가축분뇨의 퇴/액비를 통한 자원화는 경종농가에서의 화학비료 사용으로 인한 양분집적 문제가 발생하고 있다. 따라서 가축분뇨 및 공동자원화시설과 연계한 질소 회수 기술 개발 및 적용을 통해 지역별 양분관리 기술 제공 및 양분총량제에 대응한 가축분뇨 자원화 기술 제공이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 가축분뇨 내에 존재하는 암모니아를 50% 회수함으로써 경제성을 증가 시키고 공정에서 발생하는 악취 문제를 2차적으로 해결함으로써 부가적인 효율을 증대시킬 수 있다. 또한 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아수, 황산암모늄 등 암모니아화합물을 제조하여 제품화함으로써 부가가치를 창출할 수 있어 시설 투자비와 운전비 대비 부가가치 창출을 기대할 수 있다. 이에 실험실 규모에서의 50% 암모니아 회수 최적 조건과 회수된 암모니아를 이용하여 암모니아화합물 생성 최적 조건을 도출하였다.

가축(돈)분뇨는 고농도의 유기성폐기물로서 높은 함수율을 나타내고 있기 때문에 처리에 중점을 두어야 할 부분이 수분 처리 방법이다. 이에 기존 가축분뇨 처리방법으로 고상과 액상을 분리하여 고상은 퇴비화, 액상은 액비화 또는 정화 처리 후 하천에 방류하여 방류수 기준을 만족하는 방법을 사용하고 있다. 하지만 본 연구에서는 기존기술개발의 차별화 및 기존기술의 회피 전략을 위해, 돈분뇨의 유기물을 고온발효미생물에 의해 분해하여 85℃ 이상의 열에너지를 발생시켜 수분을 제거하는 무방류시스템이다. 여기에 유기물 BOD, COD의 농도변화는 발효조 진행방향에 따라 현저하게 감소되어 90%, 80%의 제거효율을 나타내었으며, 질소 성분인 T-N, NH3-N 역시 발효조 진행방향에 따라 각각 72%, 74%의 제거효율을 나타내었다. 뿐만 아니라 고체연료의 발열량을 높이기 위해 무연탄, 코크스, 기름 등의 열량보조제를 첨가하는 기존 방법 대신에 돈분에 적당량의 퇴비를 첨가한 고체연료 제조방법으로 4,500kcal/kg 이상의 높은 발열량을 얻을 수 있었다. 화석연료의 연소 등에 의한 2차 오염을 방지할 수 있으며, 생산 단가가 저렴한 친환경 기술이다. 따라서 본 무방류시스템은 고온발효미생물의 발열반응에 의해 가축분뇨를 저렴한 비용으로 고액 동시에 처리 할 수 있으며, 높은 발열량의 고체연료를 제조할 수 있는 새로운 기술이다.

가축분뇨, 하수슬러지 및 음폐수와 같은 유기성폐기물이 해양투기가 전면 금지되면서 육상처리 및 재활용처리가 관심이 되고 있다. 가축분뇨, 하수슬러지와 음폐수를 육상처리할 뿐만 아니라 신재생에너지를 생산할 수 있는 바이오가스화가 그 처리에 좋은 대안으로 부각되고 있다. 최근 가축분뇨 혐기소화시설에서 음폐수를 병합처리 하는 경향이 늘고 있다. 본 연구에서는 가축분뇨만 혐기소화하는 4개 시설과 가축분뇨 혐기소화시 음식물류폐기물을 병합처리하는 9개 시설을 대상으로 현장조사를 실시하였다. 현장조사의 목적은 병합처리 바이오가스화 시설의 설계 및 운전 기술지침서를 마련하기 위하여 기초자료를 수집하고 시설별 운전시 발생되고 있는 문제점들을 조사하여 개선방안을 마련하기 위한 것이다. 또한 계절별로 가축분뇨 바이오가스화 시설 3개와 병합처리시설 6개에 대하여 정밀모니터링을 실시하였다. 병합처리 바이오가스화는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 별도로 반입되어 각각의 전처리 및 이송설비를 거쳐서 혐기소화 전에 설치되어 있는 중간저장조에서 합쳐지게 된다. 중간저장조에서 혼합된 음식물류폐기물 및 가축분뇨는 두 유입물이 하나로 합쳐져 혐기소화 공정 이후의 공정들을 거쳐서 처리되게 된다. 따라서 본 연구에서는 병합처리 바이오가스화 시설에 대하여 중간저장조 이전 공정들까지는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 별도로 처리 공정을 거치므로 별도의 문제점들과 설계시 가이드라인을 제시하며, 중간저장조부터는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 합쳐진 상태의 공통사항으로 문제점들과 가이드라인을 제시하고 있다.

