2005년부터 실시된 음식물류 폐기물의 직매립 금지로 도시생활폐기물의 조성은 최근 급변하였다. 이에 본 연구에서는 동일한 중소도시에서 2004, 2005, 2007년에 년1회씩 도시생활폐기물을 수거하여 폐기물의 물리화학적 조성을 조사하고, 이로부터 음식물류 폐기물의 직매립 금지정책이 도시생활폐기물의 성상변화에 미치는 영향을 고찰하였다. 음식물류 폐기물의 직매립 금지로 생활폐기물 중의 음식물류의 함량은 급격히 감소하여 5.5 % 수준으로 낮아졌으며, 종이류가 50.6 %, 비닐/플라스틱이 22.6 %로 증가하였다. 겉보기 밀도는 약 50 % 감소하여 효과적인 폐기물 수거 및 처분을 위해서는 부피저감과 소각의 필요성이 제기되었다. 전체 폐기물 중의 수분함량은 15.9 %로 2004년도에 비하여 30.5 % 감소하였으며, 폐기물의 저위발열량은 직매립 금지 후 약 2배 가까이 증가하여 3565.6kcal/kg의 값을 나타내었다. 음식물류 폐기물의 직매립 금지 조치로 매립지 침출수 원수 수질이 개선되는 등 긍정적인 효과를 확인할 수 있었다.
폐기물 매립지에 바이오리액터 매립공법을 적용하는 것이 폐기물의 생물학적 압축 촉진에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실내침하실험을 수행하고, 그 결과 구한 2차 압축지수(Cα)를 국외연구결과와 비교하였다. 실내침하실험의 2차 압축지수들을 분석한 결과 침출수에 음폐수를 혼합하여 재순환하는 방법은 음폐수 내 유기물질이 추가적인 생물학적 압축을 유발하며 침출수 재순환과 위생매립공법보다 폐기물 침하를 각 2배, 2.81배 가속화할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구에서 사용한 폐기물의 2차 압축지수는 국외연구 폐기물의 2차 압축지수보다 작았는데 그 이유는 음식물 쓰레기를 감소시키기 위한 국내 폐기물 정책에 따라 폐기물 내 유기물 함량이 감소하였기 때문이다. 생분해성 폐기물 함량과 2차 압축지수의 관계를 분석한 결과 폐기물의 2차 압축지수는 생분해성 폐기물 함량에 민감하며 생분해성 폐기물 함량이 증가할수록 커지는 것으로 나타났다.
본 연구는 당 연구실에서 구축하고 있는 음식물쓰레기 고부가 자원화zero-emission시스템의 마지막 단계에 해당하는 부분으로써 본 공정의 부산물인 음식물 쓰레기 당화고형분과 박테리아 셀룰로오스배양 후의 여액을 기질 원으로 하여 2상 UASB 반응기를 이용하여 혐기성 소화를 수행하였다. 산 반응조와 메탄 반응조는 각각 35, 40$^{\circ}C$에서 운전하였고 두 반응조의 유기물 부하율은 각각 3g-VS/L${\cdot}$day, 25,000 mg/L로 유지하였다. 공정부산물의 최적 소화조건을 찾기 위하여 F.W + B.C.R, B.C.R, B.C.R + S.S 순으로 단계적으로 주입, 운전한 결과, 최종 메탄 발효액의 pH는 각각 7.13, 7.17, 7.22이었고 COD 제거율은 각각 88, 90, 91%이었으며 메탄 생성율은 각각 0.26, 0.34, $0.32m^3-CH_4/kg-COD_{remove}$이었다. 세번째 단계인 B.C.R + S.S를 기질로 사용한 경우가 음식물 쓰레기만 사용한 경우보다 전환효율이 높았다. 이는 음식물 쓰레기를 바로 혐기성 소화하는 것보다 음식물 쓰레기로부터 고부가가치를 창출하고 그 잔액으로 혐기성 소화를 거치는 방법이 보다 경제적이고 유익함을 알 수 있다. 따라서 당 실험실에서 구축하고 있는 음식물 쓰레기 고부가 자원화 zero-emission 시스템은 음식물 쓰레기에 포함된 에너지를 최대한 회수하고 고부가가치를 창출함에 있어서 가장 이상적인 방법이라고 사료된다.
