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SUMMARY
목차
제1장 서론 24
제1절 연구개발과제의 개요 26
1. 연구개발의 목적 및 필요성 26
2. 연구개발의 목적 29
3. 연구개발 대상기술의 차별성 35
제2절 연구개발의 국내외 현황 36
제3절 연구개발의 내용 및 범위 46
1. 연구개발의 최종목표 46
2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 47
3. 연도별 추진체계 51
제2장 연구개발 수행내용 및 결과 52
제1절 연구개발 결과 및 토의 54
제2절 연구개발 결과 요약 154
제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 156
제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 158
제2절 관련분야의 기술발전 기여도(환경적 성과 포함) 158
제4장 연구개발결과의 활용계획 등 160
제1절 연구개발 결과의 활용계획 162
제2절 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 164
제3절 연구개발결과의 보안등급 170
제4절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 171
제5장 참고문헌 172
1. 국내문헌 174
2. 국외문헌 175
부록 182
〈표 1.2.1〉 국내 음식물쓰레기 처리시설 현황(2011) 36
〈표 1.2.2〉 국내 일일 발생 음식물쓰레기 에너지화 사업 이용 가능량 36
〈표 1.2.3〉 국내 음식물쓰레기 에너지화 시설 37
〈표 1.2.4〉 국내 녹색마을 추진현황 37
〈표 1.2.5〉 국내 병합소화 연구 사례 38
〈표 1.2.6〉 분뇨와 음식물쓰레기 혼합처리 연구 결과(강정구, 1991) 39
〈표 1.2.7〉 회분식과 연속반응조 운전조건 40
〈표 1.2.8〉 실험에 적용된 소변분리변기오수와 음식물쓰레기의 혼합비 40
〈표 1.2.9〉 해외의 유기성폐자원 통합처리 상용화 기술 보유 기업 42
〈표 1.2.10〉 국외의 빗물 관련 대표 연구 현황 45
〈표 1.3.1〉 연차별 연구개발 목표 및 내용 47
〈표 1.3.2〉 연차별 연구 세부내용 및 평가의 착안점 50
〈표 2.1.1〉 형태별 컨베이어 벨트 타입(1, 2, 3세대) 62
〈표 2.1.2〉 벨트 각도 및 분의 type에 따른 분리 효율 64
〈표 2.1.3〉 국내 음식물쓰레기 처리시설 현황(2011) 66
〈표 2.1.4〉 생활계 분뇨발생유량원단위, 분뇨발생유량비 및 잡배수오수전환율 67
〈표 2.1.5〉 표준음식물쓰레기 제조 방법(한국환경산업기술원, 2012) 72
〈표 2.1.6〉 인 회수 여부에 따른 소변 시료의 성상 비교 및 struvite precipitation에 따른 영양물... 74
〈표 2.1.7〉 음식물쓰레기, 인분, 소변과 식종슬러지 성상분석 76
〈표 2.1.8〉 음식물쓰레기와 인분의 병합 성상분석 77
〈표 2.1.9〉 기질의 병합비 (습윤중량기준)에 따른 C/N 비 변화 78
〈표 2.1.10〉 BMP test에 사용되는 영양배지 조성 79
〈표 2.1.11〉 열전도도검출기 (Thermal Conductivity Detector, TCD) 분석조건 80
〈표 2.1.12〉 수정 Gompertz 식을 통한 파라미터 값 84
〈표 2.1.13〉 음식물쓰레기와 인분의 병합소화와 단독소화의 유기물제거율 비교 84
〈표 2.1.14〉 수정 Gompertz 식을 통한 파라미터 값 비교 87
〈표 2.1.15〉 분뇨분리 효율에 따른 유기물 제거율 비교 87
〈표 2.1.16〉 소변의 포함여부에 따른 메탄가스 발생량의 차이 89
〈표 2.1.17〉 자원회수소변이 포함된 병합소화의 유기물 제거율 89
〈표 2.1.18〉 반응조 운전 조건 및 실험 설계 91
〈표 2.1.19〉 반응조 운전 조건 92
〈표 2.1.20〉 열전도도검출기 (Thermal Conductivity Detector, TCD) 분석조건 92
〈표 2.1.21〉 불꽃이온화검출기(Flame Ionization Detector, FID) 분석조건 94
〈표 2.1.22〉 IA/PA ratio에 의한 반응조의 영향 100
〈표 2.1.23〉 유기물 제거율 105