육식의 소비가 늘어나면서 소·돼지와 같은 가축의 사육두수도 늘어나게 되고, 그에 따라 분뇨 발생량도 날로 늘어나고 있다. 또한, 커피 소모량이 많아짐에 따라 커피찌꺼기(커피박)의 발생량 또한 많아지고 있는 실정이다. 가축분뇨와 커피박을 처리하는 방법은 다양하지만, 비용과 적용성에서 한계가 있다. 이에 본 논문에서는 가축분뇨 중에서도 발생량이 가장 많은 우분과 커피박을 혼합, 성형, 건조하여 고형연료로써 재자원화의 가능여부를 검토했다. 고형연료로써 사용하기 위해서는 고형연료제품의 품질기준인 크기, 수분, 회분, 염소, 황, 저위발열량, 중금속 함량을 만족해야 한다. 우분 자체의 발열량은 고형연료제품의 품질기준보다 낮게 나왔기에 커피박을 이용함으로써 부족한 열량을 보완할 수 있을 것으로 판단되었다. 또 열량이 높은 커피박은 성형에 어려움이 있었으나, 우분의 첨가로 일정 모양으로 성형할 수 있었다. 수거한 커피박의 수분은 58%, 가연분은 41%, 회분은 1% 내외의 함량을 보였으며, 우분의 수분은 78%, 가연분은 16%, 회분은 6% 내외의 함량을 보였다. 이런 우분과 커피박의 혼합비를 9:1, 7:3, 5:5, 3:7, 1:9로 설정하여, 후속 실험을 수행하였다. 이렇게 우분을 연료로 재활용함으로써 비닐하우스 농사 등 농업에 필요한 열을 농가에서 나오는 열원으로 조달할 수 있으며, 환경적으로도 장점이 클 것으로 판단된다.

The purposes of this study were to suggest the methodology to select prior areas in the environmental pollution survey for livestock excreta (EPSLE) as well as to elucidate the validity of the methodology. In this study, the prior areas in the EPSLE were determined by examining the number of compost facilities categorized according to the three levels of size including the basin, the sub-basin and the watershed, respectively, based on the data from “Annual Nation-wide Pollution Sources Survey (2012)”. The results suggested that the list of prior basins were Nakdong, Geum, Youngsan and Han river basins in order. Also, it was examined that the prior sub-basins in the four river basins including Nakdong, Geum, Youngsan and Han rivers were Naesung Stream, Geumgang Gongju, Juam Dam and Namhan Downstream, respectively. The prior watersheds in the sub-basins of Naesung stream, Geumgang Gongju, Juam Dam and Namhan Downstream were Seocheon Downstream, Geum Stream, Gyeombaek Suwipyo and Yanghwa Stream, respectively. The validity of the methodology used in this study was elucidated by analyzing the correlation of the number of compost facilities with the concentrations of T-N and T-P observed in the end-points of sub-basins. The results of correlation analysis showed that the concentrations of T-N and T-P increased with the number of compost facilities. Specifically, there was the stronger correlation between the number of compost facilities and the concentrations of T-N than that for T-P. Consequently, it was proved that the methodology used in this work was valid and rational for the selection of prior areas in environmental pollution survey for EPSLE.

