저품위 석탄의 원지반에서의 생물학적 메탄가스 생산에 관한 기초연구

왕페이,전지영,임학상,윤석표 유기성자원학회 2015 유기물자원화 Vol.23 No.4

In the present work, a basic study on the in-situ biogenic methane generation from low grade coal bed was conducted. Lignite from Indonesia was used as a sample feedstock. A series of BMP (Biochemical Methane Potential) tests were carried out under the different experimental conditions. Although nutrients and anaerobic digester sludge were added to the coal, the produced amount of methane was limited. Both temperature control and particle size reduction showed little effect on the increase of methane potential. When rice straw was added to lignite as an external carbon source, methane yield of 94.4∼110.4 mL/g VS was obtained after 60 days of BMP test. The calorific value of lignite after BMP test decreased (4.5∼12.1 %) as increasing the content of rice straw (12.5∼50 wt % of lignite), implying that anaerobic digestion of rice straw led to partial degradation of lignite. Therefore, rice straw could be used as an external carbon source for the start-up of in-situ biogas generation from low grade coal bed. 원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산을 위한 기초연구를 수행하였다. 인도네시아산 갈탄을 시료로 이용하였으며, 조건을 달리하여 BMP(Biochemical Methane Potential) 실험을 수행하였다. 갈탄에 영양물질과 혐기성 슬러지만 제공한 경우, 온도(23, 30 ℃)나 석탄의 입자크기는 메탄가스 생산에 영향을 주지 않았다. 이는 가용한 용해성 유기물질이 낮기 때문이다. 외부탄소원으로 볏짚을 갈탄에 첨가한 후 BMP 실험을 수행하였으며, 60일간의 BMP 실험 후 볏짚 첨가에 의한 메탄가스 발생량은 94.4∼110.4 mL/g VS이었다. BMP 실험 후 갈탄의 발열량은 볏짚 첨가량이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이는 볏짚의 혐기성 분해와 함께 갈탄의 분해가 이루어졌음을 의미한다. 따라서 원지반에서의 저품위 석탄층의 생물학적 메탄 생산의 초기 운전 시에 볏짚을 탄소원으로 사용할 수 있다.

목표불확도에 따른 BMP test의 표본 수 산정

정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

우리나라는 2010년 ‘저탄소 녹성생장 기본법’의 제정을 통해 적극적으로 기후변화에 대응하고 있다. 또한 올해 3월 ‘온실가스 배출권의 할당 및 거래에 관한 법률’이 제정됨에 따라 온실가스 인벤토리 신뢰도 제고의 필요성이 제기되었다. 고형폐기물 매립은 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서 정하고 있는 주요배출원으로 폐기물 부문에서 가장 높은 온실가스 배출 비중을 가지고 있다. 폐기물 매립지에서 배출되는 메탄의 양을 계산하기 위해 IPCC의 모델을 사용하고 있으며, 이 모델은 다양한 배출계수로 구성되어 있다. 그 중 DOCF는 실제 폐기물매립지에서 혐기상태로 생분해되는 유기물의 비율을 의미한다. DOCF의 개발은 크게 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 시료의 유기물함량을 측정하여, 최대 메탄발생량을 계산하는 것이다. 두 번째 단계는 시료를 혐기 분해시켜 메탄발생량을 측정하는 것이다. 메탄발생량을 측정하기 위한 실험방법으로 크게 회분식 실험, 라이시미터 실험, test cell로 구분할 수 있다. 회분식 실험은 매립지 환경의 모사도가 떨어진다는 단점이 있지만, 시간과 비용 측면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 회분식 실험 중 BMP(Biochemical Methane Potential) test가 가장 널리 활용되고 있으며, 표준 시험방법으로 ISO 11734(2008), OECD 311(2006) 등이 있다. 또한 Shelton과 Tiedje(1984)의 방법도 널리 활용되고 있다. 이들 시험 방법 중 표본의 수를 규정하고 있는 것은 ISO 11734 뿐이며, 최소 시료의 수를 3개로 정하고 있다. 본 연구에서는 DOCF의 개발 과정에서 활용될 수 있는 BMP test가 목표불확도를 달성하기 위한 표본의 수를 제시하였다. 국내 53개의 BMP test결과를 수집하여, 이들의 상대표준오차(변동계수)의 분포를 구하였다. 그 결과, BMP test 결과의 상대표준오차가 lognormal 분포(σ=0.896, μ=-3.151)에 가까운 것을 알 수 있었다. 이 분포의 중간값을 이용하여 목표불확도에 따른 최소 시료의 수를 계산한 결과, 불확도 7.5% 수준은 3개, 5%수준은 5개, 2.5% 수준은 20개의 시료 수가 필요한 것으로 나타났다.

