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문제 정의
- . 본 연구에서는 음식물쓰레기를 지렁이 먹이로 활용하고 처리 후 발생되는 분변토는 음식물쓰레기 수분조절제 및 토양개량제로 사용하여, 기존의 재활용 방법의 문제점 해결과 아울러 음식물쓰레기 자원화 기술개발을 통한 음식물쓰레기 재활용에 기여할 수 있을 것으로 판단되어 본 연구를 수행하였다.
- 지렁이를 이용하여 음식물쓰레기를 처리하고 처리 후 발생되는 분변토는 음식물쓰레기 수분조절제 및 토양개량제로 사용하여, 기존의 음식물쓰레기 처리방법의 문제점 해결과 아울러 지렁이를 이용한 음식물쓰레기 처리를 통한 음식물쓰레기 자원화를 목적으로 연구한 결과 다음과 같다.
제안 방법
- 이때 음식물쓰레기 분리통에 분리 배출된 음식물쓰레기를 아침, 점심, 저녁 식기 세척수를 이용하여 세척 후 염분농도를 조사하였다. 또한 음식물쓰레기 분쇄공정은 분쇄기를 이용 하여 음식물쓰레기를 각각 원시료, 5mm이상, 2-5mm 및 2mm이하의 크기로 분쇄 후 플라스틱 용기(25×32×15㎝)에 지렁이 안전층과 각각 분쇄된 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g과 혼합후 음식물쓰레기 입자크기에 따른 처리효율을 조사하였으며, 음식물쓰레기 혼합공정은 음식물쓰레기의 수분조절을 위하여 음식물쓰레기와 함수율 30%로 풍건한 분변토를 각각 7:3, 5:5 및 3:7로 혼합하여 스티로폴 용기(260×260×190㎝)에 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g를 투여 한 후 수분조절제 혼합비에 따른 처리효율을 조사하였다. 지렁이 퇴비화장치 운영은 실험장치 하단 부위에 지렁이 안전층 역할의 목적으로 분변토 30㎝를 깔아주고, 지렁이 500g을 입식시킨 후 매일 음식물쓰레기 500g투여 하였다.
- 투여 후 주처리 장치 (지렁이 사육상) 상, 중, 하부분에서 매일 시료를 채취하여 pH, VS, EC, Eh, 염분 등을 15일 동안 측정하였다. 또한 처리 후 실험장치로 분리 배출되는 분변토를 비료공정규격 항목에 준하여 분석하였다6).
- 음식물쓰레기 세척공정 실험은 식기 세척수를 이용하여 음식물쓰레기 염분농도를 지렁이 생육에 적합하게 조절하기 위하여 기존 가정 씽크대에 설치된 찌꺼기 망을 개조하여 음식물쓰레기 분리통으로 사용하였다. 이때 음식물쓰레기 분리통에 분리 배출된 음식물쓰레기를 아침, 점심, 저녁 식기 세척수를 이용하여 세척 후 염분농도를 조사하였다.
- 음식물쓰레기 세척공정 실험은 식기 세척수를 이용하여 음식물쓰레기 염분농도를 지렁이 생육에 적합하게 조절하기 위하여 기존 가정 씽크대에 설치된 찌꺼기 망을 개조하여 음식물쓰레기 분리통으로 사용하였다. 이때 음식물쓰레기 분리통에 분리 배출된 음식물쓰레기를 아침, 점심, 저녁 식기 세척수를 이용하여 세척 후 염분농도를 조사하였다. 또한 음식물쓰레기 분쇄공정은 분쇄기를 이용 하여 음식물쓰레기를 각각 원시료, 5mm이상, 2-5mm 및 2mm이하의 크기로 분쇄 후 플라스틱 용기(25×32×15㎝)에 지렁이 안전층과 각각 분쇄된 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g과 혼합후 음식물쓰레기 입자크기에 따른 처리효율을 조사하였으며, 음식물쓰레기 혼합공정은 음식물쓰레기의 수분조절을 위하여 음식물쓰레기와 함수율 30%로 풍건한 분변토를 각각 7:3, 5:5 및 3:7로 혼합하여 스티로폴 용기(260×260×190㎝)에 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g를 투여 한 후 수분조절제 혼합비에 따른 처리효율을 조사하였다.
