본 실험은 음식물 쓰레기와 다른 유기성 자원의 혼합처리가 지렁이(Eisenia foetida)의 생육과 분변토 생산량, 분변토의 화학적 특성에 미치는 영향을 조사하여 지렁이에 의한 음식물쓰레기의 처리 가능성을 조사하였다. 음식물 쓰레기 100%, 음식물 쓰레기와 우분, 돈분 슬러지, 톱밥발효 돈분, 인분 슬러지, 하수 슬러지를 각각 50:50으로 혼합 처리하였을 때, 음식물쓰레기 100% 처리구에서는 지렁이가 생존하지 못하여 지렁이에 의한 퇴비화가 불가능하였다. 지렁이에 의한 퇴비화 과정에서 최종산물로 생산되는 분변토는 모든 처리구에서 유효인산 함량, 양분 보전능(CEC), 친환성 칼륨 및 마그네슘이 함량이 식물체의 생육에 필요한 양분요구량 이상 함유되었다. 분변토 생산량은 음식물 쓰레기와 톱밥발효 돈분의 혼합 처리구에서 가장 많았고, 분변토 비율은 음식물 쓰레기와 우분의 혼합 처리구에서 유의하게 높았다. 또한 지렁이 체 조직으로의 유기물 전환율과 전환효율은 음식물 쓰레기와 우분, 음식물 쓰레기와 톱밥발효 돈분 처리구에서 높은 값을 나타내어, 음식물 쓰레기와 가축 분을 혼합 처리하는 것이 지렁이에 의한 퇴비화에 가장 알맞은 먹이조건인 것으로 판단되었다.
2004년말 현재 국내에서 발생되는 음식물쓰레기의 재활용량은 전체 발생량의 $87.7\%$인 10,015톤/일이며, 전체 재활용량의 $6.47\%$인 640톤/일 정도가 혐기성소화 방법에 의해 처리 및 자원화 되고 있다. 국내에서 적용되고 있는 음식물쓰레기 혐기성소화 기술의 대부분은 습식소화(Wet digestion) 공법이며, 처리 방법별로 2상 혐기성소화(Two-phase anaerobic digestion)와 하수슬러지 흑은 축산분뇨와 함께 혼합처리 하는 통합소화(Co-digestion) 공정으로 구분되고 있다. 음식물쓰레기의 자원화 방법에 있어 혐기성소화는 사료화, 퇴비화에 비하여 폐기물의 효과적인 감량화와 자원화 효과뿐만 아니라 유용 에너지원인 메탄가스의 회수가 가능하기에 최근에 주목을 받는 biotechnology중의 하나로 자리매김 하고 있으며, 또한 유기성폐기물의 자원순환형 관리 시스템 구현에 있어 적절한 대안으로 고려되고 있다.
국가적 과제인 음식물쓰레기 발생량을 저감시킬 수 있는 ‘지렁이를 이용한 음식물쓰레기 퇴비화’를 실천하고 있는 가정을 대상으로 설문조사를 함으로써 도시가정에서의 지렁이퇴비화 확산가능성을 확인할 수 있었다. 그러나 지렁이 사육방법에 대해 충분히 숙지하지 못함으로써 운영상에 어려움이 많았으며, 이에 대한 개선책으로서 일반인을 위한 지렁이퇴비화 지침서 제작.배포 및 상호간의 정보공유를 위한 장의 마련이 필요하였다.
본 연구의 목적은 음식물쓰레기의 발효생산물을 가축분뇨 퇴비화에서 수분조절제로의 활용가능성을 살펴보는 것이다. 유기성 폐기물중 많은 발생량과 높은 농도의 오염도를 보여주는 음식물쓰레기와 가축분뇨를 처리함에 있어 비용적인 면과 환경적인 면을 고려하여 발효생산물을 수분조절제(Bulking agent)로 이용하여 퇴비화 실험을 수행하였다. 물리화학적 변화, 중금속농도, 처리방법별 비용, 적정혼합비 등에 관한 연구 결과는 다음과 같다. 1. 음식물쓰레기 퇴비화 과정에서 온도와 OM/N비는 16~24일을 전후하여 급격한 변화를 보여주었다. 2. 축분과 발효생산물을 혼합한 퇴비의 염분은 0.5%내의 값을 나타내었는데, 축분이 발효생산물의 높은 염분농도를 희석한 것으로, 음식물퇴비의 염분문제 해결이 가능하다고 판단된다. 3. 축분의 퇴비화 공정에서 우분과 발효생산물을 4 : 6의 비율로 혼합한 방법이 가장 빠른 반응을 보여주었다. 4. 톱밥을 이용한 음식물쓰레기의 호기성 퇴비화 평균비용은 40원/kg임에 비해서, 발효생산물을 이용한 음식물쓰레기 호기성퇴비화의 평균비용은 30원/kg이므로, 경제성이 있음을 알 수 있다.
