제출문 환경부장관귀하 본보고서를 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별 최적모델및설치 운영지침서개발연구 용역최종보고서로제출 합니다 년 11 월 환경관리공단이사장 연구책임자 : 이종연팀장 ( 환경관리공단 ) 연구참여자 : 김상중차장 ( 환경관리공단 ) 오승

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1 발간등록번호 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구최종보고서 환경부

2 제출문 환경부장관귀하 본보고서를 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별 최적모델및설치 운영지침서개발연구 용역최종보고서로제출 합니다 년 11 월 환경관리공단이사장 연구책임자 : 이종연팀장 ( 환경관리공단 ) 연구참여자 : 김상중차장 ( 환경관리공단 ) 오승환과장 ( 환경관리공단 ) 박홍조과장 ( 환경관리공단 ) 김필균계장 ( 환경관리공단 ) 강석재계장 ( 환경관리공단 )

3 목 차 제1장서론 1 1. 연구배경및목적 1 2. 연구주요내용및범위 2 가. 주요연구내용 2 나. 연구범위 2 3. 연구의기대효과 3 제2장폐기물발생및처리현황 4 1. 음식물류폐기물발생및처리현황 4 가. 전국음식물류폐기물발생및처리현황 4 나. 시 도별음식물류폐기물발생및처리현황 7 다. 음식물류폐기물처리시설현황 음폐수발생및처리현황 27 가. 연도별음폐수발생및처리현황 27 나. 전국음폐수발생및처리현황 30 다. 처리유형별음폐수발생및처리현황 음식물류폐기물및음폐수발생향후전망 40 가. 음폐수발생량예측방법검토 40 나. 음폐수발생량예측방법선정 40 다. 음식물류폐기물및음폐수장래발생량예측 자원화기술현황분석 43 가. 음식물류폐기물자원화기술 43 나. 음폐수자원화기술 59 다. 음폐수발생슬러지, 폐액, 악취처리기술 80 제3장국내 외에너지화기술및운영사례분석 국내 외기술개발현황 116 가. 국외기술개발현황 116 나. 국내기술개발현황 국내 외기술및운영사례 125 가. 음식물류폐기물에너지화운영사례 125 나. 음폐수에너지화운영사례 139

4 3. 음폐수에너지화연구자료검토 143 가. 음폐수성상분석 143 나. 음폐수단독및병합처리타당성검증 147 다. 연구자료결론 149 라. 음폐수에너지화경제성분석 150 제4장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) 국내적용가능한에너지화최적기술 153 가. 시설규모, 형태별최적모델 153 나. 처리방식별최적모델 157 다. 바이오가스품질기준 177 라. 공정개선방향 최적모델적용을위한주변여건및요건 기존처리방식과최적모델의비교 분석 국내법규및제도적개선사항 184 가. 폐기물관리정책전환및제도개선을통한에너지화유도 촉진 184 나. 광역화시설주변주민지원대책수립 184 다. 설치요건완화 185 라. 음폐수폐액연계처리기준완화 185 제5장최적모델별설치 운영 관리방안 목적 적용범위 제안되는최적모델의적용입지요건 처리시설설치단계별추진및고려사항 188 가. 계획단계 (Planning) 188 나. 설계단계 (Designing) 189 다. 계약단계 (Contract) 189 라. 시공단계 (Construction) 189 마. 운영 유지관리단계 (Operation & Maintenance) 주요시설의운영 관리방안 190 가. 음식물류폐기물및음폐수운반관리 190 나. 전처리 191 다. 에너지화시설 191 라. 잔재물처리시설 192 마. 폐액처리시설 192

5 바. 악취제거시설 주요기술및공정에대한원리및설명 193 가. 반입공급설비 193 나. 전처리시설 194 다. 에너지화시설 195 라. 잔재물처리공정 195 마. 폐액처리공정 195 바. 악취처리공정 최적모델의운전요건및성능보장치 196 가. 운전요건 196 나. 성능보장치 197 제6장바이오가스최적활용방안및수요확대방안 고부가가치연료생산을통한안정적수요확충 활성화를위한인센티브방안 199 가. 생산단계에서의방안 199 나. 소비단계에서의방안 지역여건을고려한다양한활용방안강구 생산시설의집단화 대형화로경제성제고및수요창출 관련법령및제도적인사항 207 가. ' 수도권대기환경개선에관한특별법 ' 과연관된자동차연료범위확대 207 나. 바이오가스의도시가스배관망연계를위한제도적지원필요 208 제7장시범사업추진방안 ( 안 ) 기존운영중인음식물관련에너지화시설운영최적화방안 시범사업대상시설선정 210 가. 시범사업대상시설고려사항 210 나. 시 도별음폐수육상처리및에너지화추진현황 211 다. 대상지역선정 ( 안 ) 사업추진방식 213 가. 도급계약방식 213 나. 일괄입찰방식 213 다. 민간투자방식 213 라. 효율성제고방식 213 마. 건설기술공모방식 214 바. 사업추진방식검토결과 214

6 제8장사업활성화를위한제도적사항및사업추진방안 ( 재정 / 민투 ) 사업활성화를위한제도적사항 사업추진방식검토및선정 217 가. 검토목적 217 나. 장단점비교 217 다. 사업추진방식선정 218 제 9 장요약문 219

7 < 표목차 > < 표 2.1-1> 연도별생활폐기물및음식물폐기물발생현황 5 < 표 2.1-2> 연도별음식물폐기물처리현황 6 < 표 2.1-3> 전국시 도별음식물류폐기물발생및처리현황 (2006년) 8 < 표 2.1-4> 서울음식물폐기물발생현황 10 < 표 2.1-5> 서울음식물폐기물처리현황 10 < 표 2.1-6> 부산음식물폐기물발생현황 11 < 표 2.1-7> 부산음식물폐기물처리현황 11 < 표 2.1-8> 대구음식물폐기물발생현황 12 < 표 2.1-9> 대구음식물폐기물처리현황 12 < 표 > 인천음식물폐기물발생현황 13 < 표 > 인천음식물폐기물처리현황 13 < 표 > 광주음식물폐기물발생현황 14 < 표 > 광주음식물폐기물처리현황 14 < 표 > 대전음식물폐기물발생현황 15 < 표 > 대전음식물폐기물처리현황 15 < 표 > 울산음식물폐기물발생현황 16 < 표 > 울산음식물폐기물처리현황 16 < 표 > 경기도음식물폐기물발생현황 17 < 표 > 경기도음식물폐기물처리현황 17 < 표 > 강원도음식물폐기물발생현황 18 < 표 > 강원도음식물폐기물처리현황 18 < 표 > 충청북도음식물폐기물발생현황 19 < 표 > 충청북도음식물폐기물처리현황 19 < 표 > 충청남도음식물폐기물발생현황 20 < 표 > 충청남도음식물폐기물처리현황 20 < 표 > 전라북도음식물폐기물발생현황 21 < 표 > 전라북도음식물폐기물처리현황 21 < 표 > 전라남도음식물폐기물발생현황 22 < 표 > 전라남도음식물폐기물처리현황 22 < 표 > 경상북도음식물폐기물발생현황 23 < 표 > 경상북도음식물폐기물처리현황 23 < 표 > 경상남도음식물폐기물발생현황 24 < 표 > 경상남도음식물폐기물처리현황 24 < 표 > 제주도음식물폐기물발생현황 25 < 표 > 제주도음식물폐기물처리현황 25

8 < 표 > 시 도별공공처리시설음식물류폐기물처리시설현황 26 < 표 2.2-1> 연도별음폐수발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 28 < 표 2.2-2> 연도별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 29 < 표 2.2-3> 지역별음폐수발생량및시설별발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 30 < 표 2.2-4> 지역별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 33 < 표 2.2-5> 전국시설별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 35 < 표 2.2-6> 처리유형별음폐수발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 37 < 표 2.2-7> 처리유형별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 38 < 표 2.2-8> 처리유형별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 39 < 표 2.3-1> 년음식물류폐기물및음폐수발생량 42 < 표 2.3-2> 음폐수발생량예측결과 42 < 표 2.4-1> 메디아형상향류식단상중온소화조공정별음폐수성상분석 66 < 표 2.4-2> 고효율생물반응기 (E PFR-1) 공정별음폐수성상분석 69 < 표 2.4-3> 고효율생물반응기 (E PFR-2) 공정별음폐수성상분석 71 < 표 2.4-4> 일반적인악취처리공정 90 < 표 2.4-5> 고형화연료특징 101 < 표 2.4-6> 슬러지고형화의장단점 104 < 표 2.4-7> 건조기형식별특징 105 < 표 2.4-8> 소각처리방안장 단점 106 < 표 2.4-9> 슬러지탄화처리방안장단점 107 < 표 > 가스화공정장단점비교 108 < 표 > 슬러지탈수방법 109 < 표 3.1-1> 현재운전되고있는대표적음식물류폐기물혐기소화기술 121 < 표 3.2-1> 국내의음식물쓰레기혐기성소화시설 125 < 표 3.2-2> 일본의음식물쓰레기등유기성폐기물의자원화처리기술 127 < 표 3.2-3> 각국의유기성고형폐기물처리현황 130 < 표 3.2-4> EU에서의유기성고형폐기물자원화및처리기술개요 132 < 표 3.2-5> DRANCO Process 개요 ( 건식고온 PFR) 133 < 표 3.2-6> VALORGA Process 개요 ( 건식중온 CSTR) 134 < 표 3.2-7> Vegger Process 개요 ( 습식고온 CSTR) 135 < 표 3.2-8> Wabio Process 개요 ( 습식중온 CSTR) 136 < 표 3.2-9> Snamprogetti Process 개요 ( 반건식고온 CSTR) 137 < 표 > 외국의유기성폐기물에너지화시설적용사례 138 < 표 > 수도권매립지음폐수-침출수병합바이오가스화플랜트공정운영결과 139 < 표 > 광주음폐수에너지화시설현황 142 < 표 > 실공정운전현황비교 142

9 < 표 > 음폐수성상분석항목및분석방법 143 < 표 > 남동구음폐수의 solids 및 COD 농도 144 < 표 > 남동구음폐수의유기물 mass balance 144 < 표 > 남구음폐수의 solids 및 COD 농도 145 < 표 > 남구음폐수의유기물 mass balance 145 < 표 > 청라음폐수의 solids 및 COD 농도 146 < 표 > 청라음폐수의유기물 mass balance 146 < 표 > 음폐수성상에따른메탄가스추정량산정 146 < 표 > BMP test에이용된음폐수와하수슬러지혼합비율조건 147 < 표 > 바이오가스총생성량 (ml) 148 < 표 > 메탄가스총생성량 (ml) 148 < 표 > 바이오가스중메탄가스최대농도 (%) 148 < 표 > 이산화탄소총생성량 (ml) 149 < 표 > 처리용량에따른혐기성소화운영비용산출내역 150 < 표 > NPV 분석에의한처리방식별경제성순위 151 < 표 4.1-1> 발생량별음폐수에너지화시설최적모델 154 < 표 4.1-2> 개별또는광역처리최적모델 154 < 표 4.1-3> 축분혼합시설에서의축분과음식물류폐기물의성분비교 156 < 표 4.1-4> 시설규모및형태별최적모델방안 156 < 표 4.1-5> 자원화방식별음식물전처리방식 158 < 표 4.1-6> 음폐수발생원별특성 159 < 표 4.1-7> 음폐수전처리방식 159 < 표 4.1-8> 음식물자원화시설별음폐수성상특성분석결과 165 < 표 4.1-9> 적정액상화율 166 < 표 > 잔재물처리계획 170 < 표 > 폐액처리공정 171 < 표 > 폐액처리방안 174 < 표 > 악취제거방식 175 < 표 > 발생원별악취제거계획 175 < 표 > 악취제거방안선정 176 < 표 > 바이오가스내 CO 2 와 H 2 S 제거기술 177 < 표 > 바이오가스품질기준설정을위한시험항목및관련규격 180 < 표 > 에너지화최적화모델 182 < 표 4.3-1> 기존처리방식과최적모델의비교분석 184 < 표 6.2-1> 환경및신재생에너지시설관련정부의국고보조금지원현황 200 < 표 6.2-2> 정부의발전차액제도현황, 에너지관리공단신재생에너지센터 ( 태양광발전 ) 201

10 < 표 6.2-3> 정부의발전차액제도현황, 에너지관리공단신재생에너지센터 ( 태양광발전외 ) 202 < 표 7.2-1> 시범사업대상시설고려사항 210 < 표 7.2-2> 시 도별음폐수육상처리및에너지화추진현황 211 < 표 7.2-3> 시범사업대상시설선정기준 212 < 표 7.3-1> 사업추진방식별검토 215

11 < 그림목차 > ( 그림 2.2-1) 연도별음폐수발생량변화 28 ( 그림 2.2-2) 연도별음폐수처리량변화 29 ( 그림 2.2-3) 지역별음폐수발생현황도 ( 단위 : 톤 / 일 ) 31 ( 그림 2.2-4) 지역별내의각시설별음폐수발생현황 31 ( 그림 2.2-5) 지역별음폐수발생량 32 ( 그림 2.2-6) 지역별음폐수처리량 34 ( 그림 2.2-7) 공공시설음폐수처리현황 35 ( 그림 2.2-8) 민간시설음폐수처리현황 35 ( 그림 2.2-9) 시설별음폐수처리현황 36 ( 그림 ) 처리유형별음폐수총발생량 37 ( 그림 ) 처리유형별음폐수처리율 38 ( 그림 ) 처리방법별음폐수처리율 39 ( 그림 2.3-1) 음폐수장래발생량예측 43 ( 그림 2.4-1) 음식물류폐기물처리시설기본처리공정도 44 ( 그림 2.4-2) 사료화시설의물질흐름경로 45 ( 그림 2.4-3) 습식사료화처리공정에따른분류 46 ( 그림 2.4-4) 건조사료화처리공정 47 ( 그림 2.4-5) 퇴비화시설의물질흐름경로 49 ( 그림 2.4-6) 호기성퇴비화처리공정도 49 ( 그림 2.4-7) 혐기성퇴비화처리공정도 51 ( 그림 2.4-8) 혐기성소화주처리개략공정도 53 ( 그림 2.4-9) 하수병합시설의물질흐름경로 55 ( 그림 ) 하수병합처리공정 56 ( 그림 ) 지렁이분변토주처리개략공정도 58 ( 그림 ) CSTR 개념도 60 ( 그림 ) AF 개념도 61 ( 그림 ) AFBR 개념도 62 ( 그림 ) UASB 개념도 63 ( 그림 ) 혐기성소화처리공정 65 ( 그림 ) E PFR-1( 호기 ) 반응기처리공정도 68 ( 그림 ) E PFR-2( 혐기 ) 반응기처리공정도 70 ( 그림 ) 수평형혐기성소화처리시설의기본공정도 72 ( 그림 ) 수평형혐기성소화탈리액투입및소화처리시설흐름도 75 ( 그림 ) 수평형혐기성소화고액분리시설흐름도 75 ( 그림 ) 수평형혐기성소화생물학적처리시설흐름도 76

12 ( 그림 ) 고온혐기성소화처리공정흐름도 78 ( 그림 ) AQUEX System 처리공정흐름도 79 ( 그림 ) 파인시스공법처리공정흐름도 86 ( 그림 ) 음식물폐수처리및자원화 ECO-System 공정도 88 ( 그림 ) 에어워셔운전방식 91 ( 그림 ) 세정탑운전방식 92 ( 그림 ) 활성탄의세공구조 93 ( 그림 ) RTO system 94 ( 그림 ) 나노담지촉매 95 ( 그림 ) TiO 2 광촉매에의한악취의 CO 2, H 2 O로전환 96 ( 그림 ) 저온플라즈마종류 97 ( 그림 ) 바이오필터의원리및구조 98 ( 그림 ) 고형화연료형상 103 ( 그림 ) 전기침투탈수특징 113 ( 그림 ) 전기침투탈수원리 113 ( 그림 ) 전기침투탈수와벨트프레스함수율비교 113 ( 그림 3.1-1) 독일의바이오가스플랜트 - 후르스텐바르드 117 ( 그림 3.1-2) BIOREK 처리공정 119 ( 그림 3.1-3) 60농가에서공동투자운영하는 Linkogas Amba 120 ( 그림 3.1-4) 일본마찌무라농장의바이오가스시스템 122 ( 그림 3.1-5) 파주축분공공처리시설 124 ( 그림 3.2-1) 부산광역시음식물자원화사업소처리공정도 126 ( 그림 3.2-2) 일본용천시혐기성소화처리공정도 129 ( 그림 4.1-1) 가압부상분리기외형 160 ( 그림 4.1-2) 폐액단독처리방안 #1( 가압부상 +BNR+MBR) 공정개요 172 ( 그림 4.1-3) 폐액단독처리방안 #2( 고액분리기 +BNR+ 산화응집 ) 공정개요 172 ( 그림 4.1-4) 폐액하수연계처리 #1( 가압부상 하수연계 ) 공정개요 173 ( 그림 4.1-5) 폐액하수연계처리 #2( 탈질화 하수연계 ) 공정개요 174 ( 그림 6.1-1) 바이오가스활용기술 198

13 제 1 장서론 제 1 장서론 1. 연구배경및목적 음식물류폐기물처리시설은 2005년 1월직매립금지제도시행으로급격한증가추세를보이고있으며, 발생된음식물류폐기물대부분이자원화시설인퇴비화및사료화시설에서재활용되고있다. 하지만재활용증가율에기인한자원화시설확충은자원화공정중염분제거를위한세척및탈수과정에서고농도의유기성폐수발생량이매년증가하는문제가나타나고있다. 현재음폐수처리방법으로는해양배출및육상처리방법이있으나대부분시설업체에서는처리비용이저렴한해양배출방법을선호하여매년해양배출량은증가하고있는추세이다. 음식물자원화처리과정에서발생되는폐수 ( 이하 음폐수 라함 ) 는공공수역방류를위해음폐수처리또는하수처리장등환경시설물에서연계처리가필요하나, 방류수수질기준준수부담으로공공시설발생음폐수위주로처리하고있으며, 처리비용부담및처리시설부족등으로육상처리보다는해양배출방식을선호하고있는실정이다. 그러나, 육상에서발생하는폐기물의해양배출을규제하는런던협약및 96 의정서발효등국제적협약을준수해야할의무가있으며, 또한폐기물등의해양배출에따른피해를주장하는어민들의규제요구등으로인해해양배출규제가지속적으로강화되어왔다. 2013년부터음폐수의해양배출이전면금지됨에따라음폐수의육상처리전환및에너지화할수있는처리기반확충이필요하고, 이를위한적용가능기술의조사를통해최적의시스템구성을통한모델개발및설치 운영지침 (Manual) 을마련 보급함으로써관련기관및업계에서활용할수있도록하는것이필요하다. 따라서음식물류폐기물및음폐수의안정적인처리와함께처리과정에서발생하는바이오가스를에너지로활용할수있는최적의에너지화처리기술및시설 (Best Available Technology) 의모델개발과이의효율적인설치 운영을위한지침을마련하여보급함으로써음폐수의육상처리전환과에너지화를촉진하는데목적이있다. -1-

14 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 2. 연구주요내용및범위 가. 주요연구내용 분야연구내용 국내지역별발생및처리현황분석가. 국내음식물류폐기물및음 국내음식물류폐기물및음폐수자원화기술현황실태분석폐수발생 처리현황및경 국내음식물류폐기물및음폐수의발생량전망제성분석 음식물류폐기물성상에따른바이오가스량조사를통한경제성분석 나. 국내외음식물류폐기물및 음식물류폐기물, 음폐수를포함한유기성폐기물의에너지화기술음폐수의에너지화기술운분석영사례제시 유기성폐기물에너지화관련국내 외기술및운영사례검토 다. 최적모델평가를위한시범사업추진방안제시 기존운영중인음식물폐기물관련에너지화시설의운영최적화방안검토 시범사업대상시설선정및사업추진방식제시 국내적용가능한최적의음식물류폐기물및음폐수에너지화기술제시라. 국내음식물류폐기물및음 - 용량별, 처리방식 ( 단일, 병합 ), 형태 ( 개별, 공동, 광역 ) 별구분제시폐수에너지화를위한최적 국내최적모델 (BAT) 적용을위한주변여건및요건등을제시모델 (BAT) 개발 기존처리시스템과최적모델의비교 분석 ( 기술성, 경제성등 ) 최적모델적용을위한국내법규및제도적인개선사항검토 제안되는최적모델의적용입지요건등을제시마. 최적모델별 ( 용량, 처리형 처리시설설치단계별추진및고려사항등제시태 ) 설치및운영관리지침 최적모델의구성요소의운영 관리방안제시작성 주요기술및공정에대한원리및설명수록 최적모델의운전요건및성능보장치제시등 바. 생산된바이오가스최적활 에너지화를통하여생산된바이오가스의최적활용방안등을제시용및수요확대방안검토 - 생산된바이오가스의규모및주변여건등을고려한활용방안제시 사. 사업활성화를위한제도적 사업추진체계및최적모델의지자체보급방안제시등사항및사업추진방안제시 나. 연구범위본연구는음식물류폐기물및음폐수처리에대한국내 외운영사례등을조사하여, 이를토대로적정하게처리될수있는음폐수처리모델을강구하고, 음식물류폐기물과음폐수를효율적으로에너지화할수있는처리방법별최적의기술및모델개발과함께이를효율적으로설치 운영할수있는지침서 (Manual) 를개발하여정부에제시하고자한다. -2-

15 제 1 장서론 3. 연구의기대효과 그동안해양배출의방법으로처리되던음폐수의전량육상처리전환으로해양배출문제및해양환경오염우려를원천해결하고, 바다에버려지던유기성자원을육상에서자원화하여자원순환사회기반구축가능 유기성자원의혐기성소화를통한바이오가스 ( 메탄 ) 생산으로신 재생에너지생산기반마련 바이오가스생산으로대외적으로화석연료대체를통한지구온난화방지에기여하고, 국내적으로는 CDM(Clean Development Mechanism, 청정개발체제 ) 사업으로인정받아탄소배출권을확보하여국가경쟁력강화에기여 -3-

16 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 제 2 장폐기물발생및처리현황 1. 음식물류폐기물발생및처리현황가. 전국음식물류폐기물발생및처리현황 (1) 전국음식물류폐기물발생현황국내음식물류폐기물에대한발생및처리현황에대한통계는환경부에서발표되는 전국폐기물발생및처리현황 을통해증가및감소의경향에대해살펴보았다. 2005년음식물폐기물직매립금지와함께정부는 TV 캠페인및이미배출된음식물쓰레기처리를위한기술개발및정책적지원등의여러방면의노력결과환경부에서조사한통계자료에나타나듯이 1996년이후음식물쓰레기의배출량이점차줄어드는것으로나타났다. 그러나그감소추세는최근들어정체기에있는듯이보이며 2002년부터는배출량이소폭상승하는결과가나타났고, 이는인구증가와국민생활수준의향상, 생활패턴의변화로인한영향과분리수거및종량제실시에따른음식물폐기물의통계분석방법의변화등으로인한영향으로볼수있다. 이러한변화들을감안할때, 앞으로도음식물폐기물배출량이늘어날가능성이충분히있을것으로판단된다. 전체생활폐기물중에서음식물류폐기물은 20 ~ 30% 를차지하고있으며, 1997년도에 27.3% 에달하던비율이점차감소하여 2004년도에는약 22.9% 로감소가지속되었다. 특이한점은 2005년에비교적큰폭으로상승된점으로이는 2005년 1월을기점으로시행된시 도지역음식물류폐기물직매립금지조치가주된이유인것으로사료된다. 직매립금지시행과함께생활폐기물종량제봉투내에포함되는음식물에대한철저한매립반입규제조치가이루어졌으며, 음식물과생활폐기물간의분리배출수준을크게상향시키는결과를가져온것으로판단된다. -4-

17 제 2 장폐기물발생및처리현황 < 표 2.1-1> 연도별생활폐기물및음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계가연성불연성재활용성 47,895 28,739 6,675 12,481 (100.0%) (60.0%) (13.9%) (26.1%) 44,583 26,435 5,332 12,816 (100.0%) (59.3%) (12.0%) (28.7%) 45,614 27,312 5,082 13,220 (100.0%) (59.9%) (11.1%) (29.0%) 46,438 27,676 5,058 13,704 (100.0%) (59.6%) (10.9%) (29.5%) 48,499 28,664 5,583 14,252 (100.0%) (59.1%) (11.5%) (29.4%) 49,902 30,079 5,223 14,600 (100.0%) (60.3%) (10.5%) (29.2%) 50,736 30,118 5,668 14,950 (100.0%) (59.4%) (11.1%) (29.5%) 50,007 29,439 5,703 14,865 (100.0%) (58.9%) (11.4%) (29.7%) 48,398 29,213 4,457 14,728 (100.0%) (60.4%) (9.2%) (30.4%) 48,844 29,981 4,218 14,645 (100.0%) (61.4%) (8.6%) (30.0%) 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 자료 )1997~2006 전국폐기물발생및처리현황,1998~2007, 환경부 음식물폐기물 전년도 발생량 비율 대비 ( 톤 / 일 ) (%) 증감율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) , ( ) , ( ) , ( ) , ( ) , ( ) , ( ) , , ( ) , ( ) , ( ) (2) 전국음식물류폐기물처리현황현재통계자료상에서음식물류폐기물의재활용율로서집계되는수치는거의대부분이분리수거량으로봐도무방하다. 물론지자체특성에따라분리수거된음식물을매립, 소각처리하는지역도있기는하지만, 이는극소수량에불과하며, 가정및비가정으로부터종량제봉투및음식물전용수거용기를통해분리수거된음식물류폐기물은대부분이자원화시설로반입되어재활용량으로통계되고있다. 아래표에서연도별음식물류폐기물처리현황을살펴보면, 매립처리비율이 1997년 -5-

18 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 84.0% 에달하던것이해마다감소하여 2006년에는 1.9% 로대폭감소한것을알수있고, 이와반대로 1997년 9.7% 인재활용률은급진적으로증가하여 2006년에는 94.2% 로나타나매립이줄어든만큼재활용이증가하여자원화처리된것으로나타났다. 음식물류폐기물의직매립규제정책이앞으로도완화되지않을것이라는전제하에서본다면국내에서발생되는음식물류폐기물의재활용율은대략 90% 를전후로하여지속될것으로예측된다. 음식물류폐기물의재활용량은분리수거량으로볼수있으므로통계상에서제시된자료만으로본다면현재국내의음식물류폐기물분리수거량은대략 90% 가량인것으로재해석이가능하다. 소각처리는매립및재활용과비교하여급격한증감경향은나타나지않았지만, 음식물류폐기물의소각처리는인근지역주민반대및발열량조절의어려움등다양한문제점이내포되어있기때문에향후에도신규시설을설치하고소각처리비율을증가시키는등의처리체계변화는없을것으로예측된다. < 표 2.1-2> 연도별음식물폐기물처리현황구분 음식물폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 13,063 11,798 11,577 11,434 11,237 11,397 11,398 11,464 12,977 13,373 (100%)(100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%)(100%) (100%) (100%) 매립 10,974 8,309 6,803 5,185 3,855 3,345 2,836 1, (84.0%)(70.5%)(58.8%)(45.4%)(34.3%)(29.3%)(24.9%)(14.0%) (2.7%) (1.9%) 처리 ( 톤 / 일 ) 소각 ,088 1, (6.2%) (7.8%) (7.3%) (9.5%) (8.9%) (8.0%) (7.4%) (4.7%) (4.0%) (3.8%) 재활용 1,275 2,566 3,929 5,161 6,378 7,130 7,718 9,316 12,104 12,602 (9.7%) (21.7%)(33.9%)(45.1%)(56.8%)(62.6%)(67.7%)(81.3%)(93.3%)(94.2%) -6-

19 제 2 장폐기물발생및처리현황 톤 / 일 14,000 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2, 매립소각재활용 나. 시 도별음식물류폐기물발생및처리현황시 도별음식물류폐기물발생및처리현황을최근 (10년간) 자료를통해아래와같이정리하였으며, 이에따른시 도별음식물류폐기물의발생량에따른처리현황을최근 2006년자료를통해살펴보았다. 음식물류재활용율이가장높은지역은서울, 광주광역시가 100% 재활용하고있는것으로나타났고, 재활용율이낮은지역은울산 (75.6%), 경남 (82.5%), 충남 (82.7%), 충북 (88.1%) 순으로나타났으나최소한 75.6% 이상의높은재활용율을나타내는것으로보아음식물류폐기물에대한분리배출이비교적잘이루어지고있다고볼수있다. 분리수거에의한재활용비율이가장높은지역은대도시지역으로서서울, 대구, 광주등이높으며, 반면에충북, 충남지역은타대도시에비교하여매립비율이높은것으로나타났고, 울산, 경남지역은타대도시에비하여소각비율이높은것으로나타났다. -7-

20 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 2.1-3> 전국시 도별음식물류폐기물발생및처리현황 (2006 년 ) 구분발생량 ( 톤 / 일 ) 매립 ( 톤 / 일 ) 소각 ( 톤 / 일 ) 재활용 ( 톤 / 일 ) 전국 13,373(100%) 261(2.0%) 509(3.8%) 12,603(94.2%) 서울 3,273(100%) - - 3,273(100%) 부산 856(100%) - 67(7.8%) 789(92.2%) 대구 776(100%) - 15(1.9%) 761(98.1%) 인천 664(100%) 0.4(0.1%) 17(2.6%) 647(97.4%) 광주 448(100%) (100%) 대전 398(100%) 4(1.0%) 13(3.3%) 381(95.7%) 울산 287(100%) - 70(24.4%) 217(75.6%) 경기 2,994(100%) 32(1.1%) 148(4.9%) 2,814(94.0%) 강원 375(100%) 31(8.3%) 3(0.8%) 341(90.9%) 충북 386(100%) 43(11.1%) 3(0.8%) 340(88.1%) 충남 434(100%) 48(11.1%) 27(6.2%) 359(82.7%) 전북 561(100%) 22(3.9%) 12(2.1%) 527(93.9%) 전남 329(100%) 20(6.1%) 4(1.2%) 305(92.7%) 경북 562(100%) 26(4.6%) 4(0.7%) 532(94.7%) 경남 857(100%) 35(4.1%) 115(13.4%) 707(82.5%) 제주 172(100%) - 10(5.8%) 162(94.2%) - 재활용 3,273 톤 / 일 - 매립 0.4 톤 / 일 - 소각 17 톤 / 일 - 재활용 647 톤 / 일 - 매립 43 톤 / 일 - 소각 3 톤 / 일 - 재활용 340 톤 / 일 - 매립 32 톤 / 일 - 소각 148 톤 / 일 - 재활용 2,814 톤 / 일 - 매립 31 톤 / 일 - 소각 3 톤 / 일 - 재활용 341 톤 / 일 - 매립 48 톤 / 일 - 소각 27 톤 / 일 - 재활용 359 톤 / 일 - 매립 26 톤 / 일 - 소각 4 톤 / 일 - 재활용 532 톤 / 일 - 매립 4 톤 / 일 - 소각 13 톤 / 일 - 재활용 381 톤 / 일 - 매립 22 톤 / 일 - 소각 12 톤 / 일 - 재활용 527 톤 / 일 - 재활용 448 톤 / 일 - 소각 15 톤 / 일 - 재활용 761 톤 / 일 - 소각 70 톤 / 일 - 재활용 217 톤 / 일 - 매립 20 톤 / 일 - 소각 4 톤 / 일 - 재활용 305 톤 / 일 - 소각 67 톤 / 일 - 재활용 789 톤 / 일 - 소각 10 톤 / 일 - 재활용 162 톤 / 일 - 매립 35 톤 / 일 - 소각 115 톤 / 일 - 재활용 707 톤 / 일 자료 )2006 전국폐기물발생및처리현황,2007, 환경부 -8-

21 제 2 장폐기물발생및처리현황 음식물폐기물분리배출및수거체계를살펴보면, 배출방식은그지역이비분리배출지역인지또는분리배출지역인지에따라수거방식에차이가있다. 비분리지역은생활폐기물과혼합수거를하고, 분리지역은단독주택 ( 소규모사업장포함 ) 은음식물전용봉투및소용량용기를통한분리배출이주를이루며, 반면에공동주택은대부분가정내수거용기를설치하여스테이션배출이이루어져왔다 ( 음식물류폐기물발생량표본조사를통한통계체계개선방안에관한연구, 김영구, 2005년폐기물관리및처리기술발표회 ). 하지만, 음식물전용봉투를통한분리배출은현재까지도다양한문제점 ( 침출수유출, 높은이물질함량, 봉투가격의비합리성등 ) 이제기되어단독주택도공동주택과마찬가지로점차소규모전용용기를통한분리배출체계로전환이이루어지고있다. 수거방법에있어서음식물전용봉투수거의경우일반주택및소규모상가에서많이사용되는방법으로서일정한수집장소가없기때문에인력에의한문전수거가불가피하다. 이러한수거방법은수거인부가많이필요하며수거하는데있어시간의소모가크다는단점이지적되고있다. 공동주택및대단위배출업소의경우봉투에의한수거보다는일정한수거용기에의하여수집되어지는스테이션수거 ( 거점수거 ) 방법이사용되고있으며, 수거된음식물류폐기물은일정한수거주기에의해수거되어진다. 감량화사업장은집단급식소, 음식점, 농산물도매시장, 공판장, 대형유통센터등음식물감량화정책에의해지방자치단체조례로정한경우이며, 수거체계현황을보면재활용사업자및위탁에의한수거가이루어지고있다. -9-

22 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (1) 서울음식물폐기물발생및처리현황 < 표 2.1-4> 서울음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계가연성불연성재활용성 12,662 7,337 1,308 (100.0%) (58.0%) (10.3%) 4,017 (31.7%) 10,765 6, ,581 (100.0%) 10,972 (59.5) 6,669 (7.3) 700 (33.3) 3,603 (100.0%) (60.8) (6.4) (32.8) 11,438 (100.0%) 6,939 (60.7) 648 (5.7) 3,851 (33.7) 11,968 7, ,968 (100.0%) 12,052 (61.2) 7,312 (5.7) 647 (33.2) 4,094 (100.0%) (60.7) (5.4) (34.0) 12,058 (100.0%) 7,281 (60.4) 643 (5.3) 4,134 (34.3) 11,673 7, ,019 (100.0%) 11,170 (61.7) 6,702 (3.9) 469 (34.4) 3,999 (100.0%) (60.0) (4.2) (35.8) 11,420 (100.0%) 6,900 (60.4) 447 (3.9) 4,073 (35.7) < 표 2.1-5> 서울음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물발생량비율 ( 톤 / 일 ) (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) , , , , , , , , , , 구분 음식물폐기물 3,522 2,984 2,890 2,562 2,539 2,523 2,599 2,650 3,189 3,273 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 3,079 2,256 1,905 1, 매립 (87.4%)(75.6%)(65.9%)(44.3%)(29.3%)(28.1%)(21.4%) (9.2%) - - 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (6.4%) (6.7%) (3.7%) (5.1%) (3.2%) (2.3%) (0.04%) ,297 1,714 1,758 2,042 2,407 3,189 3,273 재활용 (6.2%) (17.7%)(30.4%)(50.6%)(67.5%)(69.7%)(78.6%)(90.8%)(100%) (100%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -10-

23 제 2 장폐기물발생및처리현황 (2) 부산음식물폐기물발생및처리현황 < 표 2.1-6> 부산음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 4,146 2,409 (100.0%) (58.1%) 404 (16.8%) 1,333 (32.2%) 3,892 2, ,379 (100.0%) (56.5%) (14.3%) (35.4%) 3,934 2, ,427 (100.0%) (56.5%) (12.8%) (36.3%) 4,077 2,339 (100.0%) (57.4%) 243 (10.4%) 1,496 (36.7%) 4,053 2, ,531 (100.0%) (55.1%) (12.9%) (37.8%) 4,032 2, ,532 (100.0%) (56.7%) (9.4%) (38.0%) 3, (100.0%) (54.3%) 281 (13.0%) 1,539 (38.7%) 3,815 2, ,546 (100.0%) (53.6%) (10.9%) (40.5%) 3,680 1, ,550 (100.0%) (53.2%) (8.7%) (42.1%) 3,619 1,908 (100.0%) (52.7%) 160 (8.4%) 1,551 (42.9%) < 표 2.1-7> 부산음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) , , , , 구분 음식물폐기물 1,396 1, 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 1, 매립 (73.1%)(49.4%)(39.0%)(26.7%)(23.4%)(23.7%)(15.4%)(17.2%) (0.2%) - 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (15.5%)(20.0%)(16.5%)(13.1%) (8.5%) (8.0%) (12.9%) (4.5%) (5.3%) (7.8%) 재활용 (11.5%)(30.6%)(44.5%)(60.2%)(68.0%)(68.4%)(71.7%)(78.2%)(94.5%)(92.2%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -11-