This study was carried out to prepare for the basic data to properly treat the swine manure targeting 19 pig farms in Daejung-eup in Jeju Island. Swine breeding facility can be classified largely as scraper piggery, slurry piggery and recirculating piggery based on their types. Generation flux source unit and generated source unit for each swine breeding facility have been calculated. The average generated flux source unit for the scrapper piggery was 4.57 L/d, for the slurry piggery 3.27 L/d, and for the recirculating type 2.57 L/d. The generation source units for the scraper piggery were 37,796.3 mg/L of BOD5, 25,853.0 mg/L of CODMn, 39,843.8 mg/L of SS, 28,390.5 mg/L of T-N, and 890.1 mg/L of T-P; for the slurry piggery 45,974.2 mg/L of BOD5, 29,582.4 mg/L of CODMn, 69,190.6 mg/L of SS, 29,210.4 mg/L of T-N, and 1,370.6 mg/ L of T-P; and for the recirculating piggery 32,953.9 mg/L of BOD5, 21,698.4 mg/L of CODMn, 46,816.5 mg/L of SS, 19,464.3 mg/L of T-N, and 979.2 mg/L of T-P. In summary, the average generation flux source unit of the swine manure from 19 pig farms of Daejung-eup in Jeju Island was 3.47 L/d, and the average generation source unit of the manure was 38,908.1 mg/L of BOD5, 25,711.3 mg/L of CODMn, 51,950.3 mg/L of SS, 25,688.4 mg/L of T-N, and 1,080.0 mg/L of T-P.

Efforts were made to identify the optimum operational condition of Semi-continuously Fed and Mixed Reactor (SCFMR) to treat the dairy cow manure and saw dust mixture. Step-wise increase in organic loading rates (OLRs) and decrease in hydraulic retention times (HRTs) were utilized until the biogas volume became significantly decreased in SCFMR at mesophilic temperature (35oC). The optimum operating condition of the SCFMR fed with TS 15% dairy cow manure and saw dust mixture was found to be at HRTs of 30 ~ 35 days and its corresponding OLRs of 3.5 ~ 4.3 kgVS/ m3-day. The optimum ranges of biogas and methane production rates were 1.36 ~ 1.47 volume of biogas per volume of reactor per day (v/v-d) and 1.0 ~ 1.14 v/v-d, respectively. This result was due to the high alkalinity concentration of SCFMR fed with the original substrate, dairy cow manure and saw dust mixture whose alkalinity was more than 10,000 mg/L as CaCO3. The parameters for the reactor stability, the ratios of volatile acids and alkalinity concentrations (V/A) and the ratio of propionic acid and acetic acid concentrations (P/A) appeared to be 0.07 ~ 0.09 and 0.38 ~ 0.43, respectively, that were greatly stable in operation. The Total Volatile Solids (TVS) removal efficiency based on the biogas production was 39 ~ 45% at the optimum HRTs. Free ammonia toxicity was not experienced at above 160mg/L due to the acclimation of high concentration of ammonia by the high reactor TS content above 9.0%.

Anaerobic mesophilic batch tests of dairy cow manure, dairy cow manure/saw dust mixture and dairy cow manure/ rice hull mixtures collected from bedded pack barn were carried out to evaluate their ultimate biodegradability and two distinctive decay rates (k1 and k2) with their corresponding degradable substrate fractions (S1 and S2). Each 3 liter batch reactor was operated for more than 100 days at substrate to inoculum ratio (S/I) of 1.0 as an initial total volatile solids (TVS) mass basis. Ultimate biodegradabilities of 37 ~ 46% for dairy cow manure, 32 ~ 40% for dairy manure/saw dust mixture and 31 ~ 38% for dairy cow manure/rice hull mixture were obtained respectively. The readily biodegradable fraction of 90% (S1) of dairy manure BVS (So) degraded with in the initial 29 days with arange of k1 of 0.074 day−1, where as the rest slowly biodegradable fraction (S2) of BVS degraded for more than 100 days with the long term batch reaction rate of 0.004 day−1. For the dairy manure/saw dust mixture and dairy manure/rice hull mixture, their readily biodegradable portions (S1) appeared 71% and 76%, which degrades with k1 of 0.053 day−1 and 0.047 day−1 for an initial 30 days and 38 days, respectively. Their corresponding long term batch reaction rates were 0.03 day−1.