특별세션 2 : 폐자원에너지화 특성화 대학원사업 성과발표회 <학술논문 포스터 발표> ; PO23 : 목표불확도에 따른 BMP test의 표본 수 산정

정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2013 No.4

우리나라는 2010년 ‘저탄소 녹성생장 기본법’의 제정을 통해 적극적으로 기후변화에 대응하고 있다. 또한 올해 3월 ‘온실가스 배출권의 할당 및 거래에 관한 법률’이 제정됨에 따라 온실가스 인벤토리 신뢰도 제고의 필요성이 제기되었다. 고형폐기물 매립은 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서 정하고 있는 주요배출원으로 폐기물 부문에서 가장 높은 온실가스 배출 비중을 가지고 있다. 폐기물 매립지에서 배출되는 메탄의 양을 계산하기 위해 IPCC의 모델을 사용하고 있으며, 이 모델은 다양한 배출계수로 구성되어 있다. 그 중 DOCF는 실제 폐기물매립지에서 혐기상태로 생분해되는 유기물의 비율을 의미한다. DOCF의 개발은 크게 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 시료의 유기물함량을 측정하여, 최대 메탄 발생량을 계산하는 것이다. 두 번째 단계는 시료를 혐기 분해시켜 메탄발생량을 측정하는 것이다. 메탄발생량을 측정하기 위한 실험방법으로 크게 회분식 실험, 라이시미터 실험, test cell로 구분할 수 있다. 회분식 실험은 매립지 환경의 모사도가 떨어진다는 단점이 있지만, 시간과 비용 측면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 회분식 실험 중 BMP(Biochemical Methane Potential) test가 가장 널리 활용되고 있으며, 표준 시험방법으로 ISO 11734(2008), OECD 311(2006) 등이 있다. 또한 Shelton과 Tiedje(1984)의 방법도 널리 활용되고 있다. 이들 시험 방법 중 표본의 수를 규정하고 있는 것은 ISO 11734 뿐이며, 최소 시료의 수를 3개로 정하고 있다. 본 연구에서는 DOCF의 개발 과정에서 활용될 수 있는 BMP test가 목표불확도를 달성하기 위한 표본의 수를 제시하였다. 국내 53개의 BMP test결과를 수집하여, 이들의 상대표준오차(변동계수)의 분포를 구하였다. 그 결과, BMP test 결과의 상대표준오차가 lognormal 분포(σ=0.896, μ=-3.151)에 가까운 것을 알 수 있었다. 이 분포의 중간값을 이용하여 목표불확도에 따른 최소 시료의 수를 계산한 결과, 불확도 7.5% 수준은 3개, 5%수준은 5개, 2.5% 수준은 20개의 시료 수가 필요한 것으로 나타났다.

