Abstract
In this study, single-stage continuous anaerobic reactors to treat sewage sludge were operated under different temperature (55 and $35^{\circ}C$; $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$) to evaluate the reactor stability and performance of the thermophilic and mesophilic anaerobic digestion. During the overall digestion, both anaerobic reactors maintained quite stable and constant pH and total alkalinity (TA) values in the range of 6.5-8.0 and 3-4 g $CaCO_3/L$, respectively. After the start-up period, $R_{TAD}$ showed 10% higher VS removal efficiency than that of $R_{MAD}$ ($R_{TAD}$; 43.3%; $R_{MAD}$ : 33.6%). Although organic acids such as acetic and propionic acid were detected in both anaerobic reactors at the start-up period, all organic acids in $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$ were consumed at the steady state condition. Also $R_{TAD}$ showed 31.4 % higher methane production rate (MPR) than that of $R_{MAD}$ at the steady state condition ($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). Meanwhile, the experimental results indicated similar methane yield between $R_{TAD}$ and $R_{MAD}$.
본 연구에서는 하수 슬러지를 대상으로 단상 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$) 혐기성 소화조의 안정성, 고형물 제거 및 메탄생성을 관찰하였다. 실험 결과 별도의 pH 조절 없이 고온($R_{TAD}$, reactor of thermophilic anaerobic digestion) 및 중온 ($R_{MAD}$, reactor of mesophilic anaerobic digestion) 소화조 내 pH의 경우 혐기 소화 시 안정적인 미생물 활성을 나타낸다고 알려진 6.5-8.0 사이의 값을 소화 기간 내내 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한, total alkalinity (TA)의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 3-4 g $CaCO_3/L$의 높은 값을 안정적으로 유지하였다. 고형물 제거의 경우 순응 기간 후 $R_{TAD}$에서 43.3%, $R_{MAD}$에서 33.6%의 VS 제거율을 보이며 $R_{TAD}$에서 약 10% 높은 VS 제거율은 제거율을 보였다. 유기산의 경우 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서 순응 기간 직후 검출되지 않았다. $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$ 모두 순응 기간 후 안정적인 메탄 생성을 보였으며, $R_{TAD}$에서 $R_{MAD}$에 비해 31.4% 향상된 메탄 생성률이 관찰되었다($R_{TAD}$; 243 mL $CH_4/L/d$; $R_{MAD}$ : 185 mL $CH_4/L/d$). 반면, 두소화조 $R_{TAD}$ 및 $R_{MAD}$에서의 메탄 수율은 유사한 값을 보였다.
