UASB 공법에 있어서 반응조의 형상변화에 따른 입상슬러지의 특성에 관한 연구

The Characteristics of Biopellet Produced Upon Reactor Configuration in UASB System

본 연구에서는 UASB 반응조의 형상변화에 따른 입상슬러지의 물리 화학적 및 형태학적인 특성이 조사되었다. 또한 반응조내의 수소분압의 크기에 따른 반응조운전의 안정성이 조사되었다. 수소분압이 높게 유지된 수정개발된 UASB 반응조의 경우가 상대적으로 수소분압이 낮게 유지된 일반적인 UASB 반응조의 경우에 비해 입상슬러지의 침전성 및 미생물보유능이 더 우수하게 나타났다. 입상슬러지의 형성과 그 안정성에 수소분압이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 입상슬러지의 화학적 조성식은 일반적인 UASB 반응조와 수정개발된 UASB 반응조가 각각 $C_7H_{12}O_{4.6}N$과 $C_5H_9O_3N$으로, 일반적인 미생물의 경험식인 $C_5H_7O_2N$과는 상이하게 나타났다. 특히 수정개발된 UASB 반응조의 경우 입상슬러지내에 질소성분이 일반적인 혐기성 미생물보다 높게 나타나, 입상슬러지의 발생기작으로서 polypeptide계 체외폴리머의 존재가능성을 보여주고 있다. 전자현미경을 이용한 형태화적 특성조사결과, 일반적인 반응조의 경우와는 달리 수소분압이 높게 유지된 수정개발된 UASB 반응조의 경우 입상슬러지의 표면에서는 Methanobrevibactor arboriphilus와 같은 크기와 형태를 한 수소이용메탄균의 성장이 다발을 이루며 관찰되었는데, 이러한 현상은 입상슬러지의 형성 메커니즘을 뒷받침해주고 있다. 우수한 입상슬러지의 형성을 위해서는 상대적인 수소분압의 크기에 따른 효과적인 상분리가 이루어져, acetogens과 수소이용메탄균들간의 공생관계가 잘 유지되도록 해주어야 할 것으로 사료된다. 수정개발된 UASB 반응조가 일반적인 UASB 반응조에 비하여 수소이용메탄균의 성장에 더욱 효과적인 환경을 제공하는 것으로 판단되며, 입상슬러지의 경영성과 반응조 전체의 유기물질 제거효율 뿐만 아니라, 운전의 안정성 측면에서도 더 우수한 것으로 사료된다.

Physicochemical and morphological characteristics of biopellets produced in "control" and modified UASB reactor were investigated to compare the reactor performance with regard to the hydrogen partial pressure. The characteristics of biopellet produced in modified UASB reactor operated with high hydrogen partial pressure were better than those of "control" reactor operated with relatively lower hydrogen partial pressure, therefore the hydrogen partial pressure effected greatly on the formation and stability of the biopellet. Furthermore, pellets from the UASB system with modified settler showed a better settleability and biomass holding capacity. The chemical composition of biopellet was distinctively different from that of common bacterial formula, $C_5H_7O_2N$. Biopellets was composed the large fraction of nitrogen in comparison with common anaerobic microbes. These results implicated the existence possibility of polypeptide-type extracellular polymer. The morphological characterization with SEM showed that microorganisms observed at surface of biopellet produced in modified UASB reactor operated with high $P_{H_2}$ condition were very similar in shape and size to the Methanobrevibactor arboriphilus-$H_2$ utilizing methanogen. The microorganisms was distinguished from those of "control" reactor operated with low $P_{H_2}$ condition. From these results, it could be explained the hydrogen partial pressure effects on pelletization mechanism.