데이터기반 통계기법을 이용한 혐기성소화공정의 성능 평가

Abstract

고농도의 유기성 폐기물을 처리하는데 적용되고 있는 혐기성소화 공정은 유입 폐기물 내 유기화 합물 제거와 동시에 바이오메탄을 생산할 수 있어서 경제적이고 효율적인 처리방법이다. 현재 혐기 성소화 처리시설이 국내 다수의 도시에 설치되어 운전되고 있으나 소화효율과 메탄회수율이 초기 설 계치보다 낮게 운영되고 있는 문제가 있다. 혐기성소화 공정은 가수분해, 산생성, 메탄생성의 단계에 따라서 유기물을 분해하는 공정이며, 각각의 단계에 관여하는 미생물과 성장환경이 상이하여 효율향 상을 위해 산발효조, 메탄생성조로 분리하여 운전하므로 소화효율의 문제 발생시 개선방안을 도출하기 어렵다. 또한 혐기성소화 효율 저하시 고려해야하는 매개변수가 많은 공정이며, 바이오가스 생산효율이 저하되면 학문적 이론을 적용하거나 운영자의 경험에 의존하여 효율저하 문제를 개선하고 있다. 그러나 부적절한 의사결정으로 인해 소화조 가동이 중단되는 문제가 발생하고 있으며, 본 연구에서는 혐기성소화공정의 성능에 영향을 미치는 매개변수를 데이터기반의 통계학적 분석을 적용하여적절한 의사결정 방법을 적용하기 위한 연구를 진행하였다. 혐기성소화 공정의 효율의 영향을 미치는 매개변수를 공정의 상태를 나타내는 지표, 운영에 영향을 미치는 매개변수, 공정의 불안정성을 나타내는 초기지표로 하여 3개의 그룹으로 분류한 후 성능평가를 진행하였다. 본 연구에서는 약 300일간 운전한 Lab-Sacle 2상 혐기성소화조의 운영데이터를 통계학적 분석기법인 Principal ComponentAnalysis과 Cubic Smoothing Spline을 적용하여 소화조 운전데이터의 이상치감지, 주성분 분석을 통한 매개변수의 소화효율 영향 평가를 진행하였다. 데이터기반 통계학적 분석기법을 적용하여 혐기성소화성능에 영향을 미치는 다양한 운전인자간의 상관관계 분석 후 기여도 평가를 진행하였으며, 혐기성소화 성능에 영향을 미치는 매개변수를 통계학적인 접근방법으로 나타내었다.