Abstract

Serial basic tests were conducted for the determination of fundamental kinetics and for the actual application of kinetic parameter to food waste digestion with precise measurement of methane production under a thermophilic condition. The effects of food particle size, sodium ion concentration, and volatile solid (VS) loading rate on the anaerobic thermophilic food waste digestion process were investigated. Results of serial test for the determination of fundamental kinetic coefficients showed the value of k (maximum substrate utilization rate coefficient) and KS (half-saturation coefficient) as $0.24hr^{-1}$ and $700mg/{\ell}$, respectively, for non-inhibiting organic loading range. No inhibition effect was shown until $5g/{\ell}$ of sodium ion concentration was applied to a serum bottle reactor. However, the volume of methane gas was decreased gradually when the concentrations of more than $5g/{\ell}$ of sodium ion applied. All sizes of food waste particle showed the same constants (A : 0.45) but the maximum substrate utilization rate constant ($k_{HA}$) was inversely proportional to particle size. As an average particle size increased from 1.02 mm to 2.14 mm, $k_{HA}$ decreased from $0.0033hr^{-1}$ to $0.0015hr^{-1}$. The result reveals that particle size is one of the most important factors in anaerobic food waste digestion. There was no inhibition effect of sodium ion when VS loading rate was $30g/{\ell}$. And maximum injection concentration of VS loading rate was determined about $40g/{\ell}$.

일련의 회분식실험을 통하여 음식폐기물의 동력학상수 및 메탄가스 발생량을 측정하였으며 음식폐기물의 고온혐기성 소화시 입자의 크기, 나트륨이온의 농도, 휘발성 고형물의 부하량이 따른 운전인자에 대한 영향을 살펴보았다. 기초 동력학 실험에서는 최대 기질 분해 속도 상수 k는 $0.24hr^{-1}$로 나타났으며 반 포화상수 Ks는 $700mg/{\ell}$ 로 나타났다. 나트륨 농도에 따른 혐기성소화 영향에 관한 실험은 나트륨 농도가 $5g/{\ell}$ 까지는 총 메탄가스 발생량에 영향을 미치지 않았으나 점차로 농도가 증가함에 따라 총 메탄가스 발생량이 감소하기 시작하였으며 나트륨 농도가 $20g/{\ell}$ 로 증가시켰을 경우 이론적인 발생량의 50% 만을 발생하였다. 음식폐기물을 크기별로 분쇄하여 혐기성 소화를 시킨 후 Valentini 모델에 적용시킨 결과 모든 경우에 있어서 가수분해 상수 값 A는 0.45를 나타내었으며 입자의 크기가 1.02 mm에서 2.14 mm로 높아짐에 따라 최대 기질 분해 속도 상수 $k_{HA}$는 $0.0033hr^{-1}$에서 $0.0015hr^{-1}$로 감소하였다. 이것으로 음식폐기물의 혐기성 소화에 있어서 입자 크기가 중요한 운전인자 중의 하나임을 증명할 수 있었으며 휘발성 고형분의 부하량에 관한 연구에서는 최대 주입 휘발성 고형물 부하량은 $40g/{\ell}$ 로 나타났으며, 유기물 부하가 낮은 경우에서는 나트륨 이온에 따른 영향이 휘발성 고형물 제거에 나타나지 않았으나 $40g/{\ell}$ 인 경우 약간의 차이가 있는 것으로 판명되었다.

Keywords

• food waste;
• thermophilic;
• anaerobic;
• digestion;
• particle sizes;
• hydrolysis

• 음식폐기물;
• 고온;
• 혐기성 소화;
• 입자크기;
• 가수분해;