음식물쓰레기의 특성이 메탄생성량에 미치는 영향분석

Effect of food waste properties on methane production

음식물 쓰레기는 산완충능(buffer capacity)이 충분하지 않아 포집과 운송기간 동안 유기산이 축적될 수 있고 몰리브덴이나 코발트와 같은 미량원소가 부족할 수 있기 때문에 가축분뇨는 음식물 쓰레기와 혼합소화 시 부족한 메탄생성량을 보충할 수 있는 혼합기질로서 적합한 것으로 판단된다. 본 논문에서는 성공적인 혐기공정 설계 및 안정적 운영을 위한 우리 나라 유래 대상기질의 실제성상 특징과 메탄가스 발생사이의 상관성을 알아보고자 하였다. 서울시의 8개 기초자치단체(강남, 강동, 송파, 영등포, 관악, 구로, 동작, 용산)의 음식물 쓰레기 중간 집하장이나 처리시설에서 음식물 쓰레기를 채취하였다. 음식물 쓰레기의 고형물 함량은 평균 16%를 보였고 잠재 메탄발생량은 평균 $446.6STP-m{\ell}/g-VS$로서 $334.8{\sim}567.5STP-m{\ell}/g-VS$의 범위를 가진다. 우분의 고형물 함량과 잠재메탄 발생량은 각각 평균 26%과 $280.6STP-m{\ell}/g-VS$로 타나났다. 잠재 메탄발생량은 고위발열량, 지방 함량, 탄소함량, 수소함량과 양의 상관관계를 가지고 탄수화물 함량과 음의 상관관계를 가지는 것으로 나타났다($r^2>0.8$). 따라서 이러한 기질특성 분석결과를 통해 잠재 메탄발생량을 비교적 정확하게 예측하였다. 본 연구에서는 단일 기질과 잠재 메탄발생량을 분석하였으나 향후는 최대 메탄발생량을 위하여 혼합기질 (음식물쓰레기, 가축분뇨, 수분조절제 등)의 최적조합을 결정하는 연구가 수행하여야 할 것으로 여겨진다.

The buffer capacity of food waste lowers during the collecting and transportation period. Food waste usually shows deficiency of micro nutrients especially molybdenum(Mo) and cobalt(Co). Therefore, food waste can be considered as a good mixture of livestock waste to enhance methane production. The objective of this study was to investigate the correlation between properties of substrates (local food waste and livestock manure) and methane yields for successive anaerobic fermentation process and its stable management. Food wastes were taken at an intermediate storage or treatment system provided by eight local authorities (Gangnam, Gangdong, Gwanak, Guro, Dongjak, Songpa, Yeongdeungpo, and Younsan) in Seoul. The solid content and potential methane yield of food wastes were average of 16% and $446.6STP-m{\ell}/g-VS$ (range from 334.8 to $567.5STP-m{\ell}/g-VS$) respectively. As for the beef cattle manure, the solid content and potential methane yield had an average of 26% and $280.6STP-m{\ell}/g-VS$ respectively. Potential methane yield had a positive correlation with fat content, and hydrogen content and a negative correlation with carbohydrate content ($r^2>0.8$). Therefore, the potential methane yield can be predicted based on the substrate characterization results with reasonable accuracy. Further research may be needed to investigate the relation of the properties of the mixture substrate and methane production rate. The mixtures may include food waste, livestock waste, and bulking agents (saw dust, rice hull, or agricultural byproducts etc.) to determine best combination of these substrates for maximum methane production rate.