Recently, Korea’s municipal wastewater treatment plants generated amount of wastewater sludge per day. However, ocean dumping of sewage sludge has been prohibited since 2012 by the London dumping convention and protocol and thus removal or treatment of wastewater sludge from field sites is an important issue on the ground site. The hydrothermal carbonization is one of attractive thermo-chemical method to upgrade sewage sludge to produce solid fuel with benefit method from the use of no chemical catalytic. Hydrothermal carbonization improved that the upgrading fuel properties and increased materials and energy recovery ,which is conducted at temperatures ranging from 200 to 350°C with a reaction time of 30 min. Hydrothermal carbonization increased the heating value though the increase of the carbon and fixed carbon content of solid fuel due to dehydration and decarboxylation reaction. Therefore, after the hydrothermal carbonization, the H/C and O/C ratios decreased because of the chemical conversion. Energy retention efficiency suggest that the optimum temperature of hydrothermal carbonization to produce more energy-rich solid fuel is approximately 200°C.

Food waste leachate (FWL) is a serious pollutant waste coming from the food waste recycling facilities in Korea. FWL has a high organic matter content and high COD to nitrogen (COD/N) ratio, which can disturb efficient methane production in the anaerobic digestion of FWL. In the present study a microalga, Clorella vulgaris (C.V), was used as co-substrate for the FWL anaerobic digestion in order to supply nutrients, decrease the COD/N ratio and increase its methane yield. Different co-digestion mixtures (COD/N ratios) were studied by using biochemical methane potential test and modified Gompertz equation for kinetic study. Mixed substrate of FWL and C. vulgaris in the co-digestion clearly showed more the biomethane yield than the sole substrates. The maximum methane production, 827.7 mL-CH4/g-VS added, was obtained for COD/N ratio of 24/1, whereas the highest improvement of methane yield was found for COD/N ratio of 15/1.

가죽 제조 산업의 현황을 살펴보면 가공에 사용되는 원료피의 50%가 폐기물로 발생되어 진다. 가죽 원료에서 많은 부분이 폐기물로 발생하기 때문에 해당 공정의 폐기물 처리와 함께 자원으로서의 활용적 측면이 함께 고려되어야한다. 하지만 현재 대부분의 피혁폐기물은 주로 매립과 소각 방법으로 처리되고 있어 보다 지속가능하고 환경 친화적인 처리 방법이 요구되고 있는 실정이다. 본 연구에 사용된 피혁폐기물은 가죽 제조 공정 중 탈모공정(Liming) 후에 발생하는 Pelt scrap으로, 주성분이 지질과 단백질로 구성되어 있어 혐기성 소화를 통한 처리 시 효율적인 메탄 생성 기질로 사용될 수 있다. 다만, 피혁폐기물은 pH와 C/N 비가 높아 혐기성 소화 시 메탄 생성 과정에 저해를 줄 수 있어 이에 대한 조절이 필요하다. 일반적으로 피혁폐기물의 pH는 12 부근으로 알려져 있으며, 혐기성소화 공정에서 기질의 pH가 6이하 또는 8.5이상인 경우 메탄 생성에 영향을 줄 수 있다. 이에 효율적인 피혁폐기물 처리와 메탄가스 생산을 위해서는 기질의 pH 조절이 필요하다. 본 연구에서는 피혁폐기물의 높은 pH를 혐기성소화에 알맞은 중성으로 조절해주기 위해 pH가 낮으면서 생분해도가 높은 음폐수를 통합 기질로 사용해 혐기성소화를 실시하였다. 실험에 사용된 피혁폐기물과 음폐수의 pH는 각각 12.4와 4.2였으며, 이를 VS기준 0.13:0.87의 비율로 혼합하여 혼합기질의 pH를 7.7로 만들었다. 250mL serum bottle에 하수슬러지 100mL를 식종하고 기질 1g VS를 주입하였고 35℃, 150rpm으로 유지되는 항온교반기에서 진행하였다. 기질 pH 조절에 의한 소화 성능 확인을 위해 피혁폐기물과 음폐수 단독소화를 실시하고, 이를 pH 7로 조절한 통합소화 조건과 비교하였다. 이때 소화성능은 유기물 감량과 바이오가스 생산량 및 메탄함량을 통해 평가하였다. 실험 결과, 단독 소화와 비교해 기질의 pH를 조절해 통합소화에서 바이오가스 생산량과 메탄 함량이 증대되는 경향을 보였다. 결론적으로 혐기성소화 시 기질 혼합을 통한 중성 pH 조성은 바이오가스 생산량과 메탄 함량의 증가에 영향을 주는 것으로 판단된다.

