국내 음식물쓰레기는 2021년 기준 연간 약 450만톤이 발생되고 있고, 매년 전년 대비 약 3%가량 발생량이 증가되고 있는 반면, 2013년부터 런던협약으로 인해 음식물쓰레기 폐수 해양투기가 전면 금지됨으로써 발생되는 음식물쓰레기를 처리하는데 연간 약 8천억원의 비용이 소모되고, 음식물스레기의 특성상 처리과정에서 어려움을 겪고 있는 상황이다. 이에따라 음식점 및 급식소와 같은 다량의 음식물쓰레기가 발생되는 대규모 사업장에서는 2016년부터 시행된 폐기물관리법으로 사업자 스스로가 발생되는 음식물을 재활용 및 위탁처리해야 하는 상황이지만, 아직 가정용에 비해 처리성능이 우수하고, 기계적으로 견고한 업소용 음식물 감량기가 개발되지 않은 만큼 대부분의 사업장에서는 위탁처리에 의존하고있어 실질적인 음식물쓰레기 재활용이 이뤄지지 않고 있는 실정이다. 이에따라 사업장에서 배출되는 다량의 음식물스레기를 퇴비화할 수 있는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하는 것이 처리비용 감소와, 음식물 쓰레기의 자원화를 이룰 수 있는 방법이라고 판단했다. 본 연구에서는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하기 위해 투입되는 다량의 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 기계적 설계와 미생물제제를 구성하고, 미생물제제의 음식물 분해능력을 최적화할 수 있는 운전조건을 도출하는 방법을 연구했다.
업소용 음식물처리기의 음식물 ...
국내 음식물쓰레기는 2021년 기준 연간 약 450만톤이 발생되고 있고, 매년 전년 대비 약 3%가량 발생량이 증가되고 있는 반면, 2013년부터 런던협약으로 인해 음식물쓰레기 폐수 해양투기가 전면 금지됨으로써 발생되는 음식물쓰레기를 처리하는데 연간 약 8천억원의 비용이 소모되고, 음식물스레기의 특성상 처리과정에서 어려움을 겪고 있는 상황이다. 이에따라 음식점 및 급식소와 같은 다량의 음식물쓰레기가 발생되는 대규모 사업장에서는 2016년부터 시행된 폐기물관리법으로 사업자 스스로가 발생되는 음식물을 재활용 및 위탁처리해야 하는 상황이지만, 아직 가정용에 비해 처리성능이 우수하고, 기계적으로 견고한 업소용 음식물 감량기가 개발되지 않은 만큼 대부분의 사업장에서는 위탁처리에 의존하고있어 실질적인 음식물쓰레기 재활용이 이뤄지지 않고 있는 실정이다. 이에따라 사업장에서 배출되는 다량의 음식물스레기를 퇴비화할 수 있는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하는 것이 처리비용 감소와, 음식물 쓰레기의 자원화를 이룰 수 있는 방법이라고 판단했다. 본 연구에서는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하기 위해 투입되는 다량의 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 기계적 설계와 미생물제제를 구성하고, 미생물제제의 음식물 분해능력을 최적화할 수 있는 운전조건을 도출하는 방법을 연구했다.
업소용 음식물처리기의 음식물 전처리 성능향상과 구조적 안정성을 위해 분쇄날의 형상변경과 이송스크류의 길이 및 각도를 조절해 투입 음식물의 전처리 성능을 높였고, 교반날개의 폭을 줄이고, 교반축의 두께를 증가시켜 내구력 있는 기계 구동을 가능하게 했다. 최종적으로 분쇄부는 약 12%의 수분저감률을 보였다.
미생물제제는 원심분리된 Bacillus subtilis KHNS-1 균을 담체(팽화재, 수분조절재)에 접종해 제조되며, Lab-Scale 처리기에서 사용한 기존 제제는 코코코피트, 톱밥, 왕겨, 제올라이트가 7:1:1:1 비율로 코코피트의 함량이 높았지만, 이는 과습상태에서 제제가 뭉치는 문제가 발생해 Pilot-Scale 처리기에는 비율을 4:4:1:1로 톱밥의 비율을 높여 미생물 활성에 최적인 35~38%의 수분함량을 유지했다.
