현재 국내에서 발생하는 유기성폐기물은 에너지화 정책에 따라 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설에서 처리 및 에너지원으로 전환되고 있다. 이러한 유기성폐기물 중 음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내에서 발생하는 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)은 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화를 위해서는 전처리가 필수적이다. 또한, 음식물쓰레기는 구성성분이 다양할 뿐만아니라 섬유질도 다량 포함하고 있어 혐기소화를 통해 바이오가스로 전환하기 위해서는 보통 30일 전후의 소화기간을 필요로 하고 있고, 특히 파쇄/선별의 단순 물리적 전처리만 거친 음식물쓰레기의 경우에는 30일 이상의 혐기소화 기간이 필요한 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 사전 연구를 통해 도출된 음식물쓰레기 열가수분해 운전조건을 적용해 습식 혐기소화 반응조에 적합하도록 U원 구내 식당에서 발생한 음식물쓰레기를 전처리하였고, 이렇게 얻어진 음식물쓰레기 가용화물을 실험실 규모의 중온 단상 혐기소화 반응조에 투입해 일반적인 중온 이상습식 혐기소화 체류시간(35일)의 절반 수준인 18일의 체류시간으로 운전하는 조건에서 바이오가스 수율 및 반응조 안정성 등을 평가하고자 하였다.

현재 식생활 습관 및 음식문화의 특성으로 인하여 가정에서 다량 배출되는 음식물 쓰레기의 처리는 커다란 사회적 문제의 하나로 대두되고 있다. 오늘날 음식물 쓰레기의 처리방법은 매립과 소각이 금지되어 대부분이 재활용되어 자원화되고 있다. 음식물 쓰레기의 자원화 방식으로는 퇴비화, 사료화, 에너지(연료)화로 나눌 수 있는데, 이들은 각각 문제점들을 갖고 있다. 에너지(연료)화는 부지 및 예산확보, 기술 검증에 대한 문제점으로 인하여 현실화가 어려운 실정이며, 퇴비화는 음식물 쓰레기에 포함된 염분이나 수분, 악취, 중금속, 침출수 발생 등의 문제를 갖고 있어 안정적인 처리가 이루어지기 어려운 문제점이 있었다. 또한 사료화는 기계의 안정성 문제 및 철저한 분리수거를 필요로 하며, 부패, 변질, 미생물 오염 등의 신선도 유지문제와 처리방식의 기술적인 뒷받침, 광우병에 대한 우려가 있었다. 이에, 보다 안전하고 효율적이며 친환경적으로 음식물 쓰레기를 자원화하는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 생석회의 소화반응을 이용한 음식물 처리의 장점은 음식물 중의 고형분과 수분을 별도로 처리하지 않고 동시에 처리함으로써 공정의 간소화를 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 석회질 비료는 음식물 중의 염분함량을 낮추게 되어 음식물 쓰레기 재활용 시에 가장 문제가 되는 염분 문제를 해결할 수 있다. 본 연구에서는 음식물 쓰레기 중의 수분과 생석회를 반응시켜 생석회와 물의 소화반응을 이용하여 석회질 비료를 제조하고자 하였다. 소화반응 생성물로 입상 석회질 비료를 제조하였으며, 입상의 비료를 제조하기 위한 최적의 음식물 중의 수분함량과 석회의 투입량을 결정하였다.

