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문제 정의
- 음식물 퇴비화시설의 합리적인 공정설계 및 효율적인 운영을 위해서는 현재 설치되어 있는 음식물 쓰레기 퇴비화공정의 설치 및 운영에 대하여 정밀진단을 통하여 실태를 파악하는 것이 중요하다. 본 연구는 우리나라에 설치된 음식물쓰레기 퇴비화시설 중에서 일처리용량이 0.5톤 이상인 퇴비화시설 40개에 대하여 설치 및 운영상황에 대하여 정밀진단하고 개선방안을 도출하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 본 연구에서는 점검대상 음식물쓰레기 자원화시설을 0.5톤/일인 공정으로 국한하였으며, 우리나라에서 지금까지 공공기관에서 설치되어진 81개의 자원화시설중에서 72개(6개소는 기폐쇄, 3개소는 미제출)에 대하여 점검을 수행하여 퇴비화시설부분만을 분석하였다.
- 음식물쓰레기를 이용하여 퇴비를 생산하여 공급하는 형태에 대하여 조사하였다[Table 7]. 생산된 퇴비는 49%가 전량농가에 공급, 20%가 재발효하여 공급하도록 조치(다시 퇴비화공정으로), 14%가 일부 농가에 공급하고 있었다.
- 현장에서 조사되어진 각 항목에 대하여 분류 가능한 모든 항목에 대하여 분류하여 집계하였으며, 분석항목을 정량적인 것과 정성적인 것을 구분하여 액셀에 의하여 데이터 처리하였다.
대상 데이터
- 3톤으로 5:1에 비율로 혼합되는 것으로 나타났다. 부재료로는 대부분 톱밥을 사용하였으며, EM 발효제를 같이 사용한 시설도 2곳이 있었다. 퇴비화공정에서 가장 중요한 함수율의 조절을 위해 톱밥이 주로 사용되었다고 할 수 있다.
- 점검기간은 2003년도 7월 21일부터 8월 9일까지였으며, 전국단위로 일정한 점검표로 전문가에 의하여 이루어졌다.
- [Table 8]에는 퇴비의 판매여부를 조사하여 나타냈다. 조사된 31개소 중에서 20개소가 무상으로 공급하고 있었으며, 1개소는 역으로 처리비용을 부담하여 공급하고 있었다. 퇴비를 유상으로 판매하고 있는 곳은 10개소로서 톤당 10만원이상으로 판매하고 있는 곳이 4개소, 2만원이상이 3개소, 1만원이상이 2개소.
- 조사항목에 기록한 34개의 시설 중 공기를 공급하는 시설은 14곳에 불과하였다. 공기공급방법은 강제압입식을 채택한 시설이 14곳으로 전부를 차지했다.
- 조사된 31개소 중에서 20개소가 무상으로 공급하고 있었으며, 1개소는 역으로 처리비용을 부담하여 공급하고 있었다. 퇴비를 유상으로 판매하고 있는 곳은 10개소로서 톤당 10만원이상으로 판매하고 있는 곳이 4개소, 2만원이상이 3개소, 1만원이상이 2개소. 1만원미만이 1개소로 조사되었다.
- 현재 환경부 통계에 잡혀있는 퇴비화시설중에서 조사되어진 시설은 41개소로서, 실제 경기도 O시의 경우에는 가동이 되고 있지 않은 것으로부터 조사대상은 40개 시설이었다. 현재 가동되고 있는 40개 시설에 대하여 시도별의 계획처리용량과 실제 처리용량을 [Table 2]에 나타냈다.
성능/효과
- 1) 음식물쓰레기의 반입량을 월평균 및 년 평균값으로 조사한 결과, 월 평균값이 1,101.7톤/일, 년 평균값이 930.9톤/일으로 평균계획용량 1,270.9톤/일에 상당량 미달되는 것으로 나타났다. 음식물쓰레기의 발생량이 여름, 가을에 많고, 봄, 겨울에 적은 것으로 계절별 편차를 극복하기 위하여 설계를 하여야 하나, 상기의 평일값 및 월요일의 최대반입량 조차도 계획량 대비 낮은 것으로부터 실제 발생량을 정확히 조사하고, 처리용량을 결정해야 할 것으로 판단되었다.
- 10) 퇴비의 생산량을 발효조에 투입되는 음식물쓰레기와 부재료의 1일 평균 투입량이 22.8톤이었으며 퇴비로 생산된 량은 7.3톤/일로서 감량율이 68%를 보였다. 이 값은 발효토 투입량에 대하여 약 1/3이 퇴비로 생산되고 있는 것으로 장래 퇴비화시설의 설계에서 고려할 값으로 생각된다.
