옥내 보관, 옥외 공동수거함으로 배출 및 차량에 의한 이송으로 이뤄지는 현재 음식물 쓰레기 처리 방식은 악취 및 병충해 발생, 생활공간 주변의 미관 저해 및 소음 공해 등의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 근래에는 옥내에서 처리가 가능한 가정용 음식물 쓰레기 감량기의 홍보 및 판매가 많이 이루어지고 있다. 사용자에게 편의성을 제공하고, 기존 수거 방식에 따른 문제점을 방지할 수 있는 디스포저의 사용에 대한 논의가 늘어나면서, 환경부는 지방자치단체나 공공기관이 연구 목적으로 정부의 승인을 받아 사용할 수 있도록, 고시 일부를 개정하였고, 디스포저와 관련된 연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

  본 연구에서는 공동주택용 디스포저 오수 전처리 시스템으로서 혐기성 처리를 통한 바이오가스를 생산하고 액상을 하수처리장으로 직접 방류하는 시스템을 기본으로 한다. 이 시스템을 바탕으로 협소한 공동주택 지하 공간에서 콤팩트한 규모의 반응조 운전을 위하여, 가정용 음식물 쓰레기 분쇄기(디스포저) 사용시 배출되는 오수를 체거름을 이용하여 고형물과 액상으로 분리하고 이 중 고형물만을 이용하여 혐기성 처리를 하고 이를 일반적인 음식물 쓰레기의 혐기성 처리 공정과 비교·분석하여 기본적인 운전 인자를 도출하였다.

  사용한 시료는 표준음식물쓰레기로서 일반 음식물 쓰레기의 경우 지역 및 계절에 따른 성상의 차이가 심하고, 하루 이상 적치된 상태로 존재하는 경우에도 산패 등에 의해 성상이 변하기 때문에 연속 반응조 실험시 부적절하였고, 이에 따라 한국환경산업기술원에서 제시하는 표준음식물 쓰레기를 시료로 사용하였다.
  디스포저 오수 제작시의 투입 시료량은 수돗물 5L, 표준음식물쓰레기 250g을 기준으로 하였고, 6.70, 4.70, 4.00, 2.00, 1.70, 1.00, 0.71, 0.50, 0.25 mm의 눈금 크기를 가진 체를 이용하여 큰 것에서부터 작은 것으로 순차적으로 체 거름을 시행하였다. 체거름 시행 결과, 회수된 누적 총 고형물의 경우는 각각 19.0, 27.7, 37.9, 51.8, 55.4, 59.0, 61.1, 63.3, 65.0%를 나타내었다. 회수된 총 고형물과 총 휘발성 고형물의 회수 경향은 비슷한 값을 나타내었고, 각 눈금 크기에서 총 휘발성 고형물이 약간 작은 값을 나타내었다. 이는 체 거름 과정에서 휘발성 고형물이 대부분인 부유 물질이 유실되어 이러한 경향이 나타난 것으로 판단된다.

  회수율을 기준으로 고형물의 회수에 사용할 체 눈금 크기를 결정할 만한 뚜렷한 근거를 찾을 수가 없었기 때문에 디스포저 오수의 배수 성능을 결정짓는 조건 중 고형물의 정체현상에 가장 큰 영향을 주는 알껍질의 회수를 체 규격 결정의 기준으로 정하였다. Kojima 등(2006)은 알껍질의 크기 및 무게가 배수관망 중 수평관의 배수성능에 가장 큰 영향을 준다고 하였고, 이를 바탕으로 앞에서 시행한 체거름 후 액상에 남아있는 알껍질의 존재 유무를 확인하였고, 0.37mm를 넘어가거나 나안으로 확인할 수 있는 알껍질이 대부분 0.5mm 크기의 체에서 회수되는 것을 확인할 수 있었다.

