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문제 정의
- 따라서 슬러지를 지렁이로 처리하기 위해서는 부숙기간을 거치는 등의 전처리 과정이 필요하게 된다.11) 이에 음식물쓰레기를 단독으로 지렁이에게 급이하는 방법보다는 다른 부자재와 혼합하여 부숙 후 지렁이에게 급이하는 방법을 모색하였다.
- 본 연구에서는 ①음식물 쓰레기의 발생지역 ②부숙용 혼합물질의 종류 ③부숙기간에 따른 음식물 쓰레기의 이화학적 성상 변화 및 줄지렁이의 섭식반응을 조사하여 음식물 쓰레기의 전처리기술 개발가능성을 탐색하고자 하였다.
가설 설정
- 지렁이를 이용한 폐기물 처리에 있어서 지렁이가 이화학적 환경요인에 대해서 나타내는 내성한계 범위에 관한 정보는 해당 폐기물의 지렁이 처리 가능성 여부를 판단하는 효율적인 지표가 된다.10) 각종 하폐수처리장에서 발생되는 분뇨 및 제지슬러지를 제외한 대부분의 유기성 슬러지는 전처리 없이 직접 지렁이를 이용하여 처리하는 조건에는 부적합하다. 따라서 슬러지를 지렁이로 처리하기 위해서는 부숙기간을 거치는 등의 전처리 과정이 필요하게 된다.
제안 방법
- 각 지역의 음식물쓰레기를 건조된 제지슬러지 또는 인분케잌과 혼합하여 부숙 21일과 부숙 28일후의 혼합시료에 대한 줄지렁이의 섭식 속도를 알아보았다.[Table 7] 섭식속도는 20g의 줄지렁이가 20g의 혼합시료를 섭식하는데 소요된 시간으로 나타내었다.
- 각 지역의 음식물쓰레기를 건조된 제지슬러지 또는 인분케잌과 혼합하여 혼합당일, 21일, 그리고 28일 부숙 후 각각의 이화학적 성상을 조사하였다.
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본 실험에서 함수율이 75%가 넘는 음식물쓰레기는 부숙과정에서 발효온도가 낮고, 산소공급이 제한을 받아 혐기성 상태가 될 수 있기 때문에 건조된 제지슬러지와 인분케잌을 수분조절재로서 사용하여 초기 혼합시료의 함수율을 60~70% 정도로 유지시켜주었다.[Table 4] 그러나 부숙이 진행될수록 자체 발열에 의해 건조현상이 일어나게
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5℃의 환경제어실에서 사육하면서 지렁이의 섭식반응을 24시간 간격으로 조사하였다. 상자내의 먹이를 모두 섭식하면
다시 20g의 먹이를 투입하여 섭식속도를 조사하였다. 지렁이 입식 60일 후에는 상자내의 지렁이를 수작업으로 분리하여 표피에 붙은 분변토를 물로 세척한 다음 KIMTOWELS로 표피의 물기를 제거 한 후 생체량을 측정하였다. - 서로 다른 지역에서 발생한 음식물 쓰레기에 제지슬러지, 인분케잌을 혼합하여 부숙시킨 후, 부숙기간에 따른 음식물 쓰레기의 이화학적 성상 및 줄지렁이의 섭식반응 및 생체량 변화를 조사하였다.
- 수분함량은 시료를 dry oven(104℃)에서 24시간 건조시켜 측정하였다. 유기물 함량은 dry oven(104℃)에서 건조된 시료를 muffle furnace(600℃)에서 8시간 연소 후에 측정하였으며, 염분농도는 건조된 시료 10g에 증류수 90ml를 혼합하여 디지털 염분농도 측정기(Model : TM-30D)를 사용하여 측정하였다. 염분농도는 측정값에 10배를 한 수치에 각 시료의 수분함량을 고려해 환산하였다.
