[폐기물] 퇴비화

Q. 폐기물의 퇴비화에 대한 설명이다 잘못된 것은?

① 미생물에 의해 유기물을 분해한다..

∨② 퇴비화한 후에는 C/N가 높아진다.

③ 반응속도는 혐기성방법보다 호기성 방법이 빠르다.

④ 퇴비화를 촉진시키기 위해 어느 정도 분해시키는 것이 좋다.

 

Q. 유기성 폐기물의 퇴비화에 의한 최종부산물인 부식질의 특징으로 옳지 않은 것은?

① 악취가 없는 안정한 유기물이다.

② 병원균이 사멸되어 거의 없다.

③ 물보유력과 양이온 교환능력이 좋다.

∨④ C/N비가 높다.

 

Q. 퇴비화의 중요 영향인자인 C/N비에 관한 설명으로 틀린 것은?

① 탄소는 퇴비화 미생물의 에너지원이며 질소는 미생물을 구성하는 인자이다.

∨② C/N비는 40~120 정도가 적당하며 C/N가 크면 퇴비화기간이 길어짐.

③ C/N비가 낮으면 질소원의 손실이 커서 비료 효과 저하됨.

④ C/N비가 낮으면 pH가 증가함.

⑤ C/N비가 높으면 부분혐기성 유지시에 저급지방산을 생산하여 pH 저하.

 

Q. 퇴비화 영향인자에 대한 설명 중 틀린 것은?

① 수분은 50~60%가 적당하며 40%이하일 경우 분해율이 감소한다.

∨② C/N비는 20~30이 적당하며, 이 값이 크면 퇴비화기간이 짧아진다.

③ pH는 보통 6~8범위가 좋으며 초기에는 낮은 값을 유지하고 퇴비화반응이 진행됨에 따라 약알칼리성을 유지한다.

④ 산소공급을 통한 온도조절효과, 수분, 이산화탄소 등 다른 가스의 제거도 가능하다.

 

Q. 유기성 폐기물 퇴비화의 단점이라 할 수 없는 것은?

① 낮은 비료가치

② 부지선정의 어려움

∨③ 퇴비화 과정 중 외부가온

④ 악취발생 가능성

 

Q. 호기성 퇴비화에 대한 다음 설명 중 틀린 것은?

① 퇴비화에 적당한 함수율은 50~60%이다.

② 내부온도가 60~70℃까지 상승하므로 병원균, 회충란 등이 사멸된다.

③ 퇴비화과정에서 산소요구량을 만족시키기 위하여 폐기물을 교반시키거나 공기주입장치를 사용하여 공기를 공급한다.

∨④ C/N비는 탄소와 질소의 비를 말하며 퇴비화가 끝나면 C/N비는 상승한다.

 

Q. 퇴비화 과정에서 공급되는 공기의 기능과 가장 거리가 먼 것은?

① 미생물이 호기적 대사를 할 수 있게 한다.

② 온도를 조절한다.

∨③ 악취를 희석시킨다.

④ 수분과 가스 등을 제거한다.

 

Q. 분뇨의 퇴비화에 대한 설명 중 옳지 않는 것은?

① 생분뇨의 C/N비는 일반적으로 적어서 퇴비 과정에서 C/N비가 높은 다른 물질과 혼합하는 것이 유리하다

② 생분뇨는 함수량이 높기 때문에 함수율을 줄이든지 함수율이 낮은 연탄재와 섞는 것이 유리하다.

∨③ 혐기성 퇴비화가 호기성 방식보다 속도가 훨씬 빠르다.

④ 가능한 한 호기성 상태를 유지하여야 한다.

 

Q. 퇴비화과정에 관한 설명으로 알맞지 않는 것은?

∨① 초기단계：주로 저온성 진균과 세균들이 유기물을 분해하여 lignin함량을 높이는 것으로 알려져 있다.

② 고온단계：고온성 미생물의 분해활동으로 이루어지며 주된 미생물은 Bacillus sp.등인 것으로 알려져있다

③ 숙성단계：유기물들은 난분해성인 부식질로 변화된다.

④ 숙성단계：방선균의 밀도가 높아지게 된다.

 

Q. 생활 쓰레기를 퇴비화시키는 과정에서 다른 때보다 심한 악취가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위한 조치로서 적절하지 않은 것은?

① pH를 조사한다.