  회수한 고형물을 대상으로 성상 분석을 실시한 결과는 회수된 고형물의 경우 분쇄 전의 시료와 비교하여 함수율이 약 10% 정도 높아지고, 총 COD의 경우 그 농도가 원 시료의 49.1%로 감소하였다. 총 질소의 경우는 분쇄 전의 시료에 비해 그 농도가 41.5%로 감소하였고, 분리된 액상의 경우 147 mg/L의 농도로 매우 낮은 값을 나타내었다. 총량으로 나타낸 결과의 경우 회수되는 고형물 중 총 고형물 및 총 휘발성 고형물 함량에 비해 가용성분이라고 할 수 있는 총 COD 및 총 질소가 감소하는 경향을 보였다.

  생분해도 평가를 위하여 회수한 고형물을 대상으로 잠재적 메탄 발생량 평가 시험을 실시하였다. 회수한 고형물의 메탄 발생량은 이론적 메탄 발생량의 약 68.8%인 336.8 mL-CH4/g-VS을 나타내었고, 지체기는 약 0.6일을 나타내었다. 분쇄전의 시료와 비교하였을 때 지체기는 약 25%로 줄었으며, 발생 속도는 2배로 증가하였다. 하지만 실제 발생량과 이론적 발생량의 비로 나타내는 생분해도를 비교하였을 경우 분쇄 전 시료의 생분해도인 90%에 비하면 상대적으로 매우 낮은 값을 나타내고 있다. 회수한 고형물의 생분해도가 낮은 이유는 포함되어 있는 성분 중 가용 성분의 비율이 낮기 때문이라고 판단된다. 특히 성상 분석에서 나타난 결과인 총 COD의 감소는 생분해도 감소와 관련이 있다고 판단된다.

  회수한 고형물을 이용하여 단상 혐기성 반응조를 연속으로 60일 간 운전하였다. HRT를 25일로 설정한 Reactor#1의 경우 지방산의 축적은 거의 일어나지 않았으며 총 지방산의 농도가 4,000 mg/L를 초과하지 않았다. Reactor#2의 경우 12.5일의 HRT를 적용하였을 경우 연속 운전에서는 지방산의 축적이 빠르게 일어나 안정적인 운전이 불가능하였다. Reactor#1의 경우 pH는 대부분 7.5이상을 나타내었다. Reactor#2의 경우 지방산의 축적과 함께 pH는 6이하로 감소하여 정상적인 운전이 이뤄지지 않았다. pH의 상승은 음식물쓰레기에 포함되어 있는 단백질 성분의 분해와 관련이 있는데, 이 과정에서 암모니아성 질소의 생성과 연관이 있기 때문에 암모니아성 질소와 프리 암모니아를 측정하였다. Reactor#1에서의 총 암모니아성 질소는 최소 1,670 mg/L에서 최대 2,730 mg/L의 범위를 나타내었고 프리 암모니아는 52 mg/L에서 246 mg/L의 범위를 나타내었다. Reactor#2의 경우는 총 암모니아성 질소가 1,939 mg/L에서 2,555 mg/L의 범위를 나타내었고 프리 암모니아의 경우 운전 초기에는 70 mg/L에서 196 mg/L의 범위를 나타내었으나 지방산의 축적이 급격하게 일어난 7 일째 이후부터는 급격하게 감소하여 이후 1.8 mg/L에서 6.8 mg/L의 농도를 나타내었다. 암모니아성 질소는 1,500 mg/L에서 3,000 mg/L 의 범위를 가지는 경우 약한 저해현상을 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 메탄 생성균에 대한 독성이 매우 강한 것은 암모이나성 질소 중 프리 암모니아로서, 그 농도가 150gm/L를 초과하면 저해 현상을 일으키는 것으로 알려져 있다. 이러한 사실을 보면 Reactor#1의 경우는 안정화는 되었으나 약한 저해현상이 지속적으로 일어나고 있는 것으로 판단된다. 이는 메탄조성에도 영향을 미쳐 Reactor#1의 경우 약 55% 내외의 구성비를 보였으며, 또한 총 COD의 제거율도 80% 이하로 유지되었다.

주요어: 음식물 쓰레기, 음식물 분쇄기, 체거름, 고형물 회수, 혐기성 소화, 완전 혼합형 반응기