본 연구에서는 음식물 쓰레기를 기질로 하여 수소생산을 수행하였을 때 중금속(구리)의 농도에 따른 수소생산 효율과 반응 조건, 수소생산에 기여하는 미생물 군집 분포의 변화를 살펴보고자 한다. 회분식 반응기가 사용된 이번 실험에서는 sucrose 1%(v/v)와 음식물 쓰레기가 탄소원으로 사용되었으며, 혐기성 조건을 충족하기 위하여 N2가스로 반응기 내를 10분간 purging한 뒤, 이를 완전 밀폐 시켰으며, 교반 속도와 실험 온도는 각각 200 rpm, 30±3℃로 유지되었다. 본 연구에서 수소생산은 실험 후 약 30-90시간 후 종료되는 것으로 나타났다. 수소생산의 yield값은 Cu 0.5ppm, 1ppm, 5ppm, 10ppm에서 각각 5.3016, 6.6363, 28.9388, 4.9398㎖ H2/g COD로 나타났다. 수소가스 발생량(Ph)과 최대 수소 생산률(Rh)은 Table 1에 나타내었다. 중금속의 농도에 따라 수소생산량을 비교해 보았을 때 Cu 5ppm>10ppm>1ppm>0.5ppm의 순서로 수소생산량이 많이 발생되었으며, 이는 약간의 중금속은 미생물의 성장에 촉진작용을 일으켜 수소생산을 활발하게 하는 것으로 판단되어지며, 일정 농도 이상으로 중금속의 농도가 높아지면 수소생산에 저해가 되는 것으로 나타났다. 또한 실험의 여건 상 5, 10ppm실험시기 보다 0.5, 1pmm농도의 실험시기의 온도가 약 3℃ 낮았던 것으로 보아 온도의 영향이 수소생산에 영향을 미친 것으로 판단된다. 16S rDNA의 PCR-DGGE결과 음식물 쓰레기의 수소생산량과 비교하여 적은 수소를 생산한 중금속 첨가 반응액에서 발견된 Band 6과 7은 Lactococcus속으로 규명되었다. 이는 위 미생물들이 Clostridium속의 수소생산 활동을 저해시키는 역할로 작용했다고 판단된다.

2014년 기준 13,698톤/일의 음식물쓰레기 발생량 중 공동주택과 감량의무사업장이 차지하는 비율은 각각 38%, 30%이고 계절평균 음식물쓰레기 함수율은 각각 81.5%, 76.2%로 높아 수증기로 증발시키는 건조공정에서의 열원소요비용을 높이는 원인이 된다. 건조 에너지의 주요 공급열원으로는 전기, 가스 및 기름 등의 화석연료이며, 이 중 전기 열원 사용이 가장 간편하고 적용성이 우수하지만 가스 열원에 비해 온실가스 배출량은 단위열량당 2.3배로 상대적으로 높다. 그리고 기름(Light oil, Heavy oil) 열원의 경우 연소 후 연관에 Soot와 같은 입자상물질의 누적에 의한 열전달속도 감소로 열회수 효율을 저감시킨다. 가스(LNG) 열원의 경우 가스유입 배관, 가스보일러 및 연소실이 추가로 필요하지만 연소 시 매연이나 미세분진 발생량이 적고, 일산화탄소와 질소산화물 배출량이 적고, 오존을 생성하는 탄화수소 배출량이 적고, 천연가스 정제비용이 낮고, 누설 시 공기보다 가벼워 대기 중으로 쉽게 확산되어 안전성이 높은 장점과 천연가스액화기술 발전으로 운송과 보관이 용이할 뿐만 아니라 전 세계적으로 약 100년 이상 사용 가능할 정도로 매장량이 풍부하다. 반면 가스 열원을 건조공정에 사용할 경우 연소 후 폐열의 대기 배출로 열회수 효율을 감소시켜 가스소비량 증가에 의한 운영비용 상승의 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서는 기존의 단순 시간종료에서 최종부산물의 목표함수율에 도달할 경우 건조공정 자동종료로 가스소비량을 최소화 할 수 있는 방안도 적절한 대안이 될 수 있다. 건조공정 종료시간 자동화를 위해서는 제어시스템을 개발해야 하며, 종료시점은 폐쇄회로(Closed-loop recirculation system) 건조공정에서 수증기 배출량이 가장 높은 열교환기의 유입과 배출 온도차(⊿T)와 건조기의 배출과 유입 온도차(⊿T)로 설정이 가능하다. 이 중 열교환기 유입, 배출온도 변화가 짧은 시간에 크게 변화함에 따라 종료시점 범위 설정이 용이하지 않음에 비해 건조기 배출, 유입온도 변화는 상대적으로 안정적인 변화폭인 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 최종부산물의 목표함수율에 근접할 수 있는 건조 공정을 모니터링하여 적절한 운전종료시점을 설정할 수 있는 방안을 제시하기 위해 건조기 배출, 유입 온도차(⊿T)를 적용하였다.

