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ISSN 1225-6498

유기성자원학회

2013.3.30

KOREA ORGANIC RESOURCES RECYCLING ASSOCIATION

특별위원장 총무이사

기획이사

학술이사

편집이사

국제협력이사

No.

신항식

한국과학기술원 건설 및 환경공학과

김여생

금호건설

평이사

윤정준

한국생산기술연구원

문국현

㈜뉴패러다임 대표

이종연

한국환경공단 환경에너지처

(연구소,7)

전양근

코오롱워터 앤 에너지

지재성

한국건설기술연구원 국토환경연구실

허남효

(주)삼천리 ES

최인수

한국지방행정연구원 지역발전연구실

양창옥

㈜다나바이오시스템

김만덕

㈜건화

최창식

고등기술연구원

장기운

판코리아 농업환경과학연구소

곽무영

드림바이오스

김정원

녹원종합기술

김남천

㈜한솔엔지니어링 기업부설 연구소

유기영

서울시정개발연구원 도시환경연구부

김철수

㈜KTeng

구자공

중원대학교 에너지자원공학부

이후재

두산건설 토목사업본부

김학명

㈜이엔비즈

김종일

㈜TSKwater 대표이사

최종실

미래환경

서효원

여명환경경영크리닉㈜

강진영

제주발전연구원 책임연구원

평이사

손영묵

㈜ENSR.

(전문기업,10)

오윤석

EGT GreenTech Co.

사업이사

홍보이사

김영준(총무) 가톨릭대학교 생명환경공학부 부회장

21 1

Vol.

배재근

서울과학기술대학교 환경공학과

권순익

국립농업과학원 기후변화생태과

윤종수

환경부 차관

박석현

한국환경공단

이영민

㈜리-텍솔루션

하천용

㈜엔백

오길종

국립환경과학원 자원순환연구센터

이혜경

㈜동호 / ㈜기계환경운반엠유티

안중우

성신여자대학교

이정임

경기개발연구원

최홍복

㈜에코데이

정영륜

경상대학교 자연과학대학 미생물학과

전영미

홍성군청 친환경농정발전기획단

추 용

㈜조원산업(대표)

이채영

수원대학교 토목공학과

최병철

법무법인 광장 환경위원

박준석

강원대학교 삼척캠퍼스 환경공학과

박찬혁

한국환경산업기술원

평이사

권철원

한국 음자협회

송영채

한국해양대학교 환경공학과

배윤환

대진대학교 생명과학과

(협회,2)

장준영

(사)한국자원순환재활용연합회

이건주

상지대학교 환경공학과

서동숙

환경미디어

강승균

서희건설 환경사업본부

이남훈

안양대학교 환경공학과

최석순

세명대학교 바이오환경공학과

김충식

대우건설 토목환경사업팀

평이사

유규선

전주대학교 토목환경공학과

김동훈

한국에너지기술연구원 바이오에너지센터

송한철

포스코건설 토목환경사업본부

(대학,10)

이기영

호서대학교 자연과학부 식품생물공학

김상현

대구대학교 환경공학과

평이사

이환경

삼성건설 플랜트사업팀

정연구

금오공대 토목환경공학부 교수

상병인

한양대학교 화공생명공학부

(대기업,8)

장정희

현대건설

정재우

경남과기대 환경공학과

신현곤

신흥대학교 도시환경관리과

최광호

GS건설

한선기

한국방송통신대학교 환경보건학과

윤석표

세명대학교 바이오환경공학과

최윤

STX건설

황석환

포항공과대학교 환경공학부

한기봉

가톨릭대학교 생명환경공학부

한인호

코오롱 글로벌㈜

㈜한솔엔지니어링 기업부설 연구소

차형준

포항공과대학교 화학공학

강기훈

대림산업㈜

김남천 김병태

최윤선

㈜자원

성현제

한솔이엠이 환경연구소

이원후

법무법인 송현

최훈근

국립환경과학원 영산강물환경연구소

유희찬

대우건설기술연구원 환경연구팀

김면규

세무사 김면규 사무소

평이사 (정부,7)

감 자

사 문

대진대학교 환경공학과

편집위원회 [Editorial Board] ·위 원 장 : 신현곤(신흥대학교) [Chairman : Prof. Shin, H-G. at Shin Heung Univ] ·부위원장 : 한기봉(카톨릭대학교)·윤석표(세명대학교), 간 사 : 김상현(대구대학교) [Sec.: Prof. Kim, S-H at DaeGu Univ.] ·위

원 : 강진영(제주발전연구원) 박순철(중앙대학교) 성현제(한솔이엠이) 염승호(강릉원주대학교) 전 충(강릉원주대학교) 최석순(세명대학교)

권순익(농촌진흥청) 배윤환(대진대학교) 소규호(농촌진흥청) 유규선(전주대학교) 정재우(경남과학기술대) 최창식(고등기술연구원)

김동훈(한국에너지) 배재근(서울산업대학교) 신중두(국립농업과학원) 윤정준(한국생산기술연구원) 정태영(연세대학교) 하정협(포항공과대학교)

김영준(가톨릭대학교) 상병인(한양대학교) 안대희(명지대학교) 이채영(수원대학교) 차형준(포항공과대학교) Helen Koo(Auburn Univ, USA)

유기물 자원화 제21권 제1호 [J. of KORRA, Vol.20, No.4] 서기 2013년 3월 30일 인쇄 | 서기 2013년 3월 30일 발행 발행인 : 구자공 [Publisher : Prof. Koo, Ja-Kong at Jungwon Univ] 발행소 사단법인 유기성자원학회 [KORRA(Korea Organic Resources Recycling Association)] 주 소 [137-941] 서울시 서초구 양재동 275-6 삼호물산빌딩 B-1206 [#1206 SamHo B/D-B, Yangjae-dong, Seocho-gu, Seoul 137-941, KOREA] 전 화 (02)589-1221 | FAX : (02)589-1220 Homepage : www.korra.or.kr(Full text is freely available) | E-mails : kowrec@empas.com(Editorial) / kowrec@daum.net(Operational) 제 작 ㈜보림에스앤피 (02)2263-4934 정 가 10,000원 [10 US$/Journal]

ISSN 1225-6498

Copy right by KORRA (사)유기성자원학회

From 1993. 6. 15(Former name was J. of the KOWREC(Korea Org. Waste Recycling Council), the J. of KORRA has been published 4 times/year to promote our sustainability with Science, Technologe, and System RD & D for the Organics, Biomas, & Wastes to Resources, Energy, and etc. This Journal/Publication was supported by the Korean Federation of Science and Technology Societies(KOFST) Grant funded by the Korean Government(MEST).


ISSN 1225-6498

유기물 자원화

CONTENTS

21 1

Vol.

2013.3.30

No.

권 호

권 두 언 Prolegomenon 5

유기성 자원과 생물경제 정영륜(국립 경상대학교 교수)

6

춘계학술대회 20주년 기념식 초대의 글 회장 구자공(중원대학교 교수)

11

SPECIAL FEATURE 질소 안정화를 통한 고효율 혐기성 소화 공법(음식물쓰레기/음폐수, 하수슬러지, 가축음폐수 병합) 허관용((주)안나비니 테즈)

23

쓰레기자동집하시설 성공 사례 정영훈, 김용진(엔백주식회사)

논 37

ORIGINAL & REVIEW PAPERS 수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 이채영, 박수희2, 송영채3, 유규선4, 정재우5, 한선기5 (수원대학교 토목공학과 , 종우코퍼레이션2, 한국해양대학교 한경공학과3, 전주대학교 토목환경공학과4, 남과학기술대학교 환경공학과5, 한국방송통신대학교 환경보건학과6)

43

차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 김영준 , 장재은, 이상욱*, 차석준*(가톨릭대학교 생명환경공학부 환경공학전공, AGMS*)

51

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현(농촌진흥청 국립축산과학원)

60

매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 이채영 , 최재민, 오승준, 한선기*, 박준규** (수원대학교 토목공학과 , 한국방송통신대학교 환경보건학과*, (주)다산컨설턴트 기술연구소**)

67

하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가 김충곤 , 신현곤*, 김승원**((주)도화엔지니어링 , 신흥대학교 도시환경관리과*, 한국환경산업기술원**)

74

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 이건주 (상지대학교 환경공학과)

83

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida) 개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 박광일, 배윤환 (대진대학교 생명과학과)

논문 투고 및 학회운영/뉴스 등


ISSN 1225-6498

J.of KORRA

CONTENTS

2013.3.30 / Vol.21 No.1

Prolegomenon 5

Organic Resources & Bioeconomy Young Ryun Chung (Professor, Gyeongsang National University)

6

Invitation to spring conference & 20yr. ceremony Symposium Koo, Ja Kong (Professor, Jungwon University)

SPECIAL FEATURE 11

AMMONIUM NITROGEN STABILIZATION ANS PROCESS Heo, Gwan-Yong[Anna Bini TEZ(The Energy Zone) Co.

23

Success Case of Automatic Refuse Collection System Jung, Yeoug-Hun & Kim, Yong-Jin (Envac Co.)

ORIGINAL & REVIEW PAPERS 37

The Effect of Fluid Flow on Power Density in a Horizontal-flow Microbial Fuel Cell Chae-Young Lee , Su-Hee Park1, Young-Chae Song2, Kyu-Seon Yoo3, Jae-Woo Chung4, Sun-Kee Han5 [Department of Civil Engineering, The University of Suwon , Jongwoo Corporation1, Department of Environmental Engineering, Korea Maritime University2, Department of Civil and Environmental Engineering, Jeonju University3, Department of Environmental Engineering, Gyeongnam National University of Science and Technology4, Department of Environmental Health, Korea National Open University 5)

43

The Effect of Hypochlorous Acid on the Nitrogen Removal in Sea Water Young-Jun Kim , Jae-Eun Jang, Sang-Wook Lee*, Seok-Jun Cha* [School of Biotechnology and Environmental Engineering, The Catholic University, Bucheon, Korea], AGMS*

51

Efficiency of methane production from pig manure slurry using anaerobic digestor combined with compost filtration bed Kwang-Hwa Jeong , Modabber Ahmed Khan, Dong-Yoon Choi, Dong-Hyun Lee (National Institute of Animal Science, RDA, Suwon 441-706, Korea)

60

Effect of organic concentration on its degradation kinetics in a burial site Chae-Young Lee , Jae-min Choi, Seung-Jun Oh, Sun-kee Han*, Joon-Kyu Park** [Department of Civil Engineering, The University of Suwon, Department of Environmental and Health, Korea National Open University*, Dasan consultants, R&D center**

67

Feasibility of Powdered MSWI Ash Melted Slag as a Seed Crystal of crystallization reaction for the Removal of Phosphorus from Sewage Choong Gon KIM , Hyun Gon SHIN*, Seung Won KIM** (DOHWA Engineering Co., Ltd, , Dept. of Urban Environmental Management, ShinHeung College University*, Korea Environmental Industry &Technology Institute**)

74

The Study of combustion characteristic and kinetic study of wastes and RDF Keon joo Lee (Dept. of Environmental Engineering, Sang-Ji Univ. Won-Ju, Korea)

83

The Effects of different food-wastes of household on the feeding rate and growth rate of Eisenia fetida (Annelida; Oligochaeta) population Kwang-Il, Park, Yoon-Hwan, Bae [Dept. of Life Science, Daejin Univ.]

EDITING RULE, KORRA OPERATION, & NEWS


Prolegomenon

권두언

유기성 자원과 생물 경제 Organic Resources & Bioeconomy

올해는 우리 학회가 창립된 지 20주년이 되는 해이다. 처음 학회를 시작할 당시에는 용어 선택에 있어서 유기성 폐기물 또는 자원, 퇴비화 또는 자원화로 할 것 인지에 대한 여러 차례 논의가 있었고, 최종적으로‘한국유기성폐기물자원화협의회(KOWREC, Korea Organic Waste Recycling Council)’ 로 결정되었다. 그 이후 몇 차례 수정을 거쳐 현재의‘한국유기성자원학회’ 에 이르게 되었고, 영문 명칭은 처음 그대로 유지되고 있다. 논란이 되었던 폐기물이나 자원이란 용어는 생태계의 주인인 생물체 입장에서는 아무런 차이가 없지만 인간 사회 측면에서 볼 때는 현재 유용하게 사용할 수 있는지 여부, 즉 경제적인 이익 추구가 가능한 가에 따라 굳이 구분되는 것이다. 현재 세계적으로 회자되고 있는 소위 생물(기반) 경제(Bioeconomy)는 선진국이나 발전 도상에 있는 여러 나라들이 지난 20여 년간 급속히 발전되어 온 생명공학(Biotechnology)을 이용하여 농림수산 분야의 1차 식량 생산과 이를 바탕으로 하는 식품₩건강 및 화학 관련 산업을 바탕으로 생겨난 경제를 의미한다. OECD 계획과 분석에 따르면 2030년 세계 생물 경제는 크게 3부분, 즉 유전자 및 생체 세포 프로세스 관련 첨단 지식, 순환 가능한 생물량(renewable biomass: 유기성 자원) 및 생명공학의 활용 부문으로 구성 될 것으로 추정하였다. 이 중에서도 유기성 자원은 새로운 생물 경제의 기본 재료로서 생태계에 존재하는 모든 동₩식물, 미생물체이며, 생명체를 지탱하는 에너지와 영양원이다. 생명공학은 이러한 생물체 및 자원을 이용하여 우리가 필요로 하는 식품 및 의약 생산과 주변의 생활환경을 깨끗하게 하는 기술을 일컫는다. 일반적으로 이것은 의약(Red-), 농₩식품(Green-), 기타 산업체(White-) 관련 기술(biotechnology)로 나누어지는데, 이 기술의 개발 및 사용 과정 자체가 넓게 보자면 유기성 자원의 재활용이라 볼 수 있다. 다만 기술의 첨단 여부에 따라 고부가가치 창출인지 아닌지, 그리고 경제에 얼마나 기여할 지가 결정된다. 특히 우리 학회에서 주로 다루고 있는 음식물 쓰레기(남은 음식물)와 축₩분뇨 처리 등 기술은 이것을 단순히 버려지는 폐기물이 아닌 순환 가능한 유기 자원으로 활용할 수 있는 방법을 개발하는 것으로 직접적인 부가 가치와는 별개로 깨끗한 환경을 만드는데 크게 기여 한다고 할 수 있다. 여러 미래학자들이 21세기는 Bio 시대가 될 것 이라고 예측하였다. 우리 학회 창립 당시에는 생물 경제라는 용어 자체가 없었지만 멀리 내다보고 협의회를 결성하여 미래를 대비한 창립 회원들의 선견지명에 경의를 보낸다. 또한 다가올 생물 경제 시대에 우리 학회의 보다 많은 활약과 더 높은 도약을 통하여 새로운 유기성 자원 활용 산업의 더 많은 창출을 바라마지 않는다. 2013년 3월 22일

정 영 륜 (국립 경상대학교 교수) [Young Ryun Chung (Professor, Gyeongsang National University)]

J.off KORRA A, Vol.21, No.1, 2013


귀하를 KORRA 20주년 기념 심포지엄 및 2013춘계학술대회/총회에 초대합니다

주제 (사)유기성자원학회[KORRA] 20주년 기념‘유기성폐기물류 자원화의 과거와 현재 그리고 미래’ 심포지엄 및 2013년 춘계학술대회 일시 2013년 05월 03일(금) 09:00~17:20 장소 여의도 중소기업중앙회관 그랜드홀 <+ 첨부 @ 8쪽>

KS-BMW(Korean Society for BioMass Worldwide)비전의 (사)유기성자원학회 입니다. 녹음이 가득한 오는 5월 3일(금) 여의도 중소기업중앙회관에서 (사)유기성자원학회 설립 20주년을 기념하여'유기성폐기물류 자원화의 과거와 현재 그리고 미래'라는 주제로 심포지엄을 개최합니다. 우리 학회는 1993년에 설립하여 협의회를 거쳐 학회로 발전하여 오늘에 이르고 있으며, 지난 20년 의 역사 속에서 우리나라 유기성폐기물의 학술연구와 기술발전에 기여하여 왔습니다. 최근에는 온실가스 감축 목표에 따른 유기성폐기물이 새로운 자원으로 인식되면서 유기성폐기물과 관련된 학술연구는 물론 새로운 산업으로 부각되고 있습니다. 이미 선진국인 독일, 영국, 노르딕 국가 등에서는 신재생에너지 확보 측면에서 바이오매스를 적극 활용하는 정책을 펴고 있으며, 각국은 이러한 독일 등의 정책을 적극 도입하여 바이오매스를 기반으로 경제(BBE; Biomass Based Economy), 온실가스 감축과 신재생에너지 확보 정책들을 적극 도입하고 있습니다. 이러한 국내외적 상황으로 고려할 때 우리 유기성자원학회의 역할과 책무는 매우 중요하다 할 것입 니다. 이에 우리 학회 20주년 기념 심포지엄과 2013년 춘계학술대회를 개최하오니 바쁘시더라도 발걸음 하시어 유기성자원의 과거를 되돌아보고 현실을 정확히 직시하여 미래의 후손에게 아름답고 건강한 우리 사회를 물려줄 수 있기를 기대합니다. 함께 고민하고 함께 모색하고 함께 나누는 자리가 되기를 간절히 바랍니다. 감사합니다. 더 밝아진 오각 녹색별(★.)로 말입니다! 2013년 05월 03일 (사)유기성자원학회 회장

구자공(具滋公) 중원(中源)대학교 교수 드림


[

KORRA 20주년 기념 심포지엄 및 2013춘계학술대회/총회 프로그램(안) 내

시간

심 포 지 엄

]

09:00 ~ 09:30

등록 및 발표회 준비

09:30 ~ 11:40

학술논문발표구두발표 (6편), 포스터발표 (10편)

11:40 ~ 12:30

(사)유기성자원학회 2013년 정기 총회

12:30 ~ 13:30

점심식사

13:30 ~ 14:10

개회식

14:10 ~ 17:00

“유기성폐기물류 자원화의 과거와 현재 그리고 미래”

17:00 ~ 18:00

유기성폐기물류 자원화의 미래를 위한 종합 토론

18:00~

폐회 및 간친회

심포지엄진행 순서 (사회 : (사)유기성자원학회 김영준 부회장) 13:30 ~ 14:10

인사말 /(사)유기성자원학회 구자공 회장 축 사 / 윤성규 환경부 장관 / 이동필 농림축산식품부 장관 격려사 / 국회농림축산식품위원회 최규성 위원장 / 국회환경노동위원회 신계륜 위원장 회고사 / (사)유기성자원학회 문국현 고문

제1부 유기성 폐기물류 자원화의 과거와 현재 그리고 미래 (좌장: 수원대학교 이채영 교수) 14:10 ~ 14:40

유기성 폐기물류 자원화 정책방향(환경부 폐자원관리과 신진수 과장)

14:40 ~ 15:10

가축분뇨 자원화 정책방향(농림축산식품부 방역관리과 최정록 과장)

15:10 ~ 15:20

휴식

15:20 ~ 15:40

음식물자원화 정책 및 기술: 문제점 및 대안 제시 (가톨릭대 김영준 교수)

15:40 ~ 16:00

가축분뇨를 이용한 바이오가스의 기술현황과 발전방안 (한경대 윤영만 교수)

16:00 ~ 16:20

하수슬러지를 이용한 고화처리 기술개발 (KTR 박준서 팀장)

16:20 ~ 16:40

하수처리장의 바이오가스 기술현황과 발전방안 (SK케미컬(주) 배성수 박사)

16:40 ~ 17:00

휴식 및 포스터 발표

제2부 유기성 폐기물류 자원화의 미래를 위한 종합토론 (좌장: KAIST 신항식 교수) 17:00 ~ 18:00

토론자 : 신진수 과장, 최정록 과장, 김영준 교수, 윤영만 교수, 박준서 팀장

18:00 ~

폐회 (기념촬영)


지하철 이용시 9호선 국회의사당역 3번출구 도보 5분 5호선 여의나루역 1번출구

버스 이용시 순복음교회

파랑(간선)- 263, 461, 753, 초록(지선) - 5534, 5615, 5618, 5833, 5713, 6623, 7613, 61 빨강 (광역) - 좌석 : 1002, 108, 561, 7007-1, M5613

여의도 환승센터 일반 - 10, 510 파랑(간선) - 88, 83, 160, 162, 260, 261, 360, 461, 600, 661, 262 초록(지선) - 5012, 2615, 2618, 5623, 6513, 6623, 6628 / 좌석 - 300, 871 빨강 (광역) - 2500, 8600, M5609 국회의사당

일반 - 10, 70-2, M7613, 461, 5615, 5618, 5623, 61, 1002, 106, 7007-1

네비게이션 주소 서울시 영등포구 여의도동 16-2 중소기업중앙회관


SPECIAL FEATURE 특집1 질소 안정화를 통한 고효율 혐기성 소화 공법 (음식물쓰레기/음폐수, 하수슬러지, 가축음폐수 병합) AMMONIUM NITROGEN STABILIZATION ANS PROCESS

11

허관용((주)안나비니 테즈) [Heo, Gwan-yong (AnnaBini TEZ(The Energy Zone) Co. ]

특집2 쓰레기자동집하시설 성공 사례 [Sucess Case of Automatic Refuse Collection System] 정영훈, 김용진(엔백주식회사) [Jung, Yeong-Hun & Kim Yong-Jin (Envac Co.)] ※ 특집에 게재된 내용은 해당기업 기술자료로서, 본학회지의 공식적인 결과가 아님을 밝혀둡니다.

23


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

11

특집 ISSN 1225-6498

SPECLAL FEATURE

질소 안정화를 통한 고효율 혐기성 소화 공법 AMMONIUM NITROGEN STABILIZATION ANS PROCESS (음식물쓰레기/음폐수, 하수슬러지, 가축음폐수 병합)

[Heo, Gwan-Yong] ㈜ 안나비니 테즈 [ (AnnaBini TEZ(The Energy Zone) ]

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


12 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

13

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


14 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

15

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


16 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

17

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


18 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

19

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


20 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

질소 안정화를 통한고효율 혐기성 소화 공법

21

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


22 허관용

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

23

특집 ISSN 1225-6498

SPECLAL FEATURE

쓰레기자동집하시설 성공 사례 [Sucess Case of Automatic Refuse Collection System]

정영훈, 김용진 (Jung, Yeoug-Hun & Kim, Yong-Jin) 엔백주식회사 (Envac co.)

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


24 정영훈,김용진

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

25

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


26 정영훈,김용진

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

27

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


28 정영훈,김용진

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

29

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


30 정영훈,김용진

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

31

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


32 정영훈,김용진

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


특집

쓰레기자동집하시설 성공 사례

33

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


ORIGINAL & REVIEW PAPERS 유기성자원학회에서는 유기성폐기물을 포함하여 유기물자원화 전반에 관한 내용을 수록하고 있습니다. 유기물자원화에 대하여 연구한 논문(원저) 및 기술자료를 투고해 주시기 바랍니다. 2013년 6월말에 21권 2호를 예정하고 있습니다. 논문 투고는 우편과 학회 E-mail로 가능합니다. 그림은 엑셀로, 사진은 고해상도로 스캔을 떠서 투고하여 주시기 바랍니다. 세방화[Glocalization]를 위해 영문 및 국문 투고 규정이 보강되었으니, 논문집 후반 참조 바랍니다. 21권 1호에 게재된 논문은 다음과 같습니다.

수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 이채영, 박수희2, 송영채3, 유규선4, 정재우5, 한선기5 (수원대학교 토목공학과 , 종우코퍼레이션2, 한국해양대학교 한경공학과3,

37

전주대학교 토목환경공학과4, 남과학기술대학교 환경공학과5, 한국방송통신대학교 환경보건학과6)

차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 김영준 , 장재은, 이상욱*, 차석준*(가톨릭대학교 생명환경공학부 환경공학전공)

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현(농촌진흥청 국립축산과학원)

43 51

매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 이채영 , 최재민, 오승준, 한선기*, 박준규**

60

(수원대학교 토목공학과 , 한국방송통신대학교 환경보건학과*, (주)다산컨설턴트 기술연구소**)

하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가

67

김충곤 , 신현곤*, 김승원**((주)도화엔지니어링 , 신흥대학교 도시환경관리과*, 한국환경산업기술원**)

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 이건주 (상지대학교 환경공학과)

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida) 개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 박광일, 배윤환 (대진대학교 생명과학과)

74 83


원저

수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 37

원저 ISSN 1225-6498

ORIGINAL PAPER

수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 이채영 , 박수희1, 송영채2, 유규선3, 정재우4, 한선기5 수원대학교 토목공학과 , 종우코퍼레이션1, 한국해양대학교 한경공학과2 전주대학교 토목환경공학과3, 경남과학기술대학교 환경공학과4 한국방송통신대학교 환경보건학과5 (2012년 12월 5일 접수, 2012년 12월 7일 수정, 2013년 1월 7일 채택)

The Effect of Fluid Flow on Power Density in a Horizontal-flow Microbial Fuel Cell Chae-Young Lee1 , Su-Hee Park1, Young-Chae Song2, Kyu-Seon Yoo3, Jae-Woo Chung4, Sun-Kee Han5

Department of Civil Engineering, The University of Suwon , Jongwoo Corporation1 Department of Environmental Engineering, Korea Maritime University2 Department of Civil and Environmental Engineering, Jeonju University3 Department of Environmental Engineering, Gyeongnam National University of Science and Technology4 Department of Environmental Health, Korea National Open University5

ABSTRACT This study evaluated the effect of fluid flow on the power density in a horizontal-flow microbial fuel cell (MFC). The maximum power densities in four types of flow induced by different channel types in the anode chamber were investigated. The fluid flow at each channel was analyzed using tracer tests. Results of polarization curves showed that the maximum power densities of case 1, 2, 3 and 4 were 95.7, 129.1, 190.9 and 114.2 mW/m2, respectively. Case 3 with a set of guide walls where flow had an S type-like shape showed the highest power density. Based on the Morrill Dispersion Index (MDI) value of case 4, microbial activity would be enhanced since the reactor allows even distribution of substrate but the overflow occurrence would not guarantee stable performance. Therefore, case 3 could be an effective reactor type for MFC because of high electricity generation and stable performance. Keywords : Fluid flow, Power density, Horizontal-flow microbial fuel cell, Anode chamber, Morrill Dispersion Index.

