초록
주방폐기물의 혐기성분해 반응에 대한 나트륨이온의 저해특성을 정량적으로 평가하기 위한 연구가 $0{\sim}20g\;Na^+/L$의 나트륨이온 농도에서 600mL 반응조를 이용한 저해효과실험을 통하여 수행되었다. $2g\;Na^+/L$ 이상의 나트륨이온에 노출된 혐기성미생물은 노출초기에 심각한 저해를 받는 것으로 평가되었으나, 혐기성미생물은 나트륨이온의 농도가 증가함에 따라 서로 다른 순응 및 저해 특성을 가지는 것으로 평가되었다. 나트륨이온에 의한 순응 및 저해효과를 정량적으로 평가하기 위한 방법으로 나트륨이온이 주입되지 않은 control에 대한 대상시료의 초기순응시간 및 최대메탄발생율의 비를 각각 상대적메탄화율 및 상대적순응시간으로 정의하였다. 나트륨이온이 $2g\;Na^+/L$에서 $20g\;Na^+/L$까지 증가함에 따라 상대적순응기는 약 19에서 90까지 지수적으로 급속히 증가하였으나, 상대적메탄화율은 0.97에서 0.02까지 선형적인 감소현상을 보였다. 주방폐기물의 혐기성분해 반응에서 최대메탄발생율, 1차반응속도 상수, 최종메탄발생량 등에 대한 나트륨이온의 영향은 일반화된 비선형 저해영향인자식에 의해 효과적으로 평가할 수 있었으며, 이와 같은 나트륨이온의 저해효과는 비경쟁저해모델에 의해서 가장 잘 설명가능한 것으로 밝혀졌다. 혐기성반응의 활성이 완전히 저해되는 나트륨이온의 농도는 사용한 모델에 의해서 약 $20{\sim}21g\;Na^+/L$로 평가되었으며, 약 $11g\;Na^+/L$의 나트륨이온에서 메탄화율이 50% 저해효과를 보이는 것으로 평가되었다. 본 연구결과는 높은 농도의 나트륨이온을 함유한 주방폐기물의 메탄발효공정의 설계 및 운전 인자의 결정에 유용하게 사용가능할 것으로 사료된다.
The inhibitory effect of sodium ion on the anaerobic degradation of food waste was studied by an anaerobic batch toxicity assay and inhibition model. The anaerobic degradation activity of food waste spiked with over $2g\;Na^+/L$ of sodium ion was severely inhibited at the initial stage of the exposure. The inhibition response of anaerobic microorganisms on the sodium ion estimated from the methane production was differed according to the concentration of sodium ion. The relative acclimation time(RAT) and methanation rate(RMR), defined as the ratios of initial lag time and maximum methane production rate of the sample spiked with sodium ion to the control. respectively, were used to evaluate the acclimation and inhibitory effects quantitatively on the anaerobic microorganisms. When sodium ion was increased from $2g\;Na^+/L$ to $20g\;Na^+/L$, the RAT was exponentially increased from 18.9 to 90. but the RMR was linearly decreased from 0.97 to 0.02. The effects of sodium ion for the maximum methanation rate, first order kinetic constant and ultimate methane production were well evaluated by a generalized nonlinear expression model. it could be described by the uncompetitive inhibition mode. The sodium ion concentration causing 50% inhibition of methanation activity was about $11g\;Na^+/L$, and the critical sodium ion beyond to compelete inhibition was 20 to $21g\;Na^+/L$. The presented results could be used to obtain the design or operation parameters of the anaerobic process treating food waste of high salt.
(Environ. Technol. Res. Lab., Dept. of Civil Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology)
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