기질 혼합비와 식종원 특성이 하수슬러지와 음식물류폐기물의 혐기성 소화에 미치는 영향 평가

Abstract

본 연구에서는 기질 혼합비와 식종원 특성이 하수슬러지와 음식물류폐기물의 혐기성 소화 성능에 미치는 영향을 회분식 혐기성 소화 실험과 메탄생성균 군집 분석을 통해 종합적으로 평가하였다. 기질 혼합비와 식종원은 모두 메탄 수율과 메탄생성속도에 유의미한 영향을 미치는 요인으로 확인되었으며(p < 0.05), 메탄 수율 변동에는 기질 혼합비의 영향이, 메탄생성속도 변동에는 기질 혼합비와 식종원의 영향이 크게 작용하는 것으로 나타났다. 통합소화 조건에서는 음식물류폐기물 비율이 증가할수록 메탄 수율이 향상되어, 혼합비 25:75 (하수슬러지:음식물류폐기물, COD 기준) 조건에서 음식물류폐기물 단독 조건과 유사한 수준(293 ± 11 mL CH4/g COD)에 도달하였다. 또한 단독소화 기반 이론적 가중 평균값과 비교했을 때, 통합소화의 실제 메탄 수율은 13 19% 더 높아 시너지 효과가 확인되었다. 메탄생성속도 역시 50:50 및 25:75 혼합 조건에서 개선되어 하수슬러지 단독소화 대비 74–97% 높은 값을 나타냈다. 식종원 종류는 메탄생성속도 변동성에 큰 영향을 미쳤으며, 그 중 통합소화조 유래 식종원이 가장 높은 활성 및 안정성을 보였다. 차세대염기서열 분석 결과, 해당 식종원은 아세트산이용성(Methanothrix), 수소이용성(Methanolinea, Methanospirillum), 메틸환원성(Methanofastidiosales) 메탄생성균이 균형 있게 공존하는 군집 구조를 형성하고 있어 다양한 메탄생성 전구체를 안정적으로 메탄으로 전환할 수 있었던 것으로 평가되었다. 통합소화조 유래 식종원과 음식물류폐기물 50–75% 이상의 혼합비를 적용하는 전략은 하수슬러지 및 음식물류폐기물 통합소화 공정에서 스타트업 안정성 확보와 메탄생산성 최적화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.