가축사체 랜더링 부산물의 액비화를 위한 산 및 알칼리 분해제별 분해율과 분해속도 평가 Degradation Rate and Velocity under Different Acidic and Alkaline Degradation Agents for Liquid Fertilizer of Rendering By-product원문보기
현행 살처분 가축사체의 처리방안 중 하나인 랜더링 처리방법을 사용하여 나온 부산물을 액비화 시키기 위해 산 및 알칼리 분해제를 사용하여 액화시켰으며, 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 분해율과 분해속도를 조사하였다. 산 및 알칼리 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 잔존량을 조사한 결과 분해제 중 가장 높은 잔존량을 나타낸 것은 $HNO_3$으로 다른 분해제는 10분이 경과한 후 랜더링 부산물의 잔존량이 대부분 50% 이하로 나타났다. 랜더링 부산물의 분해속도 K ($hr^{-1}$)는 KOH의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 25% > 30% > 20% > 15% > 10%순으로 25%를 넣어줬을 때 가장 빨리 분해가 되었다. $H_2SO_4$의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 30% > 25% > 20% > 15% > 10%순으로 넣었을 때 빨리 분해되었으며, NaOH도 이와 비슷한 경향이었다. 분해제별 랜더링 부산물의 분해율은 $HNO_3$의 경우에는 순도가 약 61% 정도로 다른 분해제들보다 낮아 분해율이 현저히 떨어졌으며, KOH, NaOH 및 $H_2SO_4$의 경우에는 랜더링 부산물을 25%와 30%를 넣었을 때 큰 차이가 없어 경제성 및 효율성을 고려하였을 때 분해제를 랜더링 부산물의 무게 대비 25%를 넣었을 경우가 가장 적합하다고 판단된다.
현행 살처분 가축사체의 처리방안 중 하나인 랜더링 처리방법을 사용하여 나온 부산물을 액비화 시키기 위해 산 및 알칼리 분해제를 사용하여 액화시켰으며, 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 분해율과 분해속도를 조사하였다. 산 및 알칼리 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 잔존량을 조사한 결과 분해제 중 가장 높은 잔존량을 나타낸 것은 $HNO_3$으로 다른 분해제는 10분이 경과한 후 랜더링 부산물의 잔존량이 대부분 50% 이하로 나타났다. 랜더링 부산물의 분해속도 K ($hr^{-1}$)는 KOH의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 25% > 30% > 20% > 15% > 10%순으로 25%를 넣어줬을 때 가장 빨리 분해가 되었다. $H_2SO_4$의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 30% > 25% > 20% > 15% > 10%순으로 넣었을 때 빨리 분해되었으며, NaOH도 이와 비슷한 경향이었다. 분해제별 랜더링 부산물의 분해율은 $HNO_3$의 경우에는 순도가 약 61% 정도로 다른 분해제들보다 낮아 분해율이 현저히 떨어졌으며, KOH, NaOH 및 $H_2SO_4$의 경우에는 랜더링 부산물을 25%와 30%를 넣었을 때 큰 차이가 없어 경제성 및 효율성을 고려하였을 때 분해제를 랜더링 부산물의 무게 대비 25%를 넣었을 경우가 가장 적합하다고 판단된다.
In order to develop liquid fertilizer using rendering by-product, rates and velocities of degradation from rendering by-product using pig cadaver investigated under different amount of injection and time with degradation agents (KOH, NaOH, $HNO_3$ and $H_2SO_4$). The amount of ...
