Palm Oil Mill Effluent 처리시 Anaerobic Hybrid Reactor의 기질제거 동역학적 해석

Abstract

팜 오일은 soya bean 오일과 함께 세계에서 가장 주요한 식물성 기름 중 하나로 알려져 있으며 crude palm oil (CPO)은 글리세린지방산에스테르를 함유하고 있으며 주로 50%의 포화 지방과 40%의 불포화 지방으로 구성되어 있다. CPO는 sterilization, bunch stripping, digestion, oil extraction, clarification, 그리고 purification을 거쳐 fresh fruit bunch로 부터 추출되며 extraction과 purification 공정에서 폐기물을 발생 시킨다. 고형 폐기물인 empty fruit bunch는 비료 등으로 재이용이 가능하며 보일러 등에서 발생하는 플라이 애시 역시 다른 오염물질의 제거를 위하여 사용되어 지만 현실적으로 고농도 유기폐수인 Palm Oil Mill Effluent (POME)에 의하여 환경적 문제가 제시되고 있다. 따라서 효율적으로 POME를 처리하기 위하여 anaerobic ponds, Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), Upflow Anaerobic Sludge Fixed Film (UASFF)와 Expanded Granular Sludge Bed (EGSB) 반응기 등에 관한 연구가 이루어졌다. 본 연구에서는 Anaerobic Hybrid Reactor (AHR)를 이용하여 POME의 COD 제거 거동을 파악고자 하였으며 이에 따라 kinetic model에 의한 해석을 수행하였다. 따라서 AHR에 유입되는 POME의 COD농도와 유량을 변화시켜가며 연속식 실험을 수행하였고 그 결과 값을 모델에 적용하여 각 상수 값을 결정하였다. 또한 batch test를 병행하여 granular sludge의 COD 제거 특성을 파악해보았다. Kinetic 해석을 위하여 사용된 모델은 널리 알려진 first-order kinetic model. Grau second-order kinetic model, modified Stover-Kincannon model, Monod model이며 상수 값 결정 후 완성된 모델을 이용하여 실험값과 모델 예측값을 비교하였다. Batch test 결과 외부 물리적 인자에 대한 영향이 없을 때 granular sludge에 의한 기질 소비는 Monod 이론을 따른다는 것을 나타났다. AHR에 각각의 kinetic model 적용 시 Grau second-order kinetic model의 경우 상수 a, b의 값은 각각 0.7826, 0.8698로 나타났으며 k2는 평균 2.60 /day로 나타났다. modified Stover-Kincannon model 적용 시에는 Umax값과 KB값은 각각39.683 g-L/day, 41.905 g-L/day로 나타났다. First-order kinetic model 적용 시 k1은 1.25/day로 나타났다. Monod model 적용 시 결정계수는 Grau second-order kinetic model과 modified Stover-Kincannon model 적용 시에 비하여 0.23으로 낮게 나타났다. 또한 결정된 상수를 이용하여 modified Stover-Kincannon, Grau second-order및 First-order kinetic model에 의한 예측값과 AHR을 이용한 POME 처리 시 유출수의 COD 농도를 비교하였을 때 실험값과 가장 높은 상관관계를 보인 모델은 Grau second-order kinetic model이었으며, modified Stover-Kincannon model이 가장 낮은 상관관계를 보였다.