Lab-Scale 실험에서는 미생물 제제 내 KHNS-1균이 최적의 활성을 유지하기 위한 조건을 도출했으며, 미생물의 활성은 음식물이 분해되며 발생하는 분해열과 발생량의 변화를 통해 측정했다. 음식물 투입 전, 제제의 심부온도는 42℃, 공기공급은 3L제제 기준 2.5L/min, pH는 6~7 사이에서 높은 활성도를 나타냈고, 음식물을 투입 후, 활성도가 떨어질 때 교반을 해주고, 교반을 통한 활성화가 지속되지 않을 때 추가적인 음식물을 투입해주는 방법으로 기계를 가동했고, 그 결과 3L의 제제로 250g의 음식물을 처리할 수 있고, 기계가 정상적으로 가동했을 때, 온도는 44~51℃ 사이를 유지하고, 1일 배출량은 200~500g이며, 1일 평균 약 85%의 무게를 감량하는 성능을 보였다.
Pilot-Scale 실험에서는 업소용 음식물처리기의 안정적인 음식물처리를 위한 운전조건을 도출했으며, 그 중 교반주기 설정을 통해 수분제어와 미생물의 활성도를 높였다. 상시교반, 1시간 교반 + 5시간 정지, 5분 교반 + 25분 정지 세가지의 방법으로 미생물의 활성도를 비교한 결과 5분 교반 + 25분 정지의 방법이 가장 높은 활성도를 보였고, 이는 짧은 주기의 교반으로 제제 내 수분을 증발시켜 제어하고, 미생물이 유기물을 분해할 수 있는 적정 반응시간이 필요하다는 것을 알 수 있다.
이러한 운전조건을 토대로 기계를 작동했을 때, 30L의 제제로 처리 가능한 음식물의 양은 7Kg/d이며, 2주간 해당량을 연속 투입했을 때, 92%의 무게감량률과 76%의 TS 감량률을 보였다. 최종적으로 발생된 부산물을 2단 호기반응조에 2차 발효해 나온 부숙물을 퇴비적합도 시험을 진행했을 때 질소 2.81%, C/N ratio 25.08, 염분 1.29%, 부숙도 8로 퇴비로 사용하기 적합했다.
국내 음식물쓰레기는 2021년 기준 연간 약 450만톤이 발생되고 있고, 매년 전년 대비 약 3%가량 발생량이 증가되고 있는 반면, 2013년부터 런던협약으로 인해 음식물쓰레기 폐수 해양투기가 전면 금지됨으로써 발생되는 음식물쓰레기를 처리하는데 연간 약 8천억원의 비용이 소모되고, 음식물스레기의 특성상 처리과정에서 어려움을 겪고 있는 상황이다. 이에따라 음식점 및 급식소와 같은 다량의 음식물쓰레기가 발생되는 대규모 사업장에서는 2016년부터 시행된 폐기물관리법으로 사업자 스스로가 발생되는 음식물을 재활용 및 위탁처리해야 하는 상황이지만, 아직 가정용에 비해 처리성능이 우수하고, 기계적으로 견고한 업소용 음식물 감량기가 개발되지 않은 만큼 대부분의 사업장에서는 위탁처리에 의존하고있어 실질적인 음식물쓰레기 재활용이 이뤄지지 않고 있는 실정이다. 이에따라 사업장에서 배출되는 다량의 음식물스레기를 퇴비화할 수 있는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하는 것이 처리비용 감소와, 음식물 쓰레기의 자원화를 이룰 수 있는 방법이라고 판단했다. 본 연구에서는 안정화된 업소용 음식물처리기를 개발하기 위해 투입되는 다량의 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 기계적 설계와 미생물제제를 구성하고, 미생물제제의 음식물 분해능력을 최적화할 수 있는 운전조건을 도출하는 방법을 연구했다.
