During the decay process of food waste, odor and leachate are generally produced because food is easily decomposed due to its high organic and moisture contents. In this study, various food waste samples, including samples artificially prepared and collected from actual waste containers, were tested to determine odor and leachate production as the samples were decomposed at a constant temperature of 35°C. In the air phase, total volatile organic compounds (TVOCs), acetaldehyde (AA), methyl mercaptan (MM), hydrogen sulfide (H2S), and dimethyl sulfide (DMS) were measured as a function of the decay period for four days. The results of the experiment showed that TVOC and AA were produced at higher concentrations in the actual food waste than in all artificial wastes. The AA concentration accounted for about 90% of the TVOC in all of the waste samples except for the food waste containing meat and fish only. The concentrations of volatile sulfur compounds (VSCs) were generally lower than 100 μg/kg, and the concentration of DMS was the highest among the VSCs. In the waste sample containing meat and fish only; however, the concentration of VSCs increased up to 1,700 μg/kg, and mostly consisted of MM and DMS. Complex odor concentrations were found to be the highest after a decay period of 12-48 hours. In addition, the complex odor was mostly related to VSCs with low odor thresholds rather than the TVOC. The pH values mostly decreased from 5 to 3.5 as the waste samples were in the decomposition periods, while the pH value increased to 6 in the food waste containing meat and fish only. Consequently, odor intensity and leachate production were the highest in the 12-48 hour range as the decomposition started, and thus an appropriate control strategy needs to be implemented based on the waste composition and the decay period.

Acetate, propionate, butyrate are the major soluble volatile fatty acids metabolites of fermented food waste leachates. This work investigate the effects of volatile fatty acid on the growth rate and NH4-N, PO4-P removal efficiency of mixotrophic microalgae Chlorella vulgaris to treat digested food waste leachates. The results showed that acetate, propionate and butyrate were efficiently utilized by Chlorella vulgaris and microalgae growth was higher than control condition. Similar trends were observed upon NH4-N and PO4-P consumption. Volatile fatty acids promoted Chlorella vulgaris growth, and nutrient removal efficiencies were highest when acetate was used, and butyrate and propionate showed second and third. From this work it could be said that using mixotrophic microalgae, in this work Chlorella vulgaris, fermented food waste leachates can be treated with high efficiencies.

음식폐기물 산발효액 내 존재하는 유기산은 산업 원료로 가치가 있으나 분리 비용이 높은 문제점이 있다. 본 연구에서는 저에너지 유기산분리를 위해 전기투석공정에서 산발효액 내 유기산의 이동현상과 운전조건 (전압, 희석율, pH) 간의 상관관계를 연구하였다. 아세트산과 부틸산으로 주로 구성된 음식물 산발효액 원액 (COD 기준 유기산 67.3 %) 을 실험실 규모 전기투석기를 사용하여 분리전압을 5 V ~ 12 V로 변화시켰을 때, 분리전압 8 V에서 최대 유기산 회수율 (COD 기준 89.4 %, 순도 86.8 %) 을 보였으며, 이 때 분리에 사용된 에너지는 0.286 kWh/kg-COD of VFAs로 나타났다. 전기투석과정에서 분자량 차이에 따른 유기산 간의 이동현상 차이는 발견되지 않았다.

Response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken Design (BBD) was applied to optimize the thermal-alkaline pre-treatment operating conditions for anaerobic digestion of flotation scum in food waste leachate. Three independent variables such as thermal temperature, NaOH concentration and reaction time were evaluated. The maximum methane production of 369.2 mL CH4/g VS was estimated under the optimum conditions at 62.0°C, 10.1% NaOH and 35.4 min reaction time. A confirmation test of the predicted optimum conditions verified the validity of the BBD with RSM. The analysis of variance indicated that methane production was more sensitive to both NaOH concentration and thermal temperature than reaction time. Thermal-alkaline pretreatment enhanced the improvement of 40% in methane production compared to the control experiment due to the effective hydrolysis and/or solubilization of organic matters. The fractions with molecular weight cut-off of scum in food waste leachate were conducted before and after pre-treatment to estimate the behaviors of organic matters. The experiment results found that thermal-alkaline pre-treatment could reduce the organic matters more than 10kD with increase the organic matters less than 1kD.

