상하수도기술사 128회 2교시 기출문제 5. 혐기성 소화조의 원리, 영향인자, 운전상의 문제점 및 설계시 고려사항에 대하여 설명 하시오.

답 1. 혐기성 소화의 목적

- 유기물질의 농도가 매우 높은 폐수는 유기물질을 충분히 산화시키기 위한 호기성 처리가 어려우므로, 산소공급이 없는 혐기성 반응으로 처리하여 유기물 농도를 감소시킨 후 호기성으로 처리

- 유입수의 COD가 2,000ppm이상인 경우에 혐기성 처리가 호기성 보다 경제적인 경우가 많으며, 혐기성 처리는 분뇨, 폐수슬러지 및 공장폐수의 최초처리에 주로 사용됨

 

답 2. 혐기성 소화의 원리

- 혐기성 소화는 유기물을 여러 미생물의 분해작용에 의해 메탄으로 전환하는 일련의 프로세스

- 혐기성 소화는 아래 3단계의 프로세스로 구분가능하며, 하나의 반응조 내에서 미생물군이 공생계를 만들고, 연계된 반응 메탄발효가 진행됨

 

답 3. 혐기성 소화 영향인자

1) 온도

- 혐기적 처리의 적정온도는 약 30~35℃ 또는 50~55℃. 온도가 높으면 처리일수 단축 가능

2) pH

- 메탄 생성세균이 가장 좋아하는 pH는 6.8~ 7.2 범위. 따라서 소화과정에서 발생하는 유기산에 의해 pH가 저하되는 것을 방지하기 위해 알칼리도를 2,000mg 이상 유지 필요

3) 유기산의 농도

- 유기산은 혐기성 분해과정의 지표로 이용. 유기산의 양은 300ppm 정도로 유지하는 것이 바람직하며 3,000ppm 이상이 되지않도록 처리조건 제어

4) 저해물질

- 구리 1ppm, 아연 5ppm, 6가크롬 50ppm, 질산염 50ppm, 황산염 50ppm 이상시 혐기성 분해 저해

- 황산염은 황산의 환원에 의해 황화수소(H2S) 발생, 악취 및 부식의 원인 가능

 

답 4. 운전상의 문제점

상태	원인
1. 소화가스 발생량 저하	1) 저농도 슬러지 유입 2) 소화슬러지 과잉배출 3) 조내 온도저하 4) 소화가스 누출 5) 과다한 산생성
2. 상징수 악화 - BOD, SS가 비정상적으로 높음	1) 소화가스발생량 저하와 동일원인 2) 과다교반 3) 소화슬러지의 혼입
3. pH저하 1) 이상발포 2) 가스발생량 저하 3) 악취 4) 스컴 다량 발생	1) 유기물의 과부하로 소화의 불균형 2) 온도 급저하 3) 교반부족 4) 메탄균 활성을 저해하는 독물 또는 중금속 투입
4. 이상발포 맥주모양의 이상발포	1) 과다배출로 조 내 슬러지 부족 2) 유기물 과부하 3) 1단계조의 교반부족 4) 온도저하 5) 스컴 및 토사의 퇴적

 

답 5. 설계 시 고려사항 1 - 이상 현상에 따른 계측기 연동자동 운전

1) 소화가스 유량계 설치

- 조내 온도저하로 인한 소화가스 발생량 저하 시, 정상 운전 온도로 자동 조절 운전

2) 상징수 BOD(또는 COD, TOC) 및 SS 자동 측정

- 상징수 악화 시, 소화가스 배출량 조절 및 정상 운전 온도로 자동 조절 운전

3) pH 저하

- pH 저하 시, 가온 및 교반강도 자동 조절 운전

 

답 6. 설계 시 고려사항 2 - 바이오가스 안전성 확보를 위한 시설물 계획

[이미지 출처 : 하수도시설기준]

1) 소화가스의 포집은 슬러지의 소화상태, 슬러지의 유입, 소화슬러지 및 상징수의 제거에 따른 소화가스 발생량과 가스압의 변동 고려

- 슬러지의 소화상태, 슬러지의 유입, 소화슬러지의 제거 및 상징수의 배출 등에 따라 슬러지 소화조 내에서의 가스발생량 및 가스압이 현저히 변동

- 부압이 생기는 경우에는 소화조로 공기가 혼입되어 가스폭발 위험

→ 슬러지 소화조내의 가스압이 항상 100 ~300 mmHg 이상 유지되도록 배관계통 설계

2) 슬러지 소화조 지붕의 가스돔 및 가스포집관에 안전장치 설치

- 슬러지 소화조에서 가스를 채취하려면 슬러지 소화조의 중앙부에 가스돔을 설치하여 가스 포집관으로 가스를 포집, 계량

- 가스압력이 계속 변동하여 이상고압이 발생함으로써 소화조를 파괴시키는 것을 방지하기 위해 감압밸브를 설치하여 소화조 보호

3) 가스포집관은 내경 100~300 mm 정도

- 슬러지 소화조에서는 가스포집, 소화슬러지 및 상징수의 제거 등에 의하여 수위가 내려가며 이때 소화조내의 가스압이 부압이 될 경우가 있으므로 충분한 관경의 연결 관을 설치하여 부압이 발생하지 않도록 함

4) 탈황장치 설치

- 소화가스의 탈황은 황화수소의 부식성 및 연소 후의 영향을 고려해 50 ppm 정도 이하가 되도록 하는 것이 바람직

5) 하루에 발생하는 가스부피의 1/2 정도를 저장할 수 있는 용량의 가스 저장조 설치

6) 가스저장조의 구조는 관계법규에 준하여 설계

7) 잉여가스의 가스연소장치 준비

- 일반적으로 잉여가스 연소시설은 소화조의 지붕이나 가스저장조로부터 최소한 15 m 이격 및 눈에 잘 띄는 곳에 위치시킴

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