가죽제품 제조 산업으로부터 발생되는 피혁폐기물의 양은 투입되는 원료 가죽의 약 50%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이들 피혁폐기물은 적절한 처리 방법이 개발되지 않아 대부분 매립이나 소각을 통해 처리되고 있다. 특히, 매립이나 소각을 통한 처리는 단가가 높아 관련 산업의 경제성을 악화시키고 고형폐기물의 친환경적 처리 관점에서 문제점이 제기되고 있는 실정이다. 최근 화석연료를 대체하기 위한 신규에너지원의 중요성이 높아짐에 따라, 폐기물을 이용한 에너지화에 많은 연구가 진행되고 있으며, 피혁폐기물은 주로 단백질과 지질로 구성되어 있는 특성으로 인해 혐기성소화를 통한 바이오가스 생산이 가능한 것으로 알려져 있다. 그러나 일반적으로 알려져 있는 혐기성소화 공정의 최적 C/N 비 (20-30)를 고려할 때, 피혁폐기물의 높은 C/N비 (약 35)는 공정의 제한요소가 될 수 있다. 본 연구에서는 피혁폐기물과 음폐수를 통합하여 혐기성소화를 실시함으로써 기질의 C/N 비 조절이 혐기성소화 효율에 미치는 영향을 관찰하였다. 기질의 C/N 비 조절을 통한 혐기성소화 효율의 변화는 BMP (Biochemical methane potential) test를 약 40일간 진행하였으며, 바이오가스 발생량을 비교하였다. 실험은 경기도 동두천시에 위치한 가죽제품 제조업체로부터 수거된 pelt scrap과 양주시에 위치한 음식물쓰레기 자원화시설에서 발생되는 음폐수를 각각 채취하여 사용하였다. 개별 기질의 C/N 비는 피혁폐기물이 34.1, 음폐수가 13.5로 확인되었으며, 이들의 무게에 따른 혼합비를 조절하여 통합 혐기성소화 기질의 C/N 비를 20, 25, 30으로 맞춰 실험을 진행하였다. 실험결과 기질을 통합하여 C/N 비를 조절한 소화 조건에서 개별 기질의 단독소화 조건보다 많은 바이오가스 생산량이 관찰되었으며, C/N 비 20에서 바이오가스 생산량이 높은 것으로 나타났다. 이는 통합 기질의 C/N 비 조절효과와 함께 피혁폐기물에 비해 생분해도가 높은 음폐수 함량이 기질의 C/N 비가 낮을수록 더 많이 포함되었기 때문으로 판단된다.

전세계적으로 에너지 부족문제가 대두됨에 따라 신재생에너지의 필요성이 증가하고 있다. 신재생에너지 원별 생산량의 50% 이상이 폐기물을 통해 생산된다. 폐기물을 처리할 경우 발생되는 환경 문제를 최소화하면서 에너지를 생산한다는 장점이 있기 때문이다. 이와 동시에 최근 커피선호도가 지속적으로 증가하면서 커피전문점 점포수가 급격하게 증가하고 있다. 결과적으로 2014년 커피 원두의 수입량이 139천톤을 기록하였으나, 마시는데 사용되는 커피의 양은 커피 원두야 약 0.2%만을 차지하며 나머지는 커피찌꺼기의 형태이며 폐기물로 버려지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 커피전문점에서는 커피찌꺼기를 활용할 수 있도록 소비자에게 배포하고, 재활용 방법을 알리고 있으나 이렇게 재사용되는 커피찌꺼기의 양은 발생되는 양에 비해 미비한 수치이다. 따라서 본 연구에서는 막대한 양이 발생하는 커피찌꺼기 폐기물을 이용하여 SRF(Solid Refuse Fuel) 연료를 생산하는 방법으로 수열탄화를 사용하였으며, 이 과정에서 적합한 처리온도를 찾고자 하였다. 수열탄화 방식은 열화학적 처리 방식으로 시료내의 물리 화학적 특성을 변화시켜 개선된 연료를 생산하는 방법이다. 이러한 방식으로 생산된 SRF는 원소분석, 공업분석, 발열량측정 등을 통해 분석한 결과, SRF의 특성이 저급석탄과 비슷하였다. 이러한 결과 수열탄화를 거친 SRF의 특성이 개선된 것으로 판단되었으며, 최종적으로 에너지 회수효율을 평가하였다. 그 결과 본 연구의 반응온도 범위(180℃-330℃)에서 가장 좋은 효율은 210℃에서 나타났다.

