유기성폐기물의 혐기성소화 처리기술

1. <폐기물공학> 유기성폐기물의혐기성소화 처리기술 제주대학교 교수 허 목 Lab.of Waste&Wastewater Eng., Dept. of Env. Eng., Cheju National University.

2. I 혐기성소화 기술 개요 III 혐기성소화 공정구성 및 성능 Ⅵ Biomass Town Project (일본) 목 차 II 음식물쓰레기 특성과 통합소화

3. 1. 1 유기성폐기물의 자원순환 시스템 1. 2 혐기성소화 원리 I 혐기성소화 기술 개요 1. 3 혐기성소화 공정의 분류 1. 4기질의 종류 및 메탄가스 발생량

4. 1. 1혐기성소화와 유기성폐기물의 자원순환 시스템

5. 1. 2 혐기성소화의 원리 Hydrolysis(k1) Acidification(k2) Mathanization(k3) Complex Soluble Org. Volatile Fatty Acids (VFAs) Particulate Organics Biogas Carbohydrates, Proteins, Lipids Sugars, Amino acids, Fatty acids Ethanol, Acetic acid, Propionic acid, Butyric acid, Valeric acid, Caproic acid, etc. CH4, CO2 H2S, NH3 etc. Microorganisms Methane former Acid former Reaction rate Food waste k1 >> k2 >> k3 Sewage sludge k1 << k2 << k3

6. 1. 3 혐기성소화 공정의 분류 반응온도 고형물 농도 • 중온소화: 35℃ • 고온소화: 55℃ • 습식소화: 고형물 10% 이하 • 건식소화: 고형물 20% 이상 혐기성 소화조 • 단상소화: 단일 소화조 • 이상소화: 두개 소화조 • 회분식 소화: 반연속 주입 • 연속식 소화: 연속 주입 소화조 구성 기질 주입방식

7. 혐기성소화 기질 구분 1. 4 기질의 종류 및 메탄가스 발생량 WAD: Wet Anaerobic Digestion, DAD: Dry Anaerobic Digestion

8. 1. 4 기질의 종류 및 메탄가스 발생량 유기성 폐기물의 메탄 발생량

9. 음식물쓰레기 특성과 통합소화 II 2. 1 국내 음식물쓰레기의 특성 2. 3 통합소화 개요 및 기술현황 2. 4 음식물쓰레기 혐기성소화 처리시설 현황 2. 2 국내 적용 혐기성소화 기술

10. 2. 1 국내 음식물쓰레기의 특성

11. 2. 2 국내 적용 혐기성소화 기술

12. 통합소화 기술 개요 생분해성 도시고형폐기물 고농도 유기성 폐수 축산분뇨 유기성 농/공산업 폐기물 하수슬러지 Co-digester 폐기물의 효과적인 관리와 단일 소화조 이용에 따른 처리비용 절감 효과 폐기물 혼합에 따른 소화공정의 불안정 문제 해소 (부하변동, 영양염의 불균형, 독성물질 유입, 암모니아 독성 등) 바이오가스(메탄) 회수율 증대에 따른 에너지 이용효율 증대 2.3 통합소화 개요 및 기술 현황

13. 통합소화 기대효과

14. 국내외 통합소화 적용 현황 Country Process (Temp.) Types of waste Digester volume(m3) Capacity (ton/year) Gas yield (m3/day) Sweden Bigadan (WD38℃) Manure, OIW, OHW 4,500 73,000 8-9,000 Denmark Kruger (WD35℃) MSW, SS ? 62,000 2,400 Sweden Bigadan (WD38℃) Manure, OIW 2,250 44,000 3-4,000 Germany ? (WD38℃) SS, OIW, OHW 3,000 38,690 5,300 Finland Vaasa (WD38℃) SS, MSW 1,500 40,000 4,000 대구 신천하수처리장, 부산 수영하수처리장, 경남 밀양하수처리장, 울산 용연하수처리장 강원 속초하수처리장, 파주 축분혼합처리장 Korea (WD35-38℃) FW, SS Manure WD: Wet Digestion, OIW: Organic Industrial Waste, OHW: Organic Household Waste, SS: Sewage Sludge MSW: Municipal Solid Waste, FW: Food Waste

