본 연구는 D시 음식물처리장에 설치하여 실제 반입되는 음식물 폐기물을 대상으로 하여 연속적인 바이오가스 생산 운전 조건과 혐기성 소화자 설계 인자를 검토하였다. 연구에 사용된 식종 슬러지는 D시 음식물 폐기물 하수병합처리장의 혐기성 소화조 유출수를 사용하였다. 음식물 폐기물은 2단 파봉파쇄기, 미세파쇄 및 미세 협잡물 분리 장치를 거친 음식물을 이용하여 혐기성 소화조에 이송펌프를 이용하여 자동으로 투입하였다. 음식물 폐기물은 전처리 과정을 거친 후 약 일일 0.1 ton 투입되도록 설정하였고, 혐기성 소화조의 유효용적은 약 3m3 , STS 304의 재질로 제작하고, 소화조 내부는 특수 코팅을 하여 내부 부식이 발생되지 않도록 하였다. 반입 음식물 폐기물은 초기 TS (total solids) 10%에서 투입하여 운전하기 시작하여 약 음폐수를 이용하여 가수과정을 거치지 않고 20 ~ 22%의 고형물 농도 범위에서 투입하였다. 반입 유기물 부하는 혐기성 소화조가 정상상태에 도달하였을 때 약 수개월 동안 안정화 운전을 확인한 후 증가하여 운전하였다. 메탄 발효조의 pH는 별도의 가성소다를 주입하지 않고, 음식물과 소화슬러지 혼합비에 따른 반입 알칼리도 농도와 혐기성 소화슬러지의 암모니아 탈기에 의하여 조절되도록 하였다. 반입 기질의 알칼리도 농도는 소화슬러지와 반입 음식물의 혼합비 조절에 의해 약 9,000 ~ 12,000 mgCaCO3/l가 되도록 조절하였고, 소화슬러지의 알칼리도는 소화슬러지의 탈기에 의하여 암모니아 및 탄산염을 조절하여 유지하였다. 혐기성 미생물의 활성 유지를 위하여, 탈기 시간과 주입 공기량은 ORP 값과 연동하여 운전될 수 있도록 설정하여 과폭기로 혐기성 미생물이 사멸되지 않도록 하였다.

하수슬러지 자원화 2단계시설은 수도권 3개 시, 도 지역에서 발생되는 함수율 80%이상의 하수슬러지를 SAFE공법의 Rotary Kiln 건조연료화 방식을 통해 석탄 보조연료로 활용하기 위하여 유기성고형연료 품질기준에 맞춰 함수율 10% 이하로 건조시킴으로써 2012년 준공 이후 현재까지 안정적이고 효과적으로 하수슬러지를 건조연료화하고 있다. 본 연구는 수도권매립지 내 음폐수 바이오가스화시설에서 발생되는 Bio-gas의 80% 이상을 하수슬러지 자원화 2단계시설에서 하수슬러지 건조설비 열원으로 사용함으로써 에너지절감 효과를 창출하였고, 배기가스 성상분석을 통해 대기 및 악취오염물질을 제어하여 안정적으로 시설을 운영하고 있다. 하수슬러지 건조 열원으로 2012년 중순부터 2016년 5월까지 천연가스(NG)를 사용하였으나, 이후 Bio-gas를 건조설비 열원으로 혼소하여 2016년 7,235,828m3, 2017년 8,355,721m3 (총 사용량 15,591,549m3)를 사용하고 도시가스 요금대비 2016년 약 27억원, 2017년 약 32억원(총 59억원)의 연료비 절감효과를 창출하였다.