VFAs like acetate are the major soluble metabolites of food waste leachates after digested. Therefore this study investigates the effect of acetate on growth rate and nutrient removal efficiency of Chlorella vulgaris to treat digested food waste leachates. The initial acetate concentration varied from 0 to 20 mM. As a result, Chlorella vulgaris growth rate was increased as high as the concentrations ranged from 0 to 20 mM. The same trend was observed with NH4-N and PO4-P consumption. The highest growth rate and the highest NH4-N, PO4-P removal rate were observed at acetate concentration of 20 mM. The microalgae growth rate and NH4-N, PO4-P removal rates were 1.5, 1.8, 2.3 times higher than the condition without acetate.

Food waste leachate (FWL) is a serious pollutant waste coming from the food waste recycling facilities in Korea. FWL has a high organic matter content and high COD to nitrogen (COD/N) ratio, which can disturb efficient methane production in the anaerobic digestion of FWL. In the present study a microalga, Clorella vulgaris (C.V), was used as co-substrate for the FWL anaerobic digestion in order to supply nutrients, decrease the COD/N ratio and increase its methane yield. Different co-digestion mixtures (COD/N ratios) were studied by using biochemical methane potential test and modified Gompertz equation for kinetic study. Mixed substrate of FWL and C. vulgaris in the co-digestion clearly showed more the biomethane yield than the sole substrates. The maximum methane production, 827.7 mL-CH4/g-VS added, was obtained for COD/N ratio of 24/1, whereas the highest improvement of methane yield was found for COD/N ratio of 15/1.

음식물 폐기물 침출수를 처리하는 분리막 결합 고온 혐기성소화공정(생물학적 반응조) (Anaeorobic Membrane Bioreactor, AnMBR)의 파일럿 운전에서 분리막의 교차여과 속도와 막간압력이 파울링에 미치는 영향을 관찰하였다. 연구 결과 정압여과 하에서 교차여과 속도가 증가할수록 파울링의 속도는 현격히 감소되었다. 그러나 이와 같은 영향은 낮은 막간압력에서 더욱 효과적이었다. 막간압력이 증가할수록 여과대상 물질의 압축성으로 인해 투과성이 상대적으로 낮은 파울링층(혹은 케익층)이 분리막 표면에 형성된 것에 기인된 듯하다. 여과대상 시료의 입도분석을 해 본 결과 입자크기는 약 10~100mum 범위에서 분포하였고 이에 따라 브라운확산에 의한 역수송보다 분리막 표면에서 교차여과에 의해 발생하는 전단력이 입자의 역수송에 더욱 기여하고 있음을 예측할 수 있었으며 이는 AnMBR의 연속운전을 통해 재확인할 수 있었다. 운전 후 막 부검을 실시한 결과 유기 및 무기 파울링이 모두 관찰되었으나 어느 것이 지배적인 파울링 기작을 나타내는지는 앞으로 더욱 연구가 필요하다. 무기 파울링의 경우 대부분 분리막 표면에서 스케일링 형성이 지배적이었으며, 따라서 분리막의 공극 막힘에 주로 기여하는 작은 콜로이드성 유기물질의 경우 분리막 표면에서 전단력에 의한 역수송 효과는 그다지 크지 않을 것으로 사료된다.

Herein , the effect of changes in the organic loading rate in anaerobic digestion was evaluated. The experiment was carried out by a laboratory -scale semi-continuous stirred tank reactor, and feedstock was food-waste leached. The organic loading rate was increased by 0.5 kgVS/m3 in each phase from 1.0 kgVS/m3 to 4.0 kgVS/m3. At the end of the operation, to check the failure of the reactor, the organic loading rate was increased by 1.0 kgVS/m3 in each phase and reached 6.0 kgVS/m3. This shows that the biogas yield decreased as organic loading rate increased. Biogas production seemed to be unstable at 3.5–6.0 kgVS/m3. Moreover, biogas production dramatically fell to approximately 0 mL at 6.0 kgVS/m3, which was decided as the operation failure on the 16th day of the las tphase. The result of the reactor analysis shows that the cumulation of volatile fatty acid increased as the organic loading rate increased. This seems to occur due to the decreasein pH in the reactor and led to extinction of anaerobic bacteria, which were the biogas products. Although the buffer compound (alkalinity) could prevent the decline in pH, the concentration of alkalinity was found to be lacking at a high organic loading rate