G-07 : 목표불확도에 따른 BMP test의 표본 수 산정

정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

우리나라는 2010년 ‘저탄소 녹성생장 기본법’의 제정을 통해 적극적으로 기후변화에 대응하고 있다. 또한 올해 3월 ‘온실가스 배출권의 할당 및 거래에 관한 법률’이 제정됨에 따라 온실가스 인벤토리 신뢰도 제고의 필요성이 제기되었다. 고형폐기물 매립은 Intergovernmental Panel on Climate Change(IPCC)에서 정하고 있는 주요배출원으로 폐기물 부문에서 가장 높은 온실가스 배출 비중을 가지고 있다. 폐기물 매립지에서 배출되는 메탄의 양을 계산하기 위해 IPCC의 모델을 사용하고 있으며, 이 모델은 다양한 배출계수로 구성되어 있다. 그 중 DOCF는 실제 폐기물매립지에서 혐기상태로 생분해되는 유기물의 비율을 의미한다. DOCF의 개발은 크게 두 단계로 이루어진다. 첫 번째 단계는 시료의 유기물함량을 측정하여, 최대 메탄 발생량을 계산하는 것이다. 두 번째 단계는 시료를 혐기 분해시켜 메탄발생량을 측정하는 것이다. 메탄발생량을 측정하기 위한 실험방법으로 크게 회분식 실험, 라이시미터 실험, test cell로 구분할 수 있다. 회분식 실험은 매립지 환경의 모사도가 떨어진다는 단점이 있지만, 시간과 비용 측면에서 매우 큰 장점을 가지고 있다. 회분식 실험 중 BMP(Biochemical Methane Potential) test가 가장 널리 활용되고 있으며, 표준 시험방법으로 ISO 11734(2008), OECD 311(2006) 등이 있다. 또한 Shelton과 Tiedje(1984)의 방법도 널리 활용되고 있다. 이들 시험 방법 중 표본의 수를 규정하고 있는 것은 ISO 11734 뿐이며, 최소 시료의 수를 3개로 정하고 있다. 본 연구에서는 DOCF의 개발 과정에서 활용될 수 있는 BMP test가 목표불확도를 달성하기 위한 표본의 수를 제시하였다. 국내 53개의 BMP test결과를 수집하여, 이들의 상대표준오차(변동계수)의 분포를 구하였다. 그 결과, BMP test 결과의 상대표준오차가 lognormal 분포(σ=0.896, μ=-3.151)에 가까운 것을 알 수 있었다. 이 분포의 중간값을 이용하여 목표불확도에 따른 최소 시료의 수를 계산한 결과, 불확도 7.5% 수준은 3개, 5%수준은 5개, 2.5% 수준은 20개의 시료 수가 필요한 것으로 나타났다.

BMP(Biochemical Methane Potential) test를 통한 도심하천 퇴적물의 최종메탄발생수율 및 생분해도 산정

송재홍(Song Jaehong),김석구(Kim Seogku),이준기(Lee Junki),고태훈(Koh Taehoon),이태윤(Lee Taeyoon) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.2

본 연구는 부산시에 위치한 하천퇴적물에 대한 현재의 오염상태와 혐기성 상태에서의 잠재메탄발생량을 평가하기 위해 실시하였다. 먼저 부산시 하천중 총 5곳을 선정하였고 대상하천의 퇴적물을 채집하였다. 그리고 퇴적물특성을 알아보기 위해 퇴적물의 화학적산소요구량, 강열감량, 총 유기탄소에 대해서 분석을 실시하였고 그 결과 각각 15.20∼75.07㎎ g<SUP>-1</SUP>, 2.34∼11.54%, 1.28∼34.21%로 나타났다. 또한 실험실규모의 BMP Test를 실시하였고 그 결과 pH가 약간 증가하다가 약 7.11∼7.35에서 평형을 이루었으며, C/N, 최종메탄 및 이산화탄소수율 그리고 생분해도는 각각 1.05∼10.27, 10.1∼179.4, 10.3∼34.4, 4.0∼30.1을 나타내었다. 그리고 최종메탄수율과 C/N비, 최종이산화탄소수율, COD, 강열감량, 총유기탄소와의 상관관계를 알아보기 위해 선형모델에 최소자승법을 적용해 평가하였고 그 결과, COD(r²=0.7586)와 강열감량(r²=0.7876)을 제외한 나머지 모든 항목에서 최종메탄수율과 높은 상관관계를 띔을 알 수 있었다(r²=0.9795∼0.9858). 따라서 C/N 또는 TOC 분석결과를 통해 메탄발생수율을 예측 가능할 것으로 판단된다. The main objective of this study was to offer informations about the current conditions of stream sediments and to evaluate biochemical methane potentials of stream sediments from the urban streams in Busan city using conventional BMP tests. First we select total 5 urban streams and collect sediment samples. Then, COD, proximate analysis, volatile solid, organic carbon content and elemental analysis were conducted to determine characteristics of the sediments. Results show that COD, volatile solid and organic carbon content are determined in the range of 15.20∼75.07 ㎎ g<SUP>-1</SUP>, 2.34∼11.54% and 1.28∼34.21%, respectively. Also, several biochemical methane potential tests were performed in a laboratory. As a result, pH values of the reactors generally increased and then stabilized at 7.11∼7.35. In addition, C/N ratio, ultimate methane and carbon dioxide yield (mL/g VS) and biodegradability (%) were determined to 1.05∼10.27, 10.1∼179.4, 10.3∼34.4 and 4.0∼30.1, respectively. For the determination of the correlations between ultimate methane yield and ultimate carbon dioxide yield, C/N ratio, COD, volatile solid and organic carbon content, a linear model was fitted to the data using a least-squares algorithm. As a result, except for COD (r²=0.7586) and volatile solid (r²=0.7876), Linear model was well fitted to each data with good values of the correlation coefficient (r²=0.9795∼0.9858). Finally, we propose empirical equations, which contain C/N ratio or TOC, for the prediction of ultimate methane yield for the urban streams in Busan city.

