음식폐기물 탈리액의 중온 혐기성 처리 특성 연구
저자
발행사항
서울 : 서울시립대학교 대학원, 2005
학위논문사항
학위논문(석사)-- 서울시립대학교 대학원 : 환경공학과 2006. 2
발행연도
2005
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
57 ; 26cm
일반주기명
지도교수 :박철휘
소장기관
음식폐기물은 과거 직매립을 통하여 처리되었으나, 현재는 자원화 및 처리 시설을 거쳐 퇴비화, 사료화, 메탄화, 하수병합 등의 방법으로 처리 되고 있다. 이중 공공 처리시설 85개소의 음식폐기물 폐수량은 1,927.5 ton/d로 발생되고 있다. 음식폐기물 자원화 및 처리 시설에서 발생되는 폐수는 해양배출 등의 방법으로 최종 처리 되고 있다. 해양배출에 의한 처리는 육상처리에 비하여 처리비용이 저렴하여 지속적으로 증가하는 추세에 있다. 그러나 해양배출량이 해양의 정화 능력을 초과하게 되면 배출 해역에서 적조 및 해양 생태계의 교란 발생 등의 문제가 발생될 가능성이 잠재되어 있다.
음식폐기물은 중온 및 고온발효를 통한 혐기성 처리, 수소발효를 통한 처리방법 등 다양한 분야로 연구되고 있으며, 특히 메탄발효의 가능성이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 음식폐기물 탈리액의 적절한 처리에 대한 연구는 미비하게 진행되고 있으나, 탈리액의 특성을 고려하면 메탄발효를 통한 처리뿐만 아니라 에너지 회수의 가능성이 매우 높을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 음식폐기물 자원화 시설에서 발생하는 고농도의 유기성 탈리액을 대상으로, 2상 중온 혐기성소화 방법을 적용하여 실험을 수행하였으며, 운전 조건에 따른 가수분해율 및 산발효율을 검토하고, 산발효액을 대상으로 최대 메탄 발생량을 분석하여 이상혐기공정에서의 처리 특성을 연구하였다.
반응조 운전기간의 경과에 따라 입자성 고형물의 가수분해율은 증가하는 경향을 나타내었고 운전 70일 경과 후 최대 30%까지 입자성 고형물이 분해되어 용해성 물질로 변환 되었다. 유기물 부하율에 따른 실험 결과 2 kg COD/kg VS?d에서 최대 9,970 mg/L의 휘발성 유기산이 발생되었고, 이 때 pH는 4.8로서 최적의 pH 조건으로 분석되었다. 유기물 부하율 4.5 kg COD/kg VS?d에서 6,519 mg/L의 휘발성 유기산이 발생되어 최적의 조건과 비교하여 약 36% 감소되었으며 pH는 4.1을 기록하였다. 유기물 부하율 2 kg COD/kg VS?d에서 10.9%의 비교적 높은 산발효율을, 부하율 4.5 kg COD/kg VS?d에서 3.8%의 낮은 산발효율을 기록하였으며, 이는 유기물 부하율에 따른 반응조의 pH가 산발효율에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 적절한 유기물 부하율을 적용하여 반응조의 pH를 4.8~4.5로 유지하면, 운전기간이 장기화됨에 따라 가수분해율의 상승 및 휘발성 유기산의 발생율이 더욱 높아질 것으로 기대된다. 초기 반응조의 염분농도는 매우 낮았으며, 운전기간의 경과에 따라 염분농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 그러나 운전 55일 경과 후 비교적 안정되어 약 3,150 mg/L의 농도를 유지하였다. Na+ 역시 반응조 운전 55일 경과 후 2,000 mg/L의 농도로 안정화 되었으며, 기존에 알려진 저해농도(3,500~5,500 mg/L)에 미치지 않는 것으로 판단된다. 유기물 부하량에 따른 실험 결과 5일의 적응 기간을 거친 후 발생된 biogas의 80%는 15일 경과 후, 95%는 18일 경과 후 모두 발생하였으며 biogas량에 대한 메탄의 비가 약 69%로서 분석되었다. 반응 25일 후 각각의 반응조에 있는 아세트산의 경우에 대하여 약 97%, 98%의 제거율을 나타내었다.
주요어 : 음식폐기물 탈리액, 가수분해율, 산발효율, Biogas
The food waste is treated by composting, feeding and methane generation, instead of landfill. The wastewater from food waste treatment facility is produced upto 1,927.5 ton per day from 85 pubic facilities. The wastewater produced in recycling and pre-treatment facility is continuously disposed by ocean dumping which is more economical than land treatment. But some alternatives are required because it is strong possibilities for red tide outbreakes and marine pollution. The studies on mesophilic and thermophilic processes for anaerobic fermentation and hydrogen production have been conducted. Though a possibility of methane fermentation of food waste leachate is very high, a study on optimal treatment for food waste leachate is progressing insufficiently. A treatment possibility of methane fermentation and the energy recovery potentiality stans highly in estimation.
In order to evaluate a feasibility of two phases of anaerobic treatment, experiments such as solubilization and acidification, BMP test of food waste leachate were conducted.
As experiment dates became longer, solubilization rates of particles were increased upto 30% over 70 days over, and the particles became soluble materials. According to OLR variations, TVA was generated upto maximum 9,970 mg HAc/L at 2 kg COD/kg VS?d and pH 4.5 but TVA was generated to minimum 6,519 mg HAc/L at 4.5 kg COD/kg VS?d and pH 4.1. The acidification rates were analyzed from 10.9% to 3.8% at 2 kg COD/kg VS?d and 4.5 kg COD/kg VS?d respectively. According to the analysis, it was decided that pH at acid fermenter had mostly affect on acidification. After 55 days, salt contents in the acid fermenter were accumulated and stabilized at 3,150 mg/L. Na+ concentration was stabilized at 2,000 mg/L, which means that it did not reach inhibition concentration. According to the BMP test, biogass were generated upto 750 ml and 937.5 ml at the feeding volume of 20, 25 ml of acid fermented liquid during 25 days about 80% of total biogases were generated during early 15 days and 95% were generated during 18 day rectively.
After 25 days of the BMP test, acetic acid was removed approximately 97% in case of two experimental condition.
Key-words : Food waste leachate, Solubilization, Acidification, Biogas
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