Response surface methodology (RSM) based on a Box-Behnken Design (BBD) was applied to optimize the thermal-alkaline pre-treatment operating conditions for anaerobic digestion of flotation scum in food waste leachate. Three independent variables such as thermal temperature, NaOH concentration and reaction time were evaluated. The maximum methane production of 369.2 mL CH4/g VS was estimated under the optimum conditions at 62.0°C, 10.1% NaOH and 35.4 min reaction time. A confirmation test of the predicted optimum conditions verified the validity of the BBD with RSM. The analysis of variance indicated that methane production was more sensitive to both NaOH concentration and thermal temperature than reaction time. Thermal-alkaline pretreatment enhanced the improvement of 40% in methane production compared to the control experiment due to the effective hydrolysis and/or solubilization of organic matters. The fractions with molecular weight cut-off of scum in food waste leachate were conducted before and after pre-treatment to estimate the behaviors of organic matters. The experiment results found that thermal-alkaline pre-treatment could reduce the organic matters more than 10kD with increase the organic matters less than 1kD.

구제역 등 가축전염병 발병으로 인한 가축 사체 살 처분 시 병원균의 확산 및 전파를 방지하기 위해 매몰, 소각, 렌더링, 퇴비화, 알칼리 가수분해 및 혐기성 소화 등의 방법을 이용하여 폐기 처리하여야 한다. 매몰에 의한 살 처분은 전 세계적으로 가장 선호되는 방법이다. 우리나라의 경우, “가축전염병예방법 제 20조”, “가축전염병예방법 시행규칙 제 25조” 및 긴급방역행동지침(가금인플루엔자, 전염성해면상뇌증 및 구제역 등)에 의해 가축전염병에 전염된 가축 사체에 대해서는 대부분 매몰하는 방식으로 처분하고 있다. 가축 사체는 매몰 초기, 호기 조건에서 분해가 이루어지나 이를 제외한 기간에는 혐기 조건에서 분해가 이루어진다. 폐기물의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화를 촉진시키는 데 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 가축 사체를 매몰한 모형매몰지를 호기 및 혐기 조건으로 운영하여 이에 따른 안정화 특성을 파악하였다. 호기성 모형매몰지의 침출수 발생량은 혐기성 모형매몰지에 비해 약 1.4배 많은 것으로 나타났으며 침출수 발생속도는 약 1.5배 빨라진 것으로 나타났다. 또한 총유기탄소를 기반으로 한 가축 사체의 분해율을 살펴보면, 호기성 모형매몰지에서 약 1.9배 높은 것으로 나타났으며 발생된 총유기탄소의 약 74%는 침출수를 통해 발생된 것으로 나타났다. 본 연구 결과, 가축 사체의 호기성 분해는 혐기성 분해에 비해 안정화에 효과적인 영향을 미치는 것으로 나타났으나 분해 시 발생되는 악취 또는 에어로졸 등에 대한 해결 방안이 필요할 것으로 판단된다.

유기성 폐자원(음식물류 폐수, 가축분뇨, 하수슬러지 등)의 해양투기 금지 및 폐자원 바이오매스 에너지화 정책에 따라 유기성 폐자원 에너지화는 중요한 국가적 과제로 부각되고 있다. 유기성 폐자원 처리의 경우 단독 처리시설은 38개소, 병합처리시설은 17개소가 운영 중에 있으나 개소당 처리량은 병합처리시설이 더 많은 것으로 나타났다(단독처리시설: 198천톤/년; 병합처리시설: 345천톤/년). 가축분뇨의 경우 타 유기성 폐기물에 비해 C/N 비가 높고 유기물 함량(Volatile Solids, VS 기준)이 낮아 에너지 전환 효율이 낮은 것으로 보고되고 있다. 이에 반해 음식물류 폐수의 경우 유기물 함량이 높고 C/N 비가 낮다. 따라서 가축분뇨와 음식물류 폐수 병합처리 시 가축분뇨의 원료적 단점을 보완할 수 있다. 병합처리시설 중 음식물류 폐수와 가축분뇨 병합처리 시설은 총 5개소가 운영 중에 있으며 혼합 비율은 1:0.5 ~ 182.5 (음식물류 폐수 기준)로 넓은 범위로 나타났다. 또한 소화효율(VS 기준)은 15.1 ~ 95.1%로 넓은 분포를 나타내었다. 이렇듯 음식물류 폐수와 가축 분뇨의 적정 혼합 비율에 관한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 음식물류 폐수와 가축분뇨의 병합 비율에 따른 유기물 특성(Excitation-Emission Matrix (EEM), SUVA254, SUVA280 등)과 메탄 잠재량을 평가하였다. SUVA254와 SUVA280분석 결과에 따르면 가축분뇨는 음식물류 폐수에 비해 각각 6.8 및 8.1배 높은 것으로 나타났다. 회분식 메탄 잠재량 평가 결과, 가축분뇨의 비율이 낮아질수록 최대 메탄 발생량은 증가되는 경향으로 나타났다. 그러나 혼합 비율 대비 시너지효과를 평가한 결과, 1:1.5 (음식물류 폐수 기준) 비율에서 14.9%로 가장 높게 나타났다.

2000년부터 10년에 걸쳐 국내에서 총 5차례의 구제역이 발발하였다. 특히, 지난 2010년에 발생한 구제역은 전국적으로 약 340만 마리의 가축을 살처분 후 매몰하여 처분하였다. 가축 사체를 매몰하는 경우 매몰 초기에는 매몰지 내 산소를 이용하여 유기물을 분해하는 호기성 분해단계를 거쳐 잔류 산소가 소모된다. 매몰지의 경우 사체의 유기물로 인해 산소의 소모가 급격하게 이루어진다. 자연적 또는 인위적으로 산소를 유입하지 않는 경우 혐기성 상태로 치환되며 장기간 유지한다. 국내의 경우 2010년에 발생한 구제역으로 전국적으로 4,000여개소 이상의 매몰지가 조성되었으며 매몰지의 규모 및 매몰 두수는 지역별로 상이하다. 구제역 긴급행동지침에 따르면 500 m3 규모의 적정 매몰 두수는 돼지 550두로 제시되어 있다. 그러나 매몰지 내 유기물의 경우 일반적으로 고농도로 존재하는 것으로 나타났다. 따라서, 본 연구에서는 혐기성 생분해도 실험인 BMP(Biochemical Methane Potential) assay를 통해 매몰지내 유기물 농도에 따른 생분해도 특성을 평가하였다. 기질은 돈육을 이용하였으며 기질의 농도에 따른 최종 메탄 수율, 최대 메탄 발생율 및 저해 특성을 평가하였다. 또한, 원소분석을 통해 기질의 농도에 따른 생분해도를 평가하였다. 비선형 저해 방정식을 이용하여 기질 농도에 대한 저해 영향을 평가한 결과에 따르면 생분해도 및 최종 메탄 수율에 비해 상대적으로 최대 메탄 발생율이 민감하게 반응한 것으로 나타났다.