업소용 음식물처리기의 음식물 전처리 성능향상과 구조적 안정성을 위해 분쇄날의 형상변경과 이송스크류의 길이 및 각도를 조절해 투입 음식물의 전처리 성능을 높였고, 교반날개의 폭을 줄이고, 교반축의 두께를 증가시켜 내구력 있는 기계 구동을 가능하게 했다. 최종적으로 분쇄부는 약 12%의 수분저감률을 보였다.
미생물제제는 원심분리된 Bacillus subtilis KHNS-1 균을 담체(팽화재, 수분조절재)에 접종해 제조되며, Lab-Scale 처리기에서 사용한 기존 제제는 코코코피트, 톱밥, 왕겨, 제올라이트가 7:1:1:1 비율로 코코피트의 함량이 높았지만, 이는 과습상태에서 제제가 뭉치는 문제가 발생해 Pilot-Scale 처리기에는 비율을 4:4:1:1로 톱밥의 비율을 높여 미생물 활성에 최적인 35~38%의 수분함량을 유지했다.
Lab-Scale 실험에서는 미생물 제제 내 KHNS-1균이 최적의 활성을 유지하기 위한 조건을 도출했으며, 미생물의 활성은 음식물이 분해되며 발생하는 분해열과 발생량의 변화를 통해 측정했다. 음식물 투입 전, 제제의 심부온도는 42℃, 공기공급은 3L제제 기준 2.5L/min, pH는 6~7 사이에서 높은 활성도를 나타냈고, 음식물을 투입 후, 활성도가 떨어질 때 교반을 해주고, 교반을 통한 활성화가 지속되지 않을 때 추가적인 음식물을 투입해주는 방법으로 기계를 가동했고, 그 결과 3L의 제제로 250g의 음식물을 처리할 수 있고, 기계가 정상적으로 가동했을 때, 온도는 44~51℃ 사이를 유지하고, 1일 배출량은 200~500g이며, 1일 평균 약 85%의 무게를 감량하는 성능을 보였다.
Pilot-Scale 실험에서는 업소용 음식물처리기의 안정적인 음식물처리를 위한 운전조건을 도출했으며, 그 중 교반주기 설정을 통해 수분제어와 미생물의 활성도를 높였다. 상시교반, 1시간 교반 + 5시간 정지, 5분 교반 + 25분 정지 세가지의 방법으로 미생물의 활성도를 비교한 결과 5분 교반 + 25분 정지의 방법이 가장 높은 활성도를 보였고, 이는 짧은 주기의 교반으로 제제 내 수분을 증발시켜 제어하고, 미생물이 유기물을 분해할 수 있는 적정 반응시간이 필요하다는 것을 알 수 있다.
이러한 운전조건을 토대로 기계를 작동했을 때, 30L의 제제로 처리 가능한 음식물의 양은 7Kg/d이며, 2주간 해당량을 연속 투입했을 때, 92%의 무게감량률과 76%의 TS 감량률을 보였다. 최종적으로 발생된 부산물을 2단 호기반응조에 2차 발효해 나온 부숙물을 퇴비적합도 시험을 진행했을 때 질소 2.81%, C/N ratio 25.08, 염분 1.29%, 부숙도 8로 퇴비로 사용하기 적합했다.
As of 2021, approximately 4.5 million tons of domestic food waste are generated annually in South Korea, with an annual increase of around 3% compared to the previous year. However, since 2013, food waste disposal into the ocean has been completely banned due to the London Convention. As a result, t...