국내 대표적인 유기성 폐기물은 음식물류 페기물이며, 음식물쓰레기는 환경적, 경제적, 사회적으로 많은 문제를 나타내고 있다. 음식물쓰레기는 파쇄-탈수-선별 전처리를 통해 고형물과 수분을 분리하여, 고형물은 재활용하고 수분은 음폐수로 배출되어 별도처리하며, 부형제(톱밥, 왕겨 등) 등을 섞어 처리하고 있다. 또한 매립, 소각, 바이오가스화 공법은 각각 2차적으로 대기, 수질, 토양에 오염을 일으킬 수 있다는 점과 최종 부산물(BGP,바이오가스부산물)의 처리가 어려움을 겪고 있다. 그동안 유기성 폐기물을 자원화하기 위한 방법으로 퇴비화 기술이 많이 연구되어 왔으나, 이 역시 퇴비화 과정에서 발생되는 악취로 인하여 민원이 잦아지고 결국 퇴비화 시설이 폐쇄되는 경우가 많았다. 그러나 초고온 호기성 발효공법(발효온도 95℃ 이상)은 수분조절제가 불필요하고, 음폐수가 발생하지 않으며, 악취저감 효과 및 폐기물 감량효과가 기존의 공법과 비교해 탁월하다. 본 연구에서는 강릉시 하수종말처리장에 초고온 호기성 발효 Pilot Plant를 설치하여, 강릉시에서 배출되는 음식물 쓰레기를 대상으로 초고온 호기성 발효공정을 통해 음식물쓰레기의 퇴비화 진행에 따른 온도변화, 발효가스 분석, pH, C/N비, 수분함량, 고형물 유기물 변화, 부피 및 무게변화, 중금속 분석, 혼합 및 교반과 같은 반응인자들을 도출하여 운전변수를 분석하였다. 음식물쓰레기의 퇴비화 진행에 따른 시료와 발효 종료된 퇴비의 중금속 및 유해인자 분석을 통하여 퇴비의 발효 메커니즘 및 안정성을 검증하고, 초고온 호기성 퇴비화 기술의 정립과 데이터베이스 확보를 목적으로 하였다. 또한 퇴비화 과정에서 발생되는 악취물질 및 악취도를 알아보기 위하여 악취방지법에 지정되어있는 복합악취와 지정악취물질 12개 항목을 알아보고자 하였다.

현재 국내에서 발생하는 음폐수의 해양투기 금지 및 음식물류 폐기물의 에너지화 정책에 따른 유기성 폐기물 육상처리의 일환으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 시설이 지속적으로 설치 및 운영되고 있다. 그중에서도 음식물쓰레기는 처리 단가가 높고, 바이오가스 회수 잠재력 또한 높아 바이오가스화 시설의 경제성을 높여줄 유용한 폐자원으로 여겨지고 있다. 하지만 국내 발생 음식물쓰레기의 평균 고형물함량(TS)이 18~20% 수준으로 혐기소화를 통한 바이오가스화 이전에 전처리가 필수적이며, 단순 파쇄/선별을 통한 물리적 전처리만으로는 충분한 가용화가 어려운 부분이 있다. 이러한 유기성폐자원의 가용화를 위한 전처리 방법에는 가수분해/산발효를 통한 생물학적 처리, 산, 알칼리, 오존 등을 통한 화학적 처리, 초음파, 열, 압축 등에 의한 물리적 처리 등이 있는데 본 연구에서는 물리적 처리방법 중 하나인 열가수분해를 통한 음식물쓰레기의 가용화효율을 분석하였다. 이를 위해 1차로 물리적 파쇄/선별 처리한 음식물쓰레기에 대해 다양한 운전 조건(온도, 압력 변화)으로 열가수분해를 실시하여 각 운전조건별 음식물쓰레기 성상변화를 분석함으로써 음식물쓰레기 열가수분해를 위한 최적 운전조건을 도출하고자 하였다.