② 탄소/질소비(C/N)비를 조사한다.

③ 유입공기량을 증가한다.

∨④ 물을 뿌려준다.

⑤ 톱밥을 추가한다.

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● 퇴비화 

- 비교적 고온(40～55 ℃)에서 이루어지는 호기성(aerobic) 분해공정 이며 보통 유기성 고형 폐기물(organic solid wastes)의 처리에 이용하고 있다

- 하수슬러지는 질소 및 인 등의 비료 성분 이외에 각종 유기물과 무기물로 구성되어 있기 때문에 녹 지․농지에 유기질 보급원으로서의 이용 가치가 높다.

- 하수슬러지의 녹지․농지로의 이용 형태로서는, 하수슬러지 퇴비, 건조슬러지, 슬러지 케익, 소각재 등이 있지만 비료로서의 가치, 취급의 용이성, 위생 등을 고려할 때 하수슬러지 퇴비화가 바람직한 방법이다

1) 목적 

- 유기성폐기물의 퇴비화에 의하여 생성된 생성물은 녹농지에 비료로서 토양개량제 효과를 기대하는 자원으로서 이용하는 것을 기본으로 함

- 퇴비화된 생성물은 질적으로 안정화되어 있기 때문에 녹농지 이외에 녹생토(건설공사녹화용)와 매립보조재로서 이용하는 것에 대해서도 생각할 수 있다.

- 유기성폐기물의 녹농지 이용을 위한 퇴비화의 목적은 다음의 3가지로 대별할 수 있다.

① 유기물의 분해에 의한 안정화 및 감량화
- 슬러지 중에는 미분해성 물질이 많이 있고 질적으로 불안정한 형태이다. 이것을 녹농지 등에 무제한 사용하면 토양 중에서 급격하게 분해되어 토양중의 산소가 결핍된다.

- 유기물이 발아장애 및 생육작물의 뿌리 썩음의 원인이 된다. 따라서 슬러지를 퇴비화하는 것에 의하여 슬러지 중의 불안정한 유기물을 분해하여 안정화 할 필요성이 있다.

② 취급성의 개선
- 탈수케익의 함수율은 70∼80% 정도이기 때문에, 이 상태로는 유통, 이용에 있어서 취급성이 나쁘다.

- 저류, 저장시에 질적으로 불안정하기 때문에 부패에 의하여 악취 등의 문제도 일어난다.

- 퇴비화에 의하여 함수율의 저장 및 유기질의 안정화에 의하여 녹농지 이용에 있어서 취급성, 저장성의 개선을 시도할 필요가 있다.

③ 병원성미생물, 기생충란 및 잡초종자의 사멸
- 슬러지 중에는 병원균, 기생충란, 바이러스 및 잡초종자 등이 혼입할 가능성이 있다.

- 슬러지를 녹농지 이용하는데 있어서, 이것을 사멸 또는 불활성화 하는 것이 중요하다.

 

2) 특성 

① 갈색 또는 암갈색

② 낮은 C/N비

③ 미생물 활동에 의한 계속적인 성질의 변화

④ 높은 양이온 교환능력 및 수분흡수능력

 

3) Humus (부식토) 특징 

① 악취가 없는 안정한 유기물이다(흙냄새).

② 병원균이 사멸되어 거의 없다.

③ 뛰어난 토양개량제이다.

④ 물 보유력과 양이온교환능력이 좋다

⑤ C/N 비가 낮다(10～20).

⑥ 짙은 갈색(검은색)이다

 

2) 호기성 처리(퇴비화) 장단점

(1) 장점

① 유기성 폐기물을 재활용함으로써 폐기물을 감량화 할 수 있다.

② 생산품인 퇴비는 토양의 이화학성질을 개선시키는 토양개량제로 사 용할 수 있다.

③ 운영시에 소요되는 에너지가 낮다.

④ 초기의 시설투자비가 낮다.

⑤ 다른 폐기물처리 기술에 비해 고도의 기술수준이 요구되지 않는다

 

(2) 단점 

① 생산된 퇴비는 비료가치가 낮다.

② 다양한 재료를 이용하므로 퇴비제품의 품질표준화가 어렵다.

③ 부지가 많이 필요하고 부지선정이 어렵다.

④ 퇴비가 완성되어도 부피가 크게 감소되지는 않는다(50% 이하).