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수거된 음식물 쓰레기는 경기도 화성군의 P 제지공장에서 발생한 제지 슬러지와 서울특별시 난지도 분뇨처리장에서 발생한 인분케잌을 이용하여 ①도봉 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ②도봉 음식물쓰레기 + 인분케잌 ③남해 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ④남해 음식물쓰레기 + 인분케잌 ⑤양주 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ⑥양주 음식물쓰레기 + 인분케잌 등의 부숙용 혼합 시료를 제조하였다. 음식물쓰레기에 건조된 제지슬러지와 인분케잌을 각각 수분함량이 65%가
되도록 혼합하여 부숙하였으며 부숙 21일과 부숙 28일후 부숙시료를 지렁이에게 급이하였다. 수분조절제로서 제지슬러지나 인분케잌 투입량은 아래의 식에 의해 계산하였다. - meter(Model : Orion 420A)를 이용하여 측정하였다. 전기전도도(EC)는 시료와 증류수를 혼합하여 5B 여과지로 여과한 후 Conductivity meter (Model:Orion 130)로 측정하였다. 수분함량은 시료를 dry oven(104℃)에서 24시간 건조시켜 측정하였다.
- 다시 20g의 먹이를 투입하여 섭식속도를 조사하였다. 지렁이 입식 60일 후에는 상자내의 지렁이를 수작업으로 분리하여 표피에 붙은 분변토를 물로 세척한 다음 KIMTOWELS로 표피의 물기를 제거 한 후 생체량을 측정하였다. 제지슬러지를 먹이로 급이한 동일 조건의 대조군을 사용하였고, 각 시료당 반복수는 3개였다.
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25×16×8cm(L×W×H) 스티로폼 상자에 bed material로서 제지슬러지로부터 발생된 분변토 300g을 깔아준 다음 줄지렁이(Eisenia fetida)를 20g을 입식하였다. 지렁이 입식 당일에 20g의 혼합시료를 먹이로 투입하여 23.5℃의 환경제어실에서 사육하면서 지렁이의 섭식반응을 24시간 간격으로 조사하였다. 상자내의 먹이를 모두 섭식하면
- 지역에 따른 음식물쓰레기의 차이를 알아보기 위해 서울시 도봉구, 경상남도 남해군, 경기도 양주시의 음식물쓰레기 처리장에서 발생된 음식물쓰레기를 수거하여 몇 가지 이화학적 성상을 비교하였다.
대상 데이터
- 경상남도 남해군, 서울특별시 도봉구, 경기도 양주시의 음식물쓰레기 처리장에서 파쇄 탈수된 음식물 쓰레기를 수거하였다. 수거된 음식물 쓰레기는 경기도 화성군의 P 제지공장에서 발생한 제지 슬러지와 서울특별시 난지도 분뇨처리장에서 발생한 인분케잌을 이용하여 ①도봉 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ②도봉 음식물쓰레기 + 인분케잌 ③남해 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ④남해 음식물쓰레기 + 인분케잌 ⑤양주 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ⑥양주 음식물쓰레기 + 인분케잌 등의 부숙용 혼합 시료를 제조하였다.
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경상남도 남해군, 서울특별시 도봉구, 경기도 양주시의 음식물쓰레기 처리장에서 파쇄 탈수된 음식물 쓰레기를 수거하였다. 수거된 음식물 쓰레기는 경기도 화성군의 P 제지공장에서 발생한 제지 슬러지와 서울특별시 난지도 분뇨처리장에서 발생한 인분케잌을 이용하여 ①도봉 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ②도봉 음식물쓰레기 + 인분케잌 ③남해 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ④남해 음식물쓰레기 + 인분케잌 ⑤양주 음식물쓰레기 + 제지슬러지 ⑥양주 음식물쓰레기 + 인분케잌 등의 부숙용 혼합 시료를 제조하였다. 음식물쓰레기에 건조된 제지슬러지와 인분케잌을 각각 수분함량이 65%가
- 지렁이 입식 60일 후에는 상자내의 지렁이를 수작업으로 분리하여 표피에 붙은 분변토를 물로 세척한 다음 KIMTOWELS로 표피의 물기를 제거 한 후 생체량을 측정하였다. 제지슬러지를 먹이로 급이한 동일 조건의 대조군을 사용하였고, 각 시료당 반복수는 3개였다.
