소화에서의 VFA 변화 33
[그림 2-15] 37℃, 150rpm, Inoculum 10ml인 AD테스트에서 pH의 변화 34
[그림 2-16] 37℃, 150rpm, Inoculum 10ml인 AD 테스트에서 누적되는 바이오가스 발생율 변화 34
[그림 2-17] 메탄생성에 영향을 미치는 혐기성 소화의 복합유기물질 성분도 35
[그림 2-18] 생물학적 2단공정의 공정도 36
[그림 2-19] 2단계 생물학적 과정에 따른 공정 개요도 36
[그림 2-20] 미생물 연료전지(MFC) 개요도 37
[그림 2-21] 혐기성 수소발효와 미생물 연료전지(MFC)를 결합한 생물학적 2단공정 개요도 37
[그림 2-22] 미생물 전해전지(MEC)의 개요도 38
[그림 2-23] 혐기성 수소발효와 미생물 전해전지를 결합한 생물학적 2단공정 개요도 38
[그림 2-24] 효소소화에 의한 각 영향소 제거율 44
[그림 2-25] 최적 효소접종 비교 44
[그림 2-26] (a) COD, 질소 및 염소 전환에 대한 평균 전류 효율 (b) 정전기 (Ea: 3V) WEC 실험에서 평균 COD와 총 질소에 대한 특정 에너지 소비. (오차 막대는 표준 편차를 나타냄) 49
[그림 2-27] 연탄 IRI 52
[그림 2-28] 각 연료의 HHV 비교 52
[그림 2-29] 소비자 수준에서 낭비되는 각 식품 품목별 비율 54
[그림 2-30] 하루당 음식물 쓰레기의 회수율 55
[그림 2-31] 카테고리 항목들의 생산 경작지 비율 그래프 55
[그림 2-32] 생산 경작지에서 낭비 되는 양의 비율 그래프 56
[그림 2-33] 화장실 오수 처리에 이용되고 WEC를 적용한 태양광 이동식 화장실 개요도 57
[그림 2-34] 화장실오수와 모델수에 따른 화학적인 성분 기준 57
[그림 2-35] (a) 처리방식에 따른 THMs의 농도 변화율 (b) 처리방식에 따른 HAA5의 농도 변화율 59
[그림 2-36] 가수분해에 따른 Brown water와 Food waste 의 다양한 pH 60
[그림 2-37] Brown water에 따른 전체 VFAs 값 60
[그림 2-38] 음식물쓰레기에서의전체VFAs 값 60
[그림 2-39] 화장실 오수에 음식물 쓰레기를 비율별로 혼합해줌에 따른 COD 제거율 61
[그림 2-40] 48시간의 작동으로 화장실 오수에 음식물 쓰레기를 비율별로 섞어 생긴 MLSS 농도 비율 61
[그림 2-41] 다양한 음식물쓰레기 혼합비율에 따른 수소 배출수율 61
[그림 2-42] F/B 혼합비율에서의 혐기성 반응에 따른 수소 발생수율, 70/30 61
[그림 2-43] 분뇨, 유기물 소멸 테스트 진행공정 과정 63
[그림 2-44] 실험장치1 개요도 70
[그림 2-45] 실험장치2 개요도 70
[그림 2-46] 여과시간에 대한 저항 프로파일 71
[그림 2-47] 4800mg/L 농도에서 탁도와 플럭스 71
[그림 2-48] 슬러지 성질 영향 (DO〉4.0mg/L) 71
[그림 2-49] 슬러지 성질 영향 (DO〈2.0mg/L) 71
[그림 2-50] 플럭스 회수에 대한 공기 청정 효과 (a: 15초, b: 30초, c: 60초, d: 120초) 71
[그림 2-51] 슬러리 생산의 표준과 디아세틸화 공정흐름도 72
[그림 2-52] 미처리와 응집된 탈아세틸화 가수분해물의 입자크기 분포 73
[그림 2-53] 응집된 탈아세틸화 슬러리의 설탕 회수와 제시된 여과 용량(실선) 및 물 소비량(점선) 그래프 74
[그림 2-54] 5mg/L 표준응집제와 UMA® 응집제의 실린더 전도 횟수 80
[그림 2-55] 2.5mg/L 표준응집제와UMA® 응집제의 실린더 전도 횟수 80
[그림 2-56] 증류압력증가시험과 개별 여과 시험 82
