제안된 모델을 이용하여 음식물쓰레기가 1일 1회 주입되고 알카리도 를 함유
한 희석수가 연속으로 공급되는 반연속식 완전혼합 산발효조를
대상으 로 주요변수들에 대한 24시간 동안의 거동을 희석율 0.0d-1에서 1.0d-1의 범위에서 평가하였다. 이때 파라미터들은 민감도분석 및 Gauss-Newton 알고리즘을 이용한 비선형 회귀분석을 통하여 추정한 값들을 이용하였으 며, 모델변수들의 초기 값은 3.4절의 파라미터 평가방법에 제시한 것과 같다. 희석율에 따라 예측한 가수분해 효소의 거동은 Fig. 4.6에서 보여 준다. 희석율이 0.0d-1인 경우 산발효균 내부에 함유한 가수분해 효소는 발효 약 4시간까지는 증가속도가 크지 않았으나 그 이후부터는 시간이 경과함에 비례하여 증가하였다(Fig. 4.6(a)). 이 것은 Fig. 4.6(b)에서 보 는 바와 같이 산발효조내 액상의 가수분해효소가 점차 증가하여 약 4시 간 이후부터는 산발효균 내부에서 액상으로 효소의 전달을 위한 구동력 이 저하되기 때문인 것으로 평가되었다. 그러나, 희석율이 증가함에 따 라 산발효균 내부에 함유한 가수분해 효소의 증가속도가 둔화되었다.이 것은 산발효조의 희석율이 큰 경우 발효조 내용물이 연속적으로 희석 되어 발효균 내부와 액상의 농도 구배가 유지되기 때문인 것으로 사료되 었다. Fig. 4.7은 희석율에 따른 가수분해 및 산발효 산물인 VFA(a)와 SCOD(b)의 거동을 예측한 결과이다. 희석율이 1.0d-1일 때 VFA의 농 도는 발효시작 후 10시간 전후까지는 점차 증가하다가 다시 감소하는 경 향을 보였다. 이 것은 10시간 이후부터는 산발효 속도에 비해 희석에 의하여 배출되는 VFA 양이 많기 때문인 것으로 평가되었다. 그러나 희 석율이 감소함에 따라 VFA는 점차적으로 누적되는 결과를 보였으며, 희 석율이 0.0d-1인 경우 24시간 후에 VFA는 약 25,000mg/L까지 증가하였 다. 이 결과는 모델에서 산발효 반응에 대한 생성물의 저해효과를 고려
하지 않은 결과로 풀이된다. 산발효 반응에서 생성물인 VFA의 저해효 과와 이로 인한 pH 감소 등을 고려하면 실제 산발효 반응에서는 VFA 의 연속적인 축적이 일어나지 않을 것으로 기대된다. SCOD의 경우 발 효 초기에는 희석율에 관계없이 감소하였으나, 4시간 이후부터 증가하였 다. 그러나, VFA의 경우와 같이 희석율이 작을 경우 SCOD의 증가속 도가 빨랐다. 이 것은 연속적으로 진행되는 산발효반응에 의해 VFA가 SCOD의 주요성분으로 전환되며, 가수분해효소의 생성반응이 지속되기 때문인 것으로 평가되었다. Fig. 4.8은 희석율에 따른 산발효균(a)과 입 자성유기물(b)의 거동을 예측한 결과이다. 산발효균은 발효초기 4시간 까지 급격히 증가하였으나 그 이후에는 점차 감소하기 시작하였다. 이 결과는 산발효균의 큰 사멸율의 영향으로 풀이된다. 발효 4시간 이후에 산발효균 농도의 감소속도는 희석율에 의해 크게 영향을 받았다. 희석 율 0.4d-1 이상에서 발효 24시간 후의 산발효균 농도는 초기농도인 1,000mg/L 이하까지 감소하였다. 입자성 유기물의 농도(PCOD)의 거동 을 예측한 결과는 Fig. 4.8(b)에서 보여준다. 입자성 유기물의 농도는 산발효균의 농도에 크게 영향을 받아 발효 4시간까지는 증가한 후 희석 율의 영향을 받아 점차 감소하였다. 이상과 같이 제안된 모델을 이용하 여 산발효조의 거동을 다양한 설계 및 운전조건에서 평가할 수 있다.
그러나, 본 논문에서 제안한 모델은 입자성 유기물의 가수분해 기작 및 산발효 반응과의 상관관계를 명확히 설명하는데 중점을 두고 단순화한 것이며, 모델을 구성하는 동력학 식에 가수분해 반응이나 산발효 반응에 대한 pH 등의 환경인자 및 여러 가지 저해물질에 대한 영향이 생략되었 다. 따라서, 현장규모 산발효조의 설계에 제안된 모델을 바로 활용하는 것에는 다소 어려움이 따를 것으로 평가된다. 그러나, 본 모델은 상기한 몇 가지를 보완하고 수정할 경우 산발효조의 최적설계 및 운전인자의 결 정에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
(a)
(b)
Fig. 4.6 Behavior of hydrolytic emzyme in (a) the acidogens cell and (b) the bulk liquid according to dilution rate
(a)
(b)
Fig. 4.7 (a) Predicted behavior of (a) VFA and (b) SCOD at various dilution rate
(a)
(b)
Fig. 4.8 (a) Predicted behavior of (a) biomass of acidogens and (b) particulate COD at various dilution rate