[논문]우리나라 음식물 쓰레기의 혐기성소화 가스 성분과 발열량 예측

장호남; 홍원희; 이태용; 장승택; 정창문; 박영숙

우리나라 음식물 쓰레기의 혐기성소화 가스 성분과 발열량 예측
Estimation of Sludge Gas Composition and Heating Value from Anaerobically Digested Korean Food Wastes 원문보기

우리나라에서 발생되는 음식물쓰레기는 연간 410만톤으로 이는 82만톤의 유기물에 해당한다. 이를 사료 혹은 퇴비로 사용하려는 노력은 최근 한계에 달하고 있어 본 연구에서는 혐기성 발효로 메탄을 생산하는 것을 고려하여 메탄함량, 총에너지 생산량 등을 산출 하였다. 음식물 쓰레기를 전부 혐기성으로 처리하면 호기성 방법 보다 연간 약 3,000억원의 이득이 있으며 이 때 생산되는 메탄량은 4.4억톤 $m^3$로 우리나라에서 연간 사용하는 총 도시가스 128억톤 $m^3$의 3.43%에 해당한다. 특히 주방에서 발생하는 음식물 쓰레기를 현장 처리하여 생기는 메탄은 주방용 도시가스의 28.9%에 해당하는 양이다.

The generation of food waste in Korea amounts to 4.10 million per year, which corresponds to 820,000 dry ton of organic waste. This has been used traditionally as animal feed or soil conditioner, but its efficacy has remained doubtful in recent years. In this study as an alternative we considered methane production by anaerobic treatment, which has an advantage of 200 million US dollars over aerobic methods. The production of methane amounts to $4.40{\times}10^8m^3$, 3.43% of $1.28{\times}10^8m^3$, total natural gas used in Korea. Furthermore the methane from household kitchen food waste amounts to 28.9% of the total gas used in the kitchen.

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문제 정의

본 연구에서는 음식물쓰레기가 다양한 성분으로 구성되어 있고 또 성분별 분해속도도 각각 달라 실험 결과를 기준으로 처리공정이 설계되고 있음을 감안하여 주성분이 CH4 와 C6로 구성된 슬러지 가스의 탄수화물, 지방, 단백질, 균체 등 원료별 가스 성분과 발열량을 이론적으로 분석 예측함으로서 고효율 처리공정을 개발하는 데 기초로 삼고자 한다.
본 연구에서는 음식물쓰레기가 다양한 성분으로 구성되어 있고 또 성분별 분해속도도 각각 달라 실험 결과를 기준으로 처리공정이 설계되고 있음을 감안하여 주성분이 CH4 와 C6로 구성된 슬러지 가스의 탄수화물, 지방, 단백질, 균체 등 원료별 가스 성분과 발열량을 이론적으로 분석 예측함으로서 고효율 처리공정을 개발하는 데 기초로 삼고자 한다.

제안 방법

다음 표 2에는 최철응 둥 1이이 대학식당 음식물쓰레기를 이용한 바이오 가스 실험결과를 분석한 분석식 과 최동원 11 이 KAIST식당 음식물 쓰레기의원소분석 결과식을 식(3)을 이용하여 메탄가스 함량과 바이오가스 발생량을 예측 비교하였다. 최철웅 둥 10과 박종응 둥 4 이 대구 경산지방의 음식물 쓰레기를 원소 분석한 결과는 C3.
다음 표 2에는 최철응 둥 1이이 대학식당 음식물쓰레기를 이용한 바이오 가스 실험결과를 분석한 분석식 과 최동원 11 이 KAIST식당 음식물 쓰레기의원소분석 결과식을 식(3)을 이용하여 메탄가스 함량과 바이오가스 발생량을 예측 비교하였다. 최철웅 둥 10과 박종응 둥 4 이 대구 경산지방의 음식물 쓰레기를 원소 분석한 결과는 C3.
우리나라에서 발생하는 음식물 쓰레기를 전량 완전 소멸형 혐기성 소화방식으로 처리할 경우와 호기성 방식으로 처리할 경우의 에너지 소모를 비교하였다. 하루에 발생하는 음식물 쓰레기양은 11,237톤/ 일로 365일 동안은 연간 4.
우리나라에서 발생하는 음식물 쓰레기를 전량 완전 소멸형 혐기성 소화방식으로 처리할 경우와 호기성 방식으로 처리할 경우의 에너지 소모를 비교하였다. 하루에 발생하는 음식물 쓰레기양은 11,237톤/ 일로 365일 동안은 연간 4.

성능/효과

3) "질소"는 암모니아 형태로 대부분 액상에 존재하며 "황은 H2S형태로 대부분 기상을 통하여 배출된다.
1) 음식물쓰레기의 메탄가스 함량과 바이오가스의 부피를 예측한 값은 메탄함량이 탄수화물이 50%인데 비해 단백질은 60.9%, 지방산은 71.8%로 나타났으며 수분을 포함한 바이오가스의 부피는 35°C 에서 탄수화물이 kg당 0.994m3, 단백질은 이의 1.46배, 지방산은 1.68배의 부피를 보여주었다.
1) 음식물쓰레기의 메탄가스 함량과 바이오가스의 부피를 예측한 값은 메탄함량이 탄수화물이 50%인데 비해 단백질은 60.9%, 지방산은 71.8%로 나타났으며 수분을 포함한 바이오가스의 부피는 35℃ 에서 탄수화물이 kg당 0.994m3, 단백질은 이의 1.46배, 지방산은 1.68배의 부피를 보여주었다.
2) 음식물쓰레기의 메탄함량 실험치와 예측치와의 비교는 성분에 있어서 많은 차이가 있음을 알 수있지만 원소분석을 통하여 메탄가스 함량은 57%와 60%의 근사한 값을 보였다. 하수슬럿지의 실험결과와 예측치 와의 비교는 실험결과의 메탄 함량이 많은 변화를 가졌으나 평균치와는 잘 일치하고 있었다.
2) 음식물쓰레기의 메탄함량 실험치와 예측치와의 비교는 성분에 있어서 많은 차이가 있음을 알 수있지만 원소분석을 통하여 메탄가스 함량은 57%와 60%의 근사한 값을 보였다. 하수슬럿지의 실험결과와 예측치 와의 비교는 실험결과의 메탄 함량이 많은 변화를 가졌으나 평균치와는 잘 일치하고 있었다.
4) 우리나라에서 발생되는 410만 톤의 음식물 쓰레기를 모두 호기성 처리하였을 때는 738억원에 해당하는 에너지비가 소요되고 반면 혐기성으로 처리하였을 경우는 모두 2215억원의 이득이 있어 2953억원의 차이가 있음을 알 수 있었다.
5) 90세대 아파트에 발생되는 음식물 쓰레기를 현장에 처리하였을 경우 발생되는 메탄가스 양은 월세대당 2.891詩이었으며 주방에서 뭘 사용되는 도시가스의 양은 lOn?로 가정하면 28.9%에 해당하는 양이다.
2) 음식물쓰레기의 메탄함량 실험치와 예측치와의 비교는 성분에 있어서 많은 차이가 있음을 알 수있지만 원소분석을 통하여 메탄가스 함량은 57%와 60%의 근사한 값을 보였다. 하수슬럿지의 실험결과와 예측치 와의 비교는 실험결과의 메탄 함량이 많은 변화를 가졌으나 평균치와는 잘 일치하고 있었다.

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