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문제 정의
- 따라서 본 연구는 목초액을 처리하였을 때 퇴비화 과정 중 이화학성의 변화와 부숙도 평가지표에 대해 어떠한 영향을 미치는 가를 분석 및 조사하여 퇴비에 대한 목초액의 부숙 촉진효과를 구명할 뿐만 아니라 유기 폐자원인 목초액의 활용방안 확대를 위하여 수행하였다.
제안 방법
- 시료의 채취와 분석방법 본 실험의 분석용으로 사용할 시료는 4일째 (뒤집기 하지 않음)를 제외한 뒤집기 직후인 1, 4, 10. 15, 25, 40, 50, 60일째에 채취하였다. 채취된 시료는 분석 전까지 -4℃ 이하의 냉동고에 저장하였으며, 분석용 시료는 음지에서 풍건하여 분석할 대상성분에 따라 0.
- Evaluation of composting using the round paper chromatography method. The chromatograms of 1st, 2nd, 3rd, 4th and 5th were obtained from compost extracts after 1 day, 10 days, 25 days, 40 days and 50 days composting, respectively.
- 또한 퇴비 시료의 총탄소는 dry-ash법 그리고 질소는 Kjeldahl법으로 분석하였다. pH 및 EC는 1:5법으로 측정하였고, 퇴비화 기간 중의 퇴비의 온도를 측정하기 위해 디지털 온도계 (HY-550)를 이용하여 약 30 cm 되는 퇴적더미의 중심부에서 매일 측정하였다.
- 5 및 2 mm 체를 통과하도록 분쇄하여 비닐봉지에 보관하였다. 공시 퇴비 시료의 무기원소 분석은 HC16로 분해한 후 ICP (PE-Optima 3300DV) 와 원 자 흡 광 분 광 기 (SHIMADZU AA-6800)로 측정하였다. 또한 퇴비 시료의 총탄소는 dry-ash법 그리고 질소는 Kjeldahl법으로 분석하였다.
- 총질소는 Kjeldahl법, 유기물은 Tyurin 법, 총인산은 HC16로 분해한 후 분광광도계로 측정하였다. 또한 수용성 양이온과 미량이온 및 중금속 등의 이온은 ICP (PE-Optima 3300 DV)를 이용하여 분석하였다. 산도는 페놀프탈레인 지시약을 넣은 후 0.
- 목초액의 물리성 항목으로 비중은 15±1℃ 의 저온항온 순환수조에서 비중계를 이용하여 측정하였다. 또한 용해 타르는 600±l℃ 의 전기로에 도가니를 충분히 건조시킨 후 시료 20 g을 넣고 105℃ 건조기에서 48시간 동안 건조 후 중량을 측정하였으며, 굴절률은 Brix refractor를 이용하였다.
- 퇴비 침출액을 여과하고 여액 1 mL를 Conway unit cap 안에 넣어 약 30분간 전개시켜 크로마토그램을 얻었다. 또한 퇴비의 색도 Y value는 Hunter color lab difference meter (Hunter model D25 optical sensor)를 이용하여 수치화하였다. 식물 독성시험은 다음과 같이 수행하였다.
- 퇴비제조를 위하여 돈분과 톱밥을 6:4 부피비율로 혼합하였고. 목초액 처리는 무처리인 관행구와 목초액 100배 및 300배 희석액을 원료혼합 시에 처리하였고. 처리후 10일과 25일에도 동일하게 처리하였으며 희석액의 관수와 함께 뒤집기를 병행하였다.
- 1 N NaOH 용액으로 중화점을 찾아 적정한 값으로 계산하였다. 목초액의 물리성 항목으로 비중은 15±1℃ 의 저온항온 순환수조에서 비중계를 이용하여 측정하였다. 또한 용해 타르는 600±l℃ 의 전기로에 도가니를 충분히 건조시킨 후 시료 20 g을 넣고 105℃ 건조기에서 48시간 동안 건조 후 중량을 측정하였으며, 굴절률은 Brix refractor를 이용하였다.
- ) 정제 목초액은 S회사로부터 공급받았다. 정체식 제조법에 의해 약 6개월간 방치 후 상층의 경질유와 하층의 중질유를 제거한 다음 중층만을 취하여 시료로 사용하였다. 원료의 이화학적 특성과 중금속 함량은 Table 1, 2 및 3에 나타냈다.
