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문제 정의
- 따라서, 본 연구는 간접가온 건조방식의 건조 시설을 이용하여 J 하수처리장의 잉여슬러지를 건조한 후, 슬러지의 성분분석 및 작물재배 실험을 수행하여 건조슬러지의 퇴비화 가능성에 대하여 알아보았다.
- 본 연구는 환경부 지원으로 개발된 간접가온 방식의 건조시설을 이용하여 J 하수처리장에서 발생하는 잉여슬러지의 퇴비화를 위한 최적의 건조 온도 및 시간을 도출하였으며, 최적의 조건에서 건조된 슬러지의 성상분석 및 작물재배 실험을 수행하였다. 건조온도는 100, 120, 140, 160, 180, 200 ℃로 20 ℃씩 변화를 주었으며, 각 온도별로 잉여슬러지의 수분변화를 2시간 간격으로 16시간 동안 측정하였다.
제안 방법
- 본 연구는 환경부 지원으로 개발된 간접가온 방식의 건조시설을 이용하여 J 하수처리장에서 발생하는 잉여슬러지의 퇴비화를 위한 최적의 건조 온도 및 시간을 도출하였으며, 최적의 조건에서 건조된 슬러지의 성상분석 및 작물재배 실험을 수행하였다. 건조온도는 100, 120, 140, 160, 180, 200 ℃로 20 ℃씩 변화를 주었으며, 각 온도별로 잉여슬러지의 수분변화를 2시간 간격으로 16시간 동안 측정하였다.
- 7 kW로 측정되었다. 따라서, 전력소비량을 최소화하면서 함수율을 최대로 낮출 수 있는 최적의 건조조건으로 건조온도 160 ℃와 건조시간 16시간을 선정하였다.
- 또한, 폐기물공정시험방법(Ministry of Environment, 2010)에 따라 건조슬러지의 성상분석을 수행하여 환경부의 ‘부숙토 제품기준’ 및 농촌진흥청의 ‘비료 지정기준’과 비교하였으며, 건조슬러지의 퇴비화 가능성을 알아보기 위해 작물재배 실험을 수행하였다.
- 본 연구는 J 하수처리장에서 발생하는 잉여 슬러지를 대상으로 간접가온 방식의 건조시설을 이용하여 퇴비를 생산한 후 성분분석 및 작물재배 실험을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 열매작물인 토마토의 재배실험도 상추와 동일 조건(온도 28 ~ 38 ℃, 습도 40 ~ 55 %)으로 9주간 수행하였다.
- 잎작물인 상추의 재배실험은 기온 28 ~ 38℃, 습도 40 ~ 55 %의 조건으로 9주간 수행하였다. 9주 후 상추의 잎 갯수는 Fig.
- 재배실험의 용기는 D200 mm×300 mmH (5T)의 투명아크릴로 제작하였으며, 100 mmH의 배수공간을 확보하여 실험 작물의 뿌리부분이 상하지 않고 수분이 아래로 원활히 빠져나갈 수 있도록 재배환경을 유지하였다.
- 퇴비화 실험을 위한 최적의 건조조건을 도출하기 위하여 건조온도를 100 ~ 200 ℃까지 20℃ 간격으로 변화시키고, 건조온도별로 16시간 동안 2시간 간격으로 함수율을 측정하였으며 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 3 rpm) 및 건조 후 파쇄를 동시에 수행할 수 있는 구조로 되어있다. 열매체유(Therminol 66, Solutia Inc., USA)는 최대 300 ℃까지 가온이 가능하며, 열매체유의 순환은 100 L/min 펌프를 사용하였다.
- 작물재배 실험은 농촌진흥청의 작물재배법에 준하여 잎작물인 상추와 열매작물인 토마토를 대상으로 약 2개월(2013.07.10 ~ 2013.09.10, 9주) 동안 대조군과 실험군을 각각 3개씩 중복하여 실험하였다. 작물재배 실험을 위한 대조군은 상토((주)신성미네랄)와 흙을, 실험군은 건조 슬러지와 흙을 Table 1과 같이 일정비율로 혼합하여 사용하였다.
- 10, 9주) 동안 대조군과 실험군을 각각 3개씩 중복하여 실험하였다. 작물재배 실험을 위한 대조군은 상토((주)신성미네랄)와 흙을, 실험군은 건조 슬러지와 흙을 Table 1과 같이 일정비율로 혼합하여 사용하였다.
- 퇴비화를 위한 건조시설은 Fig. 1과 같이, 건조시설의 내부용적은 80 ℓ(Φ300 mm×1,000 mmL)이며 안전율을 고려하여 잉여슬러지 60 kg을 퇴비화 실험에 사용하였다.
성능/효과
- 1. 건조시설을 이용하여 잉여슬러지의 퇴비화 기준을 만족하는데 최적의 건조온도는 160℃, 건조시간은 16시간이 소요되어, 하수도시설기준에 따른 퇴비화의 분해기간(최소 30일)을 크게 단축시킬 수 있을 것으로 판단된다.