24 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (3) 대구음식물폐기물발생및처리현황 < 표 2.1-8> 대구음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 2,745 1, (100.0%) (63.0%) (21.3%) (15.8%) 2,563 1,628 (100.0%) (63.5%) 323 (12.6%) 613 (23.9%) 2,664 1, (100.0%) (63.2%) (10.2%) (26.6%) 2,642 1, (100.0%) (64.0%) (7.9%) (28.0%) 2,640 1,698 (100.0%) (64.3%) 184 (7.0%) 758 (28.7%) 2,642 1, (100.0%) (65.8%) (7.3%) (26.9%) 2,641 1, (100.0%) (63.0%) (9.7%) (27.3%) 2,638 1,665 (100.0%) (63.1%) 242 (9.2%) 731 (27.7%) 2,635 1, (100.0%) (64.3%) 2,637 1,690 (7.9%) 212 (27.8%) 735 (100.0%) (64.1%) (8.0%) (27.9%) < 표 2.1-9> 대구음식물폐기물처리현황 생활폐기물 음식물폐기물 음식물폐기물 배출원단위 ( kg / 인 일 ) 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (79.6%)(65.9%)(47.5%)(41.3%)(25.1%)(20.7%)(14.9%) (2.4%) - - 처리소각 ( 톤 / 일 ) (7.4%) (16.0%)(19.5%)(13.7%)(11.3%) (6.5%) (3.3%) (1.3%) (3.0%) (1.9%) 재활용 (13.0%)(18.1%)(33.0%)(45.0%)(63.6%)(72.7%)(81.8%)(96.4%)(97.0%)(98.1%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -12-

25 제 2 장폐기물발생및처리현황 (4) 인천음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 인천음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 2,057 1, (100.0%) (80.8%) (3.5%) (15.7%) 2,100 1,500 (100.0%) (71.4%) 127 (6.0%) 470 (22.4%) 2,211 1, (100.0%) (62.1%) (10.2%) (27.7%) 2,269 1, (100.0%) (63.9%) (6.2%) (29.9%) 2,146 1,450 (100.0%) (67.6%) 132 (6.2%) 564 (26.3%) 2,313 1, (100.0%) (68.7%) (6.4%) (25.0%) 2,445 1, (100.0%) (70.2%) (8.5%) (21.3%) 2,314 1,459 (100.0%) (63.1%) 396 (17.1%) 459 (19.8%) 2,213 1, (100.0%) (67.9%) 1,913 1,385 (16.0%) 240 (16.2%) 288 (100.0%) (72.4%) (12.5%) (15.1%) < 표 > 인천음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (94.3%)(83.4%)(69.2%)(69.9%)(47.0%)(35.6%)(33.4%) (7.9%) (8.1%) (0.1%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.3%) (0.2%) (0.3%) (0.4%) (1.7%) (8.4%) (7.0%) (0.7%) (1.1%) (2.6%) 재활용 (5.5%) (16.5%)(30.5%)(29.6%)(51.2%)(56.0%)(59.6%)(91.4%)(90.9%)(97.4%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -13-

26 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (5) 광주음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 광주음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (58.7%) (17.2%) (24.1%) 1, (100.0%) (55.6%) 259 (17.4%) 403 (27.0%) 1, (100.0%) (59.3%) (15.0%) (25.7%) 1, (100.0%) (58.5%) (13.5%) (28.0%) 1, (100.0%) (65.2%) 189 (12.9%) 322 (21.9%) 1, (100.0%) (66.1%) (13.9%) (20.0%) 1, (100.0%) (59.9%) (17.2%) (22.9%) 1, (100.0%) (59.3%) 251 (16.3%) 377 (24.4%) 1, (100.0%) (57.8%) 1, (7.9%) 145 (34.3%) 401 (100.0%) (63.1%) (9.8%) (27.1%) < 표 > 광주음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (94.1%)(88.9%)(63.2%)(44.7%)(36.6%)(24.8%)(27.7%)(11.6%) (1.6%) - 처리소각 ( 톤 / 일 ) (11.0%) (8.8%) (11.0%) (4.0%) (1.4%) 재활용 (5.9%) (11.1%)(36.7%)(55.3%)(52.4%)(66.4%)(61.3%)(84.3%)(97.0%)(100%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -14-

27 제 2 장폐기물발생및처리현황 (6) 대전음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 대전음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (65.9%) 154 (10.3%) 354 (23.8%) 1, (100.0%) (65.8%) 1, (8.8%) 84 (25.4%) 357 (100.0%) (67.3%) (6.2%) (26.5%) 1, (100.0%) (65.4%) 84 (6.4%) 373 (28.2%) 1,789 1, (100.0%) (57.3%) 1, (17.4%) 246 (25.2%) 419 (100.0%) (59.5%) (15.0%) (25.5%) 1, (100.0%) (56.2%) 308 (18.2%) 432 (25.6%) 1, (100.0%) (61.5%) 1, (11.2%) 194 (27.3%) 463 (100.0%) (56.2%) (12.9%) (30.9%) 1, (100.0%) (59.5%) 144 (9.6%) 464 (30.9%) < 표 > 대전음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (94.2%)(82.1%)(69.0%)(59.1%)(53.3%)(47.0%)(29.6%)(30.0%) - (1.0%) 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (0.1%) (0.3%) (9.7%) (12.9%) (8.9%) (4.4%) (2.8%) (5.5%) - (3.3%) 재활용 (5.7%) (17.6%)(21.3%)(28.0%)(37.8%)(48.6%)(67.6%)(64.5%)(100%)(95.7%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -15-

28 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (7) 울산음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 울산음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (62.9%) (15.1%) 272 (22.0%) 1, (100.0%) (59.8%) (17.0%) 1, (23.1%) 294 (100.0%) (59.7%) (14.7%) (25.6%) 1, (100.0%) (52.3%) (20.9%) 357 (26.8%) 1, (100.0%) (52.0%) (16.9%) 1, (31.1%) 424 (100.0%) (55.3%) (14.0%) (30.7%) 1, (100.0%) (60.7%) (14.0%) 337 (25.3%) 1, (100.0%) (61.7%) (16.8%) 1, (21.6%) 252 (100.0%) (61.8%) (14.6%) (23.5%) 1, (100.0%) (52.7%) (10.2%) 399 (37.1%) < 표 > 울산음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (88.3%)(79.2%)(77.0%)(37.1%)(31.8%)(31.8%)(19.4%) 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (1.0%) (0.1%) (1.0%) (33.1%)(29.5%)(17.8%) (0.4%) (10.4%)(17.8%)(24.4%) 재활용 (10.7%)(20.7%)(22.0%)(29.8%)(38.7%)(50.4%)(80.2%)(89.6%)(82.2%)(75.6%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -16-

29 제 2 장폐기물발생및처리현황 (8) 경기도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 경기도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 8,163 5,006 (100.0%) (61.3%) 678 (8.3%) 2,479 (30.4%) 7,819 4, ,517 (100.0%) (59.7%) 8,081 5,002 (8.1%) 573 (32.2%) 2,506 (100.0%) (61.9%) (7.1%) (31.0%) 8,050 4,955 (100.0%) (61.6%) 662 (8.2%) 2,433 (30.2%) 8,743 5, ,547 (100.0%) (60.6%) (10.3%) 9,069 5, (29.1%) 2,715 (100.0%) (63.8%) (6.2%) (29.9%) 9,355 5,925 (100.0%) (63.3%) 592 (6.3%) 2,838 (30.3%) 9,167 5, ,879 (100.0%) (63.1%) 9,287 5,950 (5.5%) 409 (31.4%) 2,928 (100.0%) (64.1%) (4.4%) (31.5%) 9,166 6,015 (100.0%) (65.6%) 557 (6.1%) 2,594 (28.3%) < 표 > 경기도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) , , , , , , , , , , 구분 음식물폐기물 2,029 2,037 2,033 2,150 2,176 2,307 2,315 2,350 2,672 2,994 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 1,487 1, (73.3%)(52.2%)(36.0%)(26.0%)(21.3%)(16.0%)(12.6%) (5.4%) (0.3%) (1.1%) 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (11.0%)(13.5%)(15.3%)(21.6%)(20.8%)(16.9%)(15.0%)(10.0%) (8.0%) (4.9%) ,126 1,260 1,547 1,676 1,989 2,449 2,814 재활용 (15.7%)(34.3%)(48.7%)(52.4%)(57.9%)(67.1%)(72.4%)(84.6%)(91.7%)(94.0%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -17-

30 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (9) 강원도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 강원도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (51.9%) (30.7%) (17.4%) 1, (100.0%) (51.6%) (26.9%) (21.5%) 1, (100.0%) (55.2%) (24.4%) (20.3%) 1, (100.0%) (54.3%) (25.1%) (20.7%) 1, (100.0%) (54.7%) (24.2%) (21.1%) 2,139 1, (100.0%) (54.6%) (26.7%) (18.7%) 1,994 1, (100.0%) (53.0%) (25.7%) (21.4%) 1,847 1, (100.0%) (55.5%) (23.8%) (20.6%) 1,899 1,050 (100.0%) (55.3%) 414 (21.8%) 435 (22.9%) 2,095 1, (100.0%) (58.2%) (19.1%) (22.6%) < 표 > 강원도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (99.7%)(77.8%)(81.4%)(64.8%)(53.0%)(49.8%)(59.7%)(53.4%)(12.3%) (8.3%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.3%) (0.6%) (0.1%) - (0.1%) (0.3%) (0.8%) (0.6%) (0.3%) (0.8%) 재활용 - (21.6%)(18.5%)(35.2%)(46.9%)(49.9%)(39.5%)(46.0%)(87.4%)(90.9%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -18-

31 제 2 장폐기물발생및처리현황 (10) 충청북도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 충청북도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (57.3%) (19.6%) (23.0%) 1, (100.0%) (51.2%) (23.0%) (25.7%) 1, (100.0%) (44.2%) (19.2%) (36.5%) 1, (100.0%) (45.8%) (23.4%) (30.8%) 1, (100.0%) (45.8%) (21.7%) (32.5%) 1, (100.0%) (43.9%) (22.7%) (33.4%) 1, (100.0%) (46.8%) (19.3%) (33.9%) 1, (100.0%) (47.2%) (18.1%) (34.7%) 1, (100.0%) (48.5%) (16.2%) 602 (35.3%) 1, (100.0%) (52.6%) (16.9%) (30.6%) < 표 > 충청북도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (87.8%)(76.5%)(68.6%)(57.3%)(54.3%)(49.6%)(38.7%)(28.5%)(12.3%)(11.1%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.6%) (1.9%) (3.2%) (0.7%) (1.1%) (0.8%) (1.5%) (1.9%) (0.3%) (0.8%) 재활용 (11.6%)(21.6%)(28.2%)(42.0%)(44.6%)(49.6%)(59.8%)(69.6%)(87.4%)(88.1%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -19-

32 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (11) 충청남도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 충청남도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1,904 1, (100.0%) (62.2%) (14.4%) 1,947 1, (23.4%) 560 (100.0%) (58.1%) (13.1%) (28.8%) 1,990 1, (100.0%) (57.6%) (15.4%) 536 (26.9%) 1, (100.0%) (51.2%) (16.7%) 1, (32.1%) 605 (100.0%) (50.0%) (18.8%) (31.2%) 2,048 1, (100.0%) (52.9%) (18.1%) 594 (29.0%) 2,194 1, (100.0%) (50.5%) (20.2%) 2,739 1,134 1,072 (29.3%) 533 (100.0%) (41.4%) (39.1%) (19.5%) 2,111 1, (100.0%) (56.4%) (17.3%) 555 (26.3%) 2,501 1, (100.0%) (56.1%) (12.9%) (31.0%) < 표 > 충청남도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (79.3%)(69.8%)(55.4%)(64.6%)(51.8%)(32.8%)(37.6%)(22.1%)(13.5%)(11.1%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.9%) (3.3%) (1.1%) (1.2%) (1.4%) (15.4%)(16.9%) (6.4%) (4.3%) (6.2%) 재활용 (19.8%)(26.9%)(43.5%)(34.2%)(46.8%)(51.8%)(45.5%)(71.5%)(82.2%)(82.7%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -20-

33 제 2 장폐기물발생및처리현황 (12) 전라북도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 전라북도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1, (100.0%) (57.2%) (20.7%) (22.2%) 1, (100.0%) (54.6%) (19.3%) (26.1%) 1,600 1, (100.0%) (62.7%) (15.5%) (21.9%) 1,655 1, (100.0%) (63.5%) (14.0%) (22.5%) 1,668 1, (100.0%) (64.2%) (13.4%) (22.4%) 1,627 1, (100.0%) (70.3%) (9.0%) (20.7%) 1,754 1, (100.0%) (57.8%) (18.5%) (23.8%) 1,736 1, (100.0%) (59.4%) (16.5%) (24.1%) 1,625 1, (100.0%) (65.7%) (11.9%) 366 (22.5%) 1,735 1, (100.0%) (63.8%) (12.9%) (23.3%) < 표 > 전라북도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (95.0%)(83.0%)(67.0%)(54.0%)(36.0%)(29.0%)(40.0%)(31.0%) (4.0%) (3.9%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.5%) (0.1%) (0.1%) (0.04%) (0.0%) (0.4%) (2.2%) 재활용 (4.3%) (16.2%)(32.5%)(45.2%)(63.3%)(70.5%)(59.2%)(68.0%)(94.6%)(93.9%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -21-

34 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (13) 전라남도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 전라남도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 1,899 1, (100.0%) (55.1%) (23.6%) (21.2%) 1,889 1, (100.0%) (55.9%) (21.2%) (22.9%) 1,851 1, (100.0%) (56.7%) (20.2%) (23.1%) 1,750 1, (100.0%) (57.6%) (22.5%) (20.0%) 1,911 1, (100.0%) (53.0%) (26.0%) (20.9%) 1,980 1, (100.0%) (53.8%) (24.2%) (22.0%) 2,194 1, (100.0%) (54.6%) (21.6%) (23.9%) 2,235 1, (100.0%) (47.0%) (22.1%) (31.0%) 1,880 1, (100.0%) (58.0%) (23.9%) 340 (18.1%) 1,770 1, (100.0%) (65.6%) (15.5%) (18.9%) < 표 > 전라남도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (85.7%)(86.0%)(81.2%)(67.1%)(59.5%)(52.8%)(48.3%)(19.4%)(12.1%) (6.1%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (2.0%) (0.6%) (0.2%) (3.7%) (2.1%) (2.6%) (1.6%) (2.1%) (0.8%) (1.2%) 재활용 (12.3%)(13.4%)(18.6%)(29.2%)(38.4%)(44.6%)(50.1%)(78.5%)(87.1%)(92.7%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -22-

35 제 2 장폐기물발생및처리현황 (14) 경상북도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 경상북도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 2,258 1, (100.0%) (52.3%) (26.8%) (20.9%) 2,146 1, (100.0%) (58.2%) (21.0%) (20.7%) 2,205 1, (100.0%) (56.8%) (23.5%) (19.6%) 2,141 1, (100.0%) (60.0%) (22.7%) (17.3%) 2,134 1, (100.0%) (57.5%) (20.4%) (22.1%) 2,232 1, (100.0%) (58.0%) (19.4%) (22.6%) 2,340 1, (100.0%) (58.6%) (18.5%) (22.9%) 2,436 1, (100.0%) (61.3%) 2,430 1,531 (15.3%) 316 (23.4%) 583 (100.0%) (63.0%) (13.0%) (24.0%) 2,427 1,456 (100.0%) (60.0%) 325 (13.4%) 646 (26.6%) < 표 > 경상북도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (91.7%)(79.3%)(69.6%)(53.0%)(48.5%)(39.9%)(36.6%)(21.7%) (4.7%) (4.6%) 처리 소각 ( 톤 / 일 ) (1.0%) (4.8%) (7.2%) (4.3%) (3.7%) (3.6%) (2.8%) (0.5%) (1.0%) (0.7%) 재활용 (7.3%) (15.9%)(23.2%)(42.7%)(47.8%)(56.5%)(60.6%)(77.8%)(94.3%)(94.7%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -23-

36 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (15) 경상남도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 경상남도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 2,778 1, (100.0%) (6.1%) (1.9%) (2.1%) 2,568 1, (100.0%) (59.8%) (14.5%) (25.7%) 2,612 1, (100.0%) (61.1%) (14.3%) (24.6%) 2,636 1, (100.0%) (60.3%) (12.8%) (26.9%) 2,691 1, (100.0%) (60.5%) (11.5%) (27.9%) 3,002 1, (100.0%) (60.7%) (12.5%) (26.7%) 3,010 1, (100.0%) (61.7%) (12.4%) (25.9%) 2,970 1, (100.0%) (63.7%) (8.4%) (27.9%) 3,043 1,906 (100.0%) (62.6%) 291 (9.6%) 846 (27.8%) 3,171 2, (100.0%) (64.2%) (9.7%) (26.0%) < 표 > 경상남도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (78.7%)(73.3%)(63.9%)(53.3%)(36.6%)(31.2%)(26.5%)(21.3%) (3.6%) (4.1%) 처리소각 ( 톤 / 일 ) (8.7%) (10.4%) (7.2%) (13.2%)(16.9%)(14.5%)(18.5%)(17.5%)(15.3%)(13.4%) 재활용 (12.6%)(16.2%)(28.9%)(33.5%)(46.5%)(54.3%)(55.0%)(61.2%)(81.0%)(82.5%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -24-

37 제 2 장폐기물발생및처리현황 (16) 제주도음식물폐기물발생및처리현황 < 표 > 제주도음식물폐기물발생현황 년도 생활폐기물발생량 ( 톤 / 일 ) 계 가연성 불연성 재활용성 (100.0%) (66.3%) (19.9%) (13.8%) (100.0%) (69.6%) (14.5%) (16.0%) (100.0%) (66.6%) (14.0%) (19.4%) (100.0%) (66.7%) (9.9%) (23.4%) (100.0%) (58.7%) (10.4%) (31.0%) (100.0%) (55.4%) (11.1%) (33.5%) (100.0%) (57.2%) (10.0%) (32.8%) (100.0%) (56.8%) (10.8%) (32.4%) (100.0%) (57.3%) 72 (11.2%) 203 (31.5%) (100.0%) (64.7%) (9.8%) (25.5%) < 표 > 제주도음식물폐기물처리현황 생활폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) 비율 (%) 음식물폐기물배출원단위 ( kg / 인 일 ) 구분 음식물폐기물 발생량 ( 톤 / 일 ) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) (100%) 매립 (87.1%)(81.9%)(71.0%)(56.5%)(41.3%)(43.1%)(21.7%) (4.9%) - - 처리소각 ( 톤 / 일 ) (0.6%) (0.2%) (0.3%) (0.6%) (0.1%) (1.1%) (13.3%)(10.4%) (9.5%) (5.8%) 재활용 (12.3%)(17.9%)(28.7%)(42.9%)(58.6%)(55.8%)(65.0%)(84.8%)(90.5%)(94.2%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 매립소각재활용 -25-

38 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 다. 음식물류폐기물처리시설현황 시 도별공공및민간음식물류폐기물처리시설현황은아래와같으며, 음식물류폐 기물의처리는지자체가처리책무를가지고있음에도많은지자체가자체공공시설을 확보하지못하고민간처리업체에게처리를위탁처리하고있는실정이다. < 표 > 시 도별공공처리시설음식물류폐기물처리시설현황 구분 업체수 ( 개소 ) 시설용량 ( 톤 / 일 ) 폐기물처리량 ( 톤 / 일 ) 비고 계 , , 공공시설 95 5, , % 서울 부산 대구 인천 광주 대전 울산 경기 20 1, ,138.3 강원 충북 충남 전북 전남 경북 경남 제주 민간시설 , , % 서울 부산 대구 인천 광주 대전 울산 경기 강원 충북 충남 전북 전남 경북 경남 자료 ) 공공및민간음식물류폐기물처리시설현황 ( 월기준 ), 환경부생활폐기물과 -26-

39 제 2 장폐기물발생및처리현황 2. 음폐수발생및처리현황 현재국내에서는음폐수일반현황에대한자세한자료는통계화되어있지않은실정이며, 음폐수발생및처리현황에대한자료는현재환경부에서연도별로발표하는 음식물류폐기물처리시설현황 에서폐수발생및처리현황을근거하여통계되고있다. 환경부에서집계하는 음식물류폐기물처리시설현황 은공공시설및민간시설로구분하여집계되어지고있으며, 통계집계방법은각시설별현황자료를지자체에서취합하여환경부에보고하고, 환경부는이를종합적으로집계하여연도별로보고하고있다. 현재환경부에서연도별로발표하는 음식물류폐기물처리시설현황 은 2003년 4/4 분기부터가장최근자료인 2007년 4/4분기까지통계화되고있으나, 2003년 4/4분기통계자료의경우폐수발생량및폐수처리방법만명시되어있을뿐처리방법및처리량에대한통계자료는명시되어있지않다. 하지만매년폐수발생량이증가추세로국제협약및해양배출에대한규제가강화되면서발생량에따른처리방법및처리량등이현재통계산출되고있으며, 통계집계된자료는앞으로음폐수발생및처리현황뿐만아니라향후예측발생및처리량도추세분석가능할것으로판단된다. 본연구에서는통계집계된음식물류폐기물처리시설현황을토대로음식물류폐기물발생량에따른연도별음폐수발생량및처리량을조사 분석하였다. 가. 연도별음폐수발생및처리현황 (1) 연도별음폐수발생현황연도별음폐수의발생현황을분석하기위해발생원인음식물류폐기물발생량과음식물발생정도에따른음폐수발생량을비교 분석하여다음표와같이나타냈다. 음식물류폐기물발생량분석결과 2004년 11,424 톤 / 일의발생량에서 2005년 12,977 톤 / 일 ( 13.2%) 로증가하는추세를나타냈다. 이와같은결과는 2005년음식물류폐기물직매립금지제도시행으로인한분리배출활성화로발생량이급격히증가하였으며, 급증하는음식물류폐기물의문제점을해결하기위한자원화시설의확충으로음폐수의발생량이 2004년 4,008톤 / 일에서 2005년 6,293톤 / 일 (57%) 까지급격히증가하는결과를나 -27-

40 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 타냈다. 또한, 음폐수발생량이급증함에따라자원화시설업체에서는처리비용이저렴 한해양배출을선호함으로서 2005 년해양배출량이 3,562 톤 / 일로 2004 년보다 79% 나증 가하는추세를나타냈다 년직매립금지제도시행으로인해음식물류폐기물발생량이급증하는결과를 나타냄으로서자원화시설확충정책을내세웠고, 이결과음식물류폐기물발생량은감 소추세를보이면서음폐수발생량또한감소추세를나타냈다. 음식물류폐기물발생량에따른연도별음폐수변화추이를분석한결과음식물류폐 기물발생량이증가 감소할경우이에따라음폐수의발생량에도영향을미치는것으로 판단된다. 음폐수증가율은 2006 년부터감소추세를나타내고있지만음식물류폐기물 이음폐수발생원인자원화시설에의해지속적으로발생할것으로판단된다. < 표 2.2-1> 연도별음폐수발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 음식물류폐기물발생량 11,464 음폐수발생량 4,008 해양배출 1,989 12,977 ( 13.2%) 6,293 ( 57%) 3,562 ( 79%) 자료 ) 환경부 음식물류폐기물처리시설현황 ( 기준 ) 13,373 ( 3.1%) 8,225 ( 31%) 5,420 ( 52%) 13,682( 추정 ) ( 2.3%) 9,077 ( 10.4%) 4,879.8 ( 10%) 16,000 음식물발생량음폐수발생량해양배출 14,000 발생량 (ton/d) 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2, 연도 ( 그림 2.2-1) 연도별음폐수발생량변화 -28-

41 제 2 장폐기물발생및처리현황 (2) 연도별음폐수처리현황다음표는 2007년지역별음식물류폐기물처리량및음폐수발생량을시설별로분류하여나타낸것으로음식물류폐기물처리량은자원화시설에서음식물처리시처리량대비음폐수발생정도를비교 분석하기위해나타낸것이다. 지역별음폐수발생현황조사결과공공시설에서발생량이가장높은지역은 20개자원화시설이설치 운영중인경기지역이 1,039톤 / 일로조사되었고, 3개자원화시설이설치 운영중인제주지역이 117톤 / 일로전국에서발생량이가장낮은지역으로조사되었다. 또한음식물처리량대비음폐수발생량분석결과대구지역을포함한 6개지역이음식물처리과정시연계처리를위한수질저감및염분제거를위한세정작업등가수시행으로음식물처리량보다음폐수발생량이높게나타난것으로분석되었다. 민간시설에대한음폐수발생현황조사결과경기지역이 1,633.1톤 / 일로발생량이가장높게나타났고, 울산지역이 30톤 / 일로가장낮은발생량을나타냈으며, 경남지역을제외한나머지지역에서는음식물류폐기물처리량보다음폐수발생량이낮게조사되었다. < 표 2.2-2> 연도별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분총처리량육상처리량해양배출량비고 ( 해양배출률 ) ,008 2,019 1, % ,293 2,731 3, % ,225 2,805 5, % ,077 4,197 4, % 자료 ) 환경부 음식물류폐기물처리시설현황 ( 기준 ) 육상처리량해양배출량총처리량 10,000 9,000 8,000 7,000 처리량 (ton/d) 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, 연도 ( 그림 2.2-2) 연도별음폐수처리량변화 -29-

42 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 나. 전국음폐수발생및처리현황 (1) 지역별음폐수발생현황 다음표는 2007 년지역별음식물류폐기물처리량및음폐수발생량을시설별로분류 하여나타낸것으로음식물류폐기물처리량은자원화시설에서음식물처리시처리량 대비음폐수발생정도를비교 분석하기위해나타낸것이다. 지역별음폐수발생현황조 사결과공공시설에서발생량이가장높은지역은 20 개자원화시설이설치 운영중인경기 지역이 1,039 톤 / 일로조사되었고, 3 개자원화시설이설치 운영중인제주지역이 117 톤 / 일 로전국에서발생량이가장낮은지역으로조사되었다. 또한음식물처리량대비음폐 수발생량분석결과대구지역을포함한 6 개지역이음식물처리과정시연계처리를위 한수질저감및염분제거를위한세정작업등가수시행으로음식물처리량보다음폐수 발생량이높게나타난것으로분석되었다. 민간시설에대한음폐수발생현황조사결과 경기지역이 1,633.1 톤 / 일로발생량이가장높게나타났고, 울산지역이 30 톤 / 일로가장낮 은발생량을나타냈으며, 경남지역을제외한나머지지역에서는음식물류폐기물처리 량보다음폐수발생량이낮게조사되었다. < 표 2.2-3> 지역별음폐수발생량및시설별발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 시설별 공공시설민간시설총발생량지역시설수음식물 1음폐수음식물 2음폐수시설수 (1+2) 처리량발생량처리량발생량 서울 부산 대구 인천 광주 대전 울산 경기 20 1, , , , ,672.1 강원 충북 충남 전북 전남 경북 경남 제주 총계 95 4, , , , ,077.1 자료 ) 환경부 음식물류폐기물처리시설현황 ( 기준 ) -30-

제 2 장폐기물발생및처리현황 - 공공 : 396.5 톤 / 일 - 민간 : 80.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 476.5 톤 / 일 - 공공 : 435.0 톤 / 일 - 민간 : 35.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 470.0 톤 / 일 - 공공 : 224.1 톤 / 일 - 민간 : 80.8 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 304.

43 제 2 장폐기물발생및처리현황 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 80.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 35.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 80.8 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 ( 공공 20 개소, 민간 86 개 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 1,039.0 톤 / 일 - 민간 : 1,633.1 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 2,672.1 톤 / 일 -공공 : 176.5톤 / 일 -민간 : 432.0톤 / 일 -총음폐수발생량 : 608.5톤 / 일 -공공 : 133.0톤 / 일 -민간 : 189.0톤 / 일 -총음폐수발생량 : 322.0톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 81.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 ( 공공 4 개소, 민간 1 개소 ) - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 30.0 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 - 민간 : 톤 / 일 - 총음폐수발생량 : 톤 / 일 - 공공 : 톤 / 일 ( 그림 2.2-3) 지역별음폐수발생현황도 ( 단위 : 톤 / 일 ) 공공 민간 발생량 (ton/d) 서울부산대구인천광주대전울산경기도강원도충북충남전북전남경북경남제주 ( 그림 2.2-4) 지역별내의각시설별음폐수발생현황 -31-

44 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 발생량 (ton/d) 서울부산대구인천광주대전울산경기도강원도충북충남전북전남경북경남제주 ( 그림 2.2-5) 지역별음폐수발생량 (2) 지역별음폐수처리현황현재국내음폐수처리방법은크게육상처리방법과해양배출로분류되며육상처리방법을세분화하면자가처리, 하수처리, 폐수처리, 침출수처리, 폐수위탁처리, 기타처리등으로구분된다. 따라서다음표는각지역별육상처리및해양배출의처리량과처리율을나타냈고, 육상처리방법에서처리방식에따른처리량을분석하기위해각처리방식별로분류하여조사 분석하였다. 각지역별육상처리분석결과육상처리율이가장높은지역은제주지역으로서하수처리방식과침출수병합처리방식등으로전량육상처리하고있는것으로조사되었으며, 육상처리와해양배출방법을이용하여처리하고지역중가장높은지역은광주지역으로서육상처리율이 95.9%(354.5톤 / 일 ) 로분석되었으며, 하수처리와침출수병합처리방식으로처리하고있는것으로조사되었다. 가장낮은지역은충북지역으로서처리율 6.2%(25톤 / 일 ) 로분석되었으며, 자가처리와하수처리방식으로처리하고있는것으로조사되었다. 각지역별음폐수처리량에대한분석결과경기지역의경우육상처리량이 1,162.5톤 / 일로가장높게나타났고, 육상처리율은 43.5% 로분석되었다. 육상처리방법중하수처리방식이 978.3톤 / 일로가장처리량이높았으며, 자가처리, 하수처리, 침출수처리, 폐수 -32-

45 제 2 장폐기물발생및처리현황 위탁처리방식등으로처리하고있는것으로조사되었다. 해양배출처리율은 56.5% 로 육상처리율보다다소높게분석되었다. < 표 2.2-4> 지역별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 지역 서울 120 (25.2%) 부산 124 (30.8%) 대구 318 (83.5%) 인천 384 (81.7%) 광주 (95.9%) 대전 133 (41.3%) 울산 128 (57.7%) 경기 1,162.5 (43.5%) 강원 (64.7%) 충북 25 (6.2%) 충남 (23.1%) 전북 (75.2%) 전남 (66.2%) 경북 163 (19.3%) 경남 242 (36.6%) 제주 117 (100%) 육상처리 계자가처리하수처리폐수처리침출수 처리장 폐수위탁처리기타처리 해양 배출 총 발생량 (74.8%) (69.2%) (16.5%) (18.3%) (4.1%) (58.7%) (42.3%) ,509.6 (56.5%) (35.3%) (93.8%) (76.9%) (24.8%) (33.8%) (80.7%) (63.4%) 총계 4, , , 주 )( ) 는총발생량에따른육상및해양배출처리비율임. -33-

46 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 처리량 (ton/d) 해양배출 서울 자가처리 해양배출 하수처리장 폐수처리장 침출수처리장 폐수위탁처리 기타처리 해양배출 부산 하수처리장 대구 침출수처리장 인천 하수처리장 광주 해양배출 대전 해양배출 울산 해양배출 폐수처리장 경기 해양배출하수처리장 강원 충북 해양배출 충남 하수처리장 해양배출 하수해양처리장배출 전북 전남 해양배출 경북 해양배출하수처리장 경남 제주 ( 그림 2.2-6) 지역별음폐수처리량 다음표는전국시설별음폐수처리현황을나타낸것이다. 전국총시설수는 255개소로공공시설이 95개소, 민간시설이 160개소로조사되었고음폐수처리량은공공시설이 4,582.7톤 / 일, 민간시설 4,494.4톤 / 일로유사하게나타났다. 각시설별처리방법분석결과공공시설은육상처리량이 3,472.1톤 / 일, 해양배출량 톤 / 일로육상처리방법에의한처리량이해양배출방법보다높게나타났지만민간시설의경우해양배출량이 3,769.2톤 / 일, 육상처리량 725.2톤 / 일로해양배출방법이약 5 배정도높은처리량을나타내면서민간시설에서는처리비용부담으로인한해양배출처리방식선호로높게나타난것을알수있었다. 또한각시설별육상처리분석결과공공시설은음폐수를하수처리장으로유입하여처리하는량이 3,008.3 톤 / 일로육상처리방법중에서가장높은처리율 (65.6%) 을나타냈고, 침출수처리 톤 / 일 (6.9%) 자가처리 101톤 / 일 (2.2%) 기타처리 45.5 톤 / 일 (1.0%) 순으로나타났으며, 민간시설또한하수처리장 430.9톤 / 일 (9.59%) 로가장높은처리량을나타냈고, 침출수처리 톤 / 일 (4.76%) 위탁처리 56.7 톤 / 일 (1.26%) 자가처리 20.5톤 / 일 (0.46%) 기타처리 2톤 / 일 (0.04%) 폐수처리 1.2톤 / 일 (0.03%) 순으로나타났다. 공공시설과민간시설에대한해양배출처리량을분석한결과공공시설은해양배출이 1,110.6 톤 / 일 (24.2%) 로나타났지만, 민간시설의경우해양배출이 3,769.2 톤 / 일 (83.86%) 로공공시설에비해약 3배정도높게나타났다. -34-

47 제 2 장폐기물발생및처리현황 < 표 2.2-5> 전국시설별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분발생원음식물개소수처리량 음폐수 발생량 계 하수 처리장 침출수 처리장 육상처리량 위탁 처리 폐수 처리장 자가 처리 기타 해양배출량 ( 비율 ) 계 , ,077 4, ,879.8 공공 95 4, , ,472.1 (75.8%) 민간 160 7, , (16.14%) 3,008.3 (65.6%) (9.59%) (6.9%) (4.76%) (1.26%) 1.2 (0.03%) 101 (2.2%) 20.5 (0.46%) 45.5 (1%) 2 (0.04%) 1,110.6 (24.2%) 3,769.2 (83.86%) 공공시설 기타처리 1.0% 해양배출 24.2% 자가처리 2.2% 침출수처리장 6.9% 하수처리장 65.6% ( 그림 2.2-7) 공공시설음폐수처리현황 민간시설 하수처리장 9.59% 침출수위탁처리처리장 1.26% 4.76% 기타처리 0.04% 폐수처리장 0.03% 자가처리 0.46% 해양배출 83.86% ( 그림 2.2-8) 민간시설음폐수처리현황 -35-

48 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 육상처리량 해양배출량 처리량 (ton/d) 공공 해양배출량 육상처리량 민간 해양배출량 육상처리량 ( 그림 2.2-9) 시설별음폐수처리현황 다. 처리유형별음폐수발생및처리현황 (1) 처리유형별음폐수발생현황다음표는국내음식물자원화시설처리유형별음폐수발생량을나타낸것이다. 사료화시설의발생량조사결과총음폐수발생량이 3,753.1톤 / 일로나타났고, 처리방법별로는시설수및음식물처리량이비교적많은습식사료화시설의발생량 (1,656톤/ 일 ) 이건식사료화시설의발생량 (2,097.1톤/ 일 ) 보다낮게나타났다. 이결과건식사료화시설이습식사료화시설보다전처리과정시음폐수발생량이높게나타나는것을알수있었으며, 음식물처리량보다음폐수발생량이낮게나타났다. 92개퇴비화시설에대한음폐수발생현황을호기성, 혐기성, 건식 / 건조, 발효, 습식, 지렁이로분류하여조사한결과, 가장많은발생량을나타낸처리방법은호기성방식으로전국 80개소에서음폐수발생량이총 2,996.2톤 / 일로나타났으며, 혐기성 100.6톤 / 일 건식/ 건조 100톤 / 일 발효 70톤 / 일 습식 57톤 / 일 지렁이 5톤 / 일순으로조사되었다. 퇴비화시설에서의총음폐수발생량은 3,328.8톤 / 일로나타났으며, 음식물처리량에따른음폐수발생분석결과혐기성소화방식을제외하고는처리량보다낮게나타났지만, 혐기성소화방식의경우함수율조절로인한가수시행및소화조내의분해반응으 -36-

