수분함량과 유기물 함량이 80% 이상으로 매우 높고, 염도가 높은 국내 음식물쓰레기는 저장 및 운송과정에서 쉽게 부패하는 문제가 있어 적정 처리에 대한 효과적 기술 개발 필요성이 증대되고 있다. 유기물질을 분해하는 미생물이 산소를 이용하는 호기성 퇴비화방법은 유기물을 안정화시키는 것으로 미생물이 음식물 쓰레기를 분해하여 부식질인 퇴비물질, 물과 이산화탄소로 전환시킨다. 본 연구에서는 음식물쓰레기 발효 소멸 시스템을 이용 음식물쓰레기를 처리 하여 음식물 쓰레기의 발효특성을 알아보았다. 이를 통해 운전 안정화를 위한 미생물 활성기반 제어인자를 도출 하고자 하였다. 수분 조절을 위한 통기 개량제는 우드칩이 사용되었고 교반기의 혼합은 3rpm으로 진행되었다. 반응온도는 가온없이 자체발열로 운전 하고 흡인송풍으로 공기가 공급되었다. 운전인자 도출을 위한 발효물질 분석은 공업분석, 원소분석 등이 수행되었고 pH, 함수율, 염도 등이 측정되었다.

오늘날 인구밀도의 증가와 산업 활동의 증가로 하･폐수처리장이 급속하게 증가하였고, 이에 따라 하･폐수슬러지의 발생량이 많아지고 이를 감량 및 처리하기 위한 연구 및 개발도 증가하는 추세이다. 고함수(함수율 80%)의 특성을 가지고 있는 슬러지에 대한 처리 및 에너지화는 이전부터 많이 진행되고 있으나, 고형연료화에 있어서 높은 에너지 소비비용을 줄이기 위해 수열탄화의 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 2012년부터 런던협약에 의해 유기성폐기물의 해양투기가 금지되면서 하수슬러지 뿐만 아니라 가축분뇨, 음식물류폐기물 등이 육상처리 및 에너지화의 방향으로 진행되어야 할 것이다. 이에 본 연구에서는 유기성폐기물 종류에 따른 수열탄화의 반응특성변화를 평가하고, 수열탄화 반응물의 탈수성, 고형연료 생산수율, 발열량, 탈리여액의 메탄포텐셜 등을 평가하여 종류별 최적의 수열탄화 반응온도를 평가해보았다. 또한, 유기성폐기물 종류별 수열탄화 적용에 따른 고형연료 생산성을 평가하여 유기성폐기물별 연료화 가치를 판단해 보았다.

Recently, production of sewage and wastewater sludge have increased sharply with the population density and related industrial activity. As a result, studies of sludge treatment and reduction have been conducted and a pre-treatment method that uses thermal hydrolysis has emerged as a solution to this problem. To address problems with the thermal hydrolysis pre-treatment process, the deaeration and nitrogen recovery processes have been set up together, thus generating factors that inhibit dewaterability. In this study, the effect of pre-treatment, deaerated sludge on dewaterability-inhibiting factors (pH, temperature, aeration rate) was evaluated and alternative solutions were prepared. First, the dewaterability improvement effect increased rapidly at 190°C or higher when thermal hydrolysis pre-treatment was applied. Then, 1 L of thermal hydrolysis pre-treatment reactants at 190°C were injected into 1, 5, and 10 L/min air flows at 50°C, but no significant difference in capillary suction time (CST) or time to filter (TTF) was found. The dewaterability improved when the temperatures of the pre-treatment reactants varied between 30, 50, and 70°C under aeration at 5 L/min. However, when the pH was increased to 7, 9, or 11 at 5 L/min and 50°C, the dewaterability worsened by at least 10 times relative to the hydrolysis pre-treatment reactants. The zeta potential decreased from -30 mV to -50 mV as the pH increased. Thus, the stabilities and dispersities of the reactants increased due to the repulsive force of the particles. This was confirmed to be the cause of poor dewaterability. A coagulant can be used to solve to this problem, or the deaeration process can be placed after solid-liquid separation and the heat of thermal hydrolysis can be extracted via heat exchanger.

This study was conducted to evaluate the effects of physical characteristics. Twelve specific odorous compounds and various sources of bacteria were tested via treatment of food waste using an ultra-thermophilic aerobic composting process. Food waste was mixed with seed material and operated for 47 days. During composting, the temperature was maintained at 80-90°C. The variations in O2, CO2 and NH3 production suggested typical microorganism-driven organic decomposition patterns. After composting, the concentrations of 12 specific odorous compounds other than ammonia did not exceed the allowable exhaust limits for odor. After composting, thermophiles represented 50% of all bacteria. After composting, the percentage of thermophile bacterial increased by 15%. Therefore, both stable composting operation and economic benefit can be expected when an ultra-thermophilic composting process is applied to food waste.