⑤ 악취발생의 가능성이 있다

 

3) 주요 환경인자 

(1) 온도

- 퇴비화 진행과 함께 일어나는 온도변화를 추적하면 퇴비화가 어느 정도 진행되고 있 는지를 알 수 있다.

- 퇴비더미 내에서도 위치에 따라 온도편차가 발생하는 데 더미 외부 는 상온이 유지되나 내부로 들어갈수록 퇴비자체의 단열효과로 인하여 온도가 높아진다.

- 퇴비화 중 최고 온도가 60 ℃를 넘지 않도록 조절하는 것이 퇴비화의 효율성을 높일 수 있다.

- 초기 며칠간은 50~55℃를 유지해야하고 활발한 분해를 위해서는 55~60℃가 적당하다 

- 온도가 66℃이상 상승하면 생물학적 분해활동이 감소한다 

(2) 공기

- 퇴비화 과정은 주로 유기물의 호기적(aerobic) 산화분해이기 때문에 산소의 존재가 필 수적이다.

- 퇴비화 과정에서 공급되는 공기는 미생물이 호기적 대사를 할 수 있도록 한다

- 온도를 조절하며, 수분, CO2 및 다른 기체들을 제거하는 역할을 한다.

- 과도하게 많은 공기를 공급하면 필요한 수분이 제거되고 겨울철에는 퇴비온도가 저하되어 퇴비화가 늦어진다.

 

(3) pH

- 퇴비화과정에서 관찰되는 pH범위는 5.5∼8.5 사이로서, 일반적으로 초기에는 낮은 값을 유지하고 퇴비화반응이 진행됨에 따라 약알칼리성을 진행한다.

- 적당한 분해작용을 위해서는 pH 7~7.5 범위를 유지한다 

- 암모니아 가스에 의한 질소손실을 줄이기 위해 pH8.5 이상 올라가지 않도록 주의한다 

- 퇴비화반응의 초기에는 원료입자의 내부에 충분한산소가 공급되지 않은 채로 내부물질이 혐기적으로 분해됨으로 저급지방산등이 발생하고, 시간이 지남에 따라 공기공급이 원활히 되면서 분해가 활발히 진행되어, 질소성분중의 암모니아가 발생되게 된다. 이러한 암모니아의 발생이 활발화되면서 물질내에 암모늄이온이 잔존되어 약알카리성을 띠어 8이상의 pH를 유지하게된다.

- 퇴비화과정중에 많이 일어나는 현상중에 하나가 공기가 적게 공급될 시에  pH가 4.5이하로 떨어지는 것으로 이러한 현상이 일어날 시에는 공기공급을 원활히 함과 동시에 소석회와 같은 중화제를 사용하여 pH를 임으로 올려주어야 한다.

• 퇴비화의 경우 초기에는 약산성으로 되나, 반응이 진전되면서 8이상으로 된다.
• 퇴비화시에 산성을 유지할 경우 C/N비가 높거나, 점도가 높아 혐기성 발효가 일어나 유기산이 생성
• 알칼리를 유지할 경우 암모니아가 유리되어 pH 상승
• pH 조절을 위하여 석회나 유황을 첨가

(4) 수분(함수율)

- 퇴비 중의 수분함량은 미생물의 활동에 결정적 영향을 미치는 환경요인이다.

- 퇴비화 과정 중 수분함량은 퇴비 내의 조건에 따라 증가하기도 하고 감소하기도 한다.

- 퇴비화에 적당한 수분함량은 50～60 %이다. 40 % 이하가 되면 분해효율이 감소하고 60 % 이상이 되면 기공 내로 산소확산(oxygen diffusion)이 잘 되지 않아 혐기성 발효가 일어나 악취가 발생하거나 퇴비화 효율이 떨어진다

 

(5) 탄질비(C/N비)

 - 많은 원소중에서 탄소와 질소는 생물에게 매우 중요한 원소로 작용하며, 또한 분해정도를 가름하는 중요한 지표로 사용된다. 이들의 함량비를 탄질소비, C/N로 나타내게 된다.  

- 탄소는 흔히 발열량 즉 에너지의 양을 예측하는 기본 자료로서 사용되며, 미생물세포의 약 50%를 탄소로 되어 있다.

