국민 소득수준이 향상되고 주택의 도시화 및 경제속도가 빠르게 진행됨에 따라 주거용 생활 폐기물과 음식물류 폐기물이 급격하게 증가하고 있다. 우리나라에서는 1991년 개정된 "폐기물관리법"을 기초로 1995년 생활 폐기물 종량제가 시행되었다. 하지만 시행 이후에도 여전히 음식물류 폐기물의 악취 및 이를 위한 신속한 처리 과정이 사회적 문제로 지속되고 있다. 이러한 이유로 음식 쓰레기 재활용사업이 주목받고 있으며, 음식물류 폐기물의 사료화, 퇴비화, 기타자원화 등 자원 재활용하는 역할에 관하여 본 논문에서는 자원화 과정의 비효율성을 줄이기 위한 음식물류 폐기물 재활용 시(時) 사업장의 경영성과를 향상시킬 요인이 무엇인가에 연구하였으며, 2020년 말 기준 국내 자원 재활용사업을 영위 중인 사업장 394개(공공 238개, 민간 156개) 중(中) 시설물 자료가 미흡한 업체를 제외, 전국 33개 시설 사업장의 투입물과 산출물의 관계를 "자료포락분석"(DEA:Data Envelopment Analysis)을 통해 조사하고, 음식물류 폐기물 시설의 상대적 경영성과에 중요한 역할이 무엇인가에 대하여 연구하였다. 음식물류 폐기물 재활용 사업을 영위 중인 업체의 업력, 시설용량, 자본금, 기계장치가 매출액에 미치는 영향이 무엇인가를 가설로 검증한다.
산업사회의 발달과 더불어 지속적으로 증가되고 있는 음식물류 폐기물은 현재 여러 가지 방법으로 재활용되고 있다. 본 연구는 국내 음식물류 폐기물의 처리현황을 조사하고, 음식물류 폐기물 감량의무사업장으로 분류되어 있는 전국공영농산물도매시장을 대상으로 음식물류 폐기물의 합리적인 사업화를 위한 재활용 개선방안을 제시하고자 한다. 국내 음식물류 폐기물 처리업체 분포는 경기지역이 39.5%로 가장 많았으며 그 외 지역은 10% 이내로 나타났다. 이중 공공처리시설이 38.0% 이었고 민간처리시설이 62.0%이었다. 그리고 재활용 방법은 사료화가 47.5%, 퇴비화는 36.4%, 기타 12.6% 등의 순으로 나타났다. 특히 2011년 이후로는 혐기성소화의 비율이 5.4%로 뚜렷한 성장세를 나타내고 있다. 따라서 향후 음식물류 폐기물의 재활용 방향이 정부 정책과 부합되는 혐기성 소화방법으로 전환되고 있음을 나타내고 있다. 전국 33개 공영 농산물 도매시장의 전체 거래량 중 서울가락시장, 서울강서시장, 대구시장, 부산엄궁시장, 구리시장이 각각 34.67, 7.47, 6.98, 5.41, 5.30% 차지하는 것으로 나타났다. 그리고 농산물 거래량 대비 평균 음식물류 폐기물 처리량은 2.65% 이었다. 특히, 2006년 농림수산식품부의 무 및 배추의 포장화 정책으로 서울가락시장의 음식물류 폐기물 처리량은 1/3으로 감소하였다. 전국 공영 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물 처리방법은 2010년 탈수가 56.3%, 원상반출이 33.7%, 탈수 후 건조가 10.0%로 탈수처리가 가장 높게 나타났다. 그러나 2013년 원상반출이 56.30%, 탈수 37.5%, 탈수 후 건조가 6.3%로 원상반출이 급증하였는데 이는 전체 거량이 가장 많은 서울 가락동시장이 원상반출 처리량이 증가하였기 때문이다. 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 수분함량(평균 88%)이 높고 염분함량(평균 0.02%)이 낮은 특성을 가지고 있다. 따라서 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 원상반출 및 탈수 보다는 탈수 후 건조가 처리능력을 향상 시킬 수 있는 것으로 판단된다. 그리고 탈수 후 건조된 음식물류 폐기물은 양질의 퇴비화 원료를 활용할 수 있기 때문에 농산물 도매시장의 음식물류 폐기물은 탈수 후 건조하여 퇴비화 방법으로 재활용사업화를 추진하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
근래 우리나라에는 음식물류 폐기물 등 유기성 폐기물과 관련하여 두 가지 주요한 정책이 추진되었다 하나는 1995 년에 전면 시행된 폐기물 종량제이고 또 하나는 폐기물관리법에 의한 유기성폐기물의 매립금지 조치이다. 이 두 정책의 시행으로 유기성폐기물의 발생원 감량과 퇴비화 및 사료화 등 재활용 기술의 발전이라는 긍정적인 효과를 거 두고 있으나 다른 한편으로는 법률적, 재활용의 하부구조, 기술적 측면에서 음식물류 폐기물 정책을 추진하는데 걸림돌로 작용하는 잠재된 문제점도 공존하고 있다. 본 연구에서는 음식물류 폐기물 자원화 정책의 문제점을 살펴보고 이에 대한 개선방안을 제시하고자 한다.