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.

혐기소화공정은 유기물을 안정화시키고 부산물로 메탄을 회수할 수 있으며, 후속처리공정의 부하를 감소시키는 친환경적인 방법으로 알려져 있다. 하지만 고농도 유기물의 경우 난분해성으로 인해 혐기소화 시 소화기간이 길어지고 메탄생성효율 또한 감소하는 것으로 알려져 있다. 이를 해결하기 위해 현재까지 연구된 방법들은 열처리, 효소첨가처리, 화학적처리, 기계적처리, 오존처리, 마이크로파처리, 초음파처리 등이 있으며, 이 중 초음파처리는 유기물을 더욱 효과적으로 가용화시키고 소화공정효율 향상을 가능케 하는 방법으로 최근 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 음식물류폐기물과 가축분뇨의 가용화효율을 높이기 위해 주파수 20kHz, 최대출력 400W, 유효용적 10L의 초음파처리 장치를 제작하여 조사밀도와 조사시간에 따른 시료의 특성변화를 관찰하였다. 그 결과 용해성 유기물질을 나타내는 SCOD 값과 SCOD/TCOD 값이 증가하였고, 이에 따른 가용화효율 또한 증가하였다. 이에 따라 초음파처리가 소화기간 단축을 위한 혐기소화공정의 전처리로 이용가능하다는 결론을 얻었으며, 향후 Lab-scale 규모의 연구를 진행 한다면 보다 효과적인 소화조 운영이 가능할 것으로 사료된다.

음식물류폐기물은 2011년 기준 13,429ton/day, 축산분뇨는 2011년 기준 135,653ton/day 발생하였다. 2013년 음식물류폐기물과 축산분뇨의 해양 배출이 전면 금지되었고 육상처리기술 대안 중 하나로서 혐기소화공정기술이 떠오르고 있다. 음식물류폐기물은 유분과 염분이 높고, pH는 낮으며, C/N비 및 COD는 높기 때문에 혐기소화 기간이 길고 처리효율이 낮아 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 음식물류폐기물의 혐기소화 효율을 높이기 위해서 음식물류폐기물과 축산분뇨의 병합처리를 모색하였고, BMP-test를 통하여 혐기소화 효율을 분석 하였다. 사용된 대상 시료의 TS, VS, CODcr, pH 등 기본성상 분석 결과와 문헌조사를 토대로 병합비율을 산정하여 약 30일간 BMP-test를 진행하였다. 그 결과 단일소화에 비해 병합소화에서 바이오가스 발생량(mL/gVS)이 높았고, 병합시료 속에 음식물류폐기물의 비율이 높을수록 초기 바이오가스 발생이 많았는데 이는 축산분뇨에 비해 가용성 유기물질 성분을 많이 포함하기 때문으로 사료된다. 병합소화에서 병합비율은 가장 중요한 인자 중 하나이나 음식물류폐기물과 축산분뇨의 성상은 지역별로 다르고 계절 및 년도에 따라서도 다르며, 발생량도 다르기 때문에 적절한 병합비율을 결정하기 위해서는 향후 음식물류폐기물과 축산분뇨의 병합처리 뿐만 아니라 유기성폐기물의 다양한 병합처리 연구가 필요하다고 사료된다. 본 연구는 혐기소화공정 설계 및 혐기소화 효율을 높이기 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것이다.