유기성 폐기물인 음식물쓰레기를 이용하여 유용한 에너지원인 바이오에탄올을 생산하고자 하였으며, 에탄올 생산 균주는 Saccharomyces cerevisiae를 이용하였다. 음식물쓰레기의 당화를 위하여 carbohydrase와 glucoamylase 효소를 이용한 결과 carbohydrase가 glucoamylase보다 당화효율이 우수하였으며, carbohydrase 이용시 건조 음식물쓰레기 기준 glucose 생산량 0.63 g/g-TS을 얻을 수 있었다. 에탄올 생산은 동시당화발효에서 0.44 g/$L{\cdot}hr$, 분리당화발효가 0.27 g/$L{\cdot}hr$이었다.
본 연구는 남은 음식물의 사료화를 목적으로 Lactobacillus acidophilus와 Saccharomyces cerevisiae를 이용하여 남은 음식물을 발효시켜 고품질의 생균사료를 생산하기 위하여 실시하였다. 액상으로 충분히 마쇄시킨 남은 음식물 시료에 공기주입량을 0v.v.m 0rpm, 0.25v.v.m 100rpm, 0.5v.v.m 200rpm과 1v.v.m 500rpm으로 다르게 조절하여 $30^{\circ}C$에서 발효시킨 결과 0.5v.v.m 200rpm의 조건에서 생균수가 $4.5{\times}10^9CFU/m{\ell}$로 가장 높은 것으로 나타났다. 또한 공기주입량을 조절함으로써 최종 발효물의 pH를 조절할 수 있었고 사료로서의 기호성에 알맞고 보존성도 좋은 4-5의 pH범위를 얻을 수 있었다.
소규모 섬지역 어촌에서의 생활쓰레기 발생량, 발생특성 및 적정 처리방안을 연구하기 위하여 전라북도 군산시 소재 선유도를 대상으로 조사를 실시하였다. 조사는 하절기인 8월과 동절기인 12월에 실시하였다. 1인 1일 쓰레기 발생량은 0.65 kg으로 나타나 전국 평균치에 비하여 낮은 값을 나타내었다. 성상별로는 가연성분중 주방쓰레기, 종이류, 비닐 및 플라스틱 순으로 높게 나타났다. 쓰레기의 최종처분방식으로는 원소분석조사 결과 C/N비를 기준으로 볼 때 연평균 40정도로 나타나 퇴비화는 부적절한 것으로 나타났다. 저위발열량은 연평균 1,230 kcal/kg으로 나타나 보조연료의 투입 없이도 자체적인 소각이 가능한 중질폐기물에 해당되는 것으로 나타나 소각이 적절한 처리방안인 것으로 평가되었다. 전체 쓰레기 중 음식물 쓰레기가 차지하는 비율이 전국 평균치보다 상당히 높게 나타나 음식물 쓰레기 처리를 위한 퇴비화, 지렁이 사육시설 보급이 필요한 것으로 나타났으며 음식물 쓰레기를 제외한 쓰레기에 대해서는 소각 처리하는 것이 적절한 것으로 평가되었다. 도서지역 생활쓰레기 적정 처리를 위해서는 효율적인 수거 방안의 확립을 통한 수거효율 증대가 필요한 것으로 평가되었다.
본 연구는 음식물류폐기물 발생에 관한 춘천시민의 의식을 조사하고자 하였다. 조사결과 춘천시민의 약 50%가 일주일에 $5{\sim}10{\ell}$의 생활폐기물을 배출하고 있었으며 배출자 대부분이 35세이하였다. 또한, 일주일간 가정에서 배출되는 생활폐기물 중 음식물류폐기물 비율이 10~30%이었고, 배출형태로는 '물기제거 후 규격봉투에 담아 배출한다'가 약 30%, '물기제거 후 일반쓰레기와 함께 배출한다'가 약 10%이었다. 음식물류폐기물의 발생은 필요이상의 식품구매와 과량의 조리가 주된 요인이었으며 집주변이나 골목에 버려진 음식물류폐기물로 인한 가장 심각한 문제점은 악취 및 해충인 것으로 나타났다. 음식물류폐기물의 감량을 위한 중점관리대상은 주로 소규모 개인음식점으로 나타났다. 춘천시민들은 음식물류폐기물 감량을 위해 노력해야 할 주체로 응답자의 절반이상이 '시민 개개인'이라 생각하면서도 '감량을 위한 노력은 하지 않고 있다'고 응답하였다. 또한, 춘천시민들은 '음식물류폐기물이 자원이라는 의식'이 부족하였고 '음식물을 남기는 것이 예의'라고 생각하는 시민들이 많아 이에 대한 개선책이 필요한 것으로 나타났다.
