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문제 정의
- 본 연구의 목표는 음식물쓰레기에 대한 호기성 퇴비화 처리에 있어서, 효율적이고 경제적인 처리를 달성하고자 농촌 지역에서 대량으로 발생하고, 구하기 쉬운 볏짚과 도시하수처리장에서 대규모로 발생되는 하수 슬러 지케이크를 사용하여 퇴비화를 진행시켜, 그 결과를 비교함으로써, 보다 효과적인 퇴비화 방안을 강구하는데 있으며, 구체적으로는 음식물쓰레기에 볏짚을 부피 비를 상이하게 혼합하고, 또한 하수슬러지케이크를 무게비를 달리하여 투입한 후, 호기성 퇴비화를 진행시키면서, 그 처리효율 및 숙성도를 알아보기 위하여 온도, pH, 무게와 부피 감소율, 공극율, 탄질비, 염분도 및 전도도 등을 측정, 분석, 비교하였다.
제안 방법
- 수분함량 및 고형물 함량은 폐기물공정시험방법에 따라 105。(2에서 4시간 건조하여 측정하였고, 회분 함량은 600。(2에서 30분간 강열 한 후 측정하였다. NaCl 함량은 Mohr 법에 따라 시료에 지시약으로서 7.5% IGCrQ를 넣은 다음 0.02 N AgNQ용액으로 적정하여 측정하였고, TKN(Total Kjeldahl Nitrogen)은 HeSQ와 HKb를 사용하여 전처리한 시료를 Semimicro-KjeldahlMethod 에에 따라 측정하였고, ”由 TOC(Total Organic Carbon)함량은 회분함 량으로부터 TOC=(100-%Ash)/1.8, (%) 로 구하였다尸
- 본 실험에서 사용된 음식물쓰레기는 각각 1회 300명과 20。명 이상의 급식능력을 갖춘 2개의 집단급식소로부터 3회에 걸쳐 시료를 채취하여, 이물질 제거, 혼합, 절단, 균질화, 건조시켰다. 그리고 실험에 사용된 볏짚과 도시하수처리장에서 수집한 하수슬러지케이크 물리 화학적 특성은 Table 1과 같다.
- 본 실험에서 발효 물의 온도를 측정하였고, 이미 무게와 부피를 알고 있는 용기에 시료를 옮긴 후, 내용물의 무게와 부피를 측정하였고, 이 중 일부 시료를 200m/ 비커에 채운 후 증류수를 첨가하여 공극률을 측정하였고, 이어서 pH를 측정하였다. 수분함량 및 고형물 함량은 폐기물공정시험방법에 따라 105。(2에서 4시간 건조하여 측정하였고, 회분 함량은 600。(2에서 30분간 강열 한 후 측정하였다.
- 음식물쓰레기에 대한 호기성 퇴비화 처리에 있어서, 효율적이고 경제적인 처리를 달성하고자 농촌 지역에서 대량으로 발생하고, 구하기 쉬운 볏짚을 팽 화재 및 미생물 섭종재로 사용하여 효과적인 퇴비화 방안을 강구하고자, 음식물쓰레기 6.0L(3.5kgy에 대하여 볏짚을 각각 0/4(Control), 1/4(1.5L, RS-1), 2/4(3.0 L, RS-2), 3/4(4, 5 L, RS-3) 및 4/4(6 L, RS-4)의 부피비로 첨가한 반응조를 준비하고, 음식물쓰레기 3.50kg(6.0L)에 대하여 하彳슬러지케이크를 각각 0/4(Control), 1/4(0.88 kg, SL-1), 2/4(1.75 kg, SL-2), 3/4(2.63 kg, SL-3) 및 4/4 (3.50kg, SL-4)의 무게비로 첨가한 반응 소를 준비한 다음, 하루 1 rpm의 속도로 1시간 교반, 2시간 송풍으로, 24일 동안 운전하면서 온도, pH 등 여러가지 항 목들의 경시적 변화를 측정, 비교, 분석, 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 그리고 실험에 사용된 볏짚과 도시하수처리장에서 수집한 하수슬러지케이크 물리 화학적 특성은 Table 1과 같다. 