• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.245-245
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• 2010

우리나라 생활폐기물 중 음식물쓰레기는 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 음식물쓰레기에서 발생되는 음폐수의 발생량은 8,926톤/일에 달하고 있지만, 이 중 극히 일부만이 하수처리장 등에서 병합 처리되고 있고 대부분은 해양 투기되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 독일 GBU사로부터 중온/습식/이상 혐기성 소화 기술을 도입하여 HADS Pilot Plant를 설치하였고, 2008년 3월부터 국내 음폐수 및 음식물쓰레기에 적합한 최적의 운전기술을 확보하기 위한 Pilot Test를 실시하였다. 본 실험에 사용된 HADS Pilot Plant는 산발효조($6m^3$), 메탄발효조($50m^3$), 안정화조/가스저장조($40m^3$)그리고 가스 소각기로 구성되어 있다. 그리고 적용 음폐수 및 음식물쓰레기는 경기도 Y군에 위치한 사료화 시설에 반입되는 것을 이용하였는데 음폐수는 평균 TS 13.5%, VS 80%, pH $3.7{\pm}0.2$의 성상을 나타내었다. 이를 이용해 계단식으로 유기물 부하를 증가시키면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하며 중온 상태에서 혐기성 소화를 실시한 결과, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 음식물쓰레기는 음폐수와 달리 1차 파쇄/선별기 및 배관상에 설치되는 2차 미세파쇄/선별기를 통한 전처리를 실시하였고, 1차 파쇄/선별 후 평균적으로 TS가 17.4%, VS는 81%, pH는 $3.85{\pm}0.2$의 성상을 나타내는 음식물쓰레기를 2차 미세파쇄/선별기를 거쳐 Pilot Plant의 산발효조에 투입하여 중온상태에서 혐기성 소화를 실시하였다. 음폐수 적용시와 마찬가지로 계단식으로 유기물 부하를 증량하면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하여 운전하였고, 그 결과 약 $0.9{\sim}1.2Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수와 85~87%의 VS 감량 효율을 확인하였다. 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 실험 결과, 제거된 VS량을 기준으로 보았을 때, 음식물쓰레기에서 더 많은 바이오가스 발생하였는데 이는 음식물쓰레기에 존재하는 고형물이 미생물들의 서식 공간으로 활용됨에 따라 혐기성 소화 과정에서 일어나는 혼합 발효 및 공영양 대사가 음폐수 대비 좀 더 수월하게 일어날 수 있게 된 데에 따른 결과라고 생각된다. 당사의 HADS Pilot Plant test에서는 계단식의 순차적인 유기물 부하 증량과 총VFA/총 알카리도 비율을 0.3~0.4 수준이하로 유지하며 운전함에 따라 음폐수와 음식물 모두에서 안정적으로 $4kgVS/m^3/d$까지의 유기물 부하 적용이 가능하였다. 또한, 생산된 바이오가스 내 메탄의 함량은 60~65%를 유지하였으며, 메탄발효조의 pH는 별도의 조절이 없이도 운전기간 동안 평균 7.8~7.9 수준을 유지하였다. 이처럼 pH 3.7~3.8의 음폐수 또는 음식물쓰레기의 투입에도 안정적인 완충능력을 보여준 것은 소화조 내에서 기질로부터 분해되어져 나오는 암모니아와 이산화탄소가 강력한 버퍼 시스템을 구축하고 있음에 따른 결과로 사료된다. 그리고 음폐수와 음식물쓰레기의 경우 모두 85%이상의 높은 VS 제거율을 보여주었는데 이는 당사의 HADS Pilot Plant 소화조의 구조가 내통과 외통으로 구분되어져 있음에 따라 plug flow + CSTR의 특징을 가짐에 따른 결과로 판단된다. 상기한 결과를 바탕으로 향후에는 $5kgVS/m^3/d$ 수준의 유기물 부하 적용운전도 계획하고 있다.