하수슬러지는 수처리 과정에서 생성되는 부산물로 단백질(35∼60%), 탄수화물(7∼11%) 그리고 기타 성분으로 구성되어 있다. 하수슬러지의 배출량은 수질환경기준 강화와 하수처리시설의 추가증설로 인해 점차 증가하고 있으며 이로 인해 많은 문제를 야기하고 있다. 또한 하수슬러지의 처리 및 처분 비용은 전체 운영비의 50∼60%를 차지하고 있을 뿐만 아니라 그 과정에서 환경오염이 발생할 우려가 있기 때문에 적절한 감량화 및 안정화 방안이 필요하다. 혐기성 소화는 하수슬러지의 감량화 및 안정화가 가능할 뿐만 아니라 메탄가스 형태의 에너지를 생산할 수 있으며 유해균을 없앨 수 있는 장점을 가지고 있어 널리 활용되고 있다. 그러나 하수슬러지의 혐기성 소화는 율속 단계인 가수분해의 반응 속도가 느리며 소화 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 전처리 기술들이 개발 및 적용되고 있다. 본 연구에서는 하수슬러지를 이용한 혐기성 소화 시 반응 속도와 소화 효율 향상을 위해 초음파 전처리를 적용하였다. 초음파의 출력과 주파수는 각각 600W 및 20kHz 로 고정하였으며 하수슬러지의 고형물 농도(4.9∼11.9 g TS/L)와 전처리 시간(10∼120분)을 달리 적용하여 전처리 전·후의 특성과 메탄 잠재량을 평가하였다. 하수슬러지를 대상으로 초음파 전처리를 수행한 결과 단백질의 가용화율은 17.7∼20.9%, 탄수화물의 경우에는 9.6∼13.0%의 범위로 나타났다. 초음파 전처리를 수행한 하수슬러지의 메탄 발생 특성을 관찰 한 결과 전처리를 수행하지 않은 것에 비해 지체기는 감소하였으며 메탄 잠재량과 발생 속도는 향상되었다. 따라서 초음파를 이용한 하수슬러지의 전처리는 혐기성 소화 시 율속 단계로 작용하는 가수분해의 반응속도를 촉진시켰으며 소화 효율을 향상시킨 것으로 판단된다.

Climate change inducing higher temperature can affect not only crop growth, yield but also availability of soil nutrient, chemical fertilizer, and manure in agricultural field. There is little information about the effect of higher temperature on non-point source pollutant of paddy and upland field runoff. Therefore, the objective of the study was to investigate the effects of elevated temperature on nutrient and dynamic of non-point source pollutant in upland soils. Temperature treatments were consisted of ambient as a control, ambient plus 2℃ and ambient plus 4℃, respectively. Each elevated temperature controlled by ten step alternating temperature programming using incubator. Content of soil and water NH4+-N, NO3--N, total nitrogen, and total phosphorus were measured. Dissolved nitrogen (N) and phosphorus (P) of maize straw were measured additionally. Treated with ambient plus 2℃, mineralization (NH4+-N/TN) of nitrogen decreased in sandy loam soils, whereas that of clay loam soils increased compared to ambient. With ambient plus 2℃ treatment, nitrification(NO3--N) of nitrogen increased in two types of soil. Concentrations of soil phosphorus and potassium showed increasing trend with the elevated temperature. Nitrate concentrations of filtered water were higher than those of ambient. Concentrations of dissolved nitrogen (N) and phosphorus of maize straw significantly increased by elevated temperature within three to five days. Thus, it was considered that in an environment higher than current temperature, water soluble nitrogen (NO3--N) and phosphorus (PO4--P) of crop residue could be released easily by rain from the agricultural fields. Therefore, upland field scale experiments are needed under natural environment using practical open top chamber. Overall, it wassuggested that elevated temperatures have effect on acceleration of mineralization and nitrification of soil nitrogen under climate change environment.

폐기물 에너지는 재생에너지 중 하나로 가정이나 사업장에서 배출되는 폐기물을 열분해공정을 통해 고형연료, 폐유 정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등의 에너지를 생산할 수 있어 그 활용가치가 매우 높다. 특히 유럽 중 스웨덴이나 노르웨이에서는 폐기물을 소각․발전하여 전기를 생산하고 열에너지를 회수하는 등 다른 어떤 나라들에 비해 폐기물 로부터 많은 에너지를 충당하고 있다. 우리나라는 「자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률」에 따라 생활폐기물(음식물류 제외), 폐합성수지, 폐지 등 가연성물질을 이용하여 고형연료제품을 제조하여 재생에너지로 사용하고 있다. 고형연료제품은 일반적인 가정활동에서 배출되는 다양한 유기물질들로 이루어져 있고, 연료로서 탄소성분을 함유한 비교적 균질한 연료로 볼 수 있다. 이처럼 살아있는 유기물질에 의해 고정된 탄소는 바이오매스라고 하며, 이와 같은 연료를 소각하였을 때에는 배출가스 중의 이산화탄소가 중립탄소로 간주되어 온실가스에 영향을 주지 않는다. 따라서 본 연구에서는 국내 고형연료제품 사용시설 6곳을 방문하여 사용 중인 고형연료제품의 성상조사(발열량, 원소분석 등)를 통해 국내 고형연료제품 품질기준과 비교하였다. 또한 유기성분에 의해 고정된 바이오매스 탄소량을 측정하기 위해 용해선별법과 탄소동위원소 분석법을 이용하여 바이오매스량을 측정하였다. 채취한 시료를 SRF(Solid Refuse Fuels) 와 Bio-SRF(Biomass Solid Refuse fuel)로 분류하여 사용 전 고체시료에 대해 분석하고 각 시설에서 사용 후 배출되는 가스를 포집하여 탄소동위원소 분석법으로 바이오매스량을 측정하였다. 본 연구를 바탕으로 폐기물에너지의 재생가능성 고찰과 함께 적절한 바이오매스 측정방법을 제시하고자 한다.