BMP test를 통한 사업장 폐기물 생분해도 평가

김란희 ( Ran-hui Kim ),정민정 ( Min-jung Jung ),김상민 ( Sang-min Kim ),고준혁 ( Jun-hyeok Ko ),박상흠 ( Sang-heum Park ),박진규 ( Jin-kyu Park ),이남훈 ( Nam-hoon Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

전국 폐기물 발생은 2018년 기준 생활계폐기물 56천톤/일, 사업장배출시설계 폐기물 168천톤/일, 건설폐기물 206천톤/일, 지정폐기물 15천톤/일이 발생되고 있다. 이중 사업장배출시설계 폐기물은 생활계폐기물보다 발생량이 3배 더 많고 매립처분 비율은 13%로 나타나 있어 상당량의 매립가스가 발생될 것으로 예상된다. 그러나 지금까지 생활계폐기물에 대한 혐기성 분해 특성에 대해 연구가 많이 이루어졌음에도 불구하고 사업장배출시설계 폐기물에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구에서는 사업장배출시설계 폐기물의 혐기성 분해 특성에 관한 기초연구로 사업장배출시설계 폐기물 종류별 혐기성 생분해도 특성을 평가하고자 하였으며, 해당 폐기물의 생분해도를 평가하기 위해 원소분석을 통한 이론적 메탄발생량 산정과 BMP(Biochemical Methane Potential) test를 진행하였다. 「전국 폐기물 발생 및 처리현황」에서는 사업장 배출시설계 폐기물 종류로 산업오니류, 폐섬유, 가정오니류, 기타가연분, 폐피혁, 동식물성잔재물, 폐식용유의 7종류로 구분하고 있으며, 본 연구에서는 원소분석이 불가한 액상의 폐식용유를 제외한 6종류를 대상으로 실험을 진행하였다. 폐기물 조성 내에서도 종류가 다양한 산업오니류는 오니 발생량이 많은 염색폐수오니, 식음료폐수오니, 화학폐수오니를 대상으로 하였으며, 가정오니류는 소화된 하수처리오니, 비소화된 하수처리오니, 정수처리오니, 공정오니로 세분화하여 실험을 진행하였다. 동식물성잔재물은 동물성 잔재물과 식물성 잔재물로 세분화하였으며, 폐피혁은 가공 전과 가공 후로 구분하였다. 폐섬유는 방진복, 작업복, 면장갑으로 구분하여 실험하였다. 실험은 각 시료별로 원소분석과 BMP test를 진행하였으며, 2회 반복 분석하였다. 시료별 생분해도 평가 결과에서는 식물성 잔재물이 34.3%로 가장 높게 나타났으며, 화학폐수오니가 1.0%로 가장 낮게 나타났다. 정수처리오니의 경우 원소분석결과 탄소함량이 4%로 매우 낮았으며, 이론적 메탄발생량은 음의 값(-87 ml-CH₄/g-VS)을 나타내어 탄소함량이 매우 낮은 시료에 대해서는 생분해도 평가방법의 한계를 나타내었다. 6종류에 대한 폐기물 성상별 생분해도 평가 결과에서는 기타가연분 21.15%로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 동식물성잔재물 18.45%, 가정오니 7.7%, 폐피혁 5.87%, 산업오니2.85%, 폐섬유 1.53%순으로 나타났다.

