유기성폐기물의 퇴비화 및 자원화

학 과:환경공학과

교 수:장정국 교수님

이 름:유성근,김영록

Ⅰ.유기성폐기물의 퇴비화 및 자원화

서론

５. 국내 유기성 폐기물의 퇴비화 및 재활용 실태

(1) 화학 비료의 경제성 우수

(2) 퇴비화 유기질 비료의 취급 및 고가의 생산비에 따른 경제성 저조

(3) 관련 법규 미비한 난점

2. 발생 특성

(1) 주방 폐기물

† 발생 및 분리 장소가 주로 물을 많이 취급하는 세척대 등에서 다량 발생

† 한국 주방 문화인 국과 찌개류 주종 기인(함수율 80%)

(2)농업 및 임산 폐기물

† 볏짚,왕겨

† 톱밥,목피,폐목재 등

(3) 축산 분뇨 및 인 분뇨

† 사육 현장 배출

† 종말 처리장 위치한는 지점을 제외 하고는 방류수역으로 유입

(4) 유기성 슬러지류

† 상·하수처리장, 식품공장 배출

† 부폐 및 악취와 병원균 수반,

† 매립 처리

† 소요 경비 총 운전비 50%내외

본 론

음식물 쓰레기의 처리 및 자원화

쓰레기의 자원화지향추세에 따라 '음식물 쓰레기'라는 호칭도 '음식물 찌꺼기'를 거쳐 최근에는 '남은 음식물'이라고까지 평가 절상되었다. 사료원료의 90%가 수입에 의존되고 있는 현실에서 우리 나라는 음식물찌꺼기의 재활용법으로 사료화를 지향하는 것이 가장 최선의 선택다.

음식물찌꺼기를 양질의 사료로 만들기 위하여 우리의 전통 발효식품에 함유된 각종 유용균들을 분리하여 발효에 이용하면 수분량이 높아 사료로서의 재활용에 장애를 주는 많은 요인들을 제거할 수 있다. 특히 발효는 음식물의 높은 수분 함량 때문에 야기되는 사료의 냄새나 위생적 문제들을 근본적으로 해결해준다. 그러나 이러한 원리를 실재로 공정에 도입하려면 음식물 사료의 영양가치, 보존성 및 가축의 기호성 들을 충분히 고려하여 매우 까다로운 발효조건들을 최적화 시켜야하며 특히 에너지의 효율을 극대화시켜 경제성을 확립해야 성공할 수 있다. 이를 성취하려면 매 발효공정마다 필요한 호기적 혐기적 발효의 균형을 많은 실험을 거쳐 확립해나가야 하고 에너지 소모를 최소화시키기 위한 다양한 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

음식물 찌꺼기를 원료로 만든 사료는 지금까지 주로 돼지사육에 투입되었고 일부는 오리나 개 사료로도 이용되어 왔다. 그러나 최근 음식물찌꺼기로 만든 일부 사료가 소 사료로 이용된 것이 확인되면서 전국적인 광우병 소동이 일어났다. 지금까지 알려진 조사결과를 종합해보면 광우병은 영국에서 스크래피병에 걸린 양의 체단백질의 일종인 프리온(prion)이 증식성 단백질로 변형되어 소 사료 등의 먹이 사슬을 통해 사람에게 전염된 특이한 병이다. 변형 프리온은 소가 섭취해도 소화기관에서 완전히 분해되지 않고 흡수되어 뇌나 골수 등에 모여 다른 정상적인 프리온 단백질들을 변형 프리온으로 만들면서 조직을 파괴시킨다. 이 사실은 음식이나 사료에 수입된 쇠고기, 양고기, 염소고기로부터 유래된 변형 프리온이 없으면 광우병에 걸리지 않는다는 것을 의미한다.

한편 광우병 증상이 돼지에게서는 안 나타난 것으로 보아 동물에 따라서도 다른 것으로 보인다. 전통적으로 돼지에게 집이나 식당에서 나온 음식물 찌꺼기를 먹여 맛있는 구정물 돼지고기를 생산해 온 우리나라에서 광돈병은 아직 알려진바 없다. 그러나 돼지의 경우에도 음식물 찌꺼기 사료를 계속 먹이더라도 정밀한 연구를 통해 광우병 같은 증상이 돼지에게서 발병되지 않음을 과학적으로 증명해야 할 것이다. 그러나 이미 광우병이 발병하고 있는 소의 경우는 확실히 무해하다는 결론이 나올 때까지는 육류가 일부 포함된 음식물 찌꺼기 사료의 급이를 유보하는 것이 좋으리라 생각된다. 그러므로 특별히 광우병과 유사한 사례가 발병된바 없는 돼지나 오리, 개 등의 사료로만 사용을 권장함이 좋을 것이다. 부패나 오염이 심한 음식물 쓰레기는 퇴비화시키는 것이 좋으나 과도한 염분을 제거하는 경제적 공정개발이 아직 숙제로 남아있다.

따라서 대형의 시설이 필요한 음식물 찌꺼기의 자원화 방법으로서 지자체 들에게 권하고 싶은 시스템은 건식발효법이다. 특히 이 방법으로는 음식물 찌꺼기뿐만이 아니라 지자체에서 쏟아져 나오는 각종 유기성 폐기물들을 성상에 따라서 사료화나 퇴비화를 선택할 수 있다. 사료화의 경우는 영양소의 파괴를 막기 위해 발효온도를 55-60oC에서 5-6시간 이내에 총균수가 1010에 도달하도록 가능한 짧은 기간내에 발효를 종료시킨 뒤 냉각시켜야하나 퇴비화의 경우엔 유기물이 충분히 분해될 수 있도록 발효가 70-80oC의 최고 온도에 이른 뒤에도 이삼일 정도 더 지속되도록 유지시킨 뒤 4주간 정도의 야적형 후숙발효가 필요하다.