지속적인 경제 성장으로 인한 생활 패턴 및 소비구조의 변화에 의해 폐기물 발생량은 급격히 증가하였으며, 발생 및 특성에 따른 적정처리에 대한 어려움을 겪고 있다. 특히, 유기성 폐기물은 2012년 해양 투기의 전면금지에 따라서 대체할 수 있는 처리 방안에 대해 지속적으로 방법을 강구하고 있는 실정이다. 음식물 폐기물의 경우 높은 유기물 함량과 높은 수분함량으로 직접적인 연료화보다는 퇴비화 및 사료화 등으로 처리하고 있으나, 악취 및 폐수 처리문제 등이 야기되고 있다. 본 연구에서는 수열탄화를 이용하여 Biochar를 생산하고, 생산한 Biochar 특성변화에 대한 연구를 진행하였다. 수열탄화의 온도변화에 따라서 음식물퓨 폐기물의 유기물의 특성 변화 및 연료 특성 변화에 대한 상관관계와 적용성에 대한 평가하였으며, 실험조건은 180-240℃에서 1시간동안 반응하였다. Biochar의 특성분석을 위행원소분석, 공업분석, 발열량 및 유기물 변화 등을 분석하였다. 수열탄화를 통해 발열량이 증가하였으며, 탈수성이 향상되는 결과를 얻었다. 음식물의 유기물의 용해에 의해 Product yield는 낮아지는 결과를 보였다. 화학적으로는 탄소함량의 증가를 통해 발열량이 증가하였다고 판단되며, 높은 온도에서는 분해율이 높아서 고형물 및 탄소 함량이 낮아지는 결과를 알수있었다. 수열탄화를 통해 얻어진 Biochar는 국내 Bio-SRF 기준에 적합한 결과를 보였으며, 수열처리는 음식물류 폐기물 처리의 한 방법으로 제시가능하다고 판단된다.

In this study, hydrothermal carbonization is used to recover energy from sludge. This hydrothermal carbonization is a feasible sustainable energy conversion technology to produce biofuel for renewable energy. The experiments were conducted at 170oC up to 220oC for a 30-min holding period to determine the optimum conditions for hydrothermal carbonization in a lab-scale reactor to apply to a scale-up reactor (1 ton/day). The biochars from sludge were assessed in terms of dewaterability characteristics and fuel properties. The results showed that the optimum temperature of labscale hydrothermal carbonization was 190oC. The 1 ton/day hydrothermal carbonization pilot plant operated at 190oC. The biochar had higher energy content but the char yield sharply decreased. Therefore, an energy of about 49% could effectively be converted from sludge biomass. This sludge from municipal wastewater treatment is a potential energy resource because sludge is composed of organic substances.

본 연구에서는 하수슬러지 가수분해를 통해 생성되는 아미노산의 혐기성 분해과정을 알아보기 위해 각각의 아미노산 별로 혐기성 분해를 평가하였다. 아미노산의 개별 평가를 위해, 두 종류 아미노산간의 공동대사 반응인 stickland reaction은 제한시켰고, 혐기성분해가 진행되는 동안 COD, T-N, NH4＋-N, Biogas, CH4 등의 변화를 분석했다. 본 연구에서는 아미노산의 탈아미노화에 의해 생성되는 암모니아성질소를 통해 아미노산 분해율을 판단하였고, 이를 위해 각 아미노산의 질소농도를 1,000mg/L로 고정하여 연구를 진행하였다. 그 결과, 알라닌, 시스테인, 리신, 류신, 메티오닌, 아르기닌, 글리신, 히스티딘의 항목 중 시스테인, 류신, 메티오닌은 탈아미노화가 61.55%, 54.59%, 46.61% 밖에 이루어지지 않았다. 특히 시스테인과 메티오닌의 경우, 탈아미노화에 기인된 유기물질의 혐기성분해가 전혀 이루어지지 않았다. 이 3종류 아미노산이 폐수에 높게 함유되어 stickland reaction이 완벽하게 충족되지 않는 조건이라면, 이 아미노산들은 혐기성 소화 공정의 처리효율 저하의 원인이 될 수 있다고 판단된다.