퇴비화하기 위해서 음식물쓰레기 6.0L(3.50kg)에 대하여 볏짚을 각각 0/4 (Control), 1/4( 1.5 L, RS-1), 2/4(3.0 L, RS-2), 3/4 (4, 5 L, RS-3) 및 4/4(6 L, RS-4)의 부피 비로 혼합하였고, 음식물쓰레기 3.50 kg(6.0 L)에 대하여 하수슬러지 케이크를 각각 0/4(Control), 1/4(0.88 kg, SL-1), 2/4 (1.75 kg, SL-2), 3/4(2.63 kg, SL-3) 및 4/4(3.50 kg, SL-4)의 무게비로 혼합하여 반응조에 투입한 후, 하루 1 rpm의 속도로 1시간 교반, 2시간 송풍으로, 24일 동안 운전하면서 온도, pH 등의 항목들의 경시적 변화를 측정, 비교, 분석, 고찰하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 퇴비화 장치는 Fig. 1과 같으며, 내부 치수는 W500XH600X D350 mmS., 유효용적 40 L 크기의 스테인레스 재질의 반응기로서, 바닥 부분은 교반 시에 사각지대를 없애기 위해 교반 날개의 회전반경에 맞추어 원형으로 제작하였고, 부가장치로 송풍기, 온 도 조절 장치, 교반기, 투입구 및 배출구와 이를 제어하기 위한 제어함이 부착되어 있다.
성능/효과
- 볏짚의 첨가비가 클수록, 즉, 대조군에서 RS-4로 갈수록 50。(2에 도달하는 시각이 빨랐으며, 또한 더 빨리 각각의 최고온도에 도달하였고, 최고온도 또한 더 높게 나타났으며, 50℃ 이상 지속되는 기간도 더욱 긴 것으로 나타났는데, 이는 볏짚의 공극률이 커서 내부에 공기의 함량이 높기 때문에, 볏짚의 첨가비가 높을수록 음식물쓰레기의 호기성 퇴비화에 있어서 유기물의 분 해가 왕성하게 일어났기 때문인 것으로 판단된다.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우, 7일 경과 후 첫 번째 고온부를 형성하다가 다시 11-12일 경과 후 두 번째 고온부를 형성하였으며, 첫 번째 고온 부에서는 46~49.5。(2의 분포를 나타내었으며, 두 번째 고온부에서 는 대조군 38.0℃보다 월등히 높은 46.5~56.5℃의 온도분포를 나타내었으며, 슬러지의 함량이 높을수록 더 높은 최고온도를 기록하였다.
- 1. 볏짚의 투입비가 클수록, 최고 온도와 최고 pH에 도달하는 기간이 짧았으며, 최고 온도와 최고 pH도 더 높게 나타났으며, 반응일수 12일 경과 후에는 각 반응 조 모두 큰 변동이 없는 것으로 나타났다. 하수슬러지 케이크를 첨가한 경우, 7일 경과 후 46.
- 2. 볏짚의 첨가가 빠른 무게 감소율 뿐만 아니라 빠른 부피 감소율을 가져와, 음식물쓰레기의 빠른 퇴비화를 위해서는 볏짚의 보다 많은 첨가가 요구되는 것으로 나타났으며, 하수슬러지케이크의 첨가량이 많을수록 무게 및 부피 감소율이 낮은 것으로 나타났으나, 하수슬러지 케이크의 첨가량이 음식물쓰레기의 1/2 이하일 경우에는 대조군보다 부피 감소율이 더욱 큰 것으로 나타났다.
- 하수 슬러 지케이크 의 첨가량이 증가할수록 부피 감소율이 급격히 감소함을 보여주었으며, 이는 무게 감소율의 변화와 유사한 경향을 나타내었다. 24일 경과 후 무게 감소율은 SL-1과 SL-2는 각 53.7%와 51.0%로 대조군의 45.5%보다는 높게 나타났으나, SL-3와 SL4는 각각 45.7%와 39.6%로 대조군과 비슷하거나 오히려 낮게 나타났다. 따라서 하수슬러지케이크의 과도한 투입은 최종생산물의 무게와 부피의 감소에 오히려 불리한 것으로 나타났다.
