2012년 이후 국내에서 발생되는 음식물쓰레기의 해양투기가 금지됨에 따라 이를 처리하기 위한 대안의 마련이 시급한 실정이다. 혐기성소화는 유기물을 분해하여 최종처분을 필요로 하는 폐기물의 양을 감소시키고,분해과정 중 생성되는 메탄가스는 대체 화석연료의 에너지인 바이오가스로서의 가치를 갖는 친환경적인 폐기물 처리 방법으로서 현재 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 음식물쓰레기는 생분해성이 우수하고 유기물 함량이 높아 혐기성소화를 통해 처리될 수 있는 이상적인 기질의 하나로 주목을 받고 있다. 혐기성소화 공정은 공정의 설계에 따라 다양한 조건에서 운전될 수 있지만 통상적으로 공정 내 온도에 따른 서로 다른 미생물의 활성을 갖는 중온과 고온 혐기성 소화로 구분될 수 있다.일반적으로 중온 혐기성소화가 고온 혐기성소화에 비해 운전의 안정성과 경제성을 갖고 있어 보다 널리 적용되고 있는 것은 사실이지만, 고온에서 혐기성소화를 실시할 경우 중온 혐기성소화에 비해 유기물의 처리를 위한 체류시간 감소, 고액분리 효율의 향상, 유출수에 포함되어 수질오염을 야기할 수 있는 바이러스 및 세균 병원균의 파괴 등과 같은 장점을 갖는 것으로 알려져 있다.하지만 고온 혐기성소화는 앞서 나열된 장점들에도 불구하고 중온 혐기성소화에 비해 낮은 운전의 안정성으로 인해 널리 상용화되고 있지는 못하는 실정이다.

  혐기성소화 공정의 불안정성은 기질의 공급,온도의 변화,미생물 생장에 필요한 미량원소의 부족,독성물질의 존재 등으로 설명된다. 이러한 혐기성소화 공정의 안정성을 평가할 수 있는 지표들은 선행 연구자들에 의해 지표들에 따른 범위가 존재하지만 이들 범위는 공정의 운전조건과 주입되는 기질의 특성에 따라 크게 달라질 수 있다.따라서 국내 음식물쓰레기의 혐기성소화를 통한 처리 공정에서 공정의 산성화를 초기에 감지할 수 있는 인자들을 제안하고 이의 국내 실증시설에 대한 적용 가능성을 판단하고자 하였다.본 연구에서는 실험실 규모의 단상 혐기성 반응조를 제작하고 완충제의 추가 주입 여부에 따른 효과를 관찰하며 운전을 진행하였다. 실험에는 서울 G-구에서 발생하는 실제 음식물쓰레기와 환경부에서 제시하는 표준 음식물쓰레기를 기질로 사용하였다. 

  실제 음식물쓰레기의 혐기성소화조 운전 결과 완충제의 추가 주입이 없이는 중온과 고온 각각의 조건 모두에서 반응조 내부의 산성화가 진행되어 운전에 실패했다. 이는 기질의 분해과정에서 생성되는 휘발성지방산이 축적되고 이로 인한 알칼리도의 소모가 빠르게 진행되며 반응조 내 pH가 급격히 하락했기 때문으로 판단된다. 따라서 국내에서 발생되는 음식물쓰레기의 혐기성소화를 통한 안정적인 처리를 위해서는 추가적인 완충제를 주입하며 적정 수준의 알칼리도를 유지해야 할 것으로 보인다.

  알칼리도(혹은 완충능력)의 유지는 pH의 감소 방지뿐만 아니라 휘발성지방산의 축적을 피할 수 있는 측면에서도 중요한 역할을 할 수 있다. 추가적인 완충제가 주입되지 않은 혐기성 반응조에서는 휘발성지방산의 축적과 알칼리도의 소모로 인해 FOS/TAC ratio가 지속적인 증가를 보인 반면 P/A ratio는 일정 수준 유지하는 것이 관찰되었다.이러한 결과를 통해 국내 음식물쓰레기의 혐기성소화 시 공정의 운전 안정성을 평가하기 위해서는 휘발성지방산의 농도와 알칼리도를 모두 고려하는 FOS/TAC ratio가 P/A ratio보다 산성화 감지에 더욱 적합한 것으로 판단된다. 휘발성지방산의 축적과 알칼리도의 소모(즉, FOS/TAC ratio의 증가)는 반응조 내부의 산성화를 의미하지만,아세트산과 프로피온산이 모두 증가할 경우 P/A ratio에는 변화가 없기 때문이다.따라서 FOS/TAC ratio의 적절한 모니터링을 통한 혐기성소화 공정의 이해를 높일 경우 인위적인 유기물 유입 부하량의 조절 없이 적정량의 완충제 주입량을 계산하여 주입함으로써 반응조 내부의 산성화를 효과적으로 방지할 수 있을 것으로 판단된다.

주요어: 혐기성소화, 음식물쓰레기, 중온, 고온, 산성화 감지