Organic wastewater generated from polyester manufacturing processes was selected from H company to investigate the feasibility of anaerobic digestion that produces gases including methane. Bio Methane Potential (BMP) tests were conducted to measure the gas production and methane concentration for 7 process wastewater and 2 kinds of sludges from the H company. Also, along with monitoring pH and alkalinity during the anaerobic digestion process, the concentrations of COD and 1,4-dioxane were measured with 4 different operating conditions for N Emulsion (NE) and Ethylene Glycol (EG) wastewater. The BMP tests showed that 65% of methane was produced from NE and EG wastewater. This suggests that the organic wastewater from H company can be effectively treated by an anaerobic digester by which more than 90% of COD was removed.

매립지 악취 관리를 위해 매립가스를 적극적으로 포집함에 따라 매립지 내부로 공기가 유입되어 메탄 생성이 저해된다. 본 연구에서는 공기 주입량에 따른 메탄 생성량 변화를 BMP 테스트로 조사하여 매립장 호기화로 인한 매립가스 발생량에 미치는 영향을 파악하고자 한다. 산소 농도 0-10% 조건에서 메탄 생성량 변화를 BMP 테스트로 분석하였다. 반응기를 A, B 그룹으로 나누어 반응 초기에는 모든 반응기에 0-10% 산소를 주입하였고, B 그룹에는 반응 7일째 0-10% 산소를 추가로 주입하였다. 산소 농도가 2%일 경우 산소 0% 경우와 메탄 생성량이 비슷하며 산소 4%, 6%, 8%, 10% 주입시 메탄 생성량이 96%, 74%, 74%, 74%로 감소되었다. 산소를 1회 주입시(반응 0시간) 보다 2회 주입시(반응 0시간, 7일) 메탄 생성량 감소폭이 높았다. 폐기물 COD 대비 산소 주입량 비율(O2/COD(%))이 높아짐에 따라 메탄생성율은 낮아졌다. 폐기물 O2/COD(%) 대비 메탄생성율의 변화를 선형식으로 도출하였다. 산소 주입량 증가에 따른 황화수소 발생량 변화는 상관관계가 없었다. 수도권매립지 1, 2 매립지의 O2/COD(%)에서 메탄생성율 변화를 선형식을 이용하여 계산하였다. 1매립지는 매립이 종료된 2000년까지 메탄생성율 변화가 1 이상으로 산소 유입에 의한 메탄생성율 변화는 미비할 것으로 예측된다. 2000년 매립 종료 후 매립가스 포집량이 감소되면서 유입되는 산소량이 감소되고 있어 메탄가스 생성량 저하는 미비할 것으로 예측된다. 2매립지는 2011년 이후 메탄생성율 변화가 1 미만으로 낮아져 0.92 정도까지 낮아졌다. 이는 폐기물 매립량 감소로 인한 COD 매립량 감소와 매립가스 포집 강화로 인한 공기 유입으로 소모된 산소량 증가로 인한 결과이다. 매립지 호기화로 인한 메탄생성율의 감소는 2011년부터 2014년까지 0.92-0.99 정도로 그 영향을 크지 않을 것으로 예측된다.

