[논문]음식물 쓰레기 퇴비화를 위한 탈리액의 적정 처리 기준 설정 연구

권우석; 신진호; 남덕현; 박철휘

음식물 쓰레기 퇴비화를 위한 탈리액의 적정 처리 기준 설정 연구
A Study on the Optimum Treatment Criteria of the Leachate for Food Waste Composting 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.20 no.3, 2006년, pp.397 - 402

권우석 (서울시립대학교 환경공학부) , 신진호 (서울특별시 보건환경연구원) , 남덕현 (서울시립대학교 환경공학부) , 박철휘 (서울시립대학교 환경공학부)

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The treatment characteristics of leachate produced from pretreatment facilities like composting and feeding were investigated in a mesophilic anaerobic treatment. Experiments were performed in two phase which were acidification and methane fermentation. The acidification step was optimized for OLR from 1 to $4.5kg\;COD/kg\;VS{\cdot}day$ without adding NaOH. As experiment dates became longer, the solubilization ratio of particles increased up to 30% over 70 days. TVA was generated up to maximum 9,970mg HAc/L at OLR of $2kg\;COD/kg\;VS{\cdot}day$. But TVA was generated to minimum 6,519mg HAc/L at OLR of $4.5kg\;COD/kg\;VS{\cdot}day$. The acidification ratio was analyzed from 10.9% to 3.8% at OLR of $2kg\;COD/kg\;VS{\cdot}day$ and $4.5kg\;COD/kg\;VS{\cdot}day$ respectively. After 55 days, salt contents in the acid fermenter were accumulated and stabilized at the concentration of 3,150mg/L. Sodium ion($Na^+$) concentration was stabilized at 1,300mg/L. At methane fermentation step, biogas was generated up to 750ml and 937.5ml at the feeding volume of 20ml and 25ml respectively for acid fermented liquid during 25 days. About 80% of total biogas was generated during early 15 days and 95% were generated during 18 days respectively. After 25 days of the BMP test, acetic acid was removed approximately 97% and 98%, in case of those two experimental conditions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

6에 음식물 탈리액의 산발효액을 이용한 biogas 누적 발생량 을 도시하였다. 본 실험에서는발생 가능한 메탄의 최대량을 구하고자 IN NaOH를 주입하여 pH를 7.0으로 조절하였으며, Shelton과 Tiedje(1984)의 방법에 따라 영양배지 형태로 미량물질을 주입하여 최대의 메탄발생량을 얻고자 하였다.
본 연구에서는 호기성 공정보다 고농도의 유 기성폐수 처리에 적용 가능성이 높은 중온혐기성 공정을 이용하여 음식폐기물 퇴비화 공정에서 발생하는 탈리액의 처리 가능성 및 적정 처리수준을 설정하고자 산 발효와 BMP (biochemical methane potential) 테 스트를통한 biogas 발생 량 및 휘 발성 지 방산의 저 감율을 연구하였다.

제안 방법

VFAs(volatile fatty acids) 의 조 성 은 Gas Chromatography를 이용하여 분석하였으며, 가스 발생 량은 20cc, 100cc 용량의 gage needle이 장착된 유리제 실린지를 사용하여 측정하였다. TVA 및 그 외 분석항목들의 실험 방법은 Table 3에 나타내었다.
본 연구에서 1, 2, 3, 4.5kg COD/kgVS . day로 부하율을 단계적으로 조절한 결과 반응조의 pH는 5.
산발효 과정을 거친 음식폐기물 탈리액을 이용한 메탄발효는 BMP 테스트를 통하여 연구되었다. 메탄발효 실험에서 혐기성 미생물이 이용할 영양물질을 공급하기 위하여 Shelton & Tiedje(1984)의 방법에 따라 영양배지를 제조하였다.
음식폐기물 퇴비화 공정에서 발생하는 탈리액의 적정 처리수준을 이상혐기성 처리 공정을 이용하여 연구하고 다음과 같은 음식폐기물 탈리액의 처리 가능성과 최적 처리수준을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 산발효 장치 Fig. 1은 반 연속회분식 (semi-continuous batch reactor) 반응조를 사용하였다. 반응조는 원통 모양의 유리 재질, 유효 용량 14.
식종을 위한 슬러지는 일반 도시하수를 처리하는서 울시 J하수처리 장의 소화슬러지 를 채취 하여 이 용하였으며, 식종 전 불순물을 걸러내기 위하여 850㎛의 체를 이용하였다. Table 2에서 보는 바와 같이 소화슬러지의 성상은 pH가 약 6.
실험에 사용된 음식폐기물 탈리액은 경기도 N 시 음식폐기물 퇴비화 시설에서 분쇄 후 탈수 과정에서발생된 탈리액을 채취하여 사용하였다. 음식 폐기물 탈리액의 성상은 Table 1에서 보는 바와 같다.

이론/모형

메탄발효 실험에서 혐기성 미생물이 이용할 영양물질을 공급하기 위하여 Shelton & Tiedje(1984)의 방법에 따라 영양배지를 제조하였다.

