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문제 정의
- , 2002). 본 연구에서는 음식물쓰레기를 열처리한 후 중온 조건에서 연속 수소 발효를 수행할 때 열처리 시간과 pH 하한값이 미치는 영향을 고찰하였다.
제안 방법
- 기체의 조성은 열전도도 검출기 가스크로마트그래피 (SRI 310, SRI Instrument)를 사용하여 측정하였다. 칼럼은 Hx 분석에는 1.
- 연속 운전은 주입-교반-침전-배출로 구성된 연속 회분식으로 수행되었다. 운전 주기는 24 시간이었다.
- 외, 2010). 열처리는 분쇄된 음식물쓰레기를 비커에 담은 후 항온 수조(HB-205WM, Hanbaek Science)를이용하여 가열하였으며 본 논문에서의 열처리 시간은 70C 에 도달한 후 유지된 시간을 의미한다. 열처리된 음식물쓰레기는 30 g carbohydrate COD/L로 희석된 후 수소 반응조에 주입되었다.
- 2 mm stainless steel column with porapak Q(80/100 mesh를사용하였으며 운반기체로는 각각 질소와 헬륨을 이용하였다. 유기산의 농도는 시료를 0.45 /zm 막 여과로 거른 후 자외선 검출기 (210 nm) 고성능 액체 크로마토그래피 (Spectrasystem P2000, Spectraphysics) 로 측정 하였으며 칼럼은 1007.8 mm Fast acid column (Aminex), 운반 용매는 0.005 M 황산용액을 이용하였다. 탄수화물 농도는 포도당을 기준물질로 하여 480, 484, 490 nm에서의 흡광도를 통해 계산되었다 (Kim and Shin, 2008).
- 음식물쓰레기 연속 중온 수소 발효는 35±1C로 유지되는 항온실 안에 위치한 ASBR(Anaerobic Sequencing Batch Reactor)를 이용하여 수행하였다. 반응조의 내경, 높이, 유효 부피는 각각 140 mm, 300 mm, 3.
대상 데이터
- 수소 반응조 식종 슬러지는 경상북도 G 시에 위치한 하수처리장 소화슬러지를 이용하였으며, 식종하기 전에 90C에서 20분간 열처리하였다. 식종슬러지의 휘발성 고형물 농도(VS)는 16.
- SRI Instrument)를 사용하여 측정하였다. 칼럼은 Hx 분석에는 1.8 m 3.2 mm stainless steel column with molecular sieve 5A를, N2, CH4, CO2 분석에는 0.9 m 3.2 mm stainless steel column with porapak Q(80/100 mesh를사용하였으며 운반기체로는 각각 질소와 헬륨을 이용하였다. 유기산의 농도는 시료를 0.
이론/모형
- 탄수화물 농도는 포도당을 기준물질로 하여 480, 484, 490 nm에서의 흡광도를 통해 계산되었다 (Kim and Shin, 2008). 그 외의 모든 분석에는 Standard Methods (1998)을 준용하였다.
성능/효과
- 1) 음식물쓰레기를 70℃에서 열처리할 경우 중온 혐기성소화를 통해 수소를 연속 생산할 수 있다.
- 2) 음식물쓰레기 연속 중온 수소 발효는 70C 열처리 시간 60분 이상, pH 5.0 이상인 조건에서 진행하는 것이 바람직하다.
- 3) 실험 조건 중 열처리 60분 pH 하한값 5.3에서 수소 생산 효율이 가장 높았으며, 생산 속도와 수율은 각각 1.32 m3/m3.d, 0.71 mol/mol hexoseadded 였다.
- 4) 수소 발효의 산 발효 효율은 41-49%로 수소를 생산하지 않는 산 발효 공정의 효율과 유사하였으며, 수소 수율이 높아질수록 노말부티르산의 분율이 증가하였다..
- 식 (1)에 나타낸 바와 같이 1몰의육탄당으로부터 1몰의 노말부티르산과 2몰의 수소가 생성될 수 있다. 본 연구에서도 pH 4.7을 제외한 모든 조건에서노말부티르산이 가장 양이 많은 발효 산물이었으며, 수소생성이 증가함에 따라 생성량이 증가함을 확인할 수 있다.
- , 2001; Kim and Shin, 2008). 본연구에서도 열처리 시간 및 pH 하한값이 적정치보다 낮을경우 수소 생산의 저화와 함께 젖산 분율이 증가가 관찰되었다.
- 의의가 있다. 산발효 효율(fermentation efficiency) 을 COD 기준으로 유입된 유기성 폐기물이 유기산으로 전환된 양으로 정의할 때, 본 연구에서 얻은 값은 41-49%였다 (pH 4.7 제외). 이는 음식물쓰레기를 수소를 생성하지 않는 공정에서 산 발효한 결과(37-53%)와 유사하여, 수소 발효가 산 발효를 충분히 대체할 수 있음을 확인할 수 있었다 (Han and Shin, 2002).
- 2와 Table 2에 도시한 바와 같이 열처리 시간에 따라 차이가 났다. 열처리 20분(Condition Ⅱ, IV)은 60분(Condition I, III 에비해 수소 발생량이 69-72% 수준으로 감소하였고, 유기산 조성에서도 노말부티르산이 줄어들고 젖산이 증가함을 알 수 있다. 이는 음식물쓰레기 70C 20분 열처리 시 젖산균이 소량 생존함을 보고한 Kim et al.
- 열처리 시간과 pH를 달리한 네 가지 조건에서 식종 및초기 회분식 운전을 수행한 결과 모두 식종 후 36h 이내에 1.5 mol H/mol carbohydrateadded 에 도달하였으며, 이는수소 생산 속도로는 3.7 m3/m3.d 이상에 해당하는 양이다. 열처리 2C분, pH 하한값 5.
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