이 플라스틱의 고찰은 1869년 미국에서 당구공의 주재료였던 코끼리 상아가 너무 비싸서 대체 물질로 개발된 플라스틱이 지구 생태계에 미치는 영향과 재활용에 대하여 고찰하였다. 대량으로 저렴하게 제조가 가능한 플라스틱의 이점을 살려 다량의 포장재나 액체 용기로 사용하고 아무렇게나 버려진 플라스틱의 공격이 시작되었다. 매립할 경우 분해가 되는데 약 500년의 시간이 필요하고, 매립지 내부에 잔류하며 매립지 수명 단축과 지반의 불안정을 촉발하고, 연질플라스틱 필름은 해양 생물이 먹고 장이 막혀 죽거나, 미세 플라스틱은 먹이 사 슬을 통해 인간의 체내에 축적되고 있다. 국제자연보전연맹(IUCN; International Union for Conservation of Nature and Natural Resources)에 따르면 매년 버려지는 폐플라스틱 의양은 평균 950만톤 으로 추정된다고 발표했다. 이중 미세 플라스틱 입자가 15～31%를 차지한다고 했다. 인간의 중간 폐기물 처리방법인 소각 시에도 부식성 가스로 소각로를 부식시키 고 있다. 2017년 7월 미국의 캘리포니아 대학과 기타의 대학이 공동 연구한 결과 를 보면 1950년부터 2015년까지 66년 동안 석유에서 생산된 플라스틱이 83억톤이라고 한다. 이중 75.9%인 63억톤이 쓰레기로 폐기되고, 20억톤은 현재 사용중에 있다고 발표했다. 폐기 된 63억톤의 플라스틱 중 79%는 매립되거나 환경을 오염시키는 쓰레기로 방치되어 있으며, 재활용 비율은 9%, 나머지 12%는 소각처리 되고 있다. 우리나라는 2030년까지 온실가스 배출전망치(851백만톤) 대비 37%를 감축해야 되는데 이중 플라스틱이 속해있는 석유화학 분야에서 700만톤을 감축해야 한다. 석유화학 부문에서 플라스틱 생산 비중은 약 20%로 140만톤의 온실가스를 플라스틱 생산 분야에서 감축시켜야 한다. 플라스틱 분야의 온실가스 를 감축시키는 효과적인 방법은 플라스틱의 재활용이다. 한국환경산업기술원에서 발표한 열가소성 플라스틱의 일종인 PET(polyethylene terephthalate) 1kg을 생산하는데 2.37kg CO2가 발생되는데, PET를 재생하여 사용할 경우 온실가스 발생량이 1/12, 즉 약 0.2kg CO2밖에는 발생되지 않는다. 따라서 생태계 보전과 온실가스 감축을 위하여 플라스틱의 재활용율을 높이는 노력이 필요 할 것으로 사료된다.

