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문제 정의
- 슬러지를 퇴비로 사용하는 연구는 많이 진행되었으나 품질을 향상시키는 연구는 아직 미비한 실정이다. 본 연구에서는 슬러지 액비의 비효효과를 향상시키기 위해, 호기성 소화 시 공기 공급량의 변화에 따른 질소화합물 변화 특성과 작물 생장영향을 재배 시험을 통해 고찰하였다. 또한 음식물 쓰레기의 일종인 계란 껍질 가루를 시비 시 함께 투여할 때의 액비 품질 제고 여부도 함께 고찰하였다.
- 식품 산업에서 발생하는 폐활성슬러지를 호기성 소화할시 공기공급량에 따른 질산화 효율 및 생산된 액비의 비료로서의 비효효과, 첨가제 사용 시 비효효과를 고찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 슬러지 액비에 부족한 칼륨 성분 등을 보충하기 위한 첨가제의 영향은 계란껍질가루를 이용하여 고찰하였다. 계란 껍질가루를 곱게 빻아 액비에 TS 기준으로 10, 20, 50, 100%의 비율로 첨가하여 비효효과 증대를 모색하였다.
- 본 연구에서는 슬러지 액비의 비효효과를 향상시키기 위해, 호기성 소화 시 공기 공급량의 변화에 따른 질소화합물 변화 특성과 작물 생장영향을 재배 시험을 통해 고찰하였다. 또한 음식물 쓰레기의 일종인 계란 껍질 가루를 시비 시 함께 투여할 때의 액비 품질 제고 여부도 함께 고찰하였다. 본 연구 결과를 향후 산업단지에 적용을 시킨다면 산업단지내 자원순환형 Besiness model을 수립할 수 있을 것으로 사료된다.
- 또한 첨가제가 폐기물/부산물인 경우에는 자원 순환 및 환경오염 제거 효과를 함께 얻을 수 있다. 본 연구에서는 칼륨 함량이 높으며, 칼슘, 마그네슘, 인 성분도 함유한 계란껍질가루21)를 첨가하여 액비 비효효과 증대를 도모하였다. 그 결과 Fig.
- 슬러지 액비에 부족한 칼륨 성분 등을 보충하기 위한 첨가제의 영향은 계란껍질가루를 이용하여 고찰하였다. 계란 껍질가루를 곱게 빻아 액비에 TS 기준으로 10, 20, 50, 100%의 비율로 첨가하여 비효효과 증대를 모색하였다.
- 슬러지 호기성 소화액을 액비로 이용하였을 때 작물 생장에 미치는 영향을 파악하기 위해 재배시험을 실시하였다. 회분식 호기성 소화 40일 후 소화액을 액비로 간주하였으며, 그 조성은 Table 2와 같다.
- 호기성 소화 후 생산된 액비의 비효효과를 분석하기 위해 27±3℃, 습도 60±20%의 Growth chamber (Doori Science, DF-95G4M) 내에서 20일간 재배시험을 실시하였다.
- 회분식 호기성 소화는 최적의 질산화를 유도하기 위해 세 가지 공기 공급량(20, 100, 200 mL/L/min) 조건에서 수행되었다. 세 가지 경우 모두 식종균과 기질은 각각 2.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 실험 장치는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 유효 부피 5 L의 소화조를 중심으로 가용화장치, 공기 펌프, 교반기, 연동펌프, 액비 저장조로 구성되었다. 사용된 슬러지는 대구에 소재한 B사의 폐수처리공정 내 포기조 공정에서 채취한 활성 슬러지를 식종균으로, 활성 슬러지의 농축조에서 채취한 농축 슬러지를 가용화하여 기질로 사용하였다.
- 1에 나타낸 바와 같이 유효 부피 5 L의 소화조를 중심으로 가용화장치, 공기 펌프, 교반기, 연동펌프, 액비 저장조로 구성되었다. 사용된 슬러지는 대구에 소재한 B사의 폐수처리공정 내 포기조 공정에서 채취한 활성 슬러지를 식종균으로, 활성 슬러지의 농축조에서 채취한 농축 슬러지를 가용화하여 기질로 사용하였다. 가용화는 활성 슬러지에 40 meq/L 농도의 NaOH를 주입한 후 1시간동안 7,200 rpm으로 파쇄기를 작동시키면서 수행되어 슬러지 내 고형분을 작은 입자나 용존 상태로 전환시키면서 미생물 대사를 용이하게 하였다.
- 호기성 소화 후 생산된 액비의 비효효과를 분석하기 위해 27±3℃, 습도 60±20%의 Growth chamber (Doori Science, DF-95G4M) 내에서 20일간 재배시험을 실시하였다. 재배 작물은 오이묘목이었으며, 토양구성은 마사토 100 g, 질석 50 g, 퍼라이트 50 g였다. 각 화분의 오이씨는 10개씩, 1 cm 깊이로 심었으며, 모든 화분에는 24시간 간격으로 물을 주었다.