As of 2021, approximately 4.5 million tons of domestic food waste are generated annually in South Korea, with an annual increase of around 3% compared to the previous year. However, since 2013, food waste disposal into the ocean has been completely banned due to the London Convention. As a result, the annual cost of processing food waste, which is generated as a result, amounts to approximately 800 billion KRW. The nature of food waste poses challenges during the disposal process. In response to this, large-scale establishments such as restaurants and cafeterias have been required to recycle or outsource the management of food waste since 2016, under the Waste Management Act. However, the current processing capacity for commercial composter is still inferiorr to that of households composter, and there is a lack of robust mechanical food waste reducers for commercial use. Consequently, most businesses rely on outsourcing rather than achieving practical food waste recycling. In light of this situation, it has been deemed necessary to develop stable food waste composter for commercial establishments, which can efficiently convert large quantities of food waste into compost. This approach is expected to reduce processing costs and promote resource utilization of food waste. In this study, we conducted research on the mechanical design and microbial agent required to develop stable food waste composter for commercial use, aiming to optimize the decomposition capabilities of microbial agents under various operating conditions.
To enhance the preprocessing performance and structural stability of the commercial food waste composter, the shape of the shredding blades was modified and the length and angle of the conveying screw were adjusted to improve the preprocessing efficiency of the input food waste. The width of the mixing blades was reduced, and the thickness of the mixing shaft was increased to enable durable mechanical operation. As a result, the shredding section demonstrated a moisture reduction rate of approximately 12%..
The microbial agent is produced by inoculating Bacillus subtilis KHNS-1 strain, which has been centrifugally separated, into the carrier material (expansion agent, moisture control agent). The conventional microbial agent used in the Lab-Scale composter consisted of coco-feat, sawdust, rice bran, and zeolite in a ratio of 7:1:1:1, with a high proportion of coco-feat. However, this led to the problem of the microbial agent clumping in humid conditions. For the Pilot-Scale processor, the ratio was adjusted to 4:4:1:1, with an increased proportion of sawdust, to maintain an optimal moisture content of 35-38% for microbial activity.
In the Lab-Scale composter, the optimal conditions for maintaining the activity of the microbial agent, specifically the KHNS-1 strain, were determined. The activity of the microorganisms was measured through the changes in the amount of heat and CO2 gas generated during the decomposition of food waste. Prior to introducing the food waste, the internal temperature of the microbial agent was maintained at 42°C, with an air supply rate of 2.5 L/min based on a 3 L microbial agent. The pH level between 6 and 7 exhibited high activity. After introducing the food waste, agitation was provided when the activity decreased, and additional food waste was added if sustained activation through agitation was not achieved. The composter was operated under these conditions, allowing for the processing of 250g of food waste using a 3 L microbial agent. When the machine operated normally, the temperature was maintained between 44°C and 51°C. The daily CO2 emission ranged from 200g to 500g, with an average weight reduction rate of approximately 85% per day.
In the Pilot-Scale composter, optimal operating conditions were derived to achieve stable food waste treatment in the commercial food waste treatment facility. Among these conditions, the setting of the agitation cycle was utilized to control moisture and enhance microbial activity. Three methods were compared in terms of microbial activity: continuous agitation, 1-hour agitation followed by 5 hours of rest, and 5 minutes of agitation followed by 25 minutes of rest. The results showed that the method of 5 minutes of agitation followed by 25 minutes of rest exhibited the highest microbial activity. This indicates that the short agitation cycle allows for controlled evaporation of moisture within the microbial agent and provides the optimal reaction time for microbial decomposition of organic matter.
Based on these operating conditions, when the machine was operated, it could process a quantity of food waste equivalent to 7 kg per day using a 30 L microbial agent. When this amount was continuously fed for a period of two weeks, it resulted in a weight reduction rate of 92% and a total solids (TS) reduction rate of 76%. The final byproduct generated was subjected to secondary fermentation in a two-stage digester, and the resulting digestate was tested for compost suitability. The compost exhibited a nitrogen content of 2.81%, a C/N ratio of 25.08, a salt content of 1.29%, and a maturity index of 8, indicating its suitability for use as compost.
