[논문]퇴비사의 효율적인 운영기술에 대한 고찰

양일승; 지민규; 전병훈

doi:10.7464/ksct.2017.23.4.345

퇴비사의 효율적인 운영기술에 대한 고찰
A Review on Efficient Operation Technology of Compost Depot 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.23 no.4, 2017년, pp.345 - 356

양일승 (한양대학교) , 지민규 (한국환경정책.평가연구원) , 전병훈 (한양대학교)

초록
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퇴비화 과정은 유기물질을 비료와 같은 유용한 자원으로 전환하는 생물학적 과정이다. 퇴비화는 유기물과 환경조건(탄질율, 온도, 습도, 산소공급, pH 등)의 변화에 적응하는 미생물 군집의 연속적인 천이과정으로 이해될 수 있다. 우리나라에서의 유기성 폐기물을 처리하는 퇴비사의 악취는 도시화 가속화에 따른 신도시개발, 공장이나 주거지역들의 생활지역 근접화에 따라 악취를 발생시키는 원인이 되어 관공서에 민원이 제기되는등 사회적인 문제가 되고 있다. 이의 저감방안으로 퇴비사에서 우점하는 미생물을 규명하고 미생물 군집의 변화를 조사, 연구하여 생장환경에 맞게 적용하는 것은 퇴비공정의 효율적인 개선과 생산된 퇴비의 품질제어, 악취저감 측면에서 매우 중요하다. 본 논문에서는 퇴비화에 있어 최적의 운용기술과 악취발생을 저감하는 방법들을 중심으로 고찰하였다. 퇴비화 공정에서 부숙활동에 효과적인 올바른 미생물종의 선택과 개체수의 빠른 증가가 부숙을 촉진시킨다. 이에 따른 미생물 분해활동을 통한 부숙 극대화를 위한 공기량(산소), 온도, 습도 등 박테리아의 최적 생장조건을 제시하였다. 악취제거 및 수분조절기능이 있는 다공성광물을 사용했더니 악취가 현저하게 개선되어 졌다. 미생물의 생장조건을 최적화 부숙환경을 개선, 부숙을 촉진시켜 악취를 저감하는 최근기술들도 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The composting is a biological process that converts organic matter into useful resources such as fertilizers. It is a continuous transition of microbial communities to adapt changes in organic matter and environmental conditions (carbonation rate, temperature, humidity, oxygen supply, pH, etc.). Most of the composting plants are located in the proximity of the residential areas. It is a general scenario where government authorities receive complaints from the local residents due to release of odor from the composting, and has become a social problem in Korea. Identification of dominant microorganisms, understanding change in microbial communities and augmentation of specific microorganism for composting is vital to enhance the efficiency of composting, quality of the compost produced, and reduction of odor. In this paper, we suggest the optimum operation conditions and methods for compost depot to reduce odor generation. The selection of the appropriate microorganisms and their rapid increase in population are effective to promote composting. The optimal growth conditions of bacteria such as aeration (oxygen), temperature, and humidity were standardized to maximize composting through microbial degradation. The use of porous minerals and moisture control has significantly improved odor removal. Recent technologies to reduce odor from the composting environment and improved composting processes are also presented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

부숙공정에 관여하는 최적미생물 종의 선정 및 생장조건에 적합한 인자(예, 온도, 습도, 공기량 등)의 유지관리는 종 개체수의 빠른 증가와 함께 부숙을 촉진시켜 퇴비화기간을 단축시키고 수반되는 악취영향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 퇴비화 공정에 있어 부숙과정을 최적화하기 위해 미생물의 유기물 분해활동을 촉진시키는 생장조건과 악취발생을 저감하는 방법들을 중심으로 고찰하였고 이외 다공성광물질의 적용 등 부숙 환경을 개선시키는 최근의 기술 동향들도 제시하였다.

