하수에서의 메탄가스 배출량 산정식
WM = P × Ddom × (1-DSdom) × 365(days/yr)
× 0.22 ㎏ CH4/㎏ BOD5 × WSw - MRw
하수 슬러지에서의 메탄가스 배출량 산정식
SM = P × Ddom × DSdom × 365(days/yr) × 0.22 ㎏ CH4/㎏BOD5 × WSs - MRs
여기서 P는 인구수, Ddom은 1인당 1일 BOD5 배출량, DSdom은 하수 슬러 지로의 제거율, WSw는 하수에서의 혐기성 처리비율, MRw는 하수에서의 메탄 회수율, WSs는 하수 슬러지에서의 혐기성 처리비율, MRs는 하수 슬러지에서의 메탄 회수율이다.
EPA는 위의 추천방법에 의해 하수로부터의 온실가스 배출량 선정이 용이하도록 지침서를 만들었고, 단계별 온실가스 배출 산정방법은 아래 와 같이 제시하고 있다.
<제1단계> : 필요한 자료의 수집
① 1인당 1일 BOD5 배출량 자료 : 기존 문헌 자료 인용한다.
② 인구수 : 인구 통계 자료 활용한다.
③ 슬러지로의 제거율 : 기존 문헌 자료 인용한다.
④ 혐기적으로 처리되는 하수의 비율 : 주에서 고유값을 갖고 있지 않은 경우는 EPA(1999)의 기본값을 활용할 것을 권고한다.
⑤ 혐기적으로 처리되는 하수 슬러지의 비율 : 주에서 고유값을 갖고 있지 않은 경우는 EPA(1999)의 기본값을 활용할 것을 권고한다.
⑥ 하수 처리 과정에서 회수되는 메탄량
⑦ 하수 슬러지 처리 과정에서 회수되는 메탄량
<제2단계> : BOD 부하량의 산정
BOD 부하량은 하루에 하수 처리장에 유입되는 생분해가 가능한 유기 물질 총량을 의미하며, 이는 단순히 하수 관리구역의 인구수에다 1인 당 1일 BOD 발생량을 곱하여 다음과 같이 결정하면 된다. 즉, TO = P×Ddom 으로서, 여기서 TO는 하수의 BOD 총 부하량이다.
<제3단계> : 하수로부터의 연간 메탄가스의 총 발생량 산정
① 주에서 하수 슬러지로 제거되는 BOD의 비율(DSdom)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유값이 없는 경우는 기본값 0.9를 적용한다.
② 주에서 하수의 혐기적으로 처리되는 비율(WSw)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.15(15%)를 적용한다.
③ 위에서 결정한 변수 값을 다음 식에 대입하여 하수의 혐기적으로 처리되는 BOD양 결정: TOWa(혐기적으로 처리되는 BOD5 총량) = TO × (1-DSdom) × WSw × 365days/yr
④ BOD를 CH4 발생량으로 환산할 수 있는 전환계수를 이용하여 하수로부터의 연간 메탄가스 발생량을 산정한다.
※ 전환계수는 최대 CH4 발생 가능량인 0.25 ㎏ CH4/㎏ BOD5를 적용 하여 다음과 같이 결정할 수 있다. : WMT = 0.25 × TOWa
<제4단계> : 하수로 부터의 연간 메탄가스의 순수 발생량 산정
3단계에서 결정한 메탄가스 총 발생량에서 회수되는 CH4의 양을 산정 하고 이를 탄소등가치로 전환한다.: WM = WMT - MRW. 이 값을 탄소 등가치로 전환시키기 위해서는 WM에다 메탄의 GWP인 21과 이산화탄 소 질량을 탄소질량으로 환산시키는 전환계수(12/44)를 곱하면 된다.
<제5단계> : 하수 슬러지로부터의 연간 메탄가스의 총 발생량 산정
① 하수에 의한 총 BOD 부하량을 결정(TO)한다.
② 주에서 하수 슬러지로 제거되는 BOD 비율(DSdom)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.9를 적용한다.