국제적으로 런던협약에 의하여 2013년 이후 음폐수의 해양 투기가 금지되어 육상에서의 처리가 시급한 실정이다. 이에 따라 국내외에서 유기성 폐기물의 혐기성 소화를 통한 부피 저감과 에너지화에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 대하여 독일 등 유럽국가와 중국 등이 유기성 폐기물을 이용한 혐기성 소화가 활발히 진행되어오고 있으며, 해외의 혐기성 공법으로 Dranco, Valorga, SEBAC, Schwarting 공법 등이 있다. 국내에는 이러한 공법을 기반으로 한 혐기성 소화시설이 적용되어 가동 중에 있으나 해외의 인정받은 공법 임에도 국내에 적용된 시설에서의 운전상의 미숙 문제나 유기성 폐기물 성상 차이에 의한 소화 효율의 저하 및 가동 중지 등 운전상에 문제가 발생하고 있어 국내 음폐수 특성에 맞는 공법과 운전 방법에 관한 연구가 필요하다. 이에 따라 본 연구에서는 음폐수의 처리에 대한 방안 마련을 위하여 혐기성 소화 공법 중 독일의 Schwarting 공법을 응용하였다. 기존 다공판이 설치된 내부 구조에 층 분리 효과를 더 강화하여 혐기성 소화를 촉진하고자 다공판을 추가하여 이중으로 엇갈린 다공판이 설치된 소화조를 설계하여 비교하는 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 시료는 D시에서 발생되는 음폐수를 대상으로 하였으며, 혐기성 미생물의 식종은 D시의 혐기성 소화조의 미생물을 활용하여 독일의 Schwarting 공법이 응용된 공법의 효율성을 검토하고자 하였다.

가죽 제조 산업의 현황을 살펴보면 가공에 사용되는 원료피의 50%가 폐기물로 발생되어 진다. 가죽 원료에서 많은 부분이 폐기물로 발생하기 때문에 해당 공정의 폐기물 처리와 함께 자원으로서의 활용적 측면이 함께 고려되어야한다. 하지만 현재 대부분의 피혁폐기물은 주로 매립과 소각 방법으로 처리되고 있어 보다 지속가능하고 환경 친화적인 처리 방법이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에 사용된 피혁폐기물은 가죽 제조 공정 중 탈모공정(Liming) 후에 발생하는 Pelt scrap으로, 주성분이 지질과 단백질로 구성되어 있어 혐기성 소화를 통한 처리 시 효율적인 메탄 생성 기질로 사용될 수 있다. 다만, 피혁폐기물은 pH와 C/N 비가 높아 혐기성 소화 시 메탄 생성 과정에 저해를 줄 수 있어 이에 대한 조절이 필요하다. 일반적으로 피혁폐기물의 pH는 12 부근으로 알려져 있으며, 혐기성소화 공정에서 기질의 pH가 6이하 또는 8.5이상인 경우 메탄 생성에 영향을 줄 수 있다. 이에 효율적인 피혁폐기물 처리와 메탄가스 생산을 위해서는 기질의 pH 조절이 필요하다. 본 연구에서는 피혁폐기물의 높은 pH를 혐기성소화에 알맞은 중성으로 조절해주기 위해 pH가 낮으면서 생분해도가 높은 음폐수를 통합 기질로 사용해 혐기성소화를 실시하였다. 실험에 사용된 피혁폐기물과 음폐수의 pH는 각각 12.4와 4.2였으며, 이를 VS기준 0.13:0.87의 비율로 혼합하여 혼합기질의 pH를 7.7로 만들었다. 250mL serum bottle에 하수슬러지 100mL를 식종하고 기질 1g VS를 주입하였고 35℃, 150rpm으로 유지되는 항온교반기에서 진행하였다. 기질 pH 조절에 의한 소화 성능 확인을 위해 피혁폐기물과 음폐수 단독소화를 실시하고, 이를 pH 7로 조절한 통합소화 조건과 비교하였다. 이때 소화성능은 유기물 감량과 바이오가스 생산량 및 메탄함량을 통해 평가하였다. 실험 결과, 단독 소화와 비교해 기질의 pH를 조절해 통합소화에서 바이오가스 생산량과 메탄 함량이 증대되는 경향을 보였다. 결론적으로 혐기성소화 시 기질 혼합을 통한 중성 pH 조성은 바이오가스 생산량과 메탄 함량의 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다.