Corresponding author(chaeyoung@suwon.ac.kr) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


38 이채영 , 박수희 1, 송영채 2, 유규선 3, 정재우 4, 한선기 5

초록 본 연구에서는 수평 흐름 미생물 연료전지에서 유체 흐름이 전력 수율에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 본 연구에서는 산화전극 반응조의 바닥에 아크릴 막대를 설치하여 각각 4가지 유체의 흐름을 유도하였다. 각 반응조 형상에 따라 최대전력수율을 평가하였으며 추적자 실험을 통해 유체 흐름을 해석하였다. 분극 곡선 실험 결과 반응조별 최대 전력수율은 case 1, 2, 3 및 4에서 각각 95.7, 129.1, 190.9 및 114.2 mW/m2로 나타났다. 좌우 도류벽을 설치하여 S 형태의 유체 흐름을 유도한 case 3 반응조에서 가장 높은 전력이 생산되는 것으로 나타났다. 추적자 실험의 Morrill 분산지수 값에 따르면 case 4 반응조의 경우 반응조 전체에 기질이 골고루 분포하여 미생물 활성을 높일 수 있을 것으로 나타났다. 그러나 월류 현상에 의해 안정적인 운영을 할 수 없을 것으로 판단된다. 따라서 case 3 반응조의 경우 안정적인 운영 및 높은 전력수율을 얻을 수 있으므로 미생물 연료전지로 이용하기에 효과적일 것으로 나타났다. 주제어 : 유체 흐름, 전력수율, 수평 흐름형 미생물 연료전지, 산화전극조, Morrill 분산지수.

1. 서 론 미생물 연료전지는 전기적 활성을 지닌 미생물 을 이용하여 유기물의 산화와 동시에 전기를 발생 시키는 시스템이다.1) 이와 같은 미생물 연료전지는 최근 증가하는 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 바 이오 에너지 생산 기술로 주목을 받고 있다.2) 특히 하수처리장 적용 가능성이 전망되면서 환경오염과 에너지고갈 문제를 동시에 해결할 수 있는 신·재 생 에너지 생산 기술로써 각광을 받고 있다.3) 일반 적으로 많이 사용되는 미생물 연료전지의 경우 양 성자 이온 교환막(proton exchange membrane, PEM)에 의해 산화전극조와 환원전극조가 분리 된 이중격벽 반응조를 사용한다.4) 그러나 Liu 등 (2004)은 외기 환원전극을 이용한 단일 격벽 미생 물 연료전지 반응조를 개발하여 운전비용을 절감 하고자 하였다.5) 미생물 연료전지에서 전기 생산은 산화전극 표 면에 미생물이 부착, 성장하면서 유기물로부터 화 학적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 미생물의 이화작용에 기인한다.6) 미생물 연료전지의 성능 향상을 위해서는 따라서 미생물 종류, 분리막 및 전극 등은 미생물 연료전지의 중요한 요소이다.7) 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

뿐만 아니라 미생물 연료전지의 전력수율을 향상 시키기 위해서는 기질과 이온의 분배 와 산화전극 의 유입수 흐름 등도 고려하여야 한다. Zhang 등 (2013)은 전력수율을 향상시키기 위해 나선형 산 화전극을 적용하여 수평형과 수직형 반응조에서 각각 유입수 흐름을 유도하고 최적화하는 연구를 수행하였다. 연구결과 수평형 반응조가 수직형 반 응조보다 높은 전력수율을 나타내었으며 유기물 제거 효율도 보다 효과적인 것으로 나타났다.8) 본 연구에서는 수평 흐름형 미생물 연료전지의 산화전극의 반응조 바닥에 아크릴 막대를 설치하 여 각각 4가지 유체의 흐름을 유도하였다. 또한 각 각 반응조의 흐름을 해석하여 반응조의 유체 흐름 이 수평 흐름형 미생물 연료전지의 전력수율에 미 치는 영향을 평가하였다.

2. 실험재료 및 방법 2.1 미생물 연료전지 전극 본 연구에서는 백금을 담지한 탄소종이 (25.0cm×8.0cm, 0.5 mgPt/cm2)와 흑연 섬유 (25.0cm×8.0cm)를 각각 환원전극과 산화전극


원저

수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 39

으로 사용하였다. 재료를 부착할 집전체로는 폭 0.5cm의 스테인리스 사각 틀 (7.0cm×24.0cm) 을 이용하였다. 산화전극과 환원전극 사이의 분리 막은 부직포를 사용하였다. 2.2 반응조 형상 수평 흐름형 반응조는 25.0cm×8.0cm×2.0cm 크기를 기본(유효 부피: 300 mL)으로 제작하였 으며 재질은 아크릴을 이용하였다. 또한 최적의 유체 흐름을 선정하기 위해 반응조의 바닥 부분 에 4가지 형태로 아크릴 막대를 설치하여 유체의 흐름을 유도 하였다. 반응조 바닥형태는 [Fig. 1] 에 제시하였다. Case 1의 경우 2개의 아크릴 막 대 (24.0cm×1.0cm×0.5cm)를 유체흐름과 평 행하게 설치하였다. Case 2의 경우 아크릴 막 대 (8.2cm×1.0cm×0.5cm) 5개를 유체흐름과 평행하게 설치하여 흐름을 조정하였다. Case 3 의 경우 아크릴 막대 (6.0cm×1.0cm×0.5cm) 4개를 이용하여 좌우 도류벽 형태로 반응조 를 제작하였다. Case 4의 경우 아크릴 ���대 (8.0cm×1.0cm×0.5cm) 3개를 이용하여 유체 흐름을 조정하였다.

서 사용한 수평 흐름형 미생물 연료전지의 유입기 질로는 포도당을 이용하였으며 기타 유입수 특성 은 [Table 1]에 제시하였다. 수평 흐름형 미생물 연 료전지의 수리학적 체류시간은 반응조의 흐름 특 성에 상관없이 30분으로 고정하였으며 기타 운전 조건은 [Table 2]에 제시하였다. [Table 1] Characteristics of Synthetic Wastewater Parameters

Unit

Value

Glucose

g/L

1.1

NH4Cl

g/L

0.3

KCl

g/L

0.1

NaHCO3

g/L

16.8

Mineral

mL/L

12.5

Vitamin

mL/L

12.5

[Table 2] Operating Conditions Parameters

Unit

Value

HRTa

min

30.0

pH

a

7.0

Conductivity

mS/cm

28.0

Temperature

30.0

External resistance

Ω

50.0

Hydraulic Retention Time

[Fig. 1] Reactor Types.

2.3 식종 미생물 및 합성폐수 성상 식종 미생물로는 S시 하수처리장의 혐기성 소화 슬러지를 #4번체를 통해 협잡물을 제거한 후 사용 하였다. 수평 흐름형 미생물 연료전지의 초기 운 전을 위해 소화슬러지 100mL를 주입한 후 외부저 항을 200Ω으로 유지하여 3일간 반송하였다. 미 생물을 식종한 후 외부저항을 50Ω으로 전환한 후 합성폐수를 주입하여 실험을 수행하였다. 실험에

2.4 측정 및 분석 방법 반응조 형상별 유체의 흐름은 Morrill 분산지수 (Morrill Dispersion Index, MDI)를 이용하여 해 석하였다. 즉, 각 반응조의 유체 흐름 상태를 판단 하기 위하여 메틸렌블루(4mg/L)를 이용하여 추적 자 실험을 수행하였다. 메틸렌블루의 농도는 분광 광도계(DUⓇ 730 UV/Vis Spectrophotometer, Beckman Coulter, USA)를 이용하여 측정하였으 며 MDI는 식 (1)을 이용하여 산정하였다. J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


40 이채영 , 박수희 1, 송영채 2, 유규선 3, 정재우 4, 한선기 5

(1)

여기서, T90 : 그  래프 상에서 추적자 농도의 90%에 해당 하는 시간 T10 : 그  래프 상에서 추적자 농도의 10%에 해당 하는 시간 미생물 연료전지의 최대 전력수율은 디지털 멀 티미터(Digital Multimeter, DMM, Model 2700, Keithly, USA)를 컴퓨터와 연결하여 측정하였다. 3분마다 전압을 측정 및 저장하였으며 식 (2)와 식 (3)을 이용하여 전류 전압 전력 분극곡선을 나타 내었다.

(2) (3)

여기서, V : 전압 (voltage, V) I : 전류 (current, A) R : 저항 (resistance, Ω) P : 전력 (power, W) 시료의 pH와 전도도는 Orion pH meter와 YSI 전도도 전극을 이용하여 측정하였다. 3. 실험결과 및 고찰 본 실험에서 사용된 반응조의 각각 유체 흐름 형 태를 해석하기 위해 추적자 실험을 수행하였으며 추적자 반응 곡선은 [Fig. 2]에 제시하였다. 추적 자 농도(concentration, Conc.)와 시간(T)의 상관 관계는 식 (4)를 유도하여 계산하였다. Case 1, 2, 3 및 4의 MDI는 각각 6.2, 4.4, 10.6 및 17.0으 로 나타났다.

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

(4)

여기서, Conc. : 추적자 농도 D : 추적자 농도 최대값 A : 추적자 농도 최소값 T : 시간 C, B : 상수 기존 연구결과에 의하면 이상적인 압출형 흐름 반응조 (plug flow reactor, PFR)의 경우 MDI 값 이 1을 나타내며 완전 혼합형의 연속 교반 탱크 반 응조 (continuous stirred tank reactor, CSTR) 의 경우 대략 22의 값을 가진다.9) Karra 등 (2013) 에 의하면 압출형 흐름 미생물 연료전지의 경우 완 전 혼합형 미생물 연료전지에 비해 전력 수율은 높 으나 COD (chemical oxygen demand) 제거효율 은 낮은 것으로 제시하고 있다. Case 1, 2, 3 및 4 의 경우에서 case 4의 반응조가 완전 혼합형 반응 조와 가장 유사한 유체의 흐름 형태로 나타났다. 따라서 반응조 내 전체에 균등하게 기질 또는 영양 분이 분포하여 미생물의 활성을 높일 수 있다고 판 단된다. Karra 등(2013)의 연구결과에 의하면 완 전 혼합형 반응조의 경우 영양분을 균등하게 분포 하여 유기물 제거효율이 높다고 제시하고 있다. 그 러나 반응조 운전결과 유입수의 월류 현상이 발생 하여 안정적인 반응조 운전이 불가능하였다. 반응조 형상에 따른 분극 곡선 실험 결과 최 대 전력수율은 case 1, 2, 3 및 4에서 각각 95.7, 129.1, 190.9 및 114.2 mW/m2로 나타났다. 본 연 구에서는 반응조의 상이성 등으로 인하여 Karra 등(2013)의 연구결과와는 달리 최대 전력수율과 MDI와의 관련성은 나타나지 않았다. 따라서 수평 흐름형 미생물 연료전지의 경우 case 3의 흐름 형 태의 운전 결과가 안정적인 운영과 높은 전력수율 을 얻을 수 있어 효과적인 것으로 판단된다.


원저

수평 흐름형 미생물 연료전지에서 유체의 흐름 형태에 따른 전력수율 평가 41

4. 결론 수평 흐름형 미생물 연료전지 산화전극조의 바 닥 형상별 유체 흐름을 유도하여 실험을 수행하여 다음과 같은 결과를 도출하였다. 1) 4개의 반응조 형상별 MDI는 case 1, 2, 3 및 4 에서 각각 6.2, 4.4, 10.6 및 17.0으로 case 4의 반응조가 완전 혼합 반응조와 가장 유사한 유체 의 흐름 형태로 나타났다. [Fig. 2] Tracer response curve with fluid flows. 2) 수평 흐름형 미생물 연료전지의 경우 각각의 흐 분극곡선 실험을 통해 얻어진 전류-전압 및 전 류-전력 곡선 그래프는 [Fig. 3]과 [Fig. 4]에 각각 제시하였다.

름 형태에 따라 상이한 최대 전력수율을 나타내 었다. Case 1, 2, 3 및 4의 최대 전력수율은 각 각 95.7, 129.1, 190.0 및 114.2 mW/m2로 나 타나 case 4의 유체흐름이 가장 높은 최대 전력 수율을 보였다. 3) 수평 흐름형 미생물 연료전지 반응조의 유체 흐 름을 해석한 결과 case 4 반응조가 최대 전력 수 율을 나타내었으나 월류 현상이 발생하여 안정 적인 운전이 불가능하였다. 따라서 S 형태의 유 체 흐름을 유도한 case 3 반응조가 가장 효과적 인 것으로 나타났다.

[Fig. 3] Voltage vs. current with fluid flows.

사사 본 연구는 지식경제부의 재원으로 한국에너지 기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제(과제번호: 20093020090030)입니다.

참고문헌

[Fig. 4] Power density vs. current with fluid flows.

1. Logan, B. E. Microbial Fuel Cells, John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, (2008). 2. Cheng, K. Y. Cord-Ruwisch, R. and Ho, J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


42 이채영 , 박수희 1, 송영채 2, 유규선 3, 정재우 4, 한선기 5

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유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

Vanbroekhoven, K. "A review of the substrates used in microbial fuel cells (MFCs) for sustainable energy production", Bioresource Technology, 101(6), pp. 1533~1543. (2010). 7. Ouitrakul, S., Sriyudthsak, M., Charojrochkul, S. and Kakizono, T. "Impedance analysis of bio-fuel cell electrodes", Biosensors and Bioelectronics, 23(5), pp. 721~727. (2007). 8. Zhang, F., Ge, Z., Grimaud, J., Hurst, J. and He, Z. “Improving electricity production in tubular microbial fuel cells through optimizing the anolyte flow with spiral spacers”, Bioresource Technology, 134 pp. 251~256. (2013). 9. Tembhyrkar, A. R. and Mhaisalkar, V. A., "Study of hydrodynamic behavior of a laboratory scale upflow anaerobic fixed film fixed bed reactor", Journal of Environ. Science & Engg., 48(2), pp.75-80 (2006).


원저

질차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 43

원저 ISSN 1225-6498

ORIGINAL PAPER

차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 김영준 , 장재은, 이상욱*, 차석준* 가톨릭대학교 생명환경공학부 환경공학전공 AGMS* (2012년 11월 30일 접수, 2012년 12월 24일 수정, 2013년 1월 22일 채택)

The Effect of Hypochlorous Acid on the Nitrogen Removal in Sea Water Young-Jun Kim , Jae-Eun Jang, Sang-Wook Lee*, Seok-Jun Cha* School of Biotechnology and Environmental Engineering, The Catholic University, Bucheon, Korea AGMS*

ABSTRACT In this study, we had analyzed the ammonia removal efficiency in sea animal-culturing aquarium water using hypochlorous acid (HOCl) which is very reactive, no harm to human, and with no formation of toxic trihalomethane. The amount of hypochlorous acid for the removal of ammonia varied with the concentration of ammonia in samples, with 90% of removal efficiency for 30 minute reaction time in the sea water where the ratio of hypochloous acid to ammonia (w/w) is about 8.5 ~ 9.0, and 100% removal in the sample with the ratio of 9.8 ~ 10.1. The removal efficiency with the time was shown to be 90% within 10 minute in the ratio of 9.0 ~ 10.0. These results will effectively be used for the proper management and protection of sea animals in large aquarium through water clarification with hypochlorous acid by calculating the right amount and reaction time. Keywords : Hypochlorous Acid(HOCl), Ammonia, Water Clarification, Aquarium Water.

Corresponding author(yjunkim@catholic.ac.kr) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


44 장재은, 이상욱*, 차석준*, 김영준

초록 본 연구에서는 염소류 산화물질 가운데 가장 반응성이 크고 인체에 무해하며 트리할로메탄 등 독성물질 생성의 염려가 없는 차아염소산수를 이용하여 수족관 해양 동물의 사육수내 존재하는 암모니아의 제거를 위한 실험을 진행하였다. 암모니아 제거에 필요한 차아염소산수 용액의 주입농도는 시료 내 암모니아 농도 에 따라 달라졌으며, 차아염소산수대 암모니아의 농도비율이 8.5 ~ 9.0에서 30분간 반응시 약 90%의 제 거효율을 보였고, 농도비율이 9.8 ~ 10.1에서 100% 제거되는 것으로 나타났다. 반응시간에 따른 제거효율 은 농도비율 9.0 ~ 10.0대에서 대부분 10분내에 90%이상을 제거하는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 해 수 내 암모니아 제거를 위한 적정 차아염소산수의 주입농도와 비율, 반응시간 등을 선정하여 수질을 정화 함으로써 대형수족관내 해양생물들의 보호 및 관리에 크게 기여할 것으로 기대된다. 핵심용어 : 차아염소산(HOCl), 암모니아, 수질정화, 수족관사육수.

1. 서론 최근 해양수족관이 대형 테마파크로서 관람객에 게 즐거움과 흥미를 유발하며 상업적으로 성공하 는 사례가 확대되고 있는 추세이다.1) 2012년 여수 세계 박람회의 개최와 함께 아쿠아리움이 가장 인 기있는 전시관으로 꼽히며 국내에서도 해양 생물 자원에 대한 높은 관심이 확인되고 있다. 이러한 해양수족관의 대중성 확대 추세와 함께, 수족관 전 시동물의 사육환경 개선연구 및 사육수질 정화에 대한 연구의 중요성이 부각되고 있다. 암모니아는 수질오염의 첫 번째 지표로, 0.1㎎/ℓ 이상의 수치는 어류에게 실질적으로 해롭다고 여 겨지고 있고,2) 어류는 만성적으로 50㎍/ℓ 농도 이 상의 암모니아에 노출되어서는 안된다.3) 매일 물 이 교체되는 일회성 지수식 사육수조는 물론, 여 과를 통하여 물을 연속으로 사용하는 순환식 사육 수조 시스템에서도 고밀도의 폐쇄적인 사육 환경 으로 인하여 암모니아 농도가 증가하여 해양동물 관리에 문제가 될 수 있다. 현재, 사육수의 수질개 선을 위한 각 종의 방법들이 소개되어 있으나, 수 질 정화를 위한 산화제로 가장 보편적으로 사용 되고 있는 염소류 화합물은 강한 산화력을 가지 고 유기물질과 무기물질 모두와 결합력이 있어 암 모니아, 조류, 철, 망간 등의 제거에 탁월하여 사 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

육수조의 세균오염과 사육수의 정화에 큰 도움이 될 수 있다. 염소계살균제는 국내외적으로 매우 광범위하게 사용되고 있으며 상용화되어 있는 것으로는 일반적 으로 락스로 알려진 차아염소산나트륨 (NaOCl)을 비롯하여 이염화이소시아눌산 나트륨(DCCNa), 이산화염소 (ClO2) 등이 알려져 있다. 이들은 세균 의 세포막의 투과성에 영향을 주고 원형질성분을 변화시켜 살균을 유도하고 있다. 한편, 염소계 살 균제중 유리염소성분으로는 염소가스 (Cl2), 차아 염소산 (HOCl), 차아염소 산이온 (HCl-) 등 3 종 류가 있으며 이들 중 차아염소산의 살균력이 월등 히 높은 것으로 알려져 있다. 차아염소산은 가장 반응성이 크며, pH 5 ~ 7 정도의 미산성 전해수로 일반 강산성 전해수가 갖는 염소가스 생성의 우려 와 염소계 산화제가 갖는 THM 생성의 문제도 불 식시킬 수 있다.4) 차아염소산은 또한 인체내의 면 역시스템에 의해 생성되어 외부에서 침입한 세균 을 사멸하는 첨병역할을 수행하고 있다. 인체내 면 역세포의 60 ~ 70%를 차지하고 있는 호중구는 과 산화수소를 기질로 하여 meyloperoxidase 효소 에 의해 차아염소산을 끊임없이 만들어내며5) 침범 한 세균을 파괴시키며 이후 차아염소산은 유기물 과 결합, 물로 중화되어 인체에는 무해한 것을 알 려져 있다.


원저

질차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 45

이러한 장점을 지닌 차아염소산수를 수족관내 사육수의 수질정화제로 활용한다면 매우 바람직할 것으로 기대되나, 이를 해양동물 수조 내 암모니아 제거에 이용한 연구는 극히 미미하며 국내에서는 아직까지 전무한 실정이다. 이에, 본 연구에서는 차아염소산의 강력한 살균력 및 암모니아 결합능 력 등을 이용, 수족관내 수질을 정화하여 재사용하 기 위한 방법으로 실제 수족관내 해양동물의 사육 수 시료를 채수하여 차아염소산이 사육수내 암모 니아 제거에 미치는 영향을 분석하였다.

2.2 암모니아 제거를 위한 적정 차아염소산수 주입 농도 결정 실험 본 실험에 사용된 차아염소산수는 일본의 (주) 에스테크놀로지사에서 판매하는 steripower 제품 (차아염소산수 3000 ppm)을 200 ppm으로 희석 하여 사용하였다. steripower는 12% 차아염소산 나트륨(NaOCl pH 12이상)에 9% 염산(HCl)을 첨 가하여 pH 5.5 ~ 6.5로 조정되었고, 유효염소량 50 ~ 4000 mg/L을 함유하고 있다. 이러한 방법 으로 제조된 steripower의 성분구성 및 그 비율은 다음과 같다.

2. 재료 및 방법 2.1 시료의 채수 및 분석 방법 본 연구에 이용된 시료는 여의도 소재 국내 아 쿠아리움의 바다표범 수조와 바다코끼리 수조에 서 각각 채수한 해양동물의 사육수를 사용하였 다. 바다표범의 사육수는 유수식(流水式, flowing form)으로, 바다코끼리의 사육수는 지수식(止水 式, stagnant form)으로 관리되고 있었다. 바다 표범 수조와 바다코끼리 수조에서의 채수는 하 루 중 수조 내 암모니아 농도가 가장 높을 것으 로 예상되는 시점에 이루어졌다. 지수���(止水式, stagnant form)으로 관리되는 바다코끼리 수조의 물을 교체하기 직전에 각각의 수조에서 7일에 걸 쳐 채수를 하였다. 채수된 시료는 4℃에서 냉장보 관하며, pH, 암모니아성 질소, 아질산성 질소, 질 산성 질소, 총 인, 총 잔류염소, 총 균수, 대장균군 (coliforms), 장내세균 (enterobacteriaceae) 등 을 분석하였다. pH 측정은 해양환경공정시험 기 준6)에 따라, 그 외 분석 항목은 USEPA에 의해 인 증된 방법으로 Hach사의 Spectrophotomer(DR4000U)와 AOAC에 의해 인증된 3M사의 건조필 름배지(Petrifilm)를 이용하여 분석이 이루어졌다. 실험에 사용된 차아염소산수는 일본의 (주)에스테 크놀로지 사에서 판매하는 steripower 제품(차아 염소산수 3000ppm)을 200ppm으로 희석하여 사 용하였다.

NaOCl + HCl = HOCl + NaCl HOCl : NaOCl : NaCl = 1.00 : 0.03 : 0.8 ~ 0.9

200 ppm으로 희석된 위의 차아염소산수 제품 을 바다표범, 바다코끼리 사육수에 일정 농도(1 L 기준)로 주입하여 실온에서 150 rpm으로 교반하 여 30분간 반응시켰다. 차아염소산수의 주입 농도 는 바다코끼리, 바다표범 사육수 시료에 포함된 암 모니아 농도에 기반하여 0.5ppm에서부터 암모니 아가 제거될 때까지 주입하여 각각의 시료에서 차 아염소산수 주입 비율에 따른 암모니아 제거율을 살펴보았다. 2.3 반응시간에 따른 암모니아 제거율 실험 반응시간에 따른 암모니아 제거율에 대한 실험 은 앞서 사용한 시료중 90%이상의 암모니아 제거 율을 보인 시료를 대상으로 1 L 용기에 25℃에서 150 rpm으로 혼합 반응시켜 각 반응시간별 (10 분, 20분, 1시간, 2시간) 암모니아 제거율을 분석 하였다.