음식물류 폐기물이 야기하는 환경오염 문제는 오랫동안 사회적인 문제였으나 2013년 런던협약 가입으로 인해 음·폐수 해양배출이 금지되면서 한층 심각해졌다. 최근 정부의 음식물류 폐기물 관련 종합 대책의 실시는 감량 성과와 자원화에 많은 기여를 하였으나 지속적으로 시행되지 못하였고 폐기물의 발생 분야별로 적절하게 대응하는 전략의 부족이 지적되었다. 많은 연구에서는 효과적인 감량 정책 시행을 위해서 무엇보다 시민의 참여가 중요하다고 강조하고 있다. 이 연구는 사용자 경험 분석을 기초로 음식물류 폐기물 처리기를 디자인하여 시민의 참여를 높이는 방안을 제안한다. 이를 위해 선행연구에 대한 다각적인 조사·분석, 표적 집단 인터뷰 및 사용자 여정지도를 포함한 사용자 경험연구를 통하여 디자인 개발 방향을 설정하였다. 연구 결과로 도출된 처리기는 폐기물의 수시 배출이 용이해지며 가정 내에서 음식물류 폐기물 배출 과정이 간단해진다. 또한 사용자와 폐기물이 직접적으로 접촉하는 순간은 처리기에 배출하는 시점으로 제한하여 사용자가 겪었던 부정적인 경험을 최소화함으로써 폐기물 감량을 위한 사용자의 적극적인 참여를 유도하였다.
하이드로촤는 음식물폐기물과 같이 수분을 함유하고 있는 바이오매스의의 열수가압탄화반응을 통해 얻어질 수 있다. 열수가압탄화반응의 고체 생성물인 하이드로촤는 다양한 오염물질의 흡착제로서 훌륭한 잠재가능성을 가지고 있다. 흡착제의 표면적과 기공의 부피는 흡착능을 결정하는 매우 중요한 요소 중 하나로 알려져 있다. 이를 측정하기 위해서 고가의 장비 구비 및 숙련된 전문가를 필요로 하며 장비를 갖추지 못한 경우 샘플 측정료 등의 부담이 따르기 때문에 어느 곳에서나 사용하기가 힘들다. 본 연구에서는 요오드와 메틸렌블루 흡착을 통한 적정법을 이용하여 표면적 및 기공 부피를 측정하였으며 BET 분석 결과와 관련성을 평가하였다. 적정법을 통하여 계산된 표면적 및 기공 부피와 실제 수치는 정확하게 일치하지는 않지만 그 경향은 유사하다. 그 결과로 흡착제로서의 활용을 위한 하이드로촤의 최적 조건은 반응온도 $230^{\circ}C$, 반응시간 4 시간으로 결정하였다. 표면적 및 기공 부피의 계산은 아이오딘과 메틸렌블루의 흡착값의 조합을 이용하여 가능하고, 이 적정법을 이용하는 표면적 측정방법은 간단하고 빠르게 최적조건을 결정할 수 있다.
본 연구에서는 바이오매스자원별 실태 및 동태적 변화를 알아보기 쉽게 시간적 공간적인 분포와 추세를 시각화하여 주제별 분포지도를 작성하였다. 분뇨 배출량은 축종별 사육두수에 따른 원단위 배출량을 적용하여 계산하였다. 전국 가축분뇨배출량 지도를 작성하여 분석해본 결과 경기남부 지역과 충청남도 북부 지역에서 분뇨배출량이 많이 나타나는 것을 알 수 있었고, 시군구 단위의 조사에서도 비슷한 결과가 나타났다. 또한 음식물 폐기물 폐수발생량, 음식물 쓰레기 매립, 재활용 분포지도에서는 수도권지역이 공공시설 및 민간시설 모두 음식물 폐기물 폐수발생량이 높게 나타났고, 민간시설 부분에서는 경상도 일원이 폐수발생량이 높았다. 강원도, 전남 지역에서는 상대적으로 음식물 쓰레기 재활용 분포도가 높게 나타났다. 바이오매스자원으로 활용가치가 높은 농업부산물인 볏짚 생산량 분포도를 시 군 단위로 작성하였는데 볏짚 생산량이 많은 곡창 지역의 경우 바이오에너지로 활용하는 방안을 모색할 필요가 있다고 판단된다. 이들 결과를 통해 바이오매스 발생원별 분포지도는 정책입안자, 농민, 일반인에게 바이오매스 자원에 대한 정보를 가시적으로 전달할 수 있고, 친환경 농업정책 추진과 바이오 에너지 이용 정책 자료로 활용 가능할 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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