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문제 정의
- 본 연구에서는 음식물쓰레기, 톱밥, 숙성된 퇴비, 상업적으로 개발된 종균제의 배합 비율을 조절하여 퇴비화 기간동안 온도변화, 산소 소비량, CQ생성량 및 온도 변화에 따라 퇴비화에 관여하는 활성 미생물의 변화 등을 조사하여 각 퇴비화 조건별 특성을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 온도에 맞추어 배양하였다. 균수는 희석 계수가 다른 접종액을 각각 2개의 평판배지에 도말 배양한 후 형성된 각각의 집락수를 측정하여 그 평균값을 균 수로 계산하였다.
- 5시간 간격으로 측정하였다. 배출가스 중 CO?는 반응조 상부의 가스 배출구에 CaSQ로 충전된 수분 흡수 column을 연결하여 수분을 제거한 후 적외선 CO2 측정기(Anagas, CD95>와 연결하여 필요에 따라 수시로 측정하였다. 시료는 반응열의 축적이 용이한 반응조의 중앙에서 채취하여 폐기물 공정시험법에 따라 pH, 수분함량, 유기물함량 및 미생물 상의 변화 등을 조사하였다.
- 퇴비를 사용하였다. 또한 톱밥과 퇴비는 음식물쓰레기와 혼합할 때 동일량이 되도록 하기 위해 수분 함량을 약 28%로 조절한 후 음식물쓰레기를 적정량 첨가하여 혼합물의 수분함량이 60%가 되도록 하여 모르타르 혼합기 (Kun Hung, KH-205)로 물질의 성상이 균일하도록 약 50rpm■으로 20분간 혼합하였다. 공기공급 은 이전의 연구에서 알려진 최적 범위인 2.
- 본 실험에 사용된 퇴비화 장치는 Fig. 1과 같이 아크릴 재질의 반응조를 지름 30 cm, 높이 90 cm의 원통형으로 5 sets를 제 작하여 반응열 손실을 줄이기 위해 반응조 외벽에 건축용 단열재를 여러 겹 부착하였다. air compressoi에 의하여 공급된 공기는 pressure regulator 로 1기압으로 조절하고 유량계를 통하여 반응조 하단에서 주입하였으며 다공성의 지지판(s叩porter)을 설치하여 주입된 공기가 반응조 내에 고르게 유입될 수 있게 하였다.
- 배출가스 중 CO?는 반응조 상부의 가스 배출구에 CaSQ로 충전된 수분 흡수 column을 연결하여 수분을 제거한 후 적외선 CO2 측정기(Anagas, CD95>와 연결하여 필요에 따라 수시로 측정하였다. 시료는 반응열의 축적이 용이한 반응조의 중앙에서 채취하여 폐기물 공정시험법에 따라 pH, 수분함량, 유기물함량 및 미생물 상의 변화 등을 조사하였다.
- 퇴비화 대상물질은 각 반응조 마다 동일량을 채웠으며 반응온도는 thermocouple과 연결된 자동온도측정기 (Bamant, 92800-15)로 1.5시간 간격으로 측정하였다. 배출가스 중 CO?는 반응조 상부의 가스 배출구에 CaSQ로 충전된 수분 흡수 column을 연결하여 수분을 제거한 후 적외선 CO2 측정기(Anagas, CD95>와 연결하여 필요에 따라 수시로 측정하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 음식물쓰레기, 톱밥, 퇴비, 종균제는 C 시의 음식물 자원화 시설에 수거된 것을 이용하였으며음식물쓰레기는 원심 탈수하여 최대한 수분을 제거한 후 입경이 약 10mm 이하가 되도록 분쇄하였고 퇴비는 실험실에서 한달 이상 별도의 숙성기간을 거친 완숙된 퇴비를 사용하였다. 또한 톱밥과 퇴비는 음식물쓰레기와 혼합할 때 동일량이 되도록 하기 위해 수분 함량을 약 28%로 조절한 후 음식물쓰레기를 적정량 첨가하여 혼합물의 수분함량이 60%가 되도록 하여 모르타르 혼합기 (Kun Hung, KH-205)로 물질의 성상이 균일하도록 약 50rpm■으로 20분간 혼합하였다.
이론/모형
- 미생물상의 측정은 평판희석계수법으로 하였으며 세균수 측정용으로는 plate count agar를 방선균수 측정은 actinomycetes isolation agar를 사용하였고 Sabouraud's dextrose agar와 yeast-malt extract agar는 각각 곰팡이와 효모 측정용으로 사용하였다. 접종원은 시료 1 g(습중량)을 9m/의 멸균 희석수에 넣고 혼합기(voltex mixer)로 현탁액을 만든 다음 10단계 희석을 한 상징액을 사용하였다.