In order to develop liquid fertilizer using rendering by-product, rates and velocities of degradation from rendering by-product using pig cadaver investigated under different amount of injection and time with degradation agents (KOH, NaOH, $HNO_3$ and $H_2SO_4$). The amount of residue by degradation agent of $HNO_3$ treatment method was higher than that in KOH, NaOH and $H_2SO_4$ treatment methods. The degradation velocities (K; $hr^{-1}$) of rendering by-product in KOH treatment method were higher in the order of 25% ($0.0309hr^{-1}$) > 30% ($0.0268hr^{-1}$) > 20% ($0.0142hr^{-1}$) > 15% ($0.0111hr^{-1}$) > 10% ($0.0102hr^{-1}$) of weight of rendering by-product. In all conditions, the degradation velocity of rendering by-product using $H_2SO_4$ 30% of weight of rendering by-product was rapid than that for KOH, NaOH and $HNO_3$ treatment methods. Degradation rates of rendering by-product using NaOH were similar to that of KOH and $H_2SO_4$ except for $HNO_3$ under injecting 25% and 30% of rendering by-product weight.
In order to develop liquid fertilizer using rendering by-product, rates and velocities of degradation from rendering by-product using pig cadaver investigated under different amount of injection and time with degradation agents (KOH, NaOH, $HNO_3$ and $H_2SO_4$). The amount of residue by degradation agent of $HNO_3$ treatment method was higher than that in KOH, NaOH and $H_2SO_4$ treatment methods. The degradation velocities (K; $hr^{-1}$) of rendering by-product in KOH treatment method were higher in the order of 25% ($0.0309hr^{-1}$) > 30% ($0.0268hr^{-1}$) > 20% ($0.0142hr^{-1}$) > 15% ($0.0111hr^{-1}$) > 10% ($0.0102hr^{-1}$) of weight of rendering by-product. In all conditions, the degradation velocity of rendering by-product using $H_2SO_4$ 30% of weight of rendering by-product was rapid than that for KOH, NaOH and $HNO_3$ treatment methods. Degradation rates of rendering by-product using NaOH were similar to that of KOH and $H_2SO_4$ except for $HNO_3$ under injecting 25% and 30% of rendering by-product weight.
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문제 정의
따라서 본 연구는 현행 살처분 가축사체의 처리방안 중 하나인 랜더링 처리방법을 사용하여 나온 부산물을 액비화시키기 위해서 산 및 알칼리 분해제를 사용하여 액화시켰으며, 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 분해율과 분해속도를 평가하였다.
제안 방법
따라서 위의 식에서 랜더링 부산물의 분해속도 상수 K는 랜더링 부산물의 주입량 (C0)에 대한 각각의 산 및 알칼리 분해제를 이용한 랜더링 부산물의 잔존량 (C)의 농도비율 (C/C0)을 이용하여 조사하였으며, 그에 대한 반응속도 방정식은 ln (C/C0)=-Kt의 1차 반응속도식과 같다 (Park et al., 2011; Seo et al., 2005).
또한 각각의 분해제별 기초자료로서 활용하고 랜더링 부산물의 분해효율 극대화를 평가하기 위해 분해가 시작되고 난 후부터 60분까지 총 6번의 분해과정의 결과를 이용하여 각각의 분해제별 분해속도를 조사하였다. 랜더링 부산물의 분해속도는 1차 반응으로 가정하여 V=KC로 정의할 수 있으며, 반응속도 V는 하나의 분해제 주입량과 관계될 때 순간 적인 시간 dt에서 농도 C가 dc만큼 변하는 순간으로 -dc/dt로 정의된다.
, 순도 61%의 액상)을 사용하였고, 알칼리로 수산화칼륨 (KOH, 순도 85%의 pellet) 및 수산화나트륨 (NaOH, 순도 97%의 pellet)을 사용하였다. 모든 실험은 랜더링 부산물 5 g을 250 mL 삼각플라스크에 넣은 후 산 및 알칼리 분해제를 각각 랜더링 부산물 무게의 10% (0.5 g), 15% (0.75 g), 20% (1 g), 25% (1.25 g) 및 30% (1.5 g)되게 주입하였다 (액상 분해제의 경우에는 mL로 주입). 분해시 분해온도는 150℃로 설정하였으며, 분해시간은 10분부터 60분까지 10분 단위로 나누어 분해하였다.