• 유기물자원화
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• 제24권3호
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• pp.75-82
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• 2016

본 연구의 목적은 농업에서 발생하는 식물체 잔사 종류별 투입비율에 따른 메탄 잠재 발생량을 예측하는 것이다. 바이오가스를 생산하기 위하여 보릿짚 및 유채대 등의 식물체 잔사를 다양한 투입율로 사용하여 세륨병에서 실험을 수행하였다. 표면 방법론의 운동방법을 통하여 메탄 생산은 Gomperz 수식에 적합한 것으로 나타났다. 중온소화 시 식물체 잔사별 바이오가스 생산에 있어, 최대생산량은 보릿짚 및 유채대 투입율 1%로 혐기소화 후 각각 6.8일에 37.2 mL/g과 7.5일에 28.0 mL/g로 나타났다. 중온소화 시 메탄 함량은 보릿짚 및 유채대 투입율 5%로 혐기소화 후 각각 5.5일에 61.7%와 3.4일에 75.0%로 가장 높게 관측되었다. 중온 소화시 최대 메탄 잠재발생량은 1% 보릿짚 투입율에서 159.59 mL/g 와 3% 유채대 투입율에서 156.62 mL/g로 산정되었다. 전반적으로 중온소화 시 바이오매스 투입율은 유채대 3% 및 보릿짚 1%를 투입하는 것이 적정 비율인 것으로 나타났다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제41권2호
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• pp.119-127
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• 2021

본 연구는 국내 고유종인 한우에서 1) 농후사료 급여 후 조사료 급여, 2) 조사료 급여 후 농후사료 급여, 3) TMR 급여의 총 세 가지 형태의 사료급여가 반추위 발효성상, 총 가스 및 메탄 발생량에 미치는 영향을 in vitro로 평가하기 위해 수행되었다. 사료 급여 형태에 따라 반추위 환경이 변화할 것으로 가설을 세우고, 옥수수 (M)와 티모시 (T)를 기질로 하여 반추위액의 24시간 in vitro 배양을 실시하였다. 따라서 시험 처리구는 총 6개로 구성되었다: M1, M2, M3, T1, T2, T3. 반추위 pH는 사료 급여방식 2에서 다른 처리구보다 높았고 (P < 0.001), 티모시 기질에서 옥수수 기질보다 높았다 (P < 0.001). 휘발성 지방산 (VFA; volatile fatty acid) 조사항목들 (Total VFA, acetate, propionate, butyrate, valerate)은 사료 급여방식 1에서 가장 높았고 급여방식 2에서 가장 낮았으며 (P < 0.001), 옥수수 기질에서 더 많이 생산되었다 (P < 0.001). 반추위액 내 acetate:propionate 비율은 사료 급여방식에 따른 효과는 없었으나 (P = 0.116), 티모시 기질이 옥수수 기질보다 더 높은 값을 나타냈다 (P < 0.001). 암모니아태 질소 (NH₃-N)는 사료 급여방식 1에서 다른 처리구보다 높았으며(P < 0.001), 티모시 기질에서 높은 수치를 보였다 (P < 0.001). 총 가스 및 메탄가스 발생량은 사료 급여방식 1에서 가장 높았고(P < 0.001), 옥수수 기질에서 더 많이 생산되었다 (P < 0.001). 메탄은 이산화탄소의 20배 이상의 지구온난화효과를 갖는 것으로 알려져 있고, 반추가축이 섭취한 에너지의 손실로 작용하고 있어 장내발효 메탄 발생량을 저감하는 것은 매우 중요한 과제라 할 수 있다. 반추가축에서 사료급여 방식에 따른 메탄 발생량 차이에 대한 결론을 얻기 위해서는 보다 다각적인 형태의 연구가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국환경농학회지
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• 제30권3호
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• pp.295-303
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• 2011

