Determination of Ultimate Biodegradability and Multiple Decay Rate Coefficients in Anaerobic Batch Degradation of Organic Wastes

A new graphical method was developed to separate two distinctive decay rate coefficients($k_1$ and $k_2$) at their respective degradable substrate fractions($S_1 and $S_2$). The mesophilic batch reactor showed $k_1$ of $0.151\;day^{-1}$ for wasted activated sludge(WAS), $0.123\;day^{-1}$ for thickened sludge(T-S), $0.248{\sim}0.358\;day^{-1}$ at S/I ratio of $1{\sim}3$ for sorghum and $0.155{\sim}0.209\;day^{-1}$ at S/I ratio $0.2{\sim}1.0$ for swine waste, whereas their long term batch decay rate coefficients($k_2$) were $0.021\;day^{-1}$, $0.001\;day^{-1}$, $0.03\;day^{-1}$ and $0.04\;day^{-1}$ respectively. At least an order of magnitude difference between $k_1$ and $k_2$ was routinely observed in the batch tests. The portion of $S_1$, which degrades with each $k_1$ appeared 71% for WAS, 39% for T-S, 90% for sorghum, and $84{\sim}91%$ at S/I ratio of $0.2{\sim}1.0$ for swine waste. Ultimate biodegradabilities of 50% for WAS, 40% of T-S, $82{\sim}92%$ for sorghum, and $81{\sim}89%$ for swine waste were observed.

유기성폐기물의 회분식 혐기성 최종생분해도와 다중분해속도 해석

본 연구에서는 유기성폐기물의 최종생분해도를 평가하여 혐기소화조의 정확한 효율평가를 위한 기초자료를 확보하고 유기물의 분해경향을 보다 정확히 평가할 수 있는 다중 분해속도분석(Multiple k analysis)기법을 개발하여 다중 분해속도상수와 각각의 분해속도에 관여하고 있는 기질의 분율을 산정하려는데 목적이 있다. 연구 결과 폐활성슬러지의 최종생분해도는 50%, 농축슬러지는 40%로 평가되어 85%내외의 생분해도를 나타낸 Sorghum이나 Swine Waste에 비해 현저히 낮았다. 활성슬러지의 경우 생분해가능한 기질의 71%가 22일내에 초기분해속도상수 $k_1$인, $0.151\;day^{-1}$로 빠르게 분해되고 그 이후로 남아 있는 29%의 기질이 분해속도상수 $k_2$인, $0.021\;day^{-1}$로 아주 느리게 분해되었다. 반면 농축슬러지의 경우는 기질의 39%만이 $k_1$인, $0.123\;day^{-1}$로 빠르게 분해되었으며 60% 이상이 $k_2$인, $0.001\;day^{-1}$로 매우 느리게 분해되었다. 한편 Sorghum은 초기분해속도상수($k_1$)인 $0.248{\sim}0.358\;day^{-1}$ 범위로 기질의 약 90%($S_1$)가 16일 이내에 빠르게 분해되었으며 축분의 경우 $k_1$인, $0.155{\sim}0.209\;day^{-1}$ 범위로 기질의 $84{\sim}91%(S_1)$가 14일 이내에 빠르게 분해됨을 알 수 있다. 따라서 Multi k Analysis방법을 이용하여 도출된 하수 슬러지의 분해속도상수와 기질의 분율 및 분해패턴을 토대로 혐기성소화시 효율적이고 경제적인 HRT의 산정이 가능하다.