혐기성 소화를 통해 인체 폐기물을 처리하는 것은 매우 윤리적인 위생 기술입니다. 혐기성 소화는 생물 소화기 에서 발생하며 연료( 바이오 가스 )를 생성하고 하수에서 생화학적 산소 요구량(BOD)을 제거하며 영양분(특히 질소 화합물)을 보존하고 가장 중요한 것은 병원균을 줄입니다 . 과도한 농도의 인간 폐기물은 BOD, 영양소 및 인류 질병으로 가득 차 있기 때문에 환경을 손상시킵니다. 이것은 수역을 많은 유기체가 살 수 없게 만드는 것과 같은 생태계 붕괴로 이어질 수 있는 많은 환경 문제를 일으킬 수 있습니다. 처리되지 않은 하수는 녹조, 적조 및 소위 데드 존을 유발합니다.. 인간은 또한 처리되지 않은 하수( 검은 물 이라고도 함 )로 고통받습니다. 인간의 배설물을 통해 전염되는 수인성 질병은 전 세계적으로, 특히 소위 개발도상국에서 주요 사망 원인입니다. 처리되지 않은 인간 하수로 인해 발생하는 일부 질병은 콜레라, 장티푸스, 파라티푸스, 살모넬라, 이질, 위장염, 렙토스피라증, 수막염, 간염 및 다양한 기생충 질병입니다.
사람의 배설물에서 얻을 수 있는 바이오가스의 양은 가축 분뇨 및 기타 공급 원료에 비해 제한적입니다. 우리의 위장은 너무 효율적입니다! David House는 그의 훌륭한 저서에서 1000파운드의 인간 배설물이 약 0.6 입방미터의 바이오가스(약 1~2인분에 충분한 요리 연료)를 생성한다고 말합니다. 그러나 그 금액은 빠르게 합산됩니다. 특히 르완다, 인도 및 태국의 예시 프로젝트에 대해서는 인터넷을 참조하십시오.
처리되지 않은 하수는 질병의 만연을 야기할 뿐만 아니라 개발도상국에서도 비료를 사용할 수 없는 곳에서 귀중한 영양분을 폐기하고 있습니다. Biodigesters는 폐기물을 생물비료 로 전환합니다 . 하수를 통기하고 처리하는 데 엄청난 양의 에너지가 사용되는 선진국의 하수 처리 시스템에도 큰 결함이 있습니다. 혐기성 소화는 하수를 처리하고 에너지를 소비하기보다는 생산합니다. 이 문서에서는 인체 폐기물 처리에 대한 고려 사항에 대해 설명하고 다양한 옵션에 대해 설명합니다.
중요한 고려 사항
인간의 배설물을 처리하기 위해서는 몇 가지 사항을 고려해야 합니다. 중요한 질병 관련 문제와 몇 가지 일반적인 신체적 고려 사항이 있습니다. 첫 번째 문제는 인간의 배설물을 처리하는 것입니다. 아무런 예방 조치 없이 인간의 배설물을 처리하는 작업자는 필연적으로 병에 걸릴 것입니다. 폐기물 처리 프로세스는 처리자를 고려해야 합니다. 이상적으로 폐기물 처리 시스템은 사람이 직접 처리하는 것을 제거합니다.
일반적인 생물 소화기 유출물은 살균되지 않습니다. 혐기성 소화는 병원균이 비감염성 미생물에 의해 경쟁에서 밀리는 경쟁 환경을 조성하여 인구 측면에서 우위를 점합니다. 이것은 병원균이 감소하지만 완전히 제거되지는 않는다는 것을 의미합니다. 그러나 호열성 생물 소화기 (45-55°C)에 대한 연구에서는 상온 및 저온 생물 소화기보다 병원균이 훨씬 더 많이 감소하는 것으로 나타났습니다(병원균을 제어할 수 있는 생물 소화기 섹션 참조). 폐기물 처리 시스템은 사전 또는 사후 처리를 통해 공정 중 질병 문제를 해결하거나 그에 따라 폐수를 처리해야 합니다.
