본 연구는 S시 소재의 도계장에서 발생하는 폐수(wastewater, WW)와 탈수케이크(sludge cake, SC)를 대상으로 기초 성상 분석 및 BMP 테스트를 진행하였다. 해당 시료를 채취한 도계장에서는 Fig. 3에 모사한 공정 과정을 따랐다. 즉, 유입된 폐수를 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃) 및 수산화나트륨(NaOH) 등의 응집제와 응집 보조제를 투입하여 반응시킨 뒤, 가압부상조에서 고형분을 부상시켜 유기 및 무기물을 제거한다. 이후 탈질 및 폭기 과정을 거치면서 미생물에 의해 분해된다. 1차 가압부상조에서 발생한 고형분(대략 탈수케이크의 90% 질량 차지)과 이후 공정에서 발생한 고형분(침전조 및 2차 가압부상조 유래)을 프레스 등의 장비를 사용하여 물을 제거하고 농축하면 탈수케이크(poultry processing sludge cake)가 된다. 탈수케이크는 매립, 소각, 퇴비화 등으로 처리된다.

시료는 채취 직후부터 냉장 보관하여 실험에 사용하였다. 폐수는 원액 또는 희석액으로 실험하였고, 탈수케이크는 물과 시료를 3:1의 부피비로 혼합한 후 가정용 믹서기로 분쇄하여 사용하였다. 한편, 2.3장에 후술한 BMP 테스트의 접종원(inoculum, Ino)으로 사용한 혐기성 슬러지는 Y시 바이오가스화시설(음식물류 폐기물과 축산분뇨를 병합소화)에서 채취하였으며, pore size 0.85 mm로 체를 친 뒤 사용하였다.

알칼리도는 자동 적정기(Troline 5000, SI Analytics)로 측정하였으며, 총고형물 함량(total solids, TS) 및 휘발성 고형물 함량(volatile solids, VS) 측정은 미국공중보건협회(APHA)의 표준 시험법을 따랐다. 부유 고형분(suspended solids, SS) 항목은 glass fiber filter(pore size 1.2 μm, Whatman)에 여과하여 측정하였다. 화학적 산소 요구량(chemical oxygen demand, COD), 총 질소(total nitrogen, TN), 총 암모니아성 질소(total ammonia nitrogen, TAN)는 Humas사의 수질 분석 키트를 사용하여 각각 크롬(Cr)법, Brucine법, Nessler법으로 측정하였다. SCOD는 시료를 pore size 0.45 μm 시린지 필터로 거른 뒤 측정하였다. 한편, 시료의 조대 원소 함량비를 확인하기 위해 105°C에서 건조시킨 후 막자사발로 곱게 갈아 원소분석기(TruSpec Micro, LECO)로 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 황(S)의 함량을 측정하였고, 나머지 함량은 산소(O)로 가정하였다. 용해되어 있는 금속성 원소의 농도는 유도결합플라즈마 분광분석기(inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy)로 측정하였는데(Optima 5300DV, PerkinElmer), 실린지 필터(pore size 0.45 μm)를 통과시킨 시료에 질산을 용매로 첨가하여 고압력 마이크로웨이브 방법으로 전처리(ultraWAVE 2, Milestone)한 뒤 분석하였다. 또한, 유기산 분리 컬럼(113-3133, Agilent)과 불꽃이온화검출기(flame ionization detector)가 장착된 가스 크로마토그래프(GC-2030, Shimadzu)를 사용하여 휘발성 지방산 8종(아세트산, 프로피온산, 아이소뷰티르산, 뷰티르산, 아이소발레르산, 발레르산, 아이소카프로산, 카프로산)과 에탄올 함량을 측정하였다. 이들은 VS 측정 시 105^oC 건조 단계에서 소실되어 총 유기물 함량에 반영되지 않으므로, Vahlberg et al. [12]의 방법에 따라 GC로 별도 측정하여 휘발성 고형분(VS) 함량에 더하여 보정된 VS(VS corrected; VS_corr) 값을 구하였다. 이는 과소측정된 유기물 함량에 의해 BMP (Biochemical Methane Potential)가 과대평가되는 것을 방지하기 위함이다[13,14]. 후술된 모든 메탄 생성량(mL/g VS) 값은 VS 대신 VS_corr를 사용하여 계산하였다.