제안 방법

특히, 퇴비사의 효율적 관리는 종사자와 인근주민의 건강, 업체의 경제적 이익 등과 직접적인 관련이 있으므로 지차체 및 정부의 적극적인 기술지원도 필요하다. 본 연구에서는 퇴비화 과정에서 생산된 퇴비의 품질개선 및 악취저감을 위해 최적화된 미생물 종의 선정과 시설의 운전 조건(예, 탄질율, 습도, 공기량 등)을 도출하였고, 관련 기술들을 통해 효율적인 퇴비사 운영방안을 고찰하였다. 퇴비사 시설의 운영 시 주요 쟁점은 암모니아 및 황화수소 등 악취유발 물질을 저감하는 방안이며, 근래에 적용되고 있는 다공성광물들과 활성탄 등의 물질을 병합한 상용화기술의 개발 및 최적화로 퇴비사의 시설의 안정적인 운영 및 관리가 필요할 것으로 사료된다.

성능/효과

4%씩 각각 감소시킨 것으로 보고되었다[32]. 악취제거와 관련된 특허 기술로는 펄스코로나 방전기술, 미생물 생균제 또는 자연물과 향신료(박하 등)를 이용하는 기술, 담체를 바이오필터로 사용하는 기술까지 다양하게 존재하는 것으로 파악되었다(Table 8).
퇴비화는 호기성 미생물에 의해 발생되는 자체 발열과 부숙과정 시 중온성(Mesophilic) 및 고온성(Thermophilic)균의 활성화 온도를 60 ℃ 기준으로 나누며 온도상승 단계(1단계; 중저온단계, 1 ~ 6일(2 ~ 55 ℃)), 초고온 단계(2단계; 고온단계, 7 ~ 43일(55 ~ 97 ℃)), 안정화 단계(3단계; 온도감소 및 안정화 단계, 44 ~ 56일(50 ~ 89 ℃))의 3단계로 구분된다(Figure 4). 음식물쓰레기 퇴비화 공장에서 음식물을 60일 동안 퇴비화시켜 균류 군집의 변화를 조사한 결과, 총 균류수에 대한 고온미생물의 비율이 초기 33%에서 2단계 중 최대 89%로 증가하였다. 퇴비화 과정 중의 온도상승은 미생물에 의한 유기물의 분해로 기인되며, 이때 각 단계에서 우점하는 미생물 종을 규명하고 군집의 변화를 조사하는 것은 퇴비공정의 효율적인개선과 생산된 퇴비품질 제어의 측면에서 매우 중요하다고 보고되어 진다[15].
최종 분해되어 생산된 퇴비는 토양개량시 비료로 시비되며, 미생물들과 함께 양질의 토양을 구성하게 된다. 즉, 퇴비속의 세균, 방선균 및 사상균 등 다양한 종류의 미생물은 통기성, 수분, 영양원 조건 등 적합한 서식 및 생장 환경이 조성되면 다른 유기물을 분해하여 퇴비화하고, 이는 토양의 생화학적 안정성 증진, 용적 밀도의 감소, 수분함유능력 증가, 양이온 교환량 증가, 토양 미생물 군집의 개선 및 토양해충 억제 등 토양 고유의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 퇴비는 적절한 무기물과 유기질성분, pH를 보유해야 하는데, 그 성분은 Table 9와 같다[9].
퇴비화 시 적정 공기 공급량은 ‘가축분뇨자원화시설 표준설계도 해설서’(환경부, 2009)를 근거하여 약 2 L min^-1 m^-3로 설정되어 있다. 최근 설정된 공기 공급량 대비 100%, 200%, 300% 및 400% 수준으로 처리구를 설정하여 실험을 진행한 결과, 공기주입량을 증가시킬수록 수분감소량이 25.9%에서 52.3%로 증가하는 경향을 보였다. 공기공급량은 수분감소율, 유기물질의 함량, C/N 비율 등 종합적인 퇴비화 조건으로 볼 때 100 ~ 200% 즉, 퇴비의 체적 25L당 2 ~ 4 L min^-1 m-³의 공급 조건이 적절하다고 보고되어진다(Figure 7(a)) [27].
공기공급량은 수분감소율, 유기물질의 함량, C/N 비율 등 종합적인 퇴비화 조건으로 볼 때 100 ~ 200% 즉, 퇴비의 체적 25L당 2 ~ 4 L min^-1 m-³의 공급 조건이 적절하다고 보고되어진다(Figure 7(a)) [27]. 축산폐기물을 이용한 연구사례의 경우 산소 소모량이 초기 20여 시간 만에 최대치로 측정되고, 100시간 이후 1/2, 120시간 이후에는 1/3까지 감소하였다. 그리고 산소 소모량이 일정 임계치까지 상승한 이후부터는 부숙도에 미치는 영향이 낮은 것으로 나타나고 있다.

