하수처리과정에서 발생하는 슬러지의 부피를 줄이는 동시에 이들의 유기물 성분을 메탄 등의 바이오가스로 전환하기 위해 중온(35℃)에서의 혐기소화 공정이 널리 적용되고 있다. 혐기소화공정의 안정성이나 에너지 투입량 측면에서는 중온혐기소화가 적합하다고 알려져 있지만, 높은 유기물 부하량(organic loading rate, OLR)을 처리하기 위해 반응속도를 상승시키거나 SRT(sludge retention time)을 줄이기 위해 고온(55℃) 혐기소화를 적용하기도 한다. 고온 혐기소화공정을 새롭게 시작할 때 접종물을 기존의 고온 혐기소화공정으로부터 얻기 힘든 경우 중온혐기소화액을 고온에서 적응시켜 접종하기도 한다. 이때 온도를 적응시키는 방법에 따라 공정 효율이 달라지는데, 연구에서는 중온혐기소화액으로부터 고온 혐기소화 접종물을 제작하기 위한 방법으로 온도를 올리는 방법을 달리하였을 때 이들의 메탄 생산과 미생물 군집에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다. 본 연구수행을 위해 광주 제 1 하수처리장에서 중온혐기소화액, 1, 2차 농축 슬러지 등을 샘플링 하여 두 대의 반응기(Working volume : 3L)를 설치하여 회분식(Batch)운전 후 연속교반탱크형반응기(CSTR)로 운전(SRT 20, 40일)하였다. 먼저 한 대의 반응기는 35℃에서 55℃로 한 번에 온도변화를 주었고, 다른 반응기의 경우에는 35℃에서 하루에 1도씩 올려서 약 20일에 걸쳐 55℃로 올린 뒤 55℃로 유지하였다. 반응기의 효율을 확인하기 위해 메탄 발생량, total solids (TS), volatile solids (VS), total chemical oxygen demand (tCOD), soluble chemical oxygen demand (sCOD), soluble components (protein, carbohydrate), pH 등을 측정하였으며, NGS (next generation sequencing)를 활용하여 혐기소화 전/후의 소화액의 미생물 군집변화를 알아보았다.

하수처리시설의 방류수 수질기준은 계속적으로 강화되고 있으며, 이러한 기준을 충족시키기 위해 다양한 공법을 적용하려는 노력들이 증가하고 있다. 지금까지는 질소, 인 처리를 목적으로 활성슬러지 공법을 많이 적용해왔지만, 활성슬러지 공법의 경우 용존산소 및 온도 유지, 미생물의 생장에 필요한 탄소원이 부족할 경우 추가적인 메탄올 공급의 필요 등과 같은 문제점들을 가지고 있어 대안책이 필요한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 응집제 주입을 통해 유기물 뿐만 아니라 질소, 인 등을 제거하여 활성슬러지 공법을 대체할 수 있는 응집-침전 1차 처리(Chemically enhanced primary treatment, CEPT)의 최적화 과정을 진행하였으며, 추가적으로 CEPT 슬러지를 이용하여 혐기성 소화를 진행하였을 때 메탄 생성효율에는 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 먼저 문헌조사를 통해 총 7개의 후보군(FeCl2, FeCl3, FeSO4, PACl, Al2(SO4)3, 키토산, glucan)을 선정하였으며, jar-test를 통해 응집제로써의 적용가능성 및 최적 주입량을 확인하였다. Jar-test의 경우 광주 제 1하수처리장으로 들어오는 하수 원수 500ml를 이용하여 진행하였으며, 급속교반(150rpm, 1분), 완속교반(40rpm, 10분), 침전(10분) 순으로 진행한 뒤 상징액을 통해 저감효과를 확인하였다. 90% 이상의 탁도 저감효과를 보인 FeCl3, PACl, Al2(SO4)3 대상으로 CEPT 슬러지를 제작하여 혐기성 소화를 진행하였다. jar-test에서는 PACl이 응집제 주입량 대비 가장 높은 탁도저감효과를 보인 반면, 혐기성 소화 공정에서는 PACl을 이용하여 제작한 CEPT 슬러지의 메탄 발생효율이 가장 낮고, FeCl3를 주입한 경우에 가장 메탄발생효율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 PACl의 Al 성분이 미생물의 생장을 저해한 반면, FeCl3의 경우에는 Fe3+가 Fe2+로 환원되는 과정에서 유기물로부터 H+를 받아 유기물의 분해속도를 촉진시켰기 때문인 것으로 추측된다.