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


46 장재은, 이상욱*, 차석준*, 김영준

3. 결과 및 고찰 3.1 시료 성상 분석 바다표범 수조와 바다코끼리 수조에서 각각 7번 씩 총 14개의 사육수 시료를 실험에 사용하였고, 사육수 관리 특성에 따라 바다표범과 바다코끼리 사육수의 이화학적, 미생물학적 성상을 분석하여 [Table 1]에 나타내었다. [Table 1]에서처럼, 유수식으로 관리되는 바다표 범 사육수가 일일 1회 교체하는 지수식의 바다코끼 리 사육수에 비해 암모니아, 아질산, 총 잔류염소, 총 균수, 대장균군, 장내세균의 값이 낮게 측정되 었다. 이는 여과 및 재순환되는 사육수의 시스템이 지수식과 비교하여 각종 수질오염에 덜 노출되고 있다는 증거로 볼 수 있다. 그러나, 총인 및 질산성 질소의 경우, 유수식에서 상대적으로 높은 값 (질 산성 질소의 경우 ; 0.60 ~ 4.70 mg/L vs. 0.25 ~ 0.80 mg/L)을 나타냈는데, 이는 재순환 여과 시스템을 거치는 과정에서 사육수내 질소 및 인 의 제거가 충분하지 못하다는 것을 말해주고 있다. 3.2 차아염소산수 주입 농도에 따른 암모니아 제거율 해양동물 수조 내 사육수의 수질 성상은 동일한

시간대와 수조에서의 동일한 채수 조건에도 불구 하고 채수 당일의 해양동물의 건강상태, 섭식율, 배변량 등에 따라 암모니아 농도가 다르게 나타난 다. 따라서, 본 실험에서도 시료채취시의 사육수의 상태에 따라 동일한 동물의 사육수임에도 불구하 고 암모니아 제거율이 각각 다르게 나타났다. 따라 서, 본 실험에서는 암모니아 농도에 따른 차아염소 산수의 적정 주입농도와 암모니아 제거율을 파악 하기 위한 실험을 실행하였으며, 그 결과를 암모니 아 농도(mg/L NH3-N)대비 투입된 차아염소산수 농도(mg/L HOCl)의 비율에 따른 암모니아 제거 율(%)로 나타내었다. 실험은 바다표범과 바다코끼 리 수조의 시료를 각각 분리하여 실행하였다. 채수 된 바다표범 사육수 중 암모니아 농도가 0.5 mg/L 이상인 시료를 대상으로 200 ppm으로 조정된 차 아염소산수 용액을 주입하고 30분간 반응시켰 때, 주입한 차아염소산수(HOCl)와 암모니아의 농도비 율에 따른 제거효율(%)을 [Table 2]에 나타내었다. 바다표범 사육수에서 암모니아 제거율은 차아염 소산과 암모니아의 농도비율에 비례하여 증가하였 으며, 그 비율이 약 9.0을 넘어서며 암모니아가 완 전히 제거되는 것으로 나타났다. 바다코끼리를 대 상으로한 실험결과는 [Table 3]에 나타내었다. 시 료에 차아염소산수 용액을 주입하고 30분간 반응

[Table 1] Characteristics of Sea Water in Large Aquarium Flowing form for Seals

Stagnant form for Walrus

pH

7.36 - 7.78

7.67 - 7.83

NH3-N

0.1835 - 3.6840 mg/L

5.40 - 73.80 mg/L

NO2-N

0.000 - 0.0627 mg/L

0.000 - 0.0877 mg/L

NO3-N

0.60 - 4.70 mg/L

0.25 - 0.80 mg/L

T-P

18.60 - 27.50 mg/L

14.18 - 18.30 mg/L

Total chlorine

0.01 - 0.02 mg/L

0.02 - 0.03 mg/L

Total colony

4.10×10 - 1.11×10 CFU/㎖

2.38×102 - 4.21×104 CFU/㎖

Coliforms

0.00×100 - 9.00×100 CFU/㎖

0.00×100 - 5.17×10 CFU/㎖

Enterobacteriaceae

6.00×100 - 4.73×101 CFU/㎖

1.00×100 - 1.62×102 CFU/㎖

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

1

3


원저

질차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 47

[Table 2] T  he Efficiency of NH3 Removal with the Ratio of HOCl/NH3 in the SealsCulturing Water HOCl / NH3 (w/w)

NH3 removal ratio (%)

1.480

14.60

4.486

45.35

7.553

77.86

8.329

82.75

9.110

91.98

9.266

94.11

9.423

95.67

9.580

96.87

9.737

98.86

9.894

100.00

10.052

100.00

10.209

100.00

[Table 3] T  he Efficiency of NH3 Removal with the Ratio of HOCl/NH3 in the WarlusCulturing water HOCl / NH3 (w/w)

NH3 removal ratio (%)

4.115

34.61

5.291

48.00

6.536

70.74

7.856

84.18

8.547

91.91

8.972

93.70

9.259

96.64

9.550

98.02

9.845

99.74

10.144

100.00

10.446

100.00

10.753

100.00

시킨후 암모니아 제거율을 분석하였다. 시료 중 암 모니아 농도가 0.5 mg/L 이하인 것과 20 mg/L 이상인 것은 200 ppm으로 제조된 차아염소산수 의 용액으로 처리가 어려워 실험에서 제외하였다. 바다코끼리 사육수내 암모니아의 제거율은 바다표 범과 유사한 결과를 보였으나, 그 제거효율은 약 간 낮게 나타났다. 암모니아의 완전제거율은 차아 염소산수와 암모니아의 농도비가 약 10.0에 이르 렀을 때 나타났다. 각 사육수에서 암모니아 제거율 의 차이는 지수식 해수의 오염특성이 유수식에 비 해 더 높기 때문일 것으로 사료되나 그 차이는 미 미한 것으로, 결과적으로 차아염소산수와 암모니 아의 농도비율이 약 9.0 ~ 10.0사이에서 암모니아 가 완전히 제거될 것으로 판단된다. 3.3 반응시간에 따른 암모니아 제거율 변화 양상 암모니아의 효과적인 제거를 위한 적정한 반응 시간을 측정하기 위하여 각 시료에 반응시간을 달 리하여 암모니아 제거율을 분석하였다. 차아염소 산수와 암모니아의 농도비율에 따른 암모니아 제 거율을 실험한 이전의 결과에서 30분간 반응후 제 거율이 90%가 넘는 농도비율을 대상으로 10분, 20 분, 60분, 120분으로 반응시간을 달리하여 실험을 진행하였다. 바다표범 사육수에서, 차아염소산수/ 암모니아 농도비율이 30분 반응에서 100%가 넘지 않았던 시료의 경우, 반응시간을 늘려 완전제거율 을 살펴보았고, 100%를 보였던 시료의 경우, 시간 을 줄여 분석하였으며 그 결과는 [Table 4]와 같다. 차아염소산수/암모니아 농도비율이 9.266을 보인 시료의 경우, 완전제거율은 60분을 지난 후에 관찰 되었으며, 농도비율이 9.423인 시료에서는 60분 에 100% 제거율을 보여주었다. 한편, 30분 반응에 서 100%의 제거율을 보였던 9.894이상의 시료에 서는 30분 이전의 반응시간에서 모두 100%의 제 거율을 나타내지 못함으로써, 농도비율이 9.8이상 의 시료에서 완전제거를 위한 적정 반응시간은 30 분인 것으로 판단된다. 바다코끼리 시료를 대상으로 한 실험결과를 [Table 5]에 나타내었다. 바다코끼리 시료의 경우 J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


48 장재은, 이상욱*, 차석준*, 김영준

[Table 4] T  he Efficiency of NH3 Removal with Different Reaction Time in Various Samples in the Seals-Culturing Water Time(min)

10

20

30

60

120

9.266

-

-

94.11

99.38

100.00

9.423

-

-

95.67

100.00

100.00

9.894

89.04

93.30

100.00

-

-

10.052

91.62

94.21

100.00

-

-

10.209

96.04

97.46

100.00

-

-

HOCl / NH3 (w/w)

에도 바다표범과 거의 유사한 결과가 나타났으며,

시 일어난다는 증거이다. 또한, 본 시료를 대상으

차아염소산수/암모니아 농도비율이 9.259의 경 우, 60분이 지난 후, 9.845에서는 60분에서 완전 제거율을 보여주었다. 농도비율이 10.1 이상 10.7 이하에서는 100%의 제거율을 위해서 30분의 반응 시간이 필요한 것으로 나타났다. 반응시간에 따른 제거율 결과를 고찰하기 위 해 Qiang et.al.(2004)이 제시한 모노클로라민 형성 반응 속도 상수 k = 3.07×106 (at 25℃, M-1s-1)를 이용하여 암모니아-차아염소산 산화반응 중 암모니아가 제거되는 첫 단계인 모 노클로라민 형성 반응속도를 계산하였다. 암모니 아 농도 3.6840 mg/L의 시료에 HOCl/NH3(w/w) = 9.894로 차아염소산을 반응시킨 경우를 적용하 여 계산해본 결과, 모노클로라민 형성 반응 속도 는 5.6087×105 mol/L·s로 나타났다. 이러한 수 치는 암모니아와 차아염소산의 반응이 초기에 즉

로 한 실험에서 암모니아는 30분내에 100% 제거 되는 결과를 보여주었다. 한편, 반응시간 10분 이 내에 90% 이상의 암모니아 제거율을 보여주었으 나 100%의 제거로는 나타나지 않았는데, 이는 반 응 초기인 모노클로라민 형성 단계에서 암모니아 가 완전히 반응하지 못한 결과로 보여 진다. 반응 초기에 연속적인 클로라민이 형성되면서, 질소에 대한 염소 원자수의 비율이 증가하며 클로라민 질 소에 대한 차아염소산의 친전자성 공격이 진행됨 에 따라, 염소 반응성이 감소하여 암모니아와 반 응하기 위해 요구되는 차아염소산량이 증가되었기 때문이라고 생각된다. 본 연구의 결과에 따라, 수족관 해양동물의 수조 내 암모니아를 차아염소산수를 활용하여 제거하고 자 할 때 적절한 주입 농도를 선정할 수 있을 것이 다. 예컨대, 일반적으로 어류의 섭식율이 100 kg/

[Table 5] T  he Efficiency of NH3 Removal with Different Reaction Time in Various Samples in the Warlus Culturing Water Time(min)

10

20

30

60

120

9.259

-

-

96.64

99.24

100.00

9.845

-

-

99.74

100.00

100.00

10.144

92.93

95.73

100.00

-

-

10.446

95.24

98.01

100.00

-

-

10.753

96.82

99.64

100.00

-

-

HOCl / NH3 (w/w)

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


원저

질차아염소산이 해수 내 암모니아 제거에 미치는 영향 49

ha·day (단백질 사료 32%일 경우)이고 암모니아 의 배출률을 404 mgN/m2·day로 산정한다면,9) 33m x 8m 면적의 10,000,000 ℓ용량의 수조 내 암모니아 농도는 0.01 ㎎/ℓ·day 이므로, 암모니 아를 제거하기 위해 필요한 차아염소산수의 주입 량은 0.098 ㎎/ℓ·day라고 판단할 수 있다. 그러 나, 본 연구결과에서 볼 때, 암모니아 제거를 위한 차아염소산의 주입농도가 크므로, 처리 후 잔류염 소량 및 부산물에 대한 분석 및 이를 제거하기 위 한 연구가 더 필요할 것이다. 또한 각 해양동물 수 조의 특성에 따라 최적의 차아염소산 주입량을 계 산하기 위해서는 더 넓은 범위의 주입 비율에서의 제거율과 반응시간 데이터에 대한 분석 및 모델링 이 필요할 것이다.

4. 결 론 1. 차  아염소산 (HOCl)은 염소류 산화물질 중에서 반응성이 가장 크고 인체에 무해하며 트리할로 메탄 등 독성물질 생성의 염려가 없어 대형수족 관내 해양동물의 사육수에 대한 수질정화제로 적합하며 본 연구에서는 바다표범과 바다코키 리를 대상으로 이들이 활동하는 수족관 해수내 암모니아 제거를 위한 실험을 진행하였다 2. 암모니아 제거에 필요한 차아염소산수 용액의 주입농도는 대상동물 및 시료내 암모니아 농도 에 따라 달라졌으며, 바다표범과 바다코끼리에 서 차아염소산수대 암모니아의 농도비율이 각 각 8.50과 9.0 시점에서 30분간 반응시 약 90% 의 제거효율을 보였고, 농도비율이 9.80과 10.1 에서는 100% 제거되는 것으로 나타났다. 3. 반  응시간에 따른 제거효율 또한 두 동물수족 관에서 유사하게 나타났으며, 농도비율 9.0 ~ 10.0대에서 대부분 10분내에 90%이상을 제거 하는 것으로 나타났다. 4. 본  연구결과는 해수내 암모니아 제거를 위한 적 정 차아염소산수의 주입농도와 비율, 반응시간 등을 선정하여 수질을 정화함으로써 대형수족

관내 해양생물들의 보호 및 관리에 큰 도움이 될 것이다.

사사 본 연구는 2012년도 가톨릭대학교 교비연구비 및 (주)AGMS의 지원에 의한 것으로 이에 감사드 립니다.

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원저

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 51

원저 ISSN 1225-6498

ORIGINAL PAPER

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현 농촌진흥청 국립축산과학원 (2012년 11월 20일 접수, 2013년 1월 29일 수정, 2013년 2월 1일 채택)

Efficiency of methane production from pig manure slurry using anaerobic digestor combined with compost filtration bed Kwang-Hwa Jeong , Modabber Ahmed Khan, Dong-Yoon Choi, Dong-Hyun Lee National Institute of Animal Science, RDA, Suwon 441-706, Korea

ABSTRACT The characteristics of methane production from pig manure slurry was investigated using anaerobic digestor combined with compost filtration bed. In this study, raw pig manure slurry was digested in mesophilic rectangular digester (effective volume 250 m3) for 25 days and anaerobic digestion wastewater was filtered through compost filtration bed, which is composed of double layer, sawdust and chaff. The characteristics of anaerobic digestion wastewater were BOD 1,800 mg/L, COD 3,500 mg/L, SS 11,800 mg/L, T-N 1,200 mg/L and T-P 350 mg/L. After the filtration process, the contents of BOD, COD, SS, T-N and T-P of the anaerobic digestion wastewater were reduced by 97%, 62%, 89%, 39% and 57%, respectively. The concentrations of N, P2O5, and K2O of the leachate were 1,024, 111 and 407 mg/L, respectively. However, there was no odor emitted from the leachate. Keywords : Anaerobic digestion, Compost filtration bed, Pig manure slurry.

Corresponding author(gwhaji@korea.kr) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


52 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현

초록 본 연구에서는 혐기소화액을 여과함과 동시에 퇴비화가 이루어지도록 하는 기능을 지닌 퇴비단 여과상 과 이 퇴비단 여과상에서 발생하는 열로 외부 측벽이 가온되는 방식의 혐기소화조를 이용하여 돼지분뇨 슬 러리로부터 발생하는 메탄생성 효율을 분석하였다. 혐기소화조의 형태는 약 250 m3 규모의 긴 장방형 구 조로 구성하여 운영하였다. 이 혐기소화조 내에 돼지분뇨 슬러리를 투입하여 혐기 소화하는 과정에서의 메 탄생성 특성을 조사하였고, 또 한편으로는 혐기소화 폐액을 처리하는 방안으로서의 퇴비단 여과상의 소화 폐액 여과효과를 분석하였다. 돼지분뇨 슬러리는 본 실험 시설인 장방형 중온성 혐기소화조에서 25일 동안 소화되었으며, 이 과정에서 발생한 소화폐액은 톱밥층과 왕겨층 등의 2겹의 층으로 구성된 퇴비단 여과상 을 통과시키는 방법으로 처리하였다. 또한 퇴비단 여과상을 통과한 후의 최종 여과액을 대상으로 하여 액 비로서의 이용가치를 가늠하기 위해 비료성분 함유량을 분석하였다. 혐기소화조에서 배출된 소화폐액의 성 분을 분석한 결과 BOD, COD, SS, T-N 그리고 T-P 의 농도는 각각 1,800 mg/L, 3,500 mg/L, 11,800 mg/L, 1,200 mg/L, 그리고 350 mg/L 수준을 나타냈다. 이 소화액을 톱밥층과 왕겨층 등의 2겹의 층으 로 구성되어 여과상 역할을 하는 퇴비단 여과상에 통과시킨 후에 채취한 여과수의 BOD, COD, SS, T-N 그리고 T-P 농도는 여과상 유입수에 비해 각각 97%, 62%, 89%, 39% 그리고 57% 수준의 감소정도를 보 였다. 퇴비단 여과상을 거친 후 소화폐액의 질소, 인산, 칼륨의 농도는 각각 1,024, 111 그리고 407 mg/L 수준이었다. 또한 소화폐액 내의 chlorophenol, benzenedicarboxylic acid, dodecane, hexadecane dimethyloctane 등의 유기성 오염물질은 퇴비단 여과상을 거치는 과정에서 95%이상 제거되었다. 주제어 : 돼지분뇨 슬러리, 퇴비단 여과, 혐기소화.

1. 서 론 양축농가 규모가 확대됨에 따라 가축 사육두 수가 늘어나는 추세에 있다. 이에 따라 가축분뇨 총 발생량도 많아져서 통계청 통계자료에 근거한 2011년 가축분뇨 발생량은 총 4,269 만톤에 달한 다.1) 현재 우리나라의 가축분뇨 처리방향은 발생 된 분뇨를 가능한 한 최대한으로 자원화하여 자연 으로 순환하는 것이다. 따라서 2011년에 발생된 가 축분뇨중 87.6%가 자원화과정을 거친 후에 유기 성 비료자원으로서 토양에 순환되었다. 이와 함께 최근 들어서부터는 친환경 에너지 확보 및 온실가 스 발생량 저감을 위한 방안으로서의 유기성 폐자 원을 이용한 바이오가스 생산 연구에 대한 사회적 관심이 높아졌고, 실제로 근래 들어서 가축분뇨를 이용한 바이오가스화 관련 시설의 설치가 늘어나 고 있다. 혐기소화에 의한 가축분뇨 처리는 고농 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

도 유기성 폐기물을 처리함과 동시에 유용한 바이 오가스를 회수할 수 있다는 일거양득의 차원에서 효율성이 높은 방법으로 인식되어지고 있다.2) 특 히 가축분뇨에 음식물 쓰레기 탈리액 등을 혼합하 여 통합소화를 할 경우에는 가축분뇨와 음식물 쓰 레기 탈리액 등에 함유된 질소성분과 탄소성분의 상호 보완효과 등에 의해 메탄가스 생산효율 증진 에 유리하다.3) 그러나 가축분뇨 혐기소화액을 액 비로 농지에 환원하는 경우 대개 경종농가의 수요 기준에 따라 사용시기가 계절적으로 국한되므로4) 혐기소화 폐액의 안정적 처리문제는 축산과 농업 분야에서 조속히 해결해야 할 중대 과제이다. 매 립지 등 고형쓰레기 혐기소화 분야 등에서는 혐기 소화 침출수를 혐기소화 반응조에 재순환하는 방 법으로 재활용하는 방법 등이 연구되고 있다.5) 반 면에 가축분뇨 혐기소화 분야에서는 수생식물 활 용법,6) 호기적 여상이용법7) 등 몇 가지 방법이 일


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퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 53

부 연구되기는 하였지만 아직까지는 액비 저장조 나 정화시설에 유입하여 자원화 또는 방류하는 방 법 외에는 별다른 대안을 찾지 못하고 있는 실정 이다. 액비화나 정화처리를 하는 경우에 있어서도 토양환경이나 수질환경 및 기타 환경보건적인 안 전성이 확보되어야 하므로8) 혐기소화 폐액 처리에 상당한 비용과 긴 시간을 할애하고 있는 것이 현실 이다. 따라서 본 연구에서는 퇴비단 여과상을 이용 한 소화조 보온에 의한 메탄생성 효율과 소화폐액 처리효과를 동시에 분석하는 실험을 수행하였다.

2. 재료 및 방법 2.1. 실험 시설 본 연구에서는 퇴비단 여과상을 활용한 돈분뇨 슬러리로부터의 메탄생산 효율 증진 효과를 분석 하기 위하여 실증시스템을 설치하고 운영하였다. 실험을 위해 설치한 실증 실험시설은 [Fig. 1]에 나 타난 바와 같다. 실증 연구시설은 [Fig. 1]의 좌측부분에 해당하는 혐기소화조(복도 모양의 시설)와 [Fig. 1]에서의 우 측에 해당하는 퇴비단 여과상(퇴비화 시설 모습)을 나란히 설치하여 운영하였다. 혐기소화 원료로서 는 자체 보유하고 있는 실험돈사에서 배출된 액상 돼지분뇨 슬러리를 그림 1의 좌측 부분인 실용량 250 ㎥의 장방형 중온성 혐기소화조에 유입시킨 후 25일 동안의 체류기간을 유지하면서 혐기소화

[Fig. 1] Experimental facility.

를 실시하였다. 소화조 내 기질의 혼합은 수중펌프 를 사용하여 반송하는 방식으로 수행하였다. 소화 조에서 배출되는 혐기소화액은 펌프에 의해 [Fig. 1]의 혐기소화조의 상단 부분에 수로 모양으로 설 치된 소화액 저장조에 유입시키도록 설계, 시공하 였다. 소화액 저장조에 수집된 소화액은 여과상 위 를 왕복하는 소화액 살포기에 의해 여과상에 고르 게 살포된 후 하향식 여과를 거치도록 구성되었다. 여과상은 상부에는 80 cm 깊이의 톱밥층 그리고 바닥 부분에는 20 cm 깊이의 왕겨층 등으로 구성 하여 총 1 m 깊이로 설치하였다. 또한 퇴비단 여과 상을 통과한 후의 최종 여과액을 대상으로 하여 액 비로서의 이용가치를 가늠하기 위해 비료성분 함 유량을 분석하였다. 본시험에서 적용된 공정을 [Fig. 2]에 요약하여 나타내었다.

2.2. 측정 및 분석 BOD, COD, SS, T-N, T-P 등의 항목은 수 질오염공정시험법에 준하여 분석하였다. 혐기소화 과정에서 발생한 가스량은 가스미터(Sinagawa) 를 이용하여 분석하였고, 바이오가스에 포함된 메 탄농도는 비분산적외선(NDIR, non-dispersive J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


54 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현

infrared absorption) 검출기를 이용하여 측정하 였다. 소화폐액과 액비에 존재하는 유기성 오염물질 은 가스크로마토그래피 질량분석기(GC/MS, Gas Chromatography Mass Spectrometer)를 이용하 여 분석하였다. 시료전처리는 Dichloromethane 을 이용한 액상-액상 추출법(Liquid-Liquid extraction)을 사용하였다. 분리는 실리카 캐필러 리 컬럼이 접합된 XTI-5(RESTEK, Bellefonte, PA)를 이용하여 수행했으며, 운반기체는 헬륨(유 량 0.1 ml/min)을 이용하였다.

3. 결과 및 고찰 3.1. 퇴비단 여과상 적용에 의한 소화폐액 중 오염성 물질 농도변화 본 연구에서 설치한 실증 시험시설을 활용하여 소화폐액을 처리한 다음 균등조와 소화폐액 그리 고 퇴비단 여과상에서 채취한 시료의 오염성 물질 의 농도를 분석한 결과 값은 [Fig. 3]에 나타난 바 와 같다.

상기 결과에서 보면 BOD, SS, T-N 그리고 T-P는 퇴비단 여과상을 통과한 후 전체적으로 감 소하는 결과를 보였다. 이는 소화액이 퇴비단 여과 상을 통과하면서 물리적인 흡착 또는 생물화학적 작용에 의해 농도가 낮아지는 결과에 기인한 것으 로 보인다. 반면에 본 시험에서 이용된 퇴비단 여 과상을 통과한 시료에서의 COD농도는 감소하지 않은 결과를 보였다. 이 결과는 여과상의 사용기간 경과에 따라 여과상 내에 축척된 COD 유발물질이 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


원저

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 55

여과상 침출수에 혼입한데 기인한 것으로 판단된 다. 이는 장 등이 MBR을 이용한 양돈폐수 처리 실 험에서 보고한 COD 물질 수지가 유입수에서 보다 유출수에서 더 높은 회수율을 보였다는 것과 연관 지어 판단해 볼 수 있다.9) 3.2. 혐기소화에 의한 메탄생성 특성 본 연구시설을 이용하여 돼지분뇨 슬러리를 혐 기소화 하였을 때의 바이오가스의 발생량과 메탄 가스의 농도변화를 측정한 결과를 [Fig. 4]와 [Fig. 5]에 도시하였다.

[Fig. 5] C  hanges of biogas production in the experimental facility.

Methane Production m3/kg VS

Biogas Production

[Fig. 4] Changes of biogas production with time. 3.3. 혐기소화조와 퇴비단 여과상 적용효과 본 실험에서 수행한 혐기소화조와 퇴비단 여과 상에서의 오염물질 제거율은 [Table 1]에 나타난 바와 같다. 혐기소화조에서의 BOD, COD, SS, T-N, T-P 의 변화정도를 분석한 결과 BOD의감소율이 높았 던 반면에 T-P의 감소효율은 타 성분에 비해 상대

생산된 바이오가스를 소화조와 가스 저장조에서 채취하여 메탄과 이산화탄소의 농도 변화를 분석 한 결과 소화조의 메탄가스 농도는 계측 20일 이후 로, 가스저장조의 메탄가스 농도는 계측 50일 이 후로 75% 이상으로 안정되게 측정되었다. 또한 소 화조 내부의 혐기 미생물은 계측 20일 이후에 안정 화 되는 것으로 나타났다.

[Table 1] Removal Efficacy of Pollutants by Anaerobic Digestion and Filtration Removal efficiency (%) Classification BOD5

CODMn

SS

T-N

T-P

Anaerobic digestion

84.9

48.2

61.1

41.1

33.0

Compost pile A

98.2

75.5

86.4

38.6

57.0

Compost pile B

67.0

14.2

81.8

39.9

48.0

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


56 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현

적으로 감소율이 낮은 것으로 나타났다. 퇴비단 여 과 과정에서 퇴비단 교체에 따라 퇴비단 여과상의 잔류물에 의해 유기물(BOD5, CODMn, SS) 제거율 이 평상시 보다 낮게 측정되었는데 이는 시설운전 시 정상운전을 위한 안정화 기간이 필요하다는 것 을 시사해 준다. 3.4. 소화 폐액내 유기성 오염물질 분해효과 GC/MS 분석을 통한 퇴비단 여과상에 의한 소화 폐액 내 유기성 오염물질 분해특성은 [Fig. 6]에 나 타난 바와 같다.

소화폐액 중에 포함된 유기성 오염물질 (chlorophenol, benzene-dicarboxylic acid, dodecane, hexadecane dimethyloctane 등)은 퇴비단 여과상의 여과작용에 의해 대부분 제거되 는 결과를 보였다. 3.5. 소화 폐액과 여과액의 생분해도 소화폐액과 여과액의 생분해도(BOD5/COD)를 비교한 시험결과를 [Fig. 7]에 도시하였다.

[Fig. 7] B  iodegradability ofanaerobic digestion wastewater and leachate. (a)

(b) [Fig. 6] C  hanges of organic substance by filtration: (a) Anaerobic Digestion Wastewater (y-scale : 5.0 x 1010), (b) Leachate (y-scale : 1.4 x 108). 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

생물학적 분해가 가능한 유기성 오염물질들은 퇴비단 여과상에 의해 대부분 제거되는 결과를 나 타냈다. [Fig. 7]에 도시된 결과를 가지고 Symons 가 보고한 생물학적 처리가 가능한 0.6 수준과 생 물학적으로 분해가 어려운 0.2 수준의 BOD/COD 값10)을 대비해 보면, 여과상을 거친 시료의 경우 대 부분이 0.1 수준을 밑도는 것으로 보아 이미 오염 성 불질이 분해된 것으로 보여진다. 3.6. 혐기 소화조내 메탄 발생효과 유기물 투입량당 메탄 발생량 변화는 [Fig. 8]에 나타난 바와 같다. 실험 결과 평균 유기물(VS) 투입량당 메탄 발생 량은 0.254 m3 CH4 kg-1 VS투입량 수준이었다. 바이오가스의 조성 변화는 [Fig. 9]와 같다. 생산된 바이오가스 중 평균 메탄 농도는 68.51% (CO2 28.0%)수준인 것으로 나타났다. 본 시험의 퇴비단 여과상에서 생산된 퇴·액비의 성분분석


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퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 57

[Fig. 8] C  hanges of methane production according to VS supplying.