본 논문은 음식물류폐기물의 사료화 및 퇴비화 방법이 독성, 염분, 미숙성 등의 이유로 처리 여건이 어려운 데 대하여, 자체 처리열원으로 활용하여 경제성을 높이고 탈리액 처리 문제를 해결할 수 있는 방안을 제시한다. 2011년부터 유기성 폐기물이 해양투기가 금지됨에 따라 탈리액의 처리문제는 해결해야만 하는 문제로 제기되었으며, 2007년부터 시행되고 있는 함수율 95% 유지 조건은 새로운 처리비용의 증가로 이어졌다. 본 논문에서 제시하는 방법은 음식물류폐기물을 건조 후 자체 열원으로 사용하여 연료비를 획기적으로 줄이고, 탈리액 대신 경제적 효용가치가 있는 응축수를 만들어 해양투기에 의한 비용부담을 없애는 방법이며, 이전의 회분식 방법을 연속처리할 수 있도록 개량한 방법을 제시한다. 응축수는 액비로 사용가능하므로 완전 재활용이 가능하다.
본 논문은 가열된 폐식용유를 이용하여 음식물류폐기물에 포함된 수분을 증발시키고 고형성분을 익혀 사료, 퇴비 및 연료화 할 수 있는 장치를 소개한다. $200^{\circ}C$의 폐식용유에서 l분 이내에 완전 건조 처리되며 멸균을 시킬 수 있어 효과적이다. 열원은 소각로 열을 재활용할 경우 경제적이다. 탈리액의 해양투기가 금지될 경우 탈리액을 획기적으로 줄이는 대안이라 여겨진다.
본 연구에서는 음식물 쓰레기, 종이류 및 나무류 쓰레기, 음식물 폐수, 도축폐기물이 포함된 폐기물 발생량 분포지도를 국가 및 지역단위로 작성하였다. 환경부의 음식물류 폐기물, 종이류, 나무류, 음식물 폐수발생량, 도축폐기물 폐수발생량 등 폐기물통계자료를 수집하여 데이터베이스를 구축하고 GIS를 이용하여 발생원별 분포도를 작성하였다. 음식물류 폐기물 매립, 소각, 재활용 등의 자료를 이용하여 시군단위 음식물 폐기물 매립 및 재활용 분포도를 작성하였고, 나무류 및 종이류도 시군단위로 소각 및 재활용 분포도를 작성하였다. 음식물류 폐기물의 경우 시설지역 자료를 이용하여 공공시설과 민간시설로 나누어 폐수발생량 분포도를 작성하였다. 또한 도축 폐기물 폐수 발생량 분포도를 광역 시도단위로 작성하였는데 도축 돼지의 폐수 발생량은 경기도지역에서 특히 높게 나타났다. 이들 결과를 통해 폐기물 발생원별 분포도는 정책입안자, 농민, 일반인에게 폐기물자원에 대한 정보를 가시적으로 전달 할 수 있고, 친환경농업정책 추진과 바이오에너지 이용에 정책 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구는 음식물류폐기물을 활용한 퇴비의 안전한 농업적 활용을 위하여, 음식물류폐기물 활용 퇴비 등을 논에 장기간 시용하고 벼를 재배하면서 벼 생육에 미치는 영향 및 토양환경 변화를 조사하였다. 시험에 사용된 재료는 질소, 인산, 칼리의 함량이 각각 $24g\;kg^{-1}$,$8g\;kg^{-1}$, $10.4g\;kg^{-1}$인 돈분퇴비와 질소, 인산, 칼리의 함량이 각각 $20g\;kg^{-1}$, $20.1g\;kg^{-1}$,$6.5g\;kg^{-1}$인 음식물류폐기물 활용 퇴비로써 $2{\times}2{\times}2m$ 크기의 라이시미터에 화학비료의 질소 시용량과 동일하게 시용한 후 추정벼를 재배 실험하였다. 음식물류폐기물 활용 퇴비를 시용한 시험구의 벼 생육은 무비구 보다는 양호하였으나 화학비료구에 비해서는 대등하거나 수량이 감소하였다. 시험 후 토양의 성분 함량은 퇴비의 시용에 의해 유기물, 질소 및 인산의 함량이 증가하였으며, 특히 음식물류폐기물 활용 퇴비의 시용은 토양의 통기성을 크게 하였다. 퇴비의 시용에 따른 논토양 수질을 조사한 결과 표면수, 침투수, 지하수에서 화학비료구 또는 무비구에 비해 영향이 크지 않은 것으로 나타났다.