각 시료들의 원소 분석을 통해 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S)의 질량비를 산출하였다. 이를 바탕으로 각 시료의 화학적 당량(a, b, c, d, e)을 계산하고, Bolye (1976)의 혐기성 유기물 분해 반응식 (1)에 적용하였다[15].

식 (1)의 반응에서 유기물(C_aH_bO_cN_dS_e)의 단위 질량당 생성될 수 있는 최대 메탄량은 화학양론에 따라 아래 식 (2)로 결정된다. 여기서 B_th는 이론적 메탄 잠재량(theoretical BMP)을 나타내며, 표준 상태(standard temperature and pressure, STP; 1기압 0^oC) 기준이다.

실험적 메탄 발생량(B_ex)을 산출하기 위해서 독일 표준 방법(VDI 4630)에 따라 BMP 테스트를 수행하였다. 식종원은 35°C에서 일주일간 기질 투입 없이 안정화시킨 뒤 사용하였고, 기질은 실험군으로서 도계 폐수 및 탈수케이크, 그리고 양성 대조군으로서 마이크로 크리스탈 셀룰로스(microcrystalline cellulose)을 사용하였다. 식종원 자체에서 발생하는 바이오가스 및 메탄 함량을 측정하기 위해 기질을 넣지 않은 음성 대조군을 준비하였으며, 모든 조건은 3반복으로 진행하였다. 250 mL 용량의 세럼 바틀에 식종원과 기질의 VS_corr 함량이 3:1(I/S ratio) 비율이 되도록 반응 부피 100 mL로 넣어주었고, N₂가스로 충진하여 혐기 조건으로 밀폐하였다. 35^oC 항온실에서 30분 정치한 뒤 양압을 제거하였고, 48일간 배양하였다. 반응 시작 후 초기 19일까지는 매일 1회, 그후에는 2~5일 1회 바이오가스 발생량을 측정하였고, 측정 후에는 흔들어 혼합해 주었다. 가스량을 측정할 때는 먼저 전자기압계(LEO₂, Keller)로 항온실 상압을 확인한 뒤, 세럼 바틀의 압력이 상압에 이를 때까지 주사기로 바이오가스를 뽑아내어 그 부피를 기록하고 배출하였다. 바이오가스의 메탄 및 이산화탄소 함량은 가스 분리 컬럼(CP7485, Agilent)과 열전도도 검출기(thermal conductivity detector)가 장착된 가스크로마토그래프(GC-2030, Shimadzu) 장비를 사용하여 매 2주 1회 측정하였다. 모니터링한 바이오가스 생산량에서 항온실 온도에서 발생하는 수증기 부피를 빼고[16], GC에서 얻은 메탄과 이상화탄소 함량의 합이 100%라고 가정하여 보정된 메탄 함량[17]을 구하였다.

BMP 테스트 결과에 식 (3)로 표현되는 modified Gompertz model을 적용하여 실험 데이터와 추세 모델의 메탄 수율 값을 비교하였다[18].

B_t는 시간 t(days)에서의 누적 메탄 생산량, BG는 최대 메탄 잠재량, R_m은 최대 메탄 생산율(N mL/g VS/d), e는 자연상수, λ는 생장지체기(lag period; d)를 나타낸다.

회분식 반응이 끝난 BMP 테스트 소화액을 흔들어 현탁한 뒤, 50 uL씩 마이크로 튜브에 담고, 15,000 g로 5분간 원심분리하여 상등액을 버린 뒤 DNA를 추출하였다. Bioneer사의 AccuPrep genomic DNA extraction kit를 사용하였으며, 제시된 세부 프로토콜 중에서 그람 음성 및 양성 세균의 DNA 추출이 가능한 그람 양성 세균의 세포 용해 프로토콜대로 수행하였다. 기존 보고와 동일한 방법으로 박테리아와 고세균 각각에 대하여 16S rRNA amplicon sequencing 을 수행하였다[19]. Sequence-identity cutoff를 97%로 지정하여 OTU (operational taxonomic unit) clustering하였으며, RDP classifier (https://rdp.cme.msu.edu/classifier/) 알고리즘과 데이터베이스로 샘플당 17,000개 이상의 유효한 서열(valid reads)을 얻어 계통학적으로 분류(taxonomic assignment)하였다. Confidence score가 80% 미만인 OTU는 unclassified로 지정하였다.