최근 도시화 및 인구 밀집화로 인해 폐기물 발생량이 급격하게 늘어나고 있으며, 매립장 내 수분이 매립된 쓰레기에 침투하여 발생하는 침출수의 양 또한 증가하는 문제가 발생하고 있다. 이러한 침출수 내 함유된 고농도의 암모니아성 질소는 그 자체의 독성으로 인해 비교적 독성에 취약한 질산화 미생물에게 영향을 끼쳐 질산화 반응을 저해한다. 이와같이 생물학적 처리가 어려운 침출수와 같은 경우 화학적 침전법인 Struvite 결정화법이 현실적인 대안이 될 수 있다. Struvite는 MAP(magnesium ammonium phosphate, MgNH4PO4･6H2O)라고 알려져 있으며 고농도의 질소와 인을 동시에 처리할 수 있으며 반응시간이 짧아 별도의 처리시설이 불필요하다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 생물학적으로 처리가 곤란한 침출수를 struvite로 처리하고자 하였으며 제거효율을 극대화하기 위해 결정화 영향인자인 pH와 마그네슘, 인의 몰비에 대해 살펴보았다. Struvite 결정화시 pH 9.0에서 암모니아성 질소의 농도가 가장 낮게 나타났으며, 마그네슘과 인의 몰비가 클수록 암모니아성질소의 제거율이 높아지는 것으로 확인되었다. 또한 struvite 결정성장에 미치는 요인인 교반강도(G) 및 교반시간(td)에 대하여 실험한 결과 교반강도가 높을수록 암모니아성 질소의 제거율이 상승하는 것으로 나타났으며, 교반시간의 경우 5분부터 큰 차이가 없는 것으로 확인되었다.

This study was conducted to evaluate the effects of physical characteristics. Twelve specific odorous compounds and various sources of bacteria were tested via treatment of food waste using an ultra-thermophilic aerobic composting process. Food waste was mixed with seed material and operated for 47 days. During composting, the temperature was maintained at 80-90°C. The variations in O2, CO2 and NH3 production suggested typical microorganism-driven organic decomposition patterns. After composting, the concentrations of 12 specific odorous compounds other than ammonia did not exceed the allowable exhaust limits for odor. After composting, thermophiles represented 50% of all bacteria. After composting, the percentage of thermophile bacterial increased by 15%. Therefore, both stable composting operation and economic benefit can be expected when an ultra-thermophilic composting process is applied to food waste.

Livestock manure treatments have become a more serious problem because massive environmental pollutions such as green and red tides caused by non-point pollution sources from livestock manures have emerged as a serious social issue. In addition, more food wastes are being produced due to population growth and increased income level. Since the London Convention has banned the ocean dumping of wastes, some other waste treatment methods for land disposal had to be developed and applied. At the same time, researches have been conducted to develop alternative energy sources from various types of wastes. As a result, anaerobic digestion as a waste treatment method has become an attractive solution. In this study has three objectives: first, to identify the physical properties of the mixture of livestock wastewater and food waste when combining food waste treatment with the conventional livestock manure treatment based on anaerobic mesophilic digestion; second, to find the ideal ratio of waste mixture that could maximize the collection efficiency of methane (CH4) from the anaerobic digestion process; and third, to promote CH4 production by comparing the biodegradability. As a result of comparing the reactors R1, R2, and R3, each containing a mixture of food waste and livestock manure at the ratio of 5:5, 7:3, and 3:7, respectively, R2 showed the optimum treatment efficiencies for the removal of Total Solids (TS) and Volatile Solids (VS), CH4 production, and biodegradability.

1995년부터 우리나라는 배출자부담원칙을 적용하여 쓰레기종량제를 시행하고 있으며, 이와 더불어 음식물류 폐기물도 생활폐기물과의 혼합배출을 금지하고 2014년부터 종량제 사용을 의무화 하고 있다. 시간이 경과함에 따라 이 제도는 폐기물의 관리 및 발생억제를 위해 어느 정도 잘 추진되고 있다고 할 수 있으나, 최근 들어 타지역에서 온 사람들이 모여 형성된 자취촌에서는 쓰레기 배출로 인해 사회적 문제로 대두되고 있다. 대표적인 곳이 대학교 원룸촌이라 할 수 있다. 대학교 원룸촌의 주거인은 대부분 학생으로, 대학교에 입학하기 전까지는 부모님과 함께 생활하였기 때문에 정확하게 쓰레기를 배출하는 방법을 모르는 경우가 대부분이다. 학생들은 정확한 배출방법을 모른채 무단투기를 하게 되고, 수거업체는 무단투기된 쓰레기의 미수거하게 되며, 이로 인한 민원이 발생하게 된다. 혹 원룸주인이 학생들의 무단투기를 하는 모습을 볼지라도 행정기관에 신고도 할 수 없는 상황(학생은 원룸의 고객이므로)이 만들어지고, 결국 대학교에 대한 부정적 이미지를 초래한다. 이러한 악순환을 해결하기 위하여 “대학가 쓰레기 문제 해결을 위한 추진 협의체(이하 추진 협의체)”를 구성하였고, 이는 사회적 상호작용인 거버넌스 활동이라 할 수 있다. 이 논문의 초점은 이미 쓰레기 문제가 사회적 이슈로 부각된 만큼, 원룸촌에서 발생된 쓰레기 문제에 대해서도 사람들의 인식변화 및 행동변화를 일으킬 수 있는 거버넌스 활동이 실제적으로 배출되는 쓰레기 성상에 변화를 가져왔는가를 조사하는 것이다. 따라서 K대학교 원룸촌을 대상으로 하여, 거버넌스 활동(추진 협의체)을 실시하고, 거버넌스 전과 후에 대학가 원룸촌에서 배출된 쓰레기의 물리적 성상에 어떠한 성상변화가 있는가를 조사･분석하였다.