본 연구는 랜더링 부산물의 농업적 재활용을 위하여 폐가축사체를 랜더링 처리 후 남은 부산물 (Fig. 1)로 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 분해율을 비교하였다. 이들 처리실험은 랜더링 처리의 경우 충청남도 천안시 성환읍 신방리에 위치한 국립축산과학원 축산자원 개발 부내에 있는 폐가체 가축처리 활용관에서 실시하였고, 폐가축사체는 병원균 사멸을 위해 랜더링 처리 조건인 250℃에서 4기압이상의 고온·고압 스팀이 사용되어 안전성 면에서는 문제가 없다.
분해시 분해온도는 150℃로 설정하였으며, 분해시간은 10분부터 60분까지 10분 단위로 나누어 분해하였다. 분해율 산정은 각각 삼각 플라스크에 넣은 랜더링 부산물의 무게와 분해 후 남은 랜더링 부산물의 잔존량의 비율을 통해 평가하였으며, 150℃에서 60분간 분해하였다.
현행 살처분 가축사체의 처리방안 중 하나인 랜더링 처리방법을 사용하여 나온 부산물을 액비화 시키기 위해 산 및 알칼리 분해제를 사용하여 액화시켰으며, 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 분해율과 분해속도를 조사하였다. 산 및 알칼리 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 잔존량을 조사한 결과 분해제 중 가장 높은 잔존량을 나타낸 것은 HNO3으로 다른 분해제는 10분이 경과한 후 랜더링 부산물의 잔존량이 대부분 50% 이하로 나타났다.
대상 데이터
이들 처리실험은 랜더링 처리의 경우 충청남도 천안시 성환읍 신방리에 위치한 국립축산과학원 축산자원 개발 부내에 있는 폐가체 가축처리 활용관에서 실시하였고, 폐가축사체는 병원균 사멸을 위해 랜더링 처리 조건인 250℃에서 4기압이상의 고온·고압 스팀이 사용되어 안전성 면에서는 문제가 없다. 랜더링 부산물 액화처리 실험에 사용한 폐가축사체는 국립축산과학원 축산자원개발부내의 돈사에서 자연사한 돼지를 사용하였다.
랜더링 부산물의 액화실험에서 분해제는 시중에서 일반적으로 판매되는 것으로 사용하였으며, 산으로 황산 (H2SO4, 순도 95%의 액상) 및 질산 (HNO3, 순도 61%의 액상)을 사용하였고, 알칼리로 수산화칼륨 (KOH, 순도 85%의 pellet) 및 수산화나트륨 (NaOH, 순도 97%의 pellet)을 사용하였다. 모든 실험은 랜더링 부산물 5 g을 250 mL 삼각플라스크에 넣은 후 산 및 알칼리 분해제를 각각 랜더링 부산물 무게의 10% (0.
이들 처리실험은 랜더링 처리의 경우 충청남도 천안시 성환읍 신방리에 위치한 국립축산과학원 축산자원 개발 부내에 있는 폐가체 가축처리 활용관에서 실시하였고, 폐가축사체는 병원균 사멸을 위해 랜더링 처리 조건인 250℃에서 4기압이상의 고온·고압 스팀이 사용되어 안전성 면에서는 문제가 없다.
데이터처리
통계분석은 SPSS 19버전을 사용하여 랜더링 부산물의 분해제 종류별 분해속도의 결과를 5% 유의수준에서 Duncan’s multiple range test를 수행하였다.
성능/효과
5 g)의 HNO3를 60분 동안 분해하였을 때에만 약 50%의 잔존량을 나타내었다. H2SO4로 랜더링 부산물을 분해한 경우에는 잔존량이 모든 조건에서 다른 분해제보다 낮은 잔존량을 나타내었고, H2SO4를 랜더링 부산물의 30%되게 넣고 처리 시간이 60분 경과하였을 때 NaOH 분해제와 같이 다른 모든 조건보다 가장 낮은 잔존량을 나타내었다.
