미생물 액상발효 소멸방식에 의한 음식물쓰레기 처리특성에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Since the 1970s, continuous economic growth of society and increased income of each family have led to many changes in the food culture. The change of food culture is increasing the incident of food waste. The increase of food waste causes various environmental problems and enormous social cost. Therefore, the reducing of food waste at the source is very important in solving the problem of food waste.
At present, there are several methods such as drying, extinction, dehydration, crushing, and microbial liquid decomposition method in order to reduce food waste from domestic sources. Among them, statistics on the characteristics of microbial decomposition method are not enough. Therefore, this study is focused to understand entire treatment characteristic by microbial decomposition method including the food waste decomposition mechanism and ability, quality of waste water, and effect of sewage pipe by solid in the waste water. This study is done by the literature review and the experimental method. In this study, batch and continuous experiments are conducted using both standard and food wastes from school restaurant in Keimyung University, which are similar to those of housesold(hereinafter referred to as restaurant sample). The results of these experiments were analyzed. In batch experiment, the degradation rate of the standard samples after 72 hours is about 97%, the rate of decomposition was found to follow the firstreaction rate formula. The rate of decomposition after 72 hours for restaurant samples is analyzed to be 96%. Continous experiment, the rate of decomposition after 10 days is 93% for both standard and restaurant samples.
All measurement in standard and restaurant samples show a change in water quality. Water quality concentrations are decreased rapidly at the beginning, but the decrease tendency is slowed down and it is the first reaction rate equation. The negative effect of the sewer pipe by the microbial decomposition method is much smaller than the disposer. Because the size of solid particles in the water by the microbial fermentation method is much smaller than those from the disposer.
By the pH meserment of the water, pH is gradually decreased and the acidity is increased by 1.36 times as compared with initial samples. The decomposition process by lactic acid bacterium mainly produces Lactic acid as a final product. Thus, proving the decomposition reaction by the microorganism has occurred.
The result of this study is concluded that food waste disposal by microbial decomposition method is one of the promising methods to reduce food waste from the source of food waste. In particular, it is an effective method to reduce the food waste which is discharged from household and small restaurants that produce 70% of domestic food waste.

국문 초록 (Abstract)