염분 함량이 높은 음식물쓰레기 퇴비의 안전한 농업적 활용을 도모하고자, 음식물쓰레기 퇴비를 논에 시용하고 벼를 재배하면서 관행구 등과 비교하여 벼 생육 반응에 미치는 영향과 토양 환경에 미치는 영향 등을 조사하였다. 시험재료의 성분 함량은 돈분퇴비에서 인산 ($15g\;kg^{-1}$)과 칼리 ($23g\;kg^{-1}$)가 높은 반면 음식물 쓰레기 퇴비에서는 전질소 ($13g\;kg^{-1}$)와 염분 ($18.5g\;kg^{-1}$)이 높은 재료였다. 논 영향평가는 식양질과 사양질 토양에서 화학비료 처리를 대조로 돈분퇴비와 음식물 쓰레기 퇴비를 시용하고 추청벼를 재배하며 실시하였다. 벼 유수형성기까지의 생육은 식양질 논에서는 화학비료 시용구가, 사양질 논에서는 돈분퇴비 시용구가 생육이 양호하였다. 수량은 두 토양 모두 화학비료 시용구에서 가장 높았고 퇴비 시용구는 식양질 논과 사양질 논에서 각각 20~25 %, 17~19 % 감수하였다. 이와 같이 초기보다 후기에 생육이 부진한 것으로 보아 감수 원인은 퇴비의 무기화가 늦어져 작물에 이용되지 못한 데 있는 것으로 보인다. 시험 후 토양의 성분 함량은 화학비료 처리보다 음식물쓰레기 퇴비와 돈분퇴비를 시용했을 때 유기물 함량이 약간 증가하는 경향은 있으나, 다른 성분은 별 차이가 없어 이들 퇴비를 논 토양에 시용했을 때의 토양에 미치는 영향은 크지 않은 것을 알 수 있었다. 또한 음식물쓰레기 퇴비를 시용하고 논 표면수와 60 cm 깊이의 침투수 중 암모니아태 및 질산태 질소를 분석한 결과, 이앙 9일 째에 암모니아태 질소는 관개수 농도 수준, 질산태질소는 거의 불검출 수준에 가깝게 낮아져 2차 수질오염에 대한 영향도 크지 않은 것으로 나타났다. 이상을 종합하여 볼 때 음식물쓰레기 퇴비를 논에 시용할 경우, 수질 및 토양 등 환경에 미치는 영향은 적으나 퇴비로만 벼를 재배하면 수량이 감소하였다. 따라서 논에서의 안정적인 음식물 쓰레기 퇴비 시용을 위하여는 퇴비 자재의 선택과 시용량, 시용방법 등에 대해 좀 더 많은 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
음식물쓰레기 이용 퇴비화의 운전 및 염분저감을 위한 적정조건 검토을 위한 연구를 수행하여 이하의 결과를 얻었다. 음식쓰레기와 톱밥을 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7 비율로 혼합하여 실험한 결과 6:4에서 가장 안정화된 퇴비가 생산될 수 있었다. 한편 음식물쓰레기 : 톱밥의 혼합비가 7:3 및 음식물쓰레기 : 왕겨의 혼합비가 6.5 : 3.5 와 6:4의 경우는 초기 C/N비 자체가 낮게 나타나 적정 퇴비화를 이룩하기 어려웠다. Agent로 톱밥을 혼합한 경우와 왕겨를 혼합한 경우 모두 pH가 급격히 상승하다가 안정화되어 7.5~8.5를 유지하였다. 수분함량은 왕겨를 사용한 경우가 톱밥을 사용한 경우보다 수분감량율이 높게 나타나 톱밥보다 공극율 및 통기성이 원활함을 알 수 있었다. 따라서 톱밥대체제로 이용가능 했다. 탄소화합물 함량은 톱밥의 경우 음식물쓰레기의 혼합 비율이 낮을수록, 왕겨의 경우 음식물쓰레기의 혼합 비율이 높을수록 높았다. 유해성분(납외7종)은 비료기준치 이하를 나타내 안전한 것으로 판별되었다. 염분의 경우 0.43-0.46%을 나타내어 비료기준치(1%)의 1/2로 저감되었다. 이상의 결과를 종합해 보면 음식물쓰레기 퇴비화에 있어 음식물쓰레기와 Agent의 혼합비가 6:4 일 때, Agent로는 왕겨보다 톱밥을 혼합할 때 효율적인 것으로 나타났다.