도계 공정 폐수(WW)와 탈수케이크(SC) 및 BMP 테스트의 접종원으로 사용한 혐기소화액(Ino)의 물리화학적 특성을 분석하여 Table 1에 나타내었다. 폐수와 탈수케이크의 pH 값은 각각 7.77과 6.86으로, 미생물 활동에 적합한 중성에 가까웠으며, 접종원(7.91) 보다 낮았다. 알칼리도의 경우 폐수는 600 mg/L 정도의 낮은 값을, 탈수케이크는 14,000 mg/L 이상의 높은 값을 보였다. 폐수의 수분 함량은 99.8%였고, 기계적 탈수를 거친 슬러지는 60~85% 범위의 함수율을 보이는데[20], 탈수케이크는 82.9%를 나타내어 이 범위에 속하였다. 총 고형물(TS)과 휘발성 고형물(VS) 함량은 폐수 170.8 g/kg와 탈수케이크 131.5 g/kg였다. 총 고형분 함량 중 휘발성 고형분 함량이 차지하는 비율(VS/TS)은 폐수가 80.0%, 탈수케이크가 77.0%로, 접종원(60.7%)보다 높았다.

COD 측정 결과, 탈수케이크(220.0 g/L)가 폐수(3.74 g/L)보다 59배 높은 유기물 함량을 나타내었고, 이는 VS 함량에서도 알 수 있듯이 탈수케이크의 습윤 질량당 메탄 잠재량이 폐수의 값보다 훨씬 클 것임을 시사하였다. 탈수케이크의 TN 농도는 5824 mg/L, TAN은 2259 mg/L였으며, 폐수의 경우 TN은 101.9 mg /L, TAN은 63.2 mg/L였다. 탈수케이크의 높은 TAN 함량은 알칼리도(14,460 mg/L)를 높이는 데 기여했을 것이라고 판단된다. 풍부한 질소 함량의 기질은 미생물 성장에 유익할 수 있으나, 혐기소화액의 TN 함량이 4000~6000 mg/L 이상이거나[21-23], TAN 1500~3000 mg/L 이상[9,21,24]일 경우에는 미생물 독성과 활성 저해를 유발할 수 있으므로 적절한 모니터링과 관리가 필요하다.

VS 분석법으로는 측정할 수 없으나, 혐기소화의 주요 중간 산물인 8개의 휘발성 지방산 및 에탄올(volatile fatty acids and ethanol, VFAs & EtOH) 농도를 GC로 측정하였다(Table 2). 그 결과, 합산한 총 VFAs & EtOH 농도는 폐수에서 296.5 mg/L인 반면, 탈수케이크에서는 1754.3 mg/L로 나타났다. 탈수케이크에서 대부분의 VFA 농도가 폐수보다 훨씬 높았는데, 특히 아세트산(1098.4 mg/L), 프로피온산(341.2 mg/L), 아이소발레르산(156.4 mg/L)의 농도가 높았다. 폐수에서 가장 높은 농도를 보인 VFA는 아세트산(219.6 mg/L), 아이소발레르산(21.4 mg/L), 아이소뷰티르산(21.3 mg/L)이었다. 접종원의 VFA는 채취 직후 측정한 값이며, 에탄올을 제외한 모든 항목에서 폐수와 탈수케이크보다 높은 유기산 함량을 보였다. 휘발성 고형분(VS) 함량에 VFAs & EtOH 농도를 더하여 보정된 VS 값(VS_corr)을 계산하고 Table 1에 기록하였다.