49 제 2 장폐기물발생및처리현황 로인한소화여액발생으로처리량보다높게나타난것으로분석되었다. 기타시설은파쇄, 탈수, 혐기성소화, 하수병합방식등으로음식물을처리하는시설들 로서전국 43 개소에서음폐수총발생량이 1,995.2 톤 / 일로조사되었으며, 음식물처리량 에따른음폐수발생량조사결과음식물처리량보다낮은발생량을나타냈다. < 표 2.2-6> 처리유형별음폐수발생현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 총계 사료화 퇴비화 소계 건식 습식 소계 호기성혐기성건식 / 발효습식지렁이건조 개소수 기타 음식물 11, , , , , , ,175.6 처리량음폐수 9, , , ,656 3, , ,995.2 발생량 자료 ) 환경부 음식물류폐기물처리시설현황 ( 기준 ) 6,000 5,485.3 음식물처리량 음폐수발생량 5,000 4,000 3, , , ,000 2,000 2, , ,000 0 사료화퇴비화기타 ( 그림 ) 처리유형별음폐수총발생량 (2) 처리유형별음폐수처리현황다음표는국내음식물류폐기물처리시설에따른처리방법별처리량을나타낸것으로사료화시설에서의음폐수육상처리량은 1,055.9톤 / 일, 해양배출량은 2,697.2톤 / 일로나타났고, 사료화시설을세분화하여건식및습식시설의처리량을분석한결과해양배출처리량이각각 1,069.0 톤 / 일, 1,628.2 톤 / 일로육상처리방법보다높은처리량을나타냈다. 퇴비화시설에서는음폐수의육상처리량이 1,837톤 / 일, 해양배출 1,491.8톤 / 일로나타났고, 퇴비화시설을세분화하여분석한결과호기성, 혐기성, 건식 / 건조, 지렁이방식은육 -37-

50 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 상처리량이각각 1,716.4 톤 / 일, 40.6 톤 / 일, 75 톤 / 일, 5 톤 / 일로해양배출량보다높은처리량 을나타냈고, 기타시설의경우대부분공공시설로공공하수처리장으로처리됨으로육상 처리량 (1,304.4 톤 / 일 ) 이해양배출 (690.8 톤 / 일 ) 보다높게나타난것으로판단된다. < 표 2.2-7> 처리방법별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 처리방법 육상처리 해양배출 소계 ( 처리율 ) 사료화 건식 습식 소계 ( 처리율 ) 퇴비화 호기성혐기성건식 / 건조 발효습식지렁이 기타 ( 처리율 ) 1,055.9 (28.1%) 1, ,837 (55.2%) 1, ,304.4 (65.4%) 2,697.2 (71.9%) 1,069 1, ,491.8 (44.8%) 1, (34.6%) 총계 3, , ,656 3, , ,995.2 육상처리 해양배출 처리율 (%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 34.6% 71.9% 55.2% 65.4% 28.1% 44.8% 사료화 퇴비화 기타 ( 그림 ) 처리방법별음폐수처리율다음표는자원화시설에서발생된음폐수의처리현황을세부적으로분석하기위해육상처리방법을처리유형별 ( 자가처리, 하수처리, 침출수처리, 기타등 ) 로분류하여각처리유형에따른처리량을나타낸것이다. 사료화시설의경우해양배출방법에의한처리량이 2,697.2톤 / 일로가장높게나타났고, 육상처리방법에의한총처리량은 1,055.9톤 / 일로서하수처리장에유입하여처리하는방법이육상처리방법중가장높은처리량 (861.4톤/ 일 ) 을나타냈으며침출수처리 (192.8톤/ 일 ) 폐수처리(1.2톤/ 일 ) 기타처리(0.5톤/ 일 ) 순으로나타났다. -38-

51 제 2 장폐기물발생및처리현황 퇴비화시설음폐수처리방법의경우하수처리장에유입하여처리하는방법이 1,339 톤 / 일의처리량을나타내면서사료화시설처리방법과는다르게육상처리방법에의한총 처리량 (1,837 톤 / 일 ) 이해양배출처리량 (1,491.8 톤 / 일 ) 보다높게나타났고, 침출수처리 (273.3 톤 / 일 ) 자가처리 (121 톤 / 일 ) 폐수위탁처리 (56.7 톤 / 일 ) 기타처리 (47 톤 / 일 ) 순으로나타났 다. 또한, 국내퇴비화시설처리현황조사결과음폐수를연계 / 병합처리, 해양배출방법으 로처리하지않고맥반석에흡수처리하여바이오블럭생산및혐기성소화시설설치하여 음폐수를자가처리하는시설도조사되었다. 기타시설의경우음식물류폐기물처리시설이환경기초시설내에위치하고있고대 부분처리시설에서발생되는음폐수를하수연계및병합처리하고있어사료화및퇴 비화시설에서의육상처리율 (28.13%, 55.18%) 보다기타시설에서의육상처리율 (65.37%) 이 높게나타났다. < 표 2.2-8> 처리방법별음폐수처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 육상처리구분해양배출계자가처리하수처리폐수처리침출수처리폐수위탁기타처리사료화 1, , (28.13%) (22.95%) (0.03%) (5.14%) (0.01%) (71.87%) 퇴비화 1, , , (55.18%) (3.64%) (40.3%) (8.22%) (1.71%) (1.41%) (44.82%) 기타 1, , (65.37%) (0.03%) (62.07%) (3.3%) (34.63%) 혐기성소화, 고액분리, 응집침전, 고액분리. 분뇨처리장, 처리시설고온농축하수연계, 원심분리응집침전, 고액분리, 고온농축, 소각시설응집탈수스크린탈수여과시설미생물반응조 자가처리하수처리폐수처리침출수처리 100% 폐수위탁기타처리해양배출 처리율 (%) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 해양배출 해양배출 침출수처리 해양배출 침출수처리 30% 20% 10% 0% 하수처리침출수처리하수처리하수처리자가처리사료화퇴비화기타 ( 그림 ) 처리방법별음폐수처리율 -39-

52 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 3. 음식물류폐기물및음폐수발생향후전망가. 음폐수발생량예측방법검토 음폐수의향후발생량은인구현황과음식물류폐기물발생현황그리고음식물류폐기물발생량대비음폐수발생량등다양한인자에의해장래발생량예측이결정된다. 따라서기존통계현황에만의존한장래의발생량예측은어려운과제이며, 단지추론하는정도로그칠수밖에없다. (1) 경향법 (Trend Method) 에의한예측경향법은회귀분석 (regression analysis) 기법의변형된하나의방법으로서과거의자료들을수식모델에대입하여장래를예측하는방법이다. 이방법은단지 시간 을독립변수로하여종속변수를예측하는방법이다. 경향법의수식은다음과같다. X = ƒ(t) 여기서, X : 음폐수발생량, t: 시간따라서, 음폐수장래발생량예측분석시단지시간과이에따른폐기물발생량 ( 또는조성 ) 간의상관관계만을고려하였으며, 과거의처리실적을수식 Model에대입하여과거의경향을근거로장래발생량을예측하였다. (2) 다중선형회귀모델 (Multiple Linear Regression Model) 다중선형회귀모델 (trend method) 은시간적인인자에기타다양한영향인자를고려하여예측하는방법으로서하나의수식으로각영향인자들의효과를총괄적으로나타낼수있는유용한방법이다. 다중선형회귀모델의수식은다음과같다. X = ƒ(x 1, X 2, X 3,...X i ) 여기서, X i : 인구현황, 음식물류발생량등음폐수의장래발생량예측은음식물류폐기물발생량, 음식물류폐기물발생량대비음폐수발생량, 인구현황등을영향인자로사용하여장래발생량을예측하였다. 나. 음폐수발생량예측방법선정 발생량의예측에있어서다중선형회귀분석법과경향법이흔히이용되며, 음식물류폐 기물에서도발생량예측에많이적용된다. 또한, 발생량에대한영향인자들의장래예 -40-

53 제 2 장폐기물발생및처리현황 측에경향법이주로이용된다. 이에따라, 본연구에서는발생량예측방법에다중선형회귀분석방법과경향법을병행하였고, 영향인자의장래예측에경향법을이용하였다. 다중선형회귀분석방법의기본식은다음과같다. Y = B 0 + B 1 X 1 + B 2 X A 여기서, Y: 종속변수 X 1,X 2 : 독립변수 B 0 : 상수 B 1,B 2 : 회귀계수, A: 오차항다중선형회귀분석을예측하는방법으로는컴퓨터 Excel프로그램을이용하였다. 이프로그램의 Output Data에는독립변수와종속변수간의상관관계, 분산분석의유의확률, 상수와변수들간의유의확률값을얻을수있어회귀분석의결과치에대한신뢰도분석이가능하였다. 통계학적으로볼때유의확률이너무높게나오면 Data의신뢰도가떨어지는것으로알려져있다. 본연구에서는실제발생량산정시통계학적으로설득력이부족할수있지만, 2004~2007년까지의기존자료를이용하여음폐수발생량을예측하였고, 다중회귀, Trend 선형, Trend 로그의 3가지예측모델을적용하였다. 이러한발생량예측자료가음폐수를좀더효율적으로관리하고, 발생량을줄일수있는기초자료로활용된다면많은도움이될것으로판단된다. 다. 음식물류폐기물및음폐수장래발생량예측음폐수의장래발생량예측을하기위해서는예측에사용되는여러가지인자들을선정해야한다. 본연구에서는우선다중회귀와 Trend 선형, Trend 로그의 3가지방법을이용하여음폐수발생량을예측하였다. 먼저 Trend법 ( 선형과로그법 ) 의인자는시간이라는단일인자를이용하였고, 다중선형회귀모델법의인자는인구수, 음식물류발생량, 음폐수발생량원단위의인자가사용되었다. 인구수인자는 2001년 ~2020년까지의통계청인구예측자료이고, 음식물류발생량인자는 2004년 ~2006년까지의환경부자료 ( 음폐수육상처리및에너지화종합대책 ( 안 ) ) 에서 음식물류폐기물발생현황추이 자료를사용하였다. 또한, 음폐수발생량원단위인자는음폐수의발생량을음식물발생량으로나누어산출값으로, 환경부자료 ( 음폐수육상처리및에너지화종합대책 ( 안 ) ) 에서 연도별음폐수발생량 자료 (2004년 ~2007년까지 ) 를사용하였다. -41-

54 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 2.3-1> 년음식물류폐기물및음폐수발생량 구분 음식물류발생량 ( 톤 / 일 ) 11,424 12,977 13,547 - 음폐수발생량 ( 톤 / 일 ) 4,008 6,293 8,225 8,818 음폐수발생량원단위 * 음폐수발생량원단위는음식물류발생량에따라음폐수발생정도를 산출하기위한값 비고 * 2007년음식물류발생량은아직통계산출되지않아미기재 * 음식물및음폐수발생량은환경부자료 ( 음폐수육상처리및에너지화 종합대책 ( 안 )) 를사용함 아래표와그림은다중선형회귀모델과경향법 ( 선형및로그 ) 으로음폐수발생량을예 측한결과를나타낸것이다. 예측결과 3 개의예측방법모두 2020 년까지음폐수의발생 량이증가하는것으로예측되었고, 전년도대비음폐수증가율결과에서는직매립금지 시점인 2005 년 57% 의높은증가율을나타냈다. 또한, 2008 년부터음폐수발생량예측에 따른증가율분석결과 2020 년에는 2% 의낮은증가율을보였다. 해양배출금지시점인 2013 년까지의발생량예측분석결과 2008 년부터 2013 년까지음폐수의증감율은점차 감소하고있는것으로나타났으며, 2013 년에는 12,227 톤 / 일 ( 다중회귀 ) 의예측발생량을 나타냈다. < 표 2.3-2> 음폐수발생량예측결과 년도 인구수 ( 명 ) 1) 발생량 음식물류 음폐수 발생량비율 3) 다중회귀 trend trend 증가율 ( 톤 / 일 ) 4) ( 선형 ) 5) ( 로그 ) 6) (%) ( 톤 / 일 ) 2) ,039,415 11, ,008 4,008 4, ,138,077 12, ,293 6,293 6, ,297,184 13, ,225 8,225 8, ,456,369 13, ,077 9,077 9, ,606,787 14, ,885 11,186 9, ,746,693 14, ,521 12,899 10, ,874,539 14, ,044 14,613 11, ,988,833 15, ,507 16,327 11, ,083,184 15, ,913 18,041 12, ,162,816 15, ,227 19,755 12, ,227,451 15, ,615 21,469 12, ,277,094 15, ,927 23,183 13, ,311,793 15, ,231 24,897 13, ,332,392 16, ,508 26,611 13, ,340,350 16, ,788 28,325 13, ,337,991 16, ,036 30,038 14, ,325,689 16, ,278 31,752 14,418 2 자료 )1) 인구수 : 월에작성한 2001~2020 년까지의장래인구추계자료임 ( 통계청 ) 2) 음식물류발생량 :2004~2006 년까지의음식물류발생량은 음폐수육상처리및에너지화종합대책 -42-

55 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 안 ) 의음식물류폐기물발생현황추이자료이며,2006 년부터는통계기법을사용하여산출한예측발생량임 3) 음폐수발생량비율 ( 음식물발생량대비음폐수발생량 ): 음폐수발생량원단위는음폐수발생량을음식물류발생량으로나눈값으로,2008 년부터는통계기법을사용하여산출한예측발생량원단위임 4)Y= ( A1)+( A2)+( A3) 여기서,A1: 인구수,A2: 음식물류발생량,A3: 음폐수발생량원단위 5)Y=1713.9X+2616, Y= 년도 6)Y=3735.9Ln(X) , Y= 년도 다중회귀 (ton) Trend( 선형 ) Trend( 로그 ) 음폐수발생량 (ton/year) 년도 ( 그림 2.3-1) 음폐수장래발생량예측 4. 자원화기술현황분석가. 음식물류폐기물자원화기술 현재국내음식물류폐기물은발생단계에서최종처리단계까지여러가지형태의방법으로처리되어지고최종적인처리방식의선정은최초배출형태나최종사용처에따라그방법선정기준이확립되어진다. 음식물류폐기물자원화시설은크게사료화시설, 퇴비화시설등으로분류하고있으며, 사료화는습식 건식, 퇴비화는호기성 혐기성 건식 / 건조, 혐기성소화는습식 건식방법으로세분화할수있다. 그외혐기성소화시설, 하수병합시설등이있으며하수병합시설의경우최종적으로혐기성소화방법을이용하여음식물류폐기물을처리하고있다. -43-

56 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 음식물류폐기물 반 입 전처리시설 투입시설 파봉 / 파쇄 / 선별 탈수 / 세척 멸 균 혼합시설 ( 톱밥, 음식물 ) 건조및혼합 선별 / 저장 건조시설 발효시설 미분쇄 산발효 메탄발효 하수슬러지 농축조 소화조 포장시설 사료화공정 선별시설 저 장 포장및저장 발 전 퇴비화공정 혐기성소화 하수병합 ( 그림 2.4-1) 음식물류폐기물처리시설기본처리공정도 (1) 사료화공법음식물류폐기물처리방법중하나인사료화시설은음식물류폐기물을주원료로하여동물의영양섭취및성장등에유익하게사용할목적으로사료관리법의규정에서정한사료를생산하는일련의공정을말한다. 사료화처리기술은열과에너지등을이용하여건조시키는건식사료화방식과유기물을발효시키면서발생하는열을이용하는발효사료화방식으로구분되며, 수분함량에따라분류되는건식사료화또는습식사료화로분류된다. 사료화시설에투입된음식물류폐기물은파봉, 파쇄및선별장치에서걸러낸이물질은매립및소각처리방법에의해처리되고있으며, 가열 / 건조시에응축기에서발생된응축수및저장호퍼, 탈수기에서발생된음폐수는저장조로이송하여 1차처리시설을거친후해양배출및육상처리방법으로처리되고있다. -44-

57 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 2.4-2) 사료화시설의물질흐름경로 ( 가 ) 습식사료화음식물쓰레기의이물질을선별, 제거한후수분이있는상태에서파쇄하여가온멸균하거나, 유기산등을첨가하여부패균등을사멸시킨후기존배합사료와혼합하여가축먹이로바로공급하는기술로서축산농가 ( 오리, 돼지 ) 에서직접실용화하고있는기술이다. 습식사료제조방식은건조방식에비해생산원가가매우저렴한장점이있으나이물질선별과부패된음식물의투입금지가반드시선행되어야한다. 주요공정은투입시설, 선별시설, 파쇄시설, 가열시설, 발효 / 저장시설및선별시설로구분할수있다. 반입되는음식물쓰레기양을측정하기위하여계량시설을설치하거나, 이물질제거를위하여발효 / 저장시설전후에선별시설을설치하여야하며, 가축에적정영양소를공급할수있는사료를생산하기위하여배합사료, 단미사료등을첨가하여배합할수있는시설을설치할수있다. 습식사료화시설에건조시설을추가할경우건조사료생산이가능하며, 발효시설을설치할경우발효사료의생산도가능하다. -45-

58 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 1) 처리공정에따른분류 가 ) 가온멸균하는방식 이물질제거이물질제거 음식물류폐기물 고속절단 배관이송 혼합 가축급이 습식분쇄 140 정도의고온가열 멸균 발효제와배합사료혼합교반 나 ) 알콜및유기산첨가방식 이물질제거이물질제거 음식물류폐기물 습식분쇄 습식분쇄 알콜및유기산첨가 배합 가축급이 영양소및배합사료혼합 ( 그림 2.4-3) 습식사료화처리공정에따른분류 2) 장 단점 장점 단점 시설설치비, 운영비저렴 공공시설로의적용이거의없음 수질오염물질이적게발생 신속한수집운반가공요구 축산농가등수요처현지또는인근에서적용 이물질의완벽한제거및멸균필요 장기보관곤란 하절기부패우려 퇴비품질저하시수요처확보곤란 ( 나 ) 건식사료화건조에의한사료화는부패되지않은음식물쓰레기를선별 건조 파쇄하는공정으로구성되며경제적으로저렴한건조기술이요구되고있다. 건조에의한사료화기술의경우탈수기로수분을제거하고자력선별에의한이물질제거후롤러밀을이용하여 1차분쇄시킨다. 분쇄된혼합물은건조탑내부에서유동상건조방식에의하여 390 정도의 -46-

59 제 2 장폐기물발생및처리현황 뜨거운공기와교반되면서순간건조되어햄머밀을이용한 2차분쇄과정과최종선별 ( 진동체 ) 과정을거친후포장되어배합사료원료로공급된다. 이방식은 390 의순간적고온직열건조방식으로타지않으면서영양소파괴가거의없고, 고온살균처리로위생적이며, 또한함수율이낮아장기보관이가능한장점이있다. 음식물쓰레기건식사료화시설의주요공정은투입시설, 선별시설, 파쇄시설, 가열 / 건조시설등으로구분할수있으며, 혼합시설을설치 운영할수있다. 주요공정은습식시설과비슷하며, 가열시설과건조시설을통합또는각각설치하는방법이있으며, 생산제품의품질향상및안전성을높이기위하여가열 / 건조시설이후에선별시설을설치하여야한다. 자력선별 최종선별 선별 혼합 분쇄 건조 2 차분쇄 포장 ( 그림 2.4-4) 건조사료화처리공정 1) 건조공정에따른분류건조사료화방법은건조공정에따라열풍건조, 진공건조, 원적외선건조, 유온탈수건조등으로대별할수있다. 가 ) 열풍건조음식물류폐기물을유동층건조방식에의하여 390 정도의열풍과교반에의하여순간적으로건조시켜사료로이용하는방법으로음식물을선별, 건조, 분쇄하는공정으로구성된다. 나 ) 진공건조기압이떨어지면물의비등점이낮아지는원리를이용하여음식물류폐기물에함유된수분을진공상태에서 60 ~ 70 의온도로증발건조시키는방법이다. 이건조시스템은열공급장치, 진공건조장치, 증기냉각장치로구성되어있다. -47-

60 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 다 ) 원적외선건조원적외선이란가시광선보다긴파장 (750 ~ 1000μm ) 을말하며, 원적외선가열판에서나오는복사에너지가음식물류폐기물중의유기물분자내에흡수되어분자의진동에너지로변환되고분자의내부온도를상승시킴으로서가열효율이높아지는효과가있다. 라 ) 유온탈수건조유온탈수건조법은기름을열전달체로이용하여압력이낮은상태에서고온으로음식물류폐기물에함유된수분을탈수 (6% 이하 ) 한다음원심분리기또는압출프레스를이용하여기름을회수한다. 동처리기술은수용성단백질이유출되지않아단백질함유량이높은고품질의사료제품의생산이가능하다. 2) 장 단점 장점 단점 습식사료에비해수분함량이낮아저장및수송이 건조또는발효에따른시설필요용이함 이물질의완벽한제거및멸균필요 생산된제품의부패로인한안정성문제적음 퇴비품질저하시수요처확보곤란 (2) 퇴비화공법현재국내에서적용되고있는퇴비화기술은유기물질을소화하는미생물의산소필요유무에따라호기성퇴비화, 혐기성퇴비화로대별될수있으나, 현행법상퇴비화는협의의의미로호기성퇴비화를말하며혐기성퇴비화는처리공정및시설구조등기술의특성상호기성퇴비화라기보다는혐기성소화에포함된다. 퇴비화처리기술은크게호기성및혐기성처리방법으로호기성퇴비화는산소가존재하는상태에서호기성미생물에의해생물학적안정화하는과정을말하며, 혐기성퇴비화는음식물류폐기물을미세하게파쇄한후에가수를하고소화공정을거친후분해시키는과정을말한다. 현재국내에서는혐기성퇴비화보다는기술적인접근및취급용이성, 원료의확보성, 경제성으로인해호기성퇴비화방법이더많이보급활용되고있다. -48-

61 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 2.4-5) 퇴비화시설의물질흐름경로 ( 가 ) 호기성퇴비화호기성퇴비화는유기성폐기물을낙엽, 왕겨, 톱밥등과함께충분히교반한후발효조에서미생물이유기물을분해할때발생하는발효열에의해발효의촉진과수분의증발을동반하는호기성미생물에의한발효후안정화단계를거쳐최종퇴비를생산하는기술로서전처리공정 ( 선별, 파쇄, 혼합등 ), 주처리공정 ( 발효, 숙성 ), 후처리공정 ( 선별, 균질화, 포장등 ) 으로구분된다. 1) 처리공정 ( 전처리공정 ) ( 주발효공정 ) 음식물류폐기물투입 혼합 ( 수분조절제및종균제 ) 발효 숙성발효 공기공급공기공급 ( 후처리공정 ) 출하 선별, 포장 퇴비생산 ( 그림 2.4-6) 호기성퇴비화처리공정도 -49-

62 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 2) 공정개요가 ) 전처리공정 원료투입, 선별, 파쇄, 부재료혼합, 종균제투입등효과적인퇴비화가진행될수있도록준비과정 선별 : 유효원료선별, 유해물질제거공정 파쇄 : 원료와부재료를일정크기의입자로자르는공정 원료개량 : 퇴비화에필요한원료상태가되도록영양분, 수분, 통기성등을적정수준으로유지 종균제 : 유효미생물투입공정으로반송퇴비를이용하거나, 종균제투입 ( 반송퇴비사용시함수율조절도고려 ) 혼합 : 원료, 미생물, 부재료등을고루섞는공정 퇴비화적정조건 : 함수율 (55%~65%), 적정온도 (45 ~65 ), 충분한산소공급나 ) 주처리공정 물질이고속분해되어물질감소율이급격히높은고속퇴비화와퇴비를생물학적으로안정화시키는숙성단계 주기능으로수분공급, 뒤집기, 공기공급, 퇴비이송기능등네가지기능으로분류할수있는데적합공정의선정은원료의종류, 전처리정도, 분해속도, 퇴비의품질목표, 가용부지, 행정및환경적인규제등에따라결정 퇴비의품질을높이기위해일정기간 (1 ~ 3개월 ) 숙성하여안정화다 ) 후처리공정 사용된부재료를회수하고품질기준에적합한퇴비생산 부재료선별공정, 균질화공정, 부족영양소첨가공정등라 ) 부대공정 탈취시설 : 원료의투입에서제품포장까지전공정에걸친악취제거시설설치필요 ( 에어커튼, 토양탈취, 연소탈취등 ) 기타진동이나소음등각종환경오염유발요인을제거할수있는환경관련시설설치필요 -50-

63 제 2 장폐기물발생및처리현황 3) 장 단점 장점 운영실적이많음 혐기성퇴비화보다퇴비품질이우수 운영관리가용이 기술적으로완성도가높음 단점 수분조절을위한첨가제투입 호기조건유지로악취발생량다소높음 ( 나 ) 혐기성퇴비화혐기성퇴비화는음식물폐기물을혐기성상태에서혐기성미생물의소화에의해유기물질을유기산이나, 알콜류로전환시키고, 이것을다시메탄형성미생물에의해서메탄가스를생성하며, 발효후슬러지를고형물과액으로분리하여고형물만부숙시켜퇴비화하는공정이다. 혐기성소화설비는유기성폐기물을산소를공급하지않고발효하여폐기물중생분해성유기물을메탄가스로전환후에너지로이용하고소화처리가어려운잔재를퇴비화하는시설이다. 혐기성소화설비의분류는원료의초기농도에따라건량기준 6 ~ 10% 의고형분농도로원료가투입되는습식공정과 25 ~ 40% 의고형분을함유하는건식공정으로 1차분류하고운전형태에따라회분식혹은연속식으로 2차분류한다. 반응기형태에따라완전혼합형, 관흐름형, 혐기성여상형, 일체형으로 3차분류한다. 원료투입 ( 계량 ) 전처리및선별 음식물류폐기물금속류이물질 혐기성소화 바이오가스 퇴비 폐 수 탈수 유틸리티 후숙 폐수처리 재활용 매립또는소각 ( 그림 2.4-7) 혐기성퇴비화처리공정도 -51-

64 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 1) 처리공정 선별시설 가수분해및산발효시설 메탄발효시설 슬러지처리시설 ( 탈수시설등 ) 슬러지퇴비화시설 이물질을제거한음식물쓰레기는산발효조에이송하여중온 (30 ~ 38 ) 에서산발효과정을거치고메탄발효조로이송되어메탄발효조에서중온또는고온상태로대략 15일정도메탄발효과정을거친다. 생성가스의포집, 이용과함께발효액으로잔존하는슬러지는탈수과정을거치며탈수액은정화처리하고탈수된슬러지를호기성퇴비화등의방법으로자원화한다. 이시설은퇴비자원화의목적보다음식물폐기물의처리및에너지생산에주목적이있으며, 공정부산물로발생하는슬러지가퇴비화의대상이되는특징이있다. 호기성퇴비화에비하여에너지생산이가능한것이가장큰장점으로나타나고있다. 2) 공정의개요가 ) 전처리공정 수거된음식물류폐기물중유기성물질과무기성물질을선별, 파쇄하여분리하는공정 주요설비 : 파쇄기, 드럼스크린, 자력선별기등나 ) 주발효고정 혐기성미생물에의한산발효조및메탄발효조로구성 산발효조 : 혐기성분해과정중 1단계분해 - 온도조절, 체류시간 (4 ~ 5일 ), ph조절 (5.6 ~ 7.2), 무기질제거 ( 돌, 유리및기타잡개물 ) 메탄발효조 : 2단계분해, 메탄가스와퇴비원료인 humus생성 - 온도조절 ( 중온 : 30 ~ 35, 고온 : 55 ~ 65 ), 체류시간 (12 ~ 15일 ), CH 4 와찌꺼기분리조건형성 -52-

65 제 2 장폐기물발생및처리현황 찌꺼기 (humus) 처리 - humus : earth formed decay of vegetable matter (dead leaves, plants) - 생성된찌꺼기 (humus) 를기계적인탈수를거쳐호기성발효기를거쳐후숙 - 탈수된여액은오 폐수처리설비로처리 지방 글리세린단백질 아미노산다당류 단 이당류 ( 산생성균 ) 세균의증식 휘발성지방산알콜알데히드케톤암모니아탄산가스수소, 물 ( 메탄생성균 ) 세균의증식 메탄탄산가스물 제 1 단계가수분해 ( 유기물 ) 제 2 단계산생성 ( 유기산 ) 제 3 단계메탄생성 (CH 4, CO 2 ) ( 그림 2.4-8) 혐기성소화주처리개략공정도 다 ) 후처리공정 소화된유기물의탈수 / 후숙을거쳐상품성이있는퇴비로생산하는퇴비화가공설비와포집된메탄가스를정제, 탈수처리하여에너지재이용을위한 Bio-gas utility 설비및기타공정중에발생하는악취및이산화탄소, 황화수소등을처리하는탈취설비, 설비를자동제어할수있는콘트롤설비등이있음라 ) 부대공정 탈취시설 - 원료의투입에서제품포장까지전공정에걸쳐악취제거시설설치필요 ( 에어커튼, 토양탈취, 연소탈취등 ) 기타진동이나소음등각종환경오염유발요인을제거할수있는환경관련시설설치필요 -53-

66 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 3) 장 단점 장점 바이오가스생산에의한에너지생산가능 높은감량효율 운영실적이적음 단점 호기성퇴비화에비해퇴비품질이다소저하 (3) 하수병합처리하수병합처리는혐기성소화방법과유사한공정으로음식물류폐기물을 1차적 ( 파쇄 / 선별 ) 으로처리한후하수처리장의소화조에유입시켜메탄가스로변환시키는방법으로인근에이용가능한하수처리장이있는경우에한하여선택할수있는방법이다. 하수소화조를이용한처리방법의공정은음식물류폐기물을저장호퍼에반입하고, 이송컨베이어로파쇄기에투입하여탈수, 혼합, 파쇄, 선별과정을거쳐협잡물등으로분류되어각각배출된다. 분리 파쇄된음식물류폐기물은싸이클론에서회전현상에의해무거운물질과분리된후농축조및조정조로이송되어 ph 조정과가수분해과정을거쳐소화조로이송된후하수슬러지와연계처리된다. 하수병합처리의경우, 생물학적혐기성소화원리를이용한방법으로하수처리장소화조의여유용량을이용하여유용한에너지원인메탄가스를생산하고소화슬러지는퇴비화할수있는공법으로시설비와운영비를절감할수있는특징이있다. 하수처리시설을활용한음식물류폐기물의처리는하수처리시설의소화조에음식물류폐기물을선별 파쇄후가수분해 산발효등의전처리를하여병합처리하는방법과하 폐수의고도처리용탄소원으로개발하여처리하는방법들이있으며, 현재소화조내병합소화처리하는공정이주로적용되고있다. 즉, 기존의하수처리장내소화조에음식물류폐기물의전처리산물을병합소화하는것을기본으로처리하고있으므로, 하수처리시설의공정중에소화조시설이설치되어있어야하며, 하수처리장의운영현황, 음식물류폐기물의전처리시설의설치를위한여유부지확보여부등에관한사항을면밀히검토한후추진하여야한다. -54-

67 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 2.4-9) 하수병합시설의물질흐름경로 ( 가 ) 하수병합처리시외부탄소원공급방안 처리수질에여유가있는경우 : 음식물류폐기물을파쇄하여탈수한후탈리액을투여 처리수질에여유가없는경우 : 음식물류폐기물을파쇄하여분리된슬러리를알카리제, 즉수산화나트륨 (NaOH) 으로가수분해하여탈수한후탈리액을투여 ( 나 ) 혐기성소화조병합처리방안 음식물류폐기물을파쇄하여혐기성소화조에농축슬러지와병합처리할경우적용범위는다음과같다. 1) 농축슬러지의부피기준 10% 이내투입시 : 음식물류폐기물을지름 2mm이하로미세하게분쇄한후직접투입 2) 농축슬러지의부피기준 10 ~ 20% 이내투입시 : 음식물류폐기물을분쇄한후알카리제, 즉수산화나트륨 (NaOH) 으로가수분해후투입 -55-

68 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 음식물류폐기물 저장호퍼 파봉및조대파쇄 분리선별장치 혐기성소화조 (1) 분쇄기 가수분해조 혐기성소화조 (2) 탈수 산발효 유기탄소원이용 농축조 퇴비화 소화조 (1) 음식물류폐기물투입량을농축슬러지의부피기준 10% 이내투입할경우 (2) 음식물류폐기물투입량을농축슬러지의부피기준 10~20% 이내투입할경우 ( 그림 ) 하수병합처리공정 ( 다 ) 장 단점 장점단점 시설비및운영비절감 이용가능한부산물 ( 유기산, 메탄 ) 생성 하수처리장인근에입지시최근에점차설치증가 운영실적이적음 ( 퇴비화, 사료화에비해 ) 하수처리장농축조, 소화조의여유용량이부족 할시불가 -56-

69 제 2 장폐기물발생및처리현황 (4) 탄화탄화는일종의열분해기술로서, 무산소또는저산소상태에서대상물질에열을가하여분해시키는기술이다. 열분해기술은비교적긴역사를가지고있으며, 그일예로, 목재를이용한숯의제조를들수있다. 대부분의유기성물질들은무산소조건에서열을가하면, 고체, 액체및기체로분리되며, 그생성비율은원료의열적특성, 반응온도, 반응촉진제의종류에의해결정된다. 따라서, 열분해를할경우에는그대상물질의열적특성을조사하고, 그특성에따라고체, 액체, 기체중주로생산하고자하는부산물을결정한후, 결정된부산물의생성비율이최대가되도록반응온도를설정하거나, 반응촉진제를선택하게된다. 이때, 주로생산하고자하는부산물이고체 ( 탄화물 ) 인경우에는탄화, 액체인경우에는액화 ( 타르화 ), 기체인경우에는가스화로나눌수있다. 음식물류폐기물의열분해공정은일반적으로 400~500 의반응온도에서반응촉진제를사용하지않고운영된다. 이때생성되는부산물은탄화물이처리량의약 7%, 연소성가스가처리량의약 12% 정도생성되며, 나머지는소량의타르를포함하는폐수로발생된다. 따라서, 음식물류폐기물의열분해공정을가스화로분류할수있으나, 발생되는연소성가스는주로음식물류폐기물을건조시키거나, 열분해장치를가열하는연료로사용하기때문에, 주로생산되는산물은탄화물이라할수있다. ( 가 ) 설비계통 - 음식물쓰레기수거차에의해계량대를거쳐반입되는음식물쓰레기를저장호퍼에일시저장한후배출컨베이어에의해다음공정으로이송된다. - 음식물쓰레기에담겨진봉지는분류파쇄기에의해파봉과선별을하게되며, 입도를균일하게하여배출된다. - 음식물쓰레기에함유된수분제거를위해탈수기를설치하여함수율이 70%~75% 까지저감하게된다. - 탈수된음식물쓰레기는중간저장호퍼를거쳐 1차건조기및폐열풍건조기로투입하여연속건조된다. 건조장치는병류방식이며로타리킬른내측에음식물배출을용이하게하기위해배출구방향으로바스켓날개가나선형으로부착되어있다. 분산날개가부착된편심축이회전하여음식물쓰레기를분산이송시키며탄화기에 -57-

70 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 서발생한폐열풍을이용하여고효율로건조하는설비이다. - 건조된음식물쓰레기중에는 1차분류파쇄기를거쳐선별되었지만건조후음식물에함유된이물질을회전식원통형 (Trommel Screen) 형식의선별장치를설치하여제거한후일정한성상과양질의건조물을배출한다. - 선별된건조물은저장조에일시저장되고정량이송을통해연속건류탄화기로보내어진다. 연속건류탄화설비는원통형열분해단에가스방출구와스크루컨베이어가설치된연속다단형식의탄화기에건조된음식물쓰레기를상부의열분해단내부에투입하고하부단으로이송시켜탄화기하부에서간접열에의해탄화물 ( 숯 ) 로생산되어진다. - 탄화및건조과정에서발생된연소배가스는싸이클론, Pre Filter, RTO, 여과집진기, 산성가스제거설비를설치하여배출오염물질을제거한다. - 최종설비로는탄화물저장조가있으며탄화물 ( 숯 ) 은저장조를설치하여차량에의한반출이가능하게하며, 자동포장기에의해 20kg / 포의단위포장을하여보관할수도있다. (5) 지렁이분변토지렁이분변토생산시설의주요공정은투입시설, 선별시설, 파쇄시설, 호기성발효시설, 지렁이사육시설등으로구분할수있으며, 지렁이사육시설의전처리과정은호기성퇴비화시설과유사하다. 투입시설 선별시설 파쇄시설 호기성발효시설 지렁이사육시설 지렁이생산 분변토생산 ( 그림 ) 지렁이분변토주처리개략공정도 호기성발효시설의최적발효조건을맞추기위하여탈수시설또는가열건조시설을 설치하거나, 톱밥, 축분및퇴비가가능한슬러지등을혼합발효하여사용할수있으 -58-

71 제 2 장폐기물발생및처리현황 며, 지렁이분변토생산시설에서는지렁이분변토뿐만아니라지렁이생산도가능하다. 지렁이분변토생산시설은다른시설보다넓은부지면적 ( 경기도여주군, 50 톤 / 일, 약 3,500 평 ) 이필요하므로부지확보가능여부등을사전에검토하여야한다. 나. 음폐수자원화기술음폐수자원화기술은현재운영중인음식물류폐기물자원화과정에서발생하는고농도유기성음폐수를사용가능한에너지및자원으로전환하고자하는기술이다. (1) CSTR(Continuous stirred tank reactor, 연속교반반응조 ) CSTR은과거교반이나온도조절등이전무했던전통적인메탄생성조의낮은효율을개선하고자 1930년대이후부터사용되기시작한탱크형반응조이다. 처리공정내미생물대사작용의중요성이인식되면서부터온도, 식종미생물, ph, 교반등의적정운전조건에대한연구가진행되었고 1950년대에현대적인 CSTR이완성되었다. 현재는이 CSTR이전통적인발효조로인식되고있다. CSTR은유입유량과유출유량이같게운전되고, 완전혼합을통해반응조내부의위치에관계없이모든구성물의농도가일정하다고가정할수있으며따라서유출수의농도는반응조내부와같다고볼수있다. 이로써매우간단한모델에의해시스템내부가예측가능하다는특징이있다. 즉, 유량 (F) 과반응조의부피 (V) 의비로결정되는희석속도 (Dilution rate, D=F/V) 에의해대부분의변수가예측가능해진다. 이처럼설계와운전이간단하여현재까지도하수슬러지와분뇨처리에가장널리사용되고있다. CSTR은액상기질과미생물을같이부유시켜생화학적반응을일으키도록하는원리로작동된다. 따라서반응조내미생물의농도는낮게유지될수밖에없으며, 기질과미생물의접촉시간도짧다. 또한미생물반송이없을경우수리학적체류시간 (hydraulic residence time, HRT=1/D=V/F) 과미생물체류시간 (Solid residence time, SRT) 이같다. 따라서효율적인운전을위해서는높은 SRT를유지해야하며, 이로써반응조부피가커질수밖에없는단점을안고있다. 또한고형물이 10% 을넘어가는경우효과적으로교반을할수없다고일반적으로알려져있다. 이러한단점을해결하기위해미생물고정화를통한다양한고율반응기가제안되었으며, 혐기성여상 (Anaerobic filter, -59-

72 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 AF), 혐기성유동상반응조 (Anaerobic fluidized bed reactor, AFBR), 상향류식혐기성 슬러지블랭킷 (Upflow anaerobic sludge blanket, UASB), 혐기성연속회분식반응조 (Anaerobic sequencing batch reactor, ASBR) 등이대표적이다. ( 그림 ) CSTR 개념도 (2) AF(anaerobic filter, 혐기성필터 ) AF는반응조하부로폐수를유입하여담체충진층을통과하며처리된뒤상부로유출되는방식으로운전되는반응기로충진층이필터와같은역할을한다. 담체는미생물의부착생장이잘될수있도록주로다공질의석재나플라스틱을이용한다. 담체의공극이너무많을경우압력손실이커져운전실패로이어질수있으므로담체의비표면적을적당이조절해야하는데, 주로 200 m2 / m3내외가되는담체를이용한다. AF는따로교반이없기때문에운전방법이간단하고, 높은효율로인해유입수의수질및변동부하에안정적이라는장점이있다. 하지만몇가지단점이존재하는데, 장기간운전시에담체사이의공극이막혀단락이발생한다는보고가있다. 특히담체간공극이나담체내부의공극은고형물농도가높은폐수가유입될경우고형물에의해막힘으로써, 미생물부착과생장을방해할가능성이크다. 음폐수의경우고형분농도 -60-

제 2 장폐기물발생및처리현황 를낮추기위해응집이나가압부상등의전처리또는유입전가수가필요할수도있다. 또한담체구입에비용이소요되며, 특히오랜운전시담체의세척은거의불가능해재활용이불가능하다. 이역시비용을높이는요소이다. 따라서 AF는작은용량의용존성폐수처리에적합하다고할수있다. ( 그림 2.