[Fig. 9] C  hanges of CH4 and CO2 composition in biogas.

결과를 [Table 2]와 [Table 3]에 수록하였다. 퇴비단 여과상에서 생산된 퇴·액비의 성분분 석 결과, C/N비는 약 25.6정도로 나타났고 테트 라사이클린계, 설파계, 머크로라이드계, 베타락탐 계, 아미노 글리코시드계 등의 주요 항생물질 등은 검출되지 않았다. 퇴비단 여과상에 의한 동절기 소화조 가온에너 지 절감효과 구명시험을 실시한 결과 소화조 온도 변화 측정결과는 [Fig. 10]에 나타난 바와 같다. 대기에 노출된 소화조의 표면온도는 14.47 ± 2.75℃ 인데 비하여 퇴비단 여과상에 의해 보온 된 소화조의 표면온도는 28.59 ± 3.53℃로서 퇴 비단에 의한 보온효과가 있는 것으로 판명되었다. 소화조 온도(35 ± 3℃) 유지를 위해 필요한 열 량 값을 비교한 결과 대기에 노출된 소화조의 경 우에는 341,911 kcal/일 인데 비하여 SCB 퇴비단 에 의해 보온된 소화조는 126,033 kcal/일 수준으

로써 퇴비단에 의한 효과가 있는 것으로 구명되었 다. 소화조 가온에 따른 바이오가스 생산량 및 상 대적 혐기미생물 군집 변화를 분석한 결과는 [Fig. 11]과 같다.

[Table 2] Characteristics of Compost pH

EC (dS/m)

Moisture (%)

C (%)

N (%)

5.7

0.16

70.1

39.4

1.54

[Table 3] Characteristics of Leachate Color (ppt)

EC (dS/m)

pH

BOD5 (mg/L)

CODMn (mg/L)

SS (mg/L)

T-N (mg/L)

T-P (mg/L)

K (mg/L)

4.50

7.54

7.00

374

1,064

1,763

666

193

2,049

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58 정광화 , Modabber Ahmed Khan, 최동윤, 이동현

(a)

(b)

[Fig. 11] C  hanges of biogas production and microbes by warming digester: (a) biogas production, (b) microbe community. 소화조 가온에 따른 바이오가스 생산량 변화는 가 온조(33∼35℃)의 경우2.54㎥-CH4/kg-VS투입량, 인 반면에 무가온조(26∼29℃)에서는 1.10㎥-CH4/ kg-VS투입량 수준을 보임으로써 가온했을 때 더 효 과적인 것으로 나타났다. 상대적 혐기미생물 군집 변���는 가온조의 총 혐기미생물 군집수가 무가온 조에 비해 3.91배 높게 나타남으로써 가온에 의한 군집 수 증대효과가 있는 것으로 나타났다.

4. 결론 본 연구에서는 혐기소화액을 여과하는 역할과 혐기소화조의 외부 측면을 가온하는 두 가지 기 능을 지닌 퇴비단 여과상을 적용하였을 경우에 혐 기소화조의 바이오가스 생성효율과 혐기소화 폐액 처리효과 정도를 분석하였으며, 본 시험 수행결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다. 1) 혐  기소화 폐액중 BOD, SS, T-N 그리고 T-P 는 퇴비단 여과상을 통과한 후 전체적으로 감소 하는 결과를 보였다. 2) 생산된 바이오가스를 소화조와 가스 저장조에 서 채취하여 메탄과 이산화탄소의 농도 변화를 관찰한 결과 소화조의 메탄가스 농도는 계측 20 일 이후로, 가스저장조의 메탄가스 농도는 계측 50일 이후로 75% 이상으로 안정되게 측정되었 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

다. 또한 소화조 내부의 혐기 미생물은 계측 20 일 이후에 안정화 되는 것으로 나타났다. 3) 소화폐액 중에 포함된 유기성 오염물질 (chlorophenol, benzene-dicarboxylic acid, dodecane, hexadecane dimethyloctane 등) 은 퇴비단 여과상의 여과작용에 의해 대부분 제 거되는 결과를 보였다. 4) 대기에 노출된 소화조의 표면온도는 14.47 ± 2.75℃ 인데 비하여 퇴비단 여과상에 의해 보 온된 소화조의 표면온도는 28.59 ± 3.53℃로 서 퇴비단에 의한 보온효과가 있는 것으로 판 명되었다. 5) 소화조 가온에 따른 바이오가스 생산량 변화 는 가온조(33 ∼ 35℃)의 경우2.54 ㎥-CH4/ kg-VS투입량, 인 반면에 무가온조(26 ∼ 29℃) 에서는 1.10 ㎥-CH4/kg-VS투입량 수준을 보여 가온했을 때 효과적인 것으로 나타났다. 상대적 혐기미생물 군집 변화는 가온조의 총 혐기미생 물 군집수가 무가온조에 비해 3.91배 높게 나타 남으로써 가온에 의한 군집 수 증대효과가 있는 것으로 나타났다.

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원저

퇴비단 여과상이 부착된 혐기소화조를 이용한 돈분뇨 슬러리 메탄생산 효율분석 59

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J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


60 이채영 ,최재민, 오승준, 한선기*, 박준규**

ORIGINAL PAPER

원저 ISSN 1225-6498

매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 이채영 , 최재민, 오승준, 한선기*, 박준규** 수원대학교 토목공학과 한국방송통신대학교 환경보건학과* (주)다산컨설턴트 기술연구소** (2013년 2월 19일 접수, 2013년 3월 12일 수정, 2013년 3월 25일 채택)

Effect of organic concentration on its degradation kinetics in a burial site Chae-Young Lee , Jae-min Choi, Seung-Jun Oh, Sun-kee Han*, Joon-Kyu Park** Department of Civil Engineering, The University of Suwon Department of Environmental and Health, Korea National Open University* Dasan consultants, R&D center**

ABSTRACT The effect of organic substance on its degradation rate in burial site was investigated using batch tests. Substrate were swine and cattle with the initial concentrations of 2, 4, 6, 8, and 10 g VS(volatile solids)/L, respectively. The highest methane production rates of swine and cattle were found at 2 g VS/L as 46.3 and 48.4 ml CH4/g VS.d, respectively. As substrate concentration increased, the methane production rate decreased. The inhibition constants were n and m that were estimated using nonlinear inhibition model. The values of n and m were inhibition constants of methane production rate and ultimate methane yield, respectively. The values of n and m were 4.9 and 0.6 on swine and 1.1 and 0.4 on cattle. The methane production rate was responded sensitively by increase and decrease of substrate concentration, whereas ultimate methane yield do not relatively. From a relation between n and m, inhibitory effect of substrate concentration was confirmed as uncompetitive inhibition. Keywords : Buried livestock, Degradation rate, Nonlinear inhibition model, Methane production rate, Ultimate production yield.

Corresponding author(chaeyoung@suwon.ac.kr) 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 61

초록 회분식 실험을 통해 매몰지 내 유기물의 농도가 분해 속도에 미치는 영향을 평가하였다. 기질은 돈 및 우 육을 이용하였으며 기질의 농도는 2, 4, 6, 8 및 10 g VS/L로 선정하였다. 기질의 농도가 2 g VS/L 일 경 우에 돈 및 우육의 메탄 발생율 각각 46.3 및 48.4 ml CH4/g VS.d 로 가장 높게 나타났으며 기질의 농도 가 증가할수록 메탄 발생율은 감소하였다. 비선형 저해 방정식을 이용하여 평가된 저해 상수 값은 돈육의 경우, n 및 m은 각각 4.9 및 0.6으로 나타났으며 우육은 각각 1.1 및 0.4로 나타났다(n: 최대 메탄 발생율 저해 상수, m: 최종 메탄 수율 저해 상수). 기질의 농도가 증가할수록 메탄 발생율은 민감하게 반응하였으 나 최종 메탄 수율은 상대적으로 둔감하게 반응하였다. 또한, 돈 및 우육의 n과 m 값 관계를 통해 기질 농 도에 따른 저해 특성은 반경쟁적 저해 특성으로 판단된다. 핵심용어 : 가축 매몰, 분해 속도, 비선형 저해 방정식, 메탄 발생율, 최종 메탄 수율.

1. 서 론 2000년부터 2010년에 걸쳐 국내에서 총 5차례 의 구제역이 발생하였다.1) 특히, 2010년에 발생한 구제역은 전국적으로 약 340만 마라의 가축을 살 처분하였으며 대부분 매몰하여 처분하였다.2) 가축 사체 처리 방법으로는 매몰, 퇴비화, 렌더 링(rendering) 및 소각 등이 있다. 퇴비화의 경우, 55-60℃의 온도에서 볏짚, 톱밥 등의 재료를 사용 하여 호기성 생물 분해 과정을 통하여 처리하는 방 법이다. 렌더링은 가축 사체를 수지류 또는 수분의 형태로 변형시켜 처리하는 방법으로써 주로 우 사 체 처리에 이용되고 있다. 그러나 미국 식품의약국 (Food and Drug Administration, FDA)에서는 30개월 이상의 우 사체에 대해서는 렌더링 이용을 제한하고 있다. 소각은 850℃ 이상의 고온을 이용 하여 가축 사체를 처리하는 전통적인 방법이다. 그 러나 소각의 경우에 소각로를 별도로 설치해야 하 며 처리할 수 있는 용량에 제한이 있어 경제적, 기 술적 측면에서 한계점에 있다. 매몰은 살처분된 가 축 사체를 구덩이 또는 준비된 시설에 묻는 방법으 로써 신속하고 대량 처리가 가능하며 전염 물질의 이동을 제한할 수 있는 장점이 있다.3), 4), 5) 가축 사체를 매몰하는 경우 매몰 초기에는 매몰 지 내 산소를 이용하여 유기물을 분해하는 호기성

분해단계를 거치면서 잔류 산소가 모두 소모된다. 잔류 산소가 소모됨에 따라 매몰지는 혐기성 조건 으로 전환되며 혐기성 분해 반응이 일어난다. 매몰 지의 경우 사체의 유기물로 인하여 산소 소모가 급 격하게 이루어지며 자연적 또는 인위적으로 외부 에서 공기를 유입하지 않는 경우 매몰 초기를 제외 하고는 혐기성 상태를 유지한다. 국내의 경우 2010 년에 발생한 구제역으로 인해 전국적으로 4,600여 곳의 매몰지가 조성되었으며 매몰지의 규모, 매몰 된 가축의 종 및 매몰 두수는 지역별로 상이하다.6) 그러나 매몰지 내 유기물의 경우 일반적으로 고농 도로 존재한다. 이에 따라 본 연구에서는 혐기성 생분해도 실험 인 BMP(Biochemical Methane Potential) 실험 을 통해 매몰지 내 유기물 농도에 따른 분해 속도 의 영향을 평가하고자 한다.

2. 실험재료 및 방법 2.1 식종미생물 본 실험에서 사용된 식종 미생물은 S시 하수처 리장 혐기성 소화슬러지를 채수하였으며 슬러지 의 VS(Volatile Solids), pH 및 알칼리도는 각각 19.6 g/L, 6.4 및 2.2 g CaCO3/L로 나타났다. 채 J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


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수한 슬러지는 멸균된 배지를 이용하여 잡균 제거 후 사용하였다. 2.2 기질 본 실험에서는 기질은 매몰된 가축의 종을 대표 하기 위해 돈 및 우육을 이용하였다. 돈 및 우육은 가정용 분쇄기를 이용하여 충분히 분쇄 후 이용하 였다. BMP 실험 시 기질 농도는 각각 2, 4, 6, 8, 10 g VS/L로 선정하였다. 2.3 실험장치 및 운전조건 본 실험에서는 총 용량 300 ml(유효 용량: 240 ml)의 혈청병을 사용하였다. 유효 용량의 10%를 식 종 미생물로 채우고 선정된 기질의 농도에 따라 기 질을 주입하였으며 나머지 부분은 MSM(Mineral Salts Medium) 용액으로 채웠다. 식종 완료 후 N2 가스로 5분간 탈기하여 혐기성으로 치환하였으며 교반 강도 및 운전 온도는 각각 120 rpm 및 35℃ 로 유지하였다. [Table 1]은 MSM 용액의 조성을 제시하였다. 2.4 분석방법 가스 발생량 측정은 체적 측정 가능한 유리 주 사기를 이용하였으며 메탄 가스 함량 분석을 위해 gas-tight syringe을 이용하여 혈청병 기상 부분 으로부터 0.2 ml를 채취하였으며 TCD (Thermal Conductivity Detector)가 장착된 가스크로마토 그래피(Gas Chromatography, Gow Mac series

580, USA)를 이용하여 측정하였다. 칼럼은 Porapak Q(80/100 mesh)를 충진제로 이용한 6 ft×2 mm(i.d) stainless steel column 을 사용하였다. Column, Injector 및 Detector의 온도조건은 각각 50, 80 및 90℃로 고정하였으며 운반 기체로는 고순도 질소(99.999%)를 이용하였 다. 측정된 메탄 가스 발생량은 온도와 증기압을 표준 상태로 보정하였다. 보정된 값들은 아래 제 시된 수정 Gompertz 식을 이용하여 정량적으로 나타내어 표준 상태에서의 메탄 발생율을 평가하 였다.7)

여기서, = 누적 메탄 수율 (ml CH4/g VS) = 최종 메탄 수율 (ml CH4/g VS) = 지체 시간 (day) = 메탄 발생율 (ml CH4/g VS.d) = 지수 이론적 메탄 발생량은 원소 분석 결과를 통해 아래 제시된 Buswell 식을 이용하여 산정하였다.

[Table 1] Composition of Mineral Salts Medium Phosphate buffer

Minerals

Trace metals

270 mg/L KH2PO4 350 mg/L K2HPO4

530 mg/L NH4Cl 75 mg/L CaCl2·2H2O 100 mg/L MgCl2·6H2O 20 mg/L FeCl2·4H2O

0.5 mg/L MnCl2·4H2O 0.05 mg/L H3BO3 0.05 mg/L ZnCl2·2H2O 0.03 mg/L CuCl2 0.01 mg/L NaMoO4·2H2O 0.5 mg/L CoCl2·6H2O 0.05 mg/L NiCl·6H2O 0.05 mg/L Na2SeO3

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

(1)

(2)


매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 63

원저

[Table 2]는 돈 및 우육의 원소분석 결과를 제시 하였다. [Table 2]에 제시된 바와 같이 돈과 우육 의 C, H, O 및 N의 조성은 유사하게 나타났으며 메탄의 구성 성분인 탄소와 수소의 비는 6.5:1로 나타났다. 돈 과 우육 이론적 메탄 발생량은 각각 513.8 및 531.0 ml CH4/g VS로 나타났다. [Fig. 1] 과 [Fig. 2]는 돈 및 우육을 이용한 BMP 실험을 수 행한 후 수정 Gompertz 식을 이용한 비선형 회귀 분석을 수행한 결과를 제시하였으며 [Table 3]에 정리하였다. 돈육의 경우 기질 농도 2 g VS/L에 서 393.1 ml CH4/g VS로 가장 높은 최종 메탄 수 율로 나타났으며 46 ml CH4/g VS.d로 가장 높은

산정된 이론적 메탄 발생량은 용해도를 고려하 여 CH4 × 0.95 값으로 보정하였다.8) 또한, 기질의 농도에 따른 저해 효과를 알아보기 위해 아래 제시 된 식과 같은 비선형 저해 방정식을 이용하였다.9)

(3)

여기서 I는 기질의 농도, I*는 기질의 임계농도, m 및 n은 상수를 나타낸다. 소화 슬러지의 VS와 알칼리도는 Standard Methods에 준하여 실험을 수행하였으며,10) pH 는 Orion 8102BNUWP ROSS UltraⓇ pH 전 극 (Thermo scientific, USA)을 이용하여 측정 하였다. 돈 및 우육의 원소 분석은 TCD가 장착 된 Elemental Analyzer (Flash1112, Flash2000, CE Instrument, Italy)를 이용하여 분석하였다.

메탄 발생율이 나타났다. 돈육과 마찬가지로 우육 도 2 g VS/L에서 최대 메탄 수율 및 메탄 발생율 이 각각 402.3 ml CH4/g VS 및 48.4 ml CH4/g VS.d로 가장 높게 나타났다. 송영채(1995)에 의 하면 육류의 생분해도는 76.7%로 나타났다.11) 본 연구 결과에 의하며 돈 및 우육의 생분해도는 각 각 76.5 및 75.8%로 나타나 유사한 결과를 보였 다. Marcato 등(2009)에 의하면 가축 분뇨의 원

3. 결과 및 고찰 3.1 돈 및 우육의 생분해도 [Table 2] Elemental Composition of Swine and Cattle

(unit : %, dry)

C

H

O

N

Swine

52.2

8.1

26.0

13.7

Cattle

53.3

8.2

25.2

13.3

[Table 3] Comparison of Ultimate CH4 yield, Maximum CH4 Production Rate and Lag Phase

Swine

Cattle

2 g VS/L 4 g VS/L 6 g VS/L 8 g VS/L 10 g VS/L 2 g VS/L 4 g VS/L 6 g VS/L 8 g VS/L 10 g VS/L

λ (day)

Rm (ml CH4/g VS.d)

P (ml CH4/g VS)

7.5 8.2 13.1 14.6 36.4 4.7 7.1 7.7 9.1 9.2

46.3 30.9 19.2 14.6 13.6 48.4 39.4 32.8 32.6 15.0

393.1 373.7 343.7 340.3 331.5 402.3 388.0 375.0 289.4 270.1

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64 이채영 ,최재민, 오승준, 한선기*, 박준규**

소 분석 결과, 탄소 및 수소의 함량이 각각 58.0 및 8.3%로 보고되었으며 본 실험의 돈 및 우육의 C, H, O 및 N의 조성과 유사하다.12) 또한, 신항식 등 (1992)에 의하면 지방의 가수분해 속도상수 (k)가 0.06/d로 보고되었다.13) 본 연구에서는 메탄발생 율(2 g VS/L일 경우)을 가수분해 속도로 가정하였 을 경우, 돈 및 우육의 k값은 각각 0.06 및 0.07/d 로 나타났다. 따라서 돈 및 우육의 성분은 가축 분 뇨와 유사한 원소 조성을 가지고 있으며 분해 특성 은 지방이 분해되는 것과 유사한 것으로 판단된다.

3.1 농도에 따른 분해 속도 저해 효과 비선형 저해 방정식을 이용하여 농도에 ���른 저 해 특성을 평가하였다. [Fig. 3] 및 [Fig. 4]는 돈 과 우육의 농도에 따른 저해 특성을 제시하고 있 다. 돈육의 경우 저해 상수 값인 m과 n이 각각 0.6 및 4.9로 나타났다. n 값의 경우 1보다 크게 나타나 메탄 발생율은 기질의 농도 변화에 저해 효과가 나 타난 것으로 판단되며, m 값의 경우에 1보다 작게 나타나 최종 메탄 수율은 기질의 농도 변화에 메탄 발생율에 비해 상대적으로 적게 저해를 받는 것으

[Fig. 1] C  umulative methane production of swine cultivated at various substrate concentrations.

[Fig. 2] C  umulative methane production of cattle cultivated at various substrate concentrations.

[Fig. 3] E  stimation of parameter values from nonlinear regression on the swine BMP assay.

[Fig. 4] E  stimation of parameter values from nonlinear regression on the cattle BMP assay.

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원저

로 판단된다.14) 우육의 경우에는 m 및 n의 값이 각 각 0.4 및 1.1로 나타났다. m 값은 돈육과 유사하 게 나타났으나 n 값은 돈육에 비해 작게 나타났다. 또한, n 값이 1에 가깝게 나타나 기질의 농도 증감 에 따라 선형적으로 저해를 받는 것으로 나타났다. 또한, 돈 및 우육의 n과 m의 관계를 통해 반경쟁적 저해 (uncompetitive inhibition)라 판단된다.14) 따라서, 매몰지의 매몰 두수가 증가할수록 매몰 지 내 가축 사체의 분해속도는 감소되는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과의 원인은 분해 특성이 지방 성분과 유사한 것으로 보아 기질의 농도가 증가할수록 분해 시 긴 사슬 지방산 (long-chain fatty acid, LCFA)이 매몰지 내 축적되어 이로 인 한 독성영향과 낮은 분해 속도때문인 것으로 판단 된다.15)

4. 결론 본 연구는 매몰지 내 매몰 두수에 따른 분해 속 도의 영향을 평가하였으며 그 결과는 다음과 같다. 1) 돈 및 우육을 이용하여 BMP 실험을 수행하였으 며 그 결과 기질의 농도가 2 g VS/L 일 때 메탄 발생율이 각각 46.3 및 48.4 ml CH4/g VS.d로 가장 높게 나타났다. 2) 돈 및 우육의 농도가 증가할수록 메탄 발생율은 감소하는 것으로 나타났으며 n 및 m 값으로 보 아 반경쟁적 저해 특성이 나타났다. 3) 매몰지의 규모, 매몰된 가축의 종 및 매몰두수 를 통해 매몰지 내 가축 사체의 분해시간을 추 정할 수 있으며 사후 관리 기간산정이 가능할 것 으로 판단된다.

사 사 본 연구는 환경부 “토양·지하수오염방지기술개발 사업”으로 지원받은 과제이며, 이에 감사를 드립니다.

매몰지 내 유기물 농도가 분해 속도에 미치는 영향 65

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유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

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원저

하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가 67

ORIGINAL PAPER

원저 ISSN 1225-6498

하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가 김충곤 , 신현곤*, 김승원** (주)도화엔지니어링 , 신흥대학교 도시환경관리과*, 한국환경산업기술원** (2013년 1월 28일 접수, 2013년 3월 20일 수정, 2013년 3월 26일 채택)

Feasibility of Powdered MSWI Ash Melted Slag as a Seed Crystal of crystallization reaction for the Removal of Phosphorus from Sewage Choong Gon KIM , Hyun Gon SHIN*, Seung Won KIM** DOHWA Engineering Co., Ltd , Dept. of Urban Environmental Management, ShinHeung College University* Korea Environmental Industry &Technology Institute**

ABSTRACT This study is a fundamental research to test the applicability of powdered MSWI(Municipal Solid Waste Incinerator) ash melted slag as a seed Crystal for crystallization reaction. Powdered ash melted slag was melted at 1100℃ and ground to lesser than 0.35mm. According to the result of the tests, calcium, enough for crystallization reaction, was eluted from powdered ash melted slag. Moreover, sample(Phosphorus concentration is under 10 mg/L), more than 90% of Phosphorus can be removed. So we rectify the Phosphorus concentration to 100 mg/L. Alkalinity, being well known that it interferes crystallization reaction, effect was studied for synthetic solution(100 mg/L initial Phosphorus concentration, 50 mg/L calcium, pH 8, 1% powdered ash melted slag dosage). For this result, we know that Phosphorus removal is hindered by alkalinity. In addition, the effect of reaction temperature was performed at the same method. The reaction velocity was increased through raising the reaction temperature. Keywords : MSWI(Municipal Solid Waste Incinerator), powdered ash melted slag, crystallization reaction, seed Crystal, Phosphorus removal.

Corresponding author(choonggon@gmail.com) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


68 김충곤 , 신현곤*, 김승원**

초록 본 연구는 대부분 매립되어지고 있는 생활폐기물자원회수시설(소각장)에서 발생한 소각재 중 바닥재를 용융하여 정석탈인법의 정석재로 사용하기 위한 연구로 용융은 1,100℃에서 용융한 뒤 0.35mm 이하의 것을 사용하였다. 실험의 결과 인농도 10mg/L 이하의 인공하수의 경우 90%이상의 제거율을 얻을 수 있었으며 인농도를 변화시키면서 실험에 적절한 인농도를 100 mg/L로 결정하였다. 초기 인농도 100 mg/L, 칼슘이온농도 50 mg/L, pH 8의 인공하수에 분말 용융슬래그 1%(W/V) 주입 하여 정석탈인반응에서 인제거를 방해하는 것으로 알려진 알카리도의 영향실험을 하였는데, 알카리도가 증가하면서 그 반응속도도 느려지는 것을 확인할 수 있었다. 반응 온도의 영향 또한 동일한 방법으로 실험 하였으며 15~35℃의 범위에서 반응 속도 상수값을 구한 결과 온도가 증가하면서 반응속도가 증가하는 것 을 볼 수 있었다. 핵심용어 : 생활폐기물자원회수시설, 소각분말용융슬래그, 정석탈인반응, 정석재, 인제거.