〈표 2.1.24〉 국내외 옥내 배관 설계기준 비교 108
〈표 2.1.25〉 소변의 성상(T, Karal, 2011) 117
〈표 2.1.26〉 Eco-toilet의 빗물 수질 127
〈표 2.1.27〉 Eco-toilet의 빗물사용용도 및 설계사용수량 127
〈표 2.1.28〉 일반블록과 보투수 블록의 보수성 비교 130
〈표 2.1.29〉 일반블록과 보투수 블록의 강도비교 130
〈표 2.1.30〉 기존 휴대용 토일렛 제품들의 장단점 133
〈표 2.1.31〉 실험에 사용된 봉투의 물성 139
〈표 2.1.32〉 생분해성 재질의 비닐 및 일반비닐의 실험결과 140
〈표 3.1.1〉 연도별 연구개발 목표 달성도 158
〈표 4.2.1〉 국외 병합소화 연구 사례 164
〈표 4.2.2〉 연속식 완전혼합반응조 운전조건 165
〈표 4.2.3〉 수리학적체류시간에 따른 유기물 제거율과 메탄가스 수율 166
〈표 4.2.4〉 핀란드 연구진에서 사용한 음식물쓰레기와 국내 표준음식물쓰레기 조... 167
〈표 4.2.5〉 온도에 따른 단독소화와 병합소화의 메탄가스 수율 비교 168
〈표 4.2.6〉 모델링에 사용된 분뇨 조성 169
〈그림 1.1.1〉 음식물 쓰레기의 재이용 현황 및 문제점 26
〈그림 1.1.2〉 하수처리 시스템의 분뇨 처리 현황 및 문제점 27
〈그림 1.1.3〉 기존도시의 물·자원 순환 현황 및 문제점 28
〈그림 1.1.4〉 빗물의 순환 문제점 29
〈그림 1.1.5〉 미래도시의 물·자원 순환 시스템 30
〈그림 1.1.6〉 지구단위 자원순환 시스템 30
〈그림 1.1.7〉 음식물쓰레기와 인분의 병합소화 기술 시스템 31
〈그림 1.1.8〉 디스포저 분쇄 음식물쓰레기의 배관 설계 32
〈그림 1.1.9〉 분뇨분리의 기술 33
〈그림 1.1.10〉 분뇨분리한 소변의 처리 공정도 34
〈그림 1.3.1〉 연구개발의 최종목표 46
〈그림 1.3.2〉 연차별 추진체계 51
〈그림 2.1.1〉 자원 순환형 화장실의 개념 및 순환구조 54
〈그림 2.1.2〉 자원 순환형 화장실 모식도 55
〈그림 2.1.3〉 자원 순환형 화장실 변기 55
〈그림 2.1.4〉 컨베이어 벨트 3D 55
〈그림 2.1.5〉 교반기 56
〈그림 2.1.6〉 환기장치의 위치 및 type 57
〈그림 2.1.7〉 태양광 패널 및 축전지 시스템 57
〈그림 2.1.8〉 요소 기술별 필요 전력량 58
〈그림 2.1.9〉 IT기술을 접목한 화장실 관리 58
〈그림 2.1.10〉 물리적 분리형 분뇨분리변기 59
〈그림 2.1.11〉 바스켓형 분뇨분리 변기 59
〈그림 2.1.12〉 바스켓형 분뇨분리 변기 단면도 60
〈그림 2.1.13〉 바스켓 단면도(좌)와 바스켓 튐 방지 장치 설치전후(우) 60
〈그림 2.1.14〉 원심력 분리형 기술의 개요도 61
〈그림 2.1.15〉 컨베이어 벨트 작동 개요도 61
〈그림 2.1.16〉 1세대 컨베이어 벨트 모습 62
〈그림 2.1.17〉 실제 장착된 모습 62
〈그림 2.1.18〉 함수율에 따른 모의 대변 63
〈그림 2.1.19〉 분뇨 분리 효율 계산식 63
〈그림 2.1.20〉 변의 type과 벨트의 형태에 따른 분뇨 분리 효율 65
〈그림 2.1.21〉 혐기소화에서 유기물의 메탄 전환 과정 69
〈그림 2.1.22〉 표준음식물쓰레기 제조 및 건조·분쇄된 시료 72
〈그림 2.1.23〉 간이화장실에서 채취된 인분 (좌, 하) 및 건조·분쇄된 시료 (우, 하) 73
〈그림 2.1.24〉 소변시료의 채취 73
〈그림 2.1.25〉 BMP test의 개략도 80
〈그림 2.1.26〉 Gas-Chromatograph TCD 81
〈그림 2.1.27〉 음식물쓰레기, 인분 및 병합조건에서의 최대메탄가스발생량 83
〈그림 2.1.28〉 병합조건에서의 관측값과 계산값의 메탄가스발생량 차이 85
〈그림 2.1.29〉 분뇨분리효율에 따른 최대 메탄발생량 86
〈그림 2.1.30〉 분뇨분리와 자원회수된 소변이 포함된 병합조건에 메탄발생량 88
〈그림 2.1.31〉 실험실규모의 단상 연속반응조 모식도 91
〈그림 2.1.32〉 메탄가스 발생량과 조성의 관계 96
〈그림 2.1.33〉 휘발성지방산(VFA)농도와 pH와의 관계 99
〈그림 2.1.34〉 알칼리도와 IA/PA ratio 관계 101
〈그림 2.1.35〉 SMA test의 메탄가스 발생량 104