- 또한 음식물쓰레기 분쇄공정은 분쇄기를 이용 하여 음식물쓰레기를 각각 원시료, 5mm이상, 2-5mm 및 2mm이하의 크기로 분쇄 후 플라스틱 용기(25×32×15㎝)에 지렁이 안전층과 각각 분쇄된 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g과 혼합후 음식물쓰레기 입자크기에 따른 처리효율을 조사하였으며, 음식물쓰레기 혼합공정은 음식물쓰레기의 수분조절을 위하여 음식물쓰레기와 함수율 30%로 풍건한 분변토를 각각 7:3, 5:5 및 3:7로 혼합하여 스티로폴 용기(260×260×190㎝)에 음식물쓰레기 200g을 지렁이 100g를 투여 한 후 수분조절제 혼합비에 따른 처리효율을 조사하였다. 지렁이 퇴비화장치 운영은 실험장치 하단 부위에 지렁이 안전층 역할의 목적으로 분변토 30㎝를 깔아주고, 지렁이 500g을 입식시킨 후 매일 음식물쓰레기 500g투여 하였다. 투여 후 주처리 장치 (지렁이 사육상) 상, 중, 하부분에서 매일 시료를 채취하여 pH, VS, EC, Eh, 염분 등을 15일 동안 측정하였다.
- 지렁이 퇴비화장치 운영은 실험장치 하단 부위에 지렁이 안전층 역할의 목적으로 분변토 30㎝를 깔아주고, 지렁이 500g을 입식시킨 후 매일 음식물쓰레기 500g투여 하였다. 투여 후 주처리 장치 (지렁이 사육상) 상, 중, 하부분에서 매일 시료를 채취하여 pH, VS, EC, Eh, 염분 등을 15일 동안 측정하였다. 또한 처리 후 실험장치로 분리 배출되는 분변토를 비료공정규격 항목에 준하여 분석하였다6).
대상 데이터
- 지렁이는 김해 지렁이 양식장에 인공양식중인 5~10㎝ 크기의 붉은줄지렁이(Lumbricus rubellus)를 사용하였다. 또한 음식물쓰레기 처리 장치는 [Fig. 1]과 같이 850×550×1,000mm 크기의 스테인레스 재질로 음식물쓰레기 전처리장치와 주처리장치 및 분변토 분리장치로 설계 제작되었으며, 전처리장치에는 음식물쓰레기 분쇄장치와 수분조절제 혼합장치 구성되었다.
- 본 연구에 사용한 음식물쓰레기는 일반 가정의 씽크대에 설치된 음식물쓰레기 분리장치를 이용하여 분리된 음식물쓰레기를 사용하였으며, 음식물쓰레기 수분조절제는 함수율 30%로 풍건된 분변토를 이용하였다. 음식물쓰레기 전처리 가능성 실험에 사용한 지렁이 사육상자는 260×260×190㎜ 크기의 스치로폴 용기에 차광이 가능토록 하였으며, 온도 및 습도는 각각 15~20℃와 70±5%를 유지하였다.
- 음식물쓰레기 전처리 가능성 실험에 사용한 지렁이 사육상자는 260×260×190㎜ 크기의 스치로폴 용기에 차광이 가능토록 하였으며, 온도 및 습도는 각각 15~20℃와 70±5%를 유지하였다. 지렁이는 김해 지렁이 양식장에 인공양식중인 5~10㎝ 크기의 붉은줄지렁이(Lumbricus rubellus)를 사용하였다. 또한 음식물쓰레기 처리 장치는 [Fig.