가죽제품 제조 산업으로부터 발생되는 피혁폐기물의 양은 투입되는 원료 가죽의 약 50%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들 피혁폐기물은 적절한 처리 방법이 개발되지 않아 대부분 매립이나 소각을 통해 처리되고 있다. 특히, 매립이나 소각을 통한 처리는 단가가 높아 관련 산업의 경제성을 악화시키고 고형폐기물의 친환경적 처리 관점에서 문제점이 제기되고 있는 실정이다. 최근 화석연료를 대체하기 위한 신규에너지원의 중요성이 높아짐에 따라, 폐기물을 이용한 에너지화에 많은 연구가 진행되고 있으며, 피혁폐기물은 주로 단백질과 지질로 구성되어 있는 특성으로 인해 혐기성소화를 통한 바이오가스 생산이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 일반적으로 알려져 있는 혐기성소화 공정의 최적 C/N 비 (20-30)를 고려할 때, 피혁폐기물의 높은 C/N비 (약 35)는 공정의 제한요소가 될 수 있다. 본 연구에서는 피혁폐기물과 음폐수를 통합하여 혐기성소화를 실시함으로써 기질의 C/N 비 조절이 혐기성소화 효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 기질의 C/N 비 조절을 통한 혐기성소화 효율의 변화는 BMP (Biochemical methane potential) test를 약 40일간 진행하였으며, 바이오가스 발생량을 비교하였다. 실험은 경기도 동두천시에 위치한 가죽제품 제조업체로부터 수거된 pelt scrap과 양주시에 위치한 음식물쓰레기 자원화시설에서 발생되는 음폐수를 각각 채취하여 사용하였다. 개별 기질의 C/N 비는 피혁폐기물이 34.1, 음폐수가 13.5로 확인되었으며, 이들의 무게에 따른 혼합비를 조절하여 통합 혐기성소화 기질의 C/N 비를 20, 25, 30으로 맞춰 실험을 진행하였다. 실험결과 기질을 통합하여 C/N 비를 조절한 소화 조건에서 개별 기질의 단독소화 조건보다 많은 바이오가스 생산량이 관찰되었으며, C/N 비 20에서 바이오가스 생산량이 높은 것으로 나타났다. 이는 통합 기질의 C/N 비 조절효과와 함께 피혁폐기물에 비해 생분해도가 높은 음폐수 함량이 기질의 C/N 비가 낮을수록 더 많이 포함되었기 때문으로 판단된다.