음식물류폐기물의 친환경적 처리를 위한 소재를 개발하기 위하여 지렁이로부터 유기물 분해 및 응집능을 갖는 기능성 미생물을 분리하였다. 분리된 균주 중 음식물류폐기물을 처리하는데 적합한 것으로 판단되는 균주를 최종 선별하여 JS-01균주로 명명하였으며 16s rDNA 염기서열분석에 의한 최종결과, Bacillus pumilus로 동정되었다. 0.5% Kaolin clay을 대상으로 JS-01균주의 응집능을 조사한 결과 응집을 위한 최적 생장조건은 MRS 액체배지에서 온도 $37^{\circ}C$ 및 pH 7.0으로 나타났다. 유기물분해능 중에서는 특히, 음식물류폐기물의 대표적 성분인 섬유소에 대한 분해능을 확인하였다. 따라서 JS-01균주는 음식물류폐기물의 친환경적 처리 및 재활용을 위한 미생물 소재 및 음식물 침출수의 효과적인 응집 처리를 위한 생체량 생성에 이용할 수 있을 것으로 사료된다.
음식물류 자원화 사업은 버려진 음식물 폐기물을 재가공하여 이를 자원으로 활용하는 사업으로 현재 정부와 민간, 그리고 지자체에서 적극적으로 추진하고 있는 사업이다. 그러나 음식물류 자원화 시설의 운영성과와 효율성은 제각각이며, 이에 대한 정확한 분석이 이루어지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 음식물 자원화 사업의 효율적이고 효과적인 수행에 필요한 기초자료를 제공하기 위하여 음식물 자원화 사업에 대하여 이론적으로 정리하고, 음식물 자원화 사업의 현황을 살펴보고자 한다. 이를 통하여 향후 음식물 자원화 사업의 추진에 필요한 음식물 자원화 시설의 효율성 평가를 위한 방법론을 제시하고자 한다.
음식물류폐기물의 에너지 잠재량은 2,206 천TOE 임에도 대부분 사료화와 퇴비화로 약 85.5%가 재활용 되고 있으며, 해당 시설에서 생산된 제품 중 사료화는 72%, 퇴비화는 61%가 무상판매되고 있다. 이에 본 연구는 음식물류폐기물을 반탄화 반응을 이용하여 연료화하고자 한다. 하지만 음식물류폐기물만 단독으로 연료화 할 경우 연료적 가치가 낮아짐을 예방하고자 하수슬러지를 일정 비율로 혼합하여 진행하였다. 음식물류폐기물과 하수슬러지의 혼합비율은 10:0, 8:2, 6:4, 5:5로 하였다. 실험 결과 혼합 비율에 상관없이 반응온도 $240^{\circ}C$이상에서 함수율 10% 이하로 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 고정탄소의 경우 반응온도가 높아질수록, 하수슬러지의 비율이 높아질수록 증가하였으며, 초기 1.1%에서 최대 약 36% 로(혼합비율 6:4, 반응온도 $270^{\circ}C$) 측정 되었으며, 발열량의 경우 반응온도 $240^{\circ}C$부터 고형연료제품기준인 3,000Kcal/Kg 이상에 만족하는 발열량을 나타내었으며, 초기시료보다 약 6배 정도 증가한 발열량을 얻을 수 있었다. Van krevelen Diagram이 Lignite 범위까지 이동하였으며, 슬러지 혼합비율이 높아질수록 높은 연료비와 5,500Kcal/kg 이하의 연소성지수를 얻을 수 있었다. 하수슬러지 혼합 비율이 높아질수록 발열량은 감소하지만, 고정탄소 함량 증가, 연료비 개선 등으로 음식물류폐기물만 단독 고형연료화 한 것 보다 연료로써의 품질이 좋아지는 것을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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