- 15, 25, 40, 50, 60일째에 채취하였다. 채취된 시료는 분석 전까지 -4℃ 이하의 냉동고에 저장하였으며, 분석용 시료는 음지에서 풍건하여 분석할 대상성분에 따라 0.5 및 2 mm 체를 통과하도록 분쇄하여 비닐봉지에 보관하였다. 공시 퇴비 시료의 무기원소 분석은 HC16로 분해한 후 ICP (PE-Optima 3300DV) 와 원 자 흡 광 분 광 기 (SHIMADZU AA-6800)로 측정하였다.
- 목초액 처리는 무처리인 관행구와 목초액 100배 및 300배 희석액을 원료혼합 시에 처리하였고. 처리후 10일과 25일에도 동일하게 처리하였으며 희석액의 관수와 함께 뒤집기를 병행하였다. 이때 관행구는 수분조절을 위하여 물을 같은 조건으로 공급하였다.
- 이때 관행구는 수분조절을 위하여 물을 같은 조건으로 공급하였다. 최종적으로 목초액과 물을 관수하여 약 55-60% 수준의 수분함량으로 조절하였으며, 퇴적더미의 송풍은 1일 30분간 실시하였다. 시료의 채취와 분석방법 본 실험의 분석용으로 사용할 시료는 4일째 (뒤집기 하지 않음)를 제외한 뒤집기 직후인 1, 4, 10.
- 파이프를 설치하였다. 퇴비제조를 위하여 돈분과 톱밥을 6:4 부피비율로 혼합하였고. 목초액 처리는 무처리인 관행구와 목초액 100배 및 300배 희석액을 원료혼합 시에 처리하였고.
- 돈분과 톱밥 원료의 화학성과 중금속 함량은 Table 5와 Table 6에 나타내었다. 퇴비화 시설 및 목초액 처리 목초액을 이용한 퇴비화 실험은 정체식 시설 (aerated static pile, ASP) 을 통하여 수행되었다 (Fig. 1). 정체식 시설의 규모는 각 처리구당 약 1.
- 식물 독성시험은 다음과 같이 수행하였다. 환류냉각장치에 퇴비를 넣고 약 70℃에서 2시간 동안 증류수로 추출하여 여과한 후, 여과지 (Whatman No. 42, 0 9 cm) 가 깔린 petri dish에 여과액 7 mL를 넣고 건실한 배추 종자를 파종하여 상대습도 50%, 온도 28℃ 의 배양기에서 5일간 생육시켜 발아된 종자의 발아율과 뿌리 길이를 조사하여 Germination Index (GI)를 구하였다. 계산 방법은 GI = Rt .
대상 데이터
- 목초액 본 연구에 공시원료로 사용된 참나무류 (Quercus spp.) 정제 목초액은 S회사로부터 공급받았다. 정체식 제조법에 의해 약 6개월간 방치 후 상층의 경질유와 하층의 중질유를 제거한 다음 중층만을 취하여 시료로 사용하였다.
- 퇴비화 재료 본 연구의 퇴비화 과정에 사용된 돈분은 충남 논산축협 양돈단지에서 탈수된 것으로 초기 수분함량 약 70-80%정도의 시료를 채취하였으며, 수분조절제로 사용된 톱밥(수분함량 약 10%)은 목재 제재소에서 구입하였다. 돈분과 톱밥 원료의 화학성과 중금속 함량은 Table 5와 Table 6에 나타내었다.
이론/모형
- 공시 퇴비 시료의 무기원소 분석은 HC16로 분해한 후 ICP (PE-Optima 3300DV) 와 원 자 흡 광 분 광 기 (SHIMADZU AA-6800)로 측정하였다. 또한 퇴비 시료의 총탄소는 dry-ash법 그리고 질소는 Kjeldahl법으로 분석하였다. pH 및 EC는 1:5법으로 측정하였고, 퇴비화 기간 중의 퇴비의 온도를 측정하기 위해 디지털 온도계 (HY-550)를 이용하여 약 30 cm 되는 퇴적더미의 중심부에서 매일 측정하였다.
- pH는 pH meter (Mettler Toledo MP 220)로, EC는 EC meter (TOA CM-UP) 를 이용하였다. 총질소는 Kjeldahl법, 유기물은 Tyurin 법, 총인산은 HC16로 분해한 후 분광광도계로 측정하였다. 또한 수용성 양이온과 미량이온 및 중금속 등의 이온은 ICP (PE-Optima 3300 DV)를 이용하여 분석하였다.
- 퇴비 부숙도 측정 원형여지 크로마토그래피 방법으로 부숙도를 측정하였다. 0.