As of 2021, approximately 4.5 million tons of domestic food waste are generated annually in South Korea, with an annual increase of around 3% compared to the previous year. However, since 2013, food waste disposal into the ocean has been completely banned due to the London Convention. As a result, the annual cost of processing food waste, which is generated as a result, amounts to approximately 800 billion KRW. The nature of food waste poses challenges during the disposal process. In response to this, large-scale establishments such as restaurants and cafeterias have been required to recycle or outsource the management of food waste since 2016, under the Waste Management Act. However, the current processing capacity for commercial composter is still inferiorr to that of households composter, and there is a lack of robust mechanical food waste reducers for commercial use. Consequently, most businesses rely on outsourcing rather than achieving practical food waste recycling. In light of this situation, it has been deemed necessary to develop stable food waste composter for commercial establishments, which can efficiently convert large quantities of food waste into compost. This approach is expected to reduce processing costs and promote resource utilization of food waste. In this study, we conducted research on the mechanical design and microbial agent required to develop stable food waste composter for commercial use, aiming to optimize the decomposition capabilities of microbial agents under various operating conditions.
To enhance the preprocessing performance and structural stability of the commercial food waste composter, the shape of the shredding blades was modified and the length and angle of the conveying screw were adjusted to improve the preprocessing efficiency of the input food waste. The width of the mixing blades was reduced, and the thickness of the mixing shaft was increased to enable durable mechanical operation. As a result, the shredding section demonstrated a moisture reduction rate of approximately 12%..
The microbial agent is produced by inoculating Bacillus subtilis KHNS-1 strain, which has been centrifugally separated, into the carrier material (expansion agent, moisture control agent). The conventional microbial agent used in the Lab-Scale composter consisted of coco-feat, sawdust, rice bran, and zeolite in a ratio of 7:1:1:1, with a high proportion of coco-feat. However, this led to the problem of the microbial agent clumping in humid conditions. For the Pilot-Scale processor, the ratio was adjusted to 4:4:1:1, with an increased proportion of sawdust, to maintain an optimal moisture content of 35-38% for microbial activity.
In the Lab-Scale composter, the optimal conditions for maintaining the activity of the microbial agent, specifically the KHNS-1 strain, were determined. The activity of the microorganisms was measured through the changes in the amount of heat and CO2 gas generated during the decomposition of food waste. Prior to introducing the food waste, the internal temperature of the microbial agent was maintained at 42°C, with an air supply rate of 2.5 L/min based on a 3 L microbial agent. The pH level between 6 and 7 exhibited high activity. After introducing the food waste, agitation was provided when the activity decreased, and additional food waste was added if sustained activation through agitation was not achieved. The composter was operated under these conditions, allowing for the processing of 250g of food waste using a 3 L microbial agent. When the machine operated normally, the temperature was maintained between 44°C and 51°C. The daily CO2 emission ranged from 200g to 500g, with an average weight reduction rate of approximately 85% per day.
In the Pilot-Scale composter, optimal operating conditions were derived to achieve stable food waste treatment in the commercial food waste treatment facility. Among these conditions, the setting of the agitation cycle was utilized to control moisture and enhance microbial activity. Three methods were compared in terms of microbial activity: continuous agitation, 1-hour agitation followed by 5 hours of rest, and 5 minutes of agitation followed by 25 minutes of rest. The results showed that the method of 5 minutes of agitation followed by 25 minutes of rest exhibited the highest microbial activity. This indicates that the short agitation cycle allows for controlled evaporation of moisture within the microbial agent and provides the optimal reaction time for microbial decomposition of organic matter.
Based on these operating conditions, when the machine was operated, it could process a quantity of food waste equivalent to 7 kg per day using a 30 L microbial agent. When this amount was continuously fed for a period of two weeks, it resulted in a weight reduction rate of 92% and a total solids (TS) reduction rate of 76%. The final byproduct generated was subjected to secondary fermentation in a two-stage digester, and the resulting digestate was tested for compost suitability. The compost exhibited a nitrogen content of 2.81%, a C/N ratio of 25.08, a salt content of 1.29%, and a maturity index of 8, indicating its suitability for use as compost.
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