폐수, 탈수케이크 및 접종원의 조대 원소 분석 결과는 각 원소의 건조 중량 비율(dry %)로서 Table 3에 나타내었다. 탄소(C) 함량은 폐수에서 34.9%, 탈수케이크에서 39.4%로 나타났고, 수소(H)는 각각 5.54%와 6.59%였다. 산소(O) 함량은 폐수에서 55.4%, 탈수케이크에서 49.7%로, 질소(N) 함량은 폐수에서 4.23%, 탈수케이크에서 4.29로 측정되었다. 황(S)은 모든 시료에서 검출되지 않았다(N.D., not detected). C/N 비율은 탈수케이크에서 9.17로 가장 높았으며, 폐수는 8.24, 접종원은 8.45로 나타났다. 일반적으로 탄소와 질소의 비율(C/N 비율)이 20:1에서 30:1 사이일 때 혐기소화에 적절한 수준이라고 평가되는데[23,25], 이보다 질소 함량이 높아 미생물 독성과 활성 저해를 유발할 수 있다. 원소 함량 결과를 토대로 이론적 메탄 잠재량(B_th)을 계산하여 Table 5에 정리하였다.

폐수와 탈수케이크의 용해성 금속 이온 농도 분석 결과(Table 4), 공통적으로 가장 많이 존재하는 원소는 나트륨(폐수 96.07 mg/L, 탈수케이크 233.91 mg/L)이었고, 그 다음은 폐수의 경우 규소, 칼륨, 칼슘, 붕소 순이었으며, 탈수케이크는 칼슘, 규소, 마그네슘, 붕소, 황, 알루미늄 순이었다. 칼륨은 탈수케이크에서는 검출되지 않았는데, 이는 가압부상조에서의 유기물 응집 및 탈수 과정에서 수용성이 높은 칼륨은 액상으로 배출되었기 때문이라고 판단된다. 10 mg/L 미만으로 존재하는 원소는 폐수에서는 마그네슘, 황, 알루미늄 등이었고, 탈수케이크에서는 인과 철이었다. 나머지 원소들은 1 mg/L 이하의 농도로 검출되었다. 닭은 흙과 모래를 섭취하는 습성이 있어, 닭의 표면이나 내부에 남아 있던 것이 폐수로 씻겨 나올 수 있다[26]. 규소와 알루미늄은 생체 내에 풍부하게 존재하는 원소가 아니므로, 이들은 외부 오염원에서 유래했을 가능성이 높다.

기질을 넣지 않은 음성 대조군(BL) 및 양성 대조군으로서 메탄 수율을 알고 있는 셀룰로스(Cel), 폐수(WW), 탈수케이크(SC)를 기질로 한 BMP 테스트를 수행하였고, 그 결과를 배양 시간에 따른 기질의 유기물 함량당 누적 메탄 발생량(0^oC, 1atm의 표준 상태(STP) 기준; N mL/g VS_corr)으로 Fig. 4에 나타냈다. 이 실험 결과는 각 실험 조건별 메탄 발생량에서 접종원에서 발생한 메탄 발생량을 빼준 값이다. 생산된 총 바이오가스 양 대비 메탄 비율은 음성 대조군 62.4%, 셀룰로스 54.2%, 폐수 70.5%, 탈수케이크 62.3%였고, 종료 시점의 pH는 음성 대조군 7.9, 셀룰로스 7.8, 폐수 7.4, 탈수케이크 7.8였다.

셀룰로스는 초기부터 빠른 메탄 생산을 보였으며, 약 20일 이후에는 메탄 생산이 거의 정체 상태에 도달하였다. 최종 누적 메탄 생산량은 404 mL/g VS였으며, 셀룰로스의 화학식((C₆H₁₀O₅)_n)에 기초한 이론적 메탄 수율(415 mL/g VS)과 비교하였을 때, 본 BMP 테스트 결과는 신뢰성이 높다고 판단하였다. 탈수케이크는 셀룰로스보다 다소 느린 초기 메탄 생산 속도를 보이며, 30일 후 326 mL/g VS, 48일 후(종료 시점)에는 346 mL/g VS의 메탄을 생성하였다. 폐수는 초기 메탄 생산이 매우 느리게 시작하여 약 6일 이후부터 점진적으로 증가하기 시작하였다. 이는 폐수의 유기물 농도가 낮고(폐수 TCOD 3.74 g COD/L; 탈수케이크 220.0 g COD/L) 함수율이 99.8%에 달하여, 전술한 대로 I/S 비율 3:1에 해당하는 기질의 양을 투입했을 때, 폐수를 기질로 투입한 조건의 반응액은 접종원이 4배 희석된 반면, 탈수케이크를 투입한 경우에는 1.2배 희석되었다. 따라서 폐수의 유기물 농도가 낮고, 접종액이 희석되어 기존 접종액에 존재하던 미생물 군집이 해당 반응조에 새롭게 적응하는 데 시간이 필요했던 것으로 해석할 수 있다. 한편, 폐수를 투입한 조건에서 30일 경과 후의 누적 메탄 생산량은 194 mL/g VS, 48일 후에는 234 mL/g VS였다.