1. 서 론 국내 폐기물 발생량은 증가하고 있으며 이에 따 라 발생한 폐기물을 소각 처리하는 양도 증가하고 있다.1) 소각시 발생되는 소각재는 “소각회”라고도 하며 바닥재(bottom sash)와 비산재(fly ash)로 나뉜다. 바닥재는 도시쓰레기 중 불연성분과 미처 타지 못한 일부 가연성분이 소각로 안의 화격자 아 래 놓인 잔류물 호퍼로 떨어진 것을 말하고, 비산 재는 소각로에서 발생하여 건식 스크러버와 여과 식 집진장치에서 걸러진 재를 말하는데, 집진재라 고도 한다. 바닥재에는 재 이외에 금속, 유리, 토사 등의 무 기질과 타지 않은 유기물이 포함되어 있다. 지정폐 기물 기준을 초과하는 납, 수은 등의 중금속이 검 출되면 고형화, 안정화한 후 일반 매립지에 매립하 거나, 지정폐기물 매립지에 매립하도록 규정하고 있다. 이에 따라 용출시험을 통하여 유해성분이 검 출되면 무해화, 안정화를 위한 처리를 한 다음 처 분해야한다. 발생량은 여러 가지 조건에 따라 다르 지만 보통 바닥재는 소각대상 쓰레기의 종류가 중 요하며 국내의 50톤 이상 생활쓰레기 소각시설에 서 발생하는 소각재는 소각량의 14.7% ~ 19.5%( 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

평균 16.2%)이고, 이중 약 95%가 바닥재이다.2) 현재 폐기물 소각재의 안정화를 위해 여러 가 지 안정화 방법에 관한 연구가 진행되고 있으나, 현 단계에서는 유해성 유기물질을 고온에서 완전 히 분해하고, 중금속 성분을 유리화된 용융물 속에 결합시켜 안정화시킬 수 있는 고온 용융고형화법 이 가장 적절한 것으로 여겨지고 있다. 고온 용융고형화법은 산화분위기에서 용융고형 화시키는 산화용융법과 무산소 또는 산소부족조건 에서 용융고형화하는 환원용융법으로 구분된다. 산화용융법은 중금속 성분이 상당히 안정한 산화 물 구조(스페넬 구조 등)를 형성하는 것으로 알려 진 반면, 환원용융법은 중금속 성분이 환원상태로 존재하여 슬래그와 비중분리 되거나 또는 기화되 기 때문에 주로 유기금속의 회수를 위한 목적으로 연구되고 있다. 이러한 고온 용융고형화법에 의해 발생되는 최종산물인 슬래그는 토목 및 건축자재 인 콘크리트 2차 제품, 하충로반재, 재충진재로 사 용될 수 있으며, 제올라이트와 같은 고부가가치 제 품의 원료로의 이용도 가능하다.3) 또한 슬래그는 하수중의 인을 제거하는 기작인 정석탈인법의 정석탈인재로도 사용이 가능하다.4) 정석반응을 이용하여 하수 중에 용해되어 있는 인


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하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가 69

성분을 제거하는 방법을 정석탈인법이라고 한다. 정석탈인법은 용해성 인을 포함하는 폐수의 pH를 높여주면 Hydroxyapatite의 과용해도 곡선에 접 근하여 준안정 구역내에서 과포화상태에 이르게 된다. 이때 종결정을 접촉시키면 과포화상태로 존 재하는 Hydroxyapatite는 종결정의 표면에 석출 되고 용해되어 있는 인의 농도는 감소하게 된다. 이에 따라 기본적으로 Hydroxyapatite 결정 외의 물질은 생성되지 않으며 생성된 Hydroxyapatite 결정은 종결정의 표면에 고정되어 있으므로 슬러 지의 발생량을 줄일 수 있고 성장한 결정으로부터 인을 회수할 수도 있다.5) 따라서 본 연구는 선행연구6)를 바탕으로 국내의 자원회수시설로부터 발생하는 막대한 양의 소각재 를 용융하였을 때 CaO성분이 상당량 함유되어 있 어 정석재로서의 가능성이 높은 소각재용융슬래그 를 정석탈인반응의 정석재로 이용하여 하수중의 인을 제거하는데 미치는 영향을 알아보고자 한다.

2. 실험 재료 및 방법 2.1 실험 재료 실험에 사용된 소각재(바닥재)는 Y시의 자원회 수시설(소각장)에서 발생한 소각재를 사용하였으 며, 수거된 소각재는 건조기를 이용하여 105℃에 서 하루 이상 건조한 후 막자와 분쇄기를 이용하여 45번 체(0.35mm)를 통과하도록 갈아서 사용하였 다. 또한 체를 친 소각재를 도가니에 넣고 전기로 를 이용하여 1,100℃에서 3시간동안 용융하였다. 또한 인공하수는 KH2PO4를 이용하여 실험 조건 에 맞도록 인농도를 조절하였으며, 초기 pH조절 에는 0.1N NaOH 용액과 HCl 용액을 사용하였다. 2.2 실험 방법 2.2.1 분말 용융슬래그의 주입량 영향실험 초기 인농도 3.5mg, 10mg PO4-P/L, 초기 칼 슘농도 50mg/L, 알카리도 100mg HCO3-/L, 초 기 pH 8로 한 인공하수 200㎖에 분말 용융슬래

그의 주입량을 다르게 하여 300㎖ 용량의 삼각 플라스크에 넣고 항온진탕기를 이용하여 25℃, 150rpm에서 3시간동안 반응시킨 다음 인농도를 측정하였다. 주입량은 0.1, 0.5, 1, 3, 5% W/V로 하였다. 시료의 여과는 0.45㎛ 막여과지를 사용하 여 감압여과를 하였다. 이하 모든 실험에서 시료여 과에는 같은 방법을 사용하였다. 2.2.2 인 농도변화에 따른 영향 실험 초기 인농도 10, 30, 50, 100, 200mg PO4P/L, 초기 pH 8로 맞춘 인공시료 200㎖에 분말 용융슬래그 1%(W/V)를 300㎖ 용량의 삼각플라스 크에 넣고 항온진탕기를 이용하여 25℃, 150rpm 에서 3시간동안 반응시킨 다음 인 농도를 측정하 였다. 2.2.3 초기 칼슘 농도와 pH 영향실험 초기 인농도 100mg PO4-P/L 용액에 초기 칼슘 이온 농도를 0, 10, 30, 50, 70, 100, 120mg/L가 되도록 조절한 다음 각 용액의 초기 pH를 7, 8, 9, 10 으로 맞춘 인공하수 200㎖와 소각재 용융슬래 그 2g(1% 소각재 용융슬래그/용액부피)을 300㎖ 용량의 삼각플라스크에 넣고 항온진탕기를 이용하 여 25℃, 150rpm에서 3시간 동안 반응시킨 다음 인농도를 측정하였다. 2.2.4 알카리도 영향실험 초기 인농도 100mg PO4-P/L, 초기 칼슘이온 농도를 50mg/L로 만든 용액에 알카리도를 0, 50, 100, 200mg HCO3-/L가 되도록 조절한 다음 각 용액의 초기 pH를 8로 맞춘 인공하수 200㎖와 소 각재 용융슬래그 2g(1% 소각재 용융슬래그/용액 부피)을 300㎖ 용량의 삼각플라스크에 넣고 항온 진탕기를 이용하여 25℃, 150rpm에서 3시간동안 반응시킨 다음 인농도를 측정하였다. 2.2.5 반응온도 영향실험 초기 인농도 100mg PO4-P/L, 초기 칼슘이온 농도 50mg/L, 알카리도 100mg HCO3-/L로 조 J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


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절한 인공하수에 초기 pH를 8로 맞춘 다음, 이 용 액 200㎖와 분말 용융슬래그 2g(1% 소각재 용융 슬래그/용액부피)을 300㎖ 용량의 삼각플라스크 에 넣고 항온진탕기를 이용하여 반응온도를 다르 게 한 후 150rpm에서 3시간동안 반응시킨 다음 시료를 취하여 인농도를 측정하였다. 반응 온도는 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃로 조건을 달리하여 실험하였다. 2.3 분석 방법 인농도 측정에는 Stannous Chloride method 를 사용하였으며 0.45㎛ 막여과지로 여과한 시료 에 대해서 측정하였다. 흡광도 측정은 Shimadzu 사의 UV-1201 Model을 사용하였으며 파장은 690㎚로 하였다.7)

량을 다르게 하여 실험한 결과를 [Fig. 1], [Fig. 2] 에 나타내었다. 각각의 인농도가 3.5mg와 10mg PO4-P/L인 인공하수에서 분말 용융슬래그의 주 입량에 따른 인제거율 변화를 보면 각각의 주어진 조건에서 분말 용융슬래그의 주입량이 1%(W/V) 이상일 때 90% 이상의 높은 인 제거율을 보였다. 본 실험 결과를 바탕으로 이후 실험을 수행하는데 있어서 분말 용융슬래그의 주입량은 1%(W/V)로 고정한 후 실험을 수행하였다.

3.1 분말 용융슬래그의 주입량 영향실험 분말 용융슬래그의 주입량에 따른 하수 중 인제 거율을 알아보기 위해 칼슘농도 50mg/L, 알카리 도 100mg HCO3-/L, pH를 8로하고, 인 농도를 3.5mg PO4-P/L와 10mg PO4-P/L로 변화시킨 인공하수 200㎖ 시료에 분말 용융슬래그의 주입

3.2 인농도 변화에 따른 실험 분말 용융슬래그 주입량 영향 실험결과를 바탕 으로 실험을 수행하기에 적정한 인 농도를 알아 보기 위해 인농도를 각각 다르게 한 인공하수를 제조하여 실험하였고, 분말 용융슬래그의 주입량 은 선행 실험 결과로 도출된 1%(W/V)로 하였다. 실험결과는 [Fig. 3]에 나타난 것과 같이 인농도 가 50mg/L 이하인 인공하수의 경우 90% 이상의 인 제거율을 보였고, 각각의 인농도가 100mg/L, 200mg/L, 그리고 500mg/L인 경우에 75.5%, 37.6% 그리고 31.7%의 인 제거율을 나타내었다. 위의 결과를 바탕으로 이후 실험을 수행하는데 있 어서 방해인자들의 영향을 감안하여 적정 인공하 수의 인 농도를 100mg/L로 고정한 후 실험을 수 행하였다.

[Fig. 1] E  ffect of powdered ash melted slag dosage (3.5 mg/L initial P concentration).

[Fig. 2] E  ffect of powdered ash melted slag dosage (10.0 mg/L initial P concentration).

3. 결과 및 고찰

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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하수중 인제거를 위한 정석탈인반응의 정석재로서 소각분말 용융슬래그의 이용 가능성 평가 71

3.3 칼슘 농도와 pH 영향실험 정석탈인반응에 영향을 미치는 화학적인 인자인 칼슘이온 농도와 pH의 영향을 알아보기 위해, 초 기 인농도를 100 mg PO4-P/L로 고정하고, 칼슘 이온 농도와 pH를 변화시켜 인제거 영향을 실험 하였으며, 실험 결과를 [Fig. 4]에 나타내었다. 실 험결과 칼슘이온 주입 농도가 증가할수록 각각의 pH 조건에서 인제거율은 증가하였다. 또한 칼슘이 온 농도가 50 mg/L 이상에서 제거율은 90% 이상 을 나타냈으며, 칼슘이온 농도가 70 mg/L 이상에 서는 pH 10을 제외하고 잔류 인농도가 2.0mg/L

[Fig. 3] Effect of phosphorus dosage.

이하로 떨어졌다. 정석반응의 적절한 칼슘이온 농 도의 범위는 40 ~ 70 mg/L로 알려져 있는데8) 본 실험의 경우에도 같은 결과를 보였다. 위의 결과를 바탕으로 이후의 실험에서 초기 칼슘이온 농도를 50 mg/L로 고정한 후 실험을 수행하였다. 3.4 알카리도의 영향실험 앞선 실험에서 도출된 결과를 바탕으로 초기 인농도 100mg PO4-P/L, 초기 칼슘이온 농도 50mg/L, 초기 pH 8, 분말 용융슬래그 주입량을 1.0%로 하고 알카리도를 300 mg/L 이하에서 조

[Fig. 4] Effect of calcium dosage.

[Fig. 5] V  ariation of phosphorus removal efficiency in different alkalinity concentration.(100mg/L initial phosphorus concentration, 50 mg/L calcium, pH 8, 1% powdered ash melted slag dosage) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


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건을 변화시켜 알카리도에 의한 영향을 검토하였 다. [Fig. 5] 을 보면 알카리도가 증가할수록 인제 거 효율이 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있었 다. 또한, 시간에 따른 알칼리도의 영향을 살펴보 면 알카리도가 전혀 없는 경우에는 반응 30분 만 에 90% 이상의 인이 제거되었으나, 알카리도가 증 가하면서 인을 제거하는데 걸치는 시간이 점점 증 가되어 반응 후 3시간이 지난 후에 모든 조건에서 인 제거율에 거의 변화가 없는 것을 확인할 수 있 었다. 이러한 결과는 알카리도가 칼슘을 이용한 인 제거반응의 속도를 느리게 함으로써 인 제거를 방 해한다는 연구결과와도 일치한다.10) 3.5 반응온도의 영향실험 앞선 실험에서 도출된 결과를 바탕으로 초기 인 농도 100 mg/L, 초기 칼슘이온 농도 50mg/L, 초

기 pH 8, 분말 용융슬래그 주입량 1.0%, 알카리도 100 mg/L 이하의 조건에서 온도에 의한 영향을 검 토하였다. 온도 변화에 따른 인 제거율을 [Fig. 6] 에 나타내었다. 일반적인 화학반응과 마찬가지로 반응온도가 증가하면서 제거 속도가 증가하는 것 을 볼 수 있다. 90% 이상의 인 제거율을 얻기 위해 15℃, 20℃와 25℃의 경우 3시간의 반응시간이 필 요하고, 30℃의 경우는 2시간이 필요하며, 35℃의 경우는 90%이상의 인 제거율을 얻기 위해 1시간이 필요한 것으로 나타났다. 또한, 반응온도 각각에 대한 반응속도식을 구한 결과를 [Fig. 7]에 나타내었다. 제거율에서 나타나 듯이 온도가 증가함에 따라 반응속도는 증가하는 것을 알 수 있었다.

[Fig. 6] Variation of phosphorus removal efficiency in sifferent reaction temperature.

[Fig. 7] Correlation of reaction time and 1 / C according to the reaction temperature. 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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4. 결론 본 연구는 소각재 분말 용융슬래그를 이용하여 하수의 인을 처리하는 정석탈인법의 종정으로 사 용의 가능성을 알아보기 위해 수행하였으며, 실험 을 통한 결론은 다음과 같다. 1) 초기 인농도 3.5, 10 mg PO4-P/L, 알카리도 100 mg/L HCO3-/L의 인공하수에 대해서 칼슘이온 농도와 초기 pH를 변화시켜 가면서 1,100℃에서 용융한 분말 용융슬래그를 사용하여 인제거율 실 험을 한 결과 두 개의 시료에 대해 모두 90%이상 의 높은 제거율을 얻을 수 있었다. 2) 초기 인농도 100 mg/L PO4-P/L, 칼슘이온농 도 50 mg/L, pH 8의 인공하수를 이용하여 알 카리도 0 ~ 300 HCO3-/L의 농도 범위에서 정 석반응을 이용한 인제거를 저해하는 것으로 알 려진 알카리도에 의한 영향을 알아보았다. 알카 리도가 없는 인공하수에서는 반응 30분 만에 제 거율이 90%이상으로 나타나지만, 알카리도가 증가하면서 제거율이 현격히 감소하고, 그 반응 속도도 느려지는 것을 확인할 수 있었다. 3) 초기 인농도 100 mg PO4-P/L, 칼슘이온 농 도 50 mg/L, 알카리도 100 mg HCO3-/L, pH 8의 인공하수에 대해 15~35℃에서 반응 속도 상수값을 이용하여 반응온도의 영향을 검토하 였다. 분말 용융슬래그를 사용한 정석탈인반응 에서는 다른 화학반응과 마찬가지로 온도가 증 가할수록 반응속도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

참고문헌 1) “전국 폐기물 발생 및 처리현황 2011”, 환경부. (2012). 2) 환경부, “ 08 대형 생활폐기물소각시설 운영현 황”, 환경부. (2009). 3) 유영석, “소각재 용융슬래그의 건설자재 활용

기살 개발 연구보고서”, 한국건설기술연구원. (2004). 4) Yim, S. B., “Original Paper : Removal Characteristics of Nitrogen and Phosphorus by Struvite Crystallization using Converter Slag as a Seed Crystal”, korean society of environmental engineers, 32(9), pp. 879~886. (2010). 5) Kim, E.H., Hwang, H.K., Yim, S.B., “Phosphorus removal characteristics in hydroxyapatite crystallization using converter slag”, J. Envion. Sci Health, 41, pp. 2531~2545. (2006). 6) Kim, S. W., Kim, C. G., Shin, H. G. and Seo, J. K., “A study on the phosphorus removal from sewage by powdered MSWI ash melted slag”, Journal of korean society of urban environment, 8(1), pp. 45~53. (2008). 7) Andrew, D. E., Lenore, S.C., Eugene W. R., Arnold, E.G.,“Standard method for the examination of water and wastewater,” 21th Edition, APHA, AWWA, WEF. (2005). 8) W. Moerman., M. Carballa., A. Vandekerckhove., D. derycke.,W. Verstrate., “Phosphate removal in agroindustry: Pilot-and full-scale operational considerations of struvite crystallization,” Water Res., 43, 1887~1892. (2009). 9) Y. Tang., X. Guan., J. Wang., N. Gao., M. R. McPhail., C.C. Chusuei., “Fluoride adsorption onto granular ferric hydroxide: Effects of ionic strength, pH, surface loading, and major co-existing anions,” J. Harzard. Mater., 171, 774~779. (2009). 10) Feruson, F., Jenkins, D., Stumm, W., “Calcium phosphate precipitation in wastewater treatmen”t, Water Research, Vol. 67, No 107, pp. 279~289. (1970). J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


74 이건주

ORIGINAL PAPER

원저 ISSN 1225-6498

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 이건주 상지대학교 환경공학과 (2013년 3월 7일 접수, 2013년 3월 26일 수정, 2013년 3월 27일 채택)

The Study of combustion characteristic and kinetic study of wastes and RDF Keon joo Lee Dept. of Environmental Engineering Sang-Ji Univ. Won-Ju, Korea

ABSTRACT In this study, thermal weight loss, non-isothermally experiment, chemical composition analysis, calorific value, activation energy (E) were investigated to analysis the kinetic study of RDF, wood pellets, waste wood, waste textile and waste vinyl. When the chemical composition of solidification fuel was compared, the moisture content of RDF was less than the wood pellet and when the kinetic study was compared, the combustion reaction rate of the waste vinyl was higher than any other solidification fuels. However when the combustion efficiency was compared by the activation energy, the RDF had the higher efficiency than other wastes. RDF can be found that the reaction takes place between 320~720℃ depending on the heating rate. Keywords: kinetic, combustion, RDF, non-isothermal, activation energy.

Corresponding author(kjoolee@mail.sangji.ac.kr)

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


원저

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 75

초록 본 연구에서는 RDF와 목재펠릿 그리고 폐목재, 폐섬유, 폐비닐 각각 폐기물로 반응속도를 분석하기 위해 열중량 감량 분석, 비등온 실험, 삼성분, 화학적 조성 분석, 발열량, 활성화 에너지(E) 기울기를 실험하고 값을 구하였다.고형연료의 각각의 삼성분을 비교하였을 때 RDF가 목재펠릿 보다 수분함량이 적게 나왔으며 발열량을 통해 각각의 폐기물 고형연료에서 연소반응 속도을 비교하여 보면 폐비닐의 연소반응이 제일 크게 나타났다. RDF와 목재펠릿을 비교해보면 회분의 차이는 목재펠릿이 좋다는 것을 알 수 있지만 활성화에너지로 비교하게 되면 RDF의 효율이 다른 4가지의 연료보다 좋다는 것을 알 수 있다. RDF는 승온 속도에 따라 차이가 있지만, 320~720℃ 사이에서 반응이 일어나는 것을 확인 할 수 있다. 핵심용어: 반응속도, 연소, 고형연로, 비등온, 활성화에너지.

1. 서 론 우리나라의 경우 대체에너지는 ‘대체에너지개발 및 이용보급촉진법’에서 ‘태양에너지, 바이오에너 지, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄을 액화·가스 화한 에너지, 해양에너지, 폐기물에너지, 기타 대 통령령으로 정하는 에너지’로 정의하고 있다. 세계 적 인구 25위인 우리나라가 쓰는 에너지 소비량은 세계 10위 수준(2003년 기준)이며 대부분(96.9%) 의 에너지를 수입하여 충당하고 있으며 석탄이나 수력과 같은 에너지가 국내에서 생산되기는 하나, 이는 전체 에너지 공급량의 3.1%정도에 지나지 않 을 정도로 극히 미미한 정도이다. 전체 에너지 수 입량 중에서 석유가 47.3%로 절반을 차지하며, 석 탄 24.1%, 원자력 15.3%, 천연가스 13.3% 순으로 석유에 대한 의존도는 줄어들고 있으나 여전히 석 유에 대한 에너지 의존도가 매우 높으며, 중동지역 석유 수입에 절대적으로 의존하고 있는 상황이다. 연일 고유가 행진이 이루어지고 있는 현재 ‘에너지 안보’란 차원에서도 석유에 대한 의존도를 줄이고 새로운 대체에너지 개발이 필수적이다. 기존 대체에너지들 중 폐기물 에너지는 국내 총 90%이상을 차지하고 있으며 대체에너지 공급에 절대적인 기여를 하고 있는 것으로 나타났다. 아직 도 70% 이상의 폐기물에너지가 잠재된 것으로 추

정되므로 폐기물에너지의 적극적인 활용을 위해서 는 철저한 가연성 폐기물에너지의 회수가 필요한 데 아직까지도 70% 이상이 단순 소각이나 매립되 고 있고, 특히 중소도시에서 발생되는 가연성폐기 물은 소량이므로 안정적 공급과 수요처 확보가 어 렵고 따라서 많은 중소지자체가 단순 소각이나 매 립처리로 폐기물에너지를 낭비하고 있다. 그러나 주변의 중소도시에서 자체의 가연성폐기물을 수송 과 저장이 용이하며 석탄과 비슷한 열량을 지닌 폐 기물 고형연료(Refuse Derives Fuel, 이하 RDF) 로 만들어서 대형의 에너지 수요처로 이송하여 연 료로 사용하면 폐기물에너지 회수를 극대화 할 수 있다. 한편, 폐기물은 처리 측면에서 보면 환경문 제와도 관계가 있으므로 반드시 ‘환경 친화적인 폐 기물에너지 회수’가 가능한 기술을 개발하여 보급 하는 것이 필요하다. 선진국에서는 이미 RDF기술 을 이용하여 환경보전 효과를 기대하면서 대체에 너지를 확보하는 이중의 효과를 얻고 있다. 현재 국내에서는 에너지관리공단에서 대체에너 지기술 개발 사업의 하나로 RDF의 대체에너지 연 료화에 따른 RDF에너지의 보급화에 많는 노력을 기울이고 있으며 RDF 제조기술은 꾸준한 기술개 발로 사업화가 진행되고 있으며 RDF를 연료로 하 는 연소기술의 개발이 활발하게 이루어져야 할 것 이다.1),2),3) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


76 이건주

또한, 고분자 물질 특히 플라스틱은 가볍고 단단 하며 성형이 쉽고 부식되지 않기 때문에 산업, 유통, 소비 등의 각 분야에서 널리 사용되어 왔으며 그 용 도가 점차 확대되어 계속적으로 소비량이 증가하 고 있다. 특히 PET(PoyEthleneTerephthalate) 는 유리병과 알루미늄 캔을 대신���는 용기로써 많 은 수요와 발생량을 보이고 있기에 이에 대한 연구 가 급한 실정이다. 지금까지 폐플라스틱의 처리는 일부 물리적 및 화학적 방법에 의해 재생되고는 있 으나 대부분 매립 또는 일부 소각에 의해 처리되고 있다. 그 중 고분자 폐기물을 석탄과 유사한 발열 량을 보이는 RPF(Refuse Plastic Fuel)로 만들어 보조연료로 사용하면 경제적, 환경적 및 에너지 차 원에서 많은 이득을 볼 수 있다. 그러나 폐플라스 틱은 소각할 때 불완전 연소와 국부적 연소에 따른 매연과 유독성 가스의 발생이 심하고 높은 발열량 과 부식성 가스의 발생에 의해 소각로의 수명이 크 게 단축되는 등 소각처리에 있어서 많은 어려움과 제약이 따르고 있다. 그러므로 아직 해결되어야할 문제들이 많이 남아 있는 실정이며 폐플라스틱의 연소에 관한 속도론적 연구는 보다 상세한 열적흐 름거동뿐만 아니라 정확한 연소로의 성능 평가에 반드시 필요한 부분이다. 특히 RPF가 보조 연료로 서 사용되는 연소로를 제작하고 유지하기 위해서 는 이들에 대한 열적 특성 연구가 반드시 선행되어 야 한다. 그러나 현재까지 고분자 물질의 속도론 전 연구는 대부분 산소를 배제한 질소분위기에서 의 열분해에 대하여 수행되어 왔으며 산소분위기 에서의 연구는 매우 미비한 상황이다. 따라서, 본 연구는 여러 종류의 고형폐기물 연료

를 가지고 연소실험을 하여 각 반응 특성과 속도를 비등온 실험 및 등온 조선으로 촤 연소 실험을 수행 하여 열중량 분석법으로 해석하여 연소 반응 속도 를 계산할 수 있는 활성화에너지를 구한다. 고형폐 기물연료의 반응 속도를 판단함으로써 연료 투입 량 및 전환율을 비교 연구하여 폐기물 고형화 연료 연구에 대한 기초 연구 자료로 활용하고자 한다.

2.연구 방법 2.1 실험 분석 및 방법 국내에서 생산된 RDF, 목재펠릿, 폐목재, 폐섬 유, 폐비닐을 삼성분 분석 및 원소분석, 비등온 분 석, 발열량 분석 등을 수행하였다. 고형 폐기물의 효율적인 처리 및 처분, 적절한 연료소비 시스템의 운영을 위하여 각 고형 폐기물 의 특성을 파악하기 위하여 다음 [Table 1]과 같이 각 폐기물별 특성을 조사하였다. 2.2 조사 항목 각 연료별 준비한 시료는 성분별, 삼성분(수분, 가연분, 회분), 원소조성, 발열량, 연소속도 등을 조사 항목으로 선정하였다. 그러므로 시료별 폐기 물특성 조사를 위해서 조사 대상을 가연성 생활폐 기물을 사용해 제조한 고형연료제품(RDF), 폐목 재를 사용해 제조한 고형연료제품 목재 펠릿, 폐섬 유, 폐목재, 폐비닐 등 5가지로 분류선정하고 실험 하였다. 폐기물의 화학적분석은 원소분석기 EA1110 으로 하였다.