음식물류 폐기물은 함수율과 유기물 함량이 높은 것으로 알려져 있으며, 유기물의 분해과정에서 CO2와 H2O가 생성되어 침출수가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이로 인해 음식물류 폐기물의 수거 및 처리과정에서 침출수에 의한 오염과 침출수 처리에 관한 문제가 증가하는 경향을 보이고 있다. 그러므로 배출지에 따라 변화하는 음식물류 폐기물의 조성과 부패기간에 따른 침출수의 발생 특성을 확인하고 그에 따른 침출수 처리방안에 대한 연구가 필요한 실정이다. 음식물류 폐기물의 경우 조성이 다양하며 그로인해 침출수의 누적발생량과 pH 변화량 또한 배출지별로 많은 차이가 생길 것으로 판단되었다. 본 연구에서는 침출수의 발생특성을 확인하기 위하여 인위적으로 조성비율이 다른 음식물류 폐기물을 제조하였으며, 환경부에서 고시한 “음식물 찌꺼기 표준시료”를 참고하여 제조한 환경부 고시 참고 시료와 단백질이 주성분인 어육류로만 제조한 어육류 단일시료, 단백질 함유량이 적은 채소와 곡류로만 제조한 채소･곡류 혼합시료를 제조하여 실험을 진행하였다. 제조 음식물류 폐기물은 곡류, 채소류, 과일류, 어육류로 구성되었으며, 함수율(80%)과 염분(4%)을 조절하여 제조하였다. 각자 비율에 맞게 제조를 완료한 시료는 일정한 온도에서 부패를 진행하였으며, 부패기간에 따른 침출수의 누적발생량과 pH 변화를 측정하였다. 부패가 진행되는 과정에서 24시간 간격으로 침출수의 누적발생량과 pH 변화량을 관찰하였다. 실험결과 표준적인 조성비율을 가진 환경부 고시 참고 시료의 경우 보다 극단적인 조성비율을 가지는 시료의 경우 부패가 빠르게 진행되는 것을 확인하였다. 어육류 단일시료의 경우 4일 후 120 mL/kg의 침출수가 발생하였으며, 환경부 고시 참고 시료의 경우 –20 mL/kg으로 오히려 처음에 비해 감소하는 경향을 보였다. 또한 pH 측정결과 환경부 고시 참고 시료와 채소･곡류 혼합시료의 경우 5.0에서 3.5까지 감소하는 경향을 보였지만 어육류 단일시료의 경우 5.8에서 6.5까지 증가하였다. 위 결과를 통해 배출지의 음식물류 폐기물의 조성 및 부패기간에 따른 침출수 처리장치 및 관리방안의 기초설계 인자를 도출하고자 하였다.

According to the elementary analysis on organic wastes, the C/N ratio, a major condition for anaerobic digestion, is 5.40 to 9.23, except for food waste leachate (FWL). Defined by Tchobanoglous’ mathematical biogas prediction model, methane gas and biogas productions increased, depending on the mixing rate of FWL. Furthermore, anaerobic digestion both wastewater sludge and food waste leachate based on the right mixing ratio, increases methane gas productions compared to digesting wastewater sludge alone. In other words, co-anaerobic digestion is more likely to realize biogasification than single anaerobic digestion. We mix food waste leachate and wastewater sludge from the dairy and beer manufacturing industry by the proportion of 1 : 9, 3 : 7 and 5 : 5. It turns out that they produced 118, 175 and 223 CH4 mL/g VS in the dairy manufacturing and 176, 233 and 263 CH4 mL/g VS in beer manufacturing of methane gas. The result suggests that as the mixing rate of food waste leachate rises, the methane gas productions increases as well. And more methane gas is made when co-digesting wastewater sludge and food waste leachate based on the mixing ratio, rather than digesting only wastewater sludge alone. Modified Gompertz and Exponential Model describe the BMP test results that show how methane gas are produced from organic waste. According to the test, higher the mixing rate of food waste leachate is, higher the methane gas productions is. The mixing ratio of food waste leachate that produces the largest volume of methane gas is 1 : 9 for the dairy industries and 3 : 7 for brewery. Modified Gompertz model and Exponential model describe the test results very well. The correlation values (R2) that show how the results of model prediction and experiment are close is 0.920 to 0.996.

This study investigated the effect of NH4 + concentrations on microalgae growth by appling mixotrophic microalgae chlorella vulgaris in order to treat anaerobic digested food waste leachate. The growth rate and final microalgae growth were an order as 400 > 100 > 800 > 1300 mg-N/L. As results, The growth rate and final growth of microalgae were highest at ammonia concentration of 400 mg-N/L, On the other hand microalgae growth was inhibited when ammonia concentrations were over 800 mg-N/L. high concentrations of nitrogen over 800 mg-N/L interrupt the growth of microalgae. All of nitrogen and phosphorus were removed by microalgae at the ammonia concentration of 100~400 mg-N/L. In addition, when ammonia concentration was over 800 mg-N/L, the removal of nitrogen and phosphorus was limited mainly due to the microalgae growth limit. It was possible to treat anaerobic digested food waste leachate with mixotrophic microalgae when the ammonia concentration was controlled below 400 mg-N/L.