1970년대 이후 지속적인 경제성장과 소득의 증가는 식생활 문화에 많은 변화를 가져왔다. 식생활 문화의 변화는 음식물쓰레기의 발생을 증가시키고 있으며, 음식물쓰레기의 증가는 여러가지 환경문제를 유발하고 그 처리과정에서 막대한 사회적 비용이 투입되고 있다.
따라서 음식물쓰레기를 발생원에서 감량하는 것은 음식물쓰레기 문제를 해소하는데 있어 매우 중요하다.
현재 국내에서 음식물쓰레기를 발생원에서 감량하기 위하여 주로 이용되는 방식은 건조방식, 소멸방식, 탈수방식, 분쇄방식, 미생물 분해 방식 등이 있다.
그중 미생물 분해에 의한 소멸방식의 처리특성에 대한 연구는 아직 부족한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 미생물 분해에 의한 소멸방식에 의한 음식물쓰레기의 분해특성, 분해능력, 배출수의 수질, 배출수 내에 포함된 고형물이 하수관에 위해한 영향을 미칠 가능성 등, 전반적인 처리특성을 관련 문헌조사와 실험적 방법을 통하여 검증하였다.
본 연구에서는 표준시료와 일반적으로 국내 가정 및 식당에서 배출되는 음식물쓰레기의 특성을 고려하여 교내 식당에서 발생한 음식물쓰레기를 사용 하였으며, 회분식실험과 연속식실험을 통해 그 결과를 분석하였다.
회분식 실험에서 표준시료의 72시간 후 분해율은 약 97%, 식당시료의 72시간 후 분해율은 98%로 분석되었으며 분해반응속도식은 1차반응속도식을 따르는 것으로 분석되었다.
연속식 실험에서는 10일 후 분해율이 표준시료와 식당시료 모두 93%로 분석되었다.
처리수의 수질농도 측정 결과, 표준시료와 식당시료가 동일하게 모든 측정항목에서 수질농도가 초기에는 빠르게 감소하다가 점점 감소세가 더뎌지는 것을 볼 수 있었으며, 1차반응속도식에 따른 추세를 보였다.
처리수내에 포함된 고형물의 입경은, 현재 고형물 일부의 하수관 배출하는 허용하고 있는 주방용오물분쇄기의 고형물입경 보다 작아 하수관거에 위해한 영향을 미칠 가능성은 주방용오물분쇄기 보다 적을 것으로 판단된다.
처리수의 pH 측정 결과, pH 값은 점차 줄어들어 초기시료에 비해 산도는 1.36배 증가하였다. 젖산간균에 의한 분해는 일반적으로 균의 증식에 비례하여 pH감소 및 총산이 증가하는데, 본 실험 결과는 이러한 분해특성을 증명하고 있다.
본 연구결과, 미생물 분해 처리 방식에 의한 음식물쓰레기 처리는 음식물쓰레기를 발생원에서부터 감량시키는 방안의 하나로서 그 효과성이 충분히 있을 것을 판단된다. 특히 음식물쓰레기의 70%를 생산하고 있는 가정 및 소형음식점 등에서 음식물쓰레기 배출을 감량화 하는데 효과적인 한 방안으로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 4
• 2. 국내외 음식물쓰레기 발생 및 처리 현황 6
• 2.1 국내외 음식물쓰레기 발생현황 6
• 2.1.1 국내 음식물쓰레기 발생현황 6
• 2.1.2 국외 음식물쓰레기 발생현황 9
• 2.1.2.1 미국 9
• 2.1.2.2 유럽 11
• 2.1.2.3 일본 12
• 2.2 국내외 음식물쓰레기 처리현황 13
• 2.2.1 국내 음식물쓰레기 처리현황 13
• 2.2.2 국외 음식물쓰레기 처리현황 17
• 2.2.2.1 미국 17
• 2.2.2.2 유럽 18
• 2.2.2.3 일본 20
• 2.3 국내외 음식물쓰레기 관리정책 및 관련법 23
• 2.3.1 국내 음식물쓰레기 관리정책 및 관련법 23
• 2.3.2 국외 음식물쓰레기 관리정책 및 관련법 25
• 2.3.2.1 미국 25
• 2.3.2.2 유럽 28
• 2.3.2.3 일본 29
• 3. 이론적 배경 30
• 3.1 미생물의 유기물분해 메커니즘 30
• 3.1.1 포도당 분해 30
• 3.1.2 발효 35
• 3.1.2.1 알코올 발효 36
• 3.1.2.2 젖산 발효 36
• 3.1.2.3 메탄발효 38
• 3.2 Lactobacillales 39
• 3.2.1 Lactobacillus 40
• 4. 연구 내용 및 방법 41
• 4.1 연구 내용 41
• 4.2 연구 방법 43
• 4.2.1 실험 방법 43
• 4.2.2 대상 시료 46
• 4.2.3 미생물 및 담체 49
• 4.2.4 미생물 활성화 50
• 4.2.5 잔존량 및 분해율 측정 50
• 4.2.6 배출수 수질분석 51
• 4.2.7 배출수내 고형물 측정 54
• 4.2.8 pH측정 및 젖산농도 추정 55
• 5. 연구 결과 및 고찰 57
• 5.1 미생물 분해에 의한 음식물쓰레기 처리특성 57
• 5.1.1 표준시료의 잔존량과 분해율 57
• 5.1.2 식당시료의 잔존량과 분해율 63
• 5.1.3 미생물액상발효 소멸처리 장치의 용량 산정 68
• 5.1.4 반응량 70
• 5.2 미생물 처리 배출수 수질평가 72
• 5.2.1 표준시료(Standard Sample) 배출수 수질 72
• 5.2.2 식당시료(Restaurant Sample) 배출수 수질 91
• 5.3 처리수 내 고형물입자 크기 비교 111
• 5.3.1 배출수 내 고형물입자 면적 비교(²) 111
• 5.3.2 배출수 내 고형물입자 길이 비교() 113
• 5.4 pH 측정 및 젖산농도 추정 116
• 6. 결 론 118
• 참 고 문 헌 122

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60. 음식물류 폐기물 악취제거를 위한 바실러스균의 특성 및 분리동정, 성다해, 부경대학교 대학원, 부경대학교 대학원. 석사학위논문, , 2015

61. 주방분쇄기 적용에 따른 음식물류 폐기물의 특성변화에 따른 연구, 박일우, 창원대학교 대학원. 석사학위논문, , 2005

62. 효소활성 자재를 이용한 음식물류 폐기물 공정 특성 및 미생물의 동정, 이행연, 부경대학교 대학원. 석사학위논문, , 2015

63. 액상소멸방식 음식물쓰레기 처리기 배출수의 하수관로 주입가능성 평가, 임봉수, 장대호, 저소웅, 대전대학교 산업기술연구소, Journal of the Institute of Industrial Technology 28, no. 1: 17-28, , 2017

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65. 주방용 오물분쇄기 도입 시 공공하수처리시설의 처리용량에 미치는 영향 분석, 한세운, 아주대학교 공학대학원. 석사학위논문, , 2013

66. 한국환경공단, 대한상하수도학회. 시범사업을 통한 주방용 오물분쇄기의 공공하수도에 미치는 영향 연구, 환경부, 세종 : 환경부, , 2013

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