‘18년부터 자원순환기본법에 의한 매립 처분부담금 도입으로 매립되고 있는 고화물과 음 폐수 바이오가스화 시설에서 발생되는 탈수슬러지(함수율 75% 미만)의 매립 최소화가 필요하다. 본 연구에서는 수도권매립지에서 고화처리되고 있는 하수슬러지와 음폐수 바이오가스화 시설 탈수슬러지로 생물학적 건조 파일럿(1~5 톤) 실험을 수행하여 함수율, 중량, 유기물 함량 변화 등을 분석하여 적용성을 평가하였다. 하수슬러지 1톤, 2톤, 5톤에 발효슬러지 300 kg, 1,280 kg, 2,800 kg, 코코피트 400 kg, 300 kg, 900 kg과 미생물을 1% 비율(10 kg, 20 kg, 50 kg)로 혼합하여 포크레인으로 1차 혼합하고 혼합기에서 2차 혼합 후 생물학적 건조 반응로에 투입하였다. 음폐수 바이오가스화시설 탈수슬러지 1.25톤, 4.77톤에 발효슬러지 1.20톤, 3.03톤과 미생물을 1% 비율(10 kg,50 kg)로 혼합하여 포크레인으로 1차 혼합하고 혼합기에서 2차 혼합 후 생물학적 건조 반응로에 투입하였다. 공기를 지속적으로 혼합슬러지 더미 바닥으로 공급하고 더미 온도에 따라 송풍기 주파수를 조절하였다. 일 1회 포크레인을 이용하여 더미 뒤집기를 실시하였다. 1차발효공정으로 8~13일 정도 더미 온도를 높여 호기성 분해열에 의해 혼합슬러지의 수분을 증발하고 이후 6~8일 정도 공기 송풍량을 높여 후부숙하였다. 하수슬러지의 혼합슬러지 더미 최대 온도는 75~82℃까지 높게 측정되었으며 50℃ 이상 지속기간은 7~9일 정도이다. 혼합슬러지 함수율은 초기 52~57%에서 1차 발효공정 후 42~43%로 낮아진 후 후부숙공정 후 36~38%까지 낮아졌다. 중량 감량율은 27~39%로 측정되었다. 음폐수 바이오가스화 시설 탈수슬러지의 혼합슬러지 더미 최대 온도는 67~71℃까지 높게 측정되었으며 50℃ 이상 지속기간은 4~5일 정도이다.혼합슬러지 함수율은 초기 49, 56%에서 1차 발효공정 후 38, 41%까지 낮아졌다. 중량 감량율은 17~33%로 측정되었다.

폐기물 매립시설에서는 최종처분된 유기물질의 혐기성 분해에 따라 다량의 매립가스가 발생한다. 이는 강제적인 포집을 통해 처리되기도 하지만 복토층을 통해 대기로 배출될 수 있으며, 매립가스에는 메탄 등의 주요 성분 이외에도 황화수소, 암모니아 등의 성분도 포함되어 있어 매립지 표면을 통한 가스배출은 악취를 유발하게 된다. 특히 복토토양의 균열 등에 의해 고농도 악취배출이 일어나는 핫스팟(hot-spot)의 경우에는 신속한 대응을 통해 악취로 인한 주변 환경의 질적 저하를 최소화할 필요가 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 살수, 재 복토 등의 조치방법은 효과가 일시적이므로 최종복토 등에서도 보다 지속적인 악취제거능을발휘할 수 있도록 적정한 악취물질 흡착제의 적용이 필요하다고 판단된다. 이 연구에서는 매립가스에서 대부분의 악취 기여도를 차지하는 황화수소를 제거하기 위하여 복토층 핫스팟에 적용가능할 것으로 여겨지는 야자껍질 활성탄, 석탄 활성탄, 왕겨탄화물등 여러 가지 흡착제를 대상으로 그 흡착능과 특정 조건에서의 제거능 유지시간 등을 평가하였다. 흡착실험에서 구한 황화수소 제거능은 복토토양을 기준으로 하였을 때 왕겨탄화물 2.5배, 왕겨탄화물에 알칼리성 물질을 첨착시킨 흡착제 17.2배, 야자껍질 활성탄 9.6배, 석탄활성탄 7.4배로 나타나 대상 흡착제는 모두 일반 복토토양에 비해 흡착능이 뛰어났다. 이들제거능을 바탕으로 임의의 중간복토층 핫스팟(황화수소 농도 200ppm, 가스배출량 30L/㎡/hr)에 100mm 두께로 흡착제를 포설하는 경우를 가정한 결과, 야자껍질 활성탄과 첨착시킨 왕겨탄화물은 1년 이상 제거능을 유지하는 것으로 산출되었다. 황화수소 농도 1,000ppm, 가스배출량 1L/㎡/hr의 최종복토층을 가정한 경우 첨착시킨 왕겨탄화물은 8년에 달하는 유지기간을 보여 활성탄에 비해서도 제거특성이 우수하게 나타나 악취제거를 기대할 수 있었다.