사람이 생활하면서 발생하는 대표적인 유기성 폐기물은 분뇨와 음식물쓰레기이며, 이 폐기물들은 주로 혐기성 소화에 의해 처리되고 있다. 중앙 집중식 시스템에 연결되지 않는 소규모 주거지역이나 독립처리 시설을 갖춘 곳에서 발생하는 분뇨와 음식물쓰레기의 병합소화는 유기성 폐기물의 처리에 대안이 될 수 있다. 소변에는 질소와 인과 같이 회수 시 자원으로 재활용할 수 있는 물질들이 다량 포함되어 있으므로, 분뇨과 음식물쓰레기를 병합 소화시 분뇨에서 소변을 미리 분리하는 것을 고려할 수 있다. 본 연구에서 분뇨 분리를 통해 분뇨와 음식물쓰레기의 병합소화에서 대변의 잔류 소변양이 바이오가스 발생량과 처리 효율에 미치는 영향을 확인하기 위해 Biochemical Methane Potential (BMP) test를 실시하였다. 분뇨 기질은 실생활에서 발생하는 조건을 모사하기 위해 소변, 화장지를 포함한 시료를 제조하였다. 본 실험에서 음식물쓰레기, 대변과 화장지 포함량을 동일한 조건으로 하고 잔류 소변량을 다르게 하여 실험을 실시하였다. 국내에서 음폐수를 제외한 음식물쓰레기, 대변과 소변은 각각 0.25 kg/인/일, 0.15 kg/인/일, 1.6 L/인/일 가량 발생되는 것으로 알려져 있다. 각 기질을 1인 기준으로 하여 잔류 소변량은 0, 15, 50 와 100%(v/v) 조건을 설정하고, 실험은 각각의 잔류 소변량 조건에 대해 triplicate로 45일간 진행하였다. 발생되는 가스의 부피는 실린지를 결합한 t-type valve system으로 측정하였으며, 조성은 TCD (Thermal Conductivity Detector)가 장착된 GC (Gas Chromatography, Younglin ACME 6100, Korea)를 이용하여 분석하였다. 이를 바탕으로 시간에 따라 얻어진 누적메탄발생량에 수정된 Gompertz 식을 적용하여 잠재메탄발생량을 구하였다. 0, 15, 50 와 100%(v/v)의 조건에서 45일 동안 측정한 누적메탄발생량은 각각 254.60, 276.85, 264.17와 306.66 mL･CH4/g･VS 로 측정되었고. 수정 Gompertz 식을 적용한 잠재메탄발생량은 281.24, 289.27, 265.34와 298.59 mL･CH4/g･VS 이였다. 소변의 포함량이 100%(v/v)인 경우에서 메탄이 많이 발생하였다. 소변에는 질소, 인을 포함하고 있어 혐기소화에서 영양분으로 사용되나 과량이 포함 된다면 저해요소가 된다. 그러나 BMP test의 잠재메탄생산량 결과는 제한적이고, 잔류 소변양이 가스 생산량과 처리 효율에 미치는 영향에 대한 연구가 더 필요하다.

Agriculture is not only sources, but also sinks of GHGs through removal or sequestration of carbon and methane. Therehave been many efforts around the world to improve agriculture’s ability to sequester GHGs and to seek ways for economicbenefits through the emissions reduction project. Specially, animal waste management system and biogas plants have beenuseful to environmental policies in agriculture sector. The objectives of this study were to analyze the CDM project currentsituation in agriculture sector and draw a implications from its analysis. As a result of the investigation, strategies andprocedures are suggested to link agricultural policies to the CDM projects to create economics opportunities for the koreanagriculture. So it will be useful, a strategy to raise the economic feasibility of a rural area’s animal waste managementsystem and biogas plant project should consider to develop domestic technologies of biogas digester. Also, localgovernment, local college, rural communities should agree to closely work together to resolve the national’s greenhousegas reduction issue.