〈그림 2.1.36〉 디스포저의 원리 및 사진 107
〈그림 2.1.37〉 분뇨분리 변기 3D 단면(좌)과 대변소화조(우)의 모습 110
〈그림 2.1.38〉 대변소화조의 운전 모습 111
〈그림 2.1.39〉 종균제 실험의 샘플 준비과정 111
〈그림 2.1.40〉 고형 첨가제의 샘플 준비과정 112
〈그림 2.1.41〉 종균제를 이용한 대변의 소화 113
〈그림 2.1.42〉 K값을 이용한 대변 소화의 모델링 113
〈그림 2.1.43〉 대변과 종균제 혼합물의 온도변화 114
〈그림 2.1.44〉 고형첨가제를 이용한 대변의 소화 115
〈그림 2.1.45〉 대변과 고형첨가제 샘플들의 온도변화 115
〈그림 2.1.46〉 Mg2+, NH4+, PO43- 농도 Profile(이미지참조) 118
〈그림 2.1.47〉 Mg2+, NH4+, PO43- 제거 몰농도 Profile(이미지참조) 118
〈그림 2.1.48〉 소변 액비화조의 내부 119
〈그림 2.1.49〉 고체형 담체(좌) 및 액비화 비료(우) 120
〈그림 2.1.50〉 종균제와 고형담체를 사용한 소변 생물반응조 120
〈그림 2.1.51〉 종균제 실험을 이용한 샘플링 개요(좌) 및 준비된 샘플들(우) 121
〈그림 2.1.52〉 고형담체를 이용한 샘플링 개요(좌) 및 준비된 샘플들(우) 121
〈그림 2.1.53〉 시간에 따른 암모니아 농도 변화 122
〈그림 2.1.54〉 시간에 따른 Nitrate 농도의 변화 123
〈그림 2.1.55〉 다양한 고형 담체의 시간에 따른 암모니아 농도 변화 123
〈그림 2.1.56〉 다양한 고형 담체의 시간에 따른 Nitrate 농도의 변화 124
〈그림 2.1.57〉 각기 다른 농도의 니트로소모나스 종균에서 15일 후(좌)... 125
〈그림 2.1.58〉 빗물의 경제적 장점 (수자원별 생산에너지) 126
〈그림 2.1.59〉 빗물의 수질적 장점 (사용처까지 거리에 따른 용존물질) 126
〈그림 2.1.60〉 Eco-toilet의 빗물이용시설 개요도 126
〈그림 2.1.61〉 도시 불투수면의 증가로 인해 발생하고 있는 문제들 128
〈그림 2.1.62〉 보투수 블록의 개요도 129
〈그림 2.1.63〉 2005년 카트리나 태풍(미국 슈퍼돔 대피현장) 131
〈그림 2.1.64〉 뉴질랜드 정부의 민방위 및 긴급대책부 바상대책 메뉴얼 131
〈그림 2.1.65〉 재난긴급구호 화장실의 니즈(Needs) 134
〈그림 2.1.66〉 벌집모양의 119 토일렛 초안 135
〈그림 2.1.67〉 의자모양의 화장실 초안 135
〈그림 2.1.68〉 착좌감에 따른 다양한 모형제작 136
〈그림 2.1.69〉 골판지 두께에 따른 형태 136
〈그림 2.1.70〉 한계 하중실험 137
〈그림 2.1.71〉 하중시험 결과 137
〈그림 2.1.72〉 생분해성 비닐의 매립 분해 실험 139
〈그림 2.1.73〉 생분해성 비닐 및 음식물쓰레기봉투의 분해효율 140
〈그림 2.1.74〉 토일렛 파우더의 구성 141
〈그림 2.1.75〉 EM제 투입 시료 및 일반 시료 무게 감소량 142
〈그림 2.1.76〉 목초성분(액상) 탈취제와 숯(분말) 탈취제 143
〈그림 2.1.77〉 목초성분(액상) 투입 후 암모니아(NH₃)의 농도변화 144
〈그림 2.1.78〉 목초성분(액상) 투입 후 황화수소(H₂S)의 농도변화 144
〈그림 2.1.79〉 숯(분말) 투입 후 암모니아(NH₃)의 농도변화 145
〈그림 2.1.80〉 숯(분말) 투입 후 황화수소(H₂S)의 농도변화 146
〈그림 2.1.81〉 입자 크기별 고흡수성 수지 147
〈그림 2.1.82〉 입경 1㎜ 살포 후 소변의 흡수율 변화 147
〈그림 2.1.83〉 입경 2㎜ 살포 후 소변의 흡수율 변화 148
〈그림 2.1.84〉 입경 3㎜ 투입 후 소변의 흡수율 변화 149
〈그림 2.1.85〉 3㎜(7g) 투입 후 온도별 흡수율 변화 150
〈그림 2.1.86〉 EM 3g, 숯(분말) 5g, 응고제 3㎜(7g) 투입 후 흡수율, NH₃, H₂S 측정결과 151
〈그림 2.1.87〉 119 토일렛의 텐트 및 착좌시 모습 152
〈그림 2.1.88〉 119 토일렛 메뉴얼 152
〈그림 3.2.1〉 연구의 기대성과 159
〈그림 4.1.1〉 연구개발결과의 활용방안 162
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