개량형 단상 혐기성 소화공정에서의 혼합슬러지를 이용한 바이오가스 생산효율 증대방안 연구

정종철(Jong-Cheal Jung),정진도(Jln-Do Chung),김산(San Kim) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.6

본 연구는 유기성폐기물의 혼합슬러지를 개량형 단상 혐기성 소화공정에서 각각의 혼합비율에 따른 바이오가스 생산효율 향상에 관한 연구로, 연구에 사용된 유기성폐기물의 종류는 하수 생슬러지, 음폐수 및 가축분뇨이다. BMP test를 통해 잠재적 메탄발생량을 확인한 결과 단일시료의 경우 가축분뇨가 1.55㎥CH₄/kgVS로 가장 높게 평가되었고, 혼합시료(생 슬러지, 음폐수, 가축분뇨)의 경우는 각각의 비율을 50%: 30% :20%로 하였을 때 0.43㎥CH₄/kgVS로 가장 높게 나타났다. 반면 실증플랜트에서 혼합슬러지 최적 혼합비율은 생슬러지(68.5) : 음폐수(18.0) : 가축분뇨(13.5)로 나타나 BMP test와 다소 상이한 결과를 보였다. 이는 혼합슬러지 성상변화와 체류시간 등 소화조 운전조건 변화에 기인한 결과로 판단되며, 단상 혐기성 소화조의 바이오가스 생산량이 2,514㎥/d, 메탄함량 62.8%로 조사되어 설계능력인 바이오가스 생산량 2,319㎥/d 기 준으로 볼 때 최대성능을 발휘하는 것으로 평가되었다. 아울러 본 연구를 통해 혐기성 소화방식에 있어 소화조의 안정적인 운영과 소화효율 측면에서 고효율 방식인 2상 소화방식을 도입하는 것이 유리하나 기존의 단상 소화방식에 있어서도 소화 효율 개선 및 성능향상이 가능하다는 것을 알 수 있었다. In this study, we attempted to improve the biogas production efficiency by varying the mixing ratio of the mixed sludge of organic wastes in the improved single-phase anaerobic digestion process. The types of organic waste used in this study were raw sewage sludge, food wastewater leachate and livestock excretions. The biomethane potential was determined through the BMP test. The results showed that the biomethane potential of the livestock excretions was the highest at 1.55 ㎥CH₄/kgVS, and that the highest value of the composite sample, containing primary sludge, food waste leachate and livestock excretions at proportions of 50%, 30% and 20% respectively) was 0.43 ㎥CH₄/kgVS. On the other hand, the optimal mixture ratio of composite sludge in the demonstration plant was 68.5 (raw sludge) : 18.0 (food waste leachate) : 13.5 (livestock excretions), which was a somewhat different result from that obtained in the BMP test. This difference was attributed to the changes in the composite sludge properties and digester operating conditions, such as the retention time. The amount of biogas produced in the single-phase anaerobic digestion process was 2,514㎥/d with a methane content of 62.8%. Considering the value of 2,319㎥/d of biogas produced as its design capacity, it was considered that this process demonstrated the maximum capacity. Also, through this study, it was shown that, in the case of the anaerobic digestion process, the two-phase digestion process is better in terms of its stable tank operation and high efficiency, whereas the existing single-phase digestion process allows for the improvement of the digestion efficiency and performance.