73 제 2 장폐기물발생및처리현황 를낮추기위해응집이나가압부상등의전처리또는유입전가수가필요할수도있다. 또한담체구입에비용이소요되며, 특히오랜운전시담체의세척은거의불가능해재활용이불가능하다. 이역시비용을높이는요소이다. 따라서 AF는작은용량의용존성폐수처리에적합하다고할수있다. ( 그림 ) AF 개념도 (3) AFBR(anaerobic fluidized-bed reactor, 혐기성유동층반응기 ) AFBR은담체를이용한미생물막 (biofilm) 형성을통해미생물의농도를높게유지하는원리를이용한점에서 AF와비슷하나담체가유동상을이룬다는차이점이있다. 유출수의일부가연속적으로유동층에서환류 (recycle) 되면서반응조하부에서유입수와혼합되고, 이상향류로부터담체는유동층을형성한다. 따라서담체는모래와같은크기 ( 직경약 0.2 ~ 1.0mm ) 정도의작은것을쓰며, 유동시비표면적은약 1,000 ~ 2,500 m2 / m3에달한다. 유동층을형성하기위해서는높은유속을유지할필요가있어, 반응조내체류시간이짧게운전되며, 폐수유입율보다환류율이커야한다. AFBR은장점으로단락현상이없으며, 짧은 HRT(<0.5일 ) 로효과적인운전이가능하다는점이다. 하지만짧은 HRT라도폐수유입보다유출수순환이차지하는분율이커서실질적으로효율향상에한계가있으며, 높은유속을유지하기위해에너지를많이쓴 -61-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 다는단점이있다. 또한적정유속을유지하기위한운전숙련도가요구되며, AF 와같 이담체에비용이든다는것또한단점으로지적될수있다. ( 그림 2.

74 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 다는단점이있다. 또한적정유속을유지하기위한운전숙련도가요구되며, AF 와같 이담체에비용이든다는것또한단점으로지적될수있다. ( 그림 ) AFBR 개념도 (4) UASB(upflow anaerobic sludge blanket, 상향류식혐기성슬러지블랭킷공법 ) UASB는담체없이미생물을입상화하여고정시키는방법을이용한다. 입상화한슬러지는자체적으로침강성을가지며반응조하부에 bed 층을, 상부에는 blanket 층을형성시켜상향류의기질이높은농도의미생물과접촉하도록한다. 입상슬러지내부에서가스가발생하며이가스에의해난류가생기고교반이이루어진다. 따라서별다른교반장치가필요하지않다. 발생된가스와같이상승하는입상슬러지는상부의 gas-solid separator에의해가스와분리되어다시침강하며, 가스는포집된다. 이같이 UASB는미생물고정화를통한높은처리효율을가짐과동시에, 담체나기계적장치가필요하지않아비용과에너지소비측면에서큰장점을가진다. 또한설계와운전도간단하게된다. 하지만입상슬러지를형성하기까지 start-up 단계가장시간을요구하며또한숙련을필요로하는어려운단계이다. 이런입상슬러지형성이바로 UASB의가장중요한운전인자가된다. 또한고형분특히무기질이많은기질이유입될경우고형분의침강으로인해 bed 층에서미생물농도를높게유지하지못할수있으므로주의가요구된다. -62-

제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 2.4-15) UASB 개념도 (5) ASBR(anaerobic sequencing batch reactor, 혐기성연속회분식반응기 ) ASBR은 UASB와같이슬러지침전을통해미생물을고정화하지만연속공정이아니라회분식공정을 cycle화하여운전하는시스템이다.

75 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 ) UASB 개념도 (5) ASBR(anaerobic sequencing batch reactor, 혐기성연속회분식반응기 ) ASBR은 UASB와같이슬러지침전을통해미생물을고정화하지만연속공정이아니라회분식공정을 cycle화하여운전하는시스템이다. 회분식공정은처리율 ( 혹은전환율 ) 이시간의함수로나타나기때문에, 충분한시간을주면바이오가스전환율을높일수있는장점이있다. 하지만자동화하기어려운점으로인건비상승, cycle 사이조업중단및세척비용등으로경제적인시스템을꾸리기힘들다는단점이있다. ASBR은회분식운전과연속공정의장점을합친것으로반연속화된회분식공정이라고할수있다. 공정은유기물유입 반응조교반 침전 유출의 cycle을돌게된다. UASB와는달리입상화시키지않더라도침전과정에서미생물의유출을막는데, 이과정에서침전이용이한슬러지만자연히선택적분리되므로높은미생물농도를유지할수있게한다. 또한 F/M비변화가지속되어미생물의유기물에대한친화도를증대할수있다는장점도가진다. 또한유기성고형폐기물의처리시불완전처리입자가유출되지않고같이침전되어계속해서분해되므로효율을높일수있다. 하지만무기물이침전될경우사영역 (dead space) 이발생하여반응조의부피를줄이는효과가나타나는단점도 -63-

76 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 있다. 결론적으로 ASBR은 UASB처럼연속공정이아닌반연속식공정이라운전효율은낮지만, 각 cycle의처리효율은높일수있는공법이다. 따라서바이오가스의경제적생산측면에서는 UASB가폐수의처리효율측면에서는 ASBR이장점을가진다고볼수있다. (6) 상용 / 연구중인에너지생산기술 ( 가 ) 메디아형상향류식단상중온소화조 1) 기술의원리및개요본기술은콘타입의탈수기를통해발생된탈수여액을가압수방및혐기성소화를거쳐최종하수연계처리하는원리로서혐기성소화에서부산물로발생되는바이오가스는시설의가온연료로도사용된다. 음폐수의가장대두되는문제점으로고형물함량및수질농도는본기술을통해미세고형물의완전제거및 50% 이상의수질농도가저감되어최종하수연계처리한다. 2) 처리공정음식물류폐기물처리과정에서발생된음폐수는 MSH저류조에유입된후혐기성소화조내에축적될수있는씨앗류등의미세협잡물선별하는콘타입의탈수기를통해탈수여액과탈수케익으로분류되며, 탈수여액은혐기성소화시설운영에최적조건을맞추기위해전처리시설인가압부상공정을거친다. 가압부상에서발생된스컴 ( 고형물 ) 은농축시스템으로이송, 폐수는혐기성소화시설로유입되며소화조에서발생되는음폐수 ( 소화여액 ) 은하수연계처리된다. 혐기성소화시설에서부산물로발생되는바이오가스 ( 메탄가스 ) 는가스저장조로포집된후가온연료및보일러로사용되고, 탈수기에서발생된탈수케익과가압부상에서발생되어농축시스템을거쳐발생된스컴, 가스저장조에서발생된슬러지는매립및퇴비화로처리된다. -64-

77 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 ) 혐기성소화처리공정 3) 주처리공정의기능및특징 MSH 시스템 - 고농도유기성폐수의성상개질로탈수효율증대 ( 약품비절감 ) - 약품응집 / 침전성개선 - 처리용량 : 40톤 / 일 탈수설비 - 가변형토출구로탈수효율조절 ( 탈수고형물함수율 72%±5) - 압출탈수방식으로탈수효율증대 - 최적의약품으로탈수효율우수 ( 약품비절감, 혐기성소화부하저감 ) - 처리용량 : 39톤 / 일 + 15톤내외 ( 약품 ) 가압부상설비 - 미세고형물완전제거 (SS, BOD, T-N: 50% 이상제거 ) - 공기량및기포크기조절가능 - 처리용량 : 50톤 / 일 + 3톤내외 ( 약품 ) 혐기성소화설비 - 고농도양질의메탄가스생산및회수 ( 순도 80% 이상, 에너지재이용 ( 설비가온 )) - 가스발생량 (540m3/ 일 (CH 4 : 80%, CO2 : 20%)) -65-

음식물류 폐기물 및 발생폐수의 에너지화를 위한 방법별 최적모델 및 설치 운영 지침서 개발연구 - 처리수의 안정적 연계수질

2.4-1> 메디아형 상향류식 단상중온소화조 공정별 음폐수 성상분석 항목 유입수(ppm) 탈수액(ppm)

1,500 800 T-N 2,500 1,300 850 800 성상변화 4) 장 단점 장 점 단 다량의 미생물 확보로 안정적

으로 충격부하에 강함 상향류식 펌프순환 방식으로 공정이 간편하며, 유지관리비 절감 안정적인 수질로 하수연계처리 가능 (나)

78 음식물류 폐기물 및 발생폐수의 에너지화를 위한 방법별 최적모델 및 설치 운영 지침서 개발연구 - 처리수의 안정적 연계수질 확보 - 처리용량 : 52톤/일 내외 잉여가스연소기 - 회수가스의 부유물질 제거 - 소화조 유입수 온도 안정화로 이용 <표 2.4-1> 메디아형 상향류식 단상중온소화조 공정별 음폐수 성상분석 항목 유입수(ppm) 탈수액(ppm) 부상분리액(ppm) 소화처리수(ppm) BOD 80,000 30,000 20,000 1,200 SS 50,000 5,500 1, T-N 2,500 1, 성상변화 4) 장 단점 장 점 단 다량의 미생물 확보로 안정적 처리가능 점 소화조 방류수내 분해되지 않은 NH3-N 농도가 충진 메디아의 소화조 하부에 다량의 미생물 증식 다소 높음 으로 충격부하에 강함 상향류식 펌프순환 방식으로 공정이 간편하며, 유지관리비 절감 안정적인 수질로 하수연계처리 가능 (나) 고효율 생물반응기 1) 기술의 원리 및 개요 E PFR은 다단으로 구성된 상향류식 구조로 각단에서는 완전혼합흐름(CSTR)을 반응기 -66-

79 제 2 장폐기물발생및처리현황 전체로는점진적흐름 (PFR) 을갖는 modified-pfr형태를나타낸다. 이로인해유체의다양한기작 ( 유체유동, 혼합등 ) 을유도하고, 반응기하단에서높은미생물 (MLVSS) 농도, 높은용존산소, 높은오염물질농도를동시에유지함으로써유입초기에발생하는높은부하에도안정적인처리가가능하다. 2) 기술의특성 E PFR의특성은생물반응조내부에공기가체류할수있는공간을확보할수있으므로폐수의무게에의해서억제되는유체의유동성을확보하였으며, 기포의파괴와재형성 (Renewal), 기포의미립화, 기포체류시간의증가, 반응기내부에서수면이형성되어산소전달효율과혼합효과를극대화할수있다. 따라서생물반응조내에슬러지의침전또는누적화를방지할수있으며, 유체의흐름이 PFR( 점진적인유체이동 ) 으로되어있고하부에서폐수가유입되는상향류식구조로유체, 용존산소, 미생물농도가동시에점진적인흐름을유지하여반응기하부에서초기반응속도가증가하고유출되는농도 ( 상부 ) 는낮아전체처리효율을증가시킨다. 3) E PFR-1 System 가 ) 기술의원리및개요 - E PFR-1은음식물류폐기물처리과정에서발생되는음폐수 ( 고농도유기성폐수 ) 를처리하기위한기술로서별도의산기설비 ( 인젝터, 디퓨져 ) 없이도폐수의생물학적처리에필요한산소의효율적공급및고농도의미생물 (MLVSS) 유지함으로서 4일이내에 BOD 98% 의처리효율을갖고있으며, 부지면적이적고설치비 운영비가저렴하다. 나 ) 처리공정 - 저류조에유입된음폐수는유수분리기를통하여유분을제거한후유입펌프에의하여 1차생물반응기로유입된다. 반응조에유입된음폐수는반응조내고농도의미생물에의해고농도의유기성폐수가제거되고원심탈수기로유입된다. 탈수기에서발생된탈수여액은유기성폐수를제거하기위해유입펌프에의하여 2차생물반응기로유입되고반응조에서발생된폐수는오염물질을제거를위해복합응집장치를거친후 2차고액분리를통하여최종하수처리장으로연계처리된다. -67-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 2.

용 유수분리기 음식물폐수로부터부상하는유분이나고형물을효과적으로제거하는장치 시설용량 :

3 hr 1,2 차생물반응기 고부하의유기물및질소, 인제거 미생물의합성 시설용량 : 137.

생물학적처리수로부터고형물질을분리하는장치 시설용량 : 18 m3 /hr 체류시간 : 5 s

80 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 ) E PFR-1( 호기 ) 반응기처리공정도 다 ) 주처리공정의기능및특징 구분 내 용 유수분리기 음식물폐수로부터부상하는유분이나고형물을효과적으로제거하는장치 시설용량 : 20m3, 5162mm 2040mm 1135mm 체류시간 : 1.3 hr 1,2 차생물반응기 고부하의유기물및질소, 인제거 미생물의합성 시설용량 : 137.5m3 2, Ø 5000mm 7000mmH 체류시간 : 2 day 원심탈수기 생물학적처리수로부터고형물질을분리하는장치 시설용량 : 18 m3 /hr 체류시간 : 5 s 복합응집장치 생물학적처리수에남아있는오염물질을오존과전기 응집에의하여용존되어있는오염물질을제거하는장치 시설용량 : 10 m3 /hr -68-

(mg/l) SS (mg/l) T-N (mg/l) T-P (mg/l) 37,400 3,830 586 260 14,300 1,050 594 350

5 성상변화 ( 사진 ) 라 ) 장 단점 장점단점 고농도 MLSS 유지 (10,000mg/L 이상 ) 짧은 HRT 혐기성소화보다슬러지발생량이많음

를이용한처리기술가 ) 기술의원리및개요 - E PFR-2는메탄생성을최대의효율로얻기위한다단의 PFR 반응기인 E PFR

81 제 2 장폐기물발생및처리현황 < 표 2.4-2> 고효율생물반응기 (E PFR-1) 공정별음폐수성상분석 항목원수 1 차생물반응조 2 차생물반응조방류수 BOD (mg/l) COD Mn (mg/l) SS (mg/l) T-N (mg/l) T-P (mg/l) 37,400 3, ,300 1, ,700 1,210 1, , 성상변화 ( 사진 ) 라 ) 장 단점 장점단점 고농도 MLSS 유지 (10,000mg/L 이상 ) 짧은 HRT 혐기성소화보다슬러지발생량이많음 ( 약 2 배 ) 산소용해효율 15~30% PFR 흐름 ( 반응속도증대 ) 산기관이설치없어통기저항이적음 4) E PFR-2( 혐기 ) 를이용한처리기술가 ) 기술의원리및개요 - E PFR-2는메탄생성을최대의효율로얻기위한다단의 PFR 반응기인 E PFR 반응기를적용하여유기성폐수가상향유입방식으로하부에서유입되어소화조내의슬러지층을통과하면서미생물에의해유기물이세포합성이나가스생성에이용된후상부로유출되도록함으로써발생된가스는상승하면서슬러리를교반시켜소화조내의회로차단을방지하고소화조상부의가스분리장치에의하여가스와슬러지는응집반응과원심탈수기에의해분리되고, 분리된폐수는 E PFR 반응기호기성시스템으로정화처리된다. -69-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 나 ) 처리공정 - 저장조에유입된음폐수는일정시간이지난후산발효조로유입되며가스분해및산발효단계를통해메탄가스생성을목적으로한 E PFR-2( 혐기 ) 반응기로유입된다. E PFR-2( 혐기 ) 반응기에서는메탄가스가평균 1.

82 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 나 ) 처리공정 - 저장조에유입된음폐수는일정시간이지난후산발효조로유입되며가스분해및산발효단계를통해메탄가스생성을목적으로한 E PFR-2( 혐기 ) 반응기로유입된다. E PFR-2( 혐기 ) 반응기에서는메탄가스가평균 1.2m3 / kg VS의높은발생량을나타내며, 소화과정에서발생된소화여액은방류처리를위해고액분리장치를거쳐폐수처리공정인무산소조로유입된다. 무산소조로유입된소화여액은질소제거후방류수질기준이하로처리하기위해 E PFR-1( 호기 ) 반응기를거쳐처리수조로유입되며수질농도가방류기준에적합하지않을경우에는무산소조로재반송하여방류처리한다. ( 그림 ) E PFR-2( 혐기 ) 반응기처리공정도다 ) 주처리공정의기능및특징 - 음폐수저장조 탈리액저장조로서최초음식물을 2~5일동안저장함 - 산발효조 유기물의가수분해와산발효를목적으로온도만으로제어함 온도 35 제어 - E PFR-2( 혐기 ) 반응기 CH 4 가스생성을목적으로하며본반응기는수직형다단으로구성되어각단마다 Sludge Blanket를형성시키고 PFR 흐름이유도되기때문에 ph의완충작용을하며가스생성을극대화할수있음 가스발생량 : 1.2m3 / kg VS ( 일반혐기성소화메탄가스발생량약 0.35m3 / kg VS) -70-

83 제 2 장폐기물발생및처리현황 가스성분비 (CH 4 : CO2) : 약 67.5 : E PFR-1( 호기 ) 반응기 혐기성소화후배출된소화액을방류수수질기준 ( 나 지역기준 ) 이하로처리하 기위한공정으로반응기내부구조의특이성때문에높은산소전달효율과고농도 MLSS를유지할수있어탁월한처리효율을기대할수있음 < 표 2.4-3> 고효율생물반응기 (E PFR-2) 공정별음폐수성상분석 항목 원수 E-PFR2( 혐기 ) 소화액 E-PFR1( 호기 ) 유출수 ( 고액분리후 ) 유출수 BOD(mg/L) 79,000 4,040 3, COD Mn(mg/L) 46,250 2,382 1, SS(mg/L) 79,200 10, T-N(mg/L) 3,525 1, T-P(mg/L) 1, TS(mg/L) 112,000 15,000 3,000 - 라 ) 장 단점 장점단점 각단마다 Sludge blanket 형성 ( 반응속도증가 HRT 짧음 ) Pilot Plant 운영중 실증화된 Plant 가없음 기존혐기성소화에비해부지면적감소 가스발생량 : 0.7~1.2m3 / kg VS 슬러지감량효과 ( 약 50%) ph 완충효과 ( 다 ) 수평형혐기성소화 1) 기술의원리및개요본혐기성소화처리장치는유기산발효균, 메탄발효균, 질소분해균, 토양균, 고온발효균을채취하여이를변이시켜유기산및메탄발효처리에뛰어난변이균을소화조에초기 seeding 및정기적으로일정량을투입하여소화조에서메탄발생량이많고탄산가스의발생량을최소화하며, 소화조의내부순환및외부반송을원활히하여혐기성미생 -71-

84 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 물의분해활성을배가시킬수있는방법으로종래의수평형소화조공법의단점을제거한소화처리시설이다. 또한, 혐기성소화를거친고농도폐수를안정적및위생적으로처리하기위해고분자응집제및응집반응제를이용하여진공분리장치, 반응처리제, 통성호기성담체처리장치를설치하여최종방류시키는처리시설이다. 2) 처리공정음폐수공급탱크에유입된음폐수는 ph 중화제로조절된후유입펌프를통하여소호조로이송되며이송된음폐수는혐기성소화조에서산발효, 메탄발효과정을통하여 20~25일동안체류기간을유지하며안정화시켜부산물인메탄가스생성및음폐수 ( 소화여액 ) 이발생하게된다. 소화조에서발생된메탄가스는자연압에의해가스버퍼로이송후발전기로보내져자체시설동력의일부분으로사용하며일부는가스보일러로보내져소화조가온등에사용된다. 숙성조로이송된음폐수 ( 소화여액 ) 는유량조절탱크를거쳐응집제공급장치에의해액상응집제가정량투입되며응집된처리액을중력및진공을이용한고액분리장치 ( 진공분리장치 ) 를사용하여음폐수와고형물을분리한다. 분리된음폐수는미세한 SS및 Scum을제거하기위해반응처리제를사용하여침전분리시키고, 통성호기성담체처리조로이송된다. 통성호기성담체처리조로이송된음폐수는 1차, 2차호기성담체폭기조에서특별히배양한미생물에의해수질농도가저감되어최종하수처리장으로연계처리된다. ( 그림 ) 수평형혐기성소화처리시설의기본공정도 -72-

85 제 2 장폐기물발생및처리현황 3) 주처리공정의기능및특징가 ) 수평형혐기성소화조 - 음식물탈리액을소화시키는중요인자인고온혐기성미생물이서식할수있는영구적인접촉제를소화조내에설치하고최적의, 소화효율을유지하기위한고온혐기성미생물을정기적으로투여 - 소화조에설치된내부순환교반장치와전후반송장치를통하여소화조로유입되어발생될수있는폐쇄현상을방지하고미생물접촉재와음식물의접촉효율을최대화시킴으로써소화효율의극대화 - 소화조내에서피처리물을발효시키는혐기성미생물의생육및분해환경을최적화하는온도 (55 ) 유지및열효율최대화 ( 바이오가스열원및건조시설폐열이용 ) 를위해지하에설치하여미관및공간활용 - 소화조긱각의점검창으로소화조내부를관찰할수있고, 상시유기산발효및메탄발효의진행상황을알수있도록 ph센서및온도센서설치하여유지관리및운전용이나 ) 고액분리장치 - 응집된처리액의응집강도가약해기계적및압력에의한방법으로는고액분리가되지않으므로특수응집반응제를사용하여응집후미세한 Wedge wire로제작한원통스크린을저속으로회전시키며원심력및스크류압축을이용하여수분을분리하고 2차적으로분리된케익을저속스크류프레스로압착탈수하여최대한수분을제거하는장치로분리된슬러지는공기압콘베이어를이용하여건조시설로이송후퇴비처리다 ) 미세SS 및 Scum제거장치 - 1차고액분리를하여도탈리액의미세한 SS와 Scum은여액과함께분리장치를통과하므로이런것들이포기시설로유입될경우분해시에부하를많이받으므로처리시설용량이증가하는원인제공을하므로이것을해결하기위해반응처리제를사용하여미세응집후침전분리시키고, 이때의 BOD가약 10,000 ~ 15,000 ppm정도이며 2차분리액은포기조로유입하여생물학적처리를함 -73-

86 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 라 ) 다단포기조및침전조 ( 최종침지막분리 ) - 전체적으로호기성포기조, 브로워및산기통, 통성호기성담체, 미생물공급장치, 침전조로구성되며, 통성호기성담체는고밀화한통성혐 호기성미생물을갖고있으며강력한유기물분해산화력을발휘하며, 담체내부의통성혐 호기성미생물층은고정상으로탈리액폐수의난분해성물질을특별히배양한미생물로분해하고, 최종호기성포기조에서침지막의성능에적정하게 MLSS를유지시키면서침지형평막모듈을설치하여포기조에서미생물과각종부유물질을배제하고 SRT를길게하여잉여슬러지발생을감소시키고공정을단순화하여처리수를분리해내어높은수질을안정적방류마 ) 응집반응제 - 소화처리된소화액은고농도의유기물이용해되어있으므로고액분리를하기위한응집이필수적인요건인데응집을위해많은양의고분자응집제가투여되므로고비용의운영비가발생, 이문제를수년의연구끝에개발한것이당사의특수응집반응제이며이응집반응제는응집효과가탁월한 10여가지의무기물질들을적절하게배합하여제조한것으로서적은양의고분자응집제와반응하여응집효과가탁월하므로고액분리가매우용이하고이에따라 SS가저감되므로후단의생물학적처리효율의극대화를이룰수있음바 ) 고온혐기성변이미생물제 - 유입되는탈리액물질의성상별및특성별로수차례의실험을거쳐선택된최적의미생물을고온 (55 ) 에서의기능강화를위해단계별변이과정을거쳐배양하여혐기성소화조의효율을향상시키며운전을원활하게함 -74-

87 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 ) 수평형혐기성소화탈리액투입및소화처리시설흐름도 ( 그림 ) 수평형혐기성소화고액분리시설흐름도 -75-

88 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 ) 수평형혐기성소화생물학적처리시설흐름도 4) 장 단점 장점단점 하수연계처리및방류처리가능 최소의관리비및시설비 처리시간이김 악취발생 ( 라 ) 고온혐기성소화 1) 기술의원리및개요본기술은사료화시설에서발생되는음폐수 ( 침출수, 압축수, 응축수 ) 를고온혐기성소화를이용하여처리하는방식으로서음폐수처리뿐만아니라소화조에서발생되는메탄가스를에너지로이용하여시설내의가온연료및발전기로사용하는기술이다. 2) 처리공정가 ) 원수저류조사료화시설전처리과정 ( 물질선별기, 응축기, 압축기 ) 에서발생된음폐수 ( 침출수, 압축수, 응축수등 ) 를저류조에저장하는시설로서투입량은 150m3 /day이다. 나 ) 열교환기 -76-

89 제 2 장폐기물발생및처리현황 원수저류조에저장된음폐수는혐기성소화시설로유입되기전최적조건 ( 고온혐기성소화적정온도 : 55 ) 을갖추기위해온도를가온해주는열교환기를사용하며. 열교환기에사용되는연료는소화조에서발생된메탄가스를이용하여가온연료로사용한다. 다 ) 산발효조산발효조의처리용량은총 250톤으로유입된음폐수는 5 ~ 6일체류하는동안유기물들이발효하여메탄발효로이어지기위한유기산생성단계가일어나며, ph저하를위해가성소다를투입한다. 또한, 산발효조에서메탄발효조로이송시씨, 뼈류등으로인한관막힘방지를위해하단부에가스브로워를설치하였다. 라 ) 소화조소화조의처리용량은 2,200톤으로소화효율을향상시키기위해운전온도를 55 로유지하며, 소화조에서부산물로발생된메탄가스는가스세정조로포집된다. 또한, 유기물이분해되면서발생된소화여액은하수연계처리하기위해소화액저류조로이송하게된다. 마 ) 가압부상조소화조에서발생된음폐수는이화학적성상들이하수연계처리하는데있어부적합하므로가압부상조에응집제인폴리머를투입하여고형물및수질농도를저감시키연계처리조를거쳐하수연계처리된다. 바 ) 가스세정조및저장조소화조에서발생된메탄가스는습식세정방식인가스세정조로포집되어유해가스를처리하고, 가스저장조 ( 저장용량이 2,500m3 ) 에서는유해가스를제거한메탄가스를저장후메탄보일러, LNG보일러로이송하여산발효조, 소화조, 건조기 ( 사료화시설 ) 의가온연료로사용된다. -77-

90 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 ) 고온혐기성소화처리공정흐름도 ( 마 ) AQUEX System 1) 기술의원리및개요 AQUEX System은고농도유기성폐기물인음폐수를 3 ~ 4단계를거쳐탈수, 정화하고고형분은펠렛화하여약 5% 의함수율로건조시켜슬러지를감량및자원화하는시스템이다. 2) 처리공정원수저장조에유입된음폐수는디워터링및뉴메틱실린더로이송되어 AQUEX고액분리기에의해고형물과폐수로분류되며폐수는물흐름을이용하여인공적으로중력을생성시켜고형물을침전시키는급속침전장치로유입된다. 고형물은침전되고맑은물만부상된상등수는바이오리엑터로이송되어급속침전장치에서제거되지않은잔재물을미생물로제거하여방류가능한수질까지농도를저감시켜방류한다. 고형물은 AQUEX 벨트프레스거쳐발생된슬러지를건조효율을높기위한시설로서펠렛장치를이용하여함수율을약 50%, 8mm로일정한펠렛으로만든후건조기를거쳐연소보일러로투입하여최종온수, 스팀, 전력및가온연료로사용된다. -78-

고액분리기 약품 ( 응집제 ) 공급과함께 2 단의디워터링및뉴메틱실린더탈수장치로중력의힘으로약 5

은급속침전시켜아래로모이게하고맑은물은위로상승시켜고형분함량을약 99% 까지걸러내는시스템 생물반응기

91 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 ) AQUEX System 처리공정흐름도 3) 주처리시설의기능및특징 구분내용 AQUEX 고액분리기 약품 ( 응집제 ) 공급과함께 2 단의디워터링및뉴메틱실린더탈수장치로중력의힘으로약 5 분만에함수율 77% ~ 80% 이하의슬러지를얻을수있는고액분리시스템 급속침전장치 물흐름을이용하여인공적으로중력을생성시켜탱크안에서 2 개의각기다른물의회전력을형성하여물보다무거운고형물질의 Floc 은급속침전시켜아래로모이게하고맑은물은위로상승시켜고형분함량을약 99% 까지걸러내는시스템 생물반응기 AQUEX 고액분기와급속침전장치를통하여정화된여과수는최종적으로미생물을이용해잔여오염물질을제거하여법적방류수수질을저감 펠렛기 건조시에너지비용을줄이기위해약 25 ~ 30% 의슬러지를분쇄한건조펠렛과혼합하여함수율약 50% 로만들어약 8 mm의일정한펠렛을만드는시스템 건조기 약 120 ~ 150 로저온에서펠렛화된슬러지를건조하며함수율을 2 ~ 5% 로건조하는시스템 저온건조로독성물질의발생이거의없고, 폐열이나자체소각보일러로에너지공급이가능하다. 펠렛의연속적인투입으로다량건조가능 -79-

92 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 다. 음폐수발생슬러지, 폐액, 악취처리기술바이오가스생산목적의주요기술로꼽히는처리공정은혐기발효이다. 음폐수가혐기발효공정에투입되면발효반응에관여하는미생물반응에의해액상의고농도유기성분은상당부분저농도로전환될것이며, 동시에고분자의중합체성분이가용화되는가수분해반응에이어발효과정을거치면서유기질소형태의성분들이암모늄이온으로의무기질소성분으로전환된다. 더불어혐기발효공정특성상미생물의대사과정에서인성분방출을예상할수있으므로, 고농도유기성폐수가고농도의질소성분과인이함유된형태의폐수가되는것이다. 그외, 음폐수에포함되어있는지방성분은단백질과탄수화물에비해혐기소화공정에서비교적긴반응시간조건에서도분해가쉽지않고대부분그대로유출되는것으로알려져있으며, 이렇게유출된지방은배출허용기준항목중노르말헥산성분으로측정되어높은농도로나타난다. 따라서, 음폐수처리및바이오가스생산플랜트에서의폐액처리는고농도질소, 인, 노르말헥산등을제거대상성분으로써반드시감안해야하므로, 이와같은성분의처리가가능한공정구성을필요로한다. 질소와인을제거하기위한 BNR 시스템과, 생분해성이낮은형태로잔류되어있는유기물및노르말헥산성분등제거를위한산화, 응집, 흡착과같은물리화학적공정이효과적으로조합된처리공정이요구된다. 실제로, 폐기물매립지침출수와음폐수를병합처리하고있는수도권매립지에서는기존에보유하고있는침출수처리공정을이용하여안전한수준으로의폐액처리가진행되고있다. 음폐수병합처리이전매립지침출수단독처리시설이었던본처리시스템은, 제1매립장에서발생되는침출수도안정화된수질이었고제1매립장에서 2매립장으로매립구역을옮긴후 2매립장매립초기에발생된유기성분이고농도로함유된침출수는질소처리공정인 MLE공정에서탄소원으로활용될수있도록공정운영을유도하였으므로보유하고있던혐기소화조는유휴시설이었다. 음폐수병합처리를추진하면서본격적으로혐기소화조가재가동되기시작하였으며공정의최우선순위에배치되어고농도의유기성분을제거하는역할을수행하고있다. 그후단으로, MLE공정에서종속영양균을매개체로하 -80-

93 제 2 장폐기물발생및처리현황 는질산화 / 탈질을이용한생물학적질소제거가진행된다. 인성분은 MLE 공정의호기조에서많은량이제거되며미생물의활성도등에따라제거되지못한인성분은그후단의응집공정에서 MLE 처리수유입대비약 99.6% 이상제거되는것으로조사되었다. 음폐수에포함된노르말헥산 (n-h) 으로측정되는성분또한소화처리수에 70% 이상그대로함유되어있으나, MLE와응집공정을지나면서소화처리수대비 99.9% 이상제거되는것으로나타났다. 수도권매립지실규모침출수처리장에서음폐수병합처리의 08 년도방류수평균수질을항목별로열거하면, COD 220 mg /L, T-N 160 mg /L, NH + 4 -N 10 mg /L 내외를유지하고있다. 그외 T-P 0.1 mg /L, n-h 1 mg /L 내외, 그리고중금속은거의검출되지않고있다. 이상에서와같이유기성폐수인음폐수를이용한바이오가스생산플랜트와더불어폐액처리를위한전체시스템을완벽한수준으로갖추려면, 다양한처리공정이효과적으로조합된처리시스템이필요하고이를위한플랜트설치를위해상당히많은초기투자비를감안해야하는것이사실이다. 그러므로바이오가스생산플랜트이후폐수처리에있어영양물질제거를위한 BNR 시스템과, 생분해성이낮은형태로잔류되어있는유기물및노르말헥산제거를위한산화, 응집, 흡착과같은물리화학적공정이효과적으로조합된처리시스템이갖추어진하수및폐수처리장이나침출수처리장등환경기초시설이인근에존재하는경우연계처리를유도하는것이현실적으로경제적인방법이라할수있다. 그러나, 하 폐수종말처리시설등의연계처리에있어서도, 처리하고자하는폐수의오염물질총량이해당하 폐수종말처리시설로유입되는폐수의총오염물질부하량대비 10% 이상인경우에는하 폐수종말처리시설로유입될수없는등하 폐수처리시설연계처리에도문제가야기된다. 특히, 대다수의공공시설의경우하수처리장위탁방법을통하여폐수를처리하는반면, 민간시설의경우는민간시설에서발생되는폐수의극히적은일부만이하수처리장위탁방법을통하여처리하는등민간시설에서의하 폐수종말처리시설을이용방안은그실행에있어서원활하지못한것이현실이다. 기본적으로음식물류폐기물에너지화시설에서발생하는폐수를효율적처리하기위 -81-