KOH 분해제와 비슷한 경향으로 랜더링 부산물 대비 분해제의 주입량이 많아지고 처리시간이 경과함에 따라 잔존량이 감소하는 경향이었다. HNO3로 랜더링 부산물을 분해하였을 경우에는 KOH, NaOH 및 H2SO4로 분해한 경우보다 전체적으로 높은 잔존량을 나타내었으며, 랜더링 부산물 무게 대비 30% (1.5 g)의 HNO3를 60분 동안 분해하였을 때에만 약 50%의 잔존량을 나타내었다. H2SO4로 랜더링 부산물을 분해한 경우에는 잔존량이 모든 조건에서 다른 분해제보다 낮은 잔존량을 나타내었고, H2SO4를 랜더링 부산물의 30%되게 넣고 처리 시간이 60분 경과하였을 때 NaOH 분해제와 같이 다른 모든 조건보다 가장 낮은 잔존량을 나타내었다.
H2SO4의 경우에는 랜더링 부산물을 무게 대비 30%를 넣었을 때 98%의 분해율로 모든 분해제중 가장 높은 분해율을 나타내었다. KOH 및 NaOH와 비슷한 경향으로 분해제의 주입량이 많아질수록 분해율도 높아졌으며, 이는 전반적으로 주입량이 랜더링 부산물 무게 대비 30%를 넣은 조건보다 25%를 넣은 조건에서 경제성과 효율성 면에서 더 적합하다고 판단된다. 하지만 랜더링 부산물의 액화처리 최적조건은 향후 추가연구가 체계적으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.
9411)이었다. 랜더링 부산물 무게 대비 각각의 분해제 주입량별 분해속도 방정식은 15%를 넣어 분해한 경우를 제외하고 모든 구간에서 고도의 유의성이 있는 직선회귀식을 보였다. 랜더링 부산물을 H2SO4로 분해한 일차반응속도 방정식은 랜더링 부산물 무게 대비 10%를 넣어 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.
랜더링 부산물 무게 대비 각각의 분해제 주입량별 분해속도 방정식은 15%를 넣어 분해한 경우를 제외하고 모든 구간에서 고도의 유의성이 있는 직선회귀식을 보였다. 랜더링 부산물을 H2SO4로 분해한 일차반응속도 방정식은 랜더링 부산물 무게 대비 10%를 넣어 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.0199 time (hr) -0.1118 (R2 = 0.9653)이었으며, 20%를 넣어 분해한 경우 ln(C/C0 ) = - 0.0353 time (hr) - 0.1280 (R2 = 0.9267)이었고, 가장 높은 주입량인 30%를 넣고 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.0507 time (hr) - 1.1797 (R2 = 0.9499)으로 다른 분해제와 비슷한 경향으로 모든 구간에서 고도의 유의성이 있는 직선회귀식을 보였다.
4에서 보는 바와 같다. 랜더링 부산물을 KOH로 분해한 분해속도 상수 (K hr-1)는 랜더링 부산물 무게 대비 10%, 15%, 20%, 25% 및 25%를 넣었을 경우 각각 0.010, 0.011, 0.014, 0.031 및 0.027 hr-1 로 10%, 15% 및 20%를 넣었을 경우보다 25% 및 30%를 넣었을 경우 분해속도가 더 빨랐다. 랜더링 부산물을 NaOH로 분해한 분해속도 상수 (K hr-1)는 랜더링 부산물 무게 대비 NaOH의 주입량이 많아질수록 분해속도가 더 빨라졌다.
3에서 보는 바와 같다. 랜더링 부산물을 KOH로 분해한 일차반응속도 방정식은 랜더링 부산물 무게 대비 가장 낮은 주입량인 10%로 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.0102 time (hr) - 0.3891 (R2 = 0.9703) 이었으며, 20%로 분해된 경우 ln (C/C0) = - 0.0.0142 time (hr) - 0.7708 (R2 = 0.9937)이었고, 가장 높은 주입량인 30%로 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.0268 time (hr) -2.0422 (R2 = 0.9610)로 모든 구간에서 고도의 유의성이 있는 직선회귀식을 보였다. 랜더링 부산물을 NaOH로 분해한 일차반응속도 방정식은 랜더링 부산물 무게 대비 가장 낮은 주입량인 10%로 분해한 경우 ln (C/C0) = - 0.
