이승조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 살처분 가축의 안정화 및 혐기성 소화..

영문 : Stabilization and Anaerobic Digestion of Killed Animals..

과제 팀명

이승조

지도교수

박철휘 교수님

개발기간

2019년 9월 ~ 2019년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 김*영(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 김*우

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 이*한

서울시립대학교 환경공학부 20148900** 정*식

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

우리나라에서는 제1종 가축전염병에 감염되었거나 감염이 우려되는 가축에 대하여 살처분을 명해야 한다(가축전염병예방법 제20조).  또 구제역 등 기타 가축 전염병에 노출된 폐사 가축 사체에 대해 신속하게 소각 및 매몰 처리를 하고, 그 밖의 가축전염병에 감염된 가축 사체에 대해서도 적절히 처리해야 한다(동법 시행규칙 제25조 및 긴급 방역 행동지침). 하지만 국내 축산환경 여건상 소각이나 그 밖의 처리는 현실적으로 어려워 대부분 FRP 매립 탱크에서 가스 살처분 후 매몰하는 방식에 의해 처리되고 있다. 매몰된 가축들은 부패 및 안정화를 위해 3년 동안 특별한 허가 없이는 발굴 및 재활용하지 못하며, 그 이후에 처리가 가능하다(동법 제22조). 하지만 3년이 지나도 매립된 가축들이 부패하지 않으며 이를 재처리하는 데 많은 어려움이 있다. 이에 우리는 FRP 매립 탱크에 매몰된 가축 사체들을 기존 혐기성 소화조를 활용하여 처리하는 방식을 도입하여, 매립지에 관한 여러 문제점을 해결하고 친환경 바이오 에너지를 생산하는 효율적인 방식을 제안하고자 한다.

개발 과제의 배경 및 효과

2019년 9월 17일 파주에서 아프리카 돼지열병(African Swine Fever, ASF)이 최초로 확인된 이후 연천과 김포에서도 아프리카 돼지열병이 추가로 확인되어 돼지 수만 마리가 살처분 되었으며, 앞으로도 아프리카 돼지열병이 확산될 경우 더 많은 돼지가 매립 처분될 것으로 예상된다. 과거의 2011년의 구제역 파동과 2016년의 조류 독감으로 약 1억 마리의 가축이 살처분 되었던 것과 아프리카 돼지열병의 전염성을 고려했을 때 살처분 가축은 기하급수적으로 늘어날 것으로 판단된다. 
2014년 이후 가축을 매립할 때 발생하는 침출수, 악취 문제를 해결하기 위해서 FRP 매립탱크를 이용하고 있다. 가축의 매립이 이루어질 때 탱크 속에서 부패를 촉진하기 위하여 미생물과 함께 매립되었지만 3년이 지난 뒤 확인해 보았을 때 부패가 충분히 일어나지 않은 것으로 확인되었다. 부패가 되지 않는 상태로 가축을 매립해놓을 경우 침수, 탱크의 파손에 의해 잔존 바이러스가 퍼질 수 있는 위험이 있다. 매립의 경우 침출수, 토지의 이용, 악취 등의 문제가 있다. 또 탱크의 유지관리에 부수적인 인력, 자원이 소모되고 있는 실정이다.

개발 과제의 목표와 내용

목표

혐기성 소화에 의한 동물 사체의 처리 타당성을 검토하고, 동물 사체의 혐기성 소화를 이용한 효율적인 바이오 가스 자원화 시설 설계

내용

본 설계는 기존에 행해지는 FRP 매립탱크를 이용한 가축 사체 처리 방식에서 발생하는 문제점을 개선함과 동시에 매립된 탱크 속 가축 사체를 이용한 에너지 재활용에 목적을 두었다.
현재 매립한 후 3년이 지난 FRP 매립탱크의 목적인 바이러스의 안정화, 가축의 안정적인 부패의 목적이 달성되지 못하고 있다. 본 설계는 이러한 문제점을 근본적으로 해결하기 위해 매립되어 있던 가축의 사체 처리에 목적을 두어 혐기성 소화조 설계를 하는 대에 있다.
본 설계의 전체적인 흐름은 다음과 같다. 매립되어 있는 FRP 탱크를 꺼내어 열가수분해 시킨 후, 살처분 가축 운송 매뉴얼에 따라 혐기성 소화조로 이동시킨다. 그 후, 혐기성 소화조에서 에너지 회수 및 안정한 사체 처리를 진행한다. 이 과정에서 생성되는 부산물에 대한 처리까지의 설계를 예정하고 있다.
혐기성 소화조로 이동되기 전에 가축 사체는 먼저 열가수분해의 과정을 거치게 된다. 이는 혐기성 소화과정, 안정화 과정의 효율을 높이고 공정 내 운반을 용이하게 하기 위함이다. 이후에는 잔존 바이러스를 처리하고 혐기성 소화 공정에 투입되기 전 안정화 작업을 수행한다. 혐기성 미생물의 활성을 활발하게 유지하기 위해서는 일정한 성상의 유기물을 투입해야 하기 때문에 안정화 과정이 필요하다.