After large-scale flooding damage occurred along the Imjin river in 1996, 1998, and 1999, the Hantan river flood control dam was planned, and it has since been under construction. Unlike existing dams in Korea, the Hantan river flood control dam will remain fully open except during high floods, when the dam will store flood water temporarily to reduce flood peaks and flood water volume downstream. During past flooding seasons, floating debris has caused difficulties in the management of large-scale dams. Most of the existing multipurpose dams in Korea have installed nets to collect floating debris based on many years of experience with and data about inflow and distribution of floating debris in the dams. For the Hantan river flood control dam, however, collection of data about inflow and distribution of floating debris is not possible as the dam is located near the border area between North and South Korea. In order to devise a preliminary plan to collect floating debris in the Hantan river flood control dam, an EFDC hydrodynamic model was used to analyze the behavior of floating debris during high floods. The Lagrangian particle tracking method was utilized to simulate the behavior of floating debris in the dam. Based on the analysis of paths and final destinations of the particles, seven collection points were selected where it seemed to be effective to collect floating debris, as debris is likely to accumulate there in high density.

Marine wastes could be divided into coastal, sink and floating waste by the distribution location. From the results of standing stock estimation of the marine wastes, the amount of coastal waste was similar to the results of previous study, that of sink waste was higher in this study as much as 1.47 to 2.83 times, and that of floating waste was estimated to be higher up to approximately 2.3 times in this study. Overall, the total amount of marine waste in the sea of our country is estimated at 180,148 ~ 331,197 tons, being 1.43 to 2.63 times higher than the results of previous study.

Since 2013, due to the London Convention prohibiting marine dumping of waste, many problems have occurred because food waste generated every day must be handled on the ground. Owing to recent institutional efforts and various technical studies for eco-friendly food waste treatment, various methods of treating food waste using insects have been studied. However, efficiency of Korean food waste treatment is in fact known to be low due to the high salinity of Korean food waste. In this study, we evaluated the treatment efficiency of food waste with various salt and moisture contents by the black soldier fly (Hermetia illucens). The results showed that the moisture content does not affect food waste treatment efficiency by the black soldier fly and the decomposition ability of food waste is good even at salt contents as high as 3%.

A bioelectrochemical anaerobic digester for food waste was developed by installing an anode (−250 mV vs. Ag/AgCl) and a cathode (−550 mV vs. Ag/AgCl) inside a conventional lab-scale anaerobic digester. The performance of the bioelectrochemical anaerobic digester was investigated at different organic loading rates of 0.70-4.25 g VS/L.d. The bioelectrochemical anaerobic digester was rapidly stabilized within 25 days after start up, and at an organic loading rate of less than 1.97 g VS/L.d., state variables such as pH (7.0-7.8) and alkalinity (10-12 g/L as CaCO3) were very stable. The volatile fatty acids were maintained at 400-500 mg HAc/L with their main component being acetic acid (80%). At an organic loading rate of 1.97 g VS/L.d, the performance was significantly high in terms of the specific methane production rate (1.37 L CH4/L.d) and the methane content in the biogas (around 74%). The removal efficiencies of volatile solid and chemical oxygen demand were also as high as 80.1% and 85.1%, respectively, and the overall energy efficiency was 91.2%. However, the process stability deteriorated at an organic loading rate of 4.25 g VS/L.d.