21세기 들어 인자원 확보에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있다. 인의 대표적인 사용처는 비료로, 축산분뇨 등과 같이 인과 질소를 포함한 폐기물을 비료로 자원화하여 회수하는 방법이 연구되고 있으며, 그중 퇴비화와 액비화가 널리 쓰이고 있다. 하지만 퇴비화의 경우 처리공정이 간편하지만 오랜 안정화 기간이 소요될 뿐만 아니라 부지 면적, 악취 발생 등의 문제를 가지고 있어 국토면적이 작은 우리나라 실정에는 적합하지 않은 방법이며, 액비화의 경우 퇴비화 처리에 비해 처리기간이 짧으며 혐기성 소화공정을 사전 배치 가능해 에너지 회수 측면에서 효과적이지만 액비는 토지에 머무는 시간이 짧아 대부분이 작물에 흡수되지 못하고 주변 수계로 유출되어 환경오염의 문제가 야기 되고 있으며 퇴비 또한 크게 다르지 않다. 이를 타개하기 위한 방안으로 MAP 합성 등의 입제 비료화 방안이 제시되고 있다. 본 연구에서는 축산분뇨의 MAP 합성 시 인과 질소의 회수 효율을 향상시키기 위해 zeolite를 seed로 활용하는 한편 비료의 용출 특성을 비교하여 완효성의 강화를 확인하고자 하였다. 이를 위해 축산분뇨에 no seed, MAP seed, natural zeolite Seed를 각각 투입하여 질소 및 인의 회수율의 변화를 비교하였다. 만들어진 각각의 MAP를 액비와 용출실험을 진행하였고 그 결과 액비의 경우 11일에 암모니아와 인산염의 용출이 종료되었다. MAP의 경우 암모니아 28일, 인산염이 44일, zeolite seed를 넣은 축산분뇨 MAP는 37일, 64일에서 종료되었으며, 이를 비교하였을 때 MAP 합성시 zeolite seed의 투입은 비료의 완효성 강화에 효과적이다.

최근까지 해양투기로 처리되던 유기성 폐기물이 런던 협약에 의해 금지되면서 혐기성 소화 처리 방법이 각광받고 있다. 혐기성 소화는 고농도의 폐기물에도 적용되고, 바이오 가스가 생산되며 슬러지 생산량이 적고 탈수성이 좋은 장점이 있다. 반면 슬러지 체류 시간이 길어 다량의 폐기물 처리를 위해서 대규모의 소화조가 필요한 단점이 있다. 이러한 단점에도 불구하고 혐기성 소화 시 발생되는 바이오가스에 대한 잠재적 가능성이 인식되면서, 에너지 효율을 개선하고 혐기성 소화의 단점을 극복하기 위한 기술개발이 지속적으로 진행되고 있다. 그 방법으로는 초음파, 가압열수 분해 등의 전처리 방법과 통합소화와 같은 기술들이 연구되고 있다. 본 연구는 초음파 전처리를 통해 유기성 폐기물중 하나인 분뇨의 바이오 가스 생성 효율 증대를 살펴보고 적정 초음파 처리 조건을 알아보고자 하였다. 분뇨를 1000J/g ~ 50000J/g의 조건으로 초음파 전처리 후 메탄 잠재량 분석(Biochemical Methane Potential Test : BMP) 방법으로 가스 발생량을 측정하였다. 또한 전처리를 통한 휘발성 고형물 감량율(VSR)을 평가하였고, 탈수능을 위해 CST를 측정하였다. 실험 결과 가스발생량은 최저 183.5ml-biogas/g-VS, 최고 191.5ml-biogas/g-VS 로 큰 차이를 보이지 않았다. 휘발성 고형물 감량은 30000J/g에서 58.45%로 가장 효율이 좋았다.

