환경학과, 환경 폐기물 등 생활 폐기물 관리 요점 요약 정리 5. 폐기물의 생물학적 처리

제 5 장 폐기물의 생물학적 처리

퇴비화

􀀹 호기성 퇴비화(aerobic composting) : 호기성 조건 하에서 유기물이 호기성 미생물에 의해 분해·안정화되고 그 결과로서 퇴비라는 최종산물을 얻는 것

􀀹 퇴비화의 주요 목적

① 분해 가능한 유기물을 안정한 물질로 변환시키고, 그 과정에서 폐기물의 부피를 감소시키며,

② 병원균, 벌레, 유충 및 폐기물에 존재할 수 있는 기타 해충과 잡초씨를 제거하며,

③ 영양물질(질소, 인 및 칼륨)의 최대함량을 유지하고,

④ 식물성장 및 토양개량제로서 사용할 수 있는 부산물을 생산하는 것

􀀹 퇴비화의 방법

(1) 뒤집기식 퇴비단 공법

- 퇴비단 높이: 약 1.8~2.1m

- 퇴비단 폭: 약 4.0~5.0m

- 온도가 55℃ 또는 약간 넘게 유지되는 동안 일주일에 두 번 뒤집음

- 완전한 퇴비화는 3~4주 후에 이루어짐

- 그 후 퇴비는 뒤집지 않고 3~4주 더 숙성

(2) 통기식 정체퇴비단법

- 원래 하수처리 슬러지의 호기성 퇴비화를 위해 개발

☞ 정원폐기물이나분리된도시폐기물중유기물을처리하기위해이용

- 격자형의 통기관 위에 처리대상 물질이 쌓여있는 형태

- 퇴비단의 높이: 약 2~2.5m

- 보다 효과적인 공기공급을 위해 통상 별도의 송풍기를 사용

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

(3) 기계식 반응조 퇴비화법

- 퇴비화가 밀폐된 반응조 내에서 이루어지는 것

- 공기흐름, 온도 및 산소농도와 같은 환경조건을 조절함으로써 냄새와 처리시간을 최소화

- 최근에는 밀폐된 용기에서 기계적으로 교반하고, 산소를 공급하는 기계식 퇴비화 공법이 주로 적용

- 용기식 퇴비화법에서 체류시간은 1~2주이지만, 실제로 모든 시스템에서는 약 4~12주의 추가숙성기간을 채택

􀀹 퇴비화 설계와 운영시 고려사항

(1) 입자크기 : 입자크기의 감소는 반응속도를 증가 가장 적당한 입자크기는 5cm 이하

(2) C/N비 : 적정 C/N비는 25 ~50 정도

☞ C/N비가 서로 다른 폐기물을 적절히 혼합하여 최적조건의 C/N비 값을 맞출 수 있음

(3) 혼합과 미생물 접종

- 도시폐기물에 기타 폐기물을 혼합할 것인지의 여부는 C/N비와 수분함량에 달려있음

- 다량의 숙성퇴비를 반송하면 미생물 접종 효과가 있어서 유기물 분해속도가 증가

(4) 수분함량 : 적정수분함량은 50~60% 정도 폐기물의 혼합이나 수분의 첨가 등으로 조절

(5) 교반/뒤집기

- 교반은 영양물질과 미생물을 고르게 분포시키며, 뒤집기는 호기성상태를 유지하는 데 매우 중요한 인자

- 폐기물의 초기교반은 적절한 수분함량의 조절을 위하여 필수적

- 뒤집기정도는 수분함량, 폐기물특성, 공기요구량에 의하여 결정

(6) 온도 : 퇴비화는 중온상태(30~38℃) 또는 고온상태(55~60℃)에서 운영

☞ 퇴비화 시 온도상승은 미생물의 호흡대사에 의한 발열반응에 의한 것

(7) 병원균의 제어

- 대부분의 병원균은 퇴비단이 55℃ 정도를 유지하는 경우 급속히 사멸

- 퇴비화 반응온도는 일반적으로 70℃까지 상승하여 1~2시간 정도 유지하므로 거의 모든 병원균의 제거가 가능

(8) 공기공급

- 퇴비화 과정에서 공급되는 공기는 몇 가지의 기능

① 미생물이 호기성 대사를 할 수 있도록 하고 ② 온도를 조절하며

③ 수분과 CO2와 다른 gas 등을 제거하는 역할

(9) pH 조절

- pH값도 반응시간에 따라 변화하며 초기 pH는 대개 5와 7 사이

- 반응후 약 3일이 경과하면 온도는 고온상태에 도달하여 pH는 8~8.5로 상승하기 시작

- 반응이 끝나갈 때는 pH가 약간 감소하여 부숙퇴비의 경우 7~8의 값을 나타냄

􀀹 퇴비화시설 운영의 문제점

(1) 악취의 발생 (2) 공중위생문제 (3) 중금속 독성 (4) 폐수의 발생 (5) 퇴비의 품질

2. 혐기성 소화

􀃎 혐기성소화의 단계

(1) 가수분해

- 탄수화물, 지방, 단백질 등(복합유기물질)  포도당, 지방산, 아미노산등(단순유기물질)

- 상대적으로 분해속도가 느려 폐기물 처리의 경우 이 과정이 전체속도를 좌우(율속단계)

(2) 산생성(산발효)

- 포도당, 아미노산, 지방산 등(단순유기물질)  다양한 유기산(VFA; volatile fatty acid)

(3) 초산생성(초산발효)

- 다양한 유기산(예: 프로피온산, 뷰틸산 등)  초산(CH3COOH),H2

(4) 메탄생성(메탄발효)

- 초산(CH3COOH), H2  메탄(CH4)

- 메탄 생성균은 산생성균 보다 성장이 느리고 환경에 매우 민감

- 폐수 처리 시 이 과정이 전체속도를 좌우(율속단계)

3. 사료화

􀃎 사료화 : 음식물류 폐기물을 주원료로 하여 동물의 영양섭취 및 성장 등에 유익하게 사용할 목적으로 사료 관리법에 의한 기준에 적합한 시설을 갖추고, 사료 관리법의 규정에서 정한 사료를 생산하는 일련의 공정을 말함

􀃎 사료화의 장단점

(1) 장점 : 음식물류 폐기물은 단백질 함량이 비교적 높아 사료로서의 이용가치가 있음

(2) 단점

① 음식물류 폐기물은 배출원에 따라 조성과 함량이 다름

② 수분함량이 높아 쉽게 부패되어 악취가 발생

③ 각종 병원균이 증식할 위험이 있으므로 반드시 가열공정을 거쳐야 함

 

4. 유기성 폐기물의 바이오 에너지화

􀃎 유기성 폐기물을 이용한 바이오 수소 생산

- 수소발효의 기본개념 : 혐기성 분해경로에서 메탄생성단계를 막는다면 메탄 대신 수소를 얻을 수 있다는 것

- 메탄생성을 막는 방법: 식종균의 열처리 방법을 많이 이용

- 대부분의 미생물은 고온에서 사멸하지만 수소를 생성하는 포자생성균(Clostridium sp.)은 포자를 통해 살아남는 것에 착안