- 11) 생산된 퇴비의 성상을 색상, 분해열의 잔류여부, 냄새 등으로 양질의 여부를 판단한 결과, 퇴비한 시설의 50%정도는 퇴비화공정이 적정 설치, 운영이 되지 못했다는 것이 밝혀졌다. 생산된 퇴비가 토양에 건전한 형태로 제조되어야 할 것이다.
- 12) 아직까지 음식물 자원화시설에서 생산된 퇴비는 가치가 부여되지 않는 퇴비로서 공급되고 있는 것을 알 수 있다. 퇴비에 가치를 부여하기 위해서는 이전에서 지적된 것과 같이 부숙이 되어진 좋은 퇴비를 생산하여야 할 것이다.
- 3%로 몇몇 곳을 제외하고는 퇴비화에 적합한 수분함량을 보였다. 1일 평균 투입되는 음식물쓰레기의 수분함량은 80%이상이 가장 많았으며, 제주도 S시 퇴비화시설에는 수분 함량이 가장 높은 92%의 음식물쓰레기가 유입되었다. 경기도 Y군의 퇴비화시설에 반입되는 음식 물쓰레기의 수분함량은 20%로 일반적으로 있을 수 없는 것으로 잘못된 자료의 수집으로 판단된다.
- 2) 부재료로 주로 사용되는 톱밥이 최근에 조달이 어려운 것으로부터 톱밥의 량을 최소화할 수 있는 폐열을 이용한 건조, 퇴비의 반송, 탈수효율의 제고 등이 적극적으로 이루어져야할 것이다.
- 3) 퇴비화시설의 입지조건이 공장등록이 불가능한 지역에 위치하여 허가를 득하지 못한 경우가 많았다. 최근에 비료관련법이 개정되면서 무상으로 공급하는 퇴비라도 비료생산업자로 등록을 하여야 하는 것으로부터 농가에서 퇴비를 필요로 하여도 미등록으로 인하여 공급할 수 없는 상황에 놓여있다.
- 남부지역의 몇몇 시설에서는 발효조에 유입되는 공기를 가온하여 공급하거나 반응기 외부에 자켓을 두어 가온하기도 하였다. 3일 동안의 50℃준수여부로 발효조 내에서 적정하게 퇴비화가 진행되는지를 알 수 있는데, 1곳을 제외하고는 이를 잘 준수하는 것으로 나타났다.
- 검은색이 13%, 황갈색 16%, 암갈색 29%, 갈색 42%로 생산된 퇴비의 색상은 대부분 갈색을 띠고 있어 색상면에서 퇴비로서 형태를 갖추고 있는 것을 알 수 있었다. 42%가 이물질을 함유했으며 미선별이 8%인 것으로부터 생산퇴비의 50%가 이물질을 함유한 것으로 나타났다. 생산된 퇴비의 수분함량과 냄새는 [Fig.
- 5) 혼합 시 수분은 50~60%정도로 적절하게 조정되어야 적정한 퇴비화가 되는 것으로부터 혼합된 물성은 수분이 과다하거나 부족해서는 않된다. 톱밥, 음식물쓰레기, 반송퇴비가 적정하게 혼합되어 초기조건을 만족시키도록 해야 할 것이다.
- 6) 1차 발효시설은 체류시간 15일, 후부숙조는 21일된 것은 최소기준인 것으로부터 대상으로 되는 음식물쓰레기의 분해정도, 1차 발효 시설의 종류에 따라서는 분해에 더 많은 시간이 소요됨으로 시설의 특징을 초기에 잘 파악하여 체류시간을 결정할 필요성이 있다.
- 8) 미생물의 산화열에 의하여 발효조가 운영되어 경제성이 확보되어야 하나, 조사에 응한 25개소 중에서 14개소가 발효조에 어떠한 형태이던지 가온을 하고 있는 것으로 조사되었다. 이들 가온시설은 역으로 미생물의 성장을 억제하여 퇴비화반응을 저해될 수 있는 것으로부터, 퇴비화에 있어서 미생물산화열을 이용하여 가능한 수분을 증발시키는 것을 기본으로 설계되어야 한다.