성능/효과
- 지렁이는 대체로 중성 근처의 pH값을 선호하는 것으로 알려져 있다.12) 따라서, 음식물쓰레기를 제지슬러지와 혼합하여 28일 부숙시킨 시료가 21일동안 부숙시킨 시료나 인분 케잌을 혼합한 시료보다 지렁이 생육 측면에서는 유리할 것으로 판단된다. 이러한 경향은 음식물 쓰레기를 양계에 급이후 나온 계분을 전처리하기 위해 제지슬러지 및 인분 케잌을 이용한 부숙실험에서도 보고된 바 있다.
- 244%로 나타났다.[Table 1] 특히 음식물 쓰레기의 pH, 전기전도도, NaCl농도는 제지슬러지나 인분케잌의 그것들보다 현저하게 낮은 것으로 나타났다.
- 각 지역별 음식물쓰레기의 성상을 살펴보면, pH는 4.2~5.3, 전기전도도는 14,883~20,600㎲/㎝, 수분함량은 73.1~78.2%, 유기물함량은 78.4~ 86.4%, 그리고 NaCl농도는 0.950~1.244%로 나타났다.[Table 1] 특히 음식물 쓰레기의 pH, 전기전도도, NaCl농도는 제지슬러지나 인분케잌의 그것들보다 현저하게 낮은 것으로 나타났다.
- 각 지역별 음식물쓰레기의 이화학적 성상은 큰 차이를 보이지 않았으며, 우리나라의 음식물쓰레기의 전형적인 특성인 높은 수분함량과 유기물함량을 나타내어 부패, 악취 및 침출수 발생의 원인이 될 수 있음을 보여주었다. 음식물쓰레기의 pH값이 낮은 이유는 혐기조건에서의 발효에 의한 유기산이 생성되었기 때문인 것으로 보인다.
- 이것은 인분케잌내의 염류 농도가 제지슬러지내의 농도보다 높아[Table 1] 음식물 쓰레기에 인분케잌을 혼합하여 부숙시켜도 전기전도도도가 크게 낮아지지 않은 것[Table 3]과 관련이 있는 것으로 판단된다. 그러나 음식물 쓰레기가 포함된 먹이에 대한 줄지렁이의 섭식속도는 음식물 쓰레기 발생지역, 부숙용 혼합물의 종류, 부숙기간과 무관하게 제지슬러지만 급이한 경우인 2.9일보다 낮게 나타났다.
- 02g을 나타내었으나, 다른 혼합시료에서는 모두 생체량이 감소하는 경향을 나타내었다. 다른 부숙 음식물 쓰레기에 비해서 비교적 섭식속도가 빨랐던 ‘양주음식물쓰레기+제지슬러지’ 시료의 경우 다른 혼합시료보다는 생체량 감소율이 작았으나, 제지슬러지를 급이한 경우의 절반 수준의 생체량을 나타내, 음식물쓰레기내의 과도한 염류농도 특히 염분농도[Table 1, 3]가 여전히 지렁이 생장에 악영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
- 발생지역에 따른 음식물 쓰레기의 이화학적 성상에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 지렁이가 섭식하기에는 음식물 쓰레기내의 염분 농도가 전반적으로 높게 나타났다. 음식물 쓰레기에 인분케잌을 혼합하여 부숙시켰을 때보다 제지슬러지를 혼합, 부숙시켰을 경우 염류농도 저하효과가 높게 나타났으나 그 수준이 지렁이의 섭식효율과 생장률을 크게 개선시키지는 못하는 것으로 나타났다.