정부는 2005년까지 모든 지방자치단체가 음식물 쓰레기 재활용 시설을 완료하도록 법제화한 바 있다. 기존에 시설된 음식물 재활용 설비는 염분을 적절히 제거하지 못하여 퇴비로 사용할 경우 농작물에 해가 되는 경우가 많았고, 협잡물 제거가 되지 않아 사료로 사용할 경우 가축이 집단 폐사하는 경우까지 있었다. 또한 음식물 쓰레기를 처리할 때 나오는 악취는 새로운 공해가 되었다. 본 논문에서는 음식물 쓰레기를 처리할 때 생기는 제반 문제점을 해결할 수 있는 방안을 제시한다.
요즘 음식물쓰레기를 혐기성소화조에서 바이오가스와 유기성 퇴비를 생산하고자 하는 연구가 늘어나고 있다. 본 연구에서는 음식물쓰레기를 미생물제재로 발효시켜 바이오가스와 퇴비를 생산하기 위한 기초실험을 행하였다. 먼저, 각종 미생물을 조합하여 미생물재제를 개발하고, 이를 음식물쓰레기 Batch실험에서 발생하는 바이오가스 발생량을 확인하였다. 또한 실증플랜트에서 바이오가스 발생량과 퇴비화를 통해 혐기성소화조 바이오가스 생산 극대화와 실증화를 확인하였다.
음식물쓰레기 퇴비사용에 따른 감 과실의 특성 변화는 경도, 당도 등이 증가하였으며, 상주 둥시의 경우 색이 더욱 밝아지고 과육이 황색빛을 많이 띄게 되고, 갑주백목의 경우 색이 다소 어두워지는 반면 붉은색을 많이 띄는 특징을 나타내었다. Total phenol 함량과 가용성 탄닌은 음식물쓰레기 및 음식물 퇴비 처리에 의해 감소하는 경향을 나타내어 떫은맛이 다소 줄어들리라 판단되었고, 비타민 C의 함량이 대조구에 비해 증가하여 상큼한 맛을 더 많이 느끼게 될 것이라 생각되었다. 음식물쓰레기 퇴비사용에 따른 수확한 감과실의 저장성을 검토하여본 결과 상온저장 시에는 음식물 쓰레기 처리에 의한 저장성의 증대는 기대하기 어려웠으나 저온저장 시에는 음식물 쓰레기 퇴비 처리에 의해 경도가 상당기간 유지되는 것으로 나타나 음식물 쓰레기 퇴비사용이 상온저장조건에서 미치는 영향은 크지 않으나, 저온저장조건에서는 감과육의 물성 및 성분 조성에 효과적인 영향을 미칠 수 있다고 판단되었다.
음식물쓰레기 퇴비 시용이 담수 조건의 벼 생육과 수량, 체내 양이온 균형 및 토양의 Na 집적 등에 미치는 영향을 밝히고자 폿트 실험을 하였다. 처리로는 무처리, NPK, NPK에 NaCl을 3수준(300, 600, $900kgha^{-1}$)으로 시용한 처리, 음식물쓰레기 퇴비와 돈분발효 퇴비를 각각 3수준(30, 60, $90Mgha^{-1}$)으로 한 처리 등을 두었다. 음식물쓰레기 퇴비는 $Na_2O$ 함량이 2.2%로 높았다. 이앙 직후 활착기간 중 음식물쓰레기 퇴비 $40Mgha^{-1}$ > NPK+NaCl $900kgha^{-1}$ > 음식물쓰레기 퇴비 $20Mgha^{-1}$ 순으로 심한 위조 현상을 보였으며, 그 원인으로 판단되는 토양용액 중의 EC와 유기산 함량이 음식물쓰레기 되비 $40Mgha^{-1}$ 처리에서 매우 높았다. NaCl을 $900kgha^{-1}$까지 시용하여도 대조구인 NPK구에 비하여 유의성 있는 수확기 건물중의 감소가 일어나지 않았다. 음식물쓰레기 퇴비 시용은 시용량에 관계없이 수확기 건물중을 감소시킨 반면, 돈분발효퇴비는 $40Mgha^{-1}$까지 시용량이 증가될수록 건물중을 증가시켰다. NPK + NaCl처리들과 음식물쓰레기 퇴비 처리들에서 Na 시용량이 증가될수록 수확기 식물체 중 Na 함량이 직선적으로 증가되었다. Na 당량비도 Na 함량과 같은 경향이었으며, Na 당량비와 K 당량비 사이에는 고도의 유의성있는 부의 상관관계를 보였다. Na와 K의 당량비 및 Na/K 당량비 비율은 처리간 편차가 매우 컸던 반면, Na+K 당량비 합은 편차가 적어 상당부분 Na의 K에 대한 생리적 대체가 인정되었다. Na 이용률은 NaCl과 음식물쓰레기 퇴비 처리들에서 12~22%를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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