성능/효과
- 반면 목초액처리구에서는 감소 정도가 커서 관행구보다 낮은 값의 결과를 보였는데. PAL-100의 탄질률은 PAL-300 처리구보다 낮은 경향을 보였으며 최종 시료의 분석결과 PAL-100과 PAL-300 처리구의 탄질율은 각각 24.3과 29.6이었다. 퇴비화과정중 최초 탄질율에 대한 최종 탄질율의 비는 관행구에서 0.
- 8은 항온 수조기에서 퇴비시료를 추출한 침출액을 전개한 원형 여지 크로마토그래피를 나타내는 것이다. 각 처리구들을 살펴보면 관행구 톱니모양의 변화는 퇴비화가 50일이 경과한 후에야 조금씩 날카롭게 나타났다. 그러나 목초액을 처리한 PAL-100과 PAL-300 처리구는 퇴비화가 약 25일 경과하면서 외각테두리가 날카로운 톱니 모양처럼 전개되었다.
- 2에 나타내었으며, 초기의 원료배합 후 퇴비더미의 온도는 약 28±1℃로 실온과 유사하였으나, 약 10일이 경과한 후 관행구에서 60℃ 전후의 온도, 100배 희석 처리한 PAL-100에서는 가장 높은 70℃ 그리고 300배 희석 처리한 PAL-300 처리 구에서는 약 65℃ 정도로 상승하였다. 관행구보다 목초액 처리구에서 초기 온도 상승이 빨랐으며, 특히 PA- 100에서는 퇴비화 7일 (관행구 13일째, PA-300 10일째) 만에 최고의 온도를 보였다. 그러나 목초액 처리 구와 관행구 모두 약 15일 후부터 차츰 온도가 감소하는 경향을 보여 이때 2차 뒤집기를 하였으며 관행 구에서는 온도가 초기와 같은 약 60℃ 정도로 상승하였다.
- 이러한 현상들로 관행구에서는 퇴비화 과정이 아직 안정화 되지 않은 상태임을 확인할 수 있었다. 그리고 40일과 50일째에 5차 및 6차 뒤집기 작업을 수행한 결과, 목초액처리구인 PAL-100과 PAL-300 처리구에서 모두 온도변화가 안정한 상태로 유지되었으며, 뒤집기의 효과는 없었다. 반면 관행구에서는 뒤집기 작업 후 약간의 온도 상승이 나타났으며, 60일째 이후에 온도가 안정화 되었다.
- 62로 나타나 PAL-100 처리구가 가장 낮은 결과를 보였다. 따라서 PAL-100 처리 구가 퇴비화의 안정화에 적용되는 탄질율 지표범위에 조기에 근접함을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 보인 것은 목초액에 의한 초기 유기물분해 과정에 목초액의 화학적 특성상 저분자 유기화합물로 구성되어있기 때문에 고온성 미생물의 생활원으로써 영양원과 에너지원인 탄소와 질소를 공급할 뿐만 아니라 미생물 증식에 따른 유기물의 분해를 촉진하여 목초액 처리구에서 효과를 보인 것으로 판단된다.
- 최종 60일째 퇴비시료의 GI 값은 PAL-100 처리 구에서 약 120의 값을 보이면서 식물의 발아에 대한 독성성분들이 완전히 배제되었음을 보였다. 따라서 식물 독성실험 결과로 볼 때 돈분 퇴비화 과정은 관행 구의 경우 대략 40-50일 이후에서 GI가 안정된 것으로 보이며, 목초액을 100에서 300배 희석 처리한 경우에는 퇴비화 시작 후 약 25일경에 GI 값이 공정규격상의 안전범위에 드는 것으로 나타났다 (Fig. 9). GI 검정법은 퇴비의 부숙도와 식물에 대한 안전성을 최종적 으로 동시에 평가할 수 있는 유용한 생물학적 검정방법이며 가장 정확한 수단으로 이는 퇴비의 추출물에 대한 식물의 반응을 가시적으로 조사할 수 있기 때문이다 (Chang et al.
- 따라서 총탄소와 총질소의 변화에 따른 탄질율(C/N ratio)의 변화는 관행구의 경우 감소하는 경향을 보였지만 감소 정도가 적어 최종 퇴비시료분석 결과 C/N 비는 약 37을 나타냈다. 반면 목초액처리구에서는 감소 정도가 커서 관행구보다 낮은 값의 결과를 보였는데.
