B. 실험 방법
Ⅲ. 결과 및 고찰
A. 음식폐기물의 초기 COD 농도와 시간에 따른 유기산 생산량
음식폐기물의 초기 COD 농도를 다르게 한 후 특정 균주의 접종 없이 음식물 자체에 포함되어 있는 미생물로 가수분해와 산 발효 과정 동안의 시간에 따른 유기산의 생산량을 분석하였다. 음식폐기물 초기 COD의 농도를 120,000, 70,000 그리고 50,000 mg COD/L로 조절하였고, 가수분해와 산 발효 과정의 총 96시간을 24:72시간, 36:60시간 그리고 48:48시간인 경우로 분리하여 실험하였다. 가수분해 단계에서는 공기가 유통되도록 면전을 사용하여 삼각플라스크를 막아주었고, 산 발효 단계에서는 실리콘 마개를 사용하여 공기흐름을 차단시켜 혐기조건이 되도록 하였다.
음식폐기물의 초기 COD 농도를 120,000 mg COD/L로 조절하였을 때, 가수분해와 산 발효 시간이 24:72인 경우 젖산과 아세트산이 각각 8.0 과 4.5 g/L로 가장 많이 생산되었고, 36:60인 경우는 4.0 과 3.5 g/L 생산되었다. 그리고 48:48인 경우는 젖산이 4.0 g/L 생산되었고, 아세트산은 1 g/L 미만 생산되었다 (Fig. 5). 다음으로 음식폐기물의 초기 COD 농도를 70,000 mg COD/L로 하였을 때, 24:72인 경우 젖산과 아세트산이 각각 6.0 그리고 4.5 g/L 생산되었고, 36:60인 경우는 8.5 과 3.0 g/L이 생산되었다. 그리고 48:48인 경우는 젖산이 4.0 g/L 생산되었고, 120,000 mg COD/L의 경우와 마찬가지로 아세트산은 1 g/L 미만 생산되었다 (Fig. 6). 마지막으로 음식폐기물의 초기 COD 농도를 50,000 mg COD/L로 하였을 때, 24:72인 경우 젖산과 아세트산이 각각 6.0 그리고 3.0 g/L로 가장 많이 생산되었고, 36:60인 경우는 7.0 과 2.0 g/L 생산되었다. 그리고 48:48인 경우는 젖산이 4.0 g/L 생산되었고, 아세트산은 1 g/L 미만 생산되었다 (Fig. 7). 본 실험을 통해 젖산은 음식물 쓰레기의 초기 COD 농도가 70,000 mg COD/L일 때 가장 많이 생산되었고, 아세트산은 120,000 와 70,000 mg COD/L일 때 가장 많이 생산되었다. 또한 가수분해 단계와 산 발효 초기까지는 고분자물질이 분해되면서 glucose의 농도가 증가하였으나, 산 발효가 계속 되면서
glucose의 농도가 감소하고 대신에 젖산, 아세트산 그리고 에탄올이 생산되는 것을 확인할 수 있다.한편 가수분해와 산 발효 동안 총 COD의 농도는 크게 변화가 없었다.
음식폐기물의 초기 COD 농도를 120,000 mg COD/L로 하였을 경우 음식폐기물이 관을 이동하는데 문제가 발생하였으며, 50,000 mg COD/L로 하였을 경우는 유기산의 생산량이 가장 낮았다. 위 실험결과를 볼 때, COD 농도 대비 유기산 생성농도가 가장 효율적인 경우는 초기 COD 농도를 70,000 mg COD/L로 하고, 가수분해와 산 발효 시간을 36:60 시간으로 조절하는 것이었다.
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Fig. 5. Time-dependent changes of COD and VFA concentrations of food wastes containing 120,000 mg/L of initial COD. Different reaction times for hydrolysis : acid fermentation were 24:72 (a), 36:60 (b), and 48:48 (c). Symbols: (●), glucose; (○), lactate; (■), acetate;
(□), ethanol and (▲), COD.
(a)
(b)
(c)
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Fig. 6. Time-dependent changes of COD and VFA concentrations of food wastes containing 70,000 mg/L of initial COD. Different reaction times for hydrolysis : acid fermentation were 24:72 (a), 36:60 (b), and 48:48 (c). Symbols: (●), glucose; (○), lactate; (■), acetate;
(□), ethanol and (▲), COD.
(c) (a)
(b)
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Time (hr)
0 24 48 72 96
Conc. (g/L)
0 2 4 6 8 10 12 14
COD (g/L)
0 20 40 60 80 100 120 140
Fig. 7. Time-dependent changes of COD and VFA concentrations of food wastes containing 50,000 mg/L of initial COD. Different reaction times for hydrolysis : acid fermentation were 24:72 (a), 36:60 (b), and 48:48 (c). Symbols: (●), glucose; (○), lactate; (■), acetate;
(□), ethanol and (▲), COD.
(a)
(b)
(c)