실험값을 modified Gompertz 방정식으로 추세하여 실선으로 나타내었으며(Fig. 4), 이론적 메탄 잠재량(B_th), 실험적 메탄 잠재량(B_ex) 및 modified Gompertz 모델로 예측한 메탄 잠재량(B_G)과 생장지체기(λ), 최대 일간 메탄 생성량(R_m), 총 메탄 잠재량의 80%가 발생되는 시기(T₈₀)를 Table 5에 정리하였다. 추세 모델의 예측 정확도를 나타내는 adjusted R² 값이 모든 기질에서 0.99 이상이었으며, 특히 탈수케이크(0.996)는 실험값과 추세 그래프가 크게 일치하여 해당 방정식이 BMP 실험값을 설명하는 데 매우 적합하다는 것을 입증하였다. 탈수케이크는 높은 수준의 메탄 수율(351 mL/g VS)과 생산 속도(27 mL/g VS/d)를 보였고, 생장지체기는 2.4일이었다. 폐수는 가장 낮은 메탄 수율(260 mL/g VS)과 최대 생산 속도(15 mL/g VS/d)를 기록했고, 생장지체기가 7.5일로 가장 길었다. B_G의 80%에 도달하는 시기는 폐수는 21.2일, 탈수케이크는 13.8일이었다.

폐수는 알칼리도와 유기물 농도가 낮게 나타났다. 따라서 이것을 단일 기질로 투입하여 혐기소화한다면 pH 조절제를 별도로 투입해야 할 수 있으며, 소화조 용량 대비 가스 발생량이 낮아 운영이 비효율적･비경제적일 수 있다. 도축장 내 수처리 공정은 설치와 운영에 비용이 들지만, 질소가 감소되고 메탄 생성 효율이 증가된 농축 슬러지(탈수케이크)를 생성한다. 탈수케이크의 메탄 잠재량은 336 L/kg VS에 달하는 높은 값을 보이나, 낮은 함수율과 높은 TN 및 TAN은 혐기소화조에서 교반 문제와 암모니아 독성을 일으킬 수 있다. 일반적으로, 소화액의 함수율이 90% 이상일 때 교반이 원활하고[27,28], 알칼리도가 1000~5000 mg/L일 때[29,30] 혐기소화 공정이 효과적으로 작동한다. 탈수케이크를 폐수로 3배 희석하면(1:2 혼합), 함수율은 94.17%, 알칼리도는 5245.33 mg/L, TAN은 795.13 mg/L에 도달한다. 그러나 기질에 바로 존재하는 TAN 뿐만 아니라 질소를 함유하는 유기물이 분해되면서 TAN이 증가하므로, 이를 고려하여 희석 배수를 더 높여야 할 수 있다. 만약 탈수케이크를 기질로 투입하려면, 질소 함량이 낮고 C/N 비율을 높여줄 수 있는 함수율이 충분한 다른 기질과 병합소화하거나, 폐수와 혼합하여 최적 조건을 찾는 추가 실험이 필요할 것이라고 사료된다.