Recently, the pipeline system for waste transportation has been increasingly constructed as new solution for the waste collection and disposal system by constantly increasing domestic waste which issued as social problem. The pipeline system is constructed through long distance, so proper long-term monitoring system is necessary which available to detect the damage location for the effective maintenance. In this paper, the experimental study is carried out to evaluate the applicability of optical strain gauge sensor based on FBG for the long-term monitoring system. Three test parameters such as pressure leaking, blockage and deformation are considered as typical damages for real-scale pipeline test specimen. In order to measure flexural and volumetric strain and temperature, three FBG sensors are installed at each monitoring sections. From the test results, this study suggested effective methods of sensor installation and arrangement. Also the sensor spacing for the design of monitoring system using FBG sensor is derived by the correlation of distances from deformation between sensor responses.

This paper presents the performance of the concrete included the bio sulfur derived from the landfill and additives. The bio sulfur was obtained from the landfill site and derived the various chemical process. The bio sulfur is the liquid type and the results of initial compression tests show that the bio sulfur itself is not good enough to generate the compressive strength. The additives which are paper ash and desulfurization gypsum added to support and increase the compressive strength of the bio sulfur concrete. The resistance of chemical and sodium ability of the bio sulfur and additive concrete were evaluated using SEM and EDS analysis. The structure of the bio sulfur and additive concrete shows the dense micro particle and hard enough to resist the chemical and sodium intrusion.

해양쓰레기란, 일반적으로 고의 또는 부주의로 해안에 방치되거나 해양으로 유입, 배출되어 해양환경에 악영향을 미치는 고형물로 정의할 수 있다. 우리나라 해양쓰레기의 연간 발생량은 176,807톤으로 추정되고 있으며, 해양쓰레기는 해양환경정화선 운항, 해양쓰레기 수거･수매 사업, 연안대청소 등의 사업으로 수거되고 있다. 수거되는 해양쓰레기를 목재류, 종이, 비닐･플라스틱류, 고무･가죽류, 섬유, 폐어구류, 폐타이어, 폐와이어, 유리류, 금속류로 구분하였을 경우, 목재류, 비닐･플라스틱류, 폐어구류, 금속류가 가장 빈번히, 그리고 가장 많이 검출되는 항목이다. 이런 경향은 부유쓰레기의 성상 (비닐·플라스틱류 54%, 목재류 27%, 섬유류 8% 등)을 조사한 결과에서도 확인할 수 있었다. 해양쓰레기 수거량 중 가연성분의 양이 절대 다수를 차지하고 있어, 이 가연성분을 새로운 에너지원으로서 이용할 수 있을 것으로 사료되며, 그에 대한 연구가 진행 중이다. 그러나 바다에서 수거한 해양쓰레기에는 1.5% 정도의 염분이 함유되어 있는 것으로 조사되었다. 이 염분 농도는 생활폐기물 중 염분 농도에 비하여 매우 높은 수준으로 연소 시 다이옥신류와 같은 오염물질의 발생이 가능하다. 이에 해양에서 수거한 쓰레기 중염분 농도를 저감할 수 있는 방법으로 자연 강우에 의한 방법, 강제 살수에 의한 방법, 침적에 의한 방법을 검토하여 그 결과를 보고하고자 한다.