TOC ・생분해도 값을 통한 음식물류, 목재류 폐기물의 DOC ・DOCf 산정

이창민,정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

국내 온실가스 배출 부문별 배출량을 정리한 국가온실가스 인벤토리 보고서(National greenhouse gas Inventory Report of Korea, NIR)은 2010년 이래로 매년 환경부에 의해 발간되고 있다. 현재 폐기물 부문의 표준 배출량 산정은 2006 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Guideline을 통해 이루어지고 있으나, 폐기물의 조성, 성상과 같은 국내 폐기물의 고유 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 또한 이를 극복하기 위한 국가고유배출계수의 개발과 그 산정방식에 관한 연구는 미진하다. 따라서 본 연구는 폐기물 매립분야 국가 고유배출계수 중 하나인 생물학적으로 분해 가능한 유기탄소의 양을 나타내는 계수(Degradable Organic Carbon (DOC) × Fraction of Degradable Organic Carbon (DOCf))를 산정하기 위해 수행되었다. 매립된 폐기물을 통해 발생 가능한 메탄의 양을 계산하는 과정에서 두 값은 곱의 형태로 사용된다. DOC의 산정에는 삼성분 분석, TOC 측정 등의 방법이 있고, DOCf의 산정에는 물질수지에 기초한 양론식, Lysimeter test, Biochemical Methane Potential (BMP) test 등의 방법이 가능하다. 이 연구에서 DOC는 Total Organic Carbon (TOC)로, DOCf는 BMP test를 통해 구한 생분해도로 산정하였다. BMP test는 250 mL serum bottle에 기질, 영양배지 (90 mL), 혐기성 미생물 식종 슬러지 (10 mL)를 주입하여 35℃에서 Duplicate로 수행되었다. 기질로서 음식물류 폐기물은 환경부 고시 제 2012-203호에 제시된 음식물 찌꺼기 표준시료(쌀밥, 배추, 감자, 양파, 무, 사과, 귤, 돼지고기, 고등어)를 선정하였다. 목재류 폐기물로는 매립 목재의 99%를 차지하는 생활폐기물 내 소형폐목재로 한정하여 나무젓가락, 이쑤시개, 낙엽을 사용하였다. 접종물은 서울 D-환경자원센터에서 반출한 혐기소화조 슬러지를 사용하였고, 영양배지는 Shelton & Tiedje (1984)에 의해 제시된 조성에 따라 제조하였다. DOC는 폐기물의 유기탄소량을 의미하므로, TOC 분석결과를 사용하였다. 발생한 가스와 이론적으로 발생 가능한 가스의 비율을 통해 생분해도를 계산할 수 있으며 이를 DOCf 값으로 사용하였다. TOC 분석결과와 생분해도를 곱하여 DOC × DOCf를 나타내었고, 이를 IPCC 기본값과 비교하였다.그 결과, 음식물류 폐기물에서 쌀밥 0.38 ± 0.06, 배추 0.23 ± 0.03, 감자 0.30 ± 0.03, 양파 0.28 ± 0.04, 무 0.25 ± 0.13, 사과 0.30 ± 0.14, 귤 0.23 ± 0.11, 돼지고기 0.40 ± 0.07, 고등어 0.43 ± 0.11의 DOC × DOCf 값을 확인하였다. 목재류 폐기물에서는 나무젓가락 0.28 ± 0.00, 이쑤시개 0.25 ± 0.02, 낙엽 0.23 ± 0.07의 값을 구하였다. IPCC 기본 값으로 제시된 음식물류와 목재류의 DOC × DOCf의 값은 각각 0.19, 0.25로 음식물류 폐기물의 경우 표준배출계수를 상회하는 값을, 목재류 폐기물은 기본 값과 근접한 결과를 나타내었다. 이는 국내폐기물의 성상, 조성을 반영할 경우 IPCC 배출계수로 제시된 DOC × DOCf 값이 달라짐을 의미한다. 따라서 각 부문별 국내 특성을 반영한 온실가스 국가고유배출계수의 확립을 통해 온실가스 배출의 올바른 산정이 수행되어야 할 것이다.