건조 사료화 방법

남은 음식물→건조(6시간이내) → 탈취 → 이물질선별 → 일반사료와 혼합→ 가축에게 급여

→ 남은 음식물을 이용한 일반적인 건조 사료화 공정도

습식 발효 사료화

음식물 찌꺼기 → 1차선별  →파 쇄 → 혼 합  → 고속 발효 → 2차 선별   →숙성 및저장

→ 액상 급이장치 → 돈사

건식 발효사료화

수 거

↓

운 반

↓

저장 및 탈수

↓

파쇄

↓

혼 합

↓

호기적 고온발효

↓                                            ↓

냉각 및 이물질 제거                             혼합 및 후숙발효

↓                                            ↓

밀봉 포장                                   이물질 제거

↓                                            ↓

저장 및 혐기 후숙발효                         펠렛화 및 건조

↓                                            ↓

반건조 사료                                       포 장

↓

건조 사료

◎ 남은 음식물을 이용한 반건조 및 건조 사료의 제조 공정도

호기적 발효공법으로 생균수를 높인 남은 음식물 생균사료(Probiotics) 생산

음식물 쓰레기 → 파쇄 → 이물질선별 → 분쇄 Screening   →  고농도 발효조

→  침전분리 압착조 → 건조 펠렛화 → 포장출하

◎ 음식물 찌꺼기를 이용한 호기적 발효공법에 의한 생균사료의 생산

위의 내용을 가장 이상적인 음식물 쓰레기 문제의 해결법은 음식물을 남기지 않는 것이다.

호서대 자연과학부 교수 이기영

폐하수슬러지의 처리 및 자원화

산업의 발달 및 인구의 도시집중으로 도시가 형성되면서 발생되는 하수를 처리하는 과정중에서 하수슬러지가 발생하게 된다. 이러한 하수슬러지는 사회기초시설로서 하수처리장치 확충되면서 발생량이 증가하고 있다. 우리나라의 경우에는 현재 년간 150만톤이상이 배출되고 있다. 이러한 량을 처리하기 위하여 약 처리비가 22,000∼30,000원/톤정도로서 처리에 막대한 경제적부담이 요구되고 있다. 서울시가 년간 하수슬러지의 처리비용으로 지출한 예산이 170억원에 이르고 있다는 점에서 전국적으로 계산한다면 엄청난 규모의 예산이 투입되고 있다. 또한 최근에서는 매립지내에서도 하수슬러지의 반입을 한시적으로 허용하면서, 2001년부터는 반입을 허용하지 않는다 것을 폐기물관리법에 명시하고 있다는 점에서 매립에 대한 한계성을 가지고 있다. 일부의 지역에서는 해양투기를 하고 있으나, 해양투기조차도 국제환경문제가 규제로 현실화되어 올 경우에는 한계에 직면하게 된다.

이러한 점에서 슬러지처리에 대로운 대책이 요구되고 있으며, 많은 지자체에서는 대책을 강구중에 있다. 일부의 하수처리장에서는 소각을 적극적으로 검토하고 있으나, 이전에 서술한 것과 같이 우리나라의 하수슬러지는 수분함량이 높고, 유기물함량이 낮다는 점으로부터 발열량이 확보되지 않아 소각에도 한계성이 있을 수 있다. 일부의 하수처리장에서 소각시설을 설치하고 있으나, 연료사용량이 너무 높아 시운전단계에서 많은 곤란을 격고 있다. 최근에 소각분야에서 검토되고 있는 사항은 소각폐열에 의하여 유입슬러지를 건조시키고, 소각을 하려는 움직임하에 설계를 하고 있다. 소각 혹은 기타 처리방법을 채용시에는 슬러지의 성상을 파악하는 것이 중요하다.

소각의 대안으로서 퇴비화방법도 고려해 볼 수 있으나, 퇴비화방법에도 제한요인이 있다. 즉 퇴비화는 처리시간이 긴관계로 부지 즉 장치의 용량이 커진다는 단점이 있고, 슬러지내의 중금속이 재자원화에 걸림돌이 된다. 퇴비화는 농어촌 및 생활하수만을 처리하는 소규모도시에 적용할 경우에 상당한 효과를 가질 것으로 기대된다. 이와 같이 처리관점에서 많은 문제점이 있는 것으로부터 새로운 대안으로서 자원화에 관심이 집중되고 있다.  하수슬러지를 이용한 자원화방법이 여러 방법으로 제안되고 있다. 특히 최근에 제안되고 있는 방법이 용융화 및 소결에 의한 건축자재로서의 재자원화이다. 이러한 재자원화를 위해서도 반드시 수반되는 과정이 열적분해, 즉 유기물을 분해하여 제거시키는 것이다. 폐수슬러지의 경우에는 무기성슬러지만이 배출되어 재활용용도가 높은 것이 있으나, 하수슬러지는 생물학적인 방법에 의하여 처리함으로 반드시 유기물이 수반하게 된다. 즉 유기물의 함량이 적을 시에는 소각이나 퇴비화에 걸림돌이 되나, 유기물의 함량이 높을 때에는 건축자재로서의 재활용에 걸림돌이 된다.