- 2. 건조시설을 이용하여 생산된 퇴비를 대상으로 중금속 함량 등 퇴비화 기준항목을 분석한 결과, 크롬은 26 mg/kg, 납은 17 mg/kg, 구리는 198 mg/kg, 카드뮴, 수은, 비소는 불검출되었으며, 그 외에 유기물은 66.5 %, C/N 비는 11.2 %, 염분농도는 0.15 %, 수분은 5.3 %로 나타나 환경부의 ‘부숙토 제품기준, 가 등급’ 및 농촌진흥청의 ‘비료 지정기준’에 적합하였다.
- 3. 건조시설을 이용하여 생산된 퇴비로 작물 재배 실험을 수행한 결과, 상추의 경우 잎사귀 수는 유사하였으나, 잎사귀의 겉보기 상태(강도) 및 병충해에 의한 피해정도는 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 토마토의 경우는 재배실험 5주 경과 후 줄기는 대조군이 실험군에 비해 15 cm 높게 생장하였으나, 과실수는 실험군이 15개, 대조군이 7개로 실험군이 우수한 것으로 나타났다.
- 4. 간접가온 방식의 건조시설을 이용하여 생산된 퇴비는 환경부 및 농촌진흥청의 퇴비화 기준을 모두 만족하고 작물재배 실험에서도 양호한 결과를 나타내어 퇴비로 사용이 가능할 것으로 판단되었다.
- 5주 경과 후, Fig. 5과 같이 줄기는 대조군이 실험군에 비해 평균 15 cm 높게 생장하였으나, 과실수 생산량은 Fig. 6과 같이 실험군이 평균 15개, 대조군이 평균 7개로 실험군이 우수한 것으로 나타났으며, 설험 표준오차는 약 3 %였다.
- 잎작물인 상추의 재배실험은 기온 28 ~ 38℃, 습도 40 ~ 55 %의 조건으로 9주간 수행하였다. 9주 후 상추의 잎 갯수는 Fig. 3와 같이 실험군과 대조군이 각각 평균 21장과 22장이였고, 작물의 최고길이는 대조군과 실험군 모두 16 ~19 cm로 비슷한 생장율을 보였다. 이 때의 잎의 개수와 생장률에 대한 실험 표준오차는 약 5 %였다.
- 아울러, 9주 경과 후 토마토 과실이 줄기에 매달려 있는 지속성을 식(1)에 따라 산정한 결과, 실험군이 86 %(15개 중 8개), 대조군이 14 %(7개 중 1개)로 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 5주 후 과실의 겉보기 익은 정도는 Fig. 7과 같이 실험군이 대조군에 비해 우수한 것으로 나타났다.
- 토마토의 경우는 재배실험 5주 경과 후 줄기는 대조군이 실험군에 비해 15 cm 높게 생장하였으나, 과실수는 실험군이 15개, 대조군이 7개로 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 재배실험 9주 경과 후 토마토 과실의 줄기에 매달려 있는 지속성은 실험군이 86 %(15개 중 8개), 대조군이 14 %(7개중 1개)로 실험군이 우수하였다.
- 또한, 최적의 건조조건에서 잉여슬러지의 건조 전과 후의 성상을 분석하였으며 그 결과, TS는 15.9 %에서 94.8 %로 78.9 %p 증가하였고, VS는 12.3 %에서 75.8 %로 63.5 %p 감소하였으며, 함수율은 83.9 %에서 5.2 %로 78.7 %p 감소하였다.
- 아울러, 9주 경과 후 토마토 과실이 줄기에 매달려 있는 지속성을 식(1)에 따라 산정한 결과, 실험군이 86 %(15개 중 8개), 대조군이 14 %(7개 중 1개)로 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 5주 후 과실의 겉보기 익은 정도는 Fig.
- 간접가온 방식의 건조시설을 이용하여 건조된 잉여슬러지의 중금속 등 퇴비화를 위한 기준 항목을 분석하여 Table 2에 나타내었다. 크롬은 26 mg/kg, 납은 17 mg/kg, 카드뮴, 수은, 비소는 불검출 되었으며, 구리는 198 mg/kg로 나타났다. 그 외에 유기물은 66.
- 건조시설을 이용하여 생산된 퇴비로 작물 재배 실험을 수행한 결과, 상추의 경우 잎사귀 수는 유사하였으나, 잎사귀의 겉보기 상태(강도) 및 병충해에 의한 피해정도는 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 토마토의 경우는 재배실험 5주 경과 후 줄기는 대조군이 실험군에 비해 15 cm 높게 생장하였으나, 과실수는 실험군이 15개, 대조군이 7개로 실험군이 우수한 것으로 나타났다. 또한, 재배실험 9주 경과 후 토마토 과실의 줄기에 매달려 있는 지속성은 실험군이 86 %(15개 중 8개), 대조군이 14 %(7개중 1개)로 실험군이 우수하였다.
후속연구
- 또한, 본 연구에 사용된 간접가온을 이용한 건조기의 용량은 약 300 ~1,000 kg-DS/일(하수처리장 중·소규모 수준)이 가능할 것으로 판단되며, 간헐 회분식으로 수행한 본 연구의 한계로 추후 연속운전을 통해 지속사용에 따른 문제점의 보완이 필요한 것으로 사료된다.
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