Abstract
This study showed that thermophilic anaerobic acid fermentation of food wastes had an enhanced hydrolysis capability and improvement of acidification efficiency. Influence of pH on the anaerobic hydrolysis and acidogenesis was investigated to determine the proper alkalinity in the thermophilic fermentation of food wastes. The results of putting NaOH as alkali to evaluate hydrolysis and acid fermentation efficiency In acid fermentation process of food wastes showed that the food wastes pretreated with 0.05 g NaOH/g TS had the maximum 12,600 mg/L of VFAs concentration during HRT 3 days in $55^{\circ}C$ thermophilic condition and the maximum 9,700 mg/L of VFAs concentration during HRT 5 days in $35^{\circ}C$ mesophilic condition. The accomplishment of high VFAs concentration resulted from that the main component of food wastes such as cellulose, lignin and etc. is performed active chemical decomposition by alkali in thermophilic condition. The major components of VFAs produced from the thermophilic acid fermentation process of food wastes were the short chain fatty acids such as acetic acid, butyric acid, and propionic acid.
본 연구는 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효에 있어 여러 조건들 중 온도가 효율적인 가수분해와 산발효에 미치는 영향을 검토하기 위해 고온($55^{\circ}C$)과 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 실험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 음식물찌꺼기의 혐기성 산발효시 산생성 효율을 높이기 위한 전처리 과정으로 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입한 결과 가수분해효율을 표현한 가용화 정도(Solubilizatio)가 0.01g NaOH/g TS이하로 투입된 경우 $0.01\;mgSCODP_{prod.}/mgICOD_{inf.}$이하를 타내었으나, 0.05g NaOH/g TS이상을 투입했을 때는 $0.07{\sim}0.09\;mgSCOD_{prod.}/mgICOD_{inf.}$로 나타났다. 따라서 음식물찌꺼기에 NaOH를 투입하여 효율적인 가수분해가 이루어지기 위해서는 g TS당 0.05 g이상의 NaOH가 투입되어야 할 것으로 판단된다. 음식물찌꺼기를 NaOH로 전처리 한 후 고온($55^{\circ}C$) 산발효를 실시했을 때 0.05 g NaOH/g TS 투입시 SCOD의 증가치 3,800 mg/L로 최대의 가용화와 산생성에 효과적인 pH 5.95를 얻을 수 있었다. 0.05g NaOH/g TS를 투입하여 중온($35^{\circ}C$)에서 산발효를 실시한 경우와 비교하여 SCOD 증가치가 약 5배정도 높았고, 최대 가용화에 이르는 시간도 중온의 2/3 정도로 짧아 음식물찌꺼기의 가용화에는 고온이 효과적인 것으로 나타났다. NaOH 0.05 g NaOH/g TS로 전처리된 음식물찌꺼기의 산발효 결과 고온($55^{\circ}C$) 및 중온($35^{\circ}C$)에서 각각 반응시작 후 72시간에 12,600 mg/L, 120시간에 9,800 mg/L의 VFA농도를 나타내어 동일기질을 이용하여 산발효를 실시했을 때 중온보다는 고온에서 미생물의 활성증대와 유기물의 가수분해가 촉진되어 VFA생성이 효율적인 것으로 판단되었다. 고온에서 NaOH에 전처리 된 음식물찌꺼기를 산발효 시켰을 때 VFA가 가장 높았던 시점을 기준으로 VFA의 조성을 조사한 결과 acetic acid가 45.9%, buftc acid가 26.7%, propionic acid가 13.9% 등으로 총 유기산 발생량의 86.5%를 차지하였다.