[그림 2-57] 형성 필터 케이크 내 국부농도-시뮬레이션 및 측정 82
[그림 2-58] 65kPa에서 압력여과 초기단계에서 케이크 저항과 성형 압력의 변화 82
[그림 2-59] 일정압력여과의 첫 단계를 포함하는 농도 프로파일 82
[그림 2-60] 25개 사이클론의 오일러 수 비교 84
[그림 2-61] 25개(CH와FH)사이클론의cut size 84
[그림 2-62] 필터링 하이드로 사이클론의 모든 형상에 대한 컷 크기와 오일러 수 84
[그림 2-63] 열 탈수 메카니즘 개념도 87
[그림 2-64] EF-SBR 과정의 공정 개요도 88
[그림 2-65] 설계된 Hydrocyclone의 구조도 89
[그림 2-66] 실험장치의 계통도 89
[그림 2-67] 무전력 탈리액 여과장치 특허 대표도 92
[그림 2-68] 원심분리형 탈수기 특허 대표도 93
[그림 2-69] 흡수여과진공식 고액분리탈수기 특허 대표도 94
[그림 2-70] 여과용량 증대 장치가 부착된 고액분리용 회전 드럼 휠타 특허 대표도 95
[그림 2-71] 고액분리장치 특허 대표도 97
[그림 2-72] 고액분리 여과장치 특허 대표도 99
[그림 2-73] 하폐수 슬러지 및 양돈분뇨의 고액분리장치 및 이를이용한 고액분리방법 특허 대표도 101
[그림 2-74] 드럼스크린과 스크류의 차속 조정이 가능한 고액 분리기 특허 대표도 103
[그림 2-75] 축산폐수 침전 슬러지 탈수용 원심탈수기 특허 대표도 104
[그림 2-76] 고농도 유기폐수의 원심 농축장치 특허 대표도 106
[그림 2-77] 다단 원심 탈수장치 특허 대표도 107
[그림 2-78] 고액분리장치 특허 대표도 108
[그림 2-79] 오,폐수 정화용 슬러지 분리기 및 슬러지 탈수기 연결장치 특허 대표도 110
[그림 2-80] 회전형 유동판 슬러지 탈수장치 특허 대표도 112
[그림 2-81] 저속농축 고액분리장치 특허 대표도 115
[그림 2-82] 고액분리장치 특허 대표도 117
[그림 2-83] 고ㆍ액분리기 특허 대표도 120
[그림 2-84] 고액 분리 장치, 여과 장치 및 고액 분리 방법 특허 대표도 123
[그림 2-85] 축산분뇨의 고액분리장치 특허 대표도 125
[그림 2-86] 고액분리기용 스크린 스크레이퍼 특허 대표도 127
[그림 2-87] 원통형의 메쉬스크린과 헬리컬바를 이용한 고액분리장치 특허 대표도 129
[그림 2-88] 진공식 고액분리기 특허 대표도 131
[그림 2-89] 고액분리형 원심탈수기 특허 대표도 133
[그림 2-90] 스크류식 고액 분리 장치 특허 대표도 135
[그림 2-91] 회전드럼식 고액분리기 특허 대표도 137
[그림 2-92] 고액분리기 특허 대표도 138
[그림 2-93] 진동 여과 고액분리장치 및 이를 이용한 고액분리공정 특허 대표도 141
[그림 2-94] 고액분리장치 특허 대표도 144
[그림 2-95] 음식물 쓰레기 처리장치의 탈수액 고액분리기 특허 대표도 147
[그림 2-96] 음식폐기물 처리ㆍ순환 시스템 개념도 153
[그림 2-97] LH 도안20BL 행복주택 시스템 배치도 154
[그림 2-98] LH도안20BL 행복주택 (182세대) 생활하수 배출 맨홀 1개소 154
[그림 2-99] 대전LH도안20BL 음식폐기물 처리순환 시스템 사진 154
[그림 2-100] 고액분리장치 채수 사진 156
[그림 2-101] 고액분리장치와 임시저장탱크에서 채수된 샘플 사진 157
[그림 2-102] 건조기에 투입한 시료 (총 고형물 분석) 157
[그림 2-103] 2mm 체에 걸러진 큰덩어리의 고형물 158
[그림 2-104] 중랑하수처리장 폭기조 및 채집한 미생물 159
[그림 2-105] 용존 산소량 측정기 (DO meter) 와 배양기 159