이론/모형
- 13) Total Suspended Solids (TSS), Volatile Suspended Solids (VSS), Chemical Oxygen Demand (COD) 분석 역시 Standard Methods13)를 준용하였다.
- 실험 중 Total Kjeldahl Nitrogen (TKN)은 digestion/distillation/titration, Ammonia Nitrogen (NH3-N)은 distillation/ titration, Nitrogen Dioxide (NO2-N)와 Nitrate Nitrogen (NO3-N)는 digestion/colorimetric method을 이용하여 측정하였다.13) Total Suspended Solids (TSS), Volatile Suspended Solids (VSS), Chemical Oxygen Demand (COD) 분석 역시 Standard Methods13)를 준용하였다.
성능/효과
- 1) 호기성반응조의 공기공급량을 20에서 200 mL/L/min 까지 증가함에 따라 질산화 효율이 31% 향상되었다.
- 초기 15일간 반응이 느렸던 이유는 질산화 독립영양세균이 성장속도가 상대적으로 느리기 때문이며,19) 연속 운전 시에는 5일 이상의 HRT가 유지될 경우 이와 같은 지연 시간은 나타나지 않을 것으로 사료된다.11) 본 연구에서 생산된 액비의 질산성 질소의 농도는 최대 169 mg/L으며, 이때 주입된 유기성 질소의 78%가 질산성 질소로 전환 되었다.
- 18) 공기공급량을 증가시킴에 따라, 15일이 경과한 후 공기를 많이 공급한 순서로 질산성 질소의 농도 및 질산화율이 높아졌다(Fig. 3). 초기 15일간 반응이 느렸던 이유는 질산화 독립영양세균이 성장속도가 상대적으로 느리기 때문이며,19) 연속 운전 시에는 5일 이상의 HRT가 유지될 경우 이와 같은 지연 시간은 나타나지 않을 것으로 사료된다.
- 2) 호기성 소화로 생산된 슬러지 액비는 작물 생장을 향상 시키는 비료로서의 효능이 있었으며, 질산화로 대표되는 호기성 소화 효율의 증대는 비효효과의 증대로 연결되었다.
- 3) 계란껍질가루를 첨가제로 사용한 경우에도 액비 비효 효과가 증대하였다. 소화 시 공기 공급량 증대와 시비 시 첨가제 사용 모두 슬러지 액비의 상품성을 높이는데 활용될 수 있으며, 실제 적용 시에는 경제성 검토를 통해 각 상황에 맞는 효과적인 방법을 선택할 수 있을 것으로 사료된다.
- 현행 국내 법령은 가축분뇨발효액을 원료로 사용할 경우에 대한 액상비료(액비)의 성분 기준을 제시하고 있다. 본 연구에서 생산된 액비의 유해성분 기준은 선행연구20)를 통해 액비의 기준을 충분히 만족시킨다는 결과를 얻을 수 있었으며 규격함량(질소, 인, 칼륨 전량 합계량 0.3% 이상)도 1.28%로 훨씬 더 높아 액비로 충분히 사용가능하다.
- 8, 9). 이러한 결과로 칼륨 등이 풍부한 첨가제 투여가 슬러지 액비의 비효효과 증대에 효과가 있다는 사실을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 또한 음식물 쓰레기의 일종인 계란 껍질 가루를 시비 시 함께 투여할 때의 액비 품질 제고 여부도 함께 고찰하였다. 본 연구 결과를 향후 산업단지에 적용을 시킨다면 산업단지내 자원순환형 Besiness model을 수립할 수 있을 것으로 사료된다.
- 3) 계란껍질가루를 첨가제로 사용한 경우에도 액비 비효 효과가 증대하였다. 소화 시 공기 공급량 증대와 시비 시 첨가제 사용 모두 슬러지 액비의 상품성을 높이는데 활용될 수 있으며, 실제 적용 시에는 경제성 검토를 통해 각 상황에 맞는 효과적인 방법을 선택할 수 있을 것으로 사료된다.
- 4, 5에 나타난 바와 같이 20일 동안 오이묘목을 재배한 결과 예상대로 공기공급량과 이에 따른 질산 농도가 가장 높았던 조건에서 생산된 액비의 비효효과가 가장 높았으며 액비를 첨가하지 않은 오이묘목의 성장이 가장 늦었다. 이를 통해 본 연구에서 생산된 액비가 비료로서의 효과가 있으며, 호기성 소화조 연속운전 시 반응조의 공기 공급량을 적절히 조절함을 통해 최대의 비효 효과를 나타내는 액비를 생산 할 수 있을 것으로 사료된다.
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