혐기성 소화 반응조에서 항생항균물질의 영향을 평가하기 위해서 회분식 및 연속식 실험을 통하여 biogas 발생량, 유기산 생성, 유기물 제거 거동 등을 관찰하였다. 회분식 조건에서 단일항생항균물질 1~10 mg/L에서는 저해 영향이 관찰되지 않았으며, 50 mg/L에서 일부 VFAs가 축적되었고 16~30%의 유기물 제거효율이 감소되었지만, 일시적 저해 영향 후 점차 안정되었다. 그러나 항생항균물질 100 mg/L에서 바이오가스 발생량이 48~58% 감소하였으며, VFAs가 메탄으로 전환되지 않고 축적되었다. 연속식 반응기에서 4종의 혼합항생항균물질을 1~10 mg/L 주입시 미생물에 대한 저해영향은 없었으며, 50 mg/L 주입시 30~40%의 메탄가스 발생량이 감소하였고, 이는 이론적 메탄발생량의 60~65% 수준이었다. 항생항균물질 100 mg/L 주입시 85% 감소한 약 2.2 L/day의 바이오가스가 발생하였으며, 서서히 회복하여 7.2 L/day까지 바이오가스가 발생하였으나 대조군 대비 52% 수준이상은 회복되지 않았다. 항생항균물질 50 mg/L에서는 독성 저해 후 반응조 체류시간의 3배인 약 30일 정도 후 유기물 제거효율 및 바이오가스 회수가 가능하였으나, 100 mg/L 주입 후 40일 후에도 유기물 제거효율 및 바이오가스 발생량은 낮은 수준이었다. 따라서 혐기성 소화조에 고농도 항생항균물질이 유입되어 저해영향이 관찰되었을 경우 소화슬러지의 일부 또는 전체를 교체해야 할 것으로 판단된다. 혼합항생항균물질을 10~100 mg/L까지 주입하였을 경우 잔류항생항균물질 농도는 주입 6시간 후 CTC 80~90%, OTC 50~70%, SMZ 80~90%, TLS 20~40%가 반응조내에서 독성으로 작용한 후 입자성 유기물이나 EPS 등에 흡착되거나 소화온도에 의하여 감소한 것으로 판단된다. 따라서 혐기성 처리를 이용한 공정에 고농도 항생항균물질이 포함된 유기성폐수가 유입되었을 경우 공정의 유지관리에 어려움을 줄 수 있으며, 혐기소화조 유출수내 잔류항생항 균물질이 자연수계로 유입될 경우 2차 오염을 야기할 수 있기 때문에 항생항균물질의 사용의 적절한 관리가 요구되어 진다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권11호
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• pp.589-595
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• 2016

본 연구는 전과정평가 기법으로 석유화학업체에서 발생하는 폐수처리슬러지의 매립처리에 대한 잠재적인 환경영향을 평가하고 매립가스 활용에 의한 환경영향의 저감을 평가하였다. 본 연구의 기능단위는 '폐수처리슬러지 1 ton의 매립'이며, 시스템경계는 폐수처리슬러지가 매립장으로 투입 처리되는 과정을 포함하며 외부에너지 생산 및 이용까지 확장하였다. 환경영향은 매립공정 및 침출수처리공정에서 높게 나타났으며, 지구온난화 및 광화학적산화물생성은 매립공정에서, 자원고갈, 산성화, 부영양화, 오존층파괴는 침출수처리공정에서 높게 나타났다. 영향범주별 주요원인물질은 Crude oil(자원고갈), $NO_X$(산성화, 부영양화), $CH_4$(지구온난화, 광화학적산화물생성), $Cl_2$(오존층파괴) 이었다. 자원고갈, 산성화, 부영양화는 침출수처리과정 중 사용되는 전기의 생산에 의한 부하가 주원인으로 나타났으며, 지구온난화, 광화학적산화물생성은 포집되지 않는 매립가스에 포함된 메탄이 주원인이었다. 이에 매립가스에 의한 전기 생산, 공정개선 등으로 전기사용량을 저감하거나 메탄가스 회수율 향상, Flaring system, 매립가스의 연료대체 등으로 메탄배출량을 저감하는 것이 환경영향을 저감하는 방안이 될 수 있다. 한편, 영향범주별 환경영향은 지구온난화-자원고갈-광화학적산화물생성 순으로 나타나 지구온난화가 약 90% 이상의 절대적 환경영향을 미치는 것으로 나타났다. 이에 환경영향을 줄이는데 메탄의 배출량을 저감하는 것이 전기사용량을 저감하는 것보다 우선순위가 높은 것으로 나타났다. 매립가스의 연료대체에 의한 회피효과를 검토한 결과, B-C유 또는 LNG를 대체할 경우 각각 32.7%, 12.0%의 환경영향을 저감할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국토양비료학회지
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• 제46권6호
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• pp.502-509
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• 2013