이미 존재하는 시스템에 적합하도록 생물 소화기를 설계할 때 일반적으로 고려해야 할 한 가지 사항은 일반적으로 사람의 배설물이 이동을 용이하게 하기 위해 많이 희석된다는 것입니다. 변기 물내림은 많은 양의 물(1.3~2.5갤런 범위, 미국의 경우 약 2갤런)을 소비하며 예를 들어 플러시된 폐기물을 처리하기 위해 30일의 수압 체류 시간(HRT)을 가진 생물 소화기를 설계 하려면 플러시 희석 당 2갤런. 그러나 HRT 또는 생물 소화기가 폐기물을 보유하는 시간의 양을 처리할 수 있는 생물 소화기 설계가 있습니다. 단 몇 시간입니다. 이러한 설계는 상향류 혐기성 슬러지 블랭킷(UASB) 과 같은 슬러지 보유 반응기 및 더 나은 성능의 고정 필름 반응기 입니다.. 마지막으로 고려해야 할 중요한 요소는 인체 폐기물이 낮은 C:N 비율을 갖는 것으로 보고되었기 때문에 암모니아 독성 입니다 . 이 문제는 당밀과 같은 탄소가 풍부한 공급원료의 희석 및 동시 분해를 통해 해결할 수 있습니다 . 동물 배설물은 인간 배설물보다 인간 배설물보다 처리하기에 본질적으로 더 안전합니다. 왜냐하면 일부 배설물에서 태어난 병원체에 대한 고려도 이루어져야 하지만 인간 병원균이 더 적은 경향이 있기 때문입니다.
치료 방법
열처리 전처리
이 과정에서 사람의 배설물은 생물 소화기에 들어가기 전에 섭씨 70도까지 저온 살균 됩니다 . 이것은 에너지 비용을 줄이기 위해 희석하기 전에 가장 잘 수행되며 폐 증기, 수동 태양열 난방 또는 바이오 가스 또는 기타 연료 소스의 직접 연소를 사용하여 수행할 수 있습니다. 이 과정은 혐기성 소화에 사용할 수 있는 인간 배설물을 더 많이 만들고 실제로 생산되는 바이오 가스의 양을 증가시킬 것입니다. 열 전처리는 또한 HRT를 낮출 수 있습니다. 사전 살균은 모든 병원체 관련 폐수 문제를 처리하고 먹을 수 있는(인간 소비에 적합한) 작물을 위한 생물비료를 생산합니다.
유지를 통한 치료
하수의 체류 시간이 매우 길면 사실상 병원균을 파괴할 수 있습니다. 사람의 배설물을 보관해야 하는 시간은 다양합니다. 매우 따뜻한 기후에서는 폐기물을 60-90일 동안 보관할 수 있지만 추운 기후(섭씨 20도 이하)에서는 150일 이상 보관하는 것이 좋습니다. 체류 시간은 바이오 소화기 HRT를 통해 또는 추가 시간 동안 유출물을 유지하여 제어할 수 있습니다. 저장 탱크에 대한 접근 및 인간과 동물에 대한 잠재적인 노출과 관련된 기타 문제와 같은 안전 요소뿐만 아니라 가장 경제적인 옵션을 고려해야 합니다.
안전 경고: 병원체를 파괴하기 위한 보관 방법은 채택 전에 실험실 결과로 확인되어야 합니다.
후처리 및 멸균
Biodigester 유출물은 한외여과 , 자외선(UV) , 습지 처리 , 퇴비화 또는 호기성 처리 와 같은 2차 처리 단계에서도 처리될 수 있습니다.. 한외 여과는 용해성 물질만 통과할 수 있는 막을 통해 유출물을 통과시키는 것으로 구성됩니다. 현재 이 기술은 선진국에서 사용될 가능성이 높지만 맹그로브 및 기타 식물과 같은 재료를 사용하는 적절한 솔루션이 사용될 수 있습니다. 한외 여과는 대부분의 고형물이 침전된 농축 폐수에 실용적입니다. UV 처리는 일반적인 수처리 기술이지만 탁도가 문제가 되지 않는 희석 폐수에만 실용적일 수 있습니다. 처리 습지는 추가적인 처리와 야생 동물 서식지를 제공합니다. 본질적으로 이동 구배가 만들어지고 영양분과 병원균 제거를 촉진하는 습지 식물이 심어집니다. 이것이 폭풍 유출수와 같은 폐수가 환경에서 자연적으로 처리되는 방식입니다. 폐수를 처리하는 데 퇴비화 공정을 사용할 수 있지만 먼저 공기를 통하게 하기 위해 건조해야 합니다. 이는 토지와 에너지 집약적입니다. 이 과정에서 아무도 신선한 폐수의 먼지를 흡입하지 않도록 주의해야 합니다. 폐수는 또한 폐수를 연마하기 위해 호기성 처리 공정을 거칠 수 있지만 이것은 비싸고 집약적이며 생산 시스템에서 영양분을 제거합니다. 기타 폐기물 처리 옵션에는 다음이 포함될 수 있습니다.모래 필터 및 정화기 .