- 9) 퇴비생성물에서 발생하는 이물질 중에서 비닐, 뼈 등과 같이 퇴비에 포함될 시에 위해요인이되는 것은 폐기물로서 처리하는 것이 타당하나, 나무껍질 등 재분해가 가능한 것은 가능한 1차 발효조로 이송하여 재분해함으로서 폐기물의 발생량을 최소화해야 할 것이다.
- 조사되어진 자료를 기반으로 전국에 위치한 퇴비한 시설의 50%정도는 퇴비화공정으로 적정하지 못했다는 것을 알 수 있다. 검은색이 13%, 황갈색 16%, 암갈색 29%, 갈색 42%로 생산된 퇴비의 색상은 대부분 갈색을 띠고 있어 색상면에서 퇴비로서 형태를 갖추고 있는 것을 알 수 있었다. 42%가 이물질을 함유했으며 미선별이 8%인 것으로부터 생산퇴비의 50%가 이물질을 함유한 것으로 나타났다.
- 생성된 퇴비는 흙냄새만이 나고, 발효공정상에서 발생되는 냄새가 퇴비에 나서는 안된다. 냄새가 없는 생성물을 배출하는 시설은 2곳인 것으로 아직까지 미숙된 것을 알 수 있으며, 실온에 비교하여 30℃이상 열이 발생하는 시설이 6곳으로 가장 많았으며, 열발생이 없이 안정화가 된 시설이 3곳이었다. 이러한 결과로부터 현재 설치되어진 후숙시설의 생성물에서 냄새가 나고, 실온으로 비교하여 온도가 높은 것은 유기물이 충분히 안정화되지 않은 것을 의미하게 된다.
- 지금까지 설치되어진 자원화설비는 대부분 설계기준 및 공정기준이 확립되지 않아 문제가 발생한 것이며, 또한 지금까지 전처리기술 및 본처리기술에 안정성이 확보되지 않아 시행착오를 겪어야 했다. 또한 음식물쓰레기 자원화시설은 대부분이 플랜트설비로서 기계장비를 위주로 설치되고, 일부토목 및 건축, 전기 등의 계장으로 이루어지는 것과 기계의 노후화, 내구연한이 정해져 있는 것으로부터 정기적으로 소수선, 대수선이 이루어져야 하나, 운영단계에서 정비가 잘 이루어지지 않아 시설의 가동율이 저하되는 현상을 보여주었다.2)
- 8톤이 유입되어 평균반입 계획량에는 어느 정도 일치하는 경향을 보였으며, 최대용량에 대해서는 반입량이 적은 것으로부터 일부 시설에서는 과대용량으로 설계되어 있음을 알 수 있다. 또한 휴일이 겹친 다음날, 즉 월요일에 반입되는 량이 평일에 비교하여 어느정도 반입되는 지를 조사한 결과, 평일 평균 반입량에 대하여 34.07%가 더 많이 유입되는 것을 알 수 있었다.
- [Table 4]는 1차발효조의 가온 여부에 대하여 조사한 결과이다. 미생물의 산화열에 의하여 발효조가 운영되어 경제성이 확보되어야 하나, 조사에 응한 25개소 중에서 14개소가 발효조에 어떠한 형태이던지 가온을 하고 있는 것으로 조사되었다. 열풍에 의한 가온과 반응기의 외부에 자켓을 두어 가온하는 것으로 구분할 수 있으며, 열풍을 100℃이상으로 가온하고 있는 곳도 있는 실정이다.
- 본 표에서 알 수 있는 것과 같이 퇴비화시설로서 설치되어진 계획용량은 최소 887.7톤/일, 평균 1,270.9톤/일, 최대 2,016.9 톤/일로 조사되었다.
- 경기도 Y군의 퇴비화시설에 반입되는 음식 물쓰레기의 수분함량은 20%로 일반적으로 있을 수 없는 것으로 잘못된 자료의 수집으로 판단된다. 부재료로 주로 사용되는 톱밥의 평균 수분함량은 30%로서 일반적인 톱밥의 평균 수분함량보다 약간 높게 나타났다. 몇몇 지자체에서 오기로 추정되는 60~70%의 높은 수분함량과 5%의 낮은 수분함량의 기록도 있었다.
- 생산퇴비의 공급방법에 대하여 조사한 결과, 농가에서 직접운반하여 가는 곳이 11개소, 농가까지 운반하여 주는 곳이 11개소로 조사되었다. 1개소는 위탁업체에게 위탁하여 운반하고 있었다.