우리나라의 에너지소비량은 2013년 기준 264백만toe로 세계 8위이며, 석유소비는 9위, 전력소비는 8위로, 이른 세계 10위권인 경제규모에 비해 높은 수준에 속하지만, 우리나라는 자원 빈국으로, 에너지 및 자원을 해외 수입에 의존하고 있는 실정이며,에너지수입액은 2014년 기준 1,741억달러로 국가 전체 수입액의 33.1%를 차지하고 있으며, 우리나라 공급 에너지의 95.2%를 해외 수입에 의존하고 있으며 총 에너지수입 액의 74.6%를 차지하는 석유의 경우, 중동 수입비중이 83.9%를 차지하고 있어 에너지 안보에 매우 취약한 수급 구조를 보이고 있다. 이렇듯 급증하는 에너지 수요를 대체하기 위해 신재생에너지원의 개발이 필요한 실정이나, 2015년 기준 국내 신재생에너지 활용비율은 2.1%로 하위 10개국에 해당하는 수치로 이는 국내 신재생에너지 활용비율이 저조함을 나타낸다. 따라서 우리나라는 국가에너지 기본계획을 통해 신재생에너지 보급 확대를 추진하고 있으며, 온실가스 감축 및 안정적 국가 에너지원 수급을 위해 신재생에너지 의무할당제(RPS)를 시행중에 있다. 그러나 국내 발전 5사를 비롯한 RPS공급의무자들이 RPS 이행을 위해 유연탄 보다 비싼 우드펠릿의 혼소로 발전 연료비 부담이 지속적으로 가중되고 있는 실정이며, 신재생에너지 의무 공급량 증가로 발전사 연료 비용부담이 매년 증가될 전망이다. 국내에서는 이러한 신재생에너지 확보방안 중에 하나로서 폐기물을 이용한 재생에너지의 사용을 모색하고있으며, 그 중에서도 폐바이오매스의 활용을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 폐바이오매스는 과거 소각이나 매립으로 처리되어 왔으며, 슬러지와 같은 유기성폐기물은해양투기 되었으나, 도시화로 인한 폐기물 발생량의 증가 및 폐바이오매스 발생량의 증가와 더불어 유기성폐기물의 해양배출이 전면 금지됨에 따라 육상처리의 필요성이 증대되었다. 폐바이오매스를 활용한 연료 제조를 위해서는 단일물성만 활용 시 수분제거의 어려움과 안정된 연료원 확보가 원활치 않기에 이를 해결하기 위해서는 다양한 물성의 충분한 연료원을 확보하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 하수슬러지와 폐바이오매스 중 폐목재의 혼합을 통해 탈수성의 개선을 통해 수분제거효율을 향상시키고, 이에 따른 열량개선의 효과를 보고자한다.

이 연구는 폐기물의 자원순환을 촉진하기 위해 2018년부터 시행되는 “자원순환기본법”과환경부 폐기물 정책에 부응하고 현재 매립처리 되고 있는 생활폐기물을 보다 친환경적으로 처리하기 위한 방안을 찾기 위한 것으로 매립, 소각 등 다양한 처리방법으로 처리할 경우 주변지역 환경에 미치는 영향인자에 대해 살펴보고 생분해성 유기물의 함량에 따라 매립시 예 상할 수 있는 환경적인 오염발생 가능성을 예측하여 환경적인 특성을 검토하고자 하였다. 자원화 방법은 매립지 반입 폐기물을 선별·분리를 통해 고형연료를 생산하여 에너지로 활용하고, 선별된 잔재물은 호기성으로 처리하여 안정화된 퇴비화 물질을 복토재로 활용하는 것으로 매립 최소화 방안으로 검토되었으며, 폐기물 매립처리는 매립지에서 발생하는 매립가스를 포집하여(포집율 80%적용) 발전하는 것으로, 소각시설과 SRF 보일러는 폐열회수를 통해 재생에너지를 생산은 실제 운영사례에 근거로 에너지회수율을 적용하여 대기오염 발생량을 예측하였다. 이와 같이 폐기물 재생에너지를 생산하는 경우 수도권은 고체연료 사용금지 지역으로 LNG를 사용하여 동일한 에너지를 생산한다고 가정할 때 발생하는 대기오염 발생량을 폐기물처리시 배출량에서 감하는 것으로 폐기물 처리방법별 환경성을 검토하였다. 우 선 폐기물 처리량은 연간 156천톤을 처리하는 것으로 검토하였으며, 그 이유는 규모가 적을 경우 에너지를 생산하여 활용하기 어려우며 기계적 전처리 후 발생 잔재물에 대해 생물학적 처리가 어려워 시설규모는 대도시지역 시설규모로 검토하였다. 소각 및 고형연료를 연소하는경우 대기오염 발생량은 실제 소각장과 SRF 전용보일러시설에서 대기오염 저감 후 굴뚝에 서 배출되는 대기오염 결과를 적용하여 대기오염을 산정하였다. 그 결과 매립처리는 연간 대기오염 발생량은 소각이나 전처리 보다 높지 않지만 매립된 생분해물질로 인해 장기간 매립가스 발생하였고 매립되는 양이 증가할수록 오염배출량은 증가하는 특성이 있고 침출수에 오염발생 등 매립 최소화는 필수적이며 소각보다는 자원화가 , 에너지회수 측면에서 뛰어나고 오염발생량도 상대적으로 적어 환경성이 뛰어난 것으로 검토되었다.