[Table 1] The Experimental Period 시료명

실험 날짜

특이사항

RDF

2010년 12월 01일 부터

2011년 10월 02일 까지

5회 반복 실험

목재 펠릿

2010년 12월 01일 부터

2011년 10월 02일 까지

5회 반복 실험

폐목재

2011년 01월 02일 부터

2011년 11월 02일 까지

5회 반복 실험

폐비닐

2011년 01월 02일 부터

2011년 11월 02일 까지

5회 반복 실험

폐섬유

2011년 01월 02일 부터

2011년 11월 02일 까지

5회 반복 실험

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 77

2.3 화학적 조성 분석 폐기물의 화학적 조성, 즉, 원소조성은 폐기물 의 성분을 추정할 뿐만 아니라, 연소용 공기의 물 질수지를 계산하는데 중요한 자료가 된다. 이들 값 으로 연소 공기량 및 연소가스 시료의 조성 성분을 추산할 수 있으며 산출 고위 발열량 계산에도 이 용된다. 폐기물은 건조기(Dry oven)에서 105℃, 2시간 이상 건조시켜 파쇄기를 이용하여 화학적 조성 분석에 이용한다. 이 연구에서는 원소분석기 EA-1110 (제작사-CE Instruments)을 사용하여 C, H, O, N, S를 분석하였다. 2.4 발열량 발열량이란 상온·상압의 연료와 그 연료와 같 은 온도의 공기와의 혼합물이 완전 연소하여 그 때 의 연소 생성물이 최초의 온도까지 냉각되면서 외 부에 방출하는 열량을 말한다. 파쇄한 시료를 일정 량 채취하여 LECO AC-300을 이용하여 측정하였 다. 산출고위발열량은 원소분석기의 결과를 바탕 으로 (1)를 이용하고, 습식 저위 발열량은 (2), 건

식 저위 발열량은 (3)로 계산하였다. 산출 고위 발열량(Kcal/kg)

(1)

= 8100C+34000(H-O/8)+2500S 습식 저위 발열량(Kcal/kg) (2) = 고위 발열량×가연분-600(9H+수분%/100) 건식·저위·발열량(Kcal/kg) = 고위 발열량-600(9H+수분%/100)

(3)

2.5 열중량 감량 및 비등온 분석 방법 열중량감량분석(Thermogravimetric analysis, TGA)은 온도변화에 따른 시료의 무게변화를 측정 하여 분석하는 방법이다. 열중량감량분석에 의한 온도·무게 변화량의 곡선으로부터 시료의 열 변 화 상태를 알고 정성 및 정량분석을 가능하게 한 다. 또한 이 온도·무게 변화량의 곡선은 사용한 시료이 열안정성(thermal stability) 및 물질의 구 성비 등을 나타내고 가열 중에 생긴 중간체의 열적

[Fig. 1] The Experimental Process og TGA and Non Lsothermal 시료준비 ⇩ 분류

고형연료를 혼합하지 않고 분류 함.

- 빈 도가니 무게 측정 - 질량 : 5g보정 - 크기 : 가로 10mm , 세로 10mm 보정

- 온도 범위 : 200 ~ 800℃ - 승온 속도 : 10℃/min, 20℃/min, 30℃/min -측 정 : 온도당 중량 감소량

⇩ Furnace ⇩ 비등온실험

실험조건

연소온도조건을 최초 연소 온도조건 200℃에서 최대 연소온도조건 800℃까지 연소 조건을 10℃/min, 20℃/min, 30℃/min으로 하여 각 시료가 지정된 연소조건에 어떤 변 화가 있는지 비등온 실험을 한다.

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


78 이건주

성질을 나타내주며 가열이 끝났을때 나온 찌꺼기 의 양도 알 수 있게 해준다.4),5),6) 2.6 비등온 이론적 배경 일반적으로 고체 가연성 물질의 TGA에서의 연 소 반응(건조, 탈휘발 및 촤연소) 단계는 Asoild→ Cmoisture+Evolatile+Fash+Gco2(연소)로 나타 낼 수 있다. 여기서 Asolid은 초기 시료이고, Asolid 가 소멸되면서 발생한 결과물이 Cmoisture, Evolatile, Fash 및 Gco2이다. 이때 열중량 분석기에서 전환율은 (4)로 나타낼 수 있다. (4)

여기서 X는 종합반응의 전환율을 나타내며, W0, Wt, W∞는 초기시료 무게, 반응 중 시료 무게, 반응 후 시료 무게를 나타낸다. 연소 동역학 기본 모델은 식 (5)로 나타낼 수 있 다. 일반적으로 시간에 따른 전환율 변화(dX/dt) 는 열분해 반응 기작에 의존하는 X의 함수인 f(X) 와 속도상수(k) 에 관계한다.

(7) 본 연구에서는 (7)를 기반으로 하여 활성화 에 너지와 반응빈도인자 및 반응 차수 등을 구할 수 있는 Friedman method, Flynn-Wall-Ozawa method 를 도입하여 폐기물의 열중량 반응 분석 을 수행 하였다. A-1. Friedman Method[8] 이 방법은 미분법으로 (7)를 기본으로 양변에 로 그를 취하면 <식8>를 얻을 수 있다. (8) 위의 식으로부터 반응의 전환정도에 따른 활성 화 에너지(E)는 정해진 연소 전환율에 따라 ln(dX/ dt)와 l/T 값들의 직선변화 기울기를 통해 구할 수 있다. A-2. Flynn-wall-Ozwa Method 이 방법은 적분법이며, (8)를 기본으로 하여 dX/dt를 로 전환하여 변수를 분리하고 적분하여, Doyle approximation을 통해 (9)을 얻을 수 있다. (9)

(5)

이때 속도상수 k의 온도의존성은 Arrhenius 표현으로 다음과 같이 표현된다. k=

(6)

여기서 A는 반응속도 상수의 빈도인자, E는 활 성화 에너지, R은 기체상수와 T는 절대온도이다. (6)과 (5)를 결합하면 다음의 (7)를 얻을 수 있으며, 이 식을 기본으로 열중량분석 실험결과를 이용하 여 반응속도 분석을 하게 된다.

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

여기서 g(X)는 전환율에 대한 적분 함수이며, 는 승온속도로 dT/dt이다. 위의 식으로부터 반응의 전환정도에 따른 활성 화 에너지(E)는 정해진 연소 전환율에 따라 log와 l/T 값들의 직선변화 기울기를 통해 구할 수 있다.

3. 실험결과 및 고찰 3.1 RDF 및 폐기물 삼성분 삼성분은 수분, 가연분, 회분을 말하며, 폐기물 의 화학적 성분을 분석하는데 필요하다. 이 자료


원저

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 79

를 이용하여 소각처리 적용 및 퇴비화의 타당성을 판단 할 수 있다. 특히 폐기물 자원화시설의 설계 에서 공연비, 연소가스량, 연소시설의 용적, 저위 발열량 등을 추정할 수 있는 기본 자료로써 필수 요소이다. 본 실험결과 삼성분에 대한 분석결과는 [Table 2]에 나타내었다.

을 조사하였다. 특히 RDF는 다른 각각의 폐기물 들을 혼합한 폐기물 고형연료로써 성분차이에서 다른 점을 나타내지 못했다. 하지만 폐비닐 같은 경우는 C탄소(84.05%), H수소(11.21%), O산소 (2.35%)로 다른 폐기물과 성분의 차이가 많이 나 타났다.

[Table 2] T he Three Component of RDF and Wastes

[Table 3] The Chemical Analysis of RDF and Wastes

시료

삼성분(%)

화학적 조성(%)

시료

수분(%)

가연분(%)

회분(%)

RDF

1.29

80.61

18.1

목재펠릿

10.52

80.63

8.85

폐목재

11.24

79.57

9.19

폐목재

폐섬유

13.03

75.41

11.56

폐섬유

폐비닐

0.52

96.79

2.70

각각의 삼성분을 비교해보면 가장 수분함량이 적은 것은 폐비닐 0.52%, 가장 수분함량이 많은 것은 폐섬유 13.03% 로 나타났다. 가연분 함량 은 각각의 폐기물이 근소한 차이로 나타났지만 이 폐기물 중 가장 낮은 함량을 나타낸 것은 폐섬유 75.41%이며 가장 높은 함량을 가지고 있는 것은 폐비닐 96.79%로 나타났다. 특히 회분이 가장 많 이 남는 것은 RDF로 18.1%를 나타냈고 가장 적은 회분을 나타낸 것은 폐비닐 2.70% 이다. 3.2 RDF 및 폐기물 화학적 조성 분석 화학적 조성 가운데 원소 분석치는 소각시에 공 급공기량과 연소 가스량을 계산할 수 있으며, 연소 가스중의 오염물질의 농도를 추정하여 팬, 덕트, 대기 오염 방지시설 등의 설계를 위한 기본 자료를 제공하는 중요한 요소이다. 또한, 발열량을 구할 때 원소 조성을 대입함으로서 더욱 정확한 데이터 를 구할 수 있다. 원소 조성은 폐기물의 질을 추측 할 수 있게 해준다. 일반적으로 화학적 원소 중 탄 소와 수소의 함량이 높을수록 폐기물의 성상이 고 질이라고 말할 수 있다. 화학적 조성을 분석하여 각각의 폐기물의 특성

C

H

O

N

S

50.26

7.72

30.50

0.75

0.02

목재펠릿 50.87

5.87

40.48

0.28

0.09

49.46

6.54

24.10

0.48

0.00

44.83

6.28

36.19

2.57

0.07

폐비닐 84.05

11.21

2.35

0.63

0.00

RDF

3.3 RDF 및 폐기물 발열량 폐기물의 소각을 통한 열회수 시설의 설계를 위 하여 가장 중요한 폐기물의 성질이 발열량인데, 이 는 폐기물의 소각가능성을 판단하는데 중요한 자 료이기 때문이며, 고위 발열량보다 저위 발열량이 더욱 중요하다. [Table 4] The Heating Value of RDF and Wastes 시료

발열량[kcal/kg] 고위발열량

저위발열량

RDF

3,121

2,435

목재펠릿

3,310

2,631

폐목재

5,214

4,878

폐섬유

4,232

2,037

폐비닐

7,839

6,492

3.4 고형연료 및 폐기물 활성에너지 RDF의 활성화 에너지가 목재펠릿의 활성화 너지보다 높게 나타났다. 폐기물 고형연료로서 교해 보았을 때 활성화 에너지가 높다는 것은 응이 일어나는데 많은 양의 에너지를 필요로

에 비 반 하

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


80 이건주

기에 RDF가 목재펠릿에 비해 효율이 좋음을 알 수 있다. 폐기물 중 폐목재는 목재펠릿과 비교하 면 10℃/min에서는 차이가 없지만 20~30℃/min 에서는 목재펠릿에 비해 활성에너지가 낮게 나타 났다. 폐섬유는 목재펠릿과 10℃/min에서는 차 이가 없지만 20~30℃/min에서는 활성화 에너지 가 높게 나타났다. 특히 폐비닐은 20℃/min에서 26.6522kcal/mol 로 활성화 에너지가 높게 나타 나면서 효율면에서 가장 나쁘게 나타났다.

나타났다. 폐목재는 216∼660℃ 사이에서 열분해 가 나타났다. 폐섬유는 221∼714℃ 사이에서 열 분해 반응이 나타났다. 폐비닐은 335℃를 시작으 로 610℃까지 열분해가 일어나는 것을 알 수 있다. 3.6 비등온 분석 승온속도 기울기

[Table 5] The Activation Energy of RDF and Wastes 시료

활성화에너지 [kcal/mol] 10 (℃/min) 20 (℃/min) 30 (℃/min)

RDF

4.1259

1.7017

5.4820

목재펠릿

14.1507

19.4831

14.5809

폐목재

14.1451

10.0570

3.6774

폐섬유

14.7043

18.0656

17.6037

폐비닐

18.4307

26.6522

11.9599

3.5 RDF 및 폐기물 열중량 감량 분석 RDF와 폐기물을 열중량 감량 분석 방법을 이용 하여 최저온도 200℃를 시작으로 최대온도 800℃ 까지 60분 동안 1분 간격으로 온도가 상승할 때 생 기는 감소량을 분석하여 그래프로 나타내었다. 본 결과는 [Fig. 2]에 나타내었다.

[Fig. 3] The kinetics of wood pellet for heating rate. [Fig. 3]는 목재펠릿의 승온속도에 따른 기울기 를 나타낸 것으로 10℃/min은 440℃에 0.6의 반 응이 나타났고 20℃/min은 480℃과 500℃에서 0.8의 반응이 나타났고 30℃/min에서는 470℃에 서 1.3 의 반응이 나타났다.

[Fig. 4] The kinetics of RDF for heating rate.

[Fig. 2] T he thermogravimetric graph of RDF and wastes. 목재펠릿은 212∼650℃ 사이에서 열분해가 나 타났다. RDF는 335∼610℃ 사이에서 열분해가 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

[Fig. 4]는 RDF의 승온속도에 따른 기울기를 나 타낸 것으로 10℃/min은 550℃에 0.8의 반응이 나타났고 20℃/min은 480℃에서 0.5의 반응이 나 타났고 30℃/min에서는 470℃에서 0.7의 반응이 각각 나타났다. 본 결과 승온 온도를 10℃/min 로 반응시 550℃에서 최대 반응이 일어남을 볼수 있 었다.


원저

폐기물 및 RDF에 대한 연소특성 및 반응속도에 관한 연구 81

4. 결론 본 연구에서는 국내에서 생산되고 있는 RDF와 목재펠릿 그리고 폐목재, 폐섬유, 폐비닐 각각 폐 기물로 반응속도를 분석하기 위해 열중량 감량 분 석, 비등온 실험, 삼성분, 화학적 조성 분석, 발열 량, 활성화 에너지(E) 기울기를 실험하고 값을 구 하였다. 1) 폐기물 고형연료의 각각의 삼성분을 비교하였을 때 RDF가 목재펠릿 보다 수분함량이 적게 나왔 다. 기존의 고형연료로써 가연성의 차이는 비슷 하였으나 가열 후 처리부분에선 목재펠릿이 비 교적 좋은 편이다. 2) 폐기물 고형연료의 각각의 원소 성분을 분석 비 교 해 보았을 때 RDF, 목재펠릿, 폐목재, 폐섬 유 4개의 연료에서는 성분에 차이가 비슷한 수 치를 보였으며 폐비닐의 성분 중 탄소와 수소 의 수치가 높게 나왔고 산소 성분이 매우 적게 나타났다. 폐비닐의 질이 좋지 않다는 것을 알 수 있다. 3) 발열량을 통해 각각의 폐기물 고형연료에서 연 소반응속도을 비교하여 보면 폐비닐의 연소반 응이 제일 크게 나타났다. 폐비닐의 특성상 열 에 반응이 빠르고 그만큼 지속 시간도 짧다. 4) 활성화에너지 같은 경우는 값이 낮을수록 효율 이 좋다는 것을 의미한다. 여기서 RDF와 목재 펠릿을 비교해보면 회분의 차이는 목재펠릿이 좋다는 것을 알 수 있지만 활성화에너지로 비 교하게 되면 RDF의 효율이 다른 4가지의 연 료보다 좋다는 것을 알 수 있다. 폐비닐의 경우 는 모든 실험 조건을 비교 하였을 때 30℃/min 을 제외한 나머지 온도에서 효율이 가장 나쁘 게 나타났다. 5) 본 연구에서 시행된 실험 중 비등온 실험은 10, 20, 30℃/min 으로 하여 수행하였다. RDF의 결과는 승온 속도에 따라 차이가 있지만, 320 ~720℃ 사이에서 반응이 일어나는 것을 확인 할 수 있다. 목재펠릿은 440∼700℃ 사이에서

반응이 일어났다. 400∼460℃에서 반응이 나 타났고 폐섬유는 420∼440℃에서 반응이, 폐 비닐은 620∼680℃에서 반응이 나타났다. 폐 기물 중 폐비닐을 제외한 연료들은 반응의 차 이가 비교적 적었으나 폐비닐의 경우는 가장 늦 게 반응을 보이고 가장 빠르게 반응이 끝났다. 6) 폐기물 고형연료의 활성화에너지 기울기를 보 면 전체적으로 기울기의 각이 값이 커질수록 낮 아짐을 알 수 있다. 여기서, 폐기물 고형연료들 을 10, 20, 30℃/min 으로 실험하여 결과를 도 출해 보았다. 각각의 연료들이 30℃/min 일 때 기울기의 각이 크게 나타났음을 알 수 있다. 온 도가 높을수록 활성화에너지가 크게 나타난다 는 것을 알 수 있다.

사 사 본 연구는 2010년도 상지대학교 교내연구비 지 원에 의해 수행되었으며 이에 감사를 드립니다.

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82 이건주

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유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

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원저

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 83

원저 ISSN 1225-6498

ORIGINAL PAPER

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 박광일, 배윤환 대진대학교 생명과학과 (2013년 3월 18일 접수, 2013년 3월 25일 수정, 2013년 3월 26일 채택)

The Effects of different food-wastes of household on the feeding rate and growth rate of Eisenia fetida(Annelida; Oligochaeta) population Kwang-Il, Park, Yoon-Hwan, Bae Dept. of Life Science, Daejin Univ.

ABSTRACT The amount of salted food waste and non-salted food waste from household consisted of 4 family members was surveyed. And the feeding rate and growth rate of Eisenia fetida population upon the different food wastes such as vegetables, grains, fruits and salted food waste were investigated. Total amount of food waste from a household was 3,200g/week. i.e. 0.114kg/day/capita and non-salted food waste was 53.9% of food waste. Salt contents of vegetables, grains, fruits were 0.60, 0.36 and 0.33%, respectively, if they were assumed to have 70% water content. Salt content of salted food waste was 0.78%. Upon the non-salted vegetables and fruits, feeding rate of earthworm was high but growth rate was low. Upon the non-salted grains, feeding rate of earthworm was low but growth rate was high. Upon the food with 70% water content, earthworm could not feed and grow when salt content of food was over 0.6%, and earthworm could feed normally but showed low growth rate when salt content of food was 0.3%. These results indicated that earthworm could stabilize the non-salted food wastes with ease but could hardly stabilize the salted food wastes. Keywords : earthworm, food waste, resource recycling, vermicomposting.

Corresponding author(yhbae@daejin.ac.kr) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


84 박광일, 배윤환

초록 국내의 4인 가족 가정의 음식물 쓰레기 발생량을 염분이 가미된 것과 염분이 가미되지 않은 것으로 구분하여 조사하였고, 음식물 쓰레기를 염분이 가미되지 않은 채소류, 곡류, 과일류, 염분이 가미된 음식물 쓰레기로 구분하여 줄지렁이에게 공급하면서 지렁이의 섭식량 및 증식률을 조사하였다. 음식물 쓰레기량은 1가정 1주당 3,200 g(1인당 1일 0.114 kg)이었고, 그 중 염분이 가미되지 않은 것은 전체의 53.9%인 1,723.8 g 으로 나타났다. 함수율 70%를 가정하였을 때 채소류, 곡류, 과일류의 염도는 각각 0.60, 036, 0.33%이었고, 염분이 가미된 음식물 쓰레기의 염도는 0.78%이었다. 채소류, 과일류에서는 지렁이의 섭식은 잘 이루어졌으나 증체율이 낮았고, 곡류에서는 상대적으로 섭식량은 낮았지만 증체율이 높았다. 함수율 70%인 먹이의 염도가 0.6% 이상인 경우에는 지렁이의 섭식과 생장이 현저하게 둔화하였고, 0.3%인 경우에는 섭식은 정상적으로 이루어졌으나 생장이 약간 저해되었다. 따라서 염분이 가미된 음식물 쓰레기는 전처리과정 없이는 지렁이 처리가 불가능하며, 염분이 가미되지 않은 음식물 쓰레기는 지렁이 처리가 용이한 것으로 나타났다. 검색어 : 지렁이, 음식물 쓰레기, 자원재활용, 유기성 폐자원, 염분.

1. 서 론 우리나라에서 발생하는 음식물 쓰레기 량은 13,671톤/일으로 이중 97%가 퇴비화, 사료화 등 에 의해 재활용되고 있으나1) 사료나 퇴비의 품질 이 나빠 소비자들의 외면을 받고 있는 실정이다. 우리나라 사람들의 식습관상 우리나라에서 발생 하는 음식물 쓰레기는 염분 농도와 함수율이 높 은 것이 특징이다. 이러한 물리화학적 특성이 음 식물 쓰레기를 퇴비화하거나 사료화하는데 걸림돌 이 되고 있다. 대량으로 쏟아져 나오는 유기성 폐기물을 처리 하고 재활용하는데 있어서 지렁이는 가장 환경 친 화적이고 경제적인 수단으로 인식되고 있어 국내 외에서 지렁이를 활용한 유기성 폐기물처리 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.2), 3), 4), 5), 6), 7) 지렁이는 습한 환경은 좋아하지만 염분은 극히 싫어한다. 따라서 음식물 쓰레기를 지렁이 먹이로 활용하는데 음식물 쓰레기 내 높은 수분함량보다 는 높은 염분 농도가 문제가 된다. 그러나 통상 발 생되는 음식물 쓰레기의 전부에 염분이 포함되어 있는 것은 아니다. 즉 소금을 가미하는 조리과정을 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

겪지 않은 음식물 쓰레기(예 : 곡류, 과일, 조리 전 채소 등)는 염분 농도가 낮으므로 지렁이가 쉽게 먹이로 이용할 수 있을 것으로 기대된다. 현재의 음식물 수거 체계에서는 각종의 음식물 쓰레기가 가지고 있는 염분 농도의 다소와는 관계 없이 음식물 쓰레기가 함께 모아져서 음식물 처리 장소로 옮겨져 처리된다. 이 경우 애초에 염분농도 가 낮았던 음식물 쓰레기는 염분 농도가 높은 쓰레 기와 섞이게 됨으로써 지렁이를 이용한 처리가 어 려워진다. 보통 지렁이가 유기성 폐기물을 먹게 되면 지 렁이 장내로 들어간 유기물은 지렁이의 호흡, 증 체, 증식에 쓰이고 나머지는 체외로 배출되게 된 다.2), 3) 환경공학적 측면에서 지렁이의 이런 특성 을 이용하여 유기성 폐기물을 처리하고 그 부산물 인 분변토와 증식된 지렁이를 재활용하기 위해서 는 유기성 폐기물에 대한 물리, 화학적 특성, 유기 성 폐기물에 대한 지렁이의 단위 시공간당 섭식효 율, 지렁이 증식률 그리고 배설물인 분변토에 대 한 이화학적 성상에 대한 정보가 매우 중요하다. 본 연구에서는 가정에서 발생하는 음식물 쓰레 기를 지렁이를 이용하여 처리하고 그로부터 생산


원저

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 85

되는 분변토를 재활용하는 기술을 개발하는데 필 요한 기초 정보를 얻기 위하여 (1) 음식물 쓰레기 의 종류별 가정 내 발생량, (2) 야채류, 과일류, 곡 류 음식물 쓰레기에 대한 이화학성 성상 (3) 먹이 내 염분 농도에 따른 지렁이의 섭식 및 생장 반응 (4) 종류별 음식물 쓰레기에 대한 지렁이의 섭식 및 생장 반응 (5) 음식물 쓰레기를 지렁이가 처리 한 후 생산된 분변토(지렁이 분)의 이화학적 성상 등을 조사하였다.

2. 재료 및 방법 2.1 가정의 음식물쓰레기 발생량 조사 4인 가족으로 구성된 가정에서 발생하는 음식 물 쓰레기를 조리과정에서 염분이 가미된 음식물 과 염분이 가미되지 않은 음식물로 분류하여 무게 를 측정하였다. 조사기간은 2월 25일부터 7월 28 일까지였으며, 반복수는 3개였다. 2.2 지렁이 대진대학교 생명과학과 환경제어실에서 제지슬 러지를 먹이로 사육중인 줄지렁이(Eisenia fetida) 성충과 유충을 이용하였다. 2.3 지렁이 섭식효율 및 증체량 조사 2.3.1 급이 시료 염분이 가미된 음식물 쓰레기와 염분이 가미되 지 않은 채소류, 과일류, 곡류를 지렁이 먹이로 공 급하였다. 염분이 포함된 음식물 쓰레기는 찌개 류, 생선조림 등으로 구성되어 있었고 곡류에는 밥이나 떡이, 채소류는 배추, 고추, 당근, 버섯, 나 물, 양배추, 깻잎, 콩나물 등으로 구성되어 있었 다. 과일류에는 참외, 바나나, 오렌지, 배, 사과, 토마토가 있었다. 2.3.2 지렁이 먹이 급이 및 사육환경 직경 18 cm, 높이 20 cm 원통형의 플라스틱 통

에 400 g의 분변토를 깔아준 후 유충, 성충 구분 없이 살아 있는 지렁이 20 g을 넣은 후에 채소류, 과일류, 곡류, 염분이 함유된 음식물 쓰레기를 각 각 80 g씩 공급하였으며 공급된 먹이를 모두 처리 하였다고 판단될 때, 같은 량의 먹이 공급을 반복 하였다. 각 먹이에 대한 반복수는 3개였으며 광조 건 L:D=24:0, 온도조건 23.5℃이 유지되는 환경 제어실에서 사육하였다. 2.3.3 지렁이 섭식량 및 증체량 조사 지렁이 입식후 30일간 섭식량 및 입식 30일후의 지렁이 생체량을 조사하였다. 생체량을 조사할 때 지렁이들을 사육 상자에서 꺼내어 묻어있는 분변 토를 수돗물로 씻어내고 남아있는 물기를 탈지면 으로 제거한 후 생체량을 조사하였으며 지렁이를 다시 사육 상자에 넣어주었다. 섭식량은 매회 공급 된 먹이량을 누적하여 산출하였다. 2.4. 먹  이 내 염분 농도에 따른 지렁이의 섭식량 및 증체량 건조된 제지슬러지에 혼합하여 건중량 기준 염 분농도 1%, 2%, 5%, 10%의 먹이를 제조하기 위하 여 각 농도에 해당하는 소금을 정량하였다. 이때 제지슬러지내 염분 함량은 고려하지 않았다. 정량 된 소금은 제지슬러지와 혼합시 함수율 70%를 만 들 수 있는 량의 물에 녹여 소금물 용액을 만든 후 에 건조된 제지슬러지와 혼합하였다. 직경 18 cm, 높이 20 cm 원통형의 플라스틱 통 에 400 g의 분변토를 깔아준 후 지렁이 성충 20 g 을 입식하였다. 각 염분 농도의 먹이를 80 g씩 상 기와 같은 방법으로 60일간 공급하고 상기와 같은 조건에서 사육하였다. 2.6 이화학적 성상 이화학적 성상 조사로 유기물 폐기물에 대해 pH, 전기전도도(EC)(㎲/㎝), Eh(㎷), 수분함량 (%), 염분함유량(%), 유기물 함량(%)을 조사하였 다. pH는 시료와 증류수를 1:5 비율로 혼합해 100 rpm으로 1시간 동안 교반한 후 pH meter(Model: J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


86 박광일, 배윤환

ORION 420A)를 이용해 측정하였다. 전기전도도 (EC)는 시료를 5배 희석한 후 5B 여과지로 여과 후 Conductivity meter(Model: ORION 3STAR)을 이용해 측정하였다. 수분함량은 시료를 dry oven 에서 24시간 건조 후 측정하였다. 유기물 함량은 시료를 muffle furnace에서 600℃에서 6시간 연 소하여 측정하였다. 염분함유량은 시료와 증류수 를 1:9 비율로 혼합해 SALT meter(Model: TM30D)을 이용해 측정하였다.