하수슬러지는 그 특성상 재활용을 고려할 시에는 반드시 처리개념이 동시에 수반이되어 검토되어야 한다. 즉 감량화, 안정화, 무해화라는 처리개념내에서 발생하는 각종 부산물(소각재등)등을 재가공 및 재처리하여 재활용하는 것이다. 우리나라는 현재 매립 및 해양투기에 의존하여 처리방법이 다양되지 못했으나, 2001년도부터 매립금지됨에 따라 다양한 기술이 검토되고, 개발되어 보급될 것으로 예측된다. 이러한 과정중에 미래사회에 요구되는 자원화시슬템의 구축이 이루어져야 할 것이다. 이를 위해서는 기술개발이 필요하나, 제도적인 기반의 조성도 중요하다. 선진국에서는 각종 슬러지의 처리 및 재활용기준 즉 가이드라인을 설정하여 두고 실행을 하고 있다. 우리나라도 빠른시기에 현행의 문제점등이 파악되어 가이드라인 등의 설정이 필요하다.

서울산업대학교 환경공학과 배재근

-1. 공법의 처리 계통도

처리물  저장탱크

이송    콘 베 어

파      쇄      기

드 럼   스 크 린

비닐 세척장치

발열 건조로

마 그 넷

바이브레타 피더

계     근     기

포     장     기

재     봉     기

배             출

1-2. 각 플랜트의 기능

본 플랜트의 구성은 처리물 저장탱크, 이송콘베어, 파쇄기, 타공 드럼스크린, 이송탱크, 이송콘베어, 2차 파쇄기, 세목 드럼스크린, 비닐세척탱크, 이송탱크, 이송스크류, 발열건조로, 폐유(정제유)버너, 포장기(저울, 호퍼, 재봉기) 등으로 구성되어 있다.

음식물 쓰레기의 종류는 공동주택 에서의 배출 , 감량화 사업장 에서의 배출, 단독주택 에서의 배출이 있다. 그중 단독주택에서 나오는 음식물쓰레기 처리가 복잡하며 난해하다. 그러나, 본 플랜트는 이물질 분리와 세척이 용이하며  오·폐수 발생량이 적어 환경 친화적 플랜트다.

1) 처리물 저장탱크

♠ 분리된 음식물 쓰레기를 1日 처리 총량을 저장하는 규격으로 되어 있다.

2) 파    쇄    기

♠ 비닐 및 협잡물을 파쇄하는 장치로써 처리물질 이송과 선별 건조가 용이한 규격으로 파쇄하며 다량을 파쇄하는 역할을 한다.

3) 드 럼  스 크 린

♠ 파쇄된 음식물 쓰레기를 비닐과 협잡물 등을 선별 분리하는 기능을 가지고 있으며 비닐이 잘 걸러지는 타공식 스크린이다.

4) 발열 건조 장치

♠ 파쇄 및 선별된 처리 물질을 특수 이송 스크류가 내장된 중탕가열 원통으로 이송하며 외곽  스크류는 바닥의  물질을 저어주며 내부 이격판은 처리물을 이송건조시키는 특수공법으로 구성되어 있으며 회전을 자유로이 함으로서 처리 효율을 극대화 시키며 타거나 눌음을 방지한다.

5) 분    쇄    기

♠ 건조된 처리물질 중에 함유된 고형물질을 분쇄하여 사료화 하는 처리장치이며 방법은 헴머밀을 사용한다.

6) 사료 이송 탱크

♠ 건조 및 분쇄하여 사료화된 물질을 선별하여 포장실로 이송하는 탱크이며 이송이 용이하  도록 하부는  호퍼형식으로 제작되었다.

7) 마  그  넷

♠ 건조 및 분쇄된 사료 중에 함유된 쇠붙이 등을 선별하는 장치로써 영구자석보다 기능과 성능이 월등한 마그네틱 전자석을 사용한 장치이다.

8) 진동 선별기 (바이브레터 피더)

♠ 사료를 완제품으로 하기 위한 장치이며 이물질의 밀도에 따라 선별을 자유자재로 할 수 있다.

10) 포   장   기

* 파쇄기 : 비닐 및 협잡물을 파쇄하는 장치로서 처리물질 이송과 건조가 용이한 규격으로 파쇄하는 역할을 한다.

* 선별기 :  파쇄된 비닐과 협잡물을 선별 분리하는 장치로서 특히 비닐이 잘 선별되는 탁월한 기능을 가지고 있다.

* 건조로 : 파쇄 및 선별된 음식물 찌꺼기를 발열 건조하는 장치로써 오.폐수 발생 없이 비산증류건조 방식이다.

* 보일러 : 폐타이어 및 폐수지를 연료로 사용하는 건류로버너이며 에너지 비용이 저렴하며 매우 경제적 이다.

* 매연제거기 : 건류로 버너에서 발생하는 매연과 건조로에서 발생하는 수증기를 제거하는 장치이다.

* 믹서기 : 건류로 버너와 건조로에서 발생하는 폐열과 수증기를 믹서하는 장치로써 오염물질 배출을 저지한다.

유기성 폐기물의 세부처리조작

1 각종 전처리 기술

전처리시설이란 유기성폐기물이 반입되어 1차발효실(주발효시설)로 유입되기 직전까지를 말한다. 슬러지의 경우에는 성상이 일정하고, 단지 수분함량이 75∼80%를 보이는 것으로부터 수분을 60%전후로 조정하기 위한 혼합조만이 필요하게 된다.