전 세계적으로 음식물쓰레기의 에너지 가치 및 바이오에너지화에 관한 연구가 활발히 이루어지면서 혐기성소화에 대한 관심이 더욱 늘어나고 있다. 혐기성소화를 고온에서 운전할 경우 체류시간의 감소, 병원성 미생물의 감소, 바이오가스 생산량의 증가 등의 이점이 있는 것으로 알려져 있으나 아직까지 이에 대한 연구는 부족한 현황이다. 따라서 본 연구에서는 수거된 실제 음식물쓰레기를 중온과 고온에서 혐기소화하여 각 온도에서의 혐기성소화 효율성과 생물학적 안전성을 비교하고 운전 가능성을 검토하였다. 혐기성소화의 시료로 사용된 음식물쓰레기는 서울 G-구에서 발생하는 실제 음식물쓰레기를 수거하여 사용하였다. 사용된 음식물쓰레기가 대표성을 가질 수 있도록 총 4회 채취하였고, 수거된 음식물쓰레기의 불순물을 제거하는 작업 후에 모두 균질하게 갈아서 냉동 보관한 후 사용하였다. 음식물 시료의 수분, 가연분, 회분 함량은 각각 79.58, 18.55, 1.87% (by wet wt.)으로 측정되었다. 식종슬러지는 서울 D-환경자원센터에서 반출하여 사용하였으며, 추가적인 완충제나 알칼리도는 주입되지 않았다. 반응조는 항온 수조내에 위치시켜 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 제작되었으며, 중온 혐기성소화는 35℃, 고온 혐기성소화는 50℃에서 운전되었다. 중온과 고온에서 운전된 반응조는 각각 시료주입 45일, 105일차부터 안정적인 운전이 이루어졌다. 정상상태의 중온과 고온에서 운전된 반응조의 메탄발생량은 각각 207.23, 228.89 mL/g-VS/d 로 측정되었으며, 고온에서 운전된 반응조의 메탄발생량이 중온에서보다 약 10% (by wet volume) 높은 효율을 보였다. 그러나 고온 혐기성소화는 가속된 산생성단계와 메탄생성단계의 불균형으로 인한 지속적인 pH 및 알칼리도의 감소로 반응조 운전 124일차부터 급격한 메탄발생량의 감소가 확인되었다. 고온 혐기성소화의 pH 는 메탄생성균의 활동에 적합한 것으로 알려진 중성 범위 이하로 떨어지면서 휘발성 지방산(VFA)의 축적과 알칼리도의 소모가 확인되었으며, 이로 인한 pH 의 감소 및 FOS/TAC(Flüchtige Organische Säuren/Total Anorganic Carbonate)비의 급증이 반응조 운전 실패의 원인으로 판단된다. 본 연구를 통해 고온 혐기성소화의 메탄가스 발생 측면에서의 높은 효율은 확인 되었으나 가속된 유기물의 분해와 생물학적 안정성의 감소로 인해 반응조 운전은 실패하였다. 이에 음식물쓰레기의 효과적인 고온 혐기성소화의 운전을 위해서는 유기물 부하율(OLR)의 감소, 추가적인 완충제 및 알칼리도의 주입 등의 운전조건에 대한 수정과 보완이 필요할 것으로 사료된다.

음식물쓰레기의 적정 혼합비를 결정하기 위하여 음식물쓰레기 혼합량을 10, 20, 30, 40 및 50%로 혼입하여 반죽 후 구형으로 성형한 것을 약 24시간동안 자연 건조시키고 2시간 동안 105℃ dry oven에서 열풍건조, 900±10℃ 전기로에서 1시간동안 소성하여 제조･완성하였다. 적정 음식물쓰레기 혼합량에서 기계적 강도를 향상시키기 위하여 황토와 점토의 혼합비를 6:1, 5:2, 4:3 및 3:4로 혼입하여 황토볼을 제조하였다. 각 제조 조건에서 제조된 황토볼의 물성 평가를 위해 압축강도, 공극율, 흡수율, 비표면적을 측정하였다. 또한, 제조된 황토볼의 표면 및 내부의 형상은 주사전자현미경(Scanning electron microscope: SEM, DSM940A, Germany) 촬영을 통하여 관찰하였다. 황토와 점토의 주성분은 SiO2, Al2O3 및 Fe2O3로 분석되었는데, 특히, SiO2와 Al2O3가 전체 화학조성 중 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 나타났다. SiO2의 경우 황토 및 점토에 대해 각각 약 45.28 및 60.38%로 점토가 약 15% 정도 더 높았으며, Al2O3의 경우 황토 및 점토에 대해 각각 약 21.98 및 20.35%로 비슷한 함량을 보였다. Fe2O3의 함량은 황토와 점토에 대해 각각 12.76 및 6.34%로 황토가 점토에 비해 약 2배 정도 더 높았다. SiO2의 경우 성형성, 결합성 및 건조강도를 좋게 하고, Al2O3는 압축강도와 내한성을 좋게 한다. 반면, Fe2O3의 경우 소성시 융제역할을 하여 기공률을 좋게 하지만 소성온도가 낮을 경우 기계적 강도가 낮아지는 것으로 보고되고 있다. 음식물쓰레기 혼합량이 증가함에 따라 압축강도가 감소하는 경향을 나타내었는데, 음식물쓰레기 함량 30%까지는 완만한 감소경향을 보이다가 이후 음식물쓰레기 혼합량이 증가함에 따라 직선적으로 급격한 감소 경향을 보였다. 공극율은 압축강도와는 상반되게 음식물쓰레기의 혼합량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었는데 음식물쓰레기 함량 30% 까지는 직선적으로 증가하는 경향을 보였으나, 음식물쓰레기 혼합량 30% 이상에서는 증가 경향이 상대적으로 낮게 나타났다. 음식물쓰레기 혼합량 변화에 따라 제조된 황토볼의 흡수율과 비표면적은 음식물쓰레기 함량이 증가함에 따라 흡수율 및 비표면적 모두가 증가하는 경향을 나타내고 있는데, 흡수율은 공극율과 유사한 경향을 보이고 있는데 음식물쓰레기 혼합량 40% 까지 거의 선형적으로 증가하다가 이후 다소 완만한 증가를 보이고 있다. 비표면적은 음식물쓰레기 혼합량이 증가함에 따라 거의 비례적으로 증가하는 경향을 나타내었다.

