嫌氣性消化槽를 利用한 飮食物쓰레기의 處理 = Treatment of food wastes using Anaerobic Digestion Tank

국문 초록 (Abstract)

本 硏究에 使用된 음식물쓰레기의 최종 처분은 매립, 소각 그리고 再活用으로 이루어지는데, 매립의 경우 음식물쓰레기의 높은 水分含量과 分解가 비교적 쉬운 부패성물질로 構成되어 있어 수거·운반시에 오수 및 악취 등으로 처리·처분작업에 지장을 초래할 뿐만 아니라 매립지에서 침출수 및 악취의 主原因으로 여러 가지 副作用을 낳고 있다.
이러한 점을 감안하여 정부에서는 폐기물관리법을 改正하여 2005년부터는 특별시, 광역시 또는 시지역에서 發生하는 음식물쓰레기를 바로 매립하는 것을 금지하고, 소각·퇴비화·사료화·소멸화 처리후 發生되는 잔재물만 매립토록 함으로써 음식물쓰레기 處理에 대한 대책마련이 시급한 실정이다.
이에 음식물쓰레기의 再活用이 增加되고는 있으나, 사료·퇴비 제품으로 現場에 適用하기에는 냄새 발생 및 침출수의 2차적인 처리 등으로 인해 판매가 원활하지 못하여 무장 공급 위주로 유통되고 있다.
또한, 現在 도시하수처리장 혐기성 소화조는 낮은 유기물부하로 인해 機能을 제대로 발휘하지 못하여 메탄가스 資原化나 탈질에 필요한 탄소원의 공급원으로서 이용가치도 적어 소화조에 적정한 유기물부하 방안이 강구되지 않으면 안 된다.
따라서, 本 硏究는 음식물쓰레기를 旣存 하수처리장 혐기성 소화조의 여유 용량을 活用한 混合處理로부터 多量의 대체에너지를 획득한다는 환경적·경제적 편익과 효율성을 근거로, 음식물쓰레기의 混合比率에 따른 혐기성소화특성 檢討 및 음식물쓰레기의 입자크기와 염소이온농도가 消化效率에 미치는 影響을 評價함으로써 혐기성 소화조를 이용한 음식물쓰레기의 資源化 방안을 제시하였다.
혐기성 회분식 實驗에서 하수슬러지와 음식물쓰레기의 混合比 1:0, 1:0.1, 1:0.3, 1:0.5, 1:1 및 1:2로 한 結果, 混合比 1:0.1이 VS제거효율 31.3%로 가장 높아 적정 混合比였으며, 음식물쓰레기의 입자크기를 파쇄하지 않은 것, 2∼4mm 및 2mm 以下로 파쇄한 경우 VS제거효율은 각각 32.2, 36.4 및 39.4%이고, 反應速度常數(k)는 0.1763, 0.1840 및 0.1979day^(-1)로서 입자크기가 작을수록 제거효율이 높았다. 음식물쓰레기 내의 염소이온농도는 1,700∼3,000mg/L로서 高濃度이나 하수슬러지와 混合嫌氣性 消化時 큰 影響이 없었다.
연속 혐기성처리는 混合比 1:0.1과 경제성을 고려한 입자크기 2∼4mm 및 세척하지 않고 HRT 15, 25 및 35일에서의 소화효율은 각각 46.3, 53.4 및 54.6%로서 소화조 시설기준 소화효율이 50% 이상인 점을 감안할 경우 체류시간을 25일 이상 維持하는 것이 바람직한 것으로 評價되었다.
HRT 15일, 25일 및 35일에서의 注入 VS g당 CH_(4) 가스 발생량은 각각 206, 262 그리고, 279㎖이고, 에너지수율은 각각 141, 179, 190 kwh/100kg으로서 체류시간이 길어질수록 메탄가스 발생량이 增加하였다.
以下의 결과를 종합적으로 分析하여 보면, 運轉을 통하여 하수슬러지와 음식물쓰레기의 혼합처리에 따른 혐기성소화진행이 양호함을 알 수 있었고, 혐기성소화의 저해요인은 發生하지 않았으며 旣存소화조 시설기준에 적합한 것으로 評價되어 운영증인 旣存 하수처리장의 소화조 여유용량을 利用한 음식물쓰레기의 혐기성 혼합처리 및 메탄가스로의 자원회수 可能性을 確認하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study examined influence upon digestion through chemical characteristics, the kinetic constant analysis, by mixing ratios, Cl concentrations, the crushing sizes of food wastes, and as a mock experimentation for applying actual scale of sewage treatment plant, so we examined the chemical characteristics, digestive gas generation and on-the-spot application to its retention time and performing tests by utilizing anaerobic digestion tank of the laboratory scale, so that, we attained the conclusion as follows.
1. At the anaerobic batch test, by mixing sewage sludge with food wastes by the ratios of 1:0, 1:0.1, 1:0.3, 1:0.5, 1:1 and 1:2, the VS removal efficiencies are 17.3%, 36.3%, 26.5%, 28.6%, 31.6% and 31.3% respectively, and we understand by this test that mixing ratio 1:0.1 is the most appropriate mixing ratio.
2. In the case of crushing the sizes of this food wastes less than raw, 2∼4mm and 2mm, the VS removal ratios were 32.2, 36.4 and 39.4% respectively, and kinetic constant (k) were 0.1763, 0.1840 and 0,1979 day^(1), and the more smaller crushing size have very high removal efficiencies and we need crushing as far as possible.
3. The Cl concentrations in the food wastes were 1,700∼3,000mg/L, so that it didn't have significant influence upon the mixing anaerobic digestion with sewage sludge.
4. In case of processing with consecutive anaerobic processing with mixing ratio 1:0.1, the digestion efficiency at the HRT 15, 25 and 35 days showed 46.3, 53.4 and 54.6% respectively therefore, we evaluated that it is desirable to sustain the retention time more than 25 days taking into account that digestion efficiency of the facilities standards of the digestion tank was more than 50%.
5. By mixing sewage sludge with food wastes by ratio of 1:0,1, and processing consecutive anaerobic digestion, the quantities of CH_(4) gas generation per added VS gram at HRT 15, 25 and 35 days were 206, 262 and 279 ㎖ respectively and also energy product ratios were 141, 179 and 190 kWh/100kg respectively, therefore, the longer was the retention time, the more was methane gas generated.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅲ
• Ⅰ. 序論 = 1
• Ⅱ. 文獻考察 = 4
• 1. 음식물쓰레기 및 하수슬러지 處理現況 = 4
• 2. 음식물쓰레기의 資源化 = 9
• 3. 有機性 廢棄物의 嫌氣性消化 = 13
• Ⅲ. 實驗 = 37
• 1. 裝置 = 37
• 2. 試料 및 分析 = 40
• 3. 運轉 = 44
• Ⅳ. 實驗結果 및 考察 = 45
• 1. 음식물쓰레기의 混合比率에 따른 嫌氣性消化特性 = 45
• 2. 음식물쓰레기의 입자크기가 消化效率에 미치는 影響 = 55
• 3. 음식물쓰레기의 염소이온농도가 消化效率에 미치는 影響 = 63
• 4. 實驗室 規模의 嫌氣性消化 = 72
• Ⅴ. 結論 = 84
• 參考文獻 = 85
• ABSTRACT = 93
• APPENDIX = 95