94 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 해서는시설내에서처리시설을갖추고방류수수질기준에적합한일정부하이하로처리하는것이라할수있다. 그러나, 대부분의에너지화시설에서는폐수처리에따른비용증가가전체에너지화시설의설치및운영에큰비중을차지하게됨으로자체처리시설을갖추기가쉽지않은상황이다. 따라서, 음식물류폐기물에너지화시설에서발생되는폐수를효율적으로처리하기위한최적방안으로, 하수종말처리장또는분뇨처리장등에서음식물류폐기물에너지화시설에서발생하는폐수를저렴한비용으로처리하도록유도하는한편, 일정규모이상의음폐수를발생하는시설에대해서는시설내에서 1차처리를거쳐오염물질부하량을일정량감소시킨후에하 폐수처리장으로유입시키는방안을강구할필요가있다. 이에에너지화시설에서발생되는폐수를적절하게처리할수있는기술들에대해서기술하였다. (1) 폐액처리공정검토에너지화과정에서발생하는폐액은크게두가지방법으로처리할수있다. 첫째는별도의처리시설을설치하여처리하는방안과, 둘째 1차처리후하수처리장및분뇨처리장등과같은환경기초시설에연계하여처리하는방안이다. ( 가 ) 별도처리시설설치방안에너지화과정에서발생된폐액은하수처리장및분뇨처리장과같은환경기초시설과연계하여처리하는방안이가장적합하나연계조건이어려울경우에는단독처리할수있는시설을설치하여야한다. 음폐수에포함되어있는지방성분은혐기소화공정에서비교적긴반응시간조건에서도분해가쉽지않고대부분그대로유출되는것으로알려져있으며, 이렇게유출된지방은배출허용기준항목중노르말헥산성분으로측정되어높은농도로나타난다. 따라서, 에너지화과정에서발생된폐수의처리는지방성분을최대한제거해야함을반드시감안하고, 가능한한지방성분등을제거하기위한산화, 응집, 흡착과같은물리화학적공정등을구성하여야한다. 또한에너지화과정인혐기성소화에서유기물중상당부분이제거되나질소성분제거는미미하며, 질소성분제거가폐액처리시가장큰문제점으로인식되고있다. 이는 -82-

95 제 2 장폐기물발생및처리현황 폐액중유산균등유기산과폐액중존재하는난분해성물질등이생물학적질소제거처리공정에영향을미침으로서기인한다. 상기에서언급한질소및지방외에도에너지화공정에서미제거된유기물등이다량함유하고있어이러한오염물질제거를위해서는여러단계의처리공정을구성하여야하며, 일반적으로전처리, 1차처리, 2차처리및고도처리로구성되며그세부처리공법은다음과같다. 전처리 : 스크린, 파쇄, 침사, 유수분리, 중화, 화학응집침전법 1차처리 : 중력침전법, 부상분리법및기타이와같은정도로처리할수있는방법 2차처리 : 활성슬러지법, 장기포기법, 회전원판법, 살수여상법및기타이와같은정도로처리할수있는공법 고도처리 : 여과법, 활성탄흡착법, 질소및인제거법등 ( 나 ) 연계처리방안에너지화과정에서발생되는폐액은비록혐기소화과정을거쳤다하더라도, 일반하수와는비교할수없을정도로고농도의유기성분을함유하고있다. 따라서이를인근의하수처리장에연계하고자하더라도각오염물질별로하수처리장에대한연계부하를검토하여야한다. 공공하수도시설설치사업업무지침 ( , 환경부 ) 에의하면음식물처리시설배출수를하수처리장에연계처리하려면총질소및총인의오염부하량은설계시유입하수오염부하량의 10% 이내까지전처리한후연계처리하도록명기되어있다. < 음식물처리시설배출수연계처리기준 > 1 축산폐수및음식물처리시설배출수를공공하수처리시설에연계처리하는경우, 전처리수의오염부하량 ( 방류수수질기준항목 ) 은공공하수처리시설의정상운영에지장을주지않도록하되, 총질소및총인의오염부하량은설계시유입하수오염부하량의 10% 이내까지전처리한후연계처리하여야한다. 2 연계처리수는공공하수처리시설에일시적인충격부하를주지않도록일정한유량을지속적으로균등이송 투입할수있는조정조및펌프등의설비를설치 운영하여야한다. 3 기존에소화조가설치되어있는공공하수처리시설에축산폐수를연계처리할경우에는축산폐수또는음식물처리시설배출수를소화조에직투입하여처리하여도소화조운영에지장을초래하지않을경우에는이를적극설계에반영하여야한다. -83-

96 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (2) 상용 / 연구중인음폐수처리기술 ( 가 ) QBR Process( 고온호기성생물학적처리기술 ) 1) 기술의원리및개요 QBR기술은미생물을이용한고농도폐수전처리시설로서특정박테리아를이용하여신속하고경제적으로일반폐수수준으로처리하는새로운개념의생물학적전처리공정이며기존의호기성생물처리공정보다 10배이상의고부하로고농도유기폐수를처리할수있다. 2) 처리공정폐수를수용하여호기성미생물로처리하는반응조, 반응조내에공기를공급하는 Blower, Blower로부터공급되는공기를미세한공기방우로만드는산기관, 반응조로부터처리된폐수를유입받아미생물슬러지를침전시키고이를상기반응조로반송시키며, 상등수는배출시키는침전조, 미생물활성을자동으로진단하여결과에따라폐수공급량을조절하는운전자동화시스템그리고상기의모든장치를모니터링하고제어한다. 3) 적용효과 구분 표준활성슬러지법대비 무기화학적공정대비 내용 유기물처리부하 10 배이상 투자비및부지대폭절감 투자비및운전비대폭절감 2 차오염없는환경친화적공정 백연문제및제반법적문제소멸 4) 장 단점 장점단점 고부하로적은부지에서설치가능 운전 / 수질관리가용이 SS 전처리불필요 용수사용늘어도운전비증가없음 이론적으로에너지소모형 ( 혐기성과비교시 ) 슬러지발생이많아퇴비재이용필요 ( 재이용불가시처리비용추가 ) ( 나 ) 파인시스공법 -84-

97 제 2 장폐기물발생및처리현황 1) 기술의원리및개요파인시스공법은전처리와폐수처리의두가지공정을결합한기술로서전처리 ( 고액분리 ) 파인시스공법은음식물폐기물탈리액과같이다량의고형분 (SS) 을함유한폐수중의 SS제거에탁월한효과를가진다. 특히기존의응집제또는원심분리기만으로는분리가어려운고농도및고점도의슬러리형태의 SS를제거하여탈리액의함수율을크게저감하고, BOD 및 COD도큰폭으로저감시킨다. 파인시스공법의폐수처리기술은고농도의유기물과난분해성유기물로대부분포함하고있는음식물탈리액의특성에맞추어고효율의미생물처리가가능하도록기존포기조를개선한구조이다. 2) 처리공정파인시스공법전처리공정으로우선탈리액저장조에유입된음폐수는 1차적으로스크린을거쳐입자가큰고형물을제거하고, 과부하를방지하기위해유량조정조로이송한후응집반응조로유입된다. 응집반응조에서는 Polymer응집제를사용하고, 원심분리기에서는원심력에의해고형물과폐수를분리한다. 분리된고형물은분리되어자원화시설로배출되며, 폐수는파인시스공법폐수처리공정에의하여다단계미생물반응조 (MA(AN)/MA(AE) Reator) 로이송하게된다. 반응조에서는분해가어려운난분해성지방및유기물을제거하고, 가압부상조로이송하여분리된고형물cake는자원화시설로배출되고폐수는잔재물을제거하기위해호기성반응조로이송하여침전조, Filter, A/C Filter를거쳐최종방류처리된다. ( 그림 ) 파인시스공법처리공정흐름도 -85-

98 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 3) 주처리공정의기능및특징 구분내용 응집반응조 다단계미생물반응조 (MA(AN)/MA(AE) Reactor) 세라믹응집반응제를사용하여낮은 ph 의음식물탈리액을최적조건의 ph 로보정해주는동시에비중이낮은응집 floc 들에비중을두어고액분리를원활하게함 분해가어려운난분해성지방및유기물제거 Process 구성에의한질소및인의제거효율제고 각단계의미생물반응조는단계적폐수수질에적합한환경으로최적화되어있어폐수의단계적수질에따라최적미생물과접촉 4) 폐수성성분석결과 항목 BOD(mg/L) COD(mg/L) SS(mg/L) T-N(mg/L) T-P(mg/L) 탈리액 80,000 40, ,000 3, 처리수 ( 다 ) 음폐수처리및자원화 ECO-System 1) 기술의원리및개요본기술은음식물자원화시설에서자원화과정에서발생되는음식물폐수 ( 탈리액 ) 를처리하여자체방류하거나또는하수처리장과연계하여처리할수있으며, 공정중발생되는슬러지는사료나퇴비등으로자원화가가능하고생물학적처리가끝난공정수는액비로도자원화가가능한음식물폐수처리및자원화 ECO-System이며, 크게전처리, 생물학적처리, 고도처리공정으로나누어진다. 2) 처리공정의특징가 ) 전처리공정음식물폐수의높은고형물 (SS) 부하를줄여주기위한공정으로, 제거효율을높이기위하여응집과정을거친후원심분리기 (Decanter) 를이용하여고액분리를수행하는공정이다. 나 ) 생물학적처리공정 -86-

99 제 2 장폐기물발생및처리현황 미생물을이용하여생물학적처리를수행하는공정으로본공법에서는처리시간을단축하기위하여다단으로구성된고효율미생물반응기 (Eco Advanced Bio Reactor) 를전단에두어짧은체류시간 (HRT=2일) 에음식물폐수의높은유기물부하를낮추어후단의안정적인생물학적처리가이루어지도록구성되어있다. 고효율미생물반응기 (Eco Advanced Bio Reactor) 는유입되는산소를물리적인충돌을유도하여미세한기포형태로바꾸어줌으로써산소전달효율을높이도록설계되었으며, 반응기내의산소체류시간을길게유지할수있도록다단으로구성하여높은 MLSS 농도 ( 약 20,000mg/L) 로단시간에유기물부하를낮출수있도록설계되었다. 후단공정은고효율미생물반응기 (Eco Advanced Bio Reactor) 유출수의높은 MLSS를제거하기위하여제1침전조를두었으며, 질소제거효율을높이기위하여무산소조를두어탈질효율을높였다. 음식물폐수의경우높은유기물부하로인해급작스런 MLSS의증가가자주발생해침전조의침전효율이좋지않은경우가빈번히발생하므로후단에 MBR 공정을두어안정적인생물학적처리수확보가가능하도록구성하였다. 또한, MBR 공정을둠으로써안정적인가압부상공정이이루어져약품비용등의감소및자동화등이매우용이해진다. 지역마다배출허용기준이다른데청정지역의경우후단에멤브레인고도처리공정을둠으로써배출허용기준을충분히만족시킬수있고, 배출허용기준 가지역이 나 나지역 또는하수처리장과연계처리를할경우 MBR 처리수또는생물학적처리수만으로도공정을구성할수있다. 다 ) 고도처리공정멤브레인고도처리공정은배출허용기준이까다로운청정지역의배출허용기준을맞추기위한공정으로, 본공정에사용되는멤브레인은 Loose R/O (NF) 로앞단에서미처리된유기물및무기물 ( 질소등 ), 색도등을제거할수있어배출허용기준을충분히만족시킬수있을뿐만아니라색도를완벽하게제거할수있어민원발생을근본적으로차단할수있다. -87-

100 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 ) 음식물폐수처리및자원화 ECO-System 공정도 라 ) 고도처리공정제거율 구분음식물폐수 ( 원수 ) 전처리수생물학적처리수고도처리수 ( 방류수 ) BOD 5(mg/L) ( 제거율 %) COD Mn(mg/L) ( 제거율 %) SS(mg/L) ( 제거율 %) T-N(mg/L) ( 제거율 %) T-P(mg/L) ( 제거율 %) 120,000 90, ,000 4, ,000 35,000 20,000 3, (66.70) (61.10) (81.80) (25.00) (25.00) , (99.00) (98.57) (95.00) (97.33) (96.67) (98.75) (98.00) (100) (50.00) (97.50) 3) 장 단점 -88-

101 제 2 장폐기물발생및처리현황 장 점 단 점 생물학적처리전단에고효율미생물반응기를 안정적인처리수확보를다소공정이많음 둠으로써처리시간이단축 배출허용기준에따라다양한시스템구성이가 멤브레인공정이포함되어있어초기시설비가다소높은편임 능함 안정적인처리수확보 전자동화시스템으로유지관리용이함 (3) 악취제거및잔재물처리공정검토 ( 가 ) 악취제거기술 1) 기술의현황음폐수에너지화공정중유입 ( 음폐수저류조 ) 및유출 ( 소화슬러지 ) 부분은악취전파의위험에노출되어있다. 음폐수에너지화공정에서발생가능한악취원인물질은황화수소, 메르캅탄류, 아민류등다양하고복합적이며, 구토, 두통등생리적변화와작업능률저하등심리적영향을초래할수있다. 음폐수처리공정의특성상주거공간과의거리가가까워질수밖에없고, 주민생활수준이높아지고있어서악취로인한민원건수가계속해서증가하고있다. 또한 2005년 2월 악취방지법 이전면실시되었기때문에악취제거는공정의주처리공정만큼이나중요한사안이다. 악취제거공정의종류는일반적으로다음과같다. < 표 2.4-4> 일반적인악취처리공정 -89-

102 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 공정개요장점단점 소각 촉매소각 재생가능열산화 케미컬스크러버 Packed-bed 흡착제 벌집모양컨덴서 바이오필터 트리클링바이오필터 바이오스크러버 -750 이상의고온에서오염물질은이산화탄소와물로변환 -250 에서 350 의열에서촉매작용에의해오염물이분해 - 열재생가능한물질사용으로열교환효율이 95% 이상이며 800 에서 1,000 정도의열이사용 - 분사된화학물질에의해오염물이흡수되거나분해 - 산 알칼리, 산화물질등이오염물특성에따라선택사용 -다양한휘발성유기물처 -열회수없이운전할경우리가가능하며처리효율처리비용이높고 NOx 가이안정발생 -일반소각에비해처리비 -촉매안정성및내구성문용이낮고 NOx 발생률이제낮음 -다른소각방법에비해처 -넓은부지가필요하고설리비용이낮고 NOx 발생치비용이높음률이낮음 - 설치비용이낮고미스트와입상물질의동시처리가가능 - 가스스팀냉각이가능 -활성탄과같은흡착제에 -운전이용이하며시스템오염물이흡착이단순 -흡착제에오염물질이포화되면흡착제를다시재활용 -오염물질이벌집모양의 -대용량의악취기체를효흡착제에흡착되어소량율적으로처리가능부피의공기로농축 -운전이용이하고시스템이단순 - 오염물질은미생물, 흙, 휴믹유기성물질, 퇴비물질을포함하는베드를통과하며처리 - 오염물은미생물이장착된합성물질베드를통과하며처리 - 미생물생장을위해베드에물이분사 - 시스템이저렴하고운전이용이 - 폐수가생성되지않음 - 바이오필터에비해시스템이작음 - 운전이용이하고운전비가낮음 - 폐수처리문제발생 - 숙련된기술자에의한운전이필요 - 화학물질에의한부식이가능 - 고농도의오염물은처리가난해하며흡착제재활용을위해서는폐수처리문제가발생 - 벌집모양컨덴서를부식시키는오염물질에대해서는사용이불가하고폭발우려성이있는물질에대해주의를요함 - 시스템이비교적크고적용가능한오염물질이제한적이며저농도오염에적절 - 운전상태에따라압력손실변동이큼 - 저농도물질에사용이가능하고오염물질에따라적용불가능한경우가많음 - 미생물적응기간이필요하고산성의물이생성 -시스템은바이오필터에 -오염물은스프레이되는 -부가적인에어레이션탱비해작고운전이용이하슬러지와만나면서처리크가필요며운전비가낮음 2) 기술의원리 -90-

103 제 2 장폐기물발생및처리현황 가 ) 약액흡수산화법 -기술의원리및개요이방법은약액세정법이라고도하며산과알칼리등의약액과악취성분을접촉시켜두물질의혼합을이용하는방법이다. 즉, 악취물질을액체 ( 세정액 ) 에흡수시키는것이다. -장 단점화학적으로작용하는세정액은물리적으로흡수하는액체보다좀더강한흡수효과를낼수있을뿐만아니라훨씬많은흡수용량과특정가스성분에대해높은선택성을가진다는장점을지니고있다. 설치및유지관리비용이저렴하고액체가분산되므로먼지도동시에제거가능하며가스의냉각효과도있다. 또한처리수재이용이가능하며산성가스제거효율이높다. 하지만폐수처리가필요하며낮은농도의유해가스에대하여효과가없을뿐아니라단독으로는성능이불완전하므로다른방법과병행하여사용하여야한다. 또한화학적세정액의재생을위해많은비용이요구된다는단점이있다. -처리공정의기능및특징악취가스와세정액간의접촉을가능하게하여기체상에서분리하려는물질이액상으로옮겨지는유도과정을조성하기위하여에어워셔 (Air washer) 또는세정탑 (Scrubber) 등이있어야한다. 에어워셔는물의높은흡착력과용해력을이용하여아황산가스, 황화수소등친수성가스를제거한다. 세정탑은수용성유기물을포함한가스와액체용매를접촉시켜 VOC를흡수한다. ( 그림 ) 에어워셔운전방식 -91-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 2.4-28) 세정탑운전방식약액흡수산화법에사용되는세정액의첫째조건은흡수대상물에대한높은흡수능력을들수있다. 또한높은선별력과흡수온도영역에서의낮은증기압을보여야하며, 점도가낮고, 용이한재생능력을지니고있어야한다.

104 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 ) 세정탑운전방식약액흡수산화법에사용되는세정액의첫째조건은흡수대상물에대한높은흡수능력을들수있다. 또한높은선별력과흡수온도영역에서의낮은증기압을보여야하며, 점도가낮고, 용이한재생능력을지니고있어야한다. 물은흔하게구할수있을뿐아니라위조건을대부분만족시킨다는점에서흔히사용되는세정액이지만흡수용량과선별력은매우제한되어있다. 나 ) 흡착법 - 개요옛날부터잘알려져있는악취제거기술로흡착제의표면에오염물질의분자가농축되거나농축후화학반응을거쳐악취물질을제거하는방법으로저농도 대용량의악취에적합하다 - 장단점저농도에유리하고복합성분처리에용이하나암모니아와같은가벼운성분은처리가어렵고흡착제재생또는 2차처리가필요하므로유지관리비가높다. 또한운전중수분, 온도, 분진, 케톤류, 화재발생의가능성이높다. -처리공정의기능활성탄은흡착법의대표적인예로탄소질을원료로제조되는미세세공이잘발달된탄소의집합체이다. 단위표면적당세공이많아뛰어난악취및 VOC 흡착력을보인다. 활성탄은그용도에맞게활성탄흡착탑또는활성탄필터로만들어적용한다. 활성탄흡착탑은흡착 농축시스템으로서활성탄으로 VOC를흡착시킨후, 증기로탈착하 -92-

제 2 장폐기물발생및처리현황 여회수하기때문에흡착제의재생이이루어져수명이연장된다. ( 그림 2.4-29) 활성탄의세공구조 다 ) 직접산화법연소법이라고도하며악취물질을 700 이상고온의연소로에도입하여발화온도이상에서열분해또는직접반응하여제거한다. 그러나완전전환 (conversion) 이일어나지않았을경우환경에유해하고독성을발생할수있는중간생성물이생성된다.

105 제 2 장폐기물발생및처리현황 여회수하기때문에흡착제의재생이이루어져수명이연장된다. ( 그림 ) 활성탄의세공구조 다 ) 직접산화법연소법이라고도하며악취물질을 700 이상고온의연소로에도입하여발화온도이상에서열분해또는직접반응하여제거한다. 그러나완전전환 (conversion) 이일어나지않았을경우환경에유해하고독성을발생할수있는중간생성물이생성된다. 이러한경우는제공되는산소의양이나연료와산소의접촉이충분하지못하거나연료의발화점이낮을때이다. 이러한영향인자외에도완전전환을위해서연소실의최종온도, 전환실내에서의반응연료물질체류시간, 반응물질들의전환전가온상태등을고려하여야한다. 완전한물질의전환을위해서는무엇보다특정한반응온도가요구된다. 요구되는반응온도에도달하지못하거나반응물질이후자의조건에따라처리되지않으면완전전환이일어나지않으며, 이때환경에유해한반응생성물이형성되기때문에필요한전환실최종온도를맞출수있는에너지공급을위하여추가로가열해야한다. -장단점직접산화법은높은악취및 VOC를근본적으로제거하고폐열회수를통한에너지절약이라는장점이있지만, 유지관리비 ( 연료비 ) 가높고유황계악취 ( 황화수소 ) 의 SO 3 로의변화및연소과정시 NOx의생성으로인해 2차오염의가능성이있다. 또한, 풍량이큰경우반응기내부온도균일화가힘들어가스의완전저감이곤란하다. 라 ) 축열식연소법 (RTO, Regenerative Thermal Oxidizer) 연소법은 의고온에서 VOC 를연소시킴으로서이산화탄소 (CO 2) 와수증기 -93-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (H 2 O) 로완전산화시키는기술로보조연료를이용하여적정온도를유지하여주는데, 유입가스에포함되어있는 VOC가조연제역할을하므로농도가낮은경우에는많은양의보조연료가필요하게된다.

106 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (H 2 O) 로완전산화시키는기술로보조연료를이용하여적정온도를유지하여주는데, 유입가스에포함되어있는 VOC가조연제역할을하므로농도가낮은경우에는많은양의보조연료가필요하게된다. 반면에 VOC 농도가매우높아 Lower Explosive Limit(LEL) 의 25% 를넘어서면폭발방지를위해오히려희석공기가필요하다. 연소온도외에도 VOC 제거효율에큰영향을미치는중요한인자는체류시간 (Residence Time) 과혼합도 (Degree of Mixing) 이며, 체류시간은보통 0.5 1초이나만약할로겐성분이포함된특정 VOC를처리할경우에는체류시간이조금더길어진다. 열회수장치는연소전에들어오는가스를예열시키기위해설치하는데, 이는도입가스의연소온도에필요한부가연료를줄여준다. 열회수방법에는직화식 (Direct Flame), 열교환기식 (Recuperative), 축열식 (Regenerative) 의세가지형태로나눌수있으며, 직화식은열회수장치가없으며 Afterburner로더잘알려져있다. 이에비하여근래들어열교환효율이 90% 이상으로보조연료사용량을대폭줄일수있어많이적용되고있는축열식은세라믹재료를이용해열을회수하는시스템으로축열식연소설비 (RTO) 라고불리워진다. RTO는 1970년대미국에서개발된새로운형태의직접소각설비로가장큰특징은소각설비의단점이었던비싼연료비가최소한으로줄어들었다는것인데국내는물론선진국에서각광을받고있다. 세라믹을열회수매체로사용하며처리가스가예열되어있는세라믹층을거쳐연소실을지나면서 870 정도의고온에서 VOC가 99% 분해 산화처리된다. 처리가끝난가스는다음세라믹층을지나면서 95% 정도의열이회수되면서소각로밖으로나간다. 처리가스중의 VOC는분해 산화되는과정에서연소열이생성되므로대부분의 RTO는버너작동없이운전된다. ( 그림 ) RTO system -94-

제 2 장폐기물발생및처리현황 마 ) 촉매산화법촉매를이용하여보다적은에너지 ( 낮은온도 ) 로악취및 VOC를산화시켜제거할수있으나설비비가많이들고, 촉매독에대한주의가필요하다. 촉매반응종류는다음과같다. -흡착 : 기상물질이촉매표면의에너지를받아화학흡착이일어나며보통 10-12 ~10-13 초내에일어남.

107 제 2 장폐기물발생및처리현황 마 ) 촉매산화법촉매를이용하여보다적은에너지 ( 낮은온도 ) 로악취및 VOC를산화시켜제거할수있으나설비비가많이들고, 촉매독에대한주의가필요하다. 촉매반응종류는다음과같다. -흡착 : 기상물질이촉매표면의에너지를받아화학흡착이일어나며보통 ~10-13 초내에일어남. -표면반응 : 에너지재배열과정에서기상물질의결합이느슨한또는끊어진활성상태가되어다른기상분자와반응하여생성물로변화. -탈착 : 생성물은흡착되어반응을계속하거나운동에너지에의해촉매표면으로부터떨어져나옴. 촉매성분의표면적이클수록활성도가높게나타나므로촉매작용을하는입자 ( 금속, 세라믹등 ) 를담체에코팅하여나노담지촉매를만들어서사용하기도한다. ( 그림 ) 나노담지촉매 바 ) 광촉매광촉매는 n형반도체특성을갖는화합물로자외선영역의빛 (250 ~ 420 nm) 을조사하면가전자대 (valence band : VB) 의전자가전도대 (conduction band : CB) 로이동하여정공-전자쌍 (charge carrier pair : hole-electron) 을형성한다. 가전자대의정공은촉매표면에흡착된수분을산화하여히드록시라디칼 (hydroxy radical : OH) 을생성하거나흡착된유기물을직접산화시킨다. 전도대의전자는흡착된산소에전자를줘서과산화이 -95-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 온 (O 2- ) 을생성시키고생성된과산화이온은유기물또는물등과산화반응한다. 이렇게생성된히드록시라디칼과생성된산화물들은촉매표면에서 VOC를분해하여 CO 2 와 H 2O를생성한다. 광촉매기술은악취저감시경제성이좋고부가반응이없는 TiO 2 광촉매를흔히사용한다. ( 그림 2.

108 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 온 (O 2- ) 을생성시키고생성된과산화이온은유기물또는물등과산화반응한다. 이렇게생성된히드록시라디칼과생성된산화물들은촉매표면에서 VOC를분해하여 CO 2 와 H 2O를생성한다. 광촉매기술은악취저감시경제성이좋고부가반응이없는 TiO 2 광촉매를흔히사용한다. ( 그림 ) TiO 2 광촉매에의한악취의 CO 2, H 2O 로전환 사 ) 오존산화법오존은유해물질로서일반적으로저감대상중하나이지만강력한산화력을가지고있어탈취기술에응용될수있다. 악취및 VOC 근원물질을산화분해시키며음의코로나방전을이용하여고농도로발생시킬수있다. 오존은강력한산화력으로뛰어난악취저감성능을보이지만, 0.05ppm 이상시인체에유해하고오존자체도고유의악취를갖고있기때문에악취를제거한후오존이그대로방출되지않도록장치출구에서잔류오존저감처리를해야한다. 아 ) 전기적방법유해가스에전기적힘을가했을때생성되는반응활성종을이용한제거법이다. 이방법은설치비와유지비가저렴하고고효율의처리성능을보이며대부분의유해악취및 VOC에대하여적용이가능하다는장점이있다. 그러나고전압의방전이일어나므로안정성과신뢰성에대한충분한검토가필요하며, 입자가전극에부착되면전극사이가막히고, 국부적전류급상승으로장치자체의파괴위험이있다. 또한부산물로유해한농도의오존이생성될가능성이있다. 전기적방법에는대표적으로저온플라즈마를이용한방법이있으며베리어 (barrier) 의유무에따라 Corona discharge와 dielectric -96-

제 2 장폐기물발생및처리현황 barrier discharge(dbd) 로분류되며그형상에따라 wire to plate, plate to plate 로구분 되어진다. ( 그림 2.4-33) 저온플라즈마종류자 ) 생물학적방법미생물의활동에의해악취가나는물질을분해제거하는방식이다.

109 제 2 장폐기물발생및처리현황 barrier discharge(dbd) 로분류되며그형상에따라 wire to plate, plate to plate 로구분 되어진다. ( 그림 ) 저온플라즈마종류자 ) 생물학적방법미생물의활동에의해악취가나는물질을분해제거하는방식이다. 흡착제와약액등을사용하지않아서운영비를절약할수있으나, 미생물에의해분해가능한악취성분이한정되어있다. 미생물로는대게의경우박테리아, 균류그리고방선균으로되어있는공동생명체 (biozone) 의복합집단을이용한다. 이러한미생물은폐공기정화를위해사용하는필터물질이나대상가스에들어있다. 원취가스에포함된물질성분들은미생물영양성분의기본적인근원이되므로조성된환경에서이러한성분들을가장효과적으로분해할수있는미생물세포들을일차적으로형성한다. 미생물집단은원취가스각각의물질조성에적응하며이로서본연의정화의무에적응한다. 이러한적응과정은원취가스의특성이변화되었어도진행된다. 미생물악취 /VOC + O 2 CO 2 + H 2 O + 열 + Biomass 차 ) 바이오필터 (Biofilter) 악취및 VOC를담체표면에고정시킨생물막으로처리하는방법으로미생물을다공성담체에고정하여미생물의대사활동으로오염물질을물, 이산화탄소, 무해한염으로분해한다. 바이오필터의처리가능온도는 5~50 이며, 최적반응온도는 20~40 이다. 상대습도는 90% 이상이어야하며 ph 최적조건은 ph 6~8이지만악취제거의경우는 ph 2 에서도운전이가능하다. 대상물질의화학적특성및용해도, 생분해도, 독성등에영향 -97-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 을받는다. 바이오필터는저농도, 대풍량의처리에적합하며운전비가낮고복합가스처리가가능하다. 또한 2차산물로무해한물, 이산화탄소등을배출하기때문에 2차산물에의한오염이없으나설치면적이크며고농도처리에부적합하다.

4-34) 바이오필터의원리및구조 카 ) 바이오워셔 (Biowasher) 바이오필터가담체 ( 고체 ) 표면에미생물을고정시켜배양한후그생물막으로악취를처리하였다면바이오워셔는액상에서배양을한액상의박테리아용액 ( 액상미생물배양 ) 을사용한다.

110 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 을받는다. 바이오필터는저농도, 대풍량의처리에적합하며운전비가낮고복합가스처리가가능하다. 또한 2차산물로무해한물, 이산화탄소등을배출하기때문에 2차산물에의한오염이없으나설치면적이크며고농도처리에부적합하다. 이는현재, 하수및오폐수처리장, 축산폐수처리장, 음식폐기물발효설비, 사료공장, 폐기물보관및처리시설등에이용된다. ( 그림 ) 바이오필터의원리및구조 카 ) 바이오워셔 (Biowasher) 바이오필터가담체 ( 고체 ) 표면에미생물을고정시켜배양한후그생물막으로악취를처리하였다면바이오워셔는액상에서배양을한액상의박테리아용액 ( 액상미생물배양 ) 을사용한다. 바이오워셔는약액흡수산화법중화학적흡수법과비교하여화학적인아닌생물학적으로물질을변화시킨다는점을제외하고는거의동일하므로, 앞서서술한화학적흡수법이거의동일하게적용된다. 바이오워셔가액상에서미생물을배양한점을제외하고바이오필터와다른점은대상가스의성분이흡수되는곳이생물학적인물질분해가일어나는곳과분리되어있다는점이다. 또한계속작동하는펌프가생물학적인가스세정기의역할을보장해준다. 다른측면에서본다면생물학적프로세스에서일정부분외부적인영향을줄수있다는점이이것이거의불가능한바이오필터와다른점이다. 워셔타입에서는 ph를조절하거나필요에따라서는부족한영양물질이나미량원소를문제없이박테리아용액에적당량주입할수있다. -98-

111 제 2 장폐기물발생및처리현황 타 ) 토양탈취법 (Soil deodorizer) 악취가스를특수토양에흡입시켜서토양중에존재하는미생물에의한분해및토양에흡착, 수분에의한용해, 토양성분과의화학반응에의한중화작용등복합적효과를통해제거하는방법이다. 이방법은유지관리가용이하다는장점이있으나넓은면적이필요하고건기에는물의살포가필요하다는단점이있다. 현재하수처리장, 쓰레기처리시설, 분뇨처리장, 정화조, 화제장의향냄새, 동물사육실, 화학공장등에이용된다. 아래는토양탈취법에서악취가스중암모니아와황화수소를분해하는메커니즘이다. (ⅰ) 암모니아 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + 2H 2O ( 아질산균에의한분해 ) 2HNO 2 + O 2 2HNO 3 ( 질산균에의한분해 ) (ⅱ) 황화수소 2H 2 S + 3O 2 2H 2 O + 2S 2 ( 베지아토아균에의한분해 ) 2S + 3O 2 + 2H 2 O 2H 2 SO 4 ( 베지아토아균에의한분해 ) ( 나 ) 잔재물처리기술음폐수에너지화공정에서잔재물과폐액이발생하며폐액은기존처리시설과연계처리할수있으며, 잔재물은기존처리시설과연계처리하여탈수후처리하거나, 건류가스화, 퇴비화공정으로반송또는고형화연료로전환이가능하다. 소화슬러지는고분자응집제와무기응집제를사용하여개량한뒤슬러지탈수를하는경우가대부분이다. 하지만약품비용증가와약품투입으로인한슬러지량증가라는문제점이있으므로신기술을이용한슬러지감량화나슬러지건조과정을통한고형화연료생산이대안이될수있다. 발생되는잔재물은매립하여처리할경우처리비와운반비가급격하게증가하므로최대한감량화 에너지화시키는것이중요하다. 1) 퇴비화공정퇴비화 (composting) 는비교적고온 (40 ~ 55 ) 에서이루어지는호기성 (aerobic) 분해공정이며보통유기성고형폐기물 (organic solid wastes) 의처리에이용하고있다. 유기성고형폐기물은수주일에걸쳐서로다른미생물개체군들에의해연속적으로분해되어퇴비 (compost) 라고하는짙은갈색입자상의부식질 (humus) 같은최종산물을생성한다. -99-

112 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 이퇴비는토양개량제 (soil conditioner) 로유용하며점토나모래흙의성질을개선시킬수있다. 퇴비화될수있는폐기물은다양하며음식물쓰레기, 종이, 섬유, 나무로부터하수슬러지 (sludge) 와이것들의혼합물등을포함한다. 퇴비화하는 1차목적은폐기물을불안정하고더러운상태에서안정된최종산물로전환하는것이다. 퇴비화는폐기물선별, 분쇄, 분해, 양생, 건조및마무리단계로이루어져있으며전체공정은 2 ~ 3개월이소요된다. 폐기물선별및분쇄생활쓰레기중에서유리, 플라스틱, 도기, 금속등분해되지않는물질들을퇴비화전에선별하여제거한다. 손으로골라내는방법과채로골라내는방법 (screening) 이있다. 철금속은자석을이용하여제거한다. 효율적인퇴비화를위해서는미생물들에의한분해가용이하도록 4 ~ 7cm 정도로잘게분쇄를해주어야한다. 이상적인수분함량은약 50% 로서물을첨가하여조정한다. 이때하수슬러지를첨가하면수분함량을조정할수있을뿐만아니라퇴비의질을높일수있다. 생물학적분해퇴비화에는 2가지기본적인방식이있다. Windrow 방식은약 9m의너비에 3m 높이의피라미드형태로폐기물을쌓는간단한방법이다. 폭기 (aeration) 를촉진하기위해 2 ~ 3일마다폐기물더미를기계삽으로뒤집는다. 이 Windrow 방식은운영이간단하고비용이적게들며기술적으로쉬운장점이있다. Dono 공정으로잘알려져있는두번째방식은길이 30m에폭 5m의통에폐기물을충전하고서서히회전시켜혼합과포기를한다. 혼합, 포기와온도조절을잘하면 Windrow 방식보다짧은시간내에안정화공정을끝낼수있다. 퇴비화는호기성공정이기때문에보다원활한산소공급을위해톱밥이나나무조각 (wood chips) 을폐기물에섞어서처리한다. 양생, 건조및마무리완전히안정되지않은퇴비를토양에투여하면식물체가이용할질소를퇴비가먼저소모해버리는문제점이발생하기때문에 2 ~ 3 주정도까지양생 (curing) 한다. 농업또는원예용도의퇴비는수분함량이 30% 이하가되도록기계적으로건조시켜야한다. 퇴비의균질성도중요하기때문에큰덩어리를제거하기위해다시분쇄하고거 -100-

113 제 2 장폐기물발생및처리현황 르기도한다. 또한원활한산소공급을위한혼합재로사용된나무조각은체로걸러서 재사용한다. 2) 고형화연료 (Refuse Derived Fuel, RDF) 폐기물고형화연료란폐기물로부터유래된연료라는의미로폐기물중의대부분을 차지하고있는가연성폐기물을파쇄, 건조, 성형처리를하여석탄에가까운발열량을 가진고형연료를말한다. 음폐수에너지화소화공정에서발생한슬러지는고유기성을띄므로발열량이약 4,000~4,500kcal/ kg정도이며, 연소가안정적이어서양질의열회수가가능하다. 또한열 에너지의회수효율이높아온수, 열풍, 증기등다양한에너지로의전환이가능하며 특히화석연료의대체발전에도적합하다. 고형화연료는가연성폐기물의선별, 파쇄, 건조, 성형공정을거치므로균일하고견 고한제품특성을갖게된다. 발열량의변동이적으므로완전연소및연소로내온도관 리가용이하며염화비닐수지등유기염소재질의대형제품의선별제거가가능하고소 석회를첨가할수있으므로염화수소및다이옥신의발생농도가낮다. 불연물이미리 제거되므로소각재의발생이적고소각재내의중금속함유량도미량이다 다음은고형화연료의특징을나타낸것이다. < 표 2.4-5> 고형화연료특징 구분 RDF 일반소각매립 설비 공해방지시설비가불필요 단순소각시설과비교하여운전관리비가저렴 제조설비가가저렴하고설치장소구애받지않음 시설비가고가 ( 부지, 설비 ) 공해방지시설비가고가 종합적인운전관리비가높음 입지선정이어려움 처리비용 운전비용 9 만원 / 톤 운전비용 10~12 만원 / 톤 대기오염 유해가스 (Co, NOx, SOx) 발생기준치이하 다이옥신발생거의없음 분진, 비산이적음 매연발생거의없음 유해가스 (Co, NOx, SOx) 발생기준치이상 다이옥신발생농도가높음 방제시설필요 집진장치부담이높음 막대한매립지확보비용 메탄가스, 침출수차단방지시설필요 배수시설별도필요 복토나분진차단막시설필요 처리단가 9.5만원 / 톤 ( 환경부산출금액 ) 매립후위생처리곤란 매립후 2차공해유발 ( 악취, 분진, 매립지분해가스, 유해가스등 ) 수질오염 해당없음 잔류물처리시매립으로인 침출수에의한지하수오염한수질오염우려 ( 소각량의 강수유출에의한지표수오염 20% 이상매립 ) -101-

114 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표계속 > 고형화연료특징 구분 RDF 일반소각매립 잔류물 연소재잔재량이 5% 이하 연소재발생량이 20% 이상 매립지바닥및사면붕괴위험 중금속용출량이없음 중금속용출량이많음 잔류물로인한토양오염 소각재중의미연잔류물발 염화물발생량이많음생적음 소각재중다이옥신함유량많음 자원소득 부대효과 열에너지의회수율이높음 열이용의범위가높음 비축할수있으므로계획생산과소비가가능 열에너지의회수율이낮음 열이용의범위가제한 중. 소형소각로에서열이용은거의불가능 매립지가스 (LFG) 추출및정제시스템연구중 잔류물로인한토양오염 농어촌경제력제고 연소시설이므로님비 매립지확보어려움 폐기물의연료화에따른자 (Nimby) 대상 인근주민의집단민원유발 원절약및수입대체효과 공공기관수혜 ( 보육, 양로원등 ) 지역선정으로인한마찰 미관저해및지역환경악화 가동시발생하는다이옥신등공해로주민과마찰빈번 폐기물은성상이다양하기때문에 RDF화하는데는파쇄, 건조, 선별, 성형공정의적절한구성이필요하게된다. - 파쇄공정 : 건조및성형하기위해폐기물을잘게파쇄하는공정으로원료의크기를균일하고작게만드는과정이다. 폐기물중연질의경우 cutter에의해파쇄가가능하지만일반생활폐기물중에는금속류도혼재하고금속류에의한파쇄기날의마모가발생될수있으므로안정운전을위해서는정기적인유지관리가중요하다. - 건조공정 : 건조공정은폐기물내수분을증발시키는공정으로폐기물의건조방법에는증기나전열히터를이용하는간접열교환방식과열풍을직접폐기물에불어주는직접건조방식이있다. 대부분직접건조방식을취하며, 이방법의사용시폐기물이발화하지않는온도영역에서운전해야한다. 특히소화슬러지는건조시키는데충분한혼합과건조기내의온도제어가중요하다. 건조에필요한열원은생산된 RDF를이용할수있다. - 선별공정 : 일반적으로수분이많이포함한생활계폐기물은그자체로가연분과불연분의분리가어렵다. 따라서선별하기전에건조할필요가있으며, -102-

제 2 장폐기물발생및처리현황 분리를효율적으로하기위해서는대상물을잘게파쇄하는것이필요하다. 선별방식에는풍력선별방식, 풍력과진동을이용한비중차선별방식, 자력혹은인력선별방식이있다. - 성형공정 : 건조, 파쇄, 선별된가연물질을사용하기위해저장이나수송에적합하도록성형하는최종단계이다.