[그림 2-106] BOD Bottle 159
[그림 2-107] HACH 사(社) COD 측정 Kit (LRTNT821, 3-150mg/L COD) 160
[그림 2-108] UV-Vis 160
[그림 2-109] HACH 사(社)의 TN 측정 Kit 1 161
[그림 2-110] HACH 사(社)의 TN 측정 Kit 2 161
[그림 2-111] HACH 사(社)의 TP 측정 Kit (HR TNT72, 0-100mg/L P) 161
[그림 2-112] 퇴비와 물을 혼합한 후 GF/C 필터로 여과 162
[그림 2-113] Solvita 기기 사진 162
[그림 2-114] C/N 비 측정 (원소 분석기 사진) 163
[그림 2-115] LH도안20BL 임시저장탱크 총 고형물 (TS) 분석 그래프 169
[그림 2-116] LH도안20BL 고액분리장치 총 고형물 (TS) 분석 그래프 169
[그림 2-117] LH도안20BL 맨홀 총 고형물 (TS) 분석 그래프 169
[그림 2-118] LH도안20BL 임시저장탱크 부유 고형물 (SS) 분석 그래프 170
[그림 2-119] LH도안20BL 고액분리장치 부유 고형물 (SS) 분석 그래프 170
[그림 2-120] LH도안20BL 맨홀 부유 고형물 (SS) 분석 그래프 170
[그림 2-121] LH도안20BL 임시저장탱크 생화학적산소요구량 (BOD) 분석 그래프 171
[그림 2-122] LH도안20BL 고액분리장치 생화학적산소요구량 (BOD) 분석 그래프 171
[그림 2-123] LH도안20BL 맨홀 생화학적산소요구량 (BOD) 분석 그래프 171
[그림 2-124] LH도안20BL 임시저장탱크 화학적산소요구량 (COD) 분석 그래프 172
[그림 2-125] LH도안20BL 고액분리장치 화학적산소요구량 (COD) 분석 그래프 172
[그림 2-126] LH도안20BL 맨홀 화학적산소요구량 (COD) 분석 그래프 172
[그림 2-127] LH도안20BL 임시저장탱크 총 질소 (TN) 분석 그래프 173
[그림 2-128] LH도안20BL 고액분리장치 총 질소 (TN) 분석 그래프 173
[그림 2-129] LH도안20BL 맨홀 총 질소 (TN) 분석 그래프 173
[그림 2-130] LH도안20BL 임시저장탱크 총 인 (TP) 분석 그래프 174
[그림 2-131] LH도안20BL 고액분리장치 총 인 (TP) 분석 그래프 174
[그림 2-132] LH도안20BL 맨홀 총 인 (TP) 분석 그래프 174
[그림 3-1] 유기성폐자원 처리ㆍ순환 Pilot 시스템 단위공정별 장치 176
[그림 3-2] 장치 기본 사양 177
[그림 3-3] 유기성폐자원 가수분해 시험장치 모형도 178
[그림 3-4] 시료투입구 및 용수공급구와 공급수 밸브 178
[그림 3-5] 효소탱크 및 효소 공급 펌프 179
[그림 3-6] 배출조, 배출구, 거름망 외ㆍ내부 모습 179
[그림 3-7] 세척수 탱크 및 샤워링 펌프 179
[그림 3-8] 수중교반 펌프, 산기관, 에어 공급 펌프 180
[그림 3-9] 채취(점검)창 모습, 도어 안전 스위치 180
[그림 3-10] 개폐부, 제어반, 기타 (Float Sensor, 거치대외) 181
[그림 3-11] 음식물 쓰레기 재료 182
[그림 3-12] 음식물 쓰레기 저장탱크 투입 182
[그림 3-13] 저장탱크의 66.5%까지 급수 182
[그림 3-14] 고형물 회수 183
[그림 3-15] 1단 모듈 고형물 질량 측정 183
[그림 3-16] 2단 모듈에서 회수된 고형물 183
[그림 3-17] 모듈 사이에 끼어있는 고형물 183
[그림 3-18] 고액분리 탈수압착 시험장치 전면도 184
[그림 3-19] 고액분리 배수저장탱크 제작도면 예시 185