우리나라에서 발생되는 모든 유기성 폐기물이 2005년 육상 직매립이 금지되었고, 2013년부터 해양투기가 금지됨에 따라 모든 유기성폐기물은 육상처리를 해야 되는 실정에 놓여있다. 그런 이유로 유기성폐기물을 처리하기 위한 여러 공법들이 도입, 개발 되고 있다. 현재정부에서 장려하고 있는 바이오가스화 공법은 유기성폐기물을 혐기성 소화시켜 생산되는 메탄(CH4)으로 전기에너지와 열에너지로 변환하고 있으나, 가스 생성량이 기대에 미치지 못하고 있고, 낮은 메탄 농도와 소화액처리 그리고 악취발생 등 많은 문제점이 발생하고 있다. 이에 반해 초고온 호기성 발효공법은 외부 열원 없이 95℃이상의 발효온도로 유기성폐기물을 감량, 퇴비를 생산하는 친환경 공법으로 일반 호기성 발효와는 달리 전처리 시설이 필요하지 않고 95℃이상의 온도에서 발효되므로 잡균종자와 대장균등이 사멸하며 2차 오염이 전혀 없는 공법이다. 특히 바이오가스화공법에서 음식물쓰레기처리의 경우 음폐수 처리를 위한 별도의 수처리 시설이 필요하며, 악취와 처리효율저하로 많은 문제점을 드러내고 있으며, 매년 이를 보완하기 위해 수백억원 이상 예산이 낭비되고 있다. 이것이 오늘날 대한민국 처리시설의 현실이다. 그러나 초고온 미생물을 이용한 호기성 공법은 별도의 음폐수 처리시설이필요 없으며, 하나의 시설에서 단일공정으로 모든 유기성폐기물을 처리할 수 있는 혁신적인 공법이다. 따라서 본 연구는 대한민국 유기성폐기물처리의 새로운 지평을 열고 폐기물 시설기준의 지표를 새롭게 만들고자 한다. 이에 초고온 호기성 발효공법과 바이오가스화 공법의 문제점 등 운영현황과 실태, 경제적 타당성 등에 대해 비교 분석하였다.

Hydrogen producing granules (HPGs) are discrete well-defined and self-immobilized aggregates formed by cell-to-cell attraction. Compared to conventional microbial flocs, HPGs have regular, dense, and strong structure with excellent settleability, enabling high biomass concentration, and withstand high organic loading. The physical properties of HPGs are directly related to process performance since they could directly influence not only substrate and nutrient transportation into HPGs but also maintenance of biomass concentration inside the reactor. To elucidate the morphological characteristics of HPGs, various researches have been conducted. However, previous researches dealt with only limited number of HPGs (less than 500 samples) due to difficult and tedious analyzing process of HPGs. In this study, for the first time, CMEAIS image analysis software (freely available online program) was applied to scrutinize the morphological characteristics (size, roundness, width/length etc.) of HPGs based on more than 6,000 samples. During experiment, firstly, the performance of control HPGs and ultrasonicated HPGs were monitored and then their morphological characteristics were intensively analyzed. The experimental results showed that ultrasonicated resulted in not only higher hydrogen yield but also bigger and rounder shape of granules. The results shown in this abstract are preliminary and more detailed discussion will be delivered at the conference.