115 제 2 장폐기물발생및처리현황 분리를효율적으로하기위해서는대상물을잘게파쇄하는것이필요하다. 선별방식에는풍력선별방식, 풍력과진동을이용한비중차선별방식, 자력혹은인력선별방식이있다. - 성형공정 : 건조, 파쇄, 선별된가연물질을사용하기위해저장이나수송에적합하도록성형하는최종단계이다. 성형방식으로는 ring-die 방식, 종형-die방식, 스크류식압출방식이있다 RDF는직경이 10 ~ 50mm, 길이 30 ~ 100mm원통형으로만들어지는것이대부분이며겉보기밀도는 300 ~ 600kg / m3정도이다. RDF는원료폐기물의성상과관계없이수분이 10%, 발열량이 4,000 ~ 8,000 kcal/ kg으로균질화되어있다. 연료비는 0.12 ~ 0.19이며휘발분이대부분이고발화온도도 230 로낮기때문에연소하기쉬운연료이다. 더욱이 RDF의특징으로 Ca성분이 2 ~ 10% 로다량포함되어있고전염소함량은 0.5~1.0% 로높게나타난다. 전유황함량은 0.04 ~ 0.2% 로낮은함유율을보이고있다. ( 그림 ) 고형화연료형상 3) 고형화 (Solidification) 고형화란, 높은구조강도를갖는단일체 (monolithic solid) 내에폐기물을물리적으로차단피막보호 (Isolating or Encapsulation) 시키는기술을말한다. 피막보호 (Encapsulation) 는미세폐기물입자나폐기물 container 또는큰블록 (Macroencapsulation) 내폐기물입자를잡아두는물리적공정이다. 고형화는고화제 (Solidifying reagent) 와폐기물간의화학적인상호작용이수반되지는않지만, 기계적으로폐기물을단일체 (monolith) 로결 -103-

116 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 합시키는것이다. 이러한고형화는유해폐기물처분을위해일반적인물질을이용하여 고화제의작용이나고정성질을향상시키기도한다. 이고형화에있어서폐기물과고화 제 (Solidifying reagent) 간에두가지공정이발생한다. 즉, 물리적차단또는피막보호 (Encapsulation) 와화학적고정 (Chemical fixation) 또는안정화 (Stabilization) 이다. 피막보 호 (Encapsulation) 는폐기물입자주위를둘러싸는물리적공정이며, 한예로무기입자 를아스팔트로코팅하는것이다. 안정화 (Stabilization) 란, 폐기물내의유해성을갖는오염물질을가장적은용존성, 유독 성및독성을갖는화학적형태로전환시켜유해성을감소시키는방법이다. 일단독성 성분으로규정된폐기물성분과고화체간의화학적반응및 ph조정이며, 시멘트의고 형화공정은대개 ph가 9~11 범위에서수행된다. 안정화및고형화는처리공정상동시에이루어지기때문에대개의경우고형화라는 표현으로나타내고있다. < 표 2.4-6> 슬러지고형화의장단점 장 점 단 점 슬러지성상변화적용성우수 발효및양생과정으로인해처리주기장기간 폐기물의물리적성질을변화시켜취급하기용이 고화제등부자재투입으로감용효과적음 한물질을만듦 매립지복토제사용을위한법적규제로수요처확 화학적으로결합시켜환경으로의이동 ( 용해 ) 을 보곤란 저지가능 ( 폐기물내오염물질의용존성및용해도 처리부산물재이용불가시추가처분비소요. 감소 ) 국내설치사례적음 오염물질의손실과전달이발생할수있는표면적 안정적 고형화를위해서는약품, 부자재비용이 을감소. 소각재등과같은폐기물과혼합처리가능 건설자재, 매립지복토제등재이용가능성높음 국내외기술수준양호 많이소요됨으로비교적운영비많이소요 고화제와슬러지와의혼합과양생과정에서발열반응이일어나타방안에비해악취심함 소요면적큼 환경영향적음 건설비저렴 4) 건조 (Drying) 유기성소화슬러지는성상이복잡하고다량의수분 (70~85% W.B.) 을함유하고있어취급이어려우며, 필터프레스, 진공여과기및원심탈수기등에의해보다수분이적은케이크상태로처리하고있다. 이러한슬러지내의수분분포는자유수 (Free water), 간 -104-

117 제 2 장폐기물발생및처리현황 극수 (Interstitial water), 간극모관수 (interstitial capillary water), 표면부착수 (adsorption and adhesion water) 및결합수 (Bound water) 등으로구성되어있으며, 기계적탈수에의해제거가능한수분은자유수와간극수이며, 표면수와결합수는탈수에의해제거가불가능한것으로알려져있다. 따라서함수율을더저감하기위해서는건조공정을거치는것이필요하다. 건조에는슬러지의소각에따라서폐열이용시스템을구성하는것이열경제상중요하며슬러지의건조도를어느정도로하는가는후속공정에따라결정된다. 기계적으로탈수된슬러지내의수분을감소시키기위한건조방법은간접가열방식의전도건조 (conduction drying) 와직접가열방식인대류건조 (convection drying) 로분류할수있다. < 표 2.4-7> 건조기형식별특징항목직접건조방식 ( 대류전열방식 ) 간접건조방식 ( 전도전열방식 ) 구조및원리 소각로에서발생하는연소가스와소각로에서발생하는연소가스또는슬러지가건조기내에서직접접촉하여열교환에의하여생산된열매체 ( 또는연소가스의대류에의하여슬러지를 Steam) 건조에설치된배관에통과시켜건조하는방식슬러지를건조하는방식 건조슬러지특성 - 함수율 - 성상 - 비중 - 발열량 - 안정성 - 저장성 10% 이하분말, 입상 0.7 이하 2,000 kcal / kg내외 ( 습윤저위기준 ) 생물, 물리적으로안정가능 10% ~ 60% 입상 0.7 ~ 1.1 1,500 kcal / kg내외 ( 습윤저위기준 ) 생물, 물리적으로변화가용이불리 후속공정연계용이성 - 퇴비화 - 고화 - 연료화 - 소각 - 용융 양호양호양호우수우수 우수우수우수양호 ( 열활용측면에서는우수 ) 양호 ( 열활용측면에서는우수 ) 건조능력 크다 적다 설치비용 저렴 고가 설치면적 소 대 건조속도 빠름 느림 유지보수성 용이 어려움 건조기종류 회전, 밴드, 유동층, 기류, 분무 디스크, 패들, 원반, 씬필름 -105-

118 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 5) 소각 (Incineration) 건조 / 소각 ( 이하소각 ) 은가연성폐기물을공기중의산소와반응시켜연소하며폐기물의감량화및소각열의경제적이용과소각재만을위생매립함으로써매립지의수명연장과운반비용및매립비용을절약할수있어유용한방법이라고하겠다. 연소에따라성상에따른제2차환경오염이발생하므로이에대처하는환경오염방지시설로써제어할필요가있다. 소각효율에영향을미치는인자로는온도, 체류시간, 난류공급정도, 산소의양등다양하며이러한인자들은소각물질의특성이나소각로의형태, 소각로의운전조건등에따라변화되므로일률적인최적조건을정해주기어렵다. 슬러지소각처리방안에대한타처리방안과비교시다음과같은장단점이있다. < 표 2.4-8> 소각처리방안장 단점장점단점 처리주기단기간 고급운영기술필요로운영관리난이 처리부산물시멘트원료화가용이하여수요처확 대기및수질, 소음진동등환경영향큼보가능 소각재중금속용출영향이있음 하수및정수, 폐수슬러지등적용범위큼 대규모환경오염방지시설필요 감량효과우수 환경영향으로민원야기 국내설치사례가타방식보다많음 민원발생으로소요사업기간장기간필요 기술적신뢰성안정성우수 비교적건설비및처분비고가 국내외기술수준우수 안정적이고위생적처리 폐열활용가능 소각이란연료와산화제가만나서그들이가지고있는화학에너지 (Chemical Energy) 를발열반응 (Exothermic Reaction) 을통하여열에너지로변환시키는과정이며, 화학반응의과정은산화 (Oxidation), 분해 (Dissociation) 와재결합 (Recombination) 등으로구성된다. 연소는기본적으로가연성혼합기의형성 (Formation of Flameable Mixture), 점화 (Ignition), 연소 (Burning), 소화 (Extinction) 등으로구분된다. 소각은크게열분해 (Pyrolysis) 와산화 (Oxidation) 로이루어지며열분해는단지열에의하여안정한화학적결합을깨는것으로써수초내에이루어지며산화는산소와유기물질과의반응으로서상대적으로낮은활성화에너지를필요로하며보통 1/1000초에서 -106-

119 제 2 장폐기물발생및처리현황 이루어진다. 일반적으로소각대상물질은생물학적으로유해한폐기물생물학적분해가어렵고환경에지속적으로존재하는물질, 휘발성이어서쉽게분산되는물질, 40 이하의인화점을갖는폐기물, 매립지에안전하게처분이어려운폐기물, 유기물에할로겐, 납, 수은카드뮴, 아연, 질소, 인, 황등이결합된폐기물등을들수있으며, 소각이적합하지않은물질로는폭발성이있거나방사능물질이있다, 소각부산물로는최근문제가되고있는다이옥신, 소각재등을들수있다. 또한, 유해폐기물소각시에는폐기물을연소하는 1차연소로와연소가스를연소시키는 after-burner 성격인 2차연소로및대기오염방지시설을두게되어있으며유해폐기물을위한소각로중로타리킬른방식이가장널리이용되고있다. 다음은소각시설의특징을나타낸것이다 6) 탄화 (Carbonization) 슬러지등유기성폐기물을무산소상태에서가열하면노내에서수분및가스가발생하고열분해가시작되며, 잔존물에는탄소성분과회분이남는것을탄화라고한다. 기존의슬러지소각로는고수분의슬러지를효율적으로소각하기위하여건조공정, 소각공정을모두갖춘병행시스템이었으며, 최근에탄화원리에기초하여공기를차단하는등의기술개발에의하여소각공정을탄화공정으로대체할수있게되었다. 슬러지건조 / 탄화처리 ( 이하탄화 ) 방안을타처리방안과비교시다음과같은장단점이있다. < 표 2.4-9> 슬러지탄화처리방안장단점장점단점 처리부산물 ( 폐기물 ) 을거의발생하지않는환경 기술개발단계이므로지속적연구필요 친화적처리 발생가스 ( 열분해가스 ) 를재이용하는에너지절약시스템 단시간, 대량처리가능 감량화율이높다. 탄화제품에관한인식부족으로수요처확보에어 려움 관련기준및규제미흡 탄화물의사용자환경인식도저조 처리부산물재이용불가시추가처분비소요. 대기오염물질및악취등 2차환경오염물질유발 고도의숙련운영관리기술필요 적음 기술적신뢰성안정성미흡 -107-

120 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 7) 열분해 (Pyrolysis) 열분해란원료물질을무산소상태에서가열하여가스와오일 (Oil), 차르 (Char) 들로분해하는과정을말한다. 열분해는생성물의종류에따라서순수열분해와액화, 가스화등으로분류하기도한다. 이들은세가지의공정으로분류할수있는데다음과같다. 가 ) 열분해 (Pyrolysis) 산소나수증기, 고온의이산화탄소를주입하지않고간접가열에의해서탄화물질또는탄화수소물질을기체, 액체, 고체물질로분해하는것을말한다. 나 ) 가스화 (Gasification) 건류화라고도하며, 탄화물질을산소나수증기, 고온의이산화탄소와반응시켜연료가스를얻는과정이다. 가스화반응기에는차르를생산하기위한열분해공정이포함될수있으며, 가스화에필요한열은보통차르의부분연소반응에의해서발생되는연소열로공급되고, 연소공기에의해서열전달이일어난다. < 표 > 가스화공정장단점비교가스화공정장점단점 고정층 유동층 분류층 -상업화실적이많음 -비교적낮은조업온도 -간단하고조작이쉬움 -혼합특성이좋고체류시간이김 -열전달효과및처리용량이큼 -회융점이높은탄에유리 -타르및액체생성물이없음 -단위부피당처리량이큼 -탄소전환율이높음 -공정규모를증가시키기어려움 -온도증가시점성물질사용이어려움 -액체생성물 (tar, phenol) 발생 -회용융온도이하에서반응 -비말동반미세입자 (char, ash) 회수장치가필요 -고온에견디는장치재질 -비산char와 slag 회수장치가필요 -열회수장치가필요 다 ) 액화 (Liquefaction) 연료가스보다는유기액체를얻기위한공정으로써액체생성물에중점을둔열분해공정도액화로분류할수있다. 그러나대게는촉매수소화나먼저일산화탄소와수소의합성가스를생성시킨후촉매를이용하여메탄올, 가솔린, 중유, 기타유기액체를생산하는공정이다. 열분해공정은흡열반응으로서열의공급형태는직접가열방식과간접가열방식이있다. 직접가열방식은반응기내부에서원료나보조연료를연소시켜열을공급하는방식으로주로연료가스를생산하는데이용되나, 생산가스에는이산화탄소, 수증기및질소의함 -108-

121 제 2 장폐기물발생및처리현황 량이크기때문에연료가스의열량이낮은문제점을가지고있다. 반면에간접가열방식 은반응기의벽이나별도의매체를이용하여열을공급하는방식으로열공급의효율성 문제가있다. 일반적인열분해반응은다음과같이진행한다. 외부열원공급 건조 원료물질용융 / 화학적분해및재결합 (char 배출 ) 휘발성 분생성 휘발분배출 ( 오일 / 가스 ) 생성물포집이용 슬러지의열분해는전처리공정으로건조공정이반드시필요하며, 산소가없는상태 에서유기물에열을가해유기물의다른연료나에너지원 ( 오일, 가스및차르 ) 으로전 환시키는공정이다. 온도는 250 ~ 1000 정도되며, 압력은 1 ~ 170 기압정도된다. 8) 탈수 (Dehydration) 슬러지탈수의목적은크게수송비용절감, 이송시취급용이, 소각시에너지함량증대, 퇴비화시개량제소모량감소, 부패방지, 매립시침출수줄임등이다. 슬러지의탈수방법은일반적으로다음과같다. < 표 > 슬러지탈수방법구분방법 진공탈수가압탈수원심분리벨트프레스 Decanter Filter Press Decanter -1개또는 2개의이동벨트에의해슬러지를연속적으로탈수시키는방법이다. -약품주입은필수적이다. 위의탈수방법은다음과같은특성을지닌다. 진공여과 (Vacuum Filtration) 1 여과막으로덮인수평드럼의 1/4 정도가슬러지에담긴채회전하여드럼내부에작용하는진공에의하여슬러지는고형물층을형성한다. 이장치는생슬러지나소화슬러지의탈수에모두이용할수있다. 탈수속도는 10kg / m2 hr 정도이다. 2 슬러지개량을위하여소석회와염화제이철을사용하면연속및자동운전이가능 -109-

122 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 하다. 3 진공여과는 60년이상도시슬러지의탈수에이용되어왔으나대체탈수장치의개발과개선으로인해지난 10년간사용이감소되었다. 4 사용의감소원인으로는 장치가복잡하고 화학적개량이필요하며 고가의유지비및운전비가소요된다는점등을들수있다. 5 운전원리진공펌프가여포로둘러싸인드럼으로부터공기를흡입하여진공상태가형성되면대기압은구동력 (driving force) 으로작용하여여포와접촉하고있는슬러지를미세구멍으로흡입시킨다. 탈수기는개량된슬러지가들어있는용기안에부분적으로침강되어있는회전하는수평원형드럼으로이루어져있다. 드럼표면은슬러지탈수특성에따라선정된여과막으로둘러싸여있으며여과막은천이나코일스프링 (coiled spring) 로되어있다. 드럼표면은둘레를따라여러구간으로나누어져있다. 각각의구간은드럼의끝과인접한면으로부터밀폐되어있다. 드럼의각구간과연결되어있는분리된진공및배수관은드럼축에있는회전밸브 (rotary valve) 와연결된다. 회전밸브는여러가지의여과주기를조절하며탈리액을드럼으로부터빠져나가게한다. 회전밸브는드럼이회전함에따라케익형성부, 케익탈수부, 케익배출부의세가지의구분된지역이차례로기능을행할수있도록조절한다. 원심분리법 (Centrifugal Hydroextractor, Decanter) 1 밀도가다른액체를분리하거나슬러지를농축시키는경우또는고형물질을제거하기위한방법으로원심분리법은산업분야에서널리이용되고있다. 이원심분리법은슬러지탈수에사용가능하며효과의정도는차이가있지만미국과유럽등지에서사용되어왔다. 2 Decanter 횡형연속식, 입형연속식, 입형회분식이있으며슬러지의탈수에는주로횡형의데칸트라불리는탈수기가사용되고있다. 데칸트는수평축주위를회전하는원통 -110-

123 제 2 장폐기물발생및처리현황 원추상의본체와스크류콘베어로구성되어있다. 본체내부에공급된오니는원심력을받아내벽에압착되고스크류에운반되어외부로배출된다. 무기응집제의첨가가필요하다. 탈수된오니의함수율은 60 ~ 85% 정도이다. 벨트형여과기 (Belt press) 1 벨트형여과기는슬러지에압력을가하고중력배수및화학적개량장치가있는연속주입슬러지탈수장치이다. 2 다단의압축물에의하여압축력을가하면서수분을제거하는방법이다 년대초미국에서도입되어오늘날가장널리사용되는탈수기의하나로거의모든종류의도시폐수슬러지를처리하는데효과적이다. 4 대부분의벨트여과기는첫째개량된슬러지가농축될수있는중력배수지역에유입된다. 어떤벨트형탈수기는진공을가하여슬러지탈수를더잘되게하고냄새를제거하는장치도있다. 중력배수후슬러지는낮은압력상태에서다공성천으로만들어진벨트사이에서짜지게된다. 5 장치에따라높은압력을먼저가한후낮은압력을가하는경우도있다. 압축과전단력이슬러지의수분을제거하며케익은스크레퍼날개에의해제거된다. 6 운전에영향을미치는요소로는슬러지특성, 개량방법, 압력, 기계구조, 벨트공극율, 벨트속도, 벨트넓이등이다. 7 벨트여과기는슬러지특성에민감하여개량이불량하면탈수성능이저하된다. 슬러지특성이변화하기쉬운경우슬러지혼합장치를별도로설치해야한다. 8 다음에벨트형여과기의기본단계를나타내었다. 가압여과 (Filter Press) 1 Filter Press에서슬러지는필터내부로펌핑되고여액은여과재인 filter cloth를통과하고고형물은 Filter Press 내부에서인출된다. 2 가압여과는고압을가해슬러지를탈수시키는방법으로그장점으로는 케익내고형물질의농도가높다

124 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 탈리액이깨끗하다. 고형물질포획능력이뛰어나다. 단점으로는기계적구조가복잡하고응집제소비량이많고, 인건비가많이들고, 여포의수명이제한된다는것이다. 여러종류의가압여과기가있지만그중자주사용되는두가지는고정체적판여과기 (fixed-volume, recessed plate filter press) 와가변체적판여과기 (variable-volume, recessed plate filter Press) 가있다. 9) 전기침투탈수 (Electro Osmosis Dehydrator) 슬러지를처리하는육상처리기술에는고화, 건조, 용융, 소각, 가스화, 연료화, 퇴비화, 탄화등이있는데이모든기술은대부분저함수율공정을필요로한다. 특히슬러지를고형화연료로만드는기술은슬러지탈수케익의높은함수율 ( 약 80%) 로인해발열량이낮아지며, 연소시 NOx가발생할수있다. 따라서슬러지의함수율을낮추는것이가장큰문제점이다. 가압탈수와전기침투를이용한전기침투탈수는기존의벨트프레스나원심분리기에비해건설비가비싸고운전비와유지비가많이들지만목표함수율까지의운전비용과해당슬러지의해양처리비를감안할때가격경쟁력이있으며함수율을낮추는데더효과적인것으로조사되었다. 또한 88% 가 Belt Press, Filter Press 그리고 Screw Press와같은기계식탈수시스템을채택하고있으며탈수슬러지의함수율은약 80wt% 가량으로저조한상태이다. 슬러지를효율적으로처리하기위해서는탈수슬러지의함수율이약 60wt% 정도가되어야하는데기존의기계식탈수처리기술로는이와같은함수율을달성하기어려운것으로분석되고있다. 슬러지의함수율을최소화하기위하여고안된이장치는기존의 Filter Press 장치에전기식삼투압원리를이용한슬러지전기침투장치를결합한것으로가압탈수와전기탈수가동시에발생함에따라저함수율케이크를생산할수있다. 본장치의탈수원리는슬러지양극단에 (+) 극판과 (-) 극판을설치하여전기장을형성시킴으로써슬러지에함유되어있는물을효과적으로제거하고자하는것이다. 즉양극판사이에형성된강한전기장의영향을받아 (-) 전하를띠는슬러지의고체입자들이 (+) 극판쪽으로이동하고물은 (-) 극판쪽으로이동하게되어탈수가이루어지는것이다

125 제 2 장폐기물발생및처리현황 ( 그림 ) 전기침투탈수특징 ( 그림 ) 전기침투탈수원리 전기침투탈수함수율 (61 %) 벨트프레스함수율 (84 %) ( 그림 ) 전기침투탈수와벨트프레스함수율비교 -113-

126 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 10) 슬러지감량화시스템 일반적인슬러지감량화시스템의종류는다음과같다. 구분종류 생물학적처리 고온호기성세균 소화균 초음파처리 오존처리 화학적처리 전해처리 알칼리약품처리 과산화수소수 + 철촉매반응 케비테이션 (Cavitation) 파쇄 물리적처리 임계처리 밀파쇄 복합처리 알칼리처리 + 기계파쇄 감압파쇄 + 가열 + 초음파 가 ) 고온호기성세균을이용한감량화슬러지를가열하면슬러지를보호하는점성물질이해체되고, 고온호기성세균이활성화되어효소를분비하면, 이효소가세포벽을파괴하여파쇄가이루어져원형질이용출되고이는미생물에의해사용되어져최종적으로슬러지가감량화되는원리를이용한것이다. 운전비가저렴한장점이있으나, 설치면적이크고악취가발생하는단점이있다. 나 ) 초음파에의한슬러지감량화슬러지를초음파와알칼리로조합하여처리하는것으로 ph 11 이상이되도록알칼리를첨가해, 일정파장의초음파에걸치면수초, 수분안에세포막이파괴되어용해분산되는원리를이용한것이다. 다른동류기술과비교하였을때처리성능 건설비 유지관리비가경제성이있다는장점을가지고있다

127 제 2 장폐기물발생및처리현황 다 ) 오존에의한슬러지감량화오존의산화력을이용하여슬러지를산화, 분해하여감량시키고, 슬러지를생분해성이높은유기물 RBDCOD(Readily Biodegradable COD) 로전환시키는슬러지분해기술이다. 반응이빠르고시설이콤팩트한장점이있으나, 오존발생기유지관리비용이들며, 침강성이악화되는단점이있다. 라 ) 밀에의한슬러지감량화금속밀파쇄기를이용하여금속밀을상호유동시켜볼과볼사이의마찰력과마찰열에의해슬러지의세포벽을강제적으로파쇄하여가용화시킨후미생물에의해슬러지가감량화되는원리를이용한기술이다. 시설이콤팩트하다는장점이있으나금속볼의교체비용이추가되며, 침강성악화, 전기소비량증대라는단점이있다. 마 ) 수열 생물법에의한슬러지감량화물의상태는온도와압력이높아지면기체와액체의경계가소실한다. 이상태를초경계라고말한다. 경계가소실하는점을임계점이라고하며, 순수한물에서는 374, 22 Mpa이다. 임계점보다낮은영역을아경계라고하는데, 아경계나초경계의물은상온 상압의것과는다른성질을나타내며상온상압의수중에서진행하지않는반응이일어나게된다. 물의특징은, 높은해리도와큰유전율을가지는것이다. 물의해리는온도의상승과함께진행해 250 부근에서최대에이르고나서하강한다. 유전율은온도가상승하면감소하고, 초경계수는유기용매와같은성질을나타내게된다. 초경계수는유전율 해리도가낮기때문에물은유기용매의성질을나타내비극성유기물을잘녹인다. 또한, 초경계수중에서는다이옥신등의난분해성으로유해한유기물의분해반응이일어난다. 한편, 아경계수는물의해리도가크기때문에산 알칼리의성질이강하고, 반응활성인용매가된다. 아경계수중에서는반응활성인열수분자에의한가수분해반응이일어난다. 이러한아경계수 초경계수에서의반응을수열반응이라고한다. 수열 생물법은이원리를이용하여수열반응과생물기능을편성해슬러지를처리 소멸하는것이다

128 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 제 3 장국내 외에너지화기술및운영사례분석 1. 국내 외기술개발현황 국외의경우한국과는달리음식물류폐기물이환경적으로큰문제가되고있지않으며, 특히음폐수는거의배출되지않아이를처리하려는연구가많이이루어지지않고있다. 따라서성상에대한분석도철저히이루어지지않는면이있으며, 오히려많은자료가한국에서발표된결과를인용하고있는실정이다. 가. 국외기술개발현황 (1) 미국미국의경우음식물류폐기물이질량기준으로폐기물중가장많은양을차지하는물질이다. 2002년미국환경부통계에따르면연간 43.6백만톤이발생되었으나, 지금까지처리에큰어려움이없었으며, 매립등의방법으로대부분처리가가능했다. 최근에와서야매립등의방법으로처리하는비용이늘고있으며, 환경적인문제도인식하기시작하여혐기소화등의방법으로처리하는방안을모색하고있다. 2007년 California 주 San Francisco 지역의음식물류폐기물을고온혐기소화조에투입하려는연구가시도되고있으나, 아직에너지화가능성을두고성상조사를벌이는단계에있다. 또한, 2007년에는음식물류폐기물을축산분뇨와병합처리하여바이오가스를얻어내는연구가보고되어있다. (2) 독일독일의바이오가스플랜트수는 80년에 75기, 90년에 100기이었지만 95년에 275기, 98년에 577기, 99년에는 680기로되고 2000년에는더욱 400기의증가가보여지고있다. 플랜트의발효조규모는 150m3이하가 28%, 151~500m3가 52%, 500m3이상은 20% 이고최대규모는 7,000m3 (3,500m3 2조 ) 로되어있고축사에인접하여설치된개별형플랜트가많다. 처리되는유기물로서는가축분뇨만의플랜트는 32% 이고분뇨와생활쓰 -116-

제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 레기의복수처리는 68% 로높다. 농업분야의플랜트수는 2000년 2월에는전국에 577기, 그중바이에른주가 54% 를점한다. 이를테면독일에 1년간에발생하는가축분뇨는약 2억m3에달한다고보지만, 덴마크와네덜란드와달리농지전체에서처리를고려하면과잉이아니다.

129 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 레기의복수처리는 68% 로높다. 농업분야의플랜트수는 2000년 2월에는전국에 577기, 그중바이에른주가 54% 를점한다. 이를테면독일에 1년간에발생하는가축분뇨는약 2억m3에달한다고보지만, 덴마크와네덜란드와달리농지전체에서처리를고려하면과잉이아니다. 그러나집약적축산을하는지역과상수도원의보호를위해지정되어있는환경보존구역에서는일부과잉으로되는지역도있다. 새로운에너지법이시행되어바이오가스를많이생산하기위하여개별형플랜트, 공동이용형플랜트의어느것도가축분뇨만이아니고지방과기름을포함한식품산업의폐기물, 축사의고체분, 식품공장에서의오니등을재료로서가하는공동발효를한다. 재료에따라다르지만가축분뇨는투입용량의약 50% 를점하고도생산하는전에너지중 12% 밖에발생하지않는다. 독일에서도구제역과광우병이발생하기때문에도축장에서의폐기물과병사한가축의폐기물등을재료로서사용은금지되어있다. 독일에서는중앙집중형플랜트는적지만폐기물의운반은운송비용이높기때문에이동거리는멀더라도 30~50km의범위내에서이루어지고있다. ( 그림 3.1-1) 독일의바이오가스플랜트 - 후르스텐바르드 -117-

130 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 (3) 덴마크 ( 가 ) BIOREK BIOSCAN에서국제특허를가지고있는바이오가스생산및소화액처리시스템인 BIOREK 기술은유기성폐기물을원료로하여바이오가스를생산하며열 / 전기를얻는시스템과깨끗한물과비료를얻는과정으로크게구분된다. BIOREK의처리공정은먼저 1 분뇨슬러리, 도축장유기성폐기물, 음식물쓰레기등의유기물원료의투입이이루어진다. 이때유기물의농도는 10% 의건물함량을유지하며큰입자는작게분쇄되어수분과입자도감소과정의전처리가된다 (pretreatment). 2 전처리된원료는혐기성고온발효기내로투입되고이곳에서약 14일간발효가진행되며바이오가스를생산한다 (Digester biogas production). 3 Biogas내의 H2S가스를제거하기위해생물학적으로탈황세균을이용한탈황과정을거치고가스외의소화액은배출되어액비로이용되거나다시처리과정을거치게된다 (biological desulphurization, bleed). 4 탈황이된순수바이오가스는일정기간저장조에서저장이된후직접열이제공될거주지에위치하고있는열병합발전소로가스관을통해전달된다 (Biogas). 5 열병합발전소에서필요시에따라발전과보일러를가동하여열과전기를생산하며, 발전시생성되는열수와보일러에서생성된열수는거주지에분배되어활용하며, 생산된전기는판매를하게된다 (Co-generation). 6가스발생과함께발생되는소화액은일부액비로바로활용할수있다 (Bleed). 그러나 BIOREK process에서는소화액을처리하여질소비료, 광물질비료그리고정수된물을생산할수있는장치가장착되어있다. 7 먼저소화액은초여과장치 (ultrafilter) 를통해미생물과다양한유기물이포함된고형물과액상물을분리하여고형분은다시발효조내로돌려보내재활용하도록한다. 8 분리된액상은암모니아분리장치를통하여액상에서암모니아와이산화탄소를분리하여질소비료로이용할수있다 (Ammonia stripper, N concentrate). 9 암모니아가제거된액상은다시역삼투압장치를통과하며물과미네랄 ( 주로인과칼륨 ) 로분리가된다. 물은음수용으로도사용이가능하며, 미네랄은비료로이용될수있다 (Reverse osmosis)

131 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 The BIOREK process Organic waste Pre-treatment Digester Biogas production Bleed Biological desulphurisation Ultrafilter Biogas Ammonia stripper N concentrate Co-generation plant Heat Power Reverse osmosis Clean water PK concentrate Water Nitrogen Biogas Minerals Organic matter Hydrogen sulphide ( 그림 3.1-2) BIOREK 처리공정 ( 나 ) Linkogas Amba 지역의 60농가가공동투자하여설립한 Linkogas Ambas는대표적인 BIOSCAN이운영하는공동바이오가스시설로전세계적으로가장규모가큰 biogas 생산시설중의하나이다. 1989~90년도에건설되었고 1999년에재건축이되었으며이때중온균발효에서고온균발효과정으로전환하였으며이러한재건축으로바이오가스생산량이약 50% 까지증가하였다. 본시설은가축분뇨슬러리를배출하는 60축산농가로구성된독립조합인 LinkoGas A.m.b.a. 가소유를하고있다. LinkoGas의주요목적은중앙열병합시설에기초를두고분뇨를처리하고자설립이되었고조합원등의슬러리저장, 처리및과잉슬러리의분배와슬러리살포시발생하는악취문제등을해결하기위해설립및운영되고있다. 본시설은분뇨슬러리와분고형분을주로이용하며, 어류및식품가공산업과의약산업으로부터발생하는가소화유기성폐기물을보충원료로사용한다. 고온발효이 -119-

132 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 후소화액은후소화조에서공기가순환되도옥발효가되어액비로이용된다. 액비는조합원의사료작물재배용으로사용되며일부약 15% 는 20개의작물농장으로판매된다. 생산된바이오가스는저압가스이송시스템을통해열병합발전소로이송되고 2대의바이오가스엔진에서전기를생산 ( 최대 2,084kW) 하고지역난방 ( 최대 2,600kW) 을위해이용된다. 바이오가스시설에서가스와경유겸용보일러를이용하여 0.9MW가발효조난방을위해이용된다. Co-operative owned by 60 farmers ( 그림 3.1-3) 60 농가에서공동투자운영하는 Linkogas Amba 초기투자비용은 75억원이사용되었고이후부가적인시설확장에의해약 50억원이소요된거대한시설이다. 투자형식은정부보조금이약 25% 를차지하며나머지는지역 60개의축산농가에서공동투자하여설립되었다. 3개의혐기발효조와전처리조, 원료저장조및가스저장조, 탈황시설및가스이송장치등이설비되어있고현재소화액처리장치는공사가완료되어시험가동중이거나일부는설치작업중에있다. 발전용량은 2MW(1MW 2) 이며발전시설은약 5km떨어진주택지역에에위치하고있다. 발전시설이주택지역에있는이유는발전시함께얻어지는열을지역농가주택에공급하기위해주택근처에발전시설을설치한것이다. 60농가에서발생되는모든가축분뇨와인근지역의다양한음식물쓰레기, 도축폐기물, 식품폐기물등을바이오가스생산원료로사용하여하나의거대한유기폐기물처리장으로서지역사회에기여하고있다

133 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 < 표 3.1-1> 현재운전되고있는대표적음식물류폐기물혐기소화기술 업체명 ( 국가 ) 생산품목과주요특성비고 Linde AG Wies-Baden ( 독일 ) Linde BRV/KCA 프로세스를이용한음식물류폐기물및건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 20 처리 990 천톤 / 년 Veolia Environment ( 프랑스 ) Krueger 프로세스를이용한음식물류폐기물및건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 14 처리 950 천톤 / 년 Valorga international ( 프랑스 ) Valorga 프로세스를이용한음식물류폐기물의혐기성소화 가동공장수 11 처리 850 천톤 / 년 Biotechnische Abfallvertung GmbH & Co KG ( 독일 ) BTA 프로세스를이용한음식물류폐기물및건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 22 처리 406 천톤 / 년 Kompogas AG ( 스위스 ) Kompogas 프로세스를이용한건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 20 처리 315 천톤 / 년 CITEC Environment ( 핀란드 ) Wassa 프로세스를이용한음식물류폐기물및건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 10 처리 288 천톤 / 년 Organic Waste Systems ( 벨기에 ) Dranco 프로세스를이용한건조폐기물의혐기성소화 가동공장수 13 처리 195 천톤 / 년 Schmack Biogas AG ( 독일 ) Euro/Coccus 프로세스를이용한음식물류폐기물의혐기성소화 처리 100 톤 / 년 (4) 일본 일본마찌무라농장은젖소사육두수 380두로부터발생되는분뇨를이용하여바이오가스를생산하고있다. 본농장의바이오가스시설은원료 ( 분뇨 ) 저유조, 2조중온발효조 (37 ) 로 1차발효조는용량 260m3로부유일수는 16일이며, 2차발효조는용량이 800 m3로부유일수는 49일동안발효과정을거처소화액저유조 (800m3) 로구성된다

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 3.1-4) 일본마찌무라농장의바이오가스시스템 가스홀더와생물학적탈황장치는 2차발효조의상부에설치되어있다. 착유우 200 두의분뇨와부원료로볏짚혼합물을원료로하고고액분리하지않고원료저유조에서교반혼합하여슬러리상태로만든다.