성능/효과
- 그림에서와 같이 산소소모율은 반응초기 실험조건과 관계없이 빠르게 증가하였다가 일시적으로 감소한 후 다시증가하는 경향을 보였으며, 그 이후는 온도가 고온으로올라갈수록, 고온의 지속기간이 길수록 소모율이 높아퇴비화 온도변화 양상과 밀접한 관계를 보였다. 또한퇴비화 반응 중 산소의 농도는 초기의 일시적인 과소비를 제외하고 고온 반응에서 배출가스 중 약 10~13% 를 유지하고 있어 적정호기성조건을 유지하기 위하여산소의 농도가 10%를 유지하는 것이 바람직하다고 보고된" 것과 비교할 때 공기공급량이 적절하였음을 보여주고 있다.
- 본 실험에서도 온도가 60"C 전후로 상승된 초기 상태에서는 고온성 세균이 주로 유기물의 분해를 하기 시작하여 유기물의 농도가 낮아지게 되는 퇴비화 후기단계에 높은 온도에 대한 내성이 세균보다 큰 고온성 방선균의 밀도가 증가하면서 유기물을 분해하는 것으로 생각된다. 반면 반응기의 온도가 고온인 과정 중에는 곰팡이의 밀도가 상대적으로 낮았으나 퇴비화 과정의 후반부에는 고온성 곰팡이의 밀도가 높게 나타나는 것으로 조사되었다.
- 1. 퇴비화 반응의 온도 변화는 팽화제로 퇴비를 톱밥과 혼합한 그룹이 그렇지 않은 그룹보다 빠른 기간 내에 최고온도에 도달하였으며, 도달온도도 높았으나 퇴비의 혼합 비율은 영향을 미치지 않았다. 또한 종균제의 접종은 고온 단계에서의 반응 지속 시간을 연장하는 효과가 있었다.
- 2. 배출가스 중의 CO, 생성률은 Q소모율과 비례하였으며 생성 CQ를 누적하여 총 생성량으로 표현할 경우 톱밥을 단일 팽화제로 사용하였을 때 CQ생성량이가장 적어 퇴비화 과정 중 유기물 분해가 가장 적게일어났음을 보였으며 퇴비를 혼용한 경우 대체로 높은분해정도를 나타냈다. 또한.
- 3. 미생물상의 변화는 혼합물 성상에 관계없이 모든 반응조에서 비슷한 양상을 보였다. 반응초기에는 세균의 밀도가 상대적으로 높고 방선균, 곰팡이.
- 1%로 증가하였다. 그리고 음식 쓰레기가 차지하는 비율은 23.1 %를차지하여 연간 11, 237톤이 배출됨으로써 27.5%를 차지한 1995~2000년도 평균과 비교하여 볼 때 전체 폐기물 중에 음식물쓰레기가 차지하는 비율은 큰 변화 없이 생활폐기물 중 가장 높은 비율을 차지하고 있으며음식물쓰레기가 생활쓰레기의 수분함랑에 큰 영향을 주고 있다.', 따라서 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 매립, 소각, 탈수, 재활용 등 여러가지 방법 중에서 생활폐기물과 함께 매립하는 매립 방식은 매립지 확보의어려움뿐 만 아니라 높은 함수율로 인하여 침출수에 의한 토양 및 지하수 오염, 유해가스 및 악취발생에 따른불쾌감 등 심각한 2차 오염을 수반할 수 있으며, 소각처리는 높은 수분함량으로 인하여 발열량이 낮아서 보조 연료의 사용을 가중시키며, 불완전 연소에 의하여다이옥신과 같은 발암물질의 발생 등이 문제가 된다.
- 3에 나타냈다. 그림에서와 같이 산소소모율은 반응초기 실험조건과 관계없이 빠르게 증가하였다가 일시적으로 감소한 후 다시증가하는 경향을 보였으며, 그 이후는 온도가 고온으로올라갈수록, 고온의 지속기간이 길수록 소모율이 높아퇴비화 온도변화 양상과 밀접한 관계를 보였다. 또한퇴비화 반응 중 산소의 농도는 초기의 일시적인 과소비를 제외하고 고온 반응에서 배출가스 중 약 10~13% 를 유지하고 있어 적정호기성조건을 유지하기 위하여산소의 농도가 10%를 유지하는 것이 바람직하다고 보고된" 것과 비교할 때 공기공급량이 적절하였음을 보여주고 있다.