2011~2012년 2년간 전북 군산과 익산 지역의 관행농 벼를 재배하는 농가를 대상으로 온실가스 배출량 산정을 위한 인벤토리 목록을 구축하였다. 2년 누적 평균 데이터를 사용하여 전과정평가를 수행하고, 탄소성적 산출 및 온실가스 배출의 주요인을 분석하였다. 분석된 온실가스 배출 주요인자들을 대상으로 민감도 분석을 수행하여 온실가스 잠재량을 산정하고, 대상지역 농가들이 적용할 수 있는 온실가스 저감 영농법을 제안하고자 하였다. 관행농 쌀 생산농가를 대상으로 전과정 목록분석을 수행한 결과 탄소성적은 쌀 1 kg 생산을 기준으로 2.21 kg $CO_2.-eq.kg^{-1}$가 발생되었다. 온실가스 중 $CO_2$ 배출량이 가장 많았으나, 지구온난화 지수를 곱하여 이산화탄소 등가 ($CO_2$-eq.)로 환산하면 벼 생산체계의 탄소성적에서 메탄발생 기여도가 가장 컸다. 전체 $CO_2$ 배출량 중 복비생산 공정에서 37%가 발생하였고, 단비생산으로 10%, 벼 재배과정 중 40%가 발생하였다. 벼 재배 중 $CO_2$ 발생원은 농기계의 화석연료 사용에 의한 불완전 연소이다. $CH_4$는 대부분 벼 재배 중에 발생되었으며, 벼논의 메탄 발생 요인은 혐기조건의 담수논이다. $N_2O$은 대부분 벼 재배과정에서 배출되었고, 벼 재배 중 $N_2O$의 발생요인은 복비, 요소 비료, 퇴비 등의 비료시용이었다. 에너지 사용량 변화에 따른 민감도 분석결과 에너지원 중 경유의 민감도가 가장 높았고, 경유사용량을 10% 줄였을 때 약 2.5%의 $CO_2$ 감축 잠재량이 산정되었다. 복비 시용량을 10% 줄였을 때 $CO_2$는 약 1%, $N_2O$는 약 1.8%의 감축잠재량이 산정되었다. 퇴비시용을 10% 줄이면 약 1.5%의 메탄발생이 감소하고, 아산화질소는 약 1% 감소효과가 나타났다. 물떼기 일수가 10일 증가하면 메탄발생량이 약 4.5% 감소되었다. 투입량의 변화에 따른 온실가스 감소 효과가 가장 큰 요인은 벼논 물떼기 일수의 증가 및 경운과 수확시 사용하는 농기계용 경유사용량 감소였다. 그에 따라 중간낙수 및 무경운 등이 탄소배출 저감 영농법으로 제시되었다.

• 한국추진공학회지
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• 제23권5호
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• pp.53-59
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• 2019

고체연료는 추진제 연소 시 산화제와 반응하여 추진제 성능을 증가시키는 역할을 한다. 대표적인 고체연료는 Al, RDX, HMX 등이 있다. 이들 물질은 연소 시 수분과 만나 흰색 연기를 발생시키고, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄가스 등의 환경유해 물질을 다량 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 고체 연료로 사용 가능한 고질소 에너지 물질인 hydrazinium 5-aminotetrazolate(HAT)를 제조하였다. 분광분석(NMR)을 통해 HAT의 구조를 분석하였으며, DSC를 이용하여 열특성 분석을 하였다. 또한, EXPLO5 프로그램을 이용하여 비추력, 가스발생량 등을 계산하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권6호
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• pp.1252-1257
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• 2011

본 연구는 안성시 관내에서 발생하는 농산부산물 바이오매스 중 오이, 토마토, 파프리카 작물 잔사를 수거하여 실험에 공시하고 각 부산물의 발생특성과 메탄 생산 퍼텐셜을 조사 분석하였다. 농산부산물의 에너지 자원화 기준으로는 메탄생산량을 설정하고, 부산물별 메탄 퍼텐셜을 시험하였으며 측정된 메탄 퍼텐셜을 기초자료로 활용하여 단위면적당 바이오매스 발생량, 바이오가스 생산량 및 비료가치를 조사 분석하였다. 실험적 메탄 퍼텐셜은 농산부산물별로 $0.170{\sim}0.354Nm^3\;kg^{-1}\;VS_{added}$의 값을 보였으며, 그중 파프리카 열매가 가장 높은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였으며, 오이 줄기가 가장 낮은 메탄 생산 퍼텐셜을 보였다. 시설 원예에서 기인하는 바이오매스별 메탄생산량은 줄기 부위가 잎이나 열매 부위 보다 낮은 값을 나타내는 경향을 보였다. 시설 재배지의 단위면적당 바이오매스 발생량은 오이 30.5 > 토마토 28.3 > 파프리카 $21.5Mg\;ha^{-1}$순 이었으며, 단위면적당 메탄생산량은 오이 782.5 > 파프리카 686.8 > 토마토 $645.0Nm^3\;ha^{-1}$순 이었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.218.2-218.2
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• 2010