본 연구에서 도출한 도계폐수와 탈수슬러지의 메탄 잠재량을 타 문헌에 보고된 도계장 유래 폐기물 또는 가축 분뇨의 메탄 수율과 비교하였다(Table 6). 국내 도계장에서 발생하는 폐기물을 4가지 종류(계분과 털, 닭피, 내장, 탈수케이크)로 분류하고 각각의 메탄 잠재량을 평가한 연구에 따르면, 본 연구에서의 폐수 메탄 수율은 닭피의 메탄 수율(250 mL/g VS)과 비슷하였고, 탈수케이크는 본 연구의 결과값보다 약 1.4배 높은 498 mL/g VS로 보고되었다[31]. 또한, 본 연구에서의 탈수 슬러지 메탄 수율은 계분 또는 돈분의 메탄 수율과 비슷한 정도로 나타났다[32].

BMP 테스트 종료 후, 기질을 넣지 않은 음성 대조군(BL), 셀룰로스를 기질로 넣은 양성 대조군(Cel), 폐수(WW) 및 탈수케이크(SC)를 투입한 반응조에 대하여 미생물 군집 분석을 수행하였다. 그 결과, 전체적으로 음성 대조군은 셀룰로스와, 폐수는 탈수케이크와 비슷한 군집 양상을 보였다(Fig. 5). 음성 대조군과 셀룰로스 조건에서 점유율 10% 이상의 군집은 Bacteroidota와 Bacillota뿐이었으나, 폐수와 탈수케이크를 투입하였을 때에는 이들과 함께 Pseudomonadota(Proteobacteria)가 우점 군집으로 대두되었다(음성 대조군과 셀룰로스 조건에서는 1% 미만으로 존재, 폐수와 탈수케이크에서는 각각 14.3%와 18.8%로 존재). 혐기소화조에서 발견되는 주요 박테리아 군집은 Bacteroidota(Bacteroidetes), Bacillota(Firmicutes), Pseudomonadota(Proteobacteria)인데, 이들은 광범위한 유기성 기질을 휘발성 지방산으로 분해하는 능력이 뛰어나기 때문이다[33]. 특히, Pseudomonadota는 다양한 유기물에 잘 적응하는 군집으로, 토양 미생물학 분야에서는 동물 사체, 식물 잔해 등을 분해하며 빠르게 증식하는 copiotrophic bacteria로 잘 알려져 있다[34-36]. Pseudomonadota의 하위 family 중 Comamonadaceae와 Xanthomonadaceae가 음성 대조군과 셀룰로스에서는 존재하지 않았으나(0.0%), 폐수에서는 각각 4.0%와 2.0%, 탈수케이크에서는 11.4%와 2.3%의 점유율을 보였다. 셀룰로스는 microcrystalline cellulose을 기질로 사용한 것으로, cellulose의 β-1,4 glycosidic bond가 가수분해되면 포도당 단일 물질로 분해된다. 이와 대조적으로, 폐수와 탈수케이크는 다양한 유기물질을 포함하고 있어 Pseudomonadota가 우점하는 데 적합한 환경이었을 것으로 해석된다.

한편 고세균 분석 결과, Methanoculleus가 전체 genus의 89~98%를 차지하는 것으로 나타났다. 국내 음식물류 폐기물(food waste)을 기질로 투입하는 혐기소화조를 대상으로 군집 분석을 수행했던 연구들에서 Methanoculleus는 우점도가 높은 고세균으로 자주 등장하며(평균 60% 이상, 최대 96%) [37-39], 이는 hydrogenotrophic methanogen이 높은 TAN 농도 등 스트레스 환경에 대한 저항성이 acetoclastic methanogen보다 높기 때문이라고 알려져 있다[39,40].