3. 결과 및 고찰 3.1 가정에서 배출되는 음식물 쓰레기량 지렁이를 이용하여 음식물 쓰레기를 처리하려는 시도는 주로 음식물 쓰레기에 인분슬러지, 제지슬 러지, 하수슬러지, 분변토, 조류 부산불 등을 혼 합하여 수분을 조절하거나 부숙과정을 거친 후에 지렁이에게 공급하는 방식으로 이루어져 왔으나8), 9), 10), 11), 12) 공급된 먹이에 대한 지속 가능한 지렁 이 사육의 성공적인 예는 전무한 형편이다. 그리 고 이러한 현상이 일어난 가장 근본적인 원인은 음 식물 쓰레기내의 염분 농도를 생태독성학적 관점 에서 지렁이에게 독성을 일으키지 않을 만큼 충분 히 낮추지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 음식물 쓰레기를 지렁이를 이용하여 처리하기 위 해서는 쓰레기내 염분 농도의 문제를 충분히 고려 해야 한다. 본 조사에서 1주당 4인 가정에서 배출되는 음식 물 쓰레기량은 3,200g, 즉 1인당 1일 0.114kg으로 나타나 집단급식소 및 식당에서 발생하는 음식물 쓰 레기를 포함한 1일 평균 발생량 0.29kg1) 보다는 낮 은 것으로 나타났다. 그 중 염분이 가미되지 않은 음식물 쓰레기의 양은 전체의 53.9%인 1,723.8g으 로 [Table 1] 가정에서 발생하는 음식물 쓰레기 중 53.9%는 지렁이가 용이하게 섭식��� 수 있다는 의미 를 내포하고 있다. 염분이 가미되지 않은 음식물 쓰레기의 1주당 발 생량 1,723.8g은 1일당 0.246kg에 해당되는데, 통 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

상 1m2 넓이의 사육상에서 지렁이가 1일간 섭식할 수 있는 먹이량이 1∼4 kg인 것을 감안하면 최대 2,460cm2의 사육면적을 가진 사육상을 구비하면 4인 가정에서 발생하는 음식물 쓰레기의 53.9%를 외부로 배출하지 않고 가정 내에서도 처리가 가능 함을 시사하고 있다. 한편, 음식물 쓰레기 배출량 이 봄보다는 여름에 높게 발생한 것으로 나타났는 데, 여름에는 상대적으로 과일류, 채소류의 소비 량이 증가하였기 때문인 것으로 판단된다 [Fig. 1]. [Table 1] T  he Amount of Food Wastes from a Household per week (mean±S.E.) Salted food waste (g/week)

Non-salted food waste (g/week)

Total (g/week)

1,476.2±148.59 (46.1%)

1,723.8±75.88 (53.9%)

3,200.0±209.28 (100.0%)

The survey continued for 21 weeks

[Fig. 1] Weekly changes in the amount of food wastes from a household. (This survey was carried out from feb. 25 to Jul. 29) 3.2 가정에서 배출된 음식물 쓰레기의 이화 학적 성상 일반적으로 지렁이 생존에 적합한 pH는 5.4 ~ 8.05인 것으로 알려져 있으며,2) 먹이내의 염류 농 도의 지표가 되는 전기전도도(EC)가 높으면 지렁


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가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 87

이는 체내의 삼투압을 적정 범위내로 조절하는 능 력이 상실되어 생리적 장애를 초래하게 된다.13) 먹 이의 산화환원전위(Eh)는 먹이의 호기적, 혐기적 판단할 수 있는 기준이 되는데 일반적으로 호기적 상태의 먹이는 지렁이들이 섭식하기가 편리하다고 본다. 지렁이에 적합한 Eh값은 -122㎷ ~ 210㎷ 인 것으로 보고되었다.2) 가정에서 발생한 곡류, 과일류, 야채류 등 염분 이 가미되지 않은 음식물 쓰레기의 pH는 5.1~6.2, EC는 2,957~6,528㎲/㎝, Eh는 4.2~6.9㎷로 나 타나 염분이 가미된 음식물 쓰레기에 비해 유리 한 조건을 가지고 있는 것으로 판단된다[Table 2].

3.3. 가  정에서 발생한 음식물 쓰레기에 대한 지렁이 섭식량 및 생체량 사육상자에 20 g의 줄지렁이를 입식하고 난 후 음식물 쓰레기를 각각 80 g씩 먹이로 공급하면서 섭식속도 및 섭식량을 조사하였다[Table 3]. 20 g 의 지렁이가 80 g의 먹이를 먹는 데 걸리는 시간, 즉 섭식속도는 채소류, 과일류, 곡류, 염분 가미 음 식물 순으로 각각 11, 13, 15, 19일이었으며, 20 g 의 지렁이가 120일간 섭식한 음식물 쓰레기 량은 560, 480, 400, 320 g으로 염분이 가미되지 않 은 음식물 쓰레기에 대한 처리효율이 염분이 가미 된 음식물 쓰레기에 대한 처리효율보다 높은 것으

건중량으로 산출한 염분의 경우 채소류, 곡류, 과일류가 각각 2.0, 1.2, 1.1%로 염분이 가미된 음식물 쓰레기의 2.6%보다 낮게 나타났다. 먹이 의 수분 함량이 70%가 되도록 조절하였다고 가정 하였을 때, 채소류, 곡류, 과일류, 염분이 가미된 음식물 쓰레기의 염분 함량은 각각 0.60, 0.36, 0.33, 0.78%에 해당된다. 배9)등은 지렁이 생육이 가능한 먹이내 한계염분 농도는 0.5%라고 보고한 바 있다.

로 나타났다. 그러나 30일후의 지렁이 생체량은 곡류, 염분이 가미된 음식물 쓰레기, 채소류, 곡류가 각각 30.6, 24.8, 19.1, 18.8g으로, 먹이에 대한 섭식속도의 순서와 일치하지 않는 것으로 나타났다[Table 4]. 특히 채소류와 과일류를 공급한 경우에는 지렁이 의 생체량이 증가하지 않은 것으로 나타났는데 이 것은 채소류와 과일류가 지렁이 먹이로서 가지는 영양구성, 즉 질소성분의 부족, 과도한 수분 등과

[Table 2] P  hysicochemical Properties of Food Wastes from Household (mean±S.E.) Surveyed properties pH

EC (㎲/㎝)

Eh (㎷)

Water content (%)

Salt content (%)1

Vegetables

6.2±0.01c

5,857±197.7b

6.9±0.22b

91.7±0.5c

2.0

Grains

5.3±0.12b

2,957±304.6a

4.3±1.67a

58.6±0.3a

1.2

Fruits

5.1±0.12ab

6,528±123.6b

4.2±0.87a

80.6±0.1b

1.1

Food wastes with salt seasoning

4.9±0.13a

11,540±284.5c

8.1±0.79c

79.4±2.6b

2.6

Food waste

1

Salt content was calculated on dry basis of food waste In a column, values followed by the same letter were not significantly different (p<0.05:Duncan[spss12.0]) J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


88 박광일, 배윤환

같은 요인과 관련이 있었을 것으로 판단된다. 따라 서 염분이 가미되지 않은 음식물 쓰레기를 실제로 지렁이 먹이로 이용하기 위해서는 채소류, 곡류, 과일류를 혼합하여 영양의 균형을 맞추어줄 필요 가 있다. 한편 염분이 가미된 음식물 쓰레기를 공 급하였을 경우 지렁이 생체량이 4.8g이 증가한 것 은 염분의 문제를 제외한 영양요소가 채소류나 과 일류보다 지렁이 생장에 유리하였기 때문인 것으

로 판단된다. 그러나 먹이 공급기간이 장기간으로 늘어날 경우에는 염분에 의한 지렁이 개체군에 대 한 생태독성학적 영향이 유발될 것으로 판단된다. 3.4. 염  분 농도에 따른 지렁이의 섭식량 및 생체량 건조된 제지슬러지에 소금을 0, 1, 2, 5, 10%가 되도록 혼합한 후 함수율 70%가 되도록 물을 공급

[Table 3] Feeding Rates and the Amount of Treated Food Waste When the Household Food-waste was Supplied to 20 Grams of Initial Earthworm Population (mean±S.E.) Food waste

Feeding rate1 (days)

Treated amount2 (g)

Vegetables

11±4.2a

560

Grains

15±5.3a

400

Fruits

13±4.0a

480

Food wastes with salt seasoning

19±6.0a

320

1 Days required for ingesting 80 grams of food waste by 20 grams of earthworm population 2 The treated amount of food waste when food waste was supplied to 20 grams of earthworm population for 120 days In a column, values followed by the same letter were not significantly different (p<0.05:Duncan[spss12.0])

[Table 4] E  arthworm Biomass When Food Waste From Household was Supplied to 20 Grams of Earthworm Population for 30 days (mean±S.E.) Food waste

Biomass (g)

Vegetables

19.1±0.26a

Grains

30.6±5.23b

Fruits

18.8±2.47a

Food wastes with salt seasoning

24.8±5.08ab

In a column, values followed by the same letter were not significantly different (p<0.05:Duncan[spss12.0]) 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 89

하여 먹이를 제조하였다. 따라서 지렁이에 급이되 는 먹이의 염분농도는 0.0, 0.3, 0.6, 1.5, 3.0% 로 환산되었다[Table 5]. 함수율 70%의 먹이를 각 염분 농도별로 20g의 지렁이에게 60일간 공급한 후 섭식량을 조사한 결과 염분농도 0.0, 0.3, 0.6, 1.5, 3.0%에서 각각 800, 800, 346, 120, 80g 으로 나타나 염분 농도 0.6% 이상에서는 섭식량 이 현저하게 낮아지는 경향을 알 수 있었다. 염분 농도 0.0%와 0.3%간에 섭식량의 차이가 없는 것 으로 나타났으나, 60일 후의 생체량에 있어서는 0.0%의 먹이에서 두 배 이상 높은 것으로 나타났 다[Fig. 2]. 특히 0.0%의 먹이에서는 생체량이 증 가하였으나 0.3%의 먹이에서는 감소하는 것으로 보아 0.3% 먹이에 대한 섭식활동 후 흡수된 염분 에 의한 생리적 부작용이 유발된 것으로 보인다. 지렁이는 특히 염류농도가 높은 먹이와 환경에서 는 체내 삼투압 조절 능력이 저하되는 것으로 알려 져 있다.3) 따라서 지렁이 생육이 가능한 먹이 내의 한계 염분농도가 0.5%라고 보고된 것9)은 단기적인 먹이공급 상황에서의 농도조건일 가능성임을 시사 하고 있다. 향후 더 낮고 세밀한 염분 농도 수준에 서 만성독성 유발 여부를 생태적으로 평가할 필요 가 있는 것으로 판단된다.

각 음식물 쓰레기를 지렁이에게 급이한 후 생산 된 분변토의 pH는 원래의 음식물 쓰레기에 비해 중성에 가까워지고 있으며 Eh 값도 현저하게 증가 하여 호기적 상태를 유지하는 것으로 나타났는데 [Table 2], [Table 6] 이러한 특성은 산성의 토양 을 중화시키는 유용한 토양개량제로 활용할 수 있 도록 하는 요인이다. 그러나 염류농도를 나타내는 EC값과 염분의 농도는 음식물 쓰레기에서보다 분 변토에서 높아지는 현상을 나타내어, 먹이내의 염 류와 염분이 배설과정을 통하여 분변토에 집적되 는 것으로 생각된다. 한편 각 먹이의 유기물 함량과 무관하게 그로부 터 생산된 분변토의 유기물 함유율은 유사하게 나 타났는데 이러한 동질성은 음식물쓰레기로부터 생 산된 분변토를 퇴비로 활용하기 위한 규격화에 유 용하게 이용될 수 있을 것이다.

4. 결론 4인 기준 가정에서 나오는 음식물 쓰레기 발생량 을 염분이 가미된 것과 염분이 가미되지 않은 것으 로 구분하여 조사한 결과, 전체 발생량의 약 절반 정도는 염분이 가미되지 않은 것으로 나타났다. 염 분이 가미된 음식물 쓰레기는 지렁이 먹이로서 부 적합하므로 지렁이를 이용하여 처리하고자 할 경

3.5. 음  식물 쓰레기로부터 생산된 분변토의 이화학적 성상

[Table 5] T  he Treated Amount of Food When the Paper mill Sludges with Different Salt Contents were Supplied to 20 Grams of Initial Earthworm Populations for 60 days Dry base salt content (%)

Conversed salt content(%) of food with 70% of water content

Treated amount (g)

0%

0.0%

800

1%

0.3%

800

2%

0.6%

346

5%

1.5%

120

10%

3.0%

80

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


90 박광일, 배윤환

우에는 염분이 가미되지 않은 쓰레기만 처리대상 으로 하는 것이 합리적인 것으로 판단된다. 염분이 가미되지 않은 음식물 쓰레기 중 채소류와 과일류 는 지렁이가 섭식은 잘 하지만, 영양 부족으로 인 하여 지렁이의 생장이 잘 이루어지지 않으므로 염 분이 가미되지 않은 곡류 쓰레기와 혼합하여 급이 하면 문제가 없을 것이다. 음식물 쓰레기를 염분이 가미된 음식물 쓰레기 와 분리하게 되면 가정의 베란다나 창고에 비치된 지렁이 사육상자를 이용하여 가정에서 직접 처리

하는 것이 용이해질 것으로 판단된다. 이때 생산 된 분변토는 비표면적이 넓어 탈취 기능을 가지므 로 아직 섭취되지 않은 음식물 쓰레기로부터 발생 하는 악취를 제거해주어 가정내에서 악취로 인한 불쾌감을 없앨 수 있을 것이다. 또한 부득이 음식 물 쓰레기를 외부로 배출하여 처리할 경우에도 염 분이 없는 음식물 쓰레기를 분리, 배출, 수집할 수 있다면 대형 지렁이 처리시설이나 기존의 퇴비화, 사료화 시설에서도 유용한 자원으로 재활용하기가 쉬워질 것으로 판단된다.

[Table 6] Physicochemical Properties of Vermicast Produced From Household Food-wastes(mean±S.E.)

1

Food waste

pH

EC(㎲/㎝)

Eh(㎷)

Salt content (%)1

Volatile solid (%)1

Vegetables

6.3±0.60a

21,500±971.3b

577.7±20.9ab

2.8

66.0±1.5a

Grains

6.8±0.30b

13,810±161.3a

578.0±10.4ab

1.8

63.1±1.5a

Fruits

7.1±0.22b

12,203±135.6a

598.9±9.34b

1.8

66.2±1.2a

Food wastes with salt seasoning

6.2±0.07a

33,100±2951.0c

516.4±39.6a

3.9

65.6±2.3a

Dry base

In a column, values followed by the same letter were not significantly different (p<0.05:Duncan[spss12.0])

[Fig. 2] E  arthworm biomass when food materials with different salt contents (dry basis) were supplied to 20 grams of earthworm population for 60 days. 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


원저

가정에서 발생한 서로 다른 종류의 음식물 쓰레기가 줄지렁이(Eisenia fetida)개체군의 섭식 및 생장에 미치는 영향 91

사사 “이 논문은 2013학년도 대진대학교 학술연구비 지원에 의한 것임”

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J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


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장정희 현대건설(상무)

010-2707-8191

chc2000@hdec.co.kr

최광호 GS건설(상무)

010-2238-3098

kwangchoi@gsconst.co.kr

최 윤 STX건설(상무)

011-825-6236

ychoi21@nate.com

한인호 코오롱글로벌㈜(상무)

010-3740-6503

inho@kolon.com

강기훈 대림산업㈜ 책임연구원

010-2409-3442

khkang@daelim.co.kr

성현제 한솔이엠이 환경연구소(소장)

010-9827-9632

hjsung@hansol.com

koo@jwu.ac.kr

>> 부 회 장

김종일 ㈜TSKwater 대표이사 010-5245-6761 김영준 가톨릭대학교 생명환경공학부(교수) 010-2733-4371 (총무) 배재근 서울과학기술대학교 환경공학과(교수) 017-218-6617

phae@snut.ac.kr

윤종수 환경부 차관

010-9035-6776

jsyoon813@korea.kr

하천용 ㈜엔백(대표이사)

010-8759-6586

cyha1@stpc.co.kr

>> 특별위원장

안중우 성신여자대학교(교수)

010-5228-9499

jwahn@sungshin.ac.krr

정영륜 경상대학교(교수)

010-5511-5945

yrchung@gun.ac.kr

>> 총무이사

>> 평 이 사 (연구소, 7)

park1215@keiti.re.kr

유희찬 대우건설기술연구원 환경연구팀(팀장) 010-3742-1196

heechan.yoo@daewooenc.com

010-2637-6720

chaeyoung@suwon.ac.kr

윤정준 한국생산기술연구원 에코시스템 기술센터(센터장)

010-9403-4631

jjyoon@kitech.re.kr

배윤환 대진대학교 생명과학과(교수)

010-6506-1852

yhbae@daejin.ac.kr

전양근 코오롱워터 앤 에너지

010-5403-3478

chunyk@kolon.com

서동숙 환경미디어(발행인 겸 편집인)

010-6617-6615

eco@ecomedia.co.kr

박찬혁 한국환경산업기술원 이채영 수원대학교 토목공학과(교수)

010-4249-2687

>> 기획이사

최석순 세명대학교 바이오환경공학과(교수) 010-9040-3415

sschoi@semyung.ac.kr

>> 학술이사

김동훈 한국에너지기술연구원 바이오에너지센터(선임)

010-2639-9379

kteng@kteng.com

sanghkim1@daegu.ac.kr

김학명 ㈜이엔비즈(대표이사)

010-9863-7708

hmkim@enbz.com

서효원 여명환경경영크리닉㈜(대표이사)

010-2299-6996

ym4222@hanmail.net

손영목 ㈜ENSR(대표)

010-2502-8858 midas7son@hanmail.net

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오윤석 EGT GreenTech Co.(대표)

010-4582-0000 egtgroup@paran.com

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이영민 ㈜리-텍솔루션(대표이사)

010-5443-3789

retechs@kornet.net

geebhan@catholic.ac.kr

이혜경 ㈜동호 /㈜기계환경운반엠유티

010-5219-7401

iut@chol.com

최홍복 ㈜에코데이(대표이사)

010-3716-0924

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추용

010-5224-4059

jowon81@naver.com

016-209-3901

wan5155@kangwon.ac.kr

송영채 한국해양대학교 환경공학과(교수)

010-7151-4417

soyc@hhu.ac.kr

이건주 상지대학교 환경공학과(교수)

011-235-3536

>> 국제협력이사

최윤선 주식회사 자원(부회장)

010-9690-3280 010-9168-8449

최훈근 국립환경과학원 영산강물환경연구소 011-9770-8164

jwkim@nokwoneng.co.kr

010-3897-2296

>> 편집이사

차형준 포항공과대학교 화학공학(교수)

cschoi@iae.re.kr

010-5265-9155

010-9209-0204 biosang@hanyang.ac.kr

한기봉 가톨릭대학교 생명환경공학부(교수) 017-206-1144

010-7224-8840

>> 평 이 사 (전문기업, 10)

김철수 ㈜ KTeng(대표이사)

010-6495-4621

019-213-2281

최창식 고등기술연구원(팀장) 김정원 녹원종합기술(대표이사)

상병인 한양대학교 화공생명공학부(교수)

윤석표 세명대학교 바이오환경공학과(교수) 010-3246-1609

cischoi@hotmail.com

dhkim77@kier.re.kr

김상현 대구대학교 환경공학과(교수)

신현곤 신흥대학교 도시환경관리과(교수)

최인수 한국지방행정연구원 지역발전연구실 010-9703-2937

hjcha@postech.ac.kr taylorchoikim@gmail.com chg0202@me.go.kr

>> 사업이사

㈜조원산업(대표)

>> 평 이 사 (대학, 10)

박준석 강원대학교 삼척캠퍼스 환경공학과(교수)

김여생 금호건설(상무)

010-3766-5261

yskim1@kumhoenc.com

이종연 한국환경공단 해외사업팀

010-6256-2412

leejongy@emc.or.kr

허남효 (주)삼천리ES

010-8825-9731

bionhheo@samchully.co.kr

김만덕 ㈜건화(전무이사)

011-342-1650

mdkim@kunhwaeng.co.kr

곽무영 드림바이오스(사장)

011-748-4083

ceo93@dreambios.com

유기영 서울시정개발연구원 도시환경연구부(연구위원)

011-896-7729

keeyy@sdi.re.kr

한선기 한국방송통신대학교 환경보건학과(교수) 010-5509-4531

skhan003@knou.ac.kr

황석환 포항공과대학교 환경공학부(교수)

010-4938-1987

shwang@postech.ac.kr

김남천 ㈜한솔엔지니어링 기업부설 연구소

011-255-3529

nckim50@naver.com

nechang@jdi.re.kr

김병태 대진대학교 환경공학과(교수)

010-9650-7523

btkim@daejin.ac.kr

>> 홍보이사

이후재 전, 두산건설 토목사업본부

010-9413-2034

hjlee@doosan.com

최종실 미래환경(사장)

010-5441-9034

eco@ecofuture.co.kr

>> 평 이 사 (정부, 7)

강진영 제주발전연구원 책임연구원

010-8191-2856

kjoolee@mail.sangji.ac.kr

이기영 호서대학교 자연과학부 식품생물공학 010-7254-1729

kylee@office.hoseo.ac.kr

이남훈 안양대학교 환경공학과(교수)

010-8951-2088

nhlee@anyang.ac.kr

유규선 전주대학교 토목환경공학과(교수)

010-3316-8196

k-yoo@jj.ac.kr

정연구 금오공대 토목환경공학부 교수(교수) 010-6486-7631

jeongyk@kumoh.ac.kr

정재우 경남과기대 환경공학과(교수)

jwchung@jinju.ac.kr

010-4447-9715

>> 감 사

권순익 국립농업과학원 기후변화생태과

010-8636-4627

sikwon@korea.kr

>> 자 문

박석현 환경공단 환경분석처 처장

011-782-1625

parksh1625@hanmail.net

이원후 법무법인 송현(변호사)

010-6763-8384

fridy1@yahoo.com

오길종 국립환경과학원 자원순환연구센터

010-4331-8972

gjoh0519@korea.kr

김면규 세무사 김면규 사무소(세무사)

010-5478-5092

myunku@hanmail.net


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투고요령관련 [Instruction for Authors] 편집위원회 규정 [Editorial Committe] 제1조(목적) 본 규정은 정관 제1장 제3조 제3항에 명시된 연구자료 및 기술자료의 출판사업으로서 학회에서 발간하는 정기간행물에 관한 업무를 관 할하기 설치되는 편집위원회(이하“위원회”라 칭한 다)의 운영에 관한 사항을 정한다. 제2조(기능) 위원회는 다음 각 호의 사항을 계획하 고 추진한다. 1. 학  회지의 편집, 발행에 관한 업무유기성자원학 회학회지 “유기물자원화” 2. 학회지 논문의 투고 및 심사에 관한 업무 3. 기타 간행물 기획, 편집, 발행에 관한 업무 제3조(학회지발간[4-Season Publications]) 제2조 1항에 근거하여 발행되는 유기성자원학회학 회지 “유기물자원화”는 년 4회 발간하며, 발간예정 일은 매년 3월 말, 6월 말, 9월 말, 12월 말[End of March, June, Sept., & Dec.]로 한다. 제4조(구성[Organization]) 1. 위원장 1명 2. 부위원 2명 3. 편집위원 30명이내 4. 본  위원회는 정기간행물별로 소위원회를 둘 수 있다. 제5조(위원위촉) 1. 위원장은 편집이사로 보하며, 학회장이 위촉한다. 2. 편집위원은 편집위원장의 추천을 받아 학회장 이 위촉한다. 3. 소위원회의 위원장은 편집위원중에서 호선한다. 제6조(임기) 위원장 및 위원의 임기는 2년으로 한 다. 임기는 당해연도 1월 1일에 시작한다. 제7조(책임) 위원회 업무중 논문의 투고 및 심사에 관한 업무는 별도의 규정을 두고 투명하고 엄정하 게 하여야 하며 그로 인해 학회의 명예를 손상시키 는 일이 없어야 한다. 제8조(보고) 위원회의 사업은 이사회 및 총회에 보 고하여야 한다. 제9조(예외사항) 본 규정에 규정되지 아니한 사항 유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013

은 본회 이사회의 의결에 따른다. 제10조 이 규정은 2002년도 1월 1일부터 소급시 행한다.