관련 기술의 현황

State of art

◇ 세계적인 가축사체의 혐기성 소화조 현황 세계적으로 대부분의 가축 사체의 처리는 매립의 방식을 사용하거나 렌더링을 통한 처리를 하는 경우 가 대부분이다. 가축사체의 혐기성 소화를 통한 처리 방식은 현재 상용화되지 않고 있다. 이러한 이유는 공정에 대한 기준이 정립되지 않았기 때문이다. 현재까지의 기술력으로는 가축사체의 혐기성 소화조의 유지비용은 기존의 소화조의 유지 비용보다 약 30~50% 정도의 비용이 더 들어간다. 또한 보통의 혐기성 소화조는 한 달 내에 소화조의 건설이 가능하지만, 가축사체 혐기성 소화조의 경우에는 위와 다르게 6개 월 이상의 건설 시간이 평균적으로 요구된다. 긴 건설시간이 걸리는 이유는 여러 내식처리, 전처리, 후 처리 등의 상세한 설계가 필요로 해서 일시적인 소화조로 할 수 없어 반영구적인 소화조를 설치해야 하 기 때문이다. 다른 이유로는 가축사체의 경우 대량으로 발생하는 경우가 많다. 이는 전염병에 의한 경우 가 많아 병원균에 대한 대비가 확실해야 하다. 이 때문에 사체는 크기를 줄이는 과정과 살균이라는 전 처리가 필요하다. 이러한 전처리 후에 병원균은 고온 혐기성 처리를 통해 1차적인 처리 가능하나, 설계 흐름의 마지막 부분에 추가적인 열처리를 함으로써 병원균을 2차적으로 제거해야 할 필요성이 있다. 이러한 단점에도 세계적으로 혐기성 소화를 통한 가축사체의 처리에 연구를 열을 올리는 이유는 가축사체를 없애고 그 결과로써 에너지를 회수할 수 있는 장점이 있기 때문이다. 가축사체 처리의 큰 문제는 높은 질소 함량으로 인한 암모니아의 과다 발생, 그에 따른 부하율 제한이다. 현재 이를 해결하는 방안으로 아나목스(ANAMMOX) 미생물을 이용하여 암모늄 이온을 바로 산화시켜 질소로 전환하는 방식에 대 해서 연구가 활발하다. 이를 통해 암모니아의 농도를 줄이고 질소 함량을 줄이게 된다면, 추가적인 전처 리과정을 거치면 기존의 혐기성 소화와 맥락을 같이하는 유기물로써 소화조에 들어갈 수 있을 것으로 보고 있다.

기술 로드맵

특허조사

①이동식 가축 살처분 사체의 처리방법(KR101111438B1)

출원번호/일자: 1020110021615 (2011.03.11) 등록번호/일자: 1011114380000 (2012.01.26) 기술개요 : 본 발명은 조류독감이나 구제역에 의해 살처분 후 매몰시킨 가축사체들을 분쇄, 멸균 및 탄화처리하는 방법에 관한 것으로, 특히 이동식으로 구성한 이동식 가축 살처분 사체의 처리 방법에 관한 것이다.

②유기성 폐기물의 혐기성 소화장치(KR100893377B1)

출원번호/일자: 1020080107816 (2008.10.31) 등록번호/일자: 1008933770000 (2009.04.07) 기술개요 : 본 발명은 유기성 폐기물의 가수분해, 산 생성 및 메탄 생성 과정을 안정적으로 유도하여 바이오가스의 추출 효율을 향상시킴과 함께 소화조 내의 스컴(scum) 발생을 최소화할 수 있는 유기성 폐기물의 혐기성 소화장치에 관한 것이다.

③살처분 또는 폐사된 가축 사체의 친환경 처리용 이동식 특장차(KR100942781B1)

출원번호/일자: 1020090092356 (2009.09.29) 등록번호/일자: 1009427810000 (2010.02.09) 기술 개요 : 처분되거나 폐사된 가축의 사체를 외부로 이동시키지 않고 현장에서 살균처리까지 일괄적으로 신속하게 수행할 수 있는 획기적인 수단을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.