고유가 및 국제적 환경규제 강화와 더불어 우리나라는 2013년 온실가스 감축 의무대상국으로의 편입이 가시화되고 있다. 따라서 농업분야의 신재생에너지 사업기반 마련을 위해 가축분뇨를 비롯한 농축산바이오매스의 혐기성소화 방식을 통한 바이오가스 생산 및 에너지화 기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 또한 농업부문의 급속한 시장개방으로 외국산 축산물의 수입이 본격화됨에 따라 국내 축산업의 경쟁력 제고와 축산업 과정에서 필연적으로 발생하는 가축분뇨의 해양배출 금지에 대비한 육상처리시설 기반 확보가 필요하다. 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성소화 기술 적용은 장래 해양배출 금지에 따른 처리시설 기반확보와 동시에 온실가스를 저감하는 환경적 기능, 메탄가스와 같은 재생에너지 생산 그리고 소화슬러지는 퇴･액비화 후 양질의 유기질 비료로 활용하는 등 자원순환 기능을 동시에 달성할 수 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 가축분뇨 및 농축산 바이오매스를 대상으로 회분식 혐기성소화 실험을 통해 각 연구대상 통합시료의 분해속도 및 생분해 특성을 평가하고, 가축분뇨 및 농축산바이오매스의 혐기성통합소화 플랜트 설계 기초자료를 제시하고자 하였다. 혐기성 통합 소화 대상 농축산바이오매스는 동계사료작물 청보리, 하계사료작물 사료용 옥수수, 가축분뇨는 우분을 연구대상으로 하였다. 가축분뇨와 Energy Crop의 혼합비는 VS기준으로 60 : 40이었으며, 식종균은 D시의 하수처리장의 중온혐기성소화균을 채취하여 순응적응시켜 이용하였다. 최종생분해도평가는 Graphical Statistic Analysis Method와 BMP Test를 적용하였다. 실험기간 120일동안 우분의 최종생분해도는 72~73%이었으며 가축분뇨와 사료작물의 혼합비 60:40 조건에서 우분+옥수수 통합시료는 83~85%, 우분+청보리 통합시료는 80%의 최종생분해도를 나타내었다. 우분의 전체 생분해성 유기물 중 빠르게 분해되는 분율(S1)은 78%으로 k1(0.087day-1)의 속도로 25일 안에 빠르게 분해하였으며, 느리게 분해되는 S2 분율은 22%로써 k2(0.004day-1)의 속도로 95일의 긴 시간동안 분해하였다. 우분+사료용 옥수수 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 25일 동안 BVS 중 80%가 0.090day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 95일 동안 k2, 0.004day-1의 속도로 BVS의 20%가 분해되었다. 우분+청보리 통합시료(혼합비 60:40)의 S1은 30일 동안 BVS 중 76%가 0.069day-1(k1)의 속도로 빠르게 분해하였으며, S2는 90일 동안 k2, 0.009day-1의 속도로 BVS의 24%가 분해되었다.

가축분뇨에는 질소(N)를 비롯한 인산(P₂O₄), 칼리(K₂O) 등 3대 비료성분과 유기물, 기타 작물생육에 필요한 각종 미량물질이 다량 함유되어 있으며, 토양개량제 역할도 함께 담당하여 자원으로 활용할 경우 토양환경 개선과 자연순환 친환경농업 추진이 가능하다. 농촌진흥청 비료관리법 “비료공정규격” 중 “가축분뇨 발효액”은 최소등급만을 제시하고 있어, 공동자원화센터 및 액비유통센터를 통해 생산･유통되는 액비의 품질은 균일하지 않은 실정이다. 향후 가축분뇨의 고품질 액비를 유통하기 위한 “액비품질인증제(LFQC: Liquid Fertilizer Quality Certification)” 의 구축을 위해서는 실제로 현장에서 생산․유통되고 있는 액비품질조사가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 2013년, 국내 가축분뇨 공동자원화센터 및 액비유통센터 약 180여 개소를 대상으로 한 액비 부숙도평가를 통해 채취된 액비샘플을 조사하였다. 액비샘플은 1차적으로 액비 부숙도판정기에 의해 부숙도판정이 완료되었으며, 이때 ‘부숙’ 판정된 액비 중 46개의 액비를 선별하여 비효성분 및 이화학적 성상을 분석하고, 액비의 성분 균일도 등의 특성을 조사하였다. 액비샘플의 비효성분 등 이화학적 성상 평균은 TKN 846 mg/L, org-N 360 mg/L, NH₄-N 316 mg/L, NO₃-N 170 mg/L, P₂O₄ 439 mg/L, K₂O 3,013 mg/로 나타났으며, 중금속의 경우 As 불검출, Cd 0.02 mg/kg, Hg 불검출, Pb 0.05 mg/kg, Cr 0.22 mg/kg, Cu 7.98 mg/kg, Ni 0.44 mg/kg, Zn 23.58 mg/kg로 조사되었다.