성능/효과
- 1. 음식물쓰레기 전처리 공정은 세척, 분쇄 및 혼합 등의 공정으로 이루어졌으며, 음식물쓰레기 염분농도는 평균 0.7%로 나타나 지렁이 먹이로 적합하지 않았으나 세척수를 이용하여 세척 공정을 거친 후 0.38%로 낮아져, 지렁이 생육에 적합한 염분농도 조절을 위하여 식기 세척수를 이용한 세척공정이 필요한 것으로 나타났다.
- 2. 지렁이를 이용한 음식물쓰레기 처리 가능성 실험에서 입자의 크기가 작을수록 처리효율이 높은 것으로 나타나 2㎜이하의 분쇄공정이 필요한 것으로 나타났으며, 음식물쓰레기 수분조절을 위한 분변토 혼합은 비율이 높을수록 처리 효율이 높은 것으로 나타났으나, 경제성을 고려 할 때 5:5의 비율이 가장 적합한 것으로 판단된다.
- 3. 음식물쓰레기를 세척, 분쇄, 혼합 등의 전처리 공정을 거친 후 처리장치에 투여, 15일간 운영하면서 처리과정별 pH, EC, Eh, 염분, VS 등의 이화학적 항목을 살펴본 결과 투입전에서 부터 분변토 발생까지 지렁이 생존에 적합한 환경을 유지하여 지렁이를 이용하여 음식물쓰레기 처리가 가능한 것으로 나타났다.
- 4. 음식물쓰레기 처리 후 발생된 분변토는 부숙토제품기준에 적합한 것으로 나타나 지렁이를 이용한 음식물쓰레기 처리 후 발생된 분변토의 재활용이 가능한 것으로 판단된다.
- 또한 퇴비의 원료에 따라 큰 차이가 있으나 퇴비화 초기에는 유기산이 발생되어 산성화가 이루어지며, 퇴비화가 진행되면서 암모니아 발생으로 인하여 알카리성으로 되고 퇴비화 말기에는 암모니아가 질산으로 변화하기 때문에 일반적으로 pH가 낮아지는 경향이 있다9). 따라서 지렁이를 입식하여 음식물쓰레기를 처리하는 과정중 장치내 pH 변화를 살펴본 결과 [Fig. 4]에 나타난 바와 같이 투입초기 장치 상단부분과 처리과정중인 중간부분의 pH는 각각 5.8~7.1, 5.4~6.7의 범위로 지렁이 생육에 적합한 것으로 나타났다. 이는 처리가 진행됨에 따라 pH는 초기상태보다 낮아지는 결과를 나타내는 이12)의 연구와 비슷한 경향이다.
- 5% 이상에서는 사멸하는 것으로 알려져 있다7). 본 연구에 이용한 음식물쓰레기의 특성을 분석한 결과 [Table 1]에 나타난 바와 같이 수분과 염분 등은 수분조절제와 세척을 통한 전처리 공정이 필요한 것으로 나타났으며 그 이외의 항목은 지렁이 먹이로 적합한 것으로 나타났다.
- . 본 연구에서 [Fig. 5]에 나타난 바와 같이 투입초기 장치 상단부분과 처리과정중인 중간부분의 EC는 각각 1.9~2.45, 1.6~2.1mS/cm의 범위와 처리 후 발생되는 분변토의 EC는 1.2~2.3의 범위로 나타나 지렁이 생육에 적합한 범위로 나타났다.
- 따라서 음식물쓰레기를 급이할 때 음식물쓰레기의 산화, 환원전위의 값을 측정하여 음식물쓰레기의 혐기, 호기상태를 파악하면 먹이 급이의 가능성과 처리과정을 파악할 수 있다12). 본 연구에서 투입초기 장치 상단부분과 처리과정중인 중간부분의 Eh 는 [Fig. 6]에 나타난 바와 같이 전체적으로 양 (+)의 값을 나타내어 지렁이의 생육에 적합한 것으로 나타났다. 그러나 6일과 11일째 장치 상단부분의 시료에서 각각 -21mV, -60mV의 음의 값이 나타나 Mitchell 등이 보고한 -100mV에 지렁이가 견딜 수 있는 값에는 포함이 되나 음식물쓰레기 연속처리를 고려할 때 전처리 공정에 주의가 필요한 것으로 판단된다.