134 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 그림 3.1-4) 일본마찌무라농장의바이오가스시스템 가스홀더와생물학적탈황장치는 2차발효조의상부에설치되어있다. 착유우 200 두의분뇨와부원료로볏짚혼합물을원료로하고고액분리하지않고원료저유조에서교반혼합하여슬러리상태로만든다. 일반적으로는 1차를거처 2차발효조로슬러리가투입되는데원료가많은경우는원료저유조에서 2차발효조로직접슬러리가투입되기도않다. 정상가동시의원료 ( 분뇨및세정수등 ) 의투입량은 1일 16.2m3이다. 2개의발효조에서발생하는바이오가스는탈황이된후바이오가스와경유를병용하는 co-generator (65kW) 에서발전과열수가제조된다. 발생된전력은시설의가동에사용되고잉여전력은시설외농장에서이용된다. 열수는발효조의가온에사용되고잉여열은라디에터로보내진다. 바이오가스에의한 co-generation으로가온열이부족한때에는 co-generator에경유공급량을증가시켜열수발생량을증가하고가온열을확보하는시스템이다. 소화액은소화액저유조에저유되고목초지등에살포된다

135 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 나. 국내기술개발현황국내의음식물류폐기물에대한대응방안은주로처리개념에근거하였고, 재활용에대해서는퇴비화 / 사료화등의방법에의존되어온실정이다. 최근에너지회수를목적으로하는연구가일부진행되고있다. 1999년동문 I.R.S에서혐기성방법을이용한음식물쓰레기의처리와바이오가스발전기술에대해한국환경기술진흥원의지원하에연구를수행한바있으며, ( 주 ) 제오텍은경성대연구팀과함께하이브리드형반응기를이용하여분뇨, 축산폐수, 하수슬러지및음식물쓰레기의고효율바이오가스생산및재활용에관한연구를진행하였다. 음식물찌꺼기등유기성폐기물의자원화를위한생물학적전환기술에대해서도 ( 주 ) 인바이오넷등의기업에서연구를수행하였으며, 한국에너지기술연구원에서 2000년슬러지와음식물통합소화에의한바이오가스이용기술실용화를위한연구를수행한바있다. 2004년에는한국과학기술연구원에서음식물쓰레기를이용한청정가스 ( 수소및메탄 ) 생산공정을개발하였으며, 앞서언급한연구를비롯하여에너지관리공단에서많은연구과제가도출되었으며, 그밖에중소기업청기술지원국, 한국환경기술진흥원등에서도많은연구과제가도출되어지속적으로관리되어왔다. 본연구의대상이되고있는음식물류폐기물및음폐수와같은유기성폐기물의경우다양한전처리및중간과정을거쳐에너지화가가능하며, 현단계에서기술적인제한은있으나, 유기성폐기물의가공을통하여고체, 액체, 기체연료화가가능하며, 사용용도측면에서도열, 발전및자동차연료등과같이다양한용도및수요처에활용이가능한것으로조사되고있다. 다만, 현재유기성폐기물의에너지화에대한우리나라의기술수준이선진국과비교뒤져있는것이사실이고부분적으로는국내에기술력은있으나경제성확보가불투명하여상용화되지못한측면이있다. 유기성폐기물의에너지화와관련하여현단계에서우리나라에서가장활발히진행되고있는분야는매립가스분야이며, 유기성폐기물의혐기분해과정은매립장뿐만아니라음식물쓰레기처리장, 하수처리장및분뇨처리장등다양한유기성폐기물처리과정 -123-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 에서진행되고있으므로이들처리장에서규모및방식에맞는에너지화가개별적으로추진되고있는상황이다. 대표적인사례를보면음식물쓰레기및축산분뇨병합처리를통한바이오가스생산을통한발전시설이파주에서 80톤 / 일규모로추진되는등 8개소에서운영중인것으로조사되었다. ( 그림 3.

136 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 에서진행되고있으므로이들처리장에서규모및방식에맞는에너지화가개별적으로추진되고있는상황이다. 대표적인사례를보면음식물쓰레기및축산분뇨병합처리를통한바이오가스생산을통한발전시설이파주에서 80톤 / 일규모로추진되는등 8개소에서운영중인것으로조사되었다. ( 그림 3.1-5) 파주축분공공처리시설이러한유기성폐기물의에너지화추진에도불구하고에너지화가가능한음폐수의발생량 9,077.1 톤 / 일중 53.8%(4,879.8 톤 / 일 ), 가축분뇨발생량 131,335 톤 / 일중 5.4%(7,092.1 톤 / 일 ) 및하 폐수슬러지발생량 18,808톤 / 일중 51%(9,647톤 / 일 ) 가해양배출되고있는상황이며, 재활용되지못하고소각및매립처리되는유기성폐기물도 13% 에이르러이들을대상으로하는에너지화가시급하다할수있다

137 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 2. 국내 외기술및운영사례가. 음식물류폐기물에너지화운영사례 (1) 국내운영사례국내의음식물류폐기물을에너지화하는혐기성소화시설은아래제시한표와같으며, 사료화나호기성퇴비화에비해서는실적이미미한것으로나타났다. < 표 3.2-1> 국내의음식물쓰레기혐기성소화시설시설명처리방식기술내용에너지처리용량 ( 톤 / 일 ) 광주시자원화시설 혐기성소화에의한자원화 선별 파쇄 산발효 수평형혐기성소화 액비퇴비 부숙 퇴비원공급 자체소각 20 부산광역시 ( 강서 ) 음식물자원화사업소 건식단상 혐기성소화 파쇄 선별 단상혐기성소화 탈수 부숙 공급 2Mwh 200 ( 가 ) 개요 런던협약 96의정서에따라 12년부터유기성폐기물의해양투기가금지되어육상처리전환대책마련시급 유기성폐기물을재활용한퇴비 사료의활용이저조한현실에서, 신고유가시대를맞아에너지자원으로의전환 활용필요 그러나, 선진국에비해에너지화기술수준이상당히낮고, 경제성불확실및소화액 ( 폐수 ) 의처리문제등으로국내상용화실적매우저조 - 최근일부지역에서고농도의음식물쓰레기 ( 음폐수 ) 와축분을이용한 Pilot 수준의바이오가스생산시설설치 운영시작 일부하수처리장에서음식물쓰레기를병합처리하면서바이오가스를생산하거나소화가스를회수하고있으나, 대부분자체소화조가온용으로활용하는수준 -125-

138 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 나 ) 부산광역시음식물자원화사업소 - 설치지역및시설용량 : 부산생곡매립지 (200톤/ 일, 2MW발전 ) - 처리방식 : 건식단상혐기성소화 + 가스발전 ( 음식물쓰레기바이오가스화시설 ) - 혐기성소화를통해바이오가스형태의에너지를생성함과동시에후단의호기성퇴비화과정을통해양질의퇴비를위생으로생산하는기술 - 건식소화방식으로소화조부피, 폐수발생량감소, 염분문제해결 -바이오가스로이용한전기생산은 LFG 발전시설과통합운영 부원료 S T E A M 응집제 음식물쓰레기 전처리설비 혐기성소화조 탈수설비 부산물 협잡물 Bio - Gas 폐수처리 방 류 전력생산 ( 그림 3.2-1) 부산광역시음식물자원화사업소처리공정도 (2) 국외운영사례 ( 가 ) 일본현재적용되고있는음식물쓰레기등의재생이용핵심기술로는퇴비화 사료화기술, 소각처리와같이열을이용하는기술과최근탄화처리하여제설제등으로이용하는기술등이있다. 현재일본에서실용화되어있는음식물쓰레기등유기성폐기물의자원화기술에대한개요는다음표와같다. 최근에는상기의재생이용핵심요소기술과그핵심요소기술을구성하는각각의주변기술을적절히조합하여자원화처리량을증가시키거나, 자원화산물의회수율향상, 자원화산물의이용율향상을위한다양 -126-

139 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 한조합프로세스등이개발, 적용되고있다. 발생원별로비교적다양한처리기술이적용되고있다는것을알수있다. 또한자원화시설의계획및운영에서는자원화산물의제조뿐아니라실제유통되는부분을고려한배출자-재활용자-이용자간의네크워크형태의자원화시스템구축에중점을두고있다는것이특징이다. < 표 3.2-2> 일본의음식물쓰레기등유기성폐기물의자원화처리기술 항목사료화호기성퇴비화혐기성퇴비화 대상폐기물 식품가공잔재물, 소매식품잔재물 식품가공잔재물, 소매식품잔재물, 가정주방쓰레기등 식료품제조잔재물, 식품가공잔재물, 소매식품잔재물, 가정주방쓰레기등 소규모 ~ 중규모호별 ~ 소규모 ~ 중규모소규모 ~ 대규모 처리규모 대규모처리시설에서는수집운반시간이길어부패할우려가있음 처리규모는호별부터대규모까지대응가능 1 톤 / 일의소규모시설의실적은있지만, 시설스케일이점이나바이오가스이용을감안하면규모가클수록좋음 부산물 ( 재활용제품 ) 축산등사료유기비료, 토양개량제바이오가스 비용 건설비 퇴비화와유사 공동처리에서는소각처리보다저렴 가정용음식물쓰레기처리기약 30~100 만원, 업소용은 100 kg / 일처리기로 4,000~7,000 만원 높음 유지관리비 퇴비화보다높음소각처리와동등높음 감량효과약 80% 약 70% 약 80%, 단오수가 80% 전후발생 자원화효과유유유 조합가능화기술 - 생분해성플라스틱 가스발전또는연료전지, 퇴비화 -127-

140 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표계속 > 일본의음식물쓰레기등유기성폐기물의자원화처리기술 항목 소각처리 ( 발전 ) 건조형 발생원처리기 소멸형 열분해 ( 탄화 ) 디스포저 대상폐기물 모든유기성 폐기물 식품가공잔재물, 소매식품잔재물, 가정주방쓰레기 식품가공잔재물 소매식품잔재물 가정주방쓰레기 식품가공잔재물 소매식품잔재물 가정주방쓰레기 대규모호별 ~ 소규모소규모 ~ 중규모호별 ~ 소규모 처리규모 신설의경우 100 톤 / 일이상 의시설이원칙 배출원에설치하는발생원 처리방식 배출원에설치하배출원에설치하는발생원처리는발생원처리방식방식 부산물 ( 재활용제품 ) 전력 ( 증기, 온수 ) 건조물 인공토양등의 담체 탄화물 - 디스포저본체는 건설비 처리규모톤당 5~6 억원 발효처리형 ( 퇴비화 ) 와유사 좌동 - 저렴하지만수처리시설 비용 건설비용높음 유지 관리비 발전을고려하면 퇴비화보다저렴 전기료, 연료비등 담체나 균체보충비용이 필요하며높음 전기료, 연료비 등 비교적높음 감량효과약 85~90% 약 80% 약 95% 쓰레기이상으로담체가약 90% 감량율감량효과는높음잔존 수처리오니를 자원화효과 유 건조물이나담체잔재물등의 이용방법에따라다름 탄화물의이용에이용하는경우는따라다름자원화효과가 있음 조합가능화 기술 - 퇴비화 - 수처리오니 재이용기술 -128-

141 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 1) 용천시혐기성소화방식처리시설 ( 일본 ) - 시설명 : 중공지구위생처리조합 - 처리용량 : 음식물처리시설 55톤 / 일 - 처리방식 : 습식수직형혐기성소화 ( 중온 ) - 처리원리 : 혐기성미생물에의해고형상의음식물류폐기물을액상화및가수분해시키고, 유기산을생성하는산발효기, 메탄을생성하는메탄발효기를거쳐처리 - 처리대상폐기물 : 유기성음식물쓰레기, 재활용쓰레기등 - 최종생산물 : 바이오가스, 전기, 퇴비 ( 중간원료 ) - 시설특징 : 발생된메탄가스를이용하여가온용에너지, 발전에의한자체사용및매전등으로에너지회수 ( 그림 3.2-2) 일본용천시혐기성소화처리공정도 ( 나 ) 유럽 1) 음식물쓰레기처리현황 EU에서는음식물쓰레기등의유기성폐기물을생분해가능한도시고형폐기물 (Biodegradable Municipal Solid Waste) 로서정의하여통합관리하고있다. 다음표는 EU 각국의유기성고형폐기물처리현황을나타냈으며여기서재활용이란유기성고형폐기물 -129-

142 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 중주로목재, 종이, 섬유류의재활용을의미한다. 표에서볼수있듯이, EU의각국가별로자원화및처리상황은크게상이하며, 특히덴마크, 네덜란드, 핀란드, 오스트리아등은매립에대한의존도가낮고재활용, 퇴비화, 소각등의처리비용이높은것을알수있다. 반변, 영국, 아일랜드, 아이슬란드등은매립율이 80~90% 로매립에대한의존도가상대적으로매우높다. 유기성고형폐기물중음식물쓰레기와정원쓰레기의경우는주로퇴비화나혐기성소화방식을이용해처리되고있다. < 표 3.2-3> 각국의유기성고형폐기물처리현황유기성고형폐기물처리현황 (%, 전체중량대비 ) 국가 오스트리아 (1996) 덴마크 (1998) 영국 ( 아일랜드 ) (1998) 벨기에 ( 플란더스 ) (1998) 핀란드 2) (1997) 프랑스 3) (1998) 독일 (1998) (Baden-Wuttembreg) 아이슬란드 (1998) 이탈리아 (1998) 네덜란드 (1998) 영국 (1998/99) 잉글랜드 & 웨일스 스페인 (1998) (Catalonia) 매립 소각 ( 에너지 회수 ) 단순소각 공공 퇴비화 재활용혐기성소화 매립 전처리 기타 ) ) ) ) 주 )1) 재사용율,2)5.8% 는분리수거된포장및목재폐기물임,3) 전체발생량중 88.8% 만집계, 나머지는분 리수거된정원폐기물임,4) 혐기성소화비율로추정,5) 단순소각도일부포함,6) 공공및공동퇴비화 -130-

143 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 2) 음식물쓰레기처리기술현황현재 EU 각국가에서적용되고있는유기성고형폐기물의자원화및처리기술의개요를간략히다음표에나타내었다. 대부분섬유소를재사용하거나영양물질과폐기물에포함된에너지를회수하여재활하는방법을채택하고있다. 회수기술은생물학적처리와열적처리로구분될수있다. 생물학적처리는퇴비화로정의되는호기성공정과혐기성소화공정을의미하며, 열적처리는소각, 가스화, 열분해를의미한다. 생물학적처리와열적처리중소각의경우는검증된기술로서실적용사례가많은반면, 가스화와열분해는폐기물의부피감소를위한방법으로서최근부상하고있지만, 대용량의 Full-Scale 운전에대한기록은거의없다 ( 독일 Burgau에있는열분해시설의가동이시작된것은 1984년이다.). 생물학적처리의대표적인방법인퇴비화는국내와마찬가지로공통처리가일반적이며, 야적식과같은저비용퇴비화와강제포기와온도피드백에의한운전제어등, 기술적으로보다진보된시스템들이적용되고있다. 공동퇴비화시설들은년간 100,000톤의생분해가능한페기물을처리할수있지만일반적인시설규모는년간 10,000에서 20,000톤내외이다. 혐기성소화는유기성고형폐기물에포함되어있는영양염류함량이높은액상부분및잔재물을생성한다. 적용되고있는혐기성소화공정은선별소화 건식방법및병합소화 습식방법등으로구분된다. 소각, 열분해, 가스화등열적처리기술은소각을제외한경우는젖은주방폐기물의처리가곤란하며, 실적용사례가많지않다

144 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 3.2-4> EU 에서의유기성고형폐기물자원화및처리기술개요 생분해가능한 폐기물처리를 위한기술개요 생물학적방법 열적방법 퇴비화혐기성소화소각열분해가스화 기술의검증여부검증됨검증됨검증됨부분적부분적 적용실적많음많음많음거의없음거의없음 기본원리 호기성미생물에의한혐기성미생물에의한분해분해 연소 혐기성열화학적전환 열화학적전환 처리비용낮음 ~ 높음중간 ~ 높음낮음 ~ 높음중간 ~ 높음높은 ~ 매우높음 적합성좋음좋음좋음중간 기술에따라다름 처리가능한폐기물 젖은주방폐기물처리여부 건조된주방폐기물처리여부 정원, 공원폐기물처리여부 호텔, 식당폐기물처리여부 물질과영양성분은유기성폐기물에대한가능한순수한상태로적용범위가대체로회수되어야하기넓고잔재물의이용이때문에발생원에서가능함선별된폐기물만가능 모든폐기물에가능, 공기정화기술이우수하고잔재물은부피감소에의해최소화됨 처리처리처리 오염되고확실이규정된건조폐기물에적합 가능하지만일반적으로처리안함 현재보다우수한정화기술과결합되지않는다면 발생원에서선별된건조폐기물만가능 가능하지만일반적으로처리안함 처리처리처리처리가능 처리가능처리처리가능 처리처리처리처리 가능하지만일반적으로처리안함 종이, 판지처리여부 적은양의종이는처리가능 필요에따라탄소공급원으로사용 처리처리가능 제외되는폐기물 에너지회수 금속, 플라스틱, 유리 ( 높은정도의 위생처리를하지않은식물, 동물에서기인된폐기물은불가 ) 없음 금속, 플라스틱, 유리, 정원폐기물 ( 위생처리하지않은것 있음 : 3,200MJ/ 톤폐기물 없음젖은주방폐기물젖은주방폐기물 있음 : 2,700MJ/ 톤폐기물 있음 : 소각의약있음 : 소각과동일 70%+ 부산물차르포함된에너지 -132-

145 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 ( 다 ) 외국의음식물쓰레기에너지화시설적용사례 1) DRANCO Process DRANCO(DRy ANaerobic COmposting) Process는 TS 함량이 30~35% 인유기성도시폐기물을혐기성소화시키기위해 1980년대초벨기에에서개발된공법으로유기성도시폐기물에서에너지를회수하고 Humus 형태의최종산물을얻는공정이다. < 표 3.2-5> DRANCO Process 개요 ( 건식고온 PFR) 구분항목자료 ( 단위 ) 비고 도시폐기물 60( 톤 / 일 ) 유기성 원료폐기물 및가스이용 메탄가스생산 (60% 메탄 ) 8,400( m3 / 일 ) 메탄가스이용 ( 가스엔진 ) 총 46,200kwh/ 일열효율 85%( 전력36%, 열전력 17,200kwh/ 일 49%) 열 22,000kwh/ 일발전용량 750kw TVS 제거율 36% 총발효조용적 1,888 m3 - 발효조온도 55 - 공정개요 폐기물전처리 Manual sorting Capacity data Hammer Mill Screen(40mm) 체류시간 21일 HRT 폐기물후처리 press to 50%DM with 40% VS composting 2-3Week 17 톤 /day 퇴비 (Humotex) 초기투자 (1988) 150 백만쉴링 100 억원 경제성개요 폐기물단위무게당운전비 1,000쉴링 $85 기타설치장소발효조 % 고형분 오지리 (Salzburg) 미상 투입 30-35% 2) VALORGA Process VALORGA Process 는분쇄된고형폐기물의유기성분이중온조건에서 TS 35% 로유지 되어반응기로유입된후반연속식 (semi-continuous) 으로운전되는공정이다. 이공정은 -133-

146 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 도시폐기물을파쇄하여유기물질을회수하고메탄공정으로투입시키기위한유기성폐기물을선별하는전처리공정과유기성폐기물을고속메탄발효시키는메탄발효조와잔류물을소각처리하는후처리시설로구성된다. 유입폐기물은소화잔류물의탈수기로부터생성된여액과혼합하여메탄발효조에필요한수분함량을조정하여반응의최적화를도모한다. 메탄발효조가중온으로운전되는경우폐기물은 15일, 고온에서운전되는경우는약 9일간발효시킨다. 메탄발효조에서발생되는가스의일부는반송기켜반응조내용물의혼합에이용한다. < 표 3.2-6> VALORGA Process 개요 ( 건식중온 CSTR) 구분항목자료 ( 단위 ) 비고 도시폐기물 180( 톤 / 일 ) 혼합 120( 톤 / 일 ) 유기물 원료폐기물 및가스이용 메탄가스생산 (60% 메탄 ) 18,200( m3 / 일 ) 메탄가스이용 ( 가스엔진 ) 총 100,100kwh/ 일열효율 85%( 전력36%, 열전력 36,000kwh/ 일 49%) 열 49,000kwh/ 일발전용량 1,500kw TVS 제거율 : 36% 공정개요 총발효조용적 3 2,400m3 - 발효조온도 폐기물전처리 Capacity Screening Magnet, N.A. separator Crushing and Air separation data 체류시간 17-25일 HRT 50톤 /day 55% 폐기물후처리 25% DM effluent, DM press to 55% DM 발생퇴비화이용초기투자 (1988) 160억미상 경제성개요 폐기물단위무게당운전비 26,000원 자본비용불포함 기타설치장소발효조 % 고형분 프랑스 (Amiens) 24-28% 투입 30-35% -134-

147 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 3) Vegger Process 1985/1986년 W.W. Engineering사에의하여시공되었으며 1988/1989년 Vegger Energiselskab에의하여전면적인개수가시행되었다. 개수의요점은가스엔진발전기부문과산업폐기물을추가투입할수있도록하여가스수율을높인것이며축산폐기물의저장조에도멤브레인방식으로커버를설치하여메탄가스를회수할수있도록한것이특징이다. < 표 3.2-7> Vegger Process 개요 ( 습식고온 CSTR) 구분항목자료 ( 단위 ) 비고 원료폐기물및가스이용공정개요경제성개요 우분뇨 36( 톤 / 일 ) 75% 산업폐기물은식품공산업폐기물 12( 톤 / 일 ) 25% 장슬러지식용유폐기메탄가스생산 4000( m3 / 일 ) 물, 어류폐기물등 메탄가스이용 가스엔진 (400kw) 및연소로 총발효조용적 800m3 - 발효조온도 56 - 폐기물운반 19m3 Tanker - 체류시간 17일 HRT 기타설치장소 덴마크 (Vegger) 덴마크 (Herning) - 반응기중 % 고형분 10% 미만 초기투자 (1985) DKK 13.4 Mill 1 DKK = 0.15$ 16억 800만원 폐기물단위용적당처리비 30 DKK/ m3 50% 수송비 폐기물단위용적당수입 49 DKK/ m3 80% 가스판매 20% 수수료 4) BIOCEL Process 네덜란드에서개발된공정으로설비및유지관리비가저렴한공정이다. 초기에연속적인공정보다는회분식운전이경제적이라는측면에서고려되었다. BIOCEL Process는혼합이없는회분식반응조로운전되며, 초기에는휘발성유기산의축적에비례하여 ph 저하가이루어지고, 그다음단계는휘발성유기산이감소하는기간이되어 ph가회복된다. 초기의 ph저하기간이짧을수록유기물의평균분해율은높아진다. 또한투입되는고형물의크기가작아질수록고형물체류시간이길어진다. 이반응조는혼합이 -135-

148 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 존재하지않기때문에함수율을유지하는것이중요한변수로작용되며, 일반적으로통 상 28% 정도의 TS 농도가적당한것으로밝혀졌다. 5) Wabio Process Wabio 프로세스에대한내용은다음과같다. < 표 3.2-8> Wabio Process 개요 ( 습식중온 CSTR) 구분항목자료 ( 단위 ) 비고 원료폐기물 및가스이용 도시폐기물 70( 톤 / 일 ) 60% 산업폐기물 ( 하수슬러지 ) 40( 톤 / 일 ) 40% 메탄가스생산 (60% 메탄 ) 8,470( m3 / 일 ) 메탄가스이용 ( 가스엔진 ) 열효율 85%( 전력 36%, 열 49%) 77( m3 / 톤폐기물 ) 총 49,126kwh/ 일 전력 17,685kwh/ 일 열 24,071kwh/ 일 발전용량 750kw 도시폐기물과하수슬러 지를통합처리하는것을 특징으로하는공정임. 공정개요 경제성개요 총발효조용적 1,900 2m3 전처리 70 2m3 발효조온도 35 - 폐기물전처리 햄머밀 27톤 /hr 미분리수거및분리수거 스크린 27tph (dxl 2,900 8,500) 폐기물하수슬러지동시 처리 Magnet, Separator 체류시간 17일 HRT 초기투자 (1990) $ 12,000,000 96억원 폐기물단위무게당운전비 $49/ m3 자본비용 60% 폐기물단위용적당수입 기타 설치장소 발효조 % 고형분 자본회임기간 $78/ m3 핀랜드 (Vaasa) 15% 11.1 년 운전비용 40% 전처리 (18%) 공정 (22%) $68/ 톤폐기물수수료징 수시 - 6) Snamprogetti Process 1992년에이 200톤규모의플랜트를 Snamprogetti S.P.A가시공하여운전하는것으로보고하였다. 단 1994년발간한 IEA Task force report에는건설예정인공장으로분류되고있다

149 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 < 표 3.2-9> Snamprogetti Process 개요 ( 반건식고온 CSTR) 구분항목자료 ( 단위 ) 비고 도시폐기물 200( 톤 / 일 ) 60% 원료폐기물 및가스이용 메탄가스생산 (60% 메탄 ) 26,000( m3 / 일 ) 총 148,200kwh/ 일메탄가스이용 ( 가스엔진 ) 전력 53,000kwh/ 일열효율 85%( 전력36%, 열49%) 열 72,000kwh/ 일발전용량 3 1,000kW 도시폐기물의대량처리를특징으로하는공정 TVS 제거율 40% 총발효조용적 2,800 m3추정 발효조온도 55 - 공정개요 폐기물전처리 Data N.A. - 체류시간 14 일 ( 최대 ) HRT 폐기물후처리 belt filtering to 25% TS, then press to 50% TS 42.2 톤 /day 90% TS 발생유동상소각 7) SEBAC Process SEBAC(SEquential Batch Anaerobic Composting) 은도시고형폐기물중의유기성성분으로부터메탄과퇴비의생산을위해 Florida 대학에서개발된공정이다. 전체공정은 3 단계로이루어지며, 유기물을메탄으로전환하기위한초기운전과반응의완결이이루어지는 2개의반응조로구성되어있다. 먼저잘게분쇄된유기성폐기물을반응조 1에넣고활동적이고오래된반응조 2의유출수를반송하여반응조 1에식종하고수분을조절한다. 또한, 반응조 1에서생성된유기산을반응조 3에공급하여반응조 1에생성물저해를방지하며, 반응조 3에서는반송된유기산을메탄으로전환시킨다. 반응조 2 는식종된반응기로회분식으로운전한다. 반응조 3은고형물의분해와식종의역할이끝나면폐기처분하고반응조 1의단계로돌아가새로운고형폐기물의유기성분을다시채운다. SEBAC 공법은약 TS 35% 인유기성도시폐기물에사용되며이때유기물부하는 3.2gVS/L/day이다

150 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 > 외국의유기성폐기물에너지화시설적용사례 방식소재지처리방식기술내용비고 DRANCO 공법 VALORGA 공법 BIOCEL 공법 BIOMET 공법 SEBAC 공법 BTA공법고온습식혐기성소화해밀턴발효건조사료화시설라데베르그병합시설 벨기에 전처리 고속발효 안정화조 ( 소화 ) 소화기간혐기성소화 잔재물최소화, 탈수후최종처분 2~3주 메탄가스회수이용 반연속식 유럽 전처리 고속메탄발효 잔류물소각혐기성소화소화기간 메탄가스회수이용 9~15일 네덜란드 혐기성소화 전처리 회분식소화조 잔재물최종처분 회분식 스웨덴 전처리 하수슬러지와혼합, 소화처리혐기성소화 잔류물은토지개량제나복토재로사용 미국 전처리 3단소화조 ( 메탄발효 ) 혐기성소화 메탄가스회수이용, 잔재물퇴비화 전처리 ( 습식선별분쇄에의한염분제거 ) 독일혐기성소화 예비분해조 메탄발효 Kelheim 메탄가스회수이용, 잔재물퇴비화 ( 부숙 ) 독일 전처리 산발효조 메탄발효조 Schwarting 혐기성소화 산발효액은가수고도처리유기탄소원 Udhe 으로공급가능 캐나다 발효건조 습식선별분해 호기성발효 건조 1,200톤 / 일사료화 잔재물은단미사료로공급 328톤 / 일 독일 혐기성소화 전처리 가수분해 소화 탈수 ( 하수병합 ) 잔류물처분 15,000톤 / 년 BRV 공법독일건식소화 전처리 건식소화 탈수 잔류물처분 100 톤 / 일 이시글시설오스트리아혐기성소화 전처리 산발효 메탄조 소화 2 톤 / 시간 SAB 공법오스트리아혐기성소화 올란도 사료화시설 SAB 공법 BSF 공법 호기성 고속퇴비화 미국건식사료화 전처리 메탄발효조 탈수기 잔류물퇴비로이용 1,2 차수선별 분쇄 부형재혼합 직화식건조 배합사료로공급 혐기성소화 + 오스트리아 전처리 고온발효 호기성퇴비화호기성퇴비화 일본 파쇄선별 혼합 ( 왕겨, 우분 ) 호기성발효호기성퇴비화 퇴비생산 20,000 톤 / 년 숙성기간 15 일 -138-

151 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 나. 음폐수에너지화운영사례 (1) 수도권매립지관리공사음폐수-침출수병합바이오가스화플랜트수도권매립지에서의음폐수와매립지침출수의병합처리는 2007년하반기부터유휴시설이었던혐기소화조충수작업으로부터시작되었다. 병합처리의고농도유기성분처리를위해사용된혐기소화조는수도권매립지조성초기의제1매립장폐기물매립지부대시설로서 1990년대초반에지어진재래식단상소화조이다. 본처리시설은 7,500m3용적의반응조 4지로구성되어있어 30,000m3유효용량의시설로써, 열교환방식의가온을통한중온 (35 ) 소화시스템이다. 음폐수병합처리를위해혐기소화운전은초기부터외부의동종시설로부터미생물식종을전제로하지않고자생미생물을이용한조건으로발효공정운영을목표로하였으므로, 반응을위한 start-up 조건을조성하고순차적인부하조절을통하여효과적인발효반응이진행되기까지의안정화를위해초기운영기간소요가필요하였다. 이러한과정을지나면서성공적으로혐기소화조조내미생물활성이안정화되어 2008년 5월현재음폐수일반입량 600~800ton을안전한수준으로처리하고있다. 유기성분농도를저감시키고바이오가스를생산하는공정인혐기소화조가안정기에접어들기시작한것으로판단되는 2007년도 12월의공정운영결과를설명하면다음과같다. < 표 > 수도권매립지음폐수-침출수병합바이오가스화플랜트공정운영결과구분운영현황비고 음폐수반입량 8,104ton( 질소공정공급량 4,830ton 제외 ) A 침출수유입량 34,611 m3 B 혐기조총유입량 42,715 m3 A+B 바이오가스발생량 ( 월 ) 366,668 m3-139-

152 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 여기서, 소화조유입기질인음폐수와매립지침출수중침출수의경우는매립시작시점으로부터 16년이상, 매립종료약 6년이경과된제1매립장침출수로써 BOD 100 mg/l, CODcr 1,500 mg/l 내외의유기물농도를나타내는수질을가지고있다. 이처럼침출수는음폐수에비해 BOD 750배, COD cr 100배이상낮은유기물농도를함유하고있을뿐더러함유농도수준이매우낮으므로혐기발효에의한바이오가스발생에대한기여도는거의없는것으로볼수있다. 따라서, 이같은상황을기초로하여혐기소화공정에서발생된바이오가스량을음폐수투입량에대한값으로환산하면다음과같다 ,668m3 ( 바이오가스 ) 8,104 ton( 음폐수 ) = 45.2m3 /ton 이는음폐수톤당약 45m3의바이오가스가생산된다는것을의미하며, 이때의바이오가스성분조성은 CH 4 와 CO 2 가각각 67% 와 27% 를유지하는것으로분석되었다. 수질측면에서의혐기발효반응효과를분석하면, 반입된음폐수와매립지에서발생된침출수혼합수인혐기소화조로유입수는 32,000 TCOD mg/l, 18,000 SCOD mg/l의농도수준이었으나, 소화처리수는평균 1,900 SCOD mg/l를유지함으로써약 89% 의제거율을나타내었다. (2) 경기도연천음식물자원화시설바이오가스화플랜트경기도연천음식물자원화시설 ( 이하연천시설 ) 은음식물류폐기물을건조사료화하는시설이다. 음식물류폐기물의사료화공정의저장호퍼, 원심분리기에서발생하는고농도음폐수와진공쿠커등에서발생하는응축수등이바이오가스화시설에서처리된다. 혐기소화시설은 pilot 규모로건설되어 2008년 3월이후시운전중이다. 산발효조 (6m3), 메탄발효조 (50m3) 및후발효조 (20m3) 의순서로반응이진행되며, 각각은중온의교반형반응조로구성된다. 메탄발효조의경우가스압을이용한수두차교반방식을적용하여교반에필요한동력비를절감하였다. 현재시험운전중이며, 하루에약 1.1 톤의음폐수 -140-