지난 수십년간 미세조류 바이오매스를 활용하기 위한 여러 가지 시도들이 있었다. 대표적인 사례로 식품첨가제, 건강보조식품 원료, 바이오 디젤, 바이오 메탄 생산 등에 이용되어 왔으며 적용 분야가 광범위한 것이 미세조류의 특징이라고 할 수 있다. 그 중 혐기성 소화공정은 미세조류를 기질로 이용하여 메탄가스를 생성함으로써 미세조류 내에 고정된 에너지를 회수할 수 있다. 하지만 혐기성 소화는 긴 체류시간이 요구되는 단점이 있으며, 대부분의 경우 가수분해 반응이 전체 과정 중에서 율속 단계인 것으로 알려져 왔다. 이에 따라 가수분해속도를 증가시키기 위한 전처리 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류(microalgae)를 혐기소화공정에 적용하고자 할 때, 혐기성 소화 효율을 높이기 위한 전처리 방법으로 열수처리공정을 이용하였으며, 이를 확인하기 위해 메탄 잠재량 분석방법(BMP; Biochemical Methane Potential)을 수행하여 바이오가스 생산량 비교와 메탄 생산량 등을 분석하였다. 또한 전처리에 의한 고형물 감량 효과를 측정하기 위하여 휘발성 고형물 감량율(VSR; Volatile solid reduction)을 분석하였으며 탈수성을 평가하기 위해 CST(Capillary Suction Time)를 측정하였다. BMP test 결과 열수처리 온도 280℃에서 전처리한 미세조류의 가스 발생량이 전처리 하지 않은 미세조류의 가스 발생량에 비하여 약 2배 가량 증가한 240mL-biogas/g-VS으로 가장 높은 바이오가스 발생량을 보였으며 전처리에 따른 탈수성의 변화는 뚜렷한 차이를 확인할 수 없었다.

인구의 증가와 도시화 및 산업화로 인해 발생되는 하수슬러지의 막대한 양은 지속적으로 문제시 되고 있으며 런던협약에 의한 유기성 폐기물의 해양투기 금지(2012)는 슬러지 처리 문제를 더욱 가중시킨다, 이를 해결하기 위한 방법으로, 유기성 물질로 구성되어 있는 슬러지는 에너지로 전환할 수 있을 것으로 보여 많은 연구가 진행 중이다. 슬러지는 세포벽 내부의 수분으로 인해 높은 함수율을 가진다. 수분의 함유량이 많으면 높은 열량을 가지는 연료 생산이 어려워진다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전처리가 필요할 것으로 보인다. 전처리는 세포벽을 파괴하여 내부수를 외부로 용출시키는 역할을 한다. 따라서 본 연구는 슬러지의 함수율을 감소시키는 동시에 슬러지로부터 에너지 회수 가능성을 평가하기 위해 열수처리의 방법을 이용하였다. 열수처리를 통해 슬러지의 물리적 구조를 변화시키고 화학적 특성의 개선의 효과를 나타낼 것으로 기대되었으며, 온도에 따른 반응 정도를 비교하고자 200℃부터 50℃간격으로 350℃까지 진행하였다. 실험 후 얻어진 시료는 공업분석과 원소분석, FTIR spectrum의 분석을 하였다. 분석 결과, 200℃이상의 온도에서는 고정탄소의 함유량이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 원소분석 값을 이용하여 계산된 발열량값은 200℃에서는 열수처리를 하지 않은 슬러지에 비해 증가하였으나, 이후의 온도에서는 감소였다. 이를 통해 슬러지를 통한 에너지 회수는 고온의 조건에서 효율이 낮은 것으로 평가되었다.

The direct payment program for rural landscape conservation in practice since 2005. Recently it is the policy or plan of direct payment for rural landscape conservation attracts great interests as they may help rural people who are very disadvantaged. This paper presents the status of the direct payment program for landscape conservation in rural area and proposed improvements to the program as following; 1) to diversify the plant species, 2) to include other rural elements than plants, 3) to enlarge the areas of crop plantation, 4) to simplify and clarify application process. We sampled two pilot programs, one of spring flower crop and the other of autumn flower crop, and questionnaire surveyed visitors, local government officers and farmers in order to find problems and suggest improvements.