HNO3는 분해제 중 가장 분해율이 낮았으며, 주입량이 랜더링 부산물 무게의 30%되게 넣어도 40% 밖에 분해가 되지 않았다. 본 실험에서는 현장 적용성의 편리를 위해 시중에 일반적으로 판매되는 분해제를 원상태 그대로 사용하였고, HNO3의 경우에는 순도가 약 61% 정도로 다른 분해제들 보다 낮아 분해율이 현저히 떨어졌다. H2SO4의 경우에는 랜더링 부산물을 무게 대비 30%를 넣었을 때 98%의 분해율로 모든 분해제중 가장 높은 분해율을 나타내었다.
8%의 분해율을 보였다. 본 연구 결과에서는 KOH의 경우 랜더링 부산물 무게의 20%를 넣어 분해하였을때 80.2%의 분해율을 나타내어 처리 장치는 차이가 있지만 비슷한 경향을 보였고, NaOH의 경우 랜더링 부산물 무게의 20%를 넣어 분해하였을 때 91.2%의 분해율을 보여 Seo et al. (2012)의 결과보다 약간 높게 나타났다. 이는 시료의 무게와 랜더링 처리 된 시료의 상태 차이라고 판단된다.
5 g) 의 KOH가 주입된 경우를 제외하고 모두 50% 이상이 분해가 되었다. 분해 시작 후 10분이 경과한 후 부터는 급격한 감소량 없이 약간씩 감소하는 경향으로 랜더링 부산물 대비 KOH의 농도가 높아질수록 잔존량이 줄어들었으며, 또한 분해시간이 경과함에 따라 잔존량이 감소하였다. NaOH의 경우에는 랜더링 부산물 무게 대비 25% (1.
KOH, NaOH, HNO3 및 H2SO4으로 분해한 경우 가장 높은 잔존량을 나타낸 것은 HNO3로 분해하였을 경우이다. 분해제 주입량별 및 분해시간에 따른 랜더링 부산물의 잔존량의 결과를 보면 KOH의 경우에는 분해 후 10분 경과하였을 때 랜더링 부산물 대비 10% (0.5 g) 의 KOH가 주입된 경우를 제외하고 모두 50% 이상이 분해가 되었다. 분해 시작 후 10분이 경과한 후 부터는 급격한 감소량 없이 약간씩 감소하는 경향으로 랜더링 부산물 대비 KOH의 농도가 높아질수록 잔존량이 줄어들었으며, 또한 분해시간이 경과함에 따라 잔존량이 감소하였다.
H2SO4의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 30% > 25% > 20% > 15% > 10%순으로 넣었을 때 빨리 분해되었으며, NaOH도 이와 비슷한 경향이었다. 분해제별 랜더링 부산물의 분해율은 HNO3의 경우에는 순도가 약 61% 정도로 다른 분해제들 보다 낮아 분해율이 현저히 떨어졌으며, KOH, NaOH 및 H2SO4의 경우에는 랜더링 부산물을 25%와 30%를 넣었을 때 큰 차이가 없어 경제성 및 효율성을 고려하였을 때 분해제를 랜더링 부산물의 무게 대비 25%를 넣었을 경우가 가장 적합하다고 판단된다.