성능/효과

1. 입자성 고형물의 가수분해율은 운전 40일 이후 증가하는 경향을 나타내었고 운전 70일 경과 후 최대 30%까지 입자성 고형물이 분해되어 용해성 물질로 변환 되었다.
3. 운전 55일 경과 후 NaCle 비교적 안정되었으며 약 3, 150mg/L의 농도를 유지하였다. Na+ 역시 운전 55일 경과 후 l, 300mg/L의 농도로 안정화 되었다.
4. pH 조정 및 필수 미량원소를 주입한 후 biogas 발생 실험 결과 5일의 메탄발효 적응기간(adaptation period)을 거친 후 전체 발생량의 80%는 15일 경과 후, 95%는 약 18일 경과 후 발생하였다.
5. 메탄 발효 반응 25일 후 각각의 휘발성 유기산을 분석한 결과 각각의 조건에서 약 97%, 98%의 아세트산이 제거되었다.
유기물 부하율을 2kg COD/kgVS . day 로 적용하였을 경우 TVA는 9, 970mg/L(as CHQOOH)로 분석 되 었고, 그 때의 pH는 4.8인 것으로 나타났으며, 탈리액을 이용한 본 산발효 연구에서 최적의 조건인 것으로 알 수 있었다. 그러나 부하율을 4.
5kg COD/kgVS . day로 부하율을 단계적으로 조절한 결과 반응조의 pH는 5.3, 4.8, 4.5, 4.1 로 감소되는 현상을 볼 수 있었다. 유기물 부하율을 2kg COD/kgVS .
5kg COD/kg VS . day에서 부하율 2kg COD/kg VS - day와 비교하여 36% 감소된 6, 519mg/L의 휘발성 유기산이 발생되었고, pH는 4.1, 산발효 효율은 3.8%였다.
9%로 증가한 결과를 얻었다. 반응조에서 생성되는 SCOD는 운전 40일 및 72 일 이후 각각 36, 000mg/L에서 131,000mg/L로 3.6배 증가한 것을 볼 수 있었다. 반응조 운전과정에서 부하율의 증가에 따라 pH가 4.
w(inhibitory concentration) 은 약 10, 600mg/L인 것으로 보고되었다. 본 연구에서 누적된 Na*의 농도는 메탄 발효율에 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있다.
5와 같이 운전 초기 기간 중 반응조내 NaCI 및 Na* 농도는 증가하는 경향을 나타내었다. 부하율이 4.5kg COD/kg VS - day까지 조절되 고, 운전 60일경과 후 반응조내 NaCI 및 Na+ 농도는 더 이상 누적되지 않고 유지된 것을 알 수 있었다. 이는 운전 초기 반응조의 NaCI 농도가 낮아 유입에 따른 반응조 내에 누적이 발생되었으며 일정 시간 이후 유입에 따른 누적 및 유출량이 평형상태에 도달한 것으로 분석되었다.
산발효액 20mL(750mg COD), 25mL(937.5mg COD)을 적용하여 실험한 결과, 5일 후 가스가 급격하게 발생하기 시작하여 15일 후 전체 가스의 80% 이상이 발생되었고. 95% 이상이 18일 안에 발생된것을 알 수 있었다.
9%로서 분석되었다. 셀룰로오스성분은 체류시간이 증가할수록 분해율이 증가하므로 반응조 운전시간 경 과에 따라 가수분해율이 증가하였고, 운전 72일 경과 후 29.9%로 증가한 결과를 얻었다. 반응조에서 생성되는 SCOD는 운전 40일 및 72 일 이후 각각 36, 000mg/L에서 131,000mg/L로 3.

참고문헌 (8)

권우석 (2006) 음식폐기물 탈리액의 중온혐기성 처리 특성 연구, 서울시립대학교 석사학위 논문
신항식, 송영채, 백병천 (1994) 주방폐기물의 혐기성분해에 대한 나트륨 이온의 영향 저해 특성평가, 저해모델, 유기성폐기울자원화, 2(2) pp. 3-17
유기영, 함건식, 이현미, 이진숙 (1997) 음식물 쓰레기 감량 및 자원화 방안. 서울시정개발연구원
Guerreo, L., Omil, M., M ndze, R. and Lema, J.M. (1999) Anaerobic hydrolysis and acidogenesis of wastewaters from food industries with high content of organic solids and protein. Wat. Res., 33(15), pp.3281- 3290

상세보기
McCarty, P.L. and Smith, D.P. (1986) Anaerobic Wastewater Treatment, Environ. Sci. Tech., 20
Rittmann, B.E., McCarty, P.L. (2001) Environmental Biotechnology:principle and applications, McGraw-Hill
Shelton, D.R., Tiedje, J.M. (1984) Isolation and partial characterization of bacteria in an anaerobic consortium that mineralizes 3-chlorobenwic acid, Appl Environ Microbiol., 48, pp.840-848

상세보기
Speece, R.E. (1996) Anaerobic Biotechnology for industrial wasterwaters, Nashvill: Archae Press

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