지렁이퇴비화 방법은 최근 들어 도입된 기술로서 환경공학적 측면에서 인식되고 개발된 것은 약 20∼30년도 채 되지 않는다.
지렁이가 우리 인류와 밀접한 기원을 맺게 된 기원은 처음에는 농업적 측면에서 유익하기 때문에 이용하였으나 현대사회에 접어들면서 레저산업의 하나로 낚시가 많이 보급되어 낚시 미끼용으로 지렁이의 수요가 폭발적으로 증가되었다.
그러나 자연상태에서의 지렁이는 흙 속에서 서식하고 동절기에는 깊은 심층에 있는 관계로 채취가 어려우며, 계절적으로 변동이 심하고 대량의 지렁이 공급이 곤란한 문제와 자연계에 서식하는 지렁이의 대량 포획시 자연생태계에서 유익한 지렁이의 보존차원에서 지렁이를 인공 사육하여 판매하기 위한 지렁이양식(vermculture)이라는 산업이 생성될 수 있는 터전이 확립되었다.
지렁이먹이, 구하기 쉬운
슬러지 이용 방향으로 발전
슬러지처리업소들 규모 작고
기술 낙후해 지원 절실
지렁이양식(vermculture)에서는 지렁이를 사육하기 위한 먹이로서 자연생태계의 식물 잔재물과 동물 분(糞) 등을 활용하였으나 이러한 먹이를 구하는데는 시간적, 지역적 및 경제적인 어려움이 따르므로 이와 유사하면서도 구하기가 쉬운 슬러지 등을 이용하는 방향으로 발전되었다.
한편 각 산업시설에서 발생하는 유기성 슬러지는 과거에는 발생량이 적고 화학비료의 생산량도 적어 비료화 물질로서 이용이 가능한 여건이었다.
그러나 현재에는 유기성 슬러지 발생량이 기하급수적으로 증가되었고 종류도 다양화됨에 따라 이를 적절하게 처리하기가 어려우며, 환경오염을 유발할 수 있기 때문에 많은 비용을 들여서 처리해야 하는 상황이 되었다.
따라서 현재의 유기성 슬러지는 하나의 자원이라기보다는 비용을 많이 들여 처리하여야 하는 오염물질로 전락하였다.
이러한 시대적 상황에서 지렁이 사육을 위한 슬러지 수요와 산업시설에서의 슬러지처리를 위한 공급이 서로 상호 보완될 수 있는 관계로 발전되어 지렁이퇴비화(vermicomposting)라는 개념이 도입되는 계기가 마련되었다.
지렁이퇴비화는 기존의 슬러지 처리방법보다 간편하여 시설과 운전비용이 적게 들고 슬러지 처리후 발생되는 부산물(지렁이+분변토)의 재활용이 가능한 새로운 처리기술로 알려지고 있다.
이 방법은 1970년 Fosgate와 Babb가 동물의 분을 이용, 인공적으로 지렁이를 증식시켜 그 가능성을 입증하였다.
하텐스테인 등은 하수처리장의 탈수슬러지, 레하 등은 액상 슬러지(TS:9∼17%), 캠프드레서는 도시 고형폐기물을 대상으로 하여 지렁이가 유기성물질을 안정화시킬 수 있다는 것을 연구하여 지렁이 퇴비화가 폐기물 처리의 한 분야로서 이용될 수 있는 기술적 토대를 마련하였다.
한편 우리 나라의 지렁이 처리법은 1970년 중반에 의약제나 낚시미끼 정도로 이용하기 위한 지렁이 양식업이 도입되었고, 국립환경연구원에서 과학기술처 특정연구과제 및 G-7 연구사업으로 추진하면서 기초가 다져져 과학적인 연구의 틀이 마련되어 지렁이퇴비화는 유기성 슬러지 처리에 크게 기여하여 약 20만 톤의 유기성 슬러지를 처리한 것으로 추정되고 있으나 대부분의 업소들은 규모가 작고 기술이 낙후하여 이에 대한 지원이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
지렁이 먹이로 오니류, 가축분 및
제지슬러지 등 이용
증식 지렁이, 낚시미끼 및 의약품
원료 등 활용 가능
처리방법
일반적인 지렁이 퇴비화는 다음의 모식도와 같다. 모식도에서와 같이 지렁이는 먹이로 공급되는 유기성 물질을 섭취하고 이를 분해한 후 장(腸)에서 흡수하고 미섭취된 물질을 체외로 배설한다.
이러한 일련의 과정에서 지렁이 먹이로 공급되는 유기성 물질은 사업장에서 발생하는 오니류, 가축분 및 제지슬러지 등과 같은 물질이 이용되고, 이를 먹고 증식되는 지렁이는 물고기의 먹이, 낚시미끼, 가축의 먹이 및 의약품 원료 등으로 활용이 가능하다.