특허전략

◇ 기존의 혐기성소화조에 혐기성소화의 효율향상을 위한 전처리 공정추가

◇ 구제역, AI, 아프리카돼지열병등 병원성 균의 사멸을 위한 공정추가

◇ 혐기성처리 이후의 공정은 기존의 폐수처리시설을 활용하여 비용적인 측면을 절감

관련 시장에 대한 분석

경쟁제품 조사 비교

◇매몰(Burial)

- 종류 : 구덩이 매몰, 위생매립, 다량 매몰
일반적으로 사용되어 왔던 방법으로서 경제적이며 편리한 방법이나 2차적 환경오염과 위생적 측면에서 우려의 소지가 있어 선호도가 낮아진 방법이다.
토양 굴착 후 가축 사체를 투입하며 최근에는 FRP를 이용한 매립이 가장 일반적이다. 매립 이후 굴착된 토양으로 다시 되메우는 작업으로 공정이 이루어진다. 토양특성이나 수계 관정, 공공시설, 도로 ,주거지와의 거리등을 고려하여 매몰지를 선정한다. 굴착은 사체 무게 기존으로 약 1000kg/m3정도의 수준이 요구된다.
- 장점 : 40000won/ton 정도의 비용적으로 유리하다.
- 단점 : 매몰지의 사후관리가 필요하기 때문에 지속적인 비용이 필요하다. 침출수, 악취와 같은 2차 환경오염요소가 있다.

◇소각(Incineration)

- 종류 : 고정시설 소각, 이동식 소각
소각은 이동식 소각로장치를 사용하거나 , 고정시설로 가축사체를 운반하여 소각을 진행한다. 고정식 소각의 경우에는 병원성균의 확산을 우려하여 선호되지 않는다. 소각 후에는 남은 뼈와 재는 직접 매몰하고 소각장치와 그 부근을 소독하여야 한다.
- 비용 : 이동소각시설의 경우 처리능력이 50ton/day이다. 이 정도의 용량에 해당하는 시설의 설치비용은 10억원 수준이며, 3개월에 한번씩 장비를 점검하여야한다. 점검 및 처리를 동시에 하며, 가축사체 톤당 40만원 수준의 비용이 추가된다. 
- 장점 : 많은 수의 살처분 가축처리를 동시 다발적으로 진행할 수 있다.
       매몰에 비해 부지평가, 계획, 선정등의 요소가 없어 긴급상황 시 적용할 수 있다.
- 단점  : 사체의 소각 시 사체가 수분을 함유한 상태이기 때문에 연소 생성물 중 다이옥신 및 퓨란계열의 성분이 검출되며 이는 대기 오염물질로 대기오염의 원인이 된다.
고정시설 소각처리를 하는 경우 질병의 잠재적 확산에 대한 우려가 있다.
광물류 연소에 의한 대기, 지하수, 토양오염가능성이 있다.
화재의 위험성이 있으며, 다량의 재(ash)처리 문제가 있다.

◇랜더링(Rendering)

- 동물 사체를 단백질 고형물, 수지류, 수분 세가지 형태로 변형시키는 과정으로 기계적 처리(분쇄,혼합,압축,분리 등), 열적처리(가열,증발,건조 등), 화학적 처리(용매추출)를 이용하는 방식이다.
- 비용 : 이동랜더링시설의 경우 처리능력이 40ton/day이다. 이 정도의 용량에 해당하는 시설의 설치비용은 3억원 수준이며 처리비용은 가축사체 톤당 5000원 수준의 비용이 추가된다. 
- 장점 : 살균과 분해가 동시에 일어나며 폐기물의 부피와 무게가 약 97%감소한다. 병원성 미생물의 완전한 사멸이 이루어 질 수 있다. 소각에 비해 비용이 저렴하다.
- 단점 : 랜더링 부산물에서 살모넬라 균이 종종 검출됨. 부산물에 의한 재오염이 발생할 수 있다. 처리중 악취가 발생할 수있다.

마케팅 전략

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 혐기성소화를 통한 가축사체의 처리에 대한 발전이 가능할 것으로 생각

경제적 및 사회적 파급효과

◇ 매립되어있는 가축사체를 재처리가 필요한 실정임.

◇ 기존의 혐기성 소화조를 활용하면서 가축사체의 재처리가 가능하며, 유기물을 자원을 회수할 수 있음.

◇ 기존에 매립지로 사용되어 더 이상 사용이 불가능하였던 토지를 새롭게 사용이 가능함.

◇ 매립지에서 발생할 수 있는 악취, 침출수 문제를 해결 가능함.

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

이승조

목차