현행 살처분 가축사체의 처리방안 중 하나인 랜더링 처리방법을 사용하여 나온 부산물을 액비화 시키기 위해 산 및 알칼리 분해제를 사용하여 액화시켰으며, 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 분해율과 분해속도를 조사하였다. 산 및 알칼리 분해제별 주입량 및 처리시간에 따른 랜더링 부산물의 잔존량을 조사한 결과 분해제 중 가장 높은 잔존량을 나타낸 것은 HNO3으로 다른 분해제는 10분이 경과한 후 랜더링 부산물의 잔존량이 대부분 50% 이하로 나타났다. 랜더링 부산물의 분해속도 K (hr-1)는 KOH 의 경우 랜더링 부산물 무게 대비 25% > 30% > 20% > 15% > 10%순으로 25%를 넣어줬을 때 가장 빨리 분해가 되었다.
후속연구
KOH 및 NaOH와 비슷한 경향으로 분해제의 주입량이 많아질수록 분해율도 높아졌으며, 이는 전반적으로 주입량이 랜더링 부산물 무게 대비 30%를 넣은 조건보다 25%를 넣은 조건에서 경제성과 효율성 면에서 더 적합하다고 판단된다. 하지만 랜더링 부산물의 액화처리 최적조건은 향후 추가연구가 체계적으로 진행되어야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
매몰방법의 문제점은?
하지만 침출수누수와 악취 발생 등 일부 부실 매몰지에 의해 주변의 토양오염, 지하수 오염 및 하천오염을 일으키고 있으며 (Choi et al., 2012; Kim, 2011), 매몰 후 부패 과정에서 흘러나오는 침출수는 인체에 유해한 미생물 및 바이러스를 포함할 수 있는 가능성이 있고, 지하수 및 주변 하천에 영향을 줄 수 있기 때문에 이에 대한 관리가 시급한 실정이다 (Davies and Wray, 1996; Det Norske Veritas, 2003; Glanville, 1993). 국외에서는 살처분하여 매몰시키는 것보다 이런 폐가축사체를 재활용하기 위해 산 분해, 혐기발효, 유용 미생물처리 등 다양한 처리방법 (Hill, 1977)이 개발되고 있지만 국내에서는 이러한 처리방법이 부식, 유해가스 및 폭발의 위험성을 가지고 있고, 또한 혐기성 분해법의 경우 처리시간이 많이 소요되는 등 대부분 실용화가 어려워 랜더링 처리방법을 국내에 도입하여 폐가축사체를 처리하기 시작하였다 (Seo et al.
랜더링 처리방법이 국내에 도입된 이유는?
, 2012; Kim, 2011), 매몰 후 부패 과정에서 흘러나오는 침출수는 인체에 유해한 미생물 및 바이러스를 포함할 수 있는 가능성이 있고, 지하수 및 주변 하천에 영향을 줄 수 있기 때문에 이에 대한 관리가 시급한 실정이다 (Davies and Wray, 1996; Det Norske Veritas, 2003; Glanville, 1993). 국외에서는 살처분하여 매몰시키는 것보다 이런 폐가축사체를 재활용하기 위해 산 분해, 혐기발효, 유용 미생물처리 등 다양한 처리방법 (Hill, 1977)이 개발되고 있지만 국내에서는 이러한 처리방법이 부식, 유해가스 및 폭발의 위험성을 가지고 있고, 또한 혐기성 분해법의 경우 처리시간이 많이 소요되는 등 대부분 실용화가 어려워 랜더링 처리방법을 국내에 도입하여 폐가축사체를 처리하기 시작하였다 (Seo et al., 2012).
가축전염병예방법에 의해 가축사체는 어떻게 처리되고 있는가?
4%의 젖소 등 345만두의 가축을 살처분 (slaughter)하였음에도 불구하고 질병 확산을 막지 못하였다 (Kang, 2011; Kim, 2011). 우리나라에서는 가축전염병예방법에 의해 살처분한 가축사체에 대해 신속히 소각 및 매몰을 하게 되어 있고 (Kim et al., 2010), 그 밖의 가축전염병에 전염된 가축의 사체에 대해서도 국내 축산환경 여건상 소각이나 그 밖의 처리는 현실적으로 어려워 대부분 매몰방법에 의해 처리하고 있는 실정이다 (Kim, 2008).
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