- 질소는 단백질, 헥산, 세포 성장과 기능조절을 위한 필요한 아미노산의 구성성분으로서 효소와 Coenzyme의 주요한 구성요소이다.

- 퇴비화에 있어서 분해를 촉진시키기 위해서는 생체에 가장 많은 량을 차치하고 있고, 대사를 위하여 가장 많이 필요한 두 원소의 최적의 양을 공급하지 않으면 안된다.  이를 위해서는 사용하는 원료내에 탄소와 질소비를 측정하고, 최적의 비율로 조정해줄 필요가 있다.   

- 원료성상에 따라 최적의 값이 달라질 수 있으나, 일반적으로 퇴비화에서 있어서 가장 이상적인 탄소와 질소의 무게비율은 50이하로서, 25-30:1이다. -> 초기 C/N 비는 25~50이 적당 

- 비율이 25-30이하일 경우: 질소성분의 유실이 커지며, 암모니아등의 악취가 심하게 발생

- 비율이 25-30이상: 미생물의 성장에 필요한 질소원이 적어 미생물의 성장에 장애를 줌으로서 퇴비화의 반응속도가 느리게 진행

 

   -  C/N비가 높을 경우

    a. 질소원의 부족으로 분해하는 데 긴 시간이 요구

    b. 분해속도가 늦어진다.

    c. 부분혐기성 유지시에 저급지방산을 생산하여 pH 저하

 

  - C/N비가 낮은 경우

    a. 질소원의 손실이 커서 비료 효과 저하

    b. NH3의 발생이 과다하게 되어 반응속도를 제한

 

   - C/N비와 퇴비화 일수 : 20(12일), 20∼50(14일), 128(21일)

 

(6) 숙성도

- 퇴비화가 완료된 시점을 정확히 결정하는 것은 퇴비화 시스템의 효과적 운용 측면에 서 볼 때 중요하다. 그러나 아직까지 여러 가지 폐기물에 공통적으로 적용될 수 있는 퇴 비화의 완료정도, 즉 퇴비 숙성도(compost maturity)를 나타내는 뚜렷한 지표가 없다. 폐기 물의 종류에 따라서 온도, CO2 발생량, 탄질비, 식물생육 억제정도 등을 추적하여 퇴비화 숙성도를 간접적으로 알 수 있다

 

4) 퇴비화 공정 

- 퇴비화는 미생물의 호기성 유기물 분해를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 중의 하나

- 폐기물을 바로 토양에 매립할 때 발생되는 악취, 침출수에 의한 지하수 오염, 동물·인체에 병원균 전파 등의 문제를 상당히 감소시킬 수 있다

- 퇴비화 과정 중 유기탄소가 미생물 호흡에 의해 이산화탄소로 소실되므로 전체적인 폐기물의 용량이 감소된다.

- 유기성 폐기물은 그 구성 성분이 배출원에 따라 어떤 특별한 종류이거나 또는 여러 가지 유기물이 다양하게 섞여 있으므로 때로는 수많은 종류의 세균(Bacteria), 사상균(Fungi)등의 미생물이 포함되어 있고, 이들은 적당한 환경조건이 되면 분해활동을 시작한다.

- 세균은 발육온도 조건에 따라서 20℃이하에서 생존하는 저온균(Psychrophilic)과 25∼40℃에서 잘 성장하는 중온균(Mesophilic), 45℃이상에서 잘 생존하는 고온균(Thermophilic)으로 구분할 수 있다.

- 유기물의 분해과정을 퇴비더미의 온도가 오르기 시작하는 초기단계, 주로 유기성 폐기물 중의 Cellulose, Pectin등의 분해가 이루어지는 고온단계, 온도가 떨어지고 분해속도가 느려지며 다시 중온성 미생물들이 정착하는 숙성단계로 나눌 수 있다. 혹자는 마지막 단계를 냉각단계와 숙성단계로 세분하기도 한다

 

(1) 초기단계

• 중온성 사상균과 세균들이 주로 유기물을 분해 → 퇴비더미의 온 도가 40℃이상으로 상승됨에 따라 고온성 세균과 방선균으로 대체 되기 시작
• 일반적으로 토양 중의 유기물에 존재하는 미생물들과 비슷한 종류 가 많음

(2) 고온단계

• 중온성 미생물에 의한 폐기물의 분해로 열이 발생 → 중온성 미생 물들의 밀도와 분해활동이 급격히 감소
• 고온성 미생물의 밀도는 증가
• 퇴비화는 적당한 고온인 45∼55℃에서 가장 효율적으로 진행됨

