도시폐기물의 생물학적 특성들을 알아보겠습니다.
도시폐기물의 생물학적 특성
- 필수 영양물질과 미량 원소
도시폐기물의 유기물은 퇴비, 메탄, 에탄올과 같은 생물학적 처리공정의 원료로 이용될 수 있기 때문에, 폐기물 내 필수 영양물질과 원소들에 관한 정보는 미생물의 영양수지와 생물학적 처리 후 잔류물질이 어떻게 최종적으로 사용되는가를 평가하는데 중요하다. 도시폐기물의 유기물질에서 발견되는 필수 영양물질 및 미량 원소를 표 4-6 에 나타내었다.
4-3 도시폐기물의 생물학적 특성
) kcue NWA
Bug illeg”
플라스틱, 고무, 가죽성분을 제외한 대부분의 도시폐기물 중의 유기물 성분은 다같이 분류할 수 있다.
음과
도시폐기물의 생물학적 특성 1) 당류, 녹말, 아미노산, 여러 종류의 유기산과 같은 수용성 성분
도시폐기물의 생물학적 특성 2) 헤미셀룰로즈(hemicellulose), 즉 탄소가 5~6개 있는 당류의 축합생성물
도시폐기물의 생물학적 특성 3) 셀룰로즈(cellulose), 즉 탄소 6개의 당류 글루코오즈의 축합생성물
도시폐기물의 생물학적 특성 4) 지질, 유분, 왁스와 같은 알코올 에스테르와 긴 고리의 지방산
도시폐기물의 생물학적 특성 5) 리그닌, 즉 메톡실(methoxyl) 그룹(-OCH)을 포함하는 방향족 고리로서 고분자 물질임. 정확한 화학적 성질이 알려져 있지 않다(신문용지, 섬유성 판넬 등의 종이 상품에 존재한다).
도시폐기물의 생물학적 특성 6) 리그닌과 셀룰로즈가 조합된 리그노셀룰로즈(lignocellulose)⑦ 아미노산으로 구성된 단백질
도시폐기물내 유기성분의 가장 중요한 도시폐기물의 생물학적 특성은 거의 대부분의 유기물 성분들이 생물학적으로 가스, 불활성 유기물, 무기성 고형물로 전환될 수 있다는 것이다. 냄새와 파리의 발생 역시 도시폐기물 중의 유기물(음식 등)이 부패되는 성질과 관련이 있다.
- 유기성 폐기물 성분의 생분해성
550℃에서 태워서 결정하는 휘발성 고형물(volatile solids, VS) 함량은 도시폐기물중의 유기물 성분의 분해성을 측정하는데 종종 사용된다. 그러나 도시폐기물 중 유기물 성분의 생물학적 분해성을 나타내는데 VS를 사용하는 것은 오류를 범할 수 있는데, 이는 어떤 폐기물 성분은 VS는 높지만 생물학적 분해도는 낮게 나타나기도 하기 때문이다(예를 들어 신문용지, 정원폐기물의 일부 등). 대안으로 폐기물 내 함유된 리그닌의 양으로 생분해도를 평가하는데 다음과 같은 관계식을 사용하기도 한다.
BF=0.83-0.028LC
여기서 BF VS내 생분해 가능한 분율=0.83= 경험 상수 0.028 경험 상수•LC=건조기준으로 VS내 리그닌 함량(%)
리그닌 함량을 기준으로 한 도시폐기물 중의 유기성 폐기물의 생물학적 분해도는 표 4-7과 같다. 표 4-7에서 보는 바와 같이 신문용지와 같이 높은 리그닌 함유물은 다른 유기성 폐기물보다 상당히 생분해도가 떨어지게 된다. 표에 나타난 바와 같이 성분별 분해율은 다양하다. 실제 목적상, 주요 유기성폐기물 성분을 분해속도가 빠른 것과 느린 것으로 분류하기도 한다.