- 3. 볏짚의 첨가가 많을수록 탄질비가 높은 것으로 나타났고, 최종산물로 볼 때 대조군의 탄질비보다는 볏짚을 첨가한 시료의 탄질비가 더 작은 것으로 나타났으며, 하수슬러지케이크의 첨가가 많을수록 탄질비가 낮은 것으로 나타났다. 즉, 볏짚의 첨가가 많을수록 비효 성은 떨어지며, 하수슬러지케이크의 첨가가 많을수록 비효성이 증가되는 것으로 나타났다.
- 4. 전반적으로 반응일수가 경과함에 따라 염분도가 농축되는 경향을 나타냈고, 최종산물에 있어서의 염분도 는 대조군에서 제일 높게 나타났다. 즉 단순히 음식물 쓰레기만으로 퇴비화를 진행시키기보다는 볏짚이나 하 수슬러지케이크가 첨가될 때, 최종산물로서의 가치가 증대되는 것으로 나타났다.
- 대조군과 RS-1의 경우 반응일수 4-16일까지 지속적으로 천천히 감소하는 것으로 나타났으며, RS-2, RS-3 및 RS-4의 경우 4-8일 사이에 급격히 감소하고, 그 이후에는 거의 일정한 수준을 나타내었다.
- 6%로 대조군과 비슷하거나 오히려 낮게 나타났다. 따라서 하수슬러지케이크의 과도한 투입은 최종생산물의 무게와 부피의 감소에 오히려 불리한 것으로 나타났다.
- 음식물쓰레기는 우리나라의 생활쓰레기 발생량 중 그 비중이 가장 크며, 2000년도 우리나라 생활쓰레기 의 발생량은 1일 46, 438톤이었는데, 이 중에서 음식물 쓰레기가 25%인 11, 434톤 발생하였다. 또한 음식물쓰레기는 종이, 병류, 캔류 등 재활용품을 빼면 50-60%에 이르고 있으며, 배출원별로 살펴보면 가정에서 53% 음식점에서 47%를 발생시키고 있으며, 1인당 발생량은 가정에서 0, 3 kg, 음식점에서 2.3 kg으로 나타났으며, 음 식물 조성에 따른 발생함량은 채소류가 40.7%, 곡류가 30.6%, 어육류가 13.3%, 과일류가 9.3%, 이물질이 6.1 %로 나타났다.0
- 온도의 경향과 유사하게, 볏짚의 투입비가 클수록 최고 pH에 도달하는 기간도 짧았으며, 최고 pH의 크기도 더욱 큰 것으로 나타났으며, 최고 pH에 도달한 이후에는 시간이 경과하여도 큰 변동이 없는 것으로 나타났다.
- 본 실험에 사용된 음식물쓰레기와 볏짚 및 하수 슬러 지케이크의 물리 화학적 특성이 Table 1에 제시되어 있다. 음식물쓰레기의 pH 4.39는 볏짚의 pH 7.4 하수슬 러지케이크의 5.79에 비해 낮게 나타났는데, 이는 음식물쓰레기 속에 존재하는 젖산, 초산 등 각종 유기산 때 문인 것으로 판단되며, 볏짚의 공극률은 음식물쓰레기에 비해서 약 2배 가까이 높게 나타났는데 이로써 볏짚의 팽 화재로서의 역할을 기대할 수 있으며 또한, 염 분 도와 전도도에 있어서는 음식물쓰레기가 볏짚에 비해 월등히 높은 것으로 나타났는데, 이는 세계보건기구 (WHO) 의 소금에 대한 섭취 권장량 6 g/인. 일보다 훨씬 많은 우리나라의 소금 섭취량 20 g/인.
- 전체적으로 볏짚의 첨가가 많을수록 탄질비가 높은 것으로 나타났는데, 이는 탄질비가 높은 볏짚의 투입량이 많았기 때문인 것点 판단된다.