병원체를 제어할 수 있는 생물소화제
이전에 언급한 바와 같이 일부 생물 소화기 공정은 하수에서 발견되는 거의 모든 병원균을 제어할 수 있습니다. 이들은 호 열성 생물 소화기, 위상 생물 소화기 및 단계적 생물 소화기 입니다.. 호열성 생물 소화기에서 생물 소화기 내의 환경은 너무 뜨거워서 많은 병원균이 생존할 수 없습니다. 환경은 또한 일반 바이오 소화기보다 훨씬 더 경쟁력이 있습니다. 병원체는 일반적으로 체온에 순응하고 가장 행복합니다. 다행스럽게도 혐기성 소화를 수행할 수 있는 많은 유기체는 호열성 또는 열을 좋아하는 유기체입니다. 그러나 앞서 언급한 암모니아 독성에 대해 주의를 기울여야 합니다. 호열성 생물 소화기는 상온 및 저온 생물 소화기보다 이 문제에 훨씬 더 민감하기 때문입니다. 위상 생물 소화기는 혐기성 소화 과정에서 물질이 거쳐야 하는 각 단계를 분리합니다. 유기물은 가수분해 , 산 생성 , 초산 생성을 겪는다., 및 메탄 생성. 본질적으로 용기는 유기물의 용해성 물질로의 전환(가수분해), 산 생성(산 생성 및 초산 생성) 또는 메탄 생성(메탄 생성)을 촉진할 수 있습니다. 단계 혐기성 소화 두 개 이상의 용기를 사용하여 단계를 분리합니다. 이는 물리적(가수분해되는 유기물 제거), 화학적(메탄 생성 억제 또는 산을 메탄 생성이 발생할 수 있는 pH로 완충) 또는 생물학적(첫 번째 반응기 산성화)으로 수행할 수 있습니다. 반응기가 메탄 생성을 억제하기 위해 산성화되도록 허용되는 경우 낮은 pH는 일부 병원균이 살 수 없는 극한 환경을 만들 것입니다. 산성 환경 후에 그들은 미생물 경쟁을 통해 병원균을 추가로 제거하는 메탄 생성 환경에 도입됩니다. 2상 바이오 소화기병원균을 제거할 수 있는 산성화 첫 번째 탱크가 있을 수 있으며, 그런 다음 호열성 메탄 생성 두 번째 탱크로 공급됩니다. 단계적 생물 소화기는 여전히 단계를 완전히 분리하지는 않지만 다양한 단계(반응기)에서 경쟁 메커니즘을 변경하여 동일한 방식으로 작동할 수 있습니다.
유출물 적용
폐수 처리에 적절한 주의를 기울이면 병원균을 완전히 제거할 필요가 없습니다. 여전히 병원균을 함유하고 있는 생물 소화기 유출물 은 비식용 작물 및 경우에 따라 마초 작물 에 사용되는 지하 침출장 (정화기 포함) 에 적용할 수 있습니다., 토지에 직접 적용됩니다. 그러나 이러한 모든 것에는 안전 고려 사항이 필요합니다. 인체 노출량을 고려해야 합니다. 지하수 및 수체 오염은 모두 병원균이 완전히 제거되지 않은 폐수를 환경으로 방출하는 데 잠재적인 위협입니다. 직접 토지 신청은 어린이와 성인의 토지 사용과 같은 직접적인 노출을 고려해야 합니다. 비식용 작물은 또 다른 옵션이며 영양분 포획도 가능합니다. 작물에는 에너지 작물, 바이오매스 생산 등이 포함될 수 있습니다. 그러나 인간에 대한 노출은 다시 설명해야 하는 위험입니다. 폐수를 처리하는 가장 간단하고 안전한 방법은 이미 존재하는 하수 시스템에 단순히 주입하는 것입니다.
결론
Biodigesters는 인체 폐기물의 윤리적 처리에 관심이 있는 사람에게 다양한 혜택을 제공합니다. 항상 효과적으로 관리되지 않는 가장 중요한 고려 사항은 인체 폐기물의 병원균이 건강에 미치는 위험입니다. 이러한 시스템은 가정, 커뮤니티 수준에서 더 큰 산업 규모의 애플리케이션으로 확장 가능합니다. 성공적인 응용 프로그램은 전 세계적으로 뿐만 아니라 역사에서도 찾을 수 있습니다. 무엇보다도 혐기성 소화는 폐기물을 자원으로 전환합니다.
추가 자료
- Bitton G. 폐수 미생물학. 2005년 3판 Wiley-Liss
- van Haandel, AC, Lettinga, G. 혐기성 하수 처리: 더운 기후 지역을 위한 실용 가이드 J Whiley 1994
- House, D. 완전한 바이오가스 핸드북 2007년 3판 www.completebiogas.com
- Speece, 산업 폐수 Archae Press 1996을 위한 RE 혐기성 생명공학