The object of this study is to feasibility assesment for co-digestion efficiency of food waste recycling wastewater(FWR) with thermal hydrolysis process dehydration cake (THP Sludge). As a result of THP pre-treatment experimental conditions to 160oC and 30 minutes, the solubility rate(conversion rate of TCOD to SCOD) of the THP sludge increased by 34%. And the bio-methane potential in the THP sludge increased by about 1.42 times from 0.230 to 0.328 m3 CH4/kg VS compared to the non-pre-treatment. The substrates of the co-digestion reactor were FWR and THP sludge at a 1:1 ratio. Whereas, only FWR was used as a substrate in the digestion reactor as a control group. The experimental conditions are 28.5 days of hydraulic retention time(HRT) and 3.5 kg VS/m3-day of organic loading rate(OLR). During the 120 days operation period, the co-digestion reactor was able to operate stably in terms of water quality and methane production, but the FWR digestion reactor deteriorated after 90 days, and methane production decreased to 0.233 m3 CH4/kg VS, which is 67% of normal condition. After 120 days of the experiment, organic loading rate(OLR) of co-digestion reactor was gradually increased to 4.5 kg VS/m3-day and operated for 80 days. Methane production during 80 days was evaluated to be good at the level of 0.349 m3 CH4/kg VS. As a result of evaluating the dehydration efficiency of the sludge before/after 150-180oC THP using a filter press, it was confirmed that the moisture content of the sludge treated before THP at 180oC was 75% and improved by 8% from 83-85% level. Therefore, it is expected that the co-digestion reactor of FWR and THP sludge will ensure stable treatment water quality and increase bio-methane production and reduction effect of dehydration sludge volume.

현재 국내에서 발생하는 유기성폐기물은 에너지화 정책에 따라 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설에서 처리 및 에너지원으로 전환되고 있다. 이러한 유기성폐기물 중 음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내에서 발생하는 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)은 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화를 위해서는 전처리가 필수적이다. 또한, 음식물쓰레기는 구성성분이 다양할 뿐만아니라 섬유질도 다량 포함하고 있어 혐기소화를 통해 바이오가스로 전환하기 위해서는 보통 30일 전후의 소화기간을 필요로 하고 있고, 특히 파쇄/선별의 단순 물리적 전처리만 거친 음식물쓰레기의 경우에는 30일 이상의 혐기소화 기간이 필요한 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 사전 연구를 통해 도출된 음식물쓰레기 열가수분해 운전조건을 적용해 습식 혐기소화 반응조에 적합하도록 U원 구내 식당에서 발생한 음식물쓰레기를 전처리하였고, 이렇게 얻어진 음식물쓰레기 가용화물을 실험실 규모의 중온 단상 혐기소화 반응조에 투입해 일반적인 중온 이상습식 혐기소화 체류시간(35일)의 절반 수준인 18일의 체류시간으로 운전하는 조건에서 바이오가스 수율 및 반응조 안정성 등을 평가하고자 하였다.

현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지 및 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따른 유기성 폐기물 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그중에서도 음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내 발생 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)이 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 이전에 전처리가 필수적이며, 단순 파쇄/선별을 통한 물리적 전처리만으로는 충분한 가용화가 어려운 부분이 있다. 이러한 유기성폐자원의 가용화를 위한 전처리 방법에는 가수분해/산발효를 통한 생물학적 처리, 산, 알칼리, 오존 등을 통한 화학적 처리, 초음파, 열, 압축 등에 의한 물리적 처리 등이 있는데 본 연구에서는 물리적 처리방법 중 하나인 열가수분해를 통한 음식물쓰레기의 가용화효율을 분석하였다. 이를 위해 1차로 물리적 파쇄/선별 처리한 음식물쓰레기에 대해 다양한 운전 조건(온도, 압력 변화)으로 열가수분해를 실시하여 각 운전조건별 음식물쓰레기 성상변화를 분석함으로써 음식물쓰레기 열가수분해를 위한 최적 운전조건을 도출하고자 하였다.

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.

2012년부터 런던협약에 의해 유기성 슬러지의 해양투기가 전면금지됨에 따라 슬러지 감량화 및 자원화에 대한 연구개발이 시급한 실정이다. 전 세계적으로 하수슬러지의 처리 및 재활용 방법이 활발히 연구되어지고 있으나, 경제적 방법에 대한 연구는 아직 미흡하다. 전통적인 탈수와 건조방법은 슬러지의 특성으로 인하여 경제성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 건조 공정에서 소비되는 에너지를 줄이기 위한 효율적인 처리방안으로 열처리에 의한 가수분해 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 열가수분해 공정을 적용하여 80% 이상 높은 함수율을 가진 하수슬러지를 고형연료 및 바이오가스로 회수하고자 한다.