지난 2012년에 발생한 국내 가축분뇨 46,489천톤의 38.2%에 해당하는 17,748천톤이 양돈분야에서 발생하였다. 돼지분뇨중 슬러리형태의 분뇨는 수분이 약 97 ~ 8% 수준으로 높은 편이어서 액상비료화(액비화) 처리가 용이하다. 국내에서 현재 운영되고 있는 돈분뇨 슬러리 액비화 기술은 액비화시설 내에서 폭기과정과 저장과정을 거쳐서 비료성분이 있는 액상비료로 전환하는 것이다. 그러나 이 기술을 적용하는데 있어 액비저장조 하부에 슬러지가 침적되는 문제로 인해 액비화시설 운영농가 등 일선 산업현장에서 상당한 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 200리터 용량의 사각형 액비화 반응조들을 제작하여 돈분뇨 슬러리를 액비화하는 과정에서의 부숙기간별 액비화 특성을 조사하였다, 각 반응조는 실험실 온도 26±2℃ 조건하에 비치된 상태로 공기를 공급한 시험구와 공급하지 않은 시험구로 구분하여 운영하였다. 또한 동일한 조건하에서 현수식 담체의 적용여부에 따른 액비의 부숙특성을 분석하였다. 각 처리구별 액비온도는 공기공급구에서 약 2℃ 정도 높았다. 암모니아 발생은 비폭기구에서 전반적으로 높게 나타났다. 액비화 개시 7일 후에 액비조 높이별로 측정한 pH는 폭기구에서는 상층, 중층, 하층에서 각각 8.19, 8.20, 8.23 수준으로 상층부로 갈수록 pH가 낮은 경향을 보인 반면에 비폭기구에서는 각각 8.15, 8.14, 8.06 수준을 나타내 상층부로 갈수록 높아지는 상반된 결과를 보였다. SS 농도는 비폭기구가 하층부가 상대적으로 높은 경향을 보인 반면에 폭기구에서는 액비조 높이별 SS농도 차이가 상대적으로 적었다. 담체를 적용한 처리구에서는 액비중의 SS 농도가 약간 낮아지는 경향을 보였다.