- 유기물량은 토양내의 지렁이 분포에 영향을 주는 요인으로 토양에 유기물이 부족하면 일반적으로 지렁이의 수가 적게 나타난다(Edwards 와 Bohlen, 1996). 본 실험에서 유기물 함량은 혼합당일 75.0~84.9%로 높게 나타났으나, 부숙 과정이 진행될수록 전반적으로 60~70% 정도로 낮아지는 결과를 나타내었다.[Table 5] 유기물함량이 감소한 이유는 부숙 기간동안 미생물의 활동으로 유기물 분해가 이루어져 다소 낮은 값을 나타내는 것으로 사료된다.
- 부숙된 음식물쓰레기를 20g의 줄지렁이게 급이하고 급이 60일 후 줄지렁이의 생체량을 조사한 결과,[Fig. 1] 대조군으로 사용된 제지슬러지에서 줄지렁이는 약 20% 증가된 24.02g을 나타내었으나, 다른 혼합시료에서는 모두 생체량이 감소하는 경향을 나타내었다. 다른 부숙 음식물 쓰레기에 비해서 비교적 섭식속도가 빨랐던 ‘양주음식물쓰레기+제지슬러지’ 시료의 경우 다른 혼합시료보다는 생체량 감소율이 작았으나, 제지슬러지를 급이한 경우의 절반 수준의 생체량을 나타내, 음식물쓰레기내의 과도한 염류농도 특히 염분농도[Table 1, 3]가 여전히 지렁이 생장에 악영향을 미치고 있음을 알 수 있다.
- 발생지역에 따른 음식물 쓰레기의 이화학적 성상에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났으며, 지렁이가 섭식하기에는 음식물 쓰레기내의 염분 농도가 전반적으로 높게 나타났다. 음식물 쓰레기에 인분케잌을 혼합하여 부숙시켰을 때보다 제지슬러지를 혼합, 부숙시켰을 경우 염류농도 저하효과가 높게 나타났으나 그 수준이 지렁이의 섭식효율과 생장률을 크게 개선시키지는 못하는 것으로 나타났다. 따라서 음식물 쓰레기에 대해서 지렁이 처리법을 적용시키기 위해서는 음식물 쓰레기내의 염류농도를 저하시키는 방법의 개발이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
- [Table 7] 섭식속도는 20g의 줄지렁이가 20g의 혼합시료를 섭식하는데 소요된 시간으로 나타내었다. 혼합물의 부숙기간이길어질수록 처리시간이 짧아지는 경향을 나타내었으며, 인분케잌을 혼합한 음식물쓰레기보다는 제지슬러지를 혼합한 시료에서 줄지렁이의 섭식속도가 더욱 빠르게 나타났다. 이것은 인분케잌내의 염류 농도가 제지슬러지내의 농도보다 높아[Table 1] 음식물 쓰레기에 인분케잌을 혼합하여 부숙시켜도 전기전도도도가 크게 낮아지지 않은 것[Table 3]과 관련이 있는 것으로 판단된다.
- 과도한 수분과 더불어 염분은 음식물쓰레기 처리에서 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 혼합전 각 지역의 음식물쓰레기에서 나타난 염분농도는 1%전후로 나타났고, 건조된 제지슬러지와 인분케잌을 혼합한 부숙 21일 후의 시료에서는 0.627~1.352%, 부숙 28일 후의 시료에서는 0.943~1.678%로 나타났다.[Table 6] 이는 염분이 퇴비화 과정 중에서 분해, 소멸되지 않고 잔류되며 수분의 증발로 인하여 농축되어 증가되었다고 볼 수 있다.
후속연구
- 음식물 쓰레기에 인분케잌을 혼합하여 부숙시켰을 때보다 제지슬러지를 혼합, 부숙시켰을 경우 염류농도 저하효과가 높게 나타났으나 그 수준이 지렁이의 섭식효율과 생장률을 크게 개선시키지는 못하는 것으로 나타났다. 따라서 음식물 쓰레기에 대해서 지렁이 처리법을 적용시키기 위해서는 음식물 쓰레기내의 염류농도를 저하시키는 방법의 개발이 선행되어야 할 것으로 판단된다.
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