TOC·생분해도 값을 통한 음식물류, 목재류 폐기물의 DOC·DOC_f 산정

이창민,정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 심포지움 Vol.2016 No.2

국내 온실가스 배출 부문별 배출량을 정리한 국가온실가스 인벤토리 보고서(National greenhouse gas Inventory Report of Korea, NIR)은 2010년 이래로 매년 환경부에 의해 발간되고 있다. 현재 폐기물 부문의 표준 배출량 산정은 2006 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Guideline을 통해 이루어지고 있으나, 폐기물의 조성, 성상과 같은 국내 폐기물의 고유 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 또한 이를 극복하기 위한 국가고유배출계수의 개발과 그 산정방식에 관한 연구는 미진하다. 따라서 본 연구는 폐기물 매립분야 국가고유배출계수 중 하나인 생물학적으로 분해 가능한 유기탄소의 양을 나타내는 계수(Degradable Organic Carbon (DOC) × Fraction of Degradable Organic Carbon (DOCf))를 산정하기 위해 수행되었다. 매립된 폐기물을 통해 발생 가능한 메탄의 양을 계산하는 과정에서 두 값은 곱의 형태로 사용된다. DOC의 산정에는 삼성분 분석, TOC 측정 등의 방법이 있고, DOCf의 산정에는 물질수지에 기초한 양론식, Lysimeter test, Biochemical Methane Potential (BMP) test 등의 방법이 가능하다. 이 연구에서 DOC는 Total Organic Carbon (TOC)로, DOC_f는 BMP test를 통해 구한 생분해도로 산정하였다. BMP test는 250 mL serum bottle에 기질, 영양배지 (90 mL), 혐기성 미생물 식종 슬러지 (10 mL)를 주입하여 35℃에서 Duplicate로 수행되었다. 기질로서 음식물류 폐기물은 환경부 고시 제 2012-203호에 제시된 음식물 찌꺼기 표준시료(쌀밥, 배추, 감자, 양파, 무, 사과, 귤, 돼지고기, 고등어)를 선정하였다. 목재류 폐기물로는 매립 목재의 99%를 차지하는 생활폐기물 내 소형폐목재로 한정하여 나무젓가락, 이쑤시개, 낙엽을 사용하였다. 접종물은 서울 D-환경자원센터에서 반출한 혐기소화조 슬러지를 사용하였고, 영양배지는 Shelton & Tiedje (1984)에 의해 제시된 조성에 따라 제조하였다. DOC는 폐기물의 유기탄소량을 의미하므로, TOC 분석결과를 사용하였다. 발생한 가스와 이론적으로 발생 가능한 가스의 비율을 통해 생분해도를 계산할 수 있으며 이를 DOC_f 값으로 사용하였다. TOC 분석결과와 생분해도를 곱하여 DOC × DOC_f를 나타내었고, 이를 IPCC 기본값과 비교하였다. 그 결과, 음식물류 폐기물에서 쌀밥 0.38 ± 0.06, 배추 0.23 ± 0.03, 감자 0.30 ± 0.03, 양파 0.28 ± 0.04, 무 0.25 ± 0.13, 사과 0.30 ± 0.14, 귤 0.23 ± 0.11, 돼지고기 0.40 ± 0.07, 고등어 0.43 ± 0.11의 DOC × DOC_f 값을 확인하였다. 목재류 폐기물에서는 나무젓가락 0.28 ± 0.00, 이쑤시개 0.25 ± 0.02, 낙엽 0.23 ± 0.07의 값을 구하였다. IPCC 기본 값으로 제시된 음식물류와 목재류의 DOC × DOC_f의 값은 각각 0.19, 0.25로 음식물류폐기물의 경우 표준배출계수를 상회하는 값을, 목재류 폐기물은 기본 값과 근접한 결과를 나타내었다. 이는 국내폐기물의 성상, 조성을 반영할 경우 IPCC 배출계수로 제시된 DOC × DOC_f 값이 달라짐을 의미한다. 따라서 각 부문별 국내 특성을 반영한 온실가스 국가고유배출계수의 확립을 통해 온실가스 배출의 올바른 산정이 수행되어야 할 것이다.

