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제지공장 슬러지를 이용한 생분해성 육묘 포트의 물리화학적 특성 연구
Physico-chemical Characteristics of Biodegradable Seedling Pots Made of Paper Mill Sludges 원문보기

펄프 종이기술 = Journal of Korea TAPPI, v.46 no.5, 2014년, pp.9 - 18  

이지영 (경상대학교 임산공학과) ,  김철환 (경상대학교 임산공학과) ,  이경선 (경상대학교 임산공학과) ,  조후승 (경상대학교 임산공학과) ,  남혜경 (경상대학교 임산공학과) ,  박형훈 (경상대학교 임산공학과) ,  문선옥 (경상대학교 임산공학과)

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London Convention on the prevention of marine pollution by dumping of wastes and other matter prohibits the deliberate disposal of paper mill sludges at sea. In order to explore the alternative plan on the prohibition of sludge disposal at sea, the biodegradable seedling pot was developed by mixing ...

주제어

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문제 정의

  • 런던협약으로 제지공장 슬러지의 해양 매립이 전면 금지되면서 제지공장 슬러지에 대한 새로운 활용방안을 찾고자 하는 연구를 수행하였다. 제지공장 슬러지와 신문지 고지를 적정 비율로 혼합하여 플라스틱 육묘 포트를 대체하기 위한 생분해성 육묘 포트를 개발하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 플라스틱 공정 육묘 포트를 대체하기 위한 연구의 일환으로 제지공장에서 발생되는 공정 슬러지를 이용하여 생분해성 공정 육묘 포트를 개발하고자 하였다. 이를 위해 제지 슬러지를 구성하는 유용성분, 중금속과 같은 유해 성분과 함께, 육묘 기간 동안 포트의 형상 유지 능력, 그리고 정식 후 생분해 속도 등을 분석하여 포트로서의 활용 가능성을 연구하여 플라스틱 육묘 포트를 대체할 수 있는 가능성을 탐색하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 플라스틱 공정 육묘 포트를 대체하기 위한 연구의 일환으로 제지공장에서 발생되는 공정 슬러지를 이용하여 생분해성 공정 육묘 포트를 개발하고자 하였다. 이를 위해 제지 슬러지를 구성하는 유용성분, 중금속과 같은 유해 성분과 함께, 육묘 기간 동안 포트의 형상 유지 능력, 그리고 정식 후 생분해 속도 등을 분석하여 포트로서의 활용 가능성을 연구하여 플라스틱 육묘 포트를 대체할 수 있는 가능성을 탐색하고자 하였다.
  • 런던협약으로 제지공장 슬러지의 해양 매립이 전면 금지되면서 제지공장 슬러지에 대한 새로운 활용방안을 찾고자 하는 연구를 수행하였다. 제지공장 슬러지와 신문지 고지를 적정 비율로 혼합하여 플라스틱 육묘 포트를 대체하기 위한 생분해성 육묘 포트를 개발하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제지공장에서 발생된 슬러 지는 어떻게 처리하고 있는가? 일반적으로 종이 1 톤을 생산하기 위하여 10-30 톤의 공정수를 사용하고 있고, 공정수의 사용과 함께 다양한 제지공정 중에 사용되었던 고형 폐기물들은 펄프 섬유, 탄산칼슘, 클레이, 잔류약품 등을 포함하는 슬러지 형태로 매일 배출되고 있다. 현재까지 제지공장에서 발생된 슬러 지는 슬러지 전문처리업체에 슬러지 톤당 3만-5만 원의 비용을 지불하고 해양 투기를 통해 처리하고 있었다.
화학펄프나 종이 제품의 생산 과정에서 발생하는 부산물은 무엇인가? 2012년 기준 국내 지류 생산량은 약 1,100만 톤 수준 으로 세계 8-9위에 해당하고, 국내 펄프 생산량은 기계 펄프의 경우 약 11만 톤, 그리고 화학펄프의 경우 약 45 만 톤 수준이다.1) 화학펄프나 종이 제품의 생산 과정에서 불가피하게 발생되는 것이 슬러지이다. 일반적으로 종이 1 톤을 생산하기 위하여 10-30 톤의 공정수를 사용하고 있고, 공정수의 사용과 함께 다양한 제지공정 중에 사용되었던 고형 폐기물들은 펄프 섬유, 탄산칼슘, 클레이, 잔류약품 등을 포함하는 슬러지 형태로 매일 배출되고 있다.
펄프제지공장 슬러지 활용에 대한 연구는 무엇이 있는가? 외국에서는 펄프제지공장 슬러지 활용을 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 슬러지 내에 포함된 셀룰로 오스와 헤미셀룰로오스와 같은 탄수화물만을 분리하여 바이오에탄올이나 바이오약품 제조에 이용한 연구 들이 있지만 회분의 일종인 무기계 충전제가 과다하게 존재하여 경제성에 있어서는 의문점으로 남아 있다.6-8) 핀란드 펄프제지연구소에서는 크라프트 펄프 공장의 폐수 슬러지와 목재 수피를 혼합하여 고형 연료로 활용하기 위한 연구가 수행되었지만 배출가스와 회분에서 다이옥신, 페놀, 벤젠, PCB 화합물 등 유해 성분이 검출되어 추가 연구가 진행 중이다.9) Wood 등10)은펄프 공장의 이차 슬러지의 혐기 처리를 통하여 바이오 가스 이용 관련 연구를 진행하였지만 지구 온난화의 원인이 되는 메탄가스를 이용하였기 때문에 관심이 떨어 지고 있다. Tucker는 과일 및 야채 폐기물과 혼합된 제지 공장 슬러지의 부숙 처리 기술을 이용하여 부숙 토양을 제조하였는데 식물 독성을 나타내지 않음을 확인 하였다.11) 캐나다 농업환경연구소는 제지슬러지에 축분을 혼합하여 부숙시킬 경우 감자 수확량 증대에 기여 하였음을 보고하였다.12) Camberato 등13)은 펄프제지 공장 슬러지의 부숙처리를 통하여 토양의 유기 물질, 토양의 물리성, 영양원, 그리고 토양 pH에 긍정적 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. Quaye 등14)은 제지공장 슬러지가 C:N비가 900:1로 매우 높지만 질소 고정 처리를 위한 부숙처리 방법으로 토양 개량 효과와 함께 속성수 재배에 우수한 효과를 발현하는 것을 확인하였다. 국내에서도 김 등은 제지슬러지를 육묘용 상토를 제조하기 위해 톱밥과 왕겨를 혼합하여 팽연시켜 제조한 연구를 수행하였다.15,16) 이와 같이 펄프제지공장 슬러지는 셀룰로오스 섬유와 같은 미생물의 영양원이 되는 성분이 약 40-50% 포함되어 있기 때문에 적합한 부숙처리 기술 적용이 식물 생육에 매우 도움이 될 수 있고, 이들 슬러지의 대량 처리에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
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참고문헌 (19)