(3) 숙성단계 

• 고온성 미생물의 작용에 의한 분해가 끝난 상태
• 분해속도가 훨씬 느리고 따라서 퇴비화온도도 40℃이하로 떨어짐
• 유기물들은이 더 이상 분해가 쉽게 되지 않는 안정된 물질(Humus)로 변함

 

5) 퇴비화 방법 

– 퇴비화의 두 가지 주요방법은 교반식 및 정체식

– 교반식 방법은 퇴비화할 물질을 주기적으로 교반하여 산소를 주입하고, 온도를 조절하고, 보다 일정한 부산물을 얻기 위해 물질을 혼합

– 정체식 방법에서는 퇴비화할 물질은 그대로 두고 공기는 퇴비화 물질 을 통해 불어 넣음

– 퇴비화의 가장 일반적인 교반식과 정체식 방법은 각각 뒤집기식 퇴비단과 통기식 정체퇴비단법으로 알려져 있음

 

(1) 뒤집기식 퇴비단 공법

• 퇴비화의 가장 오래된 방법 중의 하나

• 퇴비단 시스템은 보통 높이가 1.8~2.1 m, 폭이 4.0~5.0 m 작은 단면을 가진 퇴비단을 이용 (장치의 형태에 따라 다름)

• 퇴비단을 만들기 전에 유기물질을 파쇄와 스크리닝으로 약 2.5～7.5 cm 크 기로 하고 수분함량을 50~60 %로 조절

• 온도가 55℃ 또는 약간 넘게 유지되는 동안 일주일에 두번 뒤집기

• 뒤집기로 인해 종종 불쾌한 냄새가 배출되기도 하며, 완전한 퇴비화는 3~4주 후에 이루어짐

• 그 후 퇴비는 뒤집지 않고 3～4주 더 숙성

 

(2) 통기식 정체퇴비단법  (Aerated Static Pile Composting)

• 원래 하수처리 슬러지의 친산소성 퇴비화를 위해 개발되어, 정원폐기물 또는 분리된 도시폐기물이 함유하는 여러 유기성 폐기물을 퇴비화하기 위해 이용

• 격자형의 폭기 혹은 통기관 위에 전처리된 도시폐기물의 유기성 분이 쌓여있는 형태로 높이는 약 2~2.5 m

• 체 분리한 퇴비를 새로운 퇴비단의 보온과 악취방지를 위해 퇴비단 표층에 덮 어줌

• 각 퇴비단은 보다 효과적인 공기공급을 위해 통상 별도의 송풍기를 사용하며, 공기는 생물학적 전환에 필요한 산소를 공급하고 퇴비단내에 온도를 조절하기 위하여 주입

• 퇴비화 기간은 3~4주 정도이고, 그 후 4주 또는 그 이상 숙성

 

(3) 기계식 반응조 퇴비화법

<그림 4. In-Vessel Composting System>(출처 : http://venus.semyung.ac.kr/~yoonsp/ch6.hwp)

• 퇴비화가 밀폐된 반응조내에서 이루어짐

• 기계식 반응조 퇴비화법은 크게 플러그(plug flow) 흐름조와 교반(dynamic) 조로 분리

• 플러그 흐름조에서는 퇴비화 입자들은 반응 시작부터 반응 끝까지 동일 반응조 에 머물며, 그 시스템은 선입-선출(first-in, first-out)원리에 의해 운전된다. 교반조에서의 퇴비화 물질은 기계적으로 혼합

• 공기흐름, 온도 및 산소농도와 같은 환경조건을 조절함으로써 냄새와 처리시간 을 최소화

 

(4) 혐기성 퇴비화 공정 

- 하수처리장에서 생고형물을 생물학적으로 안정화시키기 위해 많이 이용되어왔다.

- 혐기성 공정에서는 통기성 미생물이 무산소조건에서 유기물질을 메탄과 이산화탄소로 분해한다.

- 공정이 효과적으로 운전된다면, 이 공정은 메탄형태의 충분한 에너지원을 생산할 수 있으며 산업적으로 이용 가능하다.

 

 

참고

http://contents2.kocw.or.kr/

https://www.konetic.or.kr/

https://www.cheric.org/