TOC·생분해도 값을 통한 음식물류, 목재류 폐기물의 DOC·DOCf 산정

이창민,정상재,김재영 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

국내 온실가스 배출 부문별 배출량을 정리한 국가온실가스 인벤토리 보고서(National greenhouse gas Inventory Report of Korea, NIR)은 2010년 이래로 매년 환경부에 의해 발간되고 있다. 현재 폐기물 부문의 표준 배출량 산정은 2006 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Guideline을 통해 이루어지고 있으나, 폐기물의 조성, 성상과 같은 국내 폐기물의 고유 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다. 또한 이를 극복하기 위한 국가고유배출계수의 개발과 그 산정방식에 관한 연구는 미진하다. 따라서 본 연구는 폐기물 매립분야 국가고유배출계수 중 하나인 생물학적으로 분해 가능한 유기탄소의 양을 나타내는 계수(Degradable Organic Carbon (DOC) × Fraction of Degradable Organic Carbon (DOC_f))를 산정하기 위해 수행되었다. 매립된 폐기물을 통해 발생 가능한 메탄의 양을 계산하는 과정에서 두 값은 곱의 형태로 사용된다. DOC의 산정에는 삼성분 분석, TOC 측정 등의 방법이 있고, DOC_f의 산정에는 물질수지에 기초한 양론식, Lysimeter test, Biochemical Methane Potential (BMP) test 등의 방법이 가능하다. 이 연구에서 DOC는 Total Organic Carbon (TOC)로, DOC_f는 BMP test를 통해 구한 생분해도로 산정하였다. BMP test는 250 mL serum bottle에 기질, 영양배지 (90 mL), 혐기성 미생물 식종 슬러지 (10 mL)를 주입하여 35℃에서 Duplicate로 수행되었다. 기질로서 음식물류 폐기물은 환경부 고시 제 2012-203호에 제시된 음식물 찌꺼기 표준시료(쌀밥, 배추, 감자, 양파, 무, 사과, 귤, 돼지고기, 고등어)를 선정하였다. 목재류 폐기물로는 매립 목재의 99%를 차지하는 생활폐기물 내 소형폐목재로 한정하여 나무젓가락, 이쑤시개, 낙엽을 사용하였다. 접종물은 서울 D-환경자원센터에서 반출한 혐기소화조 슬러지를 사용하였고, 영양배지는 Shelton & Tiedje (1984)에 의해 제시된 조성에 따라 제조하였다. DOC는 폐기물의 유기탄소량을 의미하므로, TOC 분석결과를 사용하였다. 발생한 가스와 이론적으로 발생 가능한 가스의 비율을 통해 생분해도를 계산할 수 있으며 이를 DOC_f 값으로 사용하였다. TOC 분석결과와 생분해도를 곱하여 DOC × DOC_f를 나타내었고, 이를 IPCC 기본값과 비교하였다. 그 결과, 음식물류 폐기물에서 쌀밥 0.38 ± 0.06, 배추 0.23 ± 0.03, 감자 0.30 ± 0.03, 양파 0.28 ± 0.04, 무 0.25 ± 0.13, 사과 0.30 ± 0.14, 귤 0.23 ± 0.11, 돼지고기 0.40 ± 0.07, 고등어 0.43 ± 0.11의 DOC × DOCf 값을 확인하였다. 목재류 폐기물에서는 나무젓가락 0.28 ± 0.00, 이쑤시개 0.25 ± 0.02, 낙엽 0.23 ± 0.07의 값을 구하였다. IPCC 기본 값으로 제시된 음식물류와 목재류의 DOC × DOC_f의 값은 각각 0.19, 0.25로 음식물류 폐기물의 경우 표준배출계수를 상회하는 값을, 목재류 폐기물은 기본 값과 근접한 결과를 나타내었다. 이는 국내폐기물의 성상, 조성을 반영할 경우 IPCC 배출계수로 제시된 DOC × DOC_f 값이 달라짐을 의미한다. 따라서 각 부문별 국내 특성을 반영한 온실가스 국가고유배출계수의 확립을 통해 온실가스 배출의 올바른 산정이 수행되어야 할 것이다.