후속연구

본 연구에서는 퇴비화 과정에서 생산된 퇴비의 품질개선 및 악취저감을 위해 최적화된 미생물 종의 선정과 시설의 운전 조건(예, 탄질율, 습도, 공기량 등)을 도출하였고, 관련 기술들을 통해 효율적인 퇴비사 운영방안을 고찰하였다. 퇴비사 시설의 운영 시 주요 쟁점은 암모니아 및 황화수소 등 악취유발 물질을 저감하는 방안이며, 근래에 적용되고 있는 다공성광물들과 활성탄 등의 물질을 병합한 상용화기술의 개발 및 최적화로 퇴비사의 시설의 안정적인 운영 및 관리가 필요할 것으로 사료된다.
퇴비사의 운영효율을 높이기 위해서는 대상 유기성폐기물 성분의 분해에 최적화된 미생물 종을 적용해야 한다. 부숙 과정 시 주요하게 관여하는 미생물들은 방선균(엑티노마이세테스), 방사선균(스트렙토마이세스) 그리고 간균(바실러스균) 종으로 미생물제제를 반입 직후 톱밥과 함께 적절히 교반하여 각 퇴비화 단계별로 적용되는 물리․화학적 환경조건(탄질율, 온도, 습도, 산소공급, pH 등)을 최적화하고 미생물 군집이 잘 적응하도록 해야한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	퇴비화의 1차 목적은 무엇인가?	퇴비는 유기물이 미생물에 의해 분해되어 생성된 최종산물을 말하며, 퇴비화란 동·식물성 유기폐기물이 미생물 및 토양동물(지렁이 등)에 의해 분해되어 토양과 유사한 물질로 안정화되는 과정을 말한다[6]. 퇴비화의 1차 목적은 불안정하고 오염된 상태의 유기성 폐기물을 안정된 최종산물로 전환하는 것이다. 유기성폐기물의 구성물질 중 단백질, 당, 수용성 전분 등은 분해가 잘되어 퇴비화가 원만히 진행되나, 셀룰로오스나 리그닌 등은 분해가 어려워 퇴비화에 있어 다소 많은 시간이 소요된다[7].
	퇴비화란?	퇴비는 유기물이 미생물에 의해 분해되어 생성된 최종산물을 말하며, 퇴비화란 동·식물성 유기폐기물이 미생물 및 토양동물(지렁이 등)에 의해 분해되어 토양과 유사한 물질로 안정화되는 과정을 말한다[6]. 퇴비화의 1차 목적은 불안정하고 오염된 상태의 유기성 폐기물을 안정된 최종산물로 전환하는 것이다.
	최종 분해되어 생산된 퇴비의 장점은?	최종 분해되어 생산된 퇴비는 토양개량시 비료로 시비되며, 미생물들과 함께 양질의 토양을 구성하게 된다. 즉, 퇴비속의 세균, 방선균 및 사상균 등 다양한 종류의 미생물은 통기성, 수분, 영양원 조건 등 적합한 서식 및 생장 환경이 조성되면 다른 유기물을 분해하여 퇴비화하고, 이는 토양의 생화학적 안정성 증진, 용적 밀도의 감소, 수분함유능력 증가, 양이온 교환량 증가, 토양 미생물 군집의 개선 및 토양해충 억제 등 토양 고유의 기능을 향상시킬 수 있다. 또한, 퇴비는 적절한 무기물과 유기질성분, pH를 보유해야 하는데, 그 성분은 Table 9와 같다[9].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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