- 높게 축중합된 성분은 중앙에 남아있다고 보고하였으며, 이러한 현상은 부식의 생성과 단계별 분해정도를 나타낸다. 본 연구에서는 PAL-100 처리구가 가장 신속히 전개되었으며 이는 퇴비더미 내 미생물군집의 증가를 가져오는 초산류를 주로 한 유기산들이 목초액에 함유되어 있기 때문에 저농도의 목초액 시용은 유기물의 분해과정 중 부숙을 촉진하여 이동성이 빠른 단량체 화합물의 생성을 많게 해 주는 것으로 판단된다. 식물독성시험 모든 처리구들에서 퇴비화 60일까지 지속적으로 GI는 증가하였고, 특히 목초액 처리 구인 PAL-100 처리구에서 가장 두드러진 값을 보였다.
- 본 연구에서는 PAL-100 처리구가 가장 신속히 전개되었으며 이는 퇴비더미 내 미생물군집의 증가를 가져오는 초산류를 주로 한 유기산들이 목초액에 함유되어 있기 때문에 저농도의 목초액 시용은 유기물의 분해과정 중 부숙을 촉진하여 이동성이 빠른 단량체 화합물의 생성을 많게 해 주는 것으로 판단된다. 식물독성시험 모든 처리구들에서 퇴비화 60일까지 지속적으로 GI는 증가하였고, 특히 목초액 처리 구인 PAL-100 처리구에서 가장 두드러진 값을 보였다. 최종 60일째 퇴비시료의 GI 값은 PAL-100 처리 구에서 약 120의 값을 보이면서 식물의 발아에 대한 독성성분들이 완전히 배제되었음을 보였다.
- PAL-300 처리구에서도 유사한 경향이었다. 약 60일 후 최종 퇴비시료의 총탄소는 관행구 47.6%, PAL-100 41.5%, 그리고 PAL-300은 45.0%로 감소하였다. 총질소의 초기함량은 약 1.
- 3에서 보는 바와 같다. 우선은 퇴비화가 진행되는 약 5일 동안의 pH 변화를 보면 초기 1일차의 pH 8.2가 관행구에서는 8.1 로, PAL-100과 PA-300 처리구에서는 각각 pH 7.9, 8.0으로 감소되는 결과를 보였다. 이는 위에서 언급한 바와 같이 초기 고온성미생물들에 의해 유기물질들이 분해되는 과정에서 유기산 생성 및 축적에 의한 것으로 추정된다.
- 4, 5, 6과 같다. 총탄소 함량의 변화는 관행구보다 목초액을 시용한 처리구에서 급격히 감소하는 경향을 보였다. 특히 PAL-100 처리구에서는 초기의 감소폭이 지속적으로 증가하면서 약 40일후에는 급격히 감소하여 초기의 총탄소에 대해 약 21.
- 식물독성시험 모든 처리구들에서 퇴비화 60일까지 지속적으로 GI는 증가하였고, 특히 목초액 처리 구인 PAL-100 처리구에서 가장 두드러진 값을 보였다. 최종 60일째 퇴비시료의 GI 값은 PAL-100 처리 구에서 약 120의 값을 보이면서 식물의 발아에 대한 독성성분들이 완전히 배제되었음을 보였다. 따라서 식물 독성실험 결과로 볼 때 돈분 퇴비화 과정은 관행 구의 경우 대략 40-50일 이후에서 GI가 안정된 것으로 보이며, 목초액을 100에서 300배 희석 처리한 경우에는 퇴비화 시작 후 약 25일경에 GI 값이 공정규격상의 안전범위에 드는 것으로 나타났다 (Fig.
- 6이었다. 퇴비화과정중 최초 탄질율에 대한 최종 탄질율의 비는 관행구에서 0.78, PALT00과 PAL-300 처리구에서 각각 Q51과 0.62로 나타나 PAL-100 처리구가 가장 낮은 결과를 보였다. 따라서 PAL-100 처리 구가 퇴비화의 안정화에 적용되는 탄질율 지표범위에 조기에 근접함을 확인할 수 있었다.
- 총탄소 함량의 변화는 관행구보다 목초액을 시용한 처리구에서 급격히 감소하는 경향을 보였다. 특히 PAL-100 처리구에서는 초기의 감소폭이 지속적으로 증가하면서 약 40일후에는 급격히 감소하여 초기의 총탄소에 대해 약 21.8% 정도나 감소하는 결과를 보였고. PAL-300 처리구에서도 유사한 경향이었다.
- 목초액처리 구가 관행구보다 증가량이 높았으며. 특히 PAL-100에서는 약 10일 후부터 크게 증가하여 최종시료에서는 약 1.8%를 보였다.
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