토양생물의 분해기작을 이용한 하수슬러지의 재자원화 연구 : 토양생물의 분해기작을 이용한 하수슬러지의 재자원화 연구
Study on the Recycling of Sewage Sludge by Vermistabilization
초록/요약
본 연구는 하수처리공정에서 발생되는 폐기물인 하수슬러지의 재자원화 타당성을 분석한 것으로 일반적인 하수슬러지의 경우 소각, 매립, 자원화 등으로 처리되는 실정이다. 하수슬러지의 자원화는 유기성 퇴비, 토양개량제 등의 분야에 일부 적용되고 있으나 유해물질의 잔류축적성과 화학성분의 첨가로 인한 잠재적 문제가 야기되고 있는 상황이다. 본 연구의 목적은 토양생물 중 하나인 붉은줄지렁이를 활용하여 지렁이의 섭생 및 물질변환 부산물인 분변토의 재자원화 타당성을 평가 하였다. 연구수행을 위하여 퇴비화실험은 배추와 상추의 포장실증시험 및 미생물분석을 실시하였고 분변토 고형연료화실험은 분변토를 첨가한 고형연료 제조 및 분석시험을 실시하였다. 실험적 연구를 통하여 유의성 있는 몇 가지 결론을 도출할 수 있었다. 시험에 사용된 붉은줄지렁이는 먹이로 급이되는 하수슬러지의 성분에 따라 지렁이 성체내의 규칙성과 개별성을 유지하려 하는 항상성이 나타났는데 특히 Cd과 As에서 유의성 있는 성향을 보여주었다. 지렁이 부산물인 분변토의 비효성조사 결과 공시비료 대비 상추의 경우 수확량에서 120주 기준 약 2 kg 증가하였고, 배추의 경우 9 kg 정도 증가 하였으나 통계적 유의성은 인정되지 않는 수준이었다. 또한, 하수슬러지를 급이한 지렁이 분변토를 시비한 작물에서 황화, 위축, 오갈 반점 등의 이상증상 소견을 보이지 않아 분변토 시비로 인한 작물의 비해는 거의 없는 것으로 확인되었다. 실험 분변토에서 병원성 미생물(Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus aureus, Bacillius cereus, Listeria monocytogenes)은 모두 불검출 되었으며, 식물생장촉진 미생물(Bacillus sp, Pseudomonas sp, Actinomysetes ep)은 비료공정규격상의 미생물제와 비슷한 수준의 존재를 보여 퇴비로서의 활용가치가 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 지렁이의 분변토는 연료원으로서 활용시, 고형연료로서의 성형 혼합비율은 분변토 15 % 미만, 우드칩 30 % 이상의 조건과 함수율 19∼21 %을 유지하며 제조하였을 때 82 % 의 성형수율을 보였다. 분변토 소재의 연료화에 가장 적합한 원료 혼합비는 하수슬러지 : 분변토 : 우드칩이 각각 9 : 1 : 10이였으며, 회분은 평균 5 ∼ 30 %의 회분이 발생하였다. 분변토 혼합연료는 발열량이 4,500 kcal/kg로서 보조연료로서의 개발가치가 충분한 것으로 판단되었다.
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목 차
목 차 ⅰ
List of Table ⅴ
List of Figure ⅶ
국 문 초 록 ⅸ
제 1 장. 서 론 1
1-1. 폐기물 처리의 국·내외 현황 1
1-2. 폐기물 처리방법 3
1-3. 연구의 배경 6
1-4. 연구의 목적 10
제 2 장. 문헌연구 11
2-1. 국내·외 슬러지의 현황과 이용 11
2-1-1. 국내 하수슬러지 발생 현황 12
2-1-2. 국외 하수슬러지 발생량 및 활용 현황 15
2-2. 토양개량법 18
2-2-1. 생물학적 토양개량법의 종류 18
2-2-2. 지렁이에 의한 토양개량 18
2-2-3. 지렁이의 생육환경 22
2-2-4. 지렁이의 생리생태 23
2-3. 지렁이 퇴비화 24
2-3-1. 지렁이 퇴비화의 개요 24
2-3-2. 지렁이 퇴비화의 현황 26
2-3-3. 지렁이 퇴비화의 특성 및 활용 28
2-4. 지렁이 퇴비화의 유해성 무기물의 특성 29
2-5. 하수슬러지의 연료화 29
2-5-1. 하수슬러지의 자원특성 29
2-5-2. 슬러지 자원화를 위한 전처리 방법 30
2-5-3. 하수슬러지의 연료화 방법 33
2-5-4. 국내 폐기물고형연료(RDF)의 현황분석 35
2-5-5. 발열량 분석 36
제 3 장. 재료 및 방법 37
3-1. 실험 재료 및 방법 37
3-1-1. 연구방법 37
3-1-2. 지렁이 먹이용 슬러지 시료 38
3-1-3. 실험에 사용된 지렁이 39
3-1-4. 시료의 무기함량 분석 방법 40
3-1-5. 시료의 미생물 분석 방법 41
3-2. 작물재배 시험설계 43
3-2-1. 시험 구역 배치 및 조사방법 43
3-2-2. 실험 준비 47
3-3. 실험방법 47
3-3-1. 유묘의 생육양상 및 수확량 조사 47
3-4. 연료화 시험설계 50
3-4-1. 시료채취 50
3-4-2. 시료의 전처리 51
3-4-3. 시료의 혼합비 51
3-5. 연료화 실험 및 분석방법 52
3-5-1. 고형연료제품 제조 52
3-5-2. 겉보기 밀도 53
3-5-3. 회분 53
3-5-4. 함수율 54
3-5-5. 발열량 54
제 4 장. 결과 및 고찰 56
4-1. 지렁이 사육조의 운영특성 56
4-1-3. 하수슬러지 급이에 따른 전이 특성 61
4-2. 분변토의 미생물 분석 66
4-2-1. 병원성미생물 66
4-2-2. 유용미생물 68
4-3. 포장 실증시험을 통한 상추의 생육효과 시험 70
4-3-1. 분변토 처리에 의한 상추의 생육양상 1차 조사 70
4-3-2. 분변토 처리에 의한 상추의 생육양상 2차 조사 72
4-3-3. 분변토 처리에 의한 상추의 생육양상 3차 조사 73
4-3-4. 상추의 생육양상조사 변화 추세 74
4-3-5. 수확량 75
4-3-6. 비해평가 77
4-3-7. 공시토양의 화학적 특성 77
4-4. 포장 실증시험을 통한 배추의 생육효과 시험 78
4-4-1. 분변토 처리에 의한 배추의 생육양상 1차 조사 78
4-4-2. 분변토 처리에 의한 배추의 생육양상 2차 조사 80
4-4-3. 분변토 처리에 의한 배추의 생육양상 3차 조사 81
4-4-4. 분변토 처리에 의한 배추의 수확량 조사 82
4-4-5. 배추의 생육양상조사 변화 추세 85
4-5. 분변토의 고형연료화 실험 87
4-5-1. 성형 연료의 겉보기 밀도 89
4-5-2. 연료화 과정에서의 함수율 변화 특성 89
4-5-3. 연료화 과정에서의 함수율 변화 특성 89
제 5 장. 결론 94
참고문헌 96
Abstract 102