국내 온실가스 배출 부문별 배출량을 정리한 국가온실가스 인벤토리 보고서(National greenhouse gas Inventory Report of Korea, NIR)은 2010년 이래로 매년 환경부에 의해 발간되고 있다. 현재 폐기물 부문의 표준 배출량 산정은 2006 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Guideline을 통해 이루어지고 있으나, 폐기물의 조성, 성상과 같은 국내 폐기물의 고유 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 또한 이를 극복하기 위한 국가고유배출계수의 개발과 그 산정방식에 관한 연구는 미진하다. 따라서 본 연구는 폐기물 매립분야 국가 고유배출계수 중 하나인 생물학적으로 분해 가능한 유기탄소의 양을 나타내는 계수(Degradable Organic Carbon (DOC) × Fraction of Degradable Organic Carbon (DOCf))를 산정하기 위해 수행되었다. 매립된 폐기물을 통해 발생 가능한 메탄의 양을 계산하는 과정에서 두 값은 곱의 형태로 사용된다. DOC의 산정에는 삼성분 분석, TOC 측정 등의 방법이 있고, DOCf의 산정에는 물질수지에 기초한 양론식, Lysimeter test, Biochemical Methane Potential (BMP) test 등의 방법이 가능하다. 이 연구에서 DOC는 Total Organic Carbon (TOC)로, DOCf는 BMP test를 통해 구한 생분해도로 산정하였다. BMP test는 250 mL serum bottle에 기질, 영양배지 (90 mL), 혐기성 미생물 식종 슬러지 (10 mL)를 주입하여 35℃에서 Duplicate로 수행되었다. 기질로서 음식물류 폐기물은 환경부 고시 제 2012-203호에 제시된 음식물 찌꺼기 표준시료(쌀밥, 배추, 감자, 양파, 무, 사과, 귤, 돼지고기, 고등어)를 선정하였다. 목재류 폐기물로는 매립 목재의 99%를 차지하는 생활폐기물 내 소형폐목재로 한정하여 나무젓가락, 이쑤시개, 낙엽을 사용하였다. 접종물은 서울 D-환경자원센터에서 반출한 혐기소화조 슬러지를 사용하였고, 영양배지는 Shelton & Tiedje (1984)에 의해 제시된 조성에 따라 제조하였다. DOC는 폐기물의 유기탄소량을 의미하므로, TOC 분석결과를 사용하였다. 발생한 가스와 이론적으로 발생 가능한 가스의 비율을 통해 생분해도를 계산할 수 있으며 이를 DOCf 값으로 사용하였다. TOC 분석결과와 생분해도를 곱하여 DOC × DOCf를 나타내었고, 이를 IPCC 기본값과 비교하였다.그 결과, 음식물류 폐기물에서 쌀밥 0.38 ± 0.06, 배추 0.23 ± 0.03, 감자 0.30 ± 0.03, 양파 0.28 ± 0.04, 무 0.25 ± 0.13, 사과 0.30 ± 0.14, 귤 0.23 ± 0.11, 돼지고기 0.40 ± 0.07, 고등어 0.43 ± 0.11의 DOC × DOCf 값을 확인하였다. 목재류 폐기물에서는 나무젓가락 0.28 ± 0.00, 이쑤시개 0.25 ± 0.02, 낙엽 0.23 ± 0.07의 값을 구하였다. IPCC 기본 값으로 제시된 음식물류와 목재류의 DOC × DOCf의 값은 각각 0.19, 0.25로 음식물류 폐기물의 경우 표준배출계수를 상회하는 값을, 목재류 폐기물은 기본 값과 근접한 결과를 나타내었다. 이는 국내폐기물의 성상, 조성을 반영할 경우 IPCC 배출계수로 제시된 DOC × DOCf 값이 달라짐을 의미한다. 따라서 각 부문별 국내 특성을 반영한 온실가스 국가고유배출계수의 확립을 통해 온실가스 배출의 올바른 산정이 수행되어야 할 것이다.

The objectives of this research was to evaluate the anaerobic digestibility of waste actizvated sludge (WAS) and wastebeverages in beverages manufacturing industry using BMP test under various conditions. Also, the effects of physical(ultrasonic) and biological (lactobacillus) solubilization process on anaerobic digestibility of WAS were thoroughlystudied. The soluble chemical oxygen demand (SCODCr)/total chemical oxygen demand (TCODCr) ratio of WAS was 0.15but the SCODCr/TCODCr ratio after solubilization was increased 17.5% by ultrasonic, 18.8% by lactobacillus respectively.The results of BMP test, methane gas productivity as mixing ratio of WAS and waste beverages were 156ml CH4/gCODCr,164ml CH4/gCODCr and 182ml CH4/g CODCr, respectively 9:1, 8:2, 7:3 before the solubilization of WAS. As themixing ratio of waste beverages increase, VFAs concentration and methane productivity was increased. Also, methanegas productivity as mixing ratio after the solubilization of WAS using ultrasonic and lactobacillus was increased3.3~11.3%, 11.1~15.2% respectively. From the results, it was judged that anaerobic digestion using WAS and wastebeverages could be feasible.