가축분뇨는 고농도의 유기성 폐수로서 호기성 처리로는 기술적인 측면에서 제약요인이 많아서 고농도 가축분뇨는 혐기성 소화로서 처리하고 있는데 혐기성 소화법은 호기성 처리에 비하여 고부하의 유기물 분해가 가능하며, 최종 슬러지 발생량과 에너지 요구량이 적을 뿐만 아니라 분해 과정에서 병원성 미생물도 제거 시킬 수 있다는 장점이 있다. 혐기성 소화는 발효과정에서 생성되는 바이오가스의 약 60%이상이 메탄가스라는 점을 감안하면 이를 에너지로서의 활용이 가능하고 처리 후 소화폐액에는 악취가 저감되어 친환경적 처리라 할 수 있고 동시에 청정에너지 자원인 메탄가스의 효과적인 회수가 가능하다. 우리나라는 메탄시설이 분포되어져 있는 기온이 높은 열대 또는 아열대 지역에 비해 1년 중 최저기온이 영하로 떨어지는 기간이 약 5개월 이므로 생산된 에너지를 자체 메탄생산조 온도를 35℃로 유지하는데 많이 소모 될 수밖에 없고 그만큼 비효율적이다. 이러한 국내에서의 가축분뇨를 혐기성 소화공정에 적용하기 위하여 자가 발열 고온호기성 소화(ATAD, autothermal thermophilic aerobic digestion)가 적용이 되어 지고 있다. 고온호기성 소화공법은 유기물의 제거속도가 빠르고 소화시간을 단축시킬 수 있어서 반응조의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이에 자가발열 고온호기성 소화의 원리를 이용, 자가발열 호기성소화와 혐기성소화의 접합은 혐기성소화에 의한 고농도 및 고부하의 고액분리 처리된 가축분뇨를 처리하고 자가발열 호기성소화에 의한 혐기조의 온도보존 및 오염물질분해의 촉진, 그리고 바이오가스의 발생 효율을 극대화하고자 하였다. 본 공정은 자가발열 호기성소화조와 혐기성소화조를 구조적으로 결합한 새로운 공정으로 그 명칭을 A3소화공정(Autothermal Anaerobic-Aerobic digestion Process)로 명명하였다. 본 연구의 목적은 자가발열공정을 이용한 반응조의 열효율과 발생하는 열을 이용하여 혐기성소화조에 충분한 열을 전달시켜 운전이 가능한 온도가 유지되는 것을 확인하는 것이다. 동절기 외부 최저온도가 -12℃의 조건 하에서 소화조온도가 30℃ 이상 유지되는 것으로 확인됨으로써 신공정을 통한 무가온 시스템으로의 운전가능성을 확인 하였다. 가스 발생량의 경우 Lab Scale 반응조에서는 VS추가량 당 가스발생량은 HRT 15일 일 때 0.277 LCH₄/gVSadded로 나타났으며, 이는 기존 가온바이오가스 공정에서의 0.288 LCH₄/gVSadded와 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 본 Pilot Scale 반응조의 VS추가량 당 가스발생량은 0.260 LCH₄/gVSadded로 Lab Sclae 반응조 및 기존 가온 바이오가스 공정에 비해서는 다소 낮게 측정 되었으나, 자가발열에 의한 자체가온만으로 달성해 낸 것으로써, 동절기시 외부열에너지 배제를 통한 무가온 시스템의 실용화 가능을 확인 할 수 있었다.

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.

This study was conducted to estimate Hanwoo carrying capacity when whole crop barley, rye, wheat and tritcale as winter forage crops was grown on different applying sources (chemical fertilizer, cattle or organic fertilizer) and mixed sowing combination with hairy vetch or forage pea during the period of 2011~2012. The experimental plots within whole crop barley or rye were consisted of 7 treatments, which were non-fertilizer, chemical fertilizer (P+K), chemical fertilizer (N+P+K), organic fertilizer, cattle slurry, cattle slurry with hairy vetch, and cattle slurry with forage pea. Each plot was triplicates and experimental treatments were allocated in the randomized complete block design. For whole crop barley, annual mean dry matter (DM) and total digestible nutrients (TDN) yields were the highest in N+P+K plots, but there were no significant differences among organic fertilizer, cattle slurry and mixed sowing with legumes. The TDN were the highest in mixed sowing plots of forage pea plus cattle slurry application. As 450 kg Hanwoo heifers were fed diets included 70% whole crop barley, organic fertilizer, cattle slurry application and mixed sowing plots of forage pea is capable of raising average 2.8 to 3.1 heads/ha a year. For whole crop rye, annual mean DM were the highest in N+P+K plots, but there were no significant differences among cattle slurry. Organic fertilizer application significantly increased TDN and relative feed value (RFV) in comparison with treatments of N+P+K fertilization as chemical fertilizers. In case of 450 kg Hanwoo heifers fed diets included 70% forage rye, it is estimated that cattle slurry application (mixed sowing with legumes) plots can rear average 2.8~3.2 heads/ha a year. For whole crop wheat, annual DM, crude protein, and TDN yields of application groups and mixed sowing treatment with legumes showed 6.90~7.44, 0.53~0.60 and 4.35~5.04 ton/ha, respectively. In case of 450 kg Hanwoo heifers fed diets included 70% forage rye, it is estimated that cattle slurry application (mixed sowing with legumes) plots can rear average 3.1~3.7 heads/ha a year. For Triticale, TDN yield was significantly (P