논문 투고 규정 [Manuscript Submission] 제1조(목적) 본 규정은 본 학회의 정관 제3조 3항 에 명시된 연구자료 및 기술자료의 출판사업으로 서 회지발간을 위한 투고요령에 관하여 규정하는 것을 목적으로 한다. 제2조(원고[Publication Types]) 논문집의 내용은 1.원저(Original paper), 2.총설(Review paper), 3.단보(Technical note), 4.특집(Special feature), 5.현장자료(Field note)로 구분한다. 1. 원저 연구논문 : 유기물의 자원화분야의 독창적 인 연구결과로서 학술적 가치가 있는 내용과 결 론 혹은 사실을 포함하여야 한다. 2. 총설 : 유기물자원화 관련 전문분야의 연구현황 과 문제점 및 향후의 과제 등에 관한 문헌고찰 을 포함하며, 그 자체로서 종합적이고 독창적인 해석을 통하여 학술적으로 가치 있는 결론을 제 시하여야 한다. 3. 단보 : 창의적이면서도 단편적인 연구결과로서 새로운 사실과 학술적으로 가치있는 자료를 제 시해야 한다. 4. 특집 : 유기물자원화와 관련된 분야로서 시기 적절한 과제에 대하여 편집위원회에서 주제와 집필자를 선정하고 위촉한다. 5. 현장자료 : 유기물 자원화분야의 자료로서 실용 적이면서도 새로운 사실과 내용을 포함하는 것 으로 하며, 현장에서 얻어진 각종 결과는 기술 적인 가치가 있는 자료를 포함하여야 한다. 제3조(심사[Peer Review]) 논문의 채택은 별도로 정한 논문심사규정에 의거 심사 후 채택한다. 제4조(원고작성 언어) 원고작성은 국문 또는 영문 [English]으로 하되 국문초록(요약문)과 다섯 단 어 이내의 주제어(with ~5 Key Words)가 하단에 첨부되어야 한다. 국문원고는 한글사용을 권장하


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투고요령관련 [Instruction for Authors] 되 인명, 잡지명과 같이 어의가 혼돈 되기 쉬운 것 은 한자를 사용할 수 있다. 한글 표기가 어려운 학 술용어 또는 물질 명은 영문으로 표기 할 수 있다. 제5조(원고작성 형식[Format]) 1. 원  고의 표지(제1면)에는 제목, 연구자 이름, 소 속을 본문에서 사용된 언어에 상관없이 국문과 영문으로 표기하여야 한다. 연구자의 소속과 주 소는 해당 연구자의 이름에 *를 하고, 소정의 위치에 이를 표기한다. 2. 제목 글씨는 크기 14, 고딕체이며, 연구자 이름 및 소속 글씨의 크기는 9(영문은 10), 고딕체 이

7. [Numbering] 본문(서론에서 결론까지)의 구분 은 아래에 예시한 바와 같이 아라비아 숫자로 표 현하며 내용이 간단ㆍ명료하게 구분될 수 있도 록 하여야 한다. (예) 1, 2, 3, ‥1.1, 1.2, ‥1.1.1, 1.1.2, ‥, (1), (2), (3) 8. [SI Units suggested]원고 본문중의 표현은 가 능한 학술용어 사용을 권장하며, 고유명사는 원 어로, 수량은 아라비아 숫자를 사용하여야 한 다. 단위는 SI단위계 사용을 원칙적으로 권장 하나, mg/ℓ와 같이 많이 사용되는 농도단위는

고, 본문 글씨의 크기는 10, 신명체로 한다. 본 문사이의 번호 및 소제목은 12, 고딕체로 한다. 3. 국  문 연구논문의 형식은 표지, 영문초록, 국문 초록, 서론, 실험방법(또는 재료 및 방법), 결 과, 고찰(혹은 결과 및 고찰), 결론, 사사, 기호 설명, 참고문헌, 표, 그림의 순서로 함을 표준 으로 한다. 4. 영  문 연구논문의 형식[Format of English papers suggested]은 제목/저자~[Title & Author, Affiliation], 국문초록(요약문), ABSTRACT, INTRODUCTION, MATERIAL AND METHODS, RESULTS, DISCUSSION(or RESULTS AND DISCUSSION), CONCLUSION (or SUMMARY), ACKNOWLEDGEMENT, NOMENCLATURE, REFERENCES, and TABLES, FIGURES의 순서로 함을 표준으로 한다. 5. To avoid wasting mind, and to promote seamless communication, the internationally approved format with consistency in paper can be acceptable. 6. [Smart & comprehensive ABSTRACT] 국ㆍ영문 초록은 논문의 목적과 주요성과를 구 체적으로 알 수 있는 동시에 본문과 분리하여도 의미가 통할 수 있어야 한다. 단, 특집, 단보, 기 술자료, 현장보고 등 에는 국ㆍ영문초록을 반드 시 필요로 하지는 않는다.

C.G.S 단위의 기호를 사용할 수 있다. 제6조(표와 그림의 표기방법 [Tables, and Figures]) 1. 표(Table)와 그림(Fig.)의 제목과 설명은 국문 또는 영문으로 하되 본문을 참고하지 않아도 그 내용을 알 수 있어야 하며 아라비아 숫자로 일련 번호를 붙여야 한다. 2. 모든 표와 그림은 본문과는 별도로 백지에 명료 하게 작성하여야 하며 표와 그림이 삽입될 위치 는 원고의 본문 중에 명시하여야 한다. 3. 표(Table)의 경우 제목의 단어 중 명사에 한해 서 첫 글자를 대문자로 하며 제목 끝에 마침표 를 붙이지 아니한다. (예[e.g.]) [Table 1] Effect of Temperature on the BOD Removal Effciency 4. 그림(Fig.)의 경우 제목의 첫 글자만 대문자로 하고 나머지는 일반문장과 같은 방식으로 표현 하며 마침표를 붙인다. (예[ex.]) [Fig. 1] Schematic diagram of experimental set-up used for the biological wastewater treatment. 제7조(참고문헌[References] 표기방법) 1. 인용논문[Paper]은 저자명, 논문제목, 잡지명, 권, 면수, 연도 순으로 표기하며 예시는 다음 과 같다. (예) 1. [홍길동, 심청이, “유기성폐기물로부터 건강식품의 생산기술에 관한 연구”, 유 기물 자원화] Hong, G. D. and Shim, J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


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투고요령관련 [Instruction for Authors] C. E., "Healthy Food Production Technology from Organic Waste, J. of KORRA, 7(2), pp. 43~50. (1997). 2. Stephano, J. P., Sung, S. W. and Anderson, A. W., “The effect of sewage sludge ompost amended in soil”, Appl. Environ. Microbiol., 43(1), pp. 213~230. (1991). 2. 단행본[Book, Report]일 경우는 저자명, 서명, 출판판수, 출판사명, 면수, 연도 순으로 표기하 며 예시는 다음과 같다.

호를 내용 문장 끝의 상단괄호내에 표시(윗첨 자)한다. 5. 홈피[Web site], 현장 및 인터뷰[Site visit, Interview] 등 [etc.]은 통일성 있게 전항들과 같이 표기하며, 방문일[assessed date; ]을 표 기한다. 제8조(원고접수와 채택 [Submission, & Acceptance]) 1. 연구논문 및 총설원고는 2부(원본1부, 사본1부) 를 제출하여야 하며, 소정의 심사료는 원고제출 시에 납부하여야 한다. 2. 원고의 접수는 E-mail에 의해서도 가능하며,

(예) 1. [홍길동, 심청이, 폐기물처리, 3판, 유 기성출판사] Hong, G. D. and Shim, C. E., Waste Treatment, 3rd ed., Organics Publication, pp. 289~229. (1998). (예) 2. Bard, A. J. and Johnson, J. H., Standard methods, 2nd ed., McGraw-Hill, pp. 297~298. (1998). 3. 학  술회의 Proceeding 일 경우는 저자명, 논문 제목, 학술회의명, 면수, 연도 순으로 표기하며 예시는 다음과 같다. (예) 1. [강동균, 최석순, 서상환, 차형준, “유 기인 화합물 분해를 위한 재조합 전세 포생물촉매시스템 개발 연구”, 대한환 경공학회 2003 춘계학술연구 발표회] Kang, D. G., et.al, "Biocatalysis Development ~," KSEE(The Korean Society of Environmental Engineers) Spring Conference, pp. 99~102. (2003). (예) 2. Daughtrey, H. E. and Williams, D. F,. “Comparison of methods for monitoring dirt deposition pollutants”, in Proceedings of Intern. Symp. Surface Modification Tech., pp. 856~860. (1998). 4. 인  용문헌은 본문 중에 나오는 순으로 일련번

E-mail를 이용할 시에는 그림과 표가 원본에 포함되게 해야하며, 그림은 화상도가 높은 스캐 너를 사용하여 삽입해야 ���다. 단 E-mail접수 시에 반드시 편집위원회에 도착여부를 확인해 야 한다.[via E-mail: kowrec@empas.com] 3. 논문 투고시 투고 논문 겉장에 논문 제목(들), 저자와의 연락을 위한 저자 주소(를), 저자 대표 자의 전화번호와 FAX번호를 기입한다.[With your address, Tel., and Fax numbers] 4. 논문원고 분량은 가능한 인쇄지면으로 10페이 지 이내[10 pages Max.]가 되도록 하며, Fig.와 Table을 포함하여 페이지 순서를 기입한 원본 1 부와 글(Version 96이상)을 사용하여 작성하 고 입력된 디스켓을 제출한다. 5. 투고원고의 접수일은 본 회에 도착한 날로 하 며, 채택일은 심사가 완료된 날로 한다. 제9조(심사료와 게재료[Fees]) 1. 논문심사료[Peer Review Fee]는 편당 10,000 원[10$]으로 한다. 2. 논문게재료[Publication fee]는 한 페이지당 10,000원[US$10/page]의 게재료를 징수하 고, 6페이지를 초과하는 경우에는 페이지당 30,000원[$30/page for more than 6pages] 의 게재료를 징수하고, 별쇄본 요청시 기여금을 징수할 수 있다. 제10조(위임사항) 기타 본 규정에 명시되지 아니한 사항에 대한 결정은 편집위원회에 위임한다.

유기물자원화, 제21권, 제1호, 2013


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투고요령관련 [Instruction for Authors] 제11조 이 규정은 2004년도 1월 1일부터 소급시 행한다. 발표 논문 심사 규정 [Peer-Review System] 제1조 본 학회에서 발간하는 학술 및 기술지에 게 재할 논문의 심사는 본 규정에 따른다. 심사대상은 원저(Original paper), 총설(Review paper), 단보 (Note) 등으로 한다. 제2조 심사위원 명단은 일체 발표하지 아니하며 심 사내용도 저자 이외에는 공표하지 아니한다. 제3조 논문 또는 총설은 2명 이상의 심사를 거쳐 편집위원회에서 게재여부를 결정한다. 제4조 [Accepted only if 2/3 of peer review members are granted.] 논문의 심사결과는 심사 총평 및 논문 심사평가 세부내용으로 작성하고, 게 재가능, 수정 후 게재가능, 게재 보류, 게재 불가능 의 4종으로 나눈다. 1. 게  재가능 논문 : 심사 후 논문을 교정 없이 게 재한다. 2. 수정 후 게재가능 논문 : 심사위원이 지적한 사 항을 저자가 수정한 후 편집위원이 수정여부를 확인하고 게재한다. 3. 게  재 보류 논문 : 논문의 질이 부족하다고 판단 되는 경우, 연구내용 및 목적이 분명하지 않아 오해의 소지가 있는 경우, 기타 본 학회지에 게 재하기 위해서 대폭적인 수정이 필요한 경우에 해당된다. 4. 게  재 불가능 논문 : 논문의 독창성이 인정되지 않는 경우, 연구결과가 이미 발표된 연구결과와 뚜렷한 차이가 없는 경우, 영문으로 작성되었으 나 이해하기 불가능한 경우, 대폭적인 수정을 하여도 본 학회지에 게재가 불가능하다고 판단 되는 경우에 해당된다. 제5조 심사위원 중 1명이 게재가능으로, 1명이 게 재불가로 판정하였을 경우에, 제2항에 구애됨이 없이 제3의 심사위원에게 1, 2심사위원들의 심사 평을 첨부하여 심사를 의뢰한다. 이 경우 제3의 심

사위원의 판정 기준에 따라 논문을 처리하고, 만 일 가부판정을 확실히 할 수 없을 경우에는 편집 위원회가 이를 심의하여 게재여부를 결정한다. 제 3의 심사위원이 수정 후 게재를 지시하였다면, 심 사위원의 지적한 사항을 저자가 수정한 후 재심사 를 거쳐 확인하며, 게재여부의 최종 결정은 편집위 원회가 한다. 제6조 영문으로 작성된 논문으로 문맥이 분명하지 않거나 문법적으로 해독이 곤란한 경우에는 저자 에게 수정하게 하거나 국문으로 재작성하여 투고 할 것을 권한다. 제7조 논문의 게재여부를 결정하기 위하여 필요할 때에는 전문분야별 편집위원으로 구성된 소위원회 를 소집할 수 있으며, 소위원회는 편집위원장과 편 집위원 그리고 반드시 관련된 심사위원이 포함되 어야 한다. 제8조 심사위원은 심사위촉 후 15일 이내에 위촉받 은 원고를 심사하고 심사평을 원고와 함께 본 학회 에 반송하여야 한다. 심사위원이 심사위촉 후 30일 이내에 심사의견을 제출하지 아니 할 경우에는 심 사의뢰를 해촉할 수 있다. 이 경우 원고는 즉시 본 학회로 반송하여야 한다. 제9조 이 규정은 2000년도 1월 1일부터 소급시행 한다.

J. of KORRA, Vol. 21, No.1, 2013


Check List for Reviewers in Peer-review System [심사서 항목들] Ⅰ. General Comments: 1. Type of paper: Submitted article is a technical note, original research paper, or short communications with subject of governmental regulations and policy analysis, and a critical review on new concept? 2. Contents of paper: Submitted article include the technology or method with originality? Logical approach of method, collection and analysis of date through experimental method approved by similar academic society, discussion of results, and conclusions? 3. Keyword: Have you searched for key words provided by authors?

Ⅱ. Reviewer Blind Comments to Author: Ⅲ. Reviewer Confidential Comments to Editor: Please enter an ‘V ’ as appropriate and expand where necessary on the accompanying sheet:

1. Subject matter Within the scope of the journal ( ), Not appropriate for the journal ( ) 2. Originality Similar papers published by this journal ( ), Similar papers published by others ( ), Unaware of similar papers ( ) 3. General Assessment (E=Excellent, G=Good, F=Fair, P=poor) Originality ( ), Technical quality ( ), Clarity of presentation ( ), Importance in field ( ) 4. Title Accurately reflects ( ), Needs revision ( ) (suggest alternative) 5. Language Grammatically good ( ), Needs revision ( ) 6. Abstract Clear and adequate ( ), Should be condensed ( ), Should be rewritten ( ) 7. Presentation Good ( ), Too brief for clarity ( ), Too lengthy ( ), Containing irrelevant material ( ) 8. Illustration or Figures Should be rearranged ( ), Good ( ), Fig(s) may be omitted, Extra figures required ( ), Quality inadequate ( ) 9. Tables Good ( ), Should be rearranged ( ), Tables may be omitted 10. Abbrevitations, formulae, units Conform to acceptable standards ( ), Need revision ( ), Should be explained ( ), A notation list is necessary ( ) 11. References Appropriate ( ), Incorrect ( ), Insufficient ( ), Too extensive ( ) 12. Grading of paper Excellent ( ), Good ( ), Weak ( )

Ⅳ. Recommendation: Publish (

), after minor amendments (

V. Reject Reason, and Suggestions: ⅤI. Overall Manuscript Rating(1-100):

pt.s

), or Reject (

)


Publication Demand and Copyright Transfer Form [게재요청 및 저작권 이양서] Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association (J. of KORRA) Title of Manuscript:

Type of Contribution 1. [원 저] Original paper ( 2. [총 설] Review paper ( 3. [단 보] Technical note ( 4. [특 집] Special feature ( 5. [현장자료] Field note (

) ) ) ) )

PUBLICATION DEMAND AND COPYRIGHT TRANSFER The undersigned authors hope that the above titled manuscript could be published in Journal of KORRA(Korea Organic Resources Recycling Association)’ and agree with the following points. 1. The undersigned authors warrant that this manuscript is original and did not infringe copyrights of other papers. 2. The undersigned all authors actually contributed to this manuscript and share a common responsibility,and clacked the publication ethics. [국제표준출판윤리 (http://publicationethics.org/international-standards-editors-and-authors) or ICMJE(for biomedical journals)] 3. This manuscript has never been published and was not or will not be submitted to other journals for publication. 4. The KORRA Editorial Board has the right to raise an objection to the copyright infringement conducted other people without permission of the undersigned authors. 5. After this manuscript is published in the J. of KORRA, the undersigned authors transfer all rights to revise, adapt, prepare derivative works, publish, reprint, reprouduce, and distribute the paper to the KORRA. Date : Author

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, Signature

Corresponding author First author Co-author 1 Co-author 2 Co-author 3 Co-author 4

Corresponding author has the authority to act on their behalrf on all matters pertaining to publication of the paper


입회 안 내 안내 [Membership Guide] 본 유기성자원학회의 취지와 목적에 찬동하여 회원이 되고자 하시는 경우는, 입회원서(개인용 및 단체용 구분)를 작성하여 본 학회로 보내주시고 회비는 아래의 구좌로 납입 바랍니다. -아

래-

⊙ 입회시 구비서류:입회원서 ⊙ 회비납부 및 광고료 구좌:우리은행[Woori Bank], 계좌번호:1005-901-937547, 예금주:(사)유기성자원학회 ⊙ 구비서류를 작성하고 회비를 납부하신 분은 본 학회 정관이 정하는 절차를 거쳐 신규 회원으로 등록이 됩니다. ⊙ 학회지 게재료[Publication Fee] 구좌 : 우리은행, 계좌번호:1005-301-937545, 예금주:(사)유기성자원학회 2013. 사단법인

.

.

유기성자원학회

< KORRA의 회원구분 > 회원의 자격 본 회의 회원은 정회원, 명예회원, 준회원, 단체회원 및 기업회원의 5종으로 구분하며, 회원이 되기 위해서는 본 회의 소정의 입회원서를 제출하고 이사회의 승인을 얻어야 한다. (정 회 원) 정회원은 정회원 1인의 추천으로 이사회가 승인하는 자로 한다. (명예회원) 명예회원은 자원화기술에 관련된 분야에서 학식, 덕망이 높고 본회 발전에 적극 협조한 국내외 인사중에서 이사회 의 추천으로 정한다. (준 회 원) 자원화기술에 관심이 있는 대학 및 전문대학의 재학생으로, 정회원 1인 이상의 추천으로 이사회가 승인하는 자로 한다. (단체회원 및 기업회원) 단체회원은 학교, 도서관, 연구소 및 사회단체 등으로 이사회의 동의를 얻은 비영리단체로 한다. 기업 회원은 자원화기술에 관심이 있는 기업으로 영리단체로 한다.

< KORRA의 회비안내 > 입회비[Entrance Fee]:5천원[5$] 연회비[Yearly Fee] 단체회원[Org.]:10만원[100$] 기업회원[Biz.]:중소기업 30만원 이상[300+$] 대 기 업[Large Co.]: 100만원 이상[1000+$] 준 회 원(학생)[Student]:1만원[10$] 정 회 원[Full Member]:2만원[20$] 평생회원[Life-Long Member] : 만55세이상[55+ Yr.s old] 20만원[200$], 55세미만[Younger Than 55Yr.s old] 30만원[300$] 명예회원[Honorary Member] : 기부금[Donation amount]


입 회 원 서 (개인)

절 취 선

진 KOWREC사[Photo] NEWS

[Membership Application (for Personnal) ] 회원구분

정회원(

) 준회원(

[Member Type]

[Reguler]

[Semi]

)

회원번호 [Member No.]

한글:

영문 [English]:

[Name]

한문:

주민등록번호:

주소 [Address]: 자 택 주 소 [Home Address]

우편번호 [Zip Code]: 전화번호 [Tel. #]:

핸드폰 [Mobile]:

주소 [Address]: 근

[Affiliation address]

학회지 발송처 [Journal Delivery Place]

우편번호 [Zip Code]:

직장 및 소속 [Affiliation]:

전화번호 [Tel. #]:

FAX:

E-mail:

Website:

자택 [Home] (

근무처 [Affiliation] (

)

)

기 간 [Duration]

대학 및 학과 [Univ. & Dept.]

학 위 [Degree]

기 간 [Duration]

직장 및 소속 [Affiliation]

직 위 [Position]

[Academic Background]

[Professional Background]

전공분야 또는 업무분야(구체적으로) [Specialty Areas] 추천자 [Recommender]

소속 [Affiliation]

성명 [Name]

본인은 귀 학회의 목적에 동의하여 회원으로 가입코자 하오니 허락하여 주시기 바랍니다.

[Here I’m Submitting My Application Form.] 20

일 [Date]

성명

(인)

[Name]

[Sign]

(사)유기성자원학회장 귀하 [To the President of KORRA]


입 회 원 서 (단체) [Membership Application (for Organization)]

기관(단체)명 [Name

대 표 [CEO] :

]

주 주

[Address]

소 [Address]

우편번호 [Zip Code] 전화번호 [TEL] 팩

스 [FAX]

웹페이지 [Web page] 종 사 분 야 [Specialty Area]

년 회 비

[Yearly Free]

US $

소속 및 직위 [Affiliation] 성 학회유관 담당자 [Man in Charge]

명 [Name]

전화번호 [TEL] 핸 드 폰 [Mobile] e-mail 소속 [Affiliation] : 성 명 [Name] :

추천자 [Recommender]

본인은 귀 학회의 목적에 동의하여 회원으로 가입코자 하오니 허락하여 주시기 바랍니다.

[Here We re Submitting the Application Form.] 년 기간(단체)명 [Name

]

[Sign]

20

인 준 [Permission Date]

20

기업 [Biz] (

일 [Date] (인)

접 수 [Receiving Date]

회원구분 [Type of Member]

) / 단체 [NGO] (

)

(사)유기성자원학회장 귀하 [To the President of KORRA]


“자원 및 에너지 강국의 초석"을 위한 KORRA ; The’KS-BMW’(=Korean Society for Bio-Mass Worldwide)

사단법인 유기성자원학회 KORRA (Korea Organic Resources Recycling Association) 서울 서초구 양재동 275-6, 삼호물산 빌딩 B-1207. 전화/팩스 02)589-1221/589-1220 /E-mail kowrec@daum.net

선결

문서번호 : 유자학 2013-04-06 시행일자 : 2013. 04. 06.

접수

받음 : 회원사(비회원사 포함) 대표님

일자시간 번호

처리과

참조 : 광고 협찬의 건

지시

결제 ₩ 공람

담당자

제목 : 학회 20주년 기념 세미나 광고 협찬의 건 1. 귀 기관(사)의 무궁한 발전을 기원합니다. 2. 우리 학회는 창립 20주년을 기념하여 2013년 5월 3일(금) 오전 9시부터 여의도 중소기업중앙회관 그랜드홀에서 춘계학술발표회를 갖습니다. 3. 이와 관련하여 춘계학술발표 세미나를 더욱 빛내고자 귀사의 광고 협찬을 부탁하오니 부디 협조하 여 주시면 감사하겠습니다. 광고 협찬의 경우 세미나 자료집에 게재될 예정입니다. 또한 광고 협찬사를 대상으로 세미나 장소 한 쪽에 유기성자원기술을 홍보할 수 있도록 공간을 마련하였습니다. 광고 협찬 단가표를 확인하신 후 여건이 따라 적극적인 관심과 협찬으로 우리 학회 20주년 기념 춘계학술발표회가 더욱 빛날 수 있도록 협조부탁 드립니다. 감사합니다. 컬러/흑백

사이즈

금액

뒷표지

컬러

A4 사이즈

200만원

표지 앞쪽(2),(3),(4)

컬러

A4 사이즈

150만원

세미나 안쪽에 마련된 홍보공간에서

뒷표지 안쪽

컬러

A4 사이즈

120만원

기술홍보 등 카다로그 배부 가능

기타 내지

컬러

A4 사이즈

100만원

기타 내지

흑백

A4 사이즈

70만원

구분

첨부) 춘계학술대회 행사 일정 1부

비고


“세상 풍경은 우리 책임이다”

세상의 풍경을 만드는 대림의 정신입니다.

집을 세우고 다리를 짓고 길을 내고 그 위를 달리는 운송수단을 만드는 것이 저희의 실체입니다만 결국 이 모든 것이 세상의 풍경을 만드는 일이라고, 그것이 우리의 책임이라고 대림은 생각합니다. 대림은 이름 뜻 그대로 큰 숲처럼 쾌적하고, 풍요롭고, 무한한 기업이 되고자 노력합니다. 뾰죽 드러난나무이기보다는 우직하고 풍성한 숲이기를 바라는 대림人! 앞으로도 세상을 위한 큰 숲이 되고자 노력할 것입니다. 大林은 큰 숲입니다

■고객에게 가장 사랑받는 e-편한세상 아파트로부터 서해대교건설프로젝트, 대한민국건설대상, 마케팅대상, 재무구조대상등의 수상실적에 이르기까지- 대림은 정도경영, 내실경영의 성과를 꾸준히 거두고 있습니다


이 학술지는 2013년도 정부재원(교육과학기술부)으로 한국과학기술단체총연합회의 지원을 받아 출판되었음. This journal was supported by the Korean Federation of Science and Technology Societies(KOFST) Grant funded by the Korean Government(MEST).

(사)유기성자원학회 1992 KORRA Homepage : www.korra.or.kr E-mail : kowrec@empas.com (편집용 ; Editorial) kowrec@daum.net (행정용 ; perational)

“자원 및 에너지 강국의 초석” 을 위한 KORRA ; The‘KS-BMW’(=Korean Society for Bio-Mass Worldwide) www.bolimsnp.com

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100-013 서울시 중구 충무로3가 56-7 TEL 02-2263-4934~5(대표), FAX 02-2276-1641 한림대점 TEL 033-248-3968 FAX 033-257-6742


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