반면에 음식물쓰레기의 경우에는 ① 수분함량이 높고, ② 경우에 따라서는 봉투에 담겨져 유입되고, ③ 이물질이 혼입되어 있고, ④ 염분농도가 높게 유입된다는 점에서 전처리에 많은 노우하워가 필요하다. 이러한 것으로 음식물쓰레기를 퇴비화한다는 조건하에서 시설이 계획된다면, 어떠한 유기성폐기물도 대응이 가능하다.

1) 수분함량에 대한 대책

수분함량에 대한 대책으로는 반송퇴비 및 통기개량제의 공급으로 혼합기에 어떻게 균일하게 혼합하느냐에 있으며, 역으로 통기개량제를 어떤 것을 사용하느냐에 기술적인 초점이 맞추어져 있다. 지금까지는 톱밥, 가구등의 파쇄목을 사용해 왔으나, 톱밥은 쉽게 구입이 불가한 점, 가구등의 파쇄목은 페인트성분 및 방식용으로 사용한 각종 방부제가 문제되고 있는 것으로부터 가로수등의 전지목을 수거하여 파쇄후에 사용하는 곳이 증가하고 있다.

2) 파봉 및 선별장치

음식물쓰레기는 대부분 종량제봉투에 투입되어 반입되는 경우가 많은 것으로부터 파봉이 선결되어야 하며, 파봉과 동시에 질의 균일화를 위하여 혼합이 되어야 한다. 최근에 파봉혼합선별 기술이 개발되어 보급되어 있으며, 그 효능이 계속적으로 개선되고 있다. 경기도 시흥시 음식물쓰레기 자원화시설(주식회사 E)에 사용된 파봉 및 파쇄시스템을 [그림 3]에 나타냈으며, 주식회사 H에서 제안한 파봉.파쇄장치를 [그림 4]에 나타냈다.

[그림 3] 경기도 시흥시 자원화시설의 파봉 파쇄시스템

[그림 4] H사에서 제안한 파봉파쇄시스템

3) 염분대책

이전의 각종 규제안에서 서술 된 것과 같이 슬러지에서는 큰 문제가 없으나, 음식물쓰레기의 경우에는 염분이 문제로 되고 있다. 이러한 염분을 제거하여 원료기준으로 최소 0.2%이하로 억제할 필요가 있으며, 퇴비화과정중에 수분의 증발 및 유기물분해에 의하여 농축된다고 해도 최종제품에서 1% 이내로 억제하는 것이 필요하다. 이러한 염분의 제거를 위하여 많은 기술이 제안되고 있으나, 현실적으로 적용이 어려우며, 현재 단계에서는 세척에 의하여 염분을 제거하는 방법이 가장 합리적인 방법이다. 그러나 이러한 세척방법을 사용할 시에는 폐수가 대량으로 발생하여 폐수처리대책이 요구되며, 폐수처리시설이 동시에 설치되어야 한다. 발생되는 폐수가 고농도라는 점에서 폐수처리시설에 많은 투자가 필요하다. 폐수처리설비를 하지 않으면서 염분을 제거하기 위해서는 최근에 진행되고 있는 하수연계처리방법과 같은 개념으로 발생된 폐수를 하수와 연계처리하는 방법이 합리적이다. 이를 위해서는 퇴비화설비도 하수처리장 인근에 설치될 경우에 유리할 수 있다. 하수처리와 연계하면서 세척에 의하여 염분을 제거하면서 퇴비화를 한다는 전제조건에서 전처리방법으로 제안할 수 있는 시스템이 [그림 5]와 같은 습식선별시스템이다.

[그림 5] H사에서 제안한 습식선별 시스템

주발효시설

주발효시설은 퇴비화설비에 있어서 심장부와 같은 것으로 많은 시스템이 소개되고 있다. 주발효시설은 뒤집기장치와 공기의 공급방법에 따라 차별화될 수 있다.

1) 뒤집기 장치에 따른 구분

현재까지 우리나라에 공급되어진 호기성비화장치는 크게 분류하면, 에스컬레이터식, 다단회전원통식, 패들회전식, 회전로터리식, BOX, 칸막이식으로 구분이 가능하다. 지금까지 가장 많이 보급되어 있는 순으로 하면 에스컬레이터식> 횡형패들회전식> 회전로터리식 > 칸막이식> BOX식> 다단회전원통식으로 구분이 가능하다. 각각은 장단점을 안고 있으며, 특히 유기성폐기물의 성상에 따라 뒤집기장치의 선정에 신중을 기하여야 한다. 이들 주발효시스템에 따라 개방(Open)식과 밀폐(Close)식으로 구분이되며 에스컬레이터식, 횡형패들식, 회저로터리식, 칸막이식등은 개방식으로 구분이 되며, BOX형, 다단회전원통식은 밀폐식으로 구분이 가능하다. 개방식은 부하의 증가에 대하여 대응이 가능하나, 상대적으로 공기량이 많이 요구되며 악취제어가 곤란하며, 밀폐식의 경우에는 부하증가에 대한 대응이 어려운 반면에 공기요구량이 적고, 악취를 점오염원으로 처리하여 2차오염을 방지할 수 있다.