SiO2 함량이 비교적 높고, 점착성과 소성시 내구성이 매우 크며, 손쉽게 구할 수 있고, 황토와 유사한 입자로 구성된 점토를 부가하여 황토볼의 기계적 강도를 높이고자 본 실험을 수행하였다. 점토의 함량이 증가함에 따라 제조된 담체의 압축강도가 증가하는 경향을 보였고, 반면 공극율, 흡수율 및 비표면적은 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 황토와 점토 혼합량 변화에 따른 황토볼의 압축강도 변화를 보면 점토 혼합비 10% 이상 30%까지는 점토 혼합량이 증가할수록 압축강도가 선형적으로 증가하는 경향을 보였으나 이후 증가율이 다소 완만하게 나타났다. 이로 미루어 볼 때 SiO2 함량이 높은 점토가 황토볼 제조시 기계적 강도를 증가시켜 줄 수 있음을 확인할 수 있었다. 점토 혼합량 변화에 따른 공극율 변화를 보면 압축강도 변화와는 상반되게 점토 함량이 증가함에 따라 공극율이 감소하는 경향을 나타내었는데, 점토 혼합량 20%까지는 감소율이 다소 크게 나타나다가 20% 이상부터는 상대적으로 감소율이 미미하게 나타났다. 흡수율과 비표면적 변화는 점토 혼합량이 증가함에 따라 거의 직선적인 감소 경향을 보였다. 황토만 사용했을 경우에 비하여 점토를 30%를 혼합할 때 압축강도는 매우 향상된 것으로 나타났으나, 공극율, 흡수율 및 비표면적의 감소가 크게 나타나 적정 혼합비라고 판단하기는 어려울 것 같다. 최적 황토 혼합량을 결정하기 위하여 radar graph 상에 총괄적으로 나타내어 평가해본 결과 공극율, 흡수율 및 비표면적의 감소는 다소 나타나지만 어느 정도의 압축강도의 향상을 보이고 있으며 상대적으로 양호한 물성을 가진 것으로 판단되는 점토 혼합량 20%를 최적 혼합비로 결정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. SEM 촬영 사진을 보면 점토 혼합비가 비교적 적은 10% 및 20%의 경우는 박편이 작고 복잡하게 형성되어 있는 것으로 관찰되는데 반하여, 점토 혼합비가 상대적으로 많은 30% 및 40%는 박편이 다소 크게 형성되어 있는 것이 관찰되었다. 이상의 실험 결과, 기계적 강도를 나타내는 압축강도 및 결합구조 측면에서는 점토의 혼합량이 높은 것이 유리하나 공극율, 흡수율 및 비표면적이 작아지는 단점이 있으므로, 압축강도의 증가율이 크고, 공극율 및 비표면적의 감소율이 다소 작은 점토 혼합량 20%를 최적 혼합비로 결정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.