- 12]에 나타냈다. 수분함량이 50%를 상회하는 시설이 18%이고, 40%미만으로 적정한 퇴비를 생산한 시설은 61%로 나타났다. 생산된 퇴비에서 흙냄새가 나는 시설은 59%로 나타났다.
- 체류시간이 5일 이내로 전혀 지키지 못하는 시설도 4곳이었다. 시설 4곳 모두 발효조의 용적이 10㎥미만의 너무 적은 용량으로 설계하여 반입되는 음식물쓰레기를 적절하게 처리하지 못하고 배출하는 것으로 나타났다. 발효조의 용량을 증설하는 방안을 강구하거나 처리 용량 이상의 원료반입을 막아야 할 것이다.
- 이러한 반입량을 월평균 및 년 평균값으로 조사한 결과, 월 평균값이 1,101.7톤/일, 년평균값이 930.9톤/일으로 평균계획용량 1,270.9톤/일에 상당량 미달되는 것으로 나타났다. 실제 음식물쓰레기의 발생량이 여름, 가을에 많고, 봄, 겨울에 적은 것으로 계절별 편차를 극복하기 위하여 설계를 하여야 하나, 상기의 평일 값 및 월요일의 최대반입량 조차도 계획량 대비 낮은 것으로부터 실제 발생량을 정확히 조사하고, 처리용량을 결정해야 할 것으로 판단되었다.
- 이러한 조사결과로부터 아직까지 음식물 자원화시설에서 생산된 퇴비는 가치가 부여되지 않는 퇴비로서 공급되고 있는 것을 알 수 있다. 퇴비에 가치를 부여하기 위해서는 전술한 바와 같이 부숙이 완전히 되어진 퇴비를 생산하도록 하여야한다.
- 조사되어진 시설 중에서 생산량을 명기한 19개 시설에 대하여 조사한 결과, 발효조에 투입되는 음식물쓰레기와 부재료의 1일 평균 투입량이 22.8톤이었으며 퇴비로 생산된 량은 7.3톤/일로서 감량율이 68%를 보였다. 이 값은 발효토 투입량에 대하여 약 1/3이 퇴비로 생산되고 있는 것으로 장래 퇴비화시설의 설계에서 고려할 값으로 생각된다.
- 후숙 생성물의 색상 중에는 흙색이 가장 많았다. 조사된 색상으로만 보아 안정화 정도를 판별하면 대부분의 시설이 후숙이 적절히 이루어진 것으로 나타났다. 생성된 퇴비는 흙냄새만이 나고, 발효공정상에서 발생되는 냄새가 퇴비에 나서는 안된다.
- 조사항목에 기록한 시설의 퇴비화공정에 투입되는 1일 평균 음식물쓰레기 및 부재료의 투입량(전 처리 후에 주공정으로 투입되는 량)은 16.2톤과 3.3톤으로 5:1에 비율로 혼합되는 것으로 나타났다. 부재료로는 대부분 톱밥을 사용하였으며, EM 발효제를 같이 사용한 시설도 2곳이 있었다.
- 4) 이물질의 유입, 기계의 노후 등의 고장에 의하여 퇴비화시설의 가동이 정지되는 경우가 있다. 주된 고장원인 기기는 발효시설과 파쇄시설로 나타났으며, 금속류 이물질유입은 파쇄시설의 고장에 주된 원인이 되며, 음식물쓰레기 자체 내에 함유된 염분에 의한 부식도 시설의 노후와 고장을 일으키는 것으로 사료된다. 고장 및 부식에 대비한 설계가 요구된다.
후속연구
- 9톤/일에 상당량 미달되는 것으로 나타났다. 실제 음식물쓰레기의 발생량이 여름, 가을에 많고, 봄, 겨울에 적은 것으로 계절별 편차를 극복하기 위하여 설계를 하여야 하나, 상기의 평일 값 및 월요일의 최대반입량 조차도 계획량 대비 낮은 것으로부터 실제 발생량을 정확히 조사하고, 처리용량을 결정해야 할 것으로 판단되었다.
- 9톤/일에 상당량 미달되는 것으로 나타났다. 실제 음식물쓰레기의 발생량이 여름, 가을에 많고, 봄, 겨울에 적은 것으로 계절별 편차를 극복하기 위하여 설계를 하여야 하나, 상기의 평일 값 및 월요일의 최대반입량 조차도 계획량 대비 낮은 것으로부터 실제 발생량을 정확히 조사하고, 처리용량을 결정해야 할 것으로 판단되었다.
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