- 지렁이는 담수성에 속하는 생물로 무기염류의 농도가 5,000ppm이하에서 생존이 가능한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 [Fig. 7]에 나타난 바와 같이 장치 상단부분과 처리과정 및 처리 후의 염류 농도가 각각 0.18~0.75%, 0.04~0.44% 및 0.07~0.56%으로 나타나 지렁이 생육에 적합한 것으로 나타났다. 그러나 전처리 공정에서 세척수를 이용한 염분의 세척공정에 주의가 필요한 것으로 판단된다.
- 38로 낮아져 음식물쓰레기 염분농도 조절은 식기세척수 재이용으로 가능할 것으로 나타났다. 분쇄공정에서는 음식물쓰레기 입자크기가 2mm와 2~5mm크기에서 각각 총 105g과 37g의 분변토가 발생되었으며, 5mm 이상의 크기와 원시료는 분변토의 발생이 작은 것으로 나타나 음식물쓰레기 분쇄시 입자의 크기가 작을수록 처리효율이 높은 것으로 나타났다[Fig. 2]. 혼합공정에서는 3일째 분변토 발생량이 3:7>5:5>7:3으로 분변토의 혼합비율이 높을수록 음식물쓰레기 처리 효율이 높은 것으로 나타났으나 경제성을 고려할 때 5:5의 비율이 가장 적합한 것으로 판단된다[Fig.
- 본 연구에 사용한 음식물쓰레기는 일반 가정의 씽크대에 설치된 음식물쓰레기 분리장치를 이용하여 분리된 음식물쓰레기를 사용하였으며, 음식물쓰레기 수분조절제는 함수율 30%로 풍건된 분변토를 이용하였다. 음식물쓰레기 전처리 가능성 실험에 사용한 지렁이 사육상자는 260×260×190㎜ 크기의 스치로폴 용기에 차광이 가능토록 하였으며, 온도 및 습도는 각각 15~20℃와 70±5%를 유지하였다. 지렁이는 김해 지렁이 양식장에 인공양식중인 5~10㎝ 크기의 붉은줄지렁이(Lumbricus rubellus)를 사용하였다.
- 음식물쓰레기 전처리 공정은 세척공정, 분쇄공정 및 혼합공정으로 이루어졌으며, 세척공정에서 음식물쓰레기 세척전 평균 0.7%에서 식기세척수를 이용하여 음식물쓰레기 세척 후 염분 농도는 지렁이 생육에 적합한 염분 0.5%이내인 0.38로 낮아져 음식물쓰레기 염분농도 조절은 식기세척수 재이용으로 가능할 것으로 나타났다. 분쇄공정에서는 음식물쓰레기 입자크기가 2mm와 2~5mm크기에서 각각 총 105g과 37g의 분변토가 발생되었으며, 5mm 이상의 크기와 원시료는 분변토의 발생이 작은 것으로 나타나 음식물쓰레기 분쇄시 입자의 크기가 작을수록 처리효율이 높은 것으로 나타났다[Fig.
- 한편 토양개량제로 사용하고자 하는 분변토는 NO3-N 농도가 NH3-N 농도보다 높아야 재활용이 가능한데 본 실험 결과 15일 동안 분변토의 NO3-N와 NH3-N는 [Fig. 12]에 나타난 바와 같이 NO3-N 농도가 NH3-N 농도보다 높게 나타나 분변토을 토양개량제 및 매립지 복토용으로 사용이 가능한 것으로 판단된다.
- 2]. 혼합공정에서는 3일째 분변토 발생량이 3:7>5:5>7:3으로 분변토의 혼합비율이 높을수록 음식물쓰레기 처리 효율이 높은 것으로 나타났으나 경제성을 고려할 때 5:5의 비율이 가장 적합한 것으로 판단된다[Fig. 3].
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