[사진 1] 에스컬레이터식 주발효시스템

[사진 2] BOX형의 주발효시스템

[사진 3] 회전 로터리식 주발효시스템

[사진 4] 횡형패들식 주발효시스템

[사진 5] 다단회전원통식 주발효시스템

2) 공기공급(산기)시스템

처리시스템에 따라 공기공급방법에 많은 차이점이 있으며, 개방식은 외부송입식을 밀폐식의 경우에는 출구흡입식을 채용하는 경향이 있다. 가장 이상적인 방법은 발효조내부에 퇴비화에 필요한 공기량을 공급하면서 공급되는 공기에 의하여 증기로 증발되는 수분제거를 최대로 하면서 악취제어를 위하여 점오염원으로 형태로 확산되지 않는 상태에서 내부공기를 배출시키는 것이다. 이러한 조건을 충족시키기 위해서는 밀폐식이 가장 적당하다. 개방식의 경우에도 부분적으로 밀폐하여 공기량을 최소로 하면서 악취를 제어하는 시스템으로 방법을 강구할 필요가 있다.

4 후숙시설

후숙시설의 목적은 1차발효과정에 미분해된 유기물을 분해시켜 안정화 시킴과 동시에 퇴비내에 잔존하는 각종 취기를 제어하는 목적이다. 통상적으로 1차발효과 원활하게 수행되었다면, 내부온도가 40℃이하로 유지되면서 유기물의 안정화가 일어난다. 통상적으로 야적의 개념으로 저장하며, 때에 따라서는 바닥에 주발효시설보다 훨씬적으로 산소를 공급하여 안정화속도를 촉진시킨다. [그림 12]에 후숙시설의 전형적인 예를 나타냈다. 이 시설의 경우에는 주위에 민가등이 없어 개방식으로 설치했으나, 주위에 민원발생의 소지가 있을 경우에는 내부에 설치해야 한다.

[사진 6] 후숙시설의 예

5 2차오염방지시스템

퇴비화에 있어서 2차오염은 악취가 1순위이며, 다음이 시설에 따라서 염분제거 등을 위하여 세정을 실시할 경우에는 폐수처리설비가 필요하다. 세척설비가 없는 시설에서 발생되는 폐수는 대부분 주발효시설에 살수하여 수분조정용으로 사용하여 무배출시스템의 구현이 가능하다.

가장 민원의 소지가 있는 것이 악취문제이며, 현재까지 시설된 대부분의 퇴비화설비는 [그림 13]과 생물탈취법으로 바이오필터법(토양탈취법)을 채용하고 있다. 이러한 바이오필터법도 그림과 같은 개방식과 탑형으로 만들어진 밀폐식으로 구분이 된다. 일반적으로 관리가 용이하다는 점에서 가방식을 많이 사용하고 있다. 이 시설의 경우에는 저농도악취에 대하여 효과가 뛰어나며, 저농도로 배출되는 곳에서는 문제가 없이 운영되고 있으나, 고농도일 경우에는 별도의 시스템이 필요하게 된다. 가장 이상적인 탈취방법은 저농도와 고농도를 분류하여 고농도악취는 습식약액세정법 혹은 별도의 처리방법으로 저농도화시켜, 저농도악취와 혼합하여 최종처리하여 배출하는 것이 이상적이다.

[사진 7] 바이오필터(Bio filter)법에 의한 악취처리시스템

[사진 8] 습식약액세정법에 의한 악취처리

(주)예지 환경

최소한의 면적에서 처리할 수 있는 고효율 자동사육 시스템이다.

기존 지렁이 처리방식의 단점인 넓은 부지확보 문제를 획기적으로 해결하여 좁은 공간에서도 대량처리가 가능하며 먹이의 투입에서부터 지렁이와 분변토 수확에 이르는 모든 공정이 자동화되어 있다.

실제로 1톤의 하수오니 슬러지를 처리하는데 100평 정도가 필요한 기존의 시스템에 비하여 6-7평의 면적이면 충분하다. 이것은 사육상을 입체화함으로써 가능하게 되었다. 현재 높이 7m의 다단식 사육장치를 개발하였으며 건물구조에 따라 7m 이상의 설치도 가능하다. 7m 높이의 다단식 사육장치는 기존 사육방식에 비해 약 12배의 공간 효율을 높인 것이다.

다단식 사육장치에서 먹이는 제일 높은 층에서 출발하여 제일 낮은 곳으로 이동한다. 이것은 중력의 원리를 이용하였고 아주 적은 동력으로 운영할 수 있도록 하였다. 입체화하는데 따른 에너지 비용도 획기적으로 절감되어 실제로 전기 등의 에너지 사용 비용은 최소화되도록 설계되어 있다.

지렁이의 생태학적인 부분을 충분히 고려하여 설계되었으며 사육장 하나하나는 유지 보수시 분해, 조립이 가능하도록 하였다. 기존 지렁이 처리방식의 단점인 넓은 부지확보 문제의 획기적인 해결을 위해 좁은 공간에서도 대량처리가 가능하며, 투입에서부터 지렁이, 분변토 수확에 이르기까지 모든 공정이 자동화되어 있다.

이렇게 좁은 면적에서 입체적인 사육을 하기 때문에 지렁이 생육환경을 최적상태로 유지할 수 있게 되었고 이 때문에 하수오니 슬러지의 처리속도는 기존 지렁이 처리방식의 2배 이상이라고 할 수 있다.

수분조절제가 필요없다.

기존의 퇴비화 방식에서는 퇴비를 만들기 위하여 수분조절제가 필요하였다. 이러한 수분조절제는 비용 때문에 경제성이 떨어지는 문제도 있지만 지역에 따라서 적절한 시기에 재료를 입수하지 못한다는 문제도 있다. 그러나 NEX-COM 시스템에서는 수분조절제를 사용하지 않고 자체적인 순환 방식을 통하여 수분 함량을 조절하고 퇴비화를 진행시킨다.