- 악취 발생
악취는 폐기물이 수거에서 최종적으로 매립되는 동안 적환장 등에서 장기간 보관될 때 발생하게 된다. 날씨가 더운 경우에는 악취문제가 더욱 심해지는데 특히 도
제4장 도시 폐기물의 물리적, 화학적, 생물학적 특성 111
표 4-7 리그닌 함량을 기준으로 한 유기성 폐기물 성분의 생분해 가능 분율(BF)에 대한 자료
음식폐기물휘발성 고형물 (VS).리그닌 함량(LC), 생분해 가능한 분총고형물(TS)에 대한 비율 VS의 % 분율(BF)7~150.40.82종이 신문지 94.021.90.22사무용지 96.40.40.82판지 94.012.90.47정원폐기물 50-904.10.72
식 (4-11)을 사용하여 계산
시폐기물 중의 분해성 유기성분의 혐기성 분해시에 발생된다. 예로 혐기성(환원)조건에서 황산염이온(SO2-)은 황이온(S2-)으로 변환되고 이는 수소와 반응하여 황화수소(HS)가 된다. HS의 형성은 다음과 같이 연속되는 두 반응에 의해 설명할 수 있다.
2CHCHOHCOOH+SO→2CH.COOH+S+H2O+CO2
lactate sulfate 4H2+SOS2+4HO S-+2H+HS acetate sulfide ion
(4-12)
(4-13)
(4-14)
S- 이온은 또한 금속염과 결합하기도 하는데, 예를 들어 철인 경우 다음과 같이 금속황화물을 형성하게 된다.
S2-+Fe2+ FeS
(4-15)
매립지에서 혐기성 분해시 폐기물에 나타나는 검은 빛깔은 주로 금속황화물의 형성에 의한 것이다. 이러한 금속 황화물이 형성되지 않는다면 매립장에서 악취 문제는 매우 심각하게 된다.
황 라디칼을 포함하는 유기 화합물의 생화학적 환원은 메틸메캅탄과 아미노부틸산과 같은 혐오성 악취 화합물을 형성하게 된다. 아미노산인 메티오닌의 환원에 대해 예를 들면,
CH,SCH,CH,CH(NH2)COOH methionine +2H methyl CH,SH+CH,CH₂CH₂(NH2) COOH (4-16) aminobutyric mercaptan acid
112 제2편 폐기물의 발생원, 조성 및 성질
•메틸메캅탄은 생물학적으로 가수분해 되어 메틸알콜과 황화수소로 된다.
CHSH+HO→CHOH+HS
- 파리 번식
(4-17)
더운 여름철에 쓰레기를 저장할 때 파리 번식 문제는 매우 중요하다. 파리는 알에서 성충으로 성장하기까지 두 주일이 채 걸리지 않는다. 다음은 일반적인 집파리의 알에서 성충으로의 성장기간을 나타낸 것이다.
알 8~12시간 애벌레 1기 애벌레 2기 애벌레 3기번데기 20시간 24시간 3일 4~5일 9~11일 도시
애벌레에서 파리로 성장하는 데는 걸리는 기간이 짧기 때문에, 현장에서의 통제가 어려워진다. 일단 애벌레가 되면 콘테이너를 비울 때에도 애벌레들이 콘테이너 내벽에 붙어 있어 제거하기 어려우며, 이것들은 남아있다가 파리가 된다. 또한 애벌레는 뚜껑이 열린 빈 캔 등에서 성장한 후 밖으로 나와 파리가 되어 날아간다.
4-4 도시폐기물의 물리적, 화학적, 생물학적 처리
이 절의 목적은 도시폐기물 관리를 위해 이용될 수 있는 주요 처리공정을 소개하기 위함이다. 이러한 처리는 인공 또는 자연적으로 일어날 수도 있으며 주로 물리적, 화학적, 생물학적 방법으로 대별되며 가능한 한 처리공정과 그 공정에 의한 부산물 생성을 이해해야만 한다. 왜냐하면 그것들은 종합적인 폐기물 관리 계획을 개발하는데 직접적으로 영향을 주기 때문이다.
- 도시폐기물의 물리적 처리
주요 물리적 처리방법에는 (1) 선별, (2) 기계적 부피 감소(압축), (3) 기계적 크기 감소(파쇄)가 있다. 물리적 처리는 화학적, 생물학적 처리와는 달리 상 변화(예를 들면 고체에서 기체로)가 없다.