바이오 분극전극을 설치한 생물전기화학 혐기성소화조에서 메탄생성반응에 대한 부유혐기성미생물의 영향을 회분식반응조에서 평가하였다. 실험을 진행하는 동안 바이오가스의 발생량과 조성을 모니터링하였으며, 벌크용액에 전기활성균인 체외전자전달발효균(exoelectrogen fermentation bacteria, EFB) 및 전기영양메탄균(electrotrophic methanogenic bacteria, EFB) 의 존재는 순환전압전류곡선의 산화환원 첨두전류쌍으로부터 확인하였다. 벌크용액의 부유혐기성미생물 농도에 따른 전극의 전하전달저항의 변화는 전기화학임피던스분광곡선으로 부터 구하였다. 실험종료 후에는 파이러시퀀싱법으로 부유혐기성 비생물의 박테리아 및 고세균의 군집분포를 조사하였다. 혐기성소화조에 설치된 바이오분극 전극은 전극표면 뿐만 아니라 벌크용액에 E F B , E F B 그리고 수소이용메탄균(hydrogenotrophic methanogenic bacteria)을 우점시켰다. 분극전극을 설치한 생물전기화학혐기성반응조에서 메탄은 전극표면과 부유미생물로부터 EFB와 EMB의 직접접촉에 의한 전기적연결을 통해 생물학적 종간직접전자전달(biological direct interspecies electgron transfer, bDIET), EFB에서 HMB로의 종간수소전달 또는 bDIET에 의해서 발생하였다. 생물전기화학 혐기성반응조에서 전극에서의 바이오가스생산을 조사하기 위하여 반응조의 벌크용액에서 부유혐기성미생물을 제거한 결과 메탄과 수소로의 에너지회수율이 각각 25.0% 및 7.5%에 불과하였다. 이러한 낮은 바이오가스전환율은 전하전달저항을 포함한 전극의 높은과전위에 기인하는 것으로 평가되었다. 그러나, 벌크용액에서 부유혐기성미생물의 농도가 증가할수록 벌크용액에서의 메탄수율이 점차 증가하였으며, 수소수율은 감소하였다. 벌크용액의 부유혐기성미생물 농도가 4,400mg VSS/L이었을 때 기질의 메탄전환율은 83.3%까지 증가하였으며, 수소로의 전환율은 0.3%에 불과하였다. 생물전기화학혐기성소화조의 향상된 메탄생성반응은 부유혐기성미생물의 역할이다.

식품안전성과 환경에 대한 관심으로 지속가능한 농업 특히 유기농업에 대한 관심도 함께 증가하고 있다. 유기농업에서는 사용이 허용된 물질을 시용하고 있는데, 양분측면에서 토양 검정을 통해 작물에 필요한 성분을 시용하기 보다는 유기물 공급 차원에서 접근하기도 하는데, 이러한 유기농업자재의 양분 용출에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 유기 농업에서 주로 사용되고 있는 자재를 논토양에 시용하였을 때 처리 깊이에 따른 양분의 용출되어 나오는 양상을 포트에서 조사하였다. 유기농업자재로는 유박과 퇴비를 선정하였으며, 무경운은 표면에 처리하였고 쟁기 깊이를 고려하여 15cm와 30cm로 설정하여 유기농업자재를 질소기준량에 따라 처리한 후 각 깊이별 토양과 혼합하였다. 포트는 물높이를 일정하게 유지하여 주었다. 처리 후 용출되는 물을 채취하여 pH, EC, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 인산 등에 대한 분석을 수행하였다. 암모니아성 질소는 유박에 비해 퇴비에서 높게 나타나고있었는데, 특히, 퇴비에서는 표면보다 처리 깊이가 깊어질수록 암모니아성 질소 용탈량이 높게 나타나 30cm 처리구에서는 처리 6일부터 110 mg L-1로 유지되고 있었으며, 15cm 처리구에서는 지속적으로 증가하여 30일 경에 70mg L-1로 증가하였다. 유박에서는 처리 깊이에 관계없이 20mg L-1로 유지되고 있었다. 질산성질소는 퇴비를 제외한 화학비료와 유박 처리구에서 초기에 높게 나타났다가 2일 차에 1 mg L-1로 급격히 떨어지는 경향을 보였으 며, 퇴비는 깊이에 따라 감소 속도가 다르게 나타났다. 인산 역시 퇴비 처리구는 점차 감소하는 형태를 보인 반면 다른 처리구에서는 10일까지 거의 용출되지 않다가 서서히 용출되기시작하여 50일 경까지 용출되는 경향을 보였다. 본 결과를 토대로 퇴비와 유박에서의 처리깊이에 따른 양분 용출량을 결정하여 효과적인 유기농업자재 시용 방법을 제시할 것으로 판단 된다.

