개념 한 쪽
수질환경기사 바이오가스 — 휘발성 고형물 부하와 소화가스량
함수율과 휘발성 고형물 함량으로 일일 휘발성 고형물 부하량을 구하고 설계 부하로 소화조 용량을 계산하는 방법, 소화가스 발생량을 단계별로 계산하는 방법, 소화조 용적을 구하는 방법을 익힌다.
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뜻
바이오가스는 혐기성 소화에서 휘발성 고형물이 분해되면서 생기는 가스다. 발생량을 계산하려면 먼저 유입 슬러지의 총고형물과 휘발성 고형물 양을 구한다.
함수율이 98%인 축산폐수 200m³/day를 처리하는 경우를 보자. 비중이 1.0이면 총중량은 200,000kg/day이고, 함수율 98%이므로 총고형물은 200,000 × (1 − 0.98) = 4,000kg/day이다. 고형물 중 휘발성 고형물이 65%이면 2,600kgVS/day이다. 소화조의 고형물 부하를 7.5kgVS/m³·day로 설계하면 필요한 용량은 2,600 / 7.5 ≈ 346.7m³이다.
소화가스 발생량은 총고형물에서 휘발성 고형물 비율, 소화율, 단위 발생량을 차례로 곱해 구한다. 함수율 96%인 생분뇨 150m³/day이면 총중량이 150,000kg이고 총고형물은 4%인 6,000kg이다. 휘발성 고형물이 총고형물의 50%이면 3,000kg이고, 그중 60%가 소화되면 1,800kg이 반응한다. 휘발성 고형물 1kg당 0.5m³의 가스가 발생하면 총발생량은 1,800 × 0.5 = 900m³/day이다.
소화조 용적은 일일 슬러지 유량에 수리학적 체류시간을 곱해 구한다. 건조고형물이 하루 3,000kg 발생하고 슬러지 농도가 3%, 비중이 1.03이면 일일 유량은 3,000 / (0.03 × 1,000 × 1.03) ≈ 97.09m³/day이다. 체류시간이 23일이면 용적은 약 2,233m³이다.
함수율을 고형물 함량으로 바꾸는 단계를 빠뜨리거나, 휘발성 고형물 비율과 소화율을 적용하지 않으면 발생량이 크게 달라진다.
예제
선지 판단은 함수율을 총고형물로 바꾸는 계산, 휘발성 고형물 비율과 소화율의 적용 순서, 소화조 용적의 유량 환산에서 갈린다. 함수율 98%를 고형물 98%로 바꾸어 계산하거나, 휘발성 고형물이 총고형물의 65%라는 조건을 빼고 계산한 선지가 틀린다. 소화가스에서 소화율 60%를 곱하지 않은 선지도 어긋난다. 소화조 용적에서 비중 1.03을 빼고 계산한 선지도 성립하지 않는다.
자주 묻는 물음
- 소화조 용량은 어떻게 구하나요?
- 유입 슬러지의 총중량에 (1 − 함수율)을 곱해 총고형물을 구하고, 여기에 휘발성 고형물 비율을 곱해 일일 휘발성 고형물 부하량을 구합니다. 축산폐수 200m³/day, 함수율 98%, 휘발성 고형물 65%이면 2,600kgVS/day이고, 설계 부하 7.5kgVS/m³·day로 나누면 용량은 약 346.7m³입니다.
- 소화가스 발생량은 어떻게 계산하나요?
- 총고형물에 휘발성 고형물 비율을 곱하고, 소화율과 단위 발생량을 차례로 곱합니다. 생분뇨 150m³/day, 함수율 96%이면 총고형물이 6,000kg이고, 휘발성 고형물 50%에서 3,000kg, 소화율 60%에서 1,800kg이 반응합니다. 단위 발생량 0.5m³/kg이면 900m³/day입니다.
- 소화조 용적은 어떻게 구하나요?
- 건조고형물을 농도와 비중으로 나누어 일일 슬러지 유량을 구한 뒤 체류시간을 곱합니다. 건조고형물 3,000kg/day, 농도 3%, 비중 1.03이면 97.09m³/day이고, 체류시간 23일이면 약 2,233m³입니다.
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