③ 주에서 하수 슬러지의 혐기적으로 처리되는 비율(WSs)에 대해 연구 조사를 통해 결정한 고유 값이 없는 경우는 기본값 0.15(15%)를 적용한다.
④ 위에서 결정한 변수 값을 다음 식에 대입하여 하수의 혐기적으로 처리되는 BOD 양 결정 TOSa(혐기적으로 처리되는 BOD5 총량) = TO × DSdom × WSs × 365days/yr
⑤ BOD를 CH4 발생량으로 환산할 수 있는 전환계수를 이용하여 하수로부터의 연간 메탄가스 발생량을 산정한다.
※ 전환계수는 최대 CH4 발생 가능량인 0.25 ㎏ CH4/㎏ BOD5를 적용 하여 다음과 같이 결정할 수 있다. : SMT = 0.25 × TOSa
<제6단계> : 하수 슬러지로부터의 연간 메탄가스의 순수 발생량 산정 제5단계에서 결정한 메탄가스 총 발생량에서 회수되는 CH4의 양을 산
정하고 이를 탄소등가치로 전환한다. : SM = SMT - MRs. 이 값을 탄 소등가치로 전환시키기 위해서는 SM에다 메탄의 GWP인 21과 이산화 탄소 질량을 탄소질량으로 환산시키는 전환계수(12/44)를 곱하면 된다.
2)
아산화질소 가스하수처리 과정에서 발생되는 N2O는 IPCC 지침서에서 제시한 다음과 같은 식을 이용하여 배출량을 산정할 수 있고, 산정하는 순서는 다음과 같다.
<제1단계> : 필요한 자료의 수집
① 연간 1인당 단백질 소비량 : UN의 FAO(Food and Agriculture Organization)로부터 자료 확보하고, 연간 1인당 소비량은 39.79 ㎏
② 단백질의 질소 함유량 : IPCC(1997)에서 제시한 기본값 16% 사용
③ 인구수 : 통계 관련 기관에서 자료 확보
④ N2O-N 배출계수 : 미국의 경우 배출계수를 결정하지 못했고, IPCC 지침서에서 제시한 0.01 ㎏ N2O-N/㎏ Sewage-N 사용(주의 : 여기서 배출계수 0.01은 N2O의 배출량이 아닌 N2O-N으로서 이를 N2O 질량으로 환산하기 위해서는 44/28을 곱해서 결정) 44/28은 반응의 양론비와 N2O, N의 분자량을 고려하여 결정(N→1/2 N2O, 즉 14g의 N이 반응해서 22g의 N2O 생성, 이 관계로부터 44/28 결정)
<제 2단계> : 연간 1인당 단백질 중의 질소 소비량 결정
이는 단백질 중의 질소함량에다 연간 1인당 단백질 소비량을 곱하여 다음과 같이 결정한다 : 연간 1인당 단백질 중의 질소 소비량 = 연간
1인당 단백질 소비량(Protein) × 단백질의 질소 함량(FracNPR)
<제 3단계> : 연간 단백질 중의 질소 총 소비량 결정
2단계에서 결정한 1인당 단백질 중의 질소 소비량에다 인구수를 곱하 여 산정한다.
<제 4단계> : 하수로부터의 N2O-N 배출량 산정
3단계에서 결정한 연간 단백질 중의 질소 총 소비량에다 N2O 배출계 수인 0.01 ㎏ N2O-N/㎏ Sewage-N을 곱하여 결정한다.
<제 5단계> : N2O-N 배출량을 톤 탄소등가치(TCE)로 전환
4단계에서 결정한 N2O-N 배출량에다 44/28을 곱하여 N2O 배출량으로 전환하고, 이 N2O 배출량에다 GWP값인 310을 곱하고, 이를 다시 탄 소등가치 전환계수인 12/44를 곱하여 결정한다. 산정식은 다음과 같다 : N2O(TCE) = N2O-N × 44/28 × 310 × 12/44