In this study, the experiment was carried out to produce methane by applying Semi-Continuous Leachate Recirculation Anaerobic Digestion System fed with source separated food waste from school cafeteria. There were two systems and each system consisted of a bioreactor and a leachate tank. Each bioreactor had a screen near the bottom of the reactor. 2L of Separated leachate was collected to the leachate tank each day by using a tubing pump and the leachate from the leachate tank was pumped to the bioreactor at the upper of the bioreactor. Through this circulation, the leachate having high concentration of VFAs was supplied to the bioreactor. At the beginning of the experiment, food waste/inoculum anaerobic sludge volume ratio was 2:8 that is 9g VS/L of OLR(Organic Loading Rate). Feeding was conducted every two weeks. Initial conditions of bioreactor was 30g VS/2･week and 33g VS/2･week were fed to bioreactor A and bioreactor B, respectively. Average biogas yields of the bioreactor were 0.723m³ Biogas/kg VS added in reactor A and 0.648m³ Biogas/kg VS added in reactor B.

The purpose of this study was to evaluate the applicability of the microbial fuel cell for the combined treatment of food waste water and landfill leachate. Contents of the study was to develop a carbon-containing electrode material radially to maximize microbial attachment. Also to evaluate the electric energy production efficiency by combining the electrode surface coating technology. By using a microbial fuel cell organic matter and nitrogen removal efficiency is evaluated for the food waste water and landfill leachate. BET to evaluate the surface characteristics of the developing electrode (Brunauer Emmett Teller) To evaluate the coating adhesion through measurement and to evaluate the adhesion characteristics micro-organism Weighing. Excellent electrical conductivity in the development electrode platinum, cobalt, by coating a catalyst such as palladium and to evaluate the electric energy generation efficiency. Lab. scale reactor capacity is a 5 L, and to configure the cross-section and the oxidizing electrode as cathode sequentially added.

There is about 80% organic acid in the Food wastes leachate and organic acid can be used as organic carbon source for mixotrophic microalgae. The mixotrophic cultivation is that the combination of autotrophic and heterotrophic cultivation, where inorganic and organic carbon sources are used in their methabolism simultaneously. Therefore, this study investigated the effect of various organic acid on the microalgae when Food wastes leachate treatment. Chlorella vulgaris was used in this study, also NaHCO3 is supplied at all conditions as inorganic carbon source. In order to see the effect of organic carbon sources centrally, the carbon source conditions was set in 5 conditions - glucose known to have excellent effectiveness to increase of biomass productivity 1500 mg-COD/L, acetate 1500 mg-COD/L, isobutyrate 1500 mg-COD/L, propionate 1500mg-COD/L and the mixed organic acid (acetate, isobutyrate, propionate each 500 mg-COD/L). This study evaluated final biomass production, consumption of organic carbon, and N,P removal. In the result, the final biomass productivity by using glucose, acetate and isobutyrate is the highest level, followed by mixed organic acid and propionate. This is same aspect in N,P removal; the more rapid growth rate is, the more rapid N,P removal rate is. In the view of consumption of organic carbon, acetate make best use among organic acid.

In this study the effects of co-digestion of sewage sludge and food waste leachate on the anaerobic digestion efficiencyfrom sewage treatment facilities in S. Korea were investigated. For this study 15 facilities were selected including 9facilities treating sewage sludge only (S-Only) and 6 facilities treating sewage sludge and food waste leachate (S-MIX).The average volatile solid (VS) removal rate of S-Only was 30.7% and that of S-MIX was 45.2%. The COD removalrate of S-MIX (61.3%) was higher than that of S-Only (48.6%). It has been observed that the anaerobic digestion efficiencyof S-MIX was superior to that of S-Only because S-MIX contained more sufficient nutrient with higher VS contents andtotal solid (TS) contents emerging from food waste leachate. Therefore food waste leachate addition in sewage sludgeanaerobic digestion would be the preferred option to treat only sewage sludge.