  1. 2013 Korea Paper Industry Statistical Yearbook, Korea Paper Association (2014). 

  2. London Convention and Protocol - Their role and contribution to protection of the marine environment -, International Marine Organization (1996). 

  3. Enforcement Ordinance of Ministry of Maritime Affairs and Fisheries in Korea, Marine Environment Management Act enforced in June (2013). 

  4. Lacour P., Pulp and paper markets in Europe, prepared for the United Nations Economic Commission for Europe and the Food and Agriculture Organization of the United Nations, September 26th (2005). 

  5. Bajpai, P., Chapter 4. Emissions from pulping and papermaking, in the textbook of Environmentally Friendly Production of Pulp and Paper, John Wiley & Sons, New Jersey, pp. 62-109 (2010). 

  6. Kang, L., Wang, W., and Lee, Y. Y., Bioconversion of kraft paper mill sludges to ethanol by SSF and SSCF, Applied Biochemistry and Biotechnology 161(1-8):53-66 (2010). 

  7. Kang, L., Wang, W., Pallapolu, V. R., and Lee, Y. Y., Enhanced ethanol production from de-ashed paper sludge by SSF and SSCF, BioResources 6(4):3791-3808 (2011). 

  8. Bisht, S. P. S, Praveen, B., Rajesh, Y., and Sahoo, S., Bioconversion of sludge from integrated paper and pulp industries, International J. of Pharma and Bio Sciences V1(2):1-9 (2010). 

  9. Valttia, R., Jarvinen, K., Rainio, E., Isomotto, K., and Alaniemi, M-T, Combustion of kraft mill biosludge, 1994 TAPPI International Env. Conference, Oregon, April 17-20, pp. 49-56 (1994). 

  10. Wood, N., Tran, H., and Master, E., Impoving anaerobic conversion of pulp mill secondary sludge to biogas by pretreatment, TAPPI EPE Conference, Memphis, October 12-14 (2009). 

  11. Tucker. P, Co-composting paper mill sludges with fruit and vegetable wastes, University of Paisley (2005). 

  12. Cooperband, L., Stone, A., and Foley, B., Using paper mill sludge and compost in potato production, Agronomy 3:43-58 (2013). 

  13. Camberato, J. J., Gagnon, B., Angers, D. A., Chantigny, M. H., and Pan, W. L., Pulp and paper mill by-products as soil amendments and plant nutrient sources, Canadian J. of Soil Science 86(4):641-653 (2006). 

  14. Quaye, A. K., Volk, T. A., Hafner, S., Schirmer, C., and Leopold, D., Impacts of paper sludge, manure, and fertilizer application on soil properties and biomass production in a short rotation willow cropping system in central NY, Short Rotation Crops International Conference, Minneapolis, August 19-21 (2008). 

  15. Kim, G.-Y., Kim, C.-H., Sin, T.-G., Jung, H.-G., Lee, Y.-M., Song, D.-B., and Huh, M.-R., Utilization of paper sludges for developing bed soils and seedling pots (I), Journal of Korea TAPPI 39(4):61-67 (2007). 

  16. Kim, G.-Y., Kim, C.-H., Sin, T.-G., Jung, H.-G., Lee, Y.-M., Song, D.-B., and Huh, M.-R., Utilization of paper sludges for developing bed soils and seedling pPots (II), Journal of Korea TAPPI 39(4):68-75 (2007). 

  17. Jang, Y. A., Current status and development plan on plug seeding, Forum for Status Analysis and Improvement Methods on Seeding Industry, National Institute of Horticultural & Herbal Science (NIHHS) in Korea, June 23 (2009). 

  18. Nelson, P. N. and Su, N., Soil pH buffering capacity: a descriptive function and its application to some acidic tropical soils, Australian J. of Soil Research 48:201-207 (2010). 

  19. Sajiki, K., Pluskal T., Shimanuki, M., and Yanagida, M., Metabolomic analysis of fission yeast at the onset of nitrogen starvation, Metabolites 2013(3):1118-1129 (2013). 

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