공공하수처리장의 하수처리과정에서 부산물로 발생하는 하수슬러지는 2011년 현재 우리나라는 5,299톤/일의 하수슬러지가 발생하여 매립 14.8%, 소각 23.2%, 재활용 21.2%, 해양배출 40.8%의 비율로 처리되었다. 하지만 런던협약 발효로 ‘12년 2월부터 유기성 폐기물의 해양배출이 전면금지 됨에 따라서, 전면 소각, 퇴비화, 혐기소화, 연료화 등의 육상처리시설로 처리하고 있다. 또한, 정부에서도 유기성 폐기물의 에너지화를 위한 연구와 사업을 지속적으로 추진하고 있다. 현재까지는 슬러지 등의 유기성 폐기물은 단일 물질처리 위주로 시설을 설치/운영하였다면, ‘12년 이후부터는 여러 가지 유기성 폐기물을 혼합/병합 처리하는데 관심이 높아지고 있다. 병합처리의 효율증가를 위해서 가수분해, 약품주입, 초음파 등의 방법으로 전처리를 하고, 혐기소화를 통해 에너지를 최대한 회수한 후 소각, 연료화 등 기존의 방법으로 처리를 하고 있다. 최근에는 안양시 박달하수처리장 지하화 사업에 탈수슬러지, 음식물, 분뇨를 병합하여 열가수분해/혐기소화 공정으로 처리하는 프로젝트가 추진 중에 있다. 하지만, 국내에는 현재까지 열가수분해(Thermal Hydrolysis Pre-treatment, THP) 공정이 가동되고 있지 않아 열가수분해 이후 소화 슬러지에 대한 특성 분석 자료는 전무한 상황이다. 본 연구에서는 Cambi 공법이 적용된 노르웨이 Lindum plant에서 발생되는 열가수분해/소화슬러지와, 국내에서 발생되는 탈수슬러지와 소화슬러지의 물리화학적 특성과 중금속 특성을 평가하여, 향후 지속적으로 보급될 유기성폐기물 에너지화 시설의 기초자료로 활용하고자 한다.

Slaughter of cattle, pigs, and chickens is continuously increasing. Slaughter of chickens has especially increased by approximately 50% from 2003. The quantity of poultry slaughter waste is currently approximately 120,000 tons/year, and undergoes consigned treatment. Via this process, the waste must be used as a resource and an energy source. For this purpose, the waste volume can be reduced and solid fuel can be obtained from the THR (Thermal Hydrolysis Reaction) that consumes a small amount of energy. In this study, The test was conducted at a reaction temperature of 170-220oC and for 1h at the final temperature. According to the CST (Capillary Suction Time) and TTF (Time to Filter) evaluation, the dehydrating efficiency was good after the temperature reached 190oC, and did not significantly differ at the 190oC and higher reaction temperatures. The heating value of the dehydrated solid product was 7,000-7,700 kcal/kg, and its yield rate decreased from approximately 80% to 60% with the increase in the reaction temperature. The results of the BMP test also showed that the anaerobic digestion efficiency decreased at the reaction temperatures of 200oC and higher. From the overall evaluation of the dehydrating efficiency, solid fuel quality, and anaerobic digestion efficiency during the thermal hydrolysis of poultry slaughter waste, it is concluded that the optimal operating temperature is 190oC.

Diverse studies are being conducted on sewage sludge treatment and recycling methods, but the demand for a lowcost treatment technology is high because the sewage sludge has an 80% or higher water content and a high energy consumption cost. For this purpose, the waste volume can be reduced and solid fuel can be obtained from the Thermal Hydrolysis Reaction (THR) that consumes a small amount of energy. The experiment was conducted at a reaction temperature of 170-220oC and maintain for 1 hour at the final temperature. According to the Capillary Suction Time (CST) and Time to Filter (TTF) evaluation, the dewater ability was good after the temperature reached 200oC and did not significantly differ at the 200oC and higher reaction temperatures. The heating value of the dehydrated solid product was 3,800-4,200 kcal/kg, and its yield rate decreased from approximately 80% to 60% with the increase in the reaction temperature. To evaluate the efficiency of anaerobic digestion, the water quality of the liquid product was analyzed based on the reaction temperature. At the temperatures of 200oC and higher, the concentration of ammonia, which increases the pH and hinders anaerobic digestion rapidly increased. From the overall evaluation of the dehydrating efficiency, solid fuel quality, and anaerobic digestion efficiency during the thermal hydrolysis of sewage sludge, it is concluded that the optimal operating temperature is 200oC.