음식물 쓰레기는 연간 5,000ton/day 씩 발생되며, 경제성장 및 소비의 증가로 인하여 점차 증가되는 추세이다. 이를 처리하기 위한 방안으로 매립, 퇴비화, 사료화 등의 방법이 적용되어져 왔으나, 비용 효율적인 면에서 현실적인 대안으로는 부적합한 상황이다.

  음식물 쓰레기를 처리하기 위한 또 다른 대안인 혐기성 소화는 1980년대부터 효과적인 하수처리를 위한 방안으로 사용되었으며, 주로 유럽국가를 중심으로 꾸준히 적용되어져 왔다. 국내에서도 역시 음식물쓰레기를 처리하는데 있어서 혐기성 소화 공정을 적용하였으며, 이에 대한 많은 연구가 수행되었다. 그러나 대부분이 습식 공정이었으며, 고형물의 농도가 10% 이상 되는 기질을 대상으로 하며 침출수 발생 및 반응조의 부피를 줄여 효율적으로 운영이 가능한 건식 혐기성 소화 공정에 대한 연구는 거의 이루어지지 않은 실정이다.

  따라서, 본 연구에서는 건식 혐기성 소화의 효율을 높이기 위해 전처리 방법 중 알칼리 전처리 방법을 적용하여, 건식 혐기성 소화 공정에서의 효율 향상에 대한 적합성 평가를 하고자 한다. 첫 번째로 음식물 쓰레기의 가수분해 효율 향상에 있어서 알칼리제 및 전처리 시간을 결정하기 위한 가용화율 실험을 수행하여 NaOH와 KOH중 적합한 알칼리제를 선정하였다. 가용화율 실험 결과 비용 효율적인 면에서 NaOH가 더 적합한 것으로 나타났다.

  다음은, NaOH로 전처리된 음식물 쓰레기를 기질로 하여 생분해도 평가를 위한 건식 회분식 실험을 수행하였다. NaOH 전처리 농도는 전처리 농도에 따른 sodium 이온농도의 증가로 인한 저해가능성을 고려하여, 0.1g NaOH/g-TS이하의 저농도의 알칼리 전처리를 하였으며, NaOH로 전처리를 하였을 경우, 총 sodium 농도 범위는 0-8.4g/L 이하로 하였다.

  실험을 수행한 결과, 알칼리 전처리 농도가 0.05g NaOH/g-TS, sodium 농도가 4.2g/L가 주입된 시료부터 알칼리 전처리를 전혀 하지 않은 시료에 대해 잠재메탄발생량의 20%가 감소하였으며, 0.1g NaOH/g-TS로 전처리된 경우, 즉, 8.4g/L의 sodium이 주입된 경우에는 잠재메탄발생량의 55%가 감소하는 결과가 나타났다.

  알칼리 전처리된 음식물 쓰레기를 기질로 하여 건식 회분식 실험에서, 전처리 농도에 따른 sodium이온이 증가함에 따라 혐기성 공정에 저해를 유발시킬 가능성이 증명되었으며, 0.04g NaOH/g-TS 이하로 전처리하였을 경우, 주입되는 sodium 이온 농도가 3.4g/L 이하의 경우에는 잠재메탄발생량에는 저해가 일어나지 않으며, 발생속도에 있어서도 전처리를 전혀 하지 않은 경우가 24.8mL/g-VS·d로 0.02g NaOH/g-TS로 전처리한 기질의 발생속도인 27.9mL/g-VS·d와 비교하여, 발생속도 면에서 13%의 증가율만을 나타냈다.

  알칼리 전처리된 음식물 쓰레기에서 잠재메탄발생량의 sodium 이온에 의한 저해현상을 분석하기 위하여 음식물 쓰레기 대신 단일 기질인 글루코스를 기질로 하여 실험을 수행하였다. 실험 결과, NaOH 전처리로 인한 저해는 난용성 물질에 의한 축적에 의해서 라기 보다 sodium축적으로 인한 저해가 일어날 가능성이 높음을 확인할 수 있었다. 그러므로, 음식물 쓰레기와 같이 sodium 농도가 평균 2.5g/L이면서, 생분해도가 높은 유기성 폐기물의 경우에는 알칼리 전처리를 하는 것은 적합하지 않을 것으로 판단되며, 선행실험결과와 같이, 건식 혐기성 소화 공정의 소화효율 증진을 위해서는 기존의 실험결과를 근거로, 함수율을 85% 및 90%로 증가시켜 운전을 하는 것이 저해 인자를 희석하여, 안정적인 혐기성 소화공정을 운영하는데 더 적합할 것으로 판단된다.

주요어 : 알칼리 전처리, 혐기성 소화, 건식회분식 실험, sodium, ammonia성 질소, 잠재메탄발생량