퇴비화 속도가 빠르다

지렁이 다단식 사육장치는 지렁이에 의한 분해 및 퇴비화(Composting)가 동시에 이루어지는 시스템이다. 하수 슬러지의 투입층 두께는 지렁이 자체의 움직임만 가지고도 공기를 유통시킬 수 있도록 하였으며 다단식 사육장에 공기의 흐름이 이루어지도록 하며 원활하고 지속적으로 공기가 공급되도록 하여 고속 퇴비화를 이룰 수 있도록 하였다.

침출수 또는 폐수발생이 없다.

하수 슬러지는 함수율이 높기 때문에 퇴비를 만들 경우 기술적인 면에서 많은 어려움이 있다. NEX-COM 시스템은 하수오니 슬러지의 함수율에 영향을 받지 않으며 침출수나 폐수를 별도로 배출하지 않고 처리할 수 있는 시스템이다.

악취 발생이 없다.

NEX-COM 시스템은 냄새를 원천적으로 방지한다. 이 시스템에서 냄새는 두단계에 걸쳐 예방한다.

첫단계는 하수오니 슬러지 자체에서 냄새가 나는 원인을 제거한다는 것이다. 하수오니 슬러지가 냄새가 나는 것은 유기물이 부패균과 접촉하여 부패과정을 진행시키기 때문이다. NEX-COM 시스템에서는 하수오니 슬러지를 멸균시키는 과정을 거치기 때문에 이 이후 과정에서 부패 과정으로 진행하지 않도록 설계되어 있다.

두 번째 단계로서 지렁이 분변토를 이용한 생물학적 탈취 시설을 이용하여 악취를 완전히 제거한다. 악취물질에 대한 흡착능력이 매우 뛰어난 지렁이 분변토를 내부에 충전시켜 바이오 필터를 구성하고 악취가스가 이 필터를 통과할 때 냄새발생 물질을 생물학적으로 분해시켜 악취를 제거한다. 이 방식은 적은 시설투자 및 운전비용이 저렴하며 효과적으로 악취를 제거하기 때문에 악취에 의한 민원발생 소지가 없으며 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있다.

하수종말처리장에서 발생하는 악취를 동반한 가스 내에는 암모니아, 황하수소, 메틸머캅탄, 휘발성 유기오염물질(VOC) 등이 포함되어 있다.

지렁이의 배설물인 분변토 자체는 냄새가 나지 않으며 물리적인 흡착능력이 매우 크고, 화학적 흡착능력 나타내는 양이온치환능력(CEC) 또한 55.1me/100g 정도로서 매우 높은 흡착능력을 가지고 있다. 또한 티오바실러스 티오옥시단스(Thiobacillus thiooxidans), 티.티오파러스(T.thioparus), 슈도모나스(Pseudomonas), 오소박터(Arthobactor), 하이포마이크로비옴 엑스(Hyphomicrobium X), 메틸로박테리엄(Methylobacterium sp.)등의 다양한 미생물들을 함유하고 있어 생물학적 탈취제로서의 충분한 조건을 갖추고 있다.

운영유지 비용이 저렴하다

NEX-COM 시스템에서는 하수오니 슬러지를 지렁이(Lumbricus rubellus : 붉은 지렁이)로 처리한다. 기계와 달리 지렁이는 일정한 습도와 온도 등의 환경 조건을 유지시켜 주면 24시간 작업하고 번식한다. 따라서 시스템이 안정되면 퇴비화 등의 다른 처리 방식에 비하여 운영유지 비용이 저렴하다. 또한 이 시스템에서는 작업자인 지렁이가 연속적으로 증식하기 때문에 처리속도가 시간이 지남에 따라 빨라지게 된다.

지렁이 다단식 사육장치는 중력의 원리를 이용하고 있기 때문에 최소한 동력으로 운전이 가능하다. 지렁이와 분변토 수확도 시스템의 기본적 요소로 설치되기 때문에 별도의 노동력이 필요하지 않다.

부산물을 다양한 용도로 재활용할 수 있다

다른 재활용방식의 대부분이 기술적, 법적, 제도적으로 인정받지 못한 상태에서 재활용되고 있다. 퇴비화의 경우 농업적으로 권장되는 퇴비의 품질과 비교하면 질적으로 떨어진다. NEX-COM 시스템에서 생산되는 지렁이와 분변토는 재활용하는데 전혀 문제가 없으며 오히려 생산량이 적다는 것이 문제될 정도이다.

지렁이 분변토는 그 크기가 작고 떼알구조로 되어 있어 공극율이 크기 때문에 토양에 보수성과 통기성을 원활히 유지시켜 주는 물리적 특성을 가지고 있다. 또 지렁이가 먹이를 섭취하여 분변토를 배설하는데는  12∼20시간이 소요되는데 섭취된 슬러지 등은 지렁이 체내의 사낭에서 분쇄되고 쉽게 분해될 수 있는 화학적 변화를 받으면서 각종효소 및 미생물 등에 의해서 식물이 흡수 가능한 물질로의 전환이 이루어지기 때문에 식물체내에서 양분으로 활용될 수 있는 생화학적인 변화가 이루어진다. 이 외에도 지렁이 분변토에는 식물 생육에 도움을 주는 각종 유익한 미생물이 다량 존재하고 있으며 생장촉진 물질이 있기 때문에 식물 생육을 위해서는 최적의 배지라고 할 수 있다. 상식적으로 볼 때 농업 생산자들은 지렁이 분변토의 가치에 대해서는 의심이 없다고 할 수 있다.

