A Study of Milk Waste Recycling as an Energy Source and Reduction of Pollution by Anaerobic Digestion

혐기성 소화를 통한 유가공 폐기물의 에너지원으로의 재활용과 오염 감소 방안에 관한 연구

We confirmed methane production and reduction of pollution during anaerobic digestion of milk waste and analyzed the economic potential of using milk waste as a renewable energy source. The milk waste sludge was obtained from the Pasteur milk factory and processed by anaerobic digestion to produce methane. The methane production from two completely mixed tank reactors with an effective capacity of 6 ${\ell}$, 15 days of hydraulic retention time (HRT), and a mid-temperature of $35^{\circ}C$ averaged 4.11 ${\ell}$/day. The total chemical oxygen demand (TCOD) during production decreased from an initial 31,416 mg/${\ell}$ to 13,500 mg/${\ell}$, showing a maximum TCOD removal efficiency of 60%. When HRT was reduced to 12 days, methane production increased by 44% under a high-temperature condition of $55^{\circ}C$. An economic analysis based on these results was applied to a Korean milk factory of typical size and demonstrated that the installation of an anaerobic digester could provide sufficient economic profit.

본 연구의 목적은 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화를 통해 바이오메탄의 생성을 확인하고, 생성된 메탄의 에너지원으로의 사용 가능성과 오염도 감소의 정도를 확인하는 것이며, 연구 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 수리학적 체류시간(HRT)을 15일로 유지시키고 $35^{\circ}C$의 중온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시킨 결과 평균 4.11 ${\ell}$/day의 메탄이 전체 가스의 70% 성분비를 유지하며 일정하게 발생하였다. 이는 다른 폐기물을 이용한 연구 결과와 비교하였을 때보다 상대적으로 높은 값으로, 유가공 폐기물에 대한 혐기성 소화처리를 통해 높은 효율의 에너지원으로 확보할 수 있음을 보여준다. TCOD는 초기 투입된 원수에서의 약 31,000 mg/${\ell}$에서 13,500 mg/${\ell}$ 이하까지 줄어 최대 60%의 TCOD 제거 효율을 보여주었다. 2. HRT를 15일로 유지한 상태에서 온도를 $55^{\circ}C$의 고온으로 변화시킨 경우, 메탄 발생량이 약 5% 가량 증가하였다. 온도의 변화만으로는 메탄 발생량에 큰 영향을 주지 못하였으나, HRT를 15일에서 12일로 감소시킨 경우에는 고온의 경우가 중온의 경우보다 약 44% 가량 많은 메탄 발생량을 보였다. 3. 이상의 결과를 통하여 알아낸 메탄 발생량과 오염 감소율을 토대로 바이오메탄을 에너지원으로 이용했을 경우의 경제성을 분석한 결과, HRT 12일의 고온 조건에서 유가공 폐기물을 혐기성 소화시키는 것이 기업에 많은 경제적인 이익을 가져다 주는 것으로 나타났다.