(1) 선별 선별이란 기계 또는 인간의 손을 이용하여 다양한 성분이 혼합된 도시폐기물로부터 일정한 성분을 분류해내는 공정을 일컫는 용어이다. 즉, 선별은 이질 성분들이 혼합되어 있는 폐기물을 다소 균일한 여러 성분들로 나누는데 사용되며, 재이용 및 재생 가능한 물질의 품질을 향상시키기 위해 분리된 물질 중에서 이물질을 제거하거나, 도시폐기물에서 유해성 폐기물을 제거하는데 필요한 공정이다.
(2) 압축 압축은 일반적으로 기계적인 압력을 가해 쓰레기를 처음의 부피보다 감소시키는 공정을 일컫는 용어이다. 대부분의 도시에서 폐기물 수거차량은 한번 운행에 수거할 수 있는 폐기물의 양을 늘리기 위해 압축설비가 되어 있다. 재활용을 위해 도시폐기물로부터 분리된 종이, 골판지, 플라스틱, 알루미늄과 주석캔 등은 저장과 조작 비용 및 처리 센타로의 운반비용을 줄이기 위해 압축시켜 운반하기 쉬운 덩어리로 만드는 것이 일반적이다(그림 4-6 참조). 종이와 골판지로부터 난로용 연료를 생산하는 예와 같이 최근에는 다양한 용도에 적합한 물질을 생산하기 위한 고압축 시스템이 개발되고 있다. 또 폐기물의 매립장으로의 수송비용을 절감하기 위해 적환장에서도 압축장비를 사용하고 있을 뿐 아니라, 매립지의 수명을 연장시키기 위해서도 복토전에 흔히 매립층을 압축한다(그림 4-7 참조).
표 4-8 폐기물 관리를 위해 사용되는 처리공정
처리공정 처리 방법 처리상태 또는 주요 처리 산물물리적선 별압 축파 쇄수작업 또는 기계적 분리 혼합된 도시폐기물 내 발견되는 개별성분 기계적인 압력 에너지 기계적인 파쇄 에너지 부피 감량 형태 변화, 크기 감소화학적 소 각 열적 산화열분해 가스화분해 증류저산소 연소CO, SO 기타 산화산물, 소각재기체, 타르, 유분, 목탄 등 낮은 열량의 가스, 탄소를 포함한 목탄과 연료에 있는 불활성 물질, 열분해 오일 생물학적 호기성 퇴비화호기성 생물학적 처리 혐기성 소화(낮은 또는 혐기성 생물학적 처리 높은 고형물농도) 혐기성 퇴비화 혐기성 생물학적 처리 퇴비 (토양 개량제로 사용되는 부식질 물질)CH CO 미량가스 성분, 소화된 부식질 또는 슬러지 CH CO2 소화된 폐기물
“매립지에서는 혐기성 퇴비화가 일어난다(제 11장 참조).
114 제2편 폐기물의 발생원, 조성 및 특성
그림 4-6 재활용품 회수시설에서 사용되는 베일러. 종이, 골판지, 플라스틱, 알루미늄캔 등을 덩어리로 만드는 설비
그림 4-7 매립장에서 당일복토 전에 실시하는 폐기물의 압축
(3) 파쇄 파쇄는 기계적인 힘으로 쓰레기 크기를 줄이는 처리공정을 일컫는 용어이다. 파쇄의 목적은 균일하면서도, 본래의 형태에 비해 크기가 상당히 작아진 최종산물을 얻는 것이다(그림 4-8 참조). 일반적으로 크기가 작아지면 부피도 감소하나, 크기가 작아지더라도 부피가 본래의 부피보다 더 증가하는 경우가 있다(종이 파쇄의 경우).
그림 4-8 Tub grinder에 의한 정원 폐기물의 파쇄 작업 전후
도시폐기물의 생물학적 특성을 알아보았습니다. 다음에는 도시폐기물의 화학적 처리를 알아보겠습니다.