한편 지렁이도 낚시미끼, 의약품 원료, 화장품 원료, 양어 사료, 축산 사료 첨가물, 식물성장 촉진제, 건강 식품 등의 다양한 용도로 재활용할 수 있다.

우선 낚시 미끼 시장을 들 수 있다. 지렁이는 현재까지 주로 낚시미끼용으로 판매되고 있는데 상수원보호 목적으로 떡밥사용이 금지되고 있으므로 시장은 지속적으로 확대될 것이다. 또한 혈전용해제의 원료로 제약회사에 납품되고 있으며 98년 일본으로 약 100톤의 지렁이를 수출하기도 하였다.

지렁이의 영양가치를 본다면 특수사료를 비롯한 고부가가치 사료자원으로 개발할 가치가 있다. 지렁이 건중량의 60%가 단백질이며 지렁이에 함유되어 있는 아미노산은 인공아미노산에 비해 훨씬 효과적이다. 지렁이에 들어있는  아르기닌산은 멸치의 3배인 10.07%가 있으며 트립토판은 소간의 7배, 혈분의 4배가 있고, 티로신은 간에 비해 2.25배 높은 함량을 나타내고 있다.

중금속 및 유해 병원균 제거능력이 뛰어나다.

하수슬러지의 토양 환원에서 장애요인인 중금속과 병원균은 지렁이의 체내를 통과하면서 상당한 제거 효율을 보이고 있다. 이는 하수슬러지의 안정적 처리라는 측면에서 볼 때 타 처리방식에 비해 훨씬 안정된 결과를 제공하고 있다.

다음은 하수슬러지를 지렁이로 처리했을 때 중금속 및 유해병균의 변화 추이다.

기타 장점

매립할 필요가 없기 때문에 매립비용과 매립장 운영비용을 절감할 수 있어 이로 인한 경제적 이익을 고려할 수 있다. 매립을 하지 않을 경우 쓰레기 차량 운행을 단축할 수 있어 지방자치단체의 재정에 기여할 수 있다. 또 하수오니 슬러지 문제를 생물학적으로 해결한다는 개념은 경제적 이익 이외에도 지방자치단체의 이미지 관리에 큰 도움이 된다.

유기질비료의 기능

1) 생육촉진자극

유기질비료가 토양에 투입되면 토양미생물이 급속히 증가하며 유기물 분해가 시작되는데 분해 과정에서 생성되는 각종 분해생성물인 무기영양분(N, P, K)과 미량요소(Mg, Mn, Cu, B, Mo 등), 특이 물질인 아미노산, 핵산, 유기산, 비타민, 부식 등이 작물의 양분으로 공급되어 생육촉진을 자극하는 기능을 한다.

토양미생물의 적합한 먹이인 유기물질은 C/N율(유기물대질소비) 15-20수준이 적합하며 유기질 비료를 구성하고 있는 단백질이 미생물에 의해 분해되면서 암모니아태 질소와 질사내 질소로 변화하면서 작물에 흡수된다.

2) 토양개량

토양미생물에 의한 분해생성물과 균사 등에 의해 토양을 떼알구조로 만든다. 떼알구조 토양은 공극이 형성되어 공기의 소통과 투수성이 원활하여 보수력이 증대되어 작물뿌리의 신장이 촉진된다. 떼알구조 형성기간은 시용후 1주일 이내에 시작하여 2주후에 최고수준에 이른다. (1mm이상의 대형구조로 형성)

유기질비료를 시용하면 부식의 증가로 인해 염기치환용량(CEC)을 높여 보비력을 증대한다. 점토와 부식은 음전하(-)상태인데 양전하(+)를 띤 Ca++, Mg++, K+, Na+ 등이 흡착되어 전기적 중화를 이루게 되는데 비료 등으로 공급된 양이온의 양분이 유실, 용탈되지 않고 작물이 이용할 수 있는 형태로 보존된다.

유기질비료는 토양중에 흡착 고정된 인산을 미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 생성되는 유기산 등에 의해 가용화되어 작물이 흡수 이용하게 된다.

토양의 완축작용 또는 완축능력을 증대한다.

중금속 등 유해물질의 해독을 경감하며, 지온의 상승효과와 각종 화학반응을 촉진시킨다.

유기산에 의한 토양광물의 화학적 중화작용의 촉진으로 양분의 가급태화 기능이 있다. 유익한 길항균의 증식으로 병해의 발생을 완화하는 기능도 있다.

3) 품질개선

유기질비료 시용은 양분공급기능 및 생육촉진기능과 토양의 물리화학적 개선기능 등으로 화학 비료만 시용한 경우보다 저장성이 향상되고 열과현상이 감소되며, 색깔이 좋아지고 당도가 증가 되는 등 품질개선 효과가 있다.

3. 양질의 유기질비료 조건

동일비료라도 미생물의 먹이가 되는 유기물과 분해 생성되는 무기영양분(N, P, K, 미량요소 등)이 다양하게 많이 함유된 비료가 고급 유기질비료라 할 수 있다.

비료를 구성하는 요소를 크게 보면 유기물, 수분, 염산용해물(Ca, Mg) 염산불용해물(모래, 흙) 로 구성되는데 유기물이 많은 비료일수록 수분이나 염산불용해물이 적고 중금속 등의 다른 요소가 적어 양질의 유기질비료로 볼 수 있다.