우리나라는 2010년 ‘저탄소 녹성생장 기본법’의 제정을 통해 적극적으로 기후변화에 대응하고 있다. 또한 올해 3월 ‘온실가스 배출권의 할당 및 거래에 관한 법률’이 제정됨에 따라 온실가스 인벤토리 신뢰도 제고의 필요성이 제기되었다. 고형폐기물 매립은 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서 정하고 있는 주요배출원으로 폐기물 부문에서 가장 높은 온실가스 배출 비중을 가지고 있다. 폐기물 매립지에서 배출되는 메탄의 양을 계산하기 위해 IPCC의 모델을 사용하고 있으며, 이 모델은 다양한 배출계수로 구성되어 있다. 그 중 DOCF는 실제 폐기물매립지에서 혐기상태로 생분해되는 유기물의 비율을 의미한다. DOCF의 개발은 크게 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 시료의 유기물함량을 측정하여, 최대 메탄발생량을 계산하는 것이다. 두 번째 단계는 시료를 혐기 분해시켜 메탄발생량을 측정하는 것이다. 메탄발생량을 측정하기 위한 실험방법으로 크게 회분식 실험, 라이시미터 실험, test cell로 구분할 수 있다. 회분식 실험은 매립지 환경의 모사도가 떨어진다는 단점이 있지만, 시간과 비용 측면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 회분식 실험 중 BMP(Biochemical Methane Potential) test가 가장 널리 활용되고 있으며, 표준 시험방법으로 ISO 11734(2008), OECD 311(2006) 등이 있다. 또한 Shelton과 Tiedje(1984)의 방법도 널리 활용되고 있다. 이들 시험 방법 중 표본의 수를 규정하고 있는 것은 ISO 11734 뿐이며, 최소 시료의 수를 3개로 정하고 있다. 본 연구에서는 DOCF의 개발 과정에서 활용될 수 있는 BMP test가 목표불확도를 달성하기 위한 표본의 수를 제시하였다. 국내 53개의 BMP test결과를 수집하여, 이들의 상대표준오차(변동계수)의 분포를 구하였다. 그 결과, BMP test 결과의 상대표준오차가 lognormal 분포(σ=0.896, μ=-3.151)에 가까운 것을 알 수 있었다. 이 분포의 중간값을 이용하여 목표불확도에 따른 최소 시료의 수를 계산한 결과, 불확도 7.5% 수준은 3개, 5%수준은 5개, 2.5% 수준은 20개의 시료 수가 필요한 것으로 나타났다.

경제적이면서 친환경적인 오염부지 정화 수단으로 많은 관심을 받고 있는 식물정화공법(Phytoremediation)은 공법의 특성상 오염물질을 포함하는 부산물의 발생이 필연적으로 수반되어 이에 대한 처리가 반드시 고려되어야 한다. 현재는 발생되는 식물정화공법 부산물의 대부분을 압밀 및 열분해를 통한 중간처리와 연소, 직접처분 그리고 회화 등의 최종처분으로 구분하여 처리하고 있다. 이 때 연소와 회화는 낮은 열량으로 인해 폐열 회수가 어려운 단점이 있고, 열분해공정의 경우 식물체부산물의 높은 함수율로 인한 제한 및 외부에서 별도의 에너지원 투입에 따른 효용성 저하가 지적된다. 식물정화공법 부산물은 식물 종에 따라 구성이 다양하지만 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌 등의 식물섬유소와 회분으로 구성되어 있어 혐기성 조건에서 소화시킬 경우 가스화를 통해 에너지의 회수는 물론 처분을 필요로 하는 부산물의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 중금속 오염부지에 식물정화공법을 적용하고 발생된 해바라기 부산물을 이용하여 에너지를 회수할 수 있는 가능성을 판단하고자 혐기성 조건에서 잠재 메탄 발생량을 확인하였다. 잠재 메탄발생량의 확인은 회분식 실험인 BMP(Biochemical Methane Potential) test를 수행하였으며, 실험은 식물정화공법의 부산물로 발생하는 지상부 중 바이오디젤의 원료로 사용 가능한 씨앗을 제외하고 줄기, 잎 그리고 꽃 각각의 부위별로 구분하여 실시하였다. 실험은 50일간 진행되었으며 발생되는 가스의 부피와 조성은 각각 t-type valve system과 TCD(Thermal Conductivity Detector)가 장착된 GC(Gas Chromatography, Younglin ACME 6100, Korea)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 얻어진 시간에 따른 누적메탄발생량에 수정된 Gompertz 식을 적용하여 잠재메탄발생량을 구하였다.

Food waste, food leachate and livestock wastes from an usual farm and a farm using much disinfectant were mixed to incubate within anaerobic serum bottle for BMP test. The methane yield rate and lag phase were determined by the modified Gompertz model and the Logistic model. The maximum methane yield rates by the modified Gompertz model were 15.9 ~ 41.0 mL CH4/g VS and higher than by the Logistic model. The modified Gompertz model was more appropriate than the Logistic model to have higher determination coefficient R2. The methane fermentation of mix with sole livestock waste from the farm using much disinfectant had ninefold lag phase and 40% or lower maximum yield rate comparing with the mix with sole usual livestock waste. The methane yield rate from a tonne of mix was increased as the ratio of food waste and food leachate increased. The cumulative methane yield was in the proportion of 40 m3 to a tonne of food wastes. The results of BMP test were analyzed by a response surface methodology (RSM) and modelized to a binomial expression, which was verified by analysis of variance (ANOVA) and to be appropriate for this case.