저분자량의 가스와 물이 물리적 결합으로 이루어진 가스 하이드레이트는 상대적으로 많은 양의 가스가 포집될 수 있다는 특성을 이용하여 다양한 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 매립지에서 발생되는 매립가스를 하이드레이트의 원리를 이용하여 효율적으로 저장 및 수송하기위한 공정에 적용하기위해 필요한 매립지 가스 하이드레이트의 상평형에 대한 특성을 분석하고자한다. 일반적으로 매립지 가스에는 메탄이 약 50%, 이산화탄소가 약 35%, 질소가 약 6% 포함되어 있으며 그 밖에 산소, 수분, 암모니아 황화수소 메르캅탄 등 할로겐 계통을 포함한 탄화수소계화합물 수십여종이 포함되어 있다. 이러한 매립지가스를 하이드레이트화 하기위해서는 매립지가스에 포함된 다양한 성분들이 하이드레이트 형성에 미치는 영향을 알아볼 필요가 있다. 특히 황화수소의 경우 독성이 있으며, 실제 플랜트에서 장비의 부식등 악영향을 미치므로 이와 관련한 기초 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 메탄, 이산화탄소, 황화수소가 각각 49.9%, 50.05%, 500ppm의 조성으로 이루어진 혼합가스를 이용하여 하이드레이트 생성 및 해리 시 거동을 측정하고 그 상평형 영역을 기존데이터와 비교분석 하였다. 25bar, 36bar에서 측정한 상평형 데이터는 한국해양대학교 에서 측정한 결과와 마찬가지로 실제 상평형 영역이 CSMHYD 프로그램으로 예측한 것보다 하이드레이트의 안정영역이 약 2bar 정도 높게 형성되는 것을 확인하였으며, $CH_4+CO_2+H_2S$ 혼합가스 하이드레이트의 생성 시 mol consumption은 $CH_4+CO_2$ 혼합가스 하이드레이트와 유사하게 나타났다. 이 결과로 유추하건대, 황화수소의 첨가는 하이드레이트의 형성 압력을 높이지만, 하이드레이트 형성률에는 크게 영향을 미치지 않는다고 할 수 있다.

• 유기물자원화
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• 제20권2호
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• pp.66-75
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• 2012

본 연구에서는 폐기물매립지에서 매립가스 및 폐기물 안정화 촉진을 위한 메탄생성균 활성 침출수 재순환 공법의 효과를 평가하였다. 기존 매립공법(Lys-A), 침출수 재순환 공법(Lys-B), ASBR 전처리 후 침출수 재순환 공법(Lys-C, Lys-D)을 묘사하기 위해 4개의 모의매립조를 만들어 4년 이상 운영하였다. Lys-D는 전처리된 침출수의 재순환 양을 Lys-C의 2배로 하였다. 침출수 재순환 공법과 ASBR 전처리 후 침출수 재순환 공법의 경우 600일까지 메탄발생량이 증가하였으나 600일 이후에는 침출수 재순환이 메탄발생량 증가에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 분해 가능한 유기물질이 부족할 경우 침출수의 재순환 효과가 없기 때문으로 판단된다. Lys-C와 Lys-D는 폐기물의 안정화촉진 뿐만 아니라 누적메탄수율도 가장 높은 것으로 나타났다. 누적메탄수율의 경우 Lys-C(35.51 mL $CH_4/g$ VS)와 Lys-D(36.12 mL $CH_4/g$ VS)는 Lys-A(28.37 mL $CH_4/g$ VS)와 Lys-B(30.07 mL $CH_4/g$ VS)보나 높게 나타났다. 침출수 재순환율이 동일한 Lys-B와 Lys-C의 경우 Lys-C의 COD 농도가 Lys-B보다 더욱 빠르게 감소하였다. 이는 메탄생성균 활성 침출수에 의해 저해물질의 희석뿐만 아니라 메탄생성균의 존재에 기인하는 것으로 사료된다. 따라서 ASBR 전처리 후 침출수 재순환 공법은 폐기물 안정화 및 매립가스 증대에 가장 적합한 것으로 판단된다.