단일 원료로 제조한 비료보다는 다양한 종류의 유기질 혼합된 혼합유기질 비료가 각각의

유기물이 갖는 장점들이 상호보완되어 더 좋은 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.

4. 불량비료의 간이 판별법

부산물비료인 경우 손으로 비료를 꼭 쥐었을 때 수분이 보이거나 악취가 심하게 난다면 부숙 (발효)과정을 충분히거치지 않은 불량비료라 볼 수 있으며 완숙된 퇴비는 퇴비고유의 향긋한 냄새가 나며 계분, 돈분 등 가축분뇨로 만든 부산물비료라도 악취가 거의 나지 않아야 좋은 비료이다.

유기질비료인 경우도 악취가 나거나 손바닥에 수분이 느껴지는 등 수분이 과다한 경우와 투명한 용기에 물과 혼합하여 침전시킬 때 모래, 흙 등의 염산불용해 물이 과다하게 침전되는 비료는 불량비료로 볼 수 있다.

5. 유기물함량 간이 판별법

유기물 함량은 최초 제품 무게에서 수분, 회분량을 뺀 나머지를 말하며 유기물 함량이 많을수록 양질의 비료이다.

일정한 양의 제품(1,000g)을 금속으로 된 용기에 담아 가열하거나 햇빛에 말리면 제품 중에 함유된 수분이 증발하게 되는데 처음의 무게에서 남은 건조물의 무게를 빼면 수분량이 나온다. (예 : 1,000g(처음 제품 무게)-600g(건조물) = 400g(수분량) )

건조물을 용기에 담아 더 센 화력으로 태우면 유기물은 타 버리고 흙, 모래 등 광물질이 회분 (염산불용해물)만 남게 된다.

(예 : 600g(건조물)-300g(회분)=300g(유기물) )

유기성 폐기물의 세부처리조작

결 론

미래사회에 요구되는 자원화시슬템의 구축이 이루어져야 할 것이다. 이를 위해서는 기술개발이 필요하나, 제도적인 기반의 조성도 중요하다. 선진국에서는 각종 슬러지의 처리 및 재활용기준 즉 가이드라인을 설정하여 두고 실행을 하고 있다. 우리나라도 빠른시기에 현행의 문제점등이 파악되어 가이드라인 등의 설정이 필요하다.

21세기는 자원순환사회라고 말하고 있으며, 생태계에 대한 영향을 최소화하면서, 자원을 적절하게 분배사용하기 위해서는 자원화가 필수적인 과제이다. 선진외국도 생활쓰레기에 대해서는 직매립을 금지하고, 소각을 금지한다는 장래 정책목표를 수립하고 있으며, 이를 위하여 발생억제를 위한 각종 제도의 개발이 이루어지고 있으며, 발생된 후에 감량화 및 자원화하는 기술 및 시스템의 개발에 노력을 기울이고 있다.

우리나라의 상황은 외국과 많은 차이가 있으나, 90년대 초기에 매립지가 문제가 되어 2003년 7월부터 슬러지, 2005년도1월부터는 음식물쓰레기의 직매립을 금지하는 사항을 폐기물관리법에 명시하고 있는 실정이다. 이러한 배경하에서 유기성폐기물의 자원화기술에 대한 관심이 증가하고 있으며, 다양한 자원화시스템이 기술개발되어 보급되고 있다.

21세기의 자원순환체제구축을 위해서 선진국에서는 기본구상을 하고 있으며, 기본 구상에 따라 산학연이 각종 제도 및 기술개발에 총력을 기울이고 있다. 최근에 첨단환경산업을 리드하는 환경관련 기업들은 자원순환사회와 Zero emission을 표방하여 브로셔를 제작하고 기술적 우위를 점하기 위하여 노력하고 있다.

자원의 유한성에 대비하여 세계각국은 소각과 매립을 점진적으로 지양한다는 정책을 가지고 있는 것으로부터 폐기물중에 종이, 고분자화학물질 및 무기성물질(유리, 도자기, 금속류)은 발생억제 및 분리수거에 의하여 제어가 가능하나, 음식물쓰레기와 슬러지등은 발생억제에 한계가 있으며, 반드시 처리과정을 거쳐 감량화시켜야 하며, 가장 좋은 수단이 다시 자연계로 환원시키는 자원화가 필수적이다. 자원화수단으로 귀결되는 퇴비화시스템이다.

최근에 매립대신에 퇴비화시스템을 두어 생활폐기물을 자원화시켜 무배출시스템을 구현하고자 하는 연구가 시작되었다. 즉 생활폐기물중의 유가물은 기계적, 인적자원에 의하여 분별수거하여 재사용하고, 최종적으로 잔존하는 유기성폐기물을 퇴비화에 의하여 생물학적으로 분해시켜 안정화시킨 후에 농지로 환원이 가능한 것은 순환시키고, 불가능한 것은 최종적으로 매립을 하자는 시도이다. 퇴비화과정중에 유기물이 안정화되어 최종매립되어도 2차오염이 발생하지 않으며, 매립지안정화가 필요없게 된다. 이러한 시도는 "퇴비화에 의한 폐기물의 매립전처리 겸 영구매립시스템"으로 명칭되어 활발하게 연구가 이루어지고 있다. 일부의 연구에 의하면 퇴비화과정을 거치면 1/10정도의 감량화와 동시에 매립지내의 침출수에 영향을 거의 주지 않는 거으로 보고 하고 있다. 21세기에는 매립시스템이 퇴비화시스템으로 변화할 것이다.