자원순환기본법 제정 및 폐기물관리법의 개정으로 폐자원의 재활용 방향성을 확대하고 직매립 제로화 정책 추진에 따른 2035년 매립률 1.0 % 목표의 달성을 위해 재활용 다양화 등처리개선을 통한 매립억제방안 도출 및 효과 분석이 필요하다. 2015년 국내 발생 폐기물의 매립처분 비율은 9.2 %(38,308 ton/day)이다. 이중 사업장 배출시설계폐기물이 약 62 %(23,577 ton/day)로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 사업장배출시설계폐기물에서 무기성폐기물의 매립처리량은 소각재 4,283 ton/day, 연소재 3,910ton/day, 폐주물사류 939 ton/day 순으로 높게 나타났다. 무기성폐기물 중 열적처리 잔재물 류의 매립량은 10,637 ton/day로 사업장배출시설계폐기물 매립량의 45.1 %을 차지하고 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 강열감량, 총유기탄소, XRF 등의 분석을 통하여 무기성폐기물의 물질특성을 나타내었다. D사 연소재의 경우 XRF 분석 결과 Si(52.4 %), Al(22.4 %) 함유량이 높게나타났고 H사 연소재는 Si(33.3 %), Ca(25.7 %), Al(9.9 %)로 나타났다.따라서 연소재의 주요 구성 원소는 Si, Al라는 것을 확인할 수 있었다.

이 연구는 유기성 폐기물의 에너지화를 위해 음식물류폐기물(음폐수), 분뇨, 하수슬러지를 대상으로 병합소화 실험을 실시하였다. 음식물류폐기물은 TS 농도가 높고, pH가 낮은 것이 특징이며, 분뇨는 TS 농도는 낮고, pH는 중성이며, 하수슬러지는 TS 농도가 낮고 pH는 중성을 나타내고 있다. 이러한 유기성 폐기물을 단순 혼합하여 병합소화를 실시할 경우 최적 혐기소화 조건을 유지하기에 어려움이 발생한다. 즉, 병합소화 시 적절한 전처리가 없을 경우 안정적인 소화조 운전이 어렵고 바이오가스 발생량 또한 낮다. 이 연구에서는 병합소화를 위한 기질의 전처리 가용화 공법으로 열가수분해를 선정하였고, 선정 사유로는 열가수분해의 경우 기질을 고온, 고압(165 ℃, 6bar) 하에서 스팀에 의해 세포벽을 균질하게 파괴함에 따라 슬러지의 근원적인 악취 저감과 아울러 탈수 슬러지 발생량을 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라 유입되는 기질의 농도에 관계없이 기질을 균질하게 가용 화가 가능하므로 혐기소화조의 안정적인 운전이 가능한 병합소화의 최적 방법이다. 음식물류폐기물, 분뇨 및 하수슬러지를 대상으로 Lab 실험결과 소화조 HRT 15.8일의 동일 조건에서 VS 제거율은 열가수분해 +병합소화 시 59.0%, 물리적 가용화(캐비테이션+초음파) +병합소화 시 34.2%로 열가수분해 +병합소화 실험에서 약 1.7배 높은 것으로 나타났으며, VS 제거당 가스발생량의 경우 열가수분해 +병합소화 시 1.0L/gVSrem, 물리적 가용 화(캐비테이션+초음파) +병합소화 시 0.52L/gVSrem로 열가수분해+병합소화 실험에서 92.3% 이상 증가하였고, 생산된 바이오가스를 발전을 통해 전력을 생산할 경우 운영비 절감이 가능하고, HRT가 작아 소화조 용적을 줄일 수 있으므로 전체적으로 경제성 측면에서 우수하다.