Performance comparison of acidogenic fermentation and hydrogen fermentation using bench-scale leaching-bed reactors for food waste

벤치스케일 침출상 반응조를 이용한 음식폐기물 처리 시 신발효 및 수소발효의 거동특성 비교

This study was conducted to compare the performances of acidogenic fermentation and hydrogen fermentation using bench-scale leaching-bed reactors for organic solid waste. Acidogenic fermenters were operated with dilution rates (D) of 2.0, 3.0 and $4.0d^{-1}$ after employing anaerobic sludge and hydrogen fermenters were operated with D of 2.0, 4.0 and $6.0d^{-1}$ after employing heat-treated anaerobic sludge. The highest chemical oxygen demand (COD) conversion efficiency (56.2%) was obtained in acidogenic fermentation with D of $3.0d^{-1}$. Only volatile fatty acid (VFA) was produced as a metabolite. On the other hand, hydrogen fermentation did not show higher COD conversion efficiency (49.3%) than acidogenic fermentation, but it produced hydrogen gas (5.1% of total COD) which was a clean and environmentally friendly fuel with a high energy yield. Therefore, either acidogenic fermentation or hydrogen fermentation could be applied to organic solid waste depending on the purpose of treatment, which could maximize the economics of anaerobic treatment.

본 연구는 유기성 고형폐기물 처리에 적합한 벤치스케일 침출상 반응조를 이용하여 효율적인 산발효 및 수소발효의 거동특성을 살펴보았다. 산발효조는 혐기성 소화슬러지를 식종한 후 희석율 2.0, 3.0, $4.0d^{-1}$로 운전이 되었으며, 수소발효조는 열처리된 소화슬러지를 식종한 후 희석율 2.0, 4.0, $6.0d^{-1}$로 운전이 되었다. 산발효조는 희석율 $3.0d^{-1}$에서 운전되었을 때 최대의 COD 전환율 56.2%가 얻어졌으며 이때 전환된 COD는 모두 유기산으로 전환되었다. 반면에 수소발효조는 산발효조보다 높은 COD 전환율(49.3%)을 보여주지 못했지만, 높은 에너지 수율을 가지고 있을 뿐 아니라 친환경 청정에너지인 수소가스(전체 COD 중 5.1%)를 부산물로 얻을 수 있었다. 그러므로 처리목적에 따라 산발효나 수소발효를 유기성 고형폐기물에 적용할 수 있으며, 이는 혐기성처리 기술의 경제성을 향상시킬 수 있다.