153 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 (TS 기준 13~14%) 가유입되고있다. 음폐수처리에따른바이오가스발생량은일일약 68m3 ( 메탄함량약 58%) 이며, 음폐수톤당으로환산하면 60m3 / 톤의발생량을보인다. 반응조는밀폐형이므로악취의전파확률이낮으나, 유입 ( 음폐수저류조 ) 및유출 ( 소화슬러지 ) 부분은간헐적인외부노출을피할수없어악취의전파위험이있다. 연천시설에는네덜란드 Paques사의 internal circulation(ic) 반응조를시험운전중이다. IC 반응조는일반 UASB와달리상향류식반응조의중간지점에추가적인 separator 를설치한것이특징으로, 20~30kg COD/ m3 d의높은유기부하를견딜수있다. 현재연천시설에서운전중인 IC 반응조는사료화시설의응축수 (COD 10,000~ 20,000mg/L) 를대상으로 95% 이상의높은처리율을나타내고있으나, 응축수는일반적인음폐수에비해유기부하량이 10% 이하인저농도폐수로서현연구개발과제의바이오가스화시스템으로서그대로적용하기는곤란할것으로보인다. (3) 광주광역시음식물자원화시설바이오가스화플랜트광주광역시의음식물자원화시설 ( 이하광주시설 ) 은경기도연천과같은건조사료화시설로분류된다. 광주시설은건조사료화공정의압착기또는중간저장호퍼에서발생하는음폐수를전액자체처리하기위한혐기소화시설을운전중이다. 광주시설에서발생되는음폐수는약 160m3 / 일로서, 처리전 BOD 기준 40,000 ~ 150,000 mg/l의고농도의성상을지닌다. 바이오가스화시설은 250m3의중온산발효조와 2,500m3의고온혐기소화조에서반응이일어나며, HRT 21일의체류시간을거친소화액은소화액저류조로이송되어물리 화학적처리를통해최종적으로 BOD 약 2,000mg/L까지처리된다. 음폐수톤당약 27m3의바이오가스가생성된다. 발생된악취는고농도와저농도악취로분리되어, 고농도악취는보일러연소공기로소각되고저농도악취는바이오필터로처리되나바이오필터의경우현재효율적으로운전중이지않은것으로나타났다

154 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 > 광주음폐수에너지화시설현황 처리형식음식물 : 건식사료화음폐수 : 혐기성소화 시설용량음식물 150 톤 / 일음폐수 160 톤 / 일 시설현황 음폐수처리현황 사업비 / 운영비 운영방식 7,200 백만원 / 21 백만원 지자체공기업운영 운영인력 ( 관리 / 현장운전 ) 14 명 ( 관리인원 2 명 / 현장운전인원 12 명 ) 음폐수발생량음폐수발생량 (70 m3 / 일 ), 기타폐수 (70 m3 / 일 ) 음폐수발생원 음폐수전처리현황 악취처리현황 음폐수농도 차량수, 압착수, 응축수, 세정가수 원수저류조 ( 차량수 + 압착수 + 응축수 + 세정가수 ) 소화조 고농도 보일러연소공기, 저농도 바이오필터 유입 : BOD(70,000), SS(40,000), T-N(2,500), T-P(450) 처리 : BOD(4,000), SS(2,000), T-N(1,500), T-P(40) 재이용현황및부산물처리 바이오가스발생량 4,000 m3 / 일 바이오가스조성 CH4(63%), CO2(25%), 기타잡가스 (12%) 에너지활용현황및주변여건 음페수소화가스를건조공정열원으로활용 판매여부및대상 무상공급 발생되는부산물처리현황건식사료 사료반출 ( 일 14 여톤 ) 에너지화형식운전온도에따른분류 ( 중온소화, 고온소화, 기타 ) 공정운영 산생성조유무 적정운전인자 산발효조 250 m3 HRT (2 ~ 2.5 일 ), 온도 (55 ), ph(3.7) (4) 운전상황비교 상기된 3 개소의음폐수처리시설에서현재적용중인바이오가스화공법의운영상황 을상호비교 분석하였다. < 표 > 실공정운전현황비교 항목 수도권매립지시설 연천시설 광주시설 기질 음폐수 + 침출수 음폐수 음폐수 반응조타입 CSTR CSTR( 수두차교반 ) CSTR 산생성조여부 없음 있음 있음 온도 중온 중온 고온 HRT 11일 50일 ( 시험운전중 ) 21일 처리율 89% 80~85% 99%( 응집후 ) 바이오가스생성량 45m3 / 톤 60m3 / 톤 27m3 / 톤 메탄함량 67% 58% 60% -142-

155 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 3. 음폐수에너지화연구자료검토가. 음폐수성상분석 2007년 1월부터 7월까지수도권매립지로반입되는음폐수의성상분석을실시하였으며, 실시대상은인천광역시공공처리시설인남동구, 남구, 청라음식물자원화시설이다. < 표 > 음폐수성상분석항목및분석방법 항목 분석방법 ph ph meter 이용 ( 정확도 : 0.01) Solids (TS, VS, SS, VSS) COD (total, soluble) Protein (total, soluble) Carbohydrate (total, soluble) Standard Methods Standard Methods Kjeldahl 법 Phenol-sulfuric acid 법 Fiber Fibertec 이용 (ASN 3428 crude fiber 법 ) Lipid Manual 법 (Bligh & Dyer, 1959) VFAs & alcohols GC (FID) (1) 남동구음식물자원화시설퇴비화공정에서발생된음폐수인남동구의경우 VS 농도가 g/l로서음폐수가고농도의유기물질을포함한에너지물질임을알수있었으며, TS 대비 VS 비율은 84.0%, TSS 대비 VSS의비율은 89.4% 로서음폐수의고형분은대부분유기성분임을알수있었다. 특히 TSS 대비 VSS의비율이높았는데, 음폐수에포함된건더기성분 (SS) 의물질이대부분유기성분이므로음폐수의바이오가스화효율을높이기위해서응집 제거를통한처리기술의적용을최소화하는것이유리함을알수있었다. Mass balance의경우, 전체 VS에서차지하는비율은높은순으로단백질 (33.8%), 탄수화물 (21.8%), 유기산 (19.1%), 지방 (8.4%), 섬유소 (6.0%) 순이었다. 단백질과탄수화물은혐기소화과정에서비교적쉽게분해되는물질로알려져있으며, 이들의비율합이 55.6% 라는것은음폐수바이오가스화공정의타당성이높다는것을의미할수있다. 유기산의경우에는 methanogenic consortium이가장직접적으로이용할수있는액상기질로서, 음폐수의발생과정에서이미일정수준의산생성단계 (acidogenesis) 가진행되어 -143-

156 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 있음을알수있었다. 특히에탄올 (9.4 g/l) 과아세트산 (5.2 g/l) 등비교적분해가쉬운 물질들이전체유기산계열의 90% 를차지하고있는반면, 혐기소화에서분해가어렵거 나때로는혐기소화에저해작용을일으키는물질로알려져있는지방 (lipids) 과섬유소 (fiber) 의비율은전체 VS의 14.4% 를차지하는것으로나타났다. < 표 > 남동구음폐수의 solids 및 COD 농도 항목 농도 (g/l) Stdev(g/L) 비율 (%) TS VS VS/TS=84.0 TSS TSS/TS=45.6 VSS VSS/TSS=89.4 VSS/VS=48.6 VDS VDS/VS=51.4 COD SCOD SCOD/COD=71.1 < 표 > 남동구음폐수의유기물 mass balance 항목 Total(g/L) Soluble(g/L) Soluble/Total(%) Total/VS(%) VS Carbohydrates Protein Lipids TVFA+EtOH Fiber 합계 89.1 (2) 남구음식물자원화시설사료화공정에서발생된남구의경우 VDS/VS 및 SCOD/COD 비율이각각 66.9% 와 82.0% 로서가장높은액상화율을나타내었으며, 단백질및탄수화물의액상화율역시 72.4%, 60.6% 로서 3개소중가장높은수치를보였다. 그러나유기산의비율은 21.4% 로서남동구음폐수와비슷한수준이었다. 따라서남구음폐수의경우, 음식물류폐기물의 -144-

157 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 압착및건조등의과정에서고 액분리가효과적으로일어나건더기 (SS) 유기물의음폐 수로서의유출이최소화된것으로판단된다. 반면남동구음폐수와비교했을때음폐수 의저장 운송과정에서산생성반응이추가적으로일어나지는않은것으로나타났다. < 표 > 남구음폐수의 solids 및 COD 농도 항목농도 (g/l) Stdev(g/L) 비율 (%) TS VS VS/TS=75.0 TSS TSS/TS=28.9 VSS VSS/TSS=85.7 VSS/VS=33.1 VDS VDS/VS=66.9 COD SCOD SCOD/COD=82.0 < 표 > 남구음폐수의유기물 mass balance 항목 Total(g/L) Soluble(g/L) Soluble/Total(%) Total/VS(%) VS Carbohydrates Protein Lipids TVFA+EtOH Fiber 합계 72.3 (3) 청라음식물자원화시설청라음식물자원화시설음폐수의경우그농도가 3개소중가장낮은수준 (VS 기준 44.4 g/l) 으로나타났다. 그러나유기물조성비율은남동구음폐수와유사한결과를보임으로써, 음폐수의성상이음식물류폐기물의압착률등에관계없이비교적유사한세부유기물로구성되어있음을알수있었다. 한편유기산계열의비율이 VS의 41.2% 를차지함으로써, 음폐수의저장 운송과정에서이미높은수준의산발효가일어난것으로나타났다

158 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 < 표 > 청라음폐수의 solids 및 COD 농도 항목농도 (g/l) Stdev(g/L) 비율 (%) TS VS VS/TS=82.2 TSS TSS/TS=50.9 VSS VSS/TSS=89.8 VSS/VS=55.5 VDS VDS/VS=44.5 COD SCOD SCOD/COD=71.9 < 표 > 청라음폐수의유기물 mass balance 항목 Total(g/L) Soluble(g/L) Soluble/Total(%) Total/VS(%) VS Carbohydrates Protein Lipids TVFA+EtOH Fiber 합계 (4) 음폐수성상에따른경제성검토 음폐수성상중바이오가스로전환될양을가늠하는지표는유기물을나타내는 COD 와 휘발성유기물을나타내는 VS 이다. 일반적으로 COD 1kg 당 CH m3를생성하고, VS 1kg 당 CH m3를생성하는것으로알려져있다. 음폐수성상을검토하였을때 SCOD 와 VS 값이가장높았던남동구음식물자원화시설에서메탄생성량이많을것으로판단 되며경제성이뛰어날것으로생각된다. < 표 > 음폐수성상에따른메탄가스추정량산정 구 분 남동구음식물자원화시설 VS 로산정한음폐수 1 톤당 메탄가스추정량산정 84.8kgVS m 3 0.5m3 CH 4 kgvs m3 t = 42.4m3 CH 4 t COD 로산정한음폐수 1 톤당 메탄가스추정량산정 121.1kgCOD m m3 CH 4 kgcod m3 t = 30.3m3 CH 4 t 남구음식물자원화시설 청라음식물자원화시설 54.5kgVS m 3 0.5m3 CH 4 kgvs m3 t = 27.3m3 CH 4 t 4.4kgVS m 3 0.5m3 CH 4 kgvs m3 t = 22.2m3 CH 4 t 76.7kgCOD m m3 CH 4 kgcod m3 t = 19.2m3 CH 4 t 82.8kgCOD m m3 CH 4 kgcod m3 t = 20.7m3 CH 4 t -146-

159 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 나. 음폐수단독및병합처리타당성검증 (1) 대상유기성폐기물선정음폐수단독또는병합처리의타당성을검증하기위해음폐수와병합처리함이적합한유기성폐기물선정이필요하며, 국내에서발생되는유기성폐기물중병합처리대상을평가한결과, 하수슬러지를병합처리대상으로서선정하였다. 하수슬러지의경우연간 256만톤 (2005년기준 ) 의높은발생량을가지는유기성폐기물로서, 비교적집적화된시설 ( 하수처리장 ) 에서발생되는점에서수집 운반의이점이있다. 특히, 음폐수바이오가스화시설의건설후보지로서각지역의매립지와하수처리장이많은이점이있어, 하수슬러지와의병합처리는기존슬러지혐기소화시설과의시설연계도생각할수있다. (2) BMP(Biochemical Methane Potential) test BMP test는이상적인혐기성조건에서대상폐기물을통해생성가능한메탄가스잠 재량 ( 에너지생성잠재량 ) 을확인하는실험으로, 실험방법이용이하며단기간에다양한 시료에동일한조건을적용하여대상시료간의바이오가스생성잠재량을신뢰성있게 비교할수있는장점이있다. 실험에사용된음폐수는인천남동구음식물자원화시설에서채취하였으며, 하수슬러 지는경기도광주시경안하수처리장에서채취하였다. 하수슬러지의경우하수처리장에 서외부로반출되는탈수케익형태의것을실험에이용하였다. 음폐수와하수슬러지를기질로하여과도한유기물분해에따른 ph 저하가일어나지 않도록각각휘발성유기고형물 (Volatile Solid, VS) 기준 1g VS/L, 2g VS/L로조정하여기 질로이용하였으며, 음폐수와하수슬러지는부피비율로혼합하였다. < 표 > BMP test에이용된음폐수와하수슬러지혼합비율조건 실험조건 명명 음폐수 (%) 하수슬러지 (%) 1 F F F F F

160 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 가 ) 바이오가스총생성량 1g VS/L 및 2g VS/L 의기질에서발생된바이오가스총생성량은음폐수 100% 로구성 된실험조건에서각각 57.7mL, 107.9mL 로가장많이발생되었다. 이것은하수슬러지 100% 인기질에서발생된바이오가스총생성량에비하여각각 2.8 배, 2.1 배높은것으 로나타났다. < 표 > 바이오가스총생성량 (ml) 실험조건 1 g VS/L 2 g VS/L 범위평균범위평균 F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ ( 나 ) 메탄가스생성량 1g VS/L 및 2g VS/L의기질에서발생된메탄가스총생성량은음폐수 100% 로구성된 실험조건에서각각 29.1mL, 63.0mL로가장많이발생되었다. 이것은하수슬러지 100% 인기질에서발생된바이오가스총생성량에비하여각각 4.9배, 3.5배높은것으로나 타났다. < 표 > 메탄가스총생성량 (ml) 실험조건 1 g VS/L 2 g VS/L 범위평균범위평균 F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ < 표 > 바이오가스중메탄가스최대농도 (%) 실험조건 1 g VS/L 2 g VS/L F F F F F

161 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 ( 다 ) 이산화탄소생성량바이오가스중이산화탄소는대상폐기물의가수분해및산생성단계를거쳐메탄생성단계전반에걸쳐발생되는생성물이다. 이산화탄소총생성량은 1g VS/L 기질로부터음폐수 100% 조건에서 6.7mL가발생되어, 하수슬러지 100% 조건의 0.9mL보다약 7.9 배높게발생되었다. 2g VS/L 기질또한음폐수 100% 인조건에서이산화탄소가 19.4 ml 발생되어하수슬러지 ( 탈수케익 ) 100% 인기질보다약 5.8배높게발생되었다. 이와같은결과는음폐수 100% 인기질조건이전체혐기미생물이기질로이용하는정도가높다고분석할수있다. < 표 > 이산화탄소총생성량 (ml) 실험조건 1 g VS/L 2 g VS/L 범위평균범위평균 F ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ F ~ ~ 다. 연구자료결론하수슬러지와음폐수의성상특성은혐기성공정에서상호보완적인측면을나타낸다. 예를들어, 하수슬러지의 ph는 7.1(±0.5) 로서음폐수의낮은 ph 3.9(±0.3) 를보완하여혐기성공정에적정한 ph로유도할수있으며, 음폐수의높은유기물함량은상대적으로낮은하수슬러지단독처리시낮은바이오가스잠재량을보완할수있을것이다. 그러나, 바이오가스잠재량평가에서음폐수 100% 로기질을이용하였을때최대메탄가스생성을기대할수있었다 ( 음폐수톤당 54.1m3, 슬러지톤당 13.5m3의메탄생성 ). 또한, 바이오가스생산잠재량측면뿐만아니라향후실공정의운전시발생될문제점을고려할경우에도하수슬러지와의병합처리는문제점을가지고있다. 많은경우하수 -149-

162 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 슬러지는각하수처리장에서탈수효율을높이기위해서응집제를투입하여탈수과정을거친다. 이는실공정에서음폐수와의혼합처리시 1 응집제의영향으로음폐수와의혼합시완전한균질화불가능, 2 균질화를위한과도한교반으로인한운전비상승, 3 장기간운전시각공정별연결이송배관의막힘현상발생, 4 낮은바이오가스생산량으로경제성부족과같은문제점을내포한다. 따라서, 음폐수를바이오가스화할경우음폐수의단독처리방안이적합할것으로사료된다. 향후음폐수처리를위한통합처리시스템에바이오가스생산극대화를위해음폐수단독처리방향이가장적합하다고판단된다. 라. 음폐수에너지화경제성분석음폐수에너지화사업의경제성분석은음폐수처리비와음폐수에너지화를통한수입 ( 에너지판매, 열원공급 ) 을비교하여수행할수있다. 경제성분석중에필요한항목은수거비용, 운반비용, 처리비용등의단가분석이필요하며처리비용에는자원화방법및시설용량별시설설치비 ( 고정비용 ) 과음식물폐기물및음폐수를처리하기위해소요되는운영비 ( 가변비용 ) 인인건비와소요경비로구분된다. 소요경비에는연료비, 소모품비, 공공비용, 보혐료, 복리후생비, 전력비, 검사비, 유시보수비, 약품비, 위탁처리비, 감가상각비, 용수비등이포함된다. 아래표는처리용량에따른혐기성소화운영비용내역이다. < 표 > 처리용량에따른혐기성소화운영비용산출내역처리방법처리용량 ( 톤 / 일 ) 운영비 ( 원 / 톤 ) 비고 , ,526 혐기성소화 30 65, , , ,272 자료 ) 음식물류폐기물처리시설설치타당성조사, 대구경북연구원, 최정학 남광현,

163 제 3 장국 내외에너지화기술및운영사례분석 음폐수에너지화를통해얻어지는판매수입산정과정은아래와같다. 유사시설인음폐수바이오가스발생량조사결과 - 수도권매립지시설 : 45 m3 / 톤 ( 메탄함량 67%) - 경기도연천시설 : 60 m3 / 톤 ( 메탄함량 58%) - 광주광역시음식물자원화시설 : 27 m3 / 톤 ( 메탄함량 60%) 으로매우다양하게조사되었으며, 이는시설규모, 에너지화방식, 유입유기성폐기물의성상등 여러가지원인에서기인한다고볼수있다. 본계산식에서는수도권매립지공사 자원화사업기본계획 (2008) 에제시된음폐수바이오가스 발생량 84N m3 /ton 과발열량 5,500kcal/N m3을제시한값을적용하였다. 또한혐기성소화조용량을 100 톤 / 일, 발전효율을 30% 로정하여발전량을추정하였다. 84Nm 3 1t 100t day day 24h 5500kcal Nm 3 kwh 671.5kWh kcal/h t 발전량 671.5kWh 의 60% 인 kwh 만매전하고 신재생에너지발전사업의발전차액지원제 도 에서명시하고있는기준 (72.73 원 /kwh) 을적용할경우음폐수 1 톤당발생하는판매이익은 다음과같다 kWh 1t 60% 원 kwh 29,302 원 t 전력판매로이익을얻기위한혐기성소화조처리용량을계산한결과, 처리용량이 100톤 / 일인경우판매이익이 29,302원으로운영비 30,272원 / 톤과거의유사한것으로나타났다. < 표 > NPV 분석에의한처리방식별경제성순위규모 ( 톤 / 일 ) 1순위 2순위 3순위 4순위 5순위 10 습식사료 하수병합 건식사료 호기성퇴비화 혐기성소화 20 습식사료 하수병합 건식사료 혐기성소화 호기성퇴비화 30 습식사료 하수병합 건식사료 혐기성소화 호기성퇴비화 50 습식사료 혐기성소화 건식사료 하수병합 호기성퇴비화 70 습식사료 혐기성소화 건식사료 하수병합 호기성퇴비화 100 혐기성소화 습식사료 하수병합 건식사료 호기성퇴비화 자료 ) 음식물류폐기물처리시설설치타당성조사, 대구경북연구원, 최정학 남광현,

164 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 위자료는 NPV 분석을통해음폐수에너지화사업의경제성분석을수행한결과이며, 음폐수에너지화시설의규모가 100톤 / 일이하일경우다른자원화시설에비해경제성이저하되는것으로조사되었으며, 100톤 / 일이상인경우혐기성소화방식이경제성측면에서가장뛰어난것으로나타났다. 위분석결과와바이오가스판매수익산정을통해에너지화시설도입시가급적 100 톤 / 일이상의시설규모로계획하는것이타당한것으로나타났다

165 제 4 장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) 제 4 장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) 1. 국내적용가능한에너지화최적기술 음식물류폐기물및음폐수의에너지화는혐기성소화공정에의한바이오가스, 즉메탄을생산하는기술을기본으로한다. 혐기성소화의경우메탄함량이높은에너지 ( 메탄함량약 70%) 가가스형태로발생하기때문에별도의정제과정이불필요한장점을가지고있다. 특히우리나라와같이국토가좁고화석연료의매장량이제한된자원빈곤국에서는유기성폐자원을이용한바이오가스생산은오염물처리와에너지생산의동시적효과를갖는다. 에너지화최적모델선정에대한사항은기존에연구된유사연구사례및현재진행중인연구결과등을토대로추가적인검토를통해최종적으로선정되어야한다. 가. 시설규모, 형태별최적모델 (1) 시설규모및형태별검토앞서언급한시설규모별경제성검토결과를기준으로대규모시설 (100톤/ 일이상 ) 과소규모시설 (100톤/ 일이하 ) 로구분하여제시하였으며, 형태별분류는단독및광역 공동처리로구분하여제시하였다. 소규모시설의경우는인근환경기초시설을조사하여유기성폐기물과병합처리및음폐수광역 공동처리가가능하며, 그분류는다음과같다. 용량 / 형태별분류 대규모시설 단독처리 소규모시설 광역 / 공동처리 유기성폐기물과병합처리 음폐수광역 공동처리 단독처리 에너지화를위한용량별최적모델은앞서언급한바와같이소규모시설의경우바이오가스생산량및메탄함량이저하되고, 시설설치에따른경제성을고려하면, 가능한한집적화하여대용량으로설치해야할것으로판단된다. 음폐수에너지화시설을대용량으로설치함에따라음폐수수집에따른운반문제가 -153-

166 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 야기될수있는바, 시 군을중심으로한지자체별로운반거리를최소화할수있는최적의입지를검토하여적용해야할것이다. 음폐수의수집운반및에너지화시설까지의운반거리는지자체별음폐수수집운반위탁시매우중요한요소이며, 보다효율적인수집운반을위해서는발생원에서에너지화시설까지운반거리와발생량등을고려하여시설용량을결정하여야한다. 음폐수에너지화시설설치시열원, 전력또는연료를생산하기위한설비가필요하므로이에따르는경제성을고려하여시설용량별에너지화최적모델을선정하였다. < 표 4.1-1> 발생량별음폐수에너지화시설최적모델구분소규모음폐수발생시설대규모음폐수발생시설 특징 열원공급및발전등에너지화하기위한 자체에너지사용후에너지판매가능 설비설치시경제성저하 시설규모 100 톤 / 일이하 100 톤 / 일이상 에너지화 최적모델 운반거리및인근음폐수발생량을고려하 자체에너지화시설설치또는인근음폐여통합처리및광역처리수반입하여통합처리 (2) 개별및광역처리검토형태별최적모델은용량별최적모델에언급한바와같이, 소규모시설은개별처리보다는공동 광역별또는타유기성폐기물과병합하여시행해야만안정적인바이오가스를생산할수있을것으로판단된다. 그러나소규모시설의입지등을고려하여수거노선등수거비용이과대하게소모될경우개별처리도가능하다. < 표 4.1-2> 개별또는광역처리최적모델구분개별처리공동, 광역처리 특 징 대규모시설에적합 중소규모시설에적합 음폐수발생시설이없거나운반거리가원 음폐수발생시설이인근에위치하거나거리일때적합운반또는이송이용이할경우적합 장단점 기초단체또는개별사업자별과잉설비등 기초단체또는개별사업자별과잉설비등부작용발생부작용해소 에너지생산물연계설비증대 에너지생산물연계설비저감 운반또는이송설비비용절감 운반또는이송설비비용증대 사업시행시관련지자체협의가불필요함 관련지자체협의가필요함 -154-

167 제 4 장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) (3) 음폐수단독또는병합처리검토 ( 가 ) 하수슬러지병합처리음폐수 100% 조건에서바이오가스생성량이 107.9mL이며하수슬러지 50% 혼합시바이오가스량 83.7mL로하수슬러지혼합시바이오가스생성량이저감되는것으로조사되었다. 에너지생성을극대화하기위한최적모델로는음폐수단독처리가타당하나시설의입지, 규모등을고려하여병합처리를검토하여야한다. < 음폐수및하수슬러지혼합비율 > : 음폐수 100% + 하수슬러지 0% : 음폐수 70% + 하수슬러지 30% : 음폐수 50% + 하수슬러지 50% : 음폐수 30% + 하수슬러지 70% + : 음폐수 0% + 하수슬러지 100% 자료 : 음식물류폐기물폐수처리를위한고율액상화혐기소화및자원재활용기술개발 환경기술개발사업 1 단계보고서 ( 나 ) 축산분뇨병합처리 구분축산폐수하수슬러지음폐수 바이오가스생성량 20m3 Biogas/ 톤 축산폐수 30m3 Biogas/ 톤 슬러지 64m3 Biogas/ 톤 음폐수 자료 : 음식물류폐기물폐수처리를위한고율액상화혐기소화및자원재활용기술개발 환경기술개발사 업 1 단계보고서 유기성폐기물바이오가스생성량검토결과, 축산폐수보다음폐수가 3.2배정도바이오가스생성에유리한것으로조사되었다. 따라서, 축분과음폐수병합처리시음폐수단독처리시보다에너지생산이감소할것으로예상된다. 에너지생산극대화측면에서는음폐수단독으로처리하는것이타당할것으로사료되며, 효율적인유기성폐기물에너지화측면에서는병합처리하는것이타 -155-

168 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 당할것으로보인다. 또한시설입지, 규모및경제성을고려하여시설계획시병합처리여부를결정하여야한다. < 표 4.1-3> 축분혼합시설에서의축분과음식물류폐기물의성분비교성분축분음식물류폐기물음폐수 3 성분분석 [ 습량기준 ] (%) 수분 ~ ~ ~91.14 가연분 6.59~ ~ ~14.91 회분 1.86~ ~ ~1.73 탄소 (C) 31.65~ ~ 원소분석 [ 건량기준 ] (%) 수소 (H) 4.35~ ~ 산소 (O) 18.09~ ~ 질소 (N) 1.52~ ~ 황 (S) 0.17~ ~ (4) 시설규모및형태별최적모델방안시설규모및형태별최적모델은음폐수의성상, 적정유기물부하, 시설입지면적, 병합폐기물의양등을고려하여선정하여야하며, 선정시소화방식에따른특성및경제성도고려하여야하므로최적모델선정을하기에는어려움이따른다. 따라서다음과같은최적모델분류는기본적인제시이며시설특성에따라변경하여선정하여야한다. < 표 4.1-4> 시설규모및형태별최적모델방안구분최적방안비고 -CSTR 및 UASB 방식은시설규모에따라처리성능에 대규모시설 (100 톤 / 일이상 ) 음폐수 단독처리 최적모델 1 안 최적모델 2 안 는큰영향을받지않으나, 음폐수성상이양호하며대규모시설인경우, 가급적전처리설비최소화가가능한 CSTR방식으로선정하여경제성확보 소규모시설음폐수 (100톤/ 일이하 ) 공동 / 광역처리 최적모델 3 안 최적모델 2 안 - 성상이비교적좋지않은소규모음폐수인경우 전처리설비가강화된 UASB 방식이적합함 대규모및소규모의 유기성폐기물과병합처리 최적모델 4 안 - 병합에따른유기성폐기물의균등화설비필요 -ph 상승에대한영향으로별도의산발효단계를 고려하지않음 -156-

169 제 4 장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) - 최적모델 1 안 반입공급설비 전처리설비 ( 이물질분리 ) 고온호기성소화 (ATAD) 혐기성소화공정 (CSTR) 바이오가스 가스이용설비 퇴비화또는건조연료화 잔재물 유출수 폐수처리시설 - 최적모델 2 안 반입공급설비 전처리설비 ( 이물질분리 ) 산발효공정 혐기성소화공정 (CSTR) 바이오가스 가스이용설비 퇴비화또는건조연료화 잔재물 유출수 폐수처리시설 - 최적모델 3 안 반입공급설비 전처리설비 ( 이물질 / 부상분리 ) 비액상물질 액상화설비 퇴비화또는건조연료화 액상물질 Return 혐기성소화공정 (UASB) 유출수 바이오가스 가스이용설비 폐수처리시설 - 최적모델 4 안 ( 병합처리 ) 음폐수 균등화설비 전처리설비 ( 이물질분리 ) 혐기성소화공정 (CSTR) 바이오가스 가스이용설비 유기성폐기물 퇴비화또는건조연료화 잔재물 폐액 폐수처리시설 나. 처리방식별최적모델 (1) 전처리공정 음식물에서발생되는비닐, 뼈및금속류등의이물질제거및자원화에적합한크기 로 파쇄하는공정등이있으며, 이송설비의고장방지, 주처리공정의효율적인처리및 최종자원화부산물의품질향상을위해서필요한설비이다. 선별방식으로는파쇄선별, 풍력선별등기계적선별과인력선별등이있으며, 파쇄방 식으로는햄머밀식, 고정칼날식, 회선칼날식등이있다. 수분조절방식으로는가수방식, -157-

170 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 건조, 탈수및톱밥등통기제투입방식등이있다. 음식물류폐기물자원화방식에특성에따라혐기성방식은음식물의통기조건이불리한햄머밀방식의음식물전처리방법이사용되며, 호기성방식은이와달리통기조건유지가용이한자르는방식의전처리가적합하다. 이물질의경우특히사료화방식의경우닭, 오리등의단미사료로활용되므로좀더세밀한이물질제거공정이필요하다. 혐기성소화의경우잘분해되지않거나오랜분해기간이소요되는지방및섬유소등의제거가필요하다. < 표 4.1-5> 자원화방식별음식물전처리방식구분혐기성소화퇴비화호기성퇴비화건식사료화 선별물질 파쇄방식 수분조절 비닐, 뼈, 금속류등이물질 비닐, 뼈, 금속류등이물질 비닐, 뼈, 금속류등이물질 지방및섬유소 혐기조건유지가용이한으 호기조건유지가용이한절단 햄머밀, 칼날식모두적합 깨는방식 ( 햄머밀식적합 ) 에의한파쇄 ( 칼날식적합 ) 전처리로수분조절설비불 적정수분조건에적합하게통 수분조절설비불필요하나 필요하며, 습식소화일경우기제투입, 건조및탈수등의연료비증가및사료품질증 수분가수가필요함 전처리방법사용 대를위해탈수등전처리방 법사용 음폐수의전처리방식적용시음폐수의발생원별특성을감안하여야한다. 음폐수중가장발생량이많은탈수및세척과정에서발생하는탈리액과음식물저장조및이송설비에서발생되는음식물침출수, 음식물혐기성소화시설에서발생되는소화여액등이있다. 음폐수는음식물류폐기물의처리과정에서씻겨나오는탈리액이대부분의비중을차지하고있으므로고분자의탄수화물, 단백질, 지질과같은유기성물질을부유고형물의형태로다량함유하고있다. 이유기성부유고형물중일부는혐기소화조에서저분자당류나아미노산, 지방산과같은메탄생성미생물이이용가능한형태로미처변환되지못하여바이오가스생성의효율을저하시키는등자원회수를저하시키는원인이될수있다. 따라서혐기소화의본공정에앞서서음폐수의특성을고려하여부유성고형물을가용화시키는전처리기술의적용이필수적이다

171 제 4 장에너지화최적모델 (BAT) 개발 ( 안 ) 저장조에서발생되는음식물침출수의경우비닐, 조대협잡물등이물질이다량함유되어있어이런물질이에너지화시설로유입시교반능력저하, 유효공간감소등의문제가발생되므로스크린등협잡물제거설비를설치하는것이적합하다. 혐기성소화공정에서발생되는소화여액은 1차소화공정을거쳐으므로유기성가연분이적다. 따라서국내음식물혐기성자원화시설에서발생되는소화여액은탈수등의과정을통해고형물과폐액을분리하여고형물은퇴비화등자원화하며, 폐액은음폐수처리시설에서 1차처리후인근환경기초시설로연계처리하고있다. < 표 4.1-6> 음폐수발생원별특성구분탈리액음식물침출수소화여액 개요 음식물류폐기물의탈수및 음식물류폐기물의저장및 음식물류폐기물혐기성소세척과정에서발생이송과정에서발생화과정에서발생 발생원 탈수기 저장조및이송설비 혐기성소화조 주요특징 유기성물질의부유고형물 의형태다량함유 1차소화후발생된소화여 비닐, 조대협잡물등일부액은유기성가연분함량적포함음. 음식물자원화시설발생음폐수의특성에따라전처리방식이결정되며, 이러한전처리방식은단독또는조합하여적용이가능하다. 그러나음폐수중대부분이유기성물질이다량함유되어발생되며, 음폐수에너지화를감안한다면과도한 SS부하저감은에너지극대화하는데방해요인이될수있으며, 에너지생산을증가하기위해난분해성물질제거설비설치시과도한공사비및운영비증가로경제성이악화될수있다. < 표 4.1-7> 음폐수전처리방식구분 SS 부하저감난분해성물질저감이물질제거 ph 조절 부유물질, 유기물주요물질등 원심탈수, 가압부처리방법상등 휘발성지방산, 중금속류, 강산, 강알카리등 산, 알칼리처리법, 열처리법, 초음파처리법 비닐등협잡물 중간생성물인유기산축적으로 ph 감소 스크린, 선별기, 화학약품설비물리적침전분리, 고온호기성소화또유수분리등는산발효방식 -159-

음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 가 ) 전처리방식의구분 1) SS 부하저감을위한전처리방식 가압부상분리가 ) 기술의원리및개요가압부상분리기는파이프응집장치와부상분리기로구성되어있으며, 처리수중일부가재순환되고공기는가압펌프의흡입측에서주입되어공기, 물혼합액은펌프에서가압되어물속에공기가용존된다.

172 음식물류폐기물및발생폐수의에너지화를위한방법별최적모델및설치 운영지침서개발연구 ( 가 ) 전처리방식의구분 1) SS 부하저감을위한전처리방식 가압부상분리가 ) 기술의원리및개요가압부상분리기는파이프응집장치와부상분리기로구성되어있으며, 처리수중일부가재순환되고공기는가압펌프의흡입측에서주입되어공기, 물혼합액은펌프에서가압되어물속에공기가용존된다. 펌프에서의난류와에너지는이공정의탁월한조건을만들어내고특수장치에서가압상태가해지되면미세한기포들을형성시키고, 이용존가압수는형성된플럭 (Floc) 에달라붙어서이후록이부상분리기내의수표면위로신속히부상하도록충분한부력을발생시키게된다. 나 ) 기술의특징설치공간을최소한으로줄인콤팩트한처리장치로서스테인레스스틸제로부식의염려가없고, 완전공장조립이므로현장에서설치가용이할뿐만아니라충격부하에도안정된처리성능을나타내어운전및유지관리가쉽다. 카운트커런트방식의부상슬러지제거장치에의해고농도의슬러지를수거하므로슬러지의후속처리공정이수월하고 ( 부상슬러지함수율 : 95% 이하 ), 공기용존을위한별도의가압탱크를필요로하지않아공사비를절감할수있다. 파이프응집장치를사용하므로별도의토목구조물인응집조를필요로하지않기때문에건설비및운전비용을절감시킬수있고설치공간을줄일수있다. ( 그림 4.1-1) 가압부상분리기외형 -160-

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목 차

목 차 폐기물처리시설국고융자사업의 경제적타당성검토보고서 2011. 7 목차 Ⅰ. 요약보고서 1 Ⅱ. 검토배경 4 1. 국가재정의합리적인지원방안모색 4 2. 민간투자사업의개선방안검토 4 Ⅲ. 무상보조 (BTO) 와무이자융자사업방식의경제성검토 5 1. 현행사업방식의검토 5 2. 제 3 섹터개발방식의검토 6 3. 사례검토 ( 광주광역시가연성폐기물연료화시설을사례로검 토