- 따라서 음식물쓰레기의 퇴비화는 팽화제로 톱밥을 사용하는 것보다 퇴비를 혼용하는 것이 바람직하며, 퇴비의 혼합정도는 퇴비화 과정에서 별다른 영향을 보이지않았다. 또한 종균제의 혼합은 고온성 분해단계를 지속시키는 효과가 있었으며, 특히 톱밥을 팽화제로 사용할경우 효과적으로 나타났다.
- 퇴비화 반응의 온도 변화는 팽화제로 퇴비를 톱밥과 혼합한 그룹이 그렇지 않은 그룹보다 빠른 기간 내에 최고온도에 도달하였으며, 도달온도도 높았으나 퇴비의 혼합 비율은 영향을 미치지 않았다. 또한 종균제의 접종은 고온 단계에서의 반응 지속 시간을 연장하는 효과가 있었다.
- 또한 종균제의 혼합은 고온성 분해단계를 지속시키는 효과가 있었으며, 특히 톱밥을 팽화제로 사용할경우 효과적으로 나타났다. 그러나 퇴비를 혼합할 경우에는 이미 퇴비화 과정에 적응된 유효균주를 다량 함유하고 있어 경제적인 면을 고려할 때 굳이 종균제를첨가할 필요가 없는 것으로 나타났다.
- 4번 반응조 조건은 유사하였고 2번, 1번 반응조 조건순서를 보였다. 또한 퇴비화 기간 약 18일을기준으로 표현한 최적 누적 CO2 생성량을 기준으로 볼때 반응조건 1을 제외하고 다른 조건에서는 모두 유사한 기질분해 정도를 나타냈다. 이는 고온성 단계의 차이에도 불구하고 반응조건 2, 3, 4가 퇴비화 후반까지기질의 분해가 지속되어 비교적 높은 온도를 유지한 것과 관련이 있다(Fig.
- 6은 음식물 퇴비화 과정 중에 온도변화에 따른 미생물의 활성을 평판희석 도말법으로 조사하여 그 경향을 나타낸 그림이다. 모든 반응조에서 초기의 미생물수 보다 12시간 경과 후의 미생물수가 약간 감소하여미생물이 새로운 환경에 적응하는 lag phase의 전형적인 현상을 보인 후 증가하는 경향을 보였다. 반응조 모두에서 세균, 곰팡이 , 방선균, 효모가 존재하였으며 온도 변화에 따라 각각의 균수가 달라지는 것이 관찰되었다.
- 각각의 반응조에서의 미생물상의 변화는 유사하였다. 모든 배양기에서 세균의 밀도가 가장높게 나타났으며 방선균이 두 번째로 높았고 퇴비화 초기에는 효모의 밀도가 곰팡이보다 높았으나 퇴비화의후반부로 갈수록 곰팡이의 밀도가 전반적으로 높아지는 경향을 보였다.
- 모든 반응조에서 초기의 미생물수 보다 12시간 경과 후의 미생물수가 약간 감소하여미생물이 새로운 환경에 적응하는 lag phase의 전형적인 현상을 보인 후 증가하는 경향을 보였다. 반응조 모두에서 세균, 곰팡이 , 방선균, 효모가 존재하였으며 온도 변화에 따라 각각의 균수가 달라지는 것이 관찰되었다. 이는 퇴비화가 진행되는 과정 중의 온도변화에따라 활성을 나타내는 미생물의 종류가 다르기 때문인것으로 생각된다.
- 실험조건별 온도변화 양상을 보면 반응초기 1~2일은유사한 온도 변화를 보였으나 그 이후 퇴비를 혼합한그룹(반응기 3, 4, 5)이 그렇지 않은 그룹보다 빠른 시간에 최고 온도에 도달하였으며 도달 온도도 높았다. 이는 이미 숙성된 퇴비에 존재하는 유효 미생물이 빠른 시간 안에 퇴비화를 유도한 것으로 보인다.
- 후반부로 갈수록 세균과 방선균의 밀도가 비슷해지는 경향을 보였고 곰팡이와 효모는 퇴비화 초반에 밀도가 급격히 감소한 다음 곰팡이는 중온성 상태인 후반에 증가하였으나 효모의 변화는 없었다. 퇴비화 전반에 걸쳐서 세균과 방선균의 밀도가 곰팡이와 효모보다 상대적으로 높았다.
- 효모는 비슷하였다. 후반부로 갈수록 세균과 방선균의 밀도가 비슷해지는 경향을 보였고 곰팡이와 효모는 퇴비화 초반에 밀도가 급격히 감소한 다음 곰팡이는 중온성 상태인 후반에 증가하였으나 효모의 변화는 없었다. 퇴비화 전반에 걸쳐서 세균과 방선균의 밀도가 곰팡이와 효모보다 상대적으로 높았다.
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