고세균 genus 중 가장 눈에 띄는 차이를 보인 것은 Methanothrix(Methanosaeta)로, 폐수를 투입한 반응조에서 점유율이 높게 나타났다(폐수 2.7% >>탈수케이크 0.3% >음성 대조군 0.2% >셀룰로스 0.1%,). Methanothrix는 느린 생장 속도를 갖는 acetoclastic methanogen으로서, 저농도(7~70 uM) 아세트산까지 효율적으로 활용할 수 있으나[41], 다른 주요 메탄균(Methanosarcina, Methanoculleus)보다 암모니아, 나트륨 이온 등에 의한 저해를 쉽게 받는다고 알려져 있다[40,42]. 반응조에 넣어주었던 기질과 접종액의 양, 그리고 Table 1과 2의 결과를 토대로 계산하면, 반응액에 존재하는 초기 아세트산 농도는 폐수 166 mg/L (2.8 mM), 탈수케이크 45 mg/L (0.8 mM)였으며, 초기 TAN 농도는 음성 대조군 및 셀룰로스 1.3 g/L >탈수케이크 1.2 g/L >>도계 폐수 0.38 g/L 순으로 일반적인 저해 농도 범위(1.5 g TAN/L 초과[40])는 아니었다. 유기물이 분해되면서 기질의 TN이 TAN으로 전환된다고 가정하면, 탈수케이크를 투입한 반응조는 최대 1.4 g TAN/L, 폐수는 0.41 g TAN/L까지 높아질 수 있었다. 폐수를 투입한 조건에서 해당 군집이 음성 대조군 대비 13.5배 증가되었다는 것은 스트레스에 민감한 Methanothrix가 살아갈 수 있는 적절한 생장 조건이 폐수 투입 시에는 갖춰졌으나, 탈수케이크 투입 시에는 이루어지지 않았음을 보여주었다.

가금류 도축은 다른 식품 가공업에 비해 물 사용량이 많고, 대부분 털 제거, 세척, 냉각 등 섭취되지 않는 용도로 사용된다. 1970년대 초 미국 도계장에서는 마리 당 물 사용량이 49~57L에 달하였으나, 물 절약 운동이 실행되면서 20.6L까지 줄어들었다가, 1998년 HACCP (hazard analysis and critical control point; 안전관리인증기준) 적용 이후에는 26.0L로 늘어났다고 2004년 보고되었다[43]. 그러나 지금은 물과 에너지 절약이 특히 강조되고 있는 시대인 만큼, 영국 등 유럽에서는 물이 필요한 전기 마취보다는 이산화탄소 기절법과 냉각수가 아닌 냉기로 pre-cooling하는 방법을 채택하는 등 최신 공법으로 물 절약을 실천하고 있다[4]. 한 국내 관계자의 말을 인용하면, 도계장의 물 사용량은 채택한 공법과 설비에 따라 현장마다 크게 다르며, 유럽형 최신 설비를 사용하면 마리당 15 L까지 줄일 수 있으나, 오래된 공법으로는 30~40 L까지 늘어난다고 하였다.

이렇듯 국내 도계장의 물 사용량은 도계장마다 다르고, 통계 자료를 구할 수 없어 본 연구에서는 물 사용량을 미국이 HACCP를 적용한 후 2004년의 평균값인 26.0 L/bird으로 가정하였다(본 실험 재료를 채취한 도계장은 HACCP 인증 업체임). 또한 이것이 100% 폐수로 전환되고, 본 연구에서 획득한 실험값들이 국내 도계장 폐기물의 평균값이라고 가정하여, 2023년 국내 닭 도축량(1,011,490천 두) [2]을 기준으로 획득할 수 있는 연간 메탄 잠재량과 전기 생산량을 대략적으로 예측하였다(Table 7). 그 결과, 도계 폐수의 연간 발생량은 연간 약 26,300 kton이며, 탈수케이크는 폐수의 1.3%(TS 농축 비율을 기준으로 계산하였음), 즉 연간 346 kton이 발생할 것으로 나타났다. 성상 분석 및 BMP 테스트 결과를 반영하여, 폐수를 혐기소화 기질로 투입할 경우 연간 약 43.7 GWh의 전기를 생산하고, 폐수를 수처리공정 후 탈수케이크로 전환하여 혐기 소화했을 때에는 약 53.9 GWh 전력을 생산할 것으로 예측되었다. 국내 가구당 전력 소비량은 3.5 MWh/yr이므로(2023년 연간 가정 부문 전기 소비량[44]/2023년 총 가구수[45]), 국내 총 연간 도계 폐기물 발생량을 혐기소화한다면 대략 1.25만 가구(폐수), 또는 1.54만 가구(탈수케이크)의 연중 전기 소비량을 충당할 수 있는 것으로 평가되었다. 더불어, 혐기소화는 에너지를 생산하는 것뿐만 아니라, 동시에 폐기물을 처리하는 환경 친화적인 공정이라는 점에서 중요한 의미가 있다.