#34 해설
2023년 입법고시 PSAT 언어논리
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다음 글의 내용과 부합하는 것은?
혐기성소화처리란 하수나 하수처리 과정에서 나온 찌꺼기를 혐기성 미생물로 분해하여 처리하는 것을 의미한다.
혐기성소화처리는 용존산소가 존재하지 않는 조건에서 미생물에 의해 분비되는 효소의 작용을 통해 고농도의 유기물을 함유한 폐수를 처리하는 과정이다.
또한 고농도의 폐수 혹은 폐기물의 혐기성소화 과정에서 발생하는 바이오가스를 회수할 수 있으며, 발생하는 하수찌꺼기의 양을 감량화 및 안정화할 수 있다.
경제적 및 환경적 측면에서 혐기성소화처리는 호기성처리보다 더 큰 잠재력을 가지고 있다.
따라서 현재까지 혐기성소화처리에 대한 여러 연구가 진행되고 있으며, 상당 부분 확립된 기술로써 전세계적으로 하수처리에 이용되고 있다.
혐기성소화처리에 이용되는 폐수는 발생원에 따라 휘발성 지방산, 알코올, 포도당 및 탄수화물과 같은 쉽게 분해되는 물질뿐만 아니라 암모니아, 황, 중금속 및 지방과 같은 난생분해성 물질을 함유하고 있다.
난생분해성 물질은 생물학적으로 분해되기 어려운 유기물을 의미하며, 낮은 용해성, 낮은 생분해성 및 높은 독성작용으로 인해 혐기성소화처리 과정에서 미생물 성장과 군집 변화에 대한 저해 작용을 일으킨다.
또한, 난생분해성 물질의 분해 과정과 저해 작용의 경로가 매우 복잡하여 혐기성소화처리에 이용함에 있어 많은 어려움이 따른다.
이러한 물질의 잠재적인 축적은 혐기성소화처리의 실패로 이어지게 된다.
지방은 탄수화물·단백질과 마찬가지로 폐수에서 쉽게 찾을 수 있는 성분이다.
이는 정제된 기름, 도축장 및 낙농 산업 폐수에 고농도로 함유되어 있다.
혐기성소화처리로부터 발생하는 바이오가스의 이론적인 수율은 1,420L/kg, 탄수화물이 830L/kg, 단백질이 920L/kg로 지방의 기대치가 가장 높다.
하지만 지방은 난생분해성 물질로 지방이 고농도로 함유된 폐수를 혐기성소화처리할 경우 많은 어려움이 따른다.
지방을 적절한 전처리 없이 혐기성소화처리를 할 경우 초산생성미생물과 메탄생성미생물의 저해, 기질과 생산물의 이동 저해, 슬러지 부유, 거품 발생, 라인과 펌프의 막힘 및 가스 포집의 막힘 문제가 발생하게 된다.
혐기성소화처리 과정에서 지방은 가수분해에 의해 글리세롤과 LCFA(Long-Chain Fatty Acid)로 분해된다.
LCFA는 β-산화 과정을 통해 초산, 수소 및 메탄으로 전환되지만 낮은 생분해도와 독성작용에 의해 높은 메탄 생산량을 기대하기 어렵다.
혐기성소화처리의 효율을 향상시키기 위한 방법으로 여러 종류의 혐기성 반응조가 고안되었는데, 반응조 내의 기질과 미생물의 혼합, 가스의 배출, 고효율, 반응조 크기의 최소화 등을 원활히 하고자 개선되어 왔다.
혐기성소화처리 초기 단계에서 UASBr(Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor)의 발견은 생물학적 처리에 있어 가장 기본적인 모델이 되었다.
상향류에 의해 미생물들은 응집체와 그래뉼 형태로 응집되었고 생성된 미생물들은 고밀도로 좋은 침강성을 가져 반응조 하부로 침강되었다.
결과적으로 반응조 내에 고농도로 미생물들이 유지되어 반응조의 성능이 향상되었다.
하지만 UASBr은 반응조 하부에 고농도로 축적된 미생물들이 압력을 받아 압축되고, 균열이 생기면서 기질이 반응조 내에 균일하게 분배되지 못하면서 한쪽으로만 상향유속이 생기는 채널링 현상이 발생하게 된다.
슬러지와 폐수의 접촉량을 높이고 유출수의 재순환 및 반응조의 높이를 높여 반응조 내에 미생물이 골고루 분산되도록 고안된 반응조가 EGSBr(Expanded Granular Sludge Blanket reactor)이다.
EGSBr은 상향류의 속도가 매우 높아 미생물 간의 접촉 및 미생물과 기질 간의 접촉이 증가하여 물질교환이 증가하게 되고, 결과적으로 반응조의 성능이 향상된다.
이외에도 혐기성소화처리의 효율을 높이기 위한 방법으로 저강도 초음파 처리가 있다.
저강도 초음파 처리는 미생물에 적절한
자극을 주어 활성도를 높여 신진대사를 촉진시키고 미생물 내외부로 기질과 생산물의 물질이동을 향상시켜 기질의 분해 및 바이오가스 생산의 효율을 높이는 방법이다.
메탄 생산 그래뉼에 저강도 초음파를 조사하여 메탄 생산량이 43% 향상되었다고 연구된 바 있다.
① 호기성처리는 발생하는 하수 찌꺼기의 양을 조절하기 쉽다는 장점이 있다.
② 도축장에서 발생한 폐수를 별도의 전처리 없이 혐기성소화처리할 경우 거품이 발생할 수 있다.
③ 현재까지 고안된 혐기성소화처리의 효율을 높이는 방법은 반응조 성능 향상이 유일하다.
④ EGSBr은 폐수 속에 응축된 미생물과 용존산소 등의 물질을 반응조 내에 분산시켜 채널링 현상을 방지할 수 있다.
⑤ 탄수화물, 단백질 및 지방이 모두 포함된 폐수를 혐기성소화처리할 때, 발생하는 바이오가스의 수율은 지방이 탄수화물의 두 배보다 높다.
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