- 전반적으로 반응일수가 경과함에 따라 염분도가 농축되는 경향을 나타냈고, 최종산물에 있어서의 염분도 는 대조군에서 제일 높게 나타났다. 즉 단순히 음식물 쓰레기만으로 퇴비화를 진행시키기보다는 볏짚이나 하 수슬러지케이크가 첨가될 때, 최종산물로서의 가치가 증대되는 것으로 나타났다.
- 볏짚의 첨가가 많을수록 탄질비가 높은 것으로 나타났고, 최종산물로 볼 때 대조군의 탄질비보다는 볏짚을 첨가한 시료의 탄질비가 더 작은 것으로 나타났으며, 하수슬러지케이크의 첨가가 많을수록 탄질비가 낮은 것으로 나타났다. 즉, 볏짚의 첨가가 많을수록 비효 성은 떨어지며, 하수슬러지케이크의 첨가가 많을수록 비효성이 증가되는 것으로 나타났다.
- 볏짚을 첨가한 경우, 부피 감소율의 변화는 전반적으로, Table 4에서의 무게 감소율의 경우와 매우 유사한 경향을 나타내고 있다. 즉, 부피 감소율 40%에 도달하는 시간이 대조군의 경우 16일로 가장 길었으며, 볏짚 첨가 군의 경우 약 12일이 소요되어, 볏짚의 첨가가 빠른 무게 감소율 뿐만 아니라 빠른 부피 감소율을 가져옴을 알 수 있었다.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우. 하수 슬러 지케이크 의 첨가량이 증가할수록 부피 감소율이 급격히 감소함을 보여주었으며, 이는 무게 감소율의 변화와 유사한 경향을 나타내었다. 24일 경과 후 무게 감소율은 SL-1과 SL-2는 각 53.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우, pH는 서서히 증가하여 약 12일 경과 후 최고의 pH 값을 나타내었는데, 이때 대조군의 pH 7.7보다 훨씬 높은 pH 8.37-8.46의 분포를 보였으며, 하수슬러지케이크의 함량이 높을수록 최고 pH 값은 더 큰 것으로 나타났는데, 이는 최초 하 수슬러지케이크의 pH가 최초 음식물쓰레기의 pH보다 높았기 때문이며, 반응이 경과할수록 하수슬러지케이크 의 첨가량에 비례해서 pH도 증가했기 때문인 것으르 판단된다.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우, 무게 감소율이 볏짚의 경우에서 보다는 늦은 8-16일 사이에 급격히 증가하였으며, 24일 경과 후 전반적으로 대조군의 무게 감소 율 61.5%보다는 낮게 나타났으며, 하수슬러지케이크 의 함량이 높을수록 무게 감소율이 낮은 것으로 나타났다. 이는 앞에서 살펴본 바와 같이 하수슬러지케이크의 회분 함량이 45.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우, 시간이 경과할 수 록, 무게 감소율과 비례해서 염분도가 증가하는 것으로 나타났으며, 24일 경과 후에는 대조군의 3.47%나 볏짚을 첨가한 경우의 3.04-2.44%보다는 낮은 2.28- 1.61%의 분포를 나타내었으며, 하수슬러지케이크의 첨가량이 많을수록 염분도는 낮은 것으로 나타났다.
- 하수슬러지케이크를 첨가한 경우, 시간이 경과함에 따라 공극률은 감소하여, 12일 경과 후 즉, 최고온도에 도달한 직후에 각각 최소의 공극률을 나타냈으며, 12일 이후에는 점점 공극률이 증가하였고, 24일 경과 후에는 대조군이나 볏짚을 첨가한 경우보다도 매우 낮게 나타났다.
- 한편, 볏짚이 가지고 있는 팽 화재로서의 특성 때문에 최종 공극률은 볏짚의 첨가가 클수록 더 크게 나타났다.
- 한편, 총고형물함량은 음식물쓰레기와 하수슬러지케 이크가 거의 유사하게 나타났으며, 회분 함량은 음식물 쓰레기와 볏짚에 비해 하수슬러지케이크가 월등히 크게 나타나 팽 화재로서의 기능은 낮으나, C/N 비에 있어 서는 하수슬러지케이크가 제일 낮게 나타났다.
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