15. 전용 혐기성소화 처리시설 파주 고성 2. 4 음식물쓰레기 혐기성소화 처리시설 현황 광주 의왕 대전 태안 밀양 부산

16. 통합 혐기성소화 처리시설 2. 4 음식물쓰레기 혐기성소화 처리시설 현황 서울 파주 속초 대구 울산 밀양 사천 부산

17. 혐기성소화 공정 구성 및 성능 III 3. 1 단위공정 설비 3. 2 각 단위공정 특징 및 기능 3. 3 실증 혐기성소화 공정 운영 현황

18. 국내 음식물쓰레기의 특성을 반영 소화공정 운전상 발생되는 문제점 최소화 3.1 단위공정 설비 국내 음식물쓰레기 특성 • 계절/요일별 편차 • 높은수분 함량 • 이물질 다량 포함 • 높은 유기물 함량 • (VS/TS: 0.92) • 유기물의 빠른 가 • 수분해 및 산성화 • 유기물의 높은 • 생분해도 특성 • 유기물 제거율 • 80% 이상 • 침출수 다량 발생 • 다량의 폐수 발생 • 심한 악취 발생 • 높은 염분농도 • (0.5~3.0%) • 섬유질 다량 함유 전처리 설비 자원화 설비 후처리 설비 + + + + 소화설비 환경설비 • 반입/저장 • 및 이송설비 • 협작물 선별 • - 파쇄선별기 • - 혼화조 • - 비중선별기 • 산 발효조 • 메탄 발효조 • 발전 및 열회수 설비 • 부숙 및 퇴비저장 설비 • 침출수 저장 • 폐수처리 설비 • 탈취설비 • Humus 완충조 • 탈수설비

19. 혼화 조정조 투입 저장조 선별/ 파쇄기 비중 선별기 3.2 단위공정 특징 및 기능 1 전처리 공정

20. 2 이상 소화공정 전처리음식물 유기산 발효조 메탄 발효조

21. 소화 슬러지 슬러지 완충조 고효율 탈수기 슬러지 부숙기 3 탈수 및 소화슬러지 부숙

22. 건식 탈황탑 가스 보일러 가스 저장조 발전기 4 에너지 자원화 공정 Biogas

23. 5 악취처리 공정 Duct, 후드 Bio- filter 에어커튼 정화 공기

24. Steam boiler 2상 혐기성소화 공정 Food waste Biogas storage Process water Electric generator Leachate Leachate Sludge storage Gravity separator Acid reactor Methane reactor Hopper Separator/Crusher Mixing tank Inert materials Process water Screw press Dewater To WWTP Discharge Landfill/ Incineration Sludge cake Aerobic composting Compost Information Performances • Plant is located at Paju city, start-up in 1999 • Treatment Capacity: 30 ton/day • Total solid (TS) in mixing tank: 8 % • Organic removal: 75~80% (basis VS) • Biogas production: 2,500 m3/day (CH4: 65%) • Compost production: 2.0 ton/day (W.C. 45%) 3. 3 실증 혐기성소화 공정 운영 현황

25. 하수병합 혐기성 소화공정 Steam boiler PS WAS Sewage STP Food waste Biogas storage Electric generator Process water Leachate Sludge thickener Existing digester in STP Gravity separator Hopper Separator/Crusher Mixing tank Hydrolysis reactor Belt or Screw press Inert materials Process water Dewater To STP Discharge Landfill/ Incineration Sludge cake Sea dumping , Incineration, Landfill, Reuse Information Performances - Plant is located at Miryang city, Start-up in 2003 - Treatment Capacity of FW: 20 ton/day • Total solid (TS) in mixing tank: 8.0% • Organic removal: 50~60% (basis VS) • Biogas production: 2,105 m3/day • Methane content of biogas: 65~75%

26. Information - Plant is located at Paju city, Start-up in 2004 • Treatment Capacity: 80 ton/day (Food waste: 20 ton/day, Manure: 60 ton/day) • Total solid (TS) in mixing tank: 8~12 % 음식물/축분 혐기성 통합소화 Steam boiler Food waste Biogas storage Electric generator Process water Storage Manure Leachate Sludge storage Gravity separator Hopper Separator/Crusher Mixing tank Hydrolysis /acid reactor Methane reactor Belt or Screw press Inert materials Process water Dewater To STP Discharge Landfill/ Incineration Sludge cake Aerobic composting Compost Performances • Organic removal: 60~65% (basis VS) • Biogas production: 4,800 m3/day • Methane content of biogas: 65~75% • Compost production: 18 ton/d (W.C. 60%)

27. 3. 4 바이오가스 에너지화 사례 (파주시) 플랜트 현황

28. 바이오가스 이용현황 파주시 혐기소화시설 성능

29. Flowsheet IV Biomass Town Project (일본)

30. Plant Yamada Biomass Town Photo