체외로 배출되는 분변토(casting:지렁이 똥) 는 지렁이가 체내에서 충분히 분해시켜 안정화된 물질로 비료로서 가치가 높아 토양개량제로 이용되거나 탈취효과가 탁월하여 탈취제로서 활용되기도 한다.
이와 같이 지렁이퇴비화는 기존의 처리법과 비교하여 많은 장점을 갖고 있는 처리법으로 알려져 있다.
물질수지
지렁이는 유기물을 자체적으로 소화하거나 양분을 분해하는 소화기능이 덜 발달되어 있어 유기물이 부숙된 것을 선호한다.
최근 들어 지렁이 먹이로 이용되는 물질을 보면 동물의 분, 유기성 폐기물인 제지, 식품슬러지, 하수슬러지, 음식물쓰레기 등을 들 수 있으나 먹이 선정에 대한 기준은 가격, 이용가능량, 편리성, 지렁이가 잘 먹을 수 있는 조건, 지렁이퇴비화의 목적 및 향후 부산물(지렁이, 분변토)의 활용도에 따라 달라진다. 지렁이의 생장과 증식을 위해서는 먹이의 섭취, 소화, 배설 등의 활동이 연속적으로 유지되어야 하며 지렁이를 이용한 유기성 폐기물처리시 물질수지는 그림과 같다.
지렁이를 이용한 슬러지 처리시 물질수지는 지렁이에게 급이한 슬러지(FS : feed sludge)가 지렁이가 섭취한 것(I : ingestion)과 섭취되지 않은 것(N.I : not ingestion)으로 구분되며
FS = I + N.I (1)
섭취한 슬러지(I)는 소화기관에서 동화하는 양(A : assimilation)과 분(F : feces)으로 나누어진다.
I = A + F (2)
(1)식에 (2)를 대입하면 (3)식이 된다.
FS = A + F + N.I (3)
또한 소화기관에서 동화된 것은 활동에너지와 생체증가(P) 및 요로서 배설되는 (U)로 된다.
A = P + U (4)
(3)식에 (4)를 대입하면 (5)식이 되고
FS = P + U + F + N.I (5)
한편 실험에서는 U와 F를 구별하는 것이 용이치 않으므로 통상적으로 F′(배출량) = F + U로 표현하여 정리하면 (6)과 같이 된다.
∴ FS = P + F′ + I.C (6)
지렁이가 먹이를 섭취하는 양은 지렁이의 종류, 먹이의 종류, 서식환경 및 지렁이의 상태(크기 및 연령)에 따라 많은 차이를 보이고 있으며, 또한 같은 종류의 지렁이라도 계절과 사육방법에 따라서도 변화가 크므로 지렁이의 먹이 섭취량은 주변 여건에 따라 많은 영향을 받는다고 할 수 있다.
그러나 지렁이를 이용하여 유기성 폐기물을 처리하고자 하는 경우에는 지렁이가 얼마나 먹이를 섭취하느냐에 따라 유기성 폐기물이 처리되는 것이므로 매우 중요한 사항이라고 할 수 있다. 또한 지렁이 먹이 섭취량을 정확히 예측할 수 있을 때 먹이로 급이할 유기성 폐기물의 공급량을 조절할 수 있으며, 운영의 효율화를 이룰 수 있다.
처리방법의 3요소는 지렁이, 먹이, 사육상
생육·성장조건 충족 때 슬러지 처리 실효
처리방법의 3요소
지렁이를 이용하여 유기성슬러지를 처리하면서 안정화시키는 방법인 지렁이 처리법은 지렁이, 먹이, 사육상으로 이루어진 3요소가 서로 유기적으로 잘 조화되어 지렁이가 생육·성장될 수 있는 조건이 충족되어야만 효과적인 유기성 슬러지 처리가 이루어질 수 있다.
지렁이는 이 지구상에 많은 종류가 있는데 많은 지렁이 중에서 유기물을 잘 먹고 증식속도가 빠른 특징을 갖고 넓은 범위의 환경조건에 잘 견디는 종류가 바람직하다.
먹이는 지렁이가 잘 먹고 유해성분이 없어 지렁이에게 피해를 주지 않으면서 영양분도 골고루 갖추고 있는 것이 바람직하다.
그리고 지렁이가 서식하면서 먹이를 안정적으로 먹을 수 있는 서식처, 즉 사육상은 지렁이의 생육에 적합한 서식환경이 유지될 수 있고 먹이를 공급하거나 분변토를 선별하는데 편리한 구조와 형태를 갖고 있어야 한다. 이와 같이 지렁이, 먹이 및 사육상은 지렁이퇴비화 방법에서 가장 중요한 3요소라 할 수 있다. 이 가운데 사육상의 문제를 살펴보기로 한다.
사육상
▶기본조건
지렁이의 사육시설은 어느 장소에서나 설치가 가능하고 크기도 필요에 따라 다양하게 설치할 수 있으나 지렁이가 서식하면서 생장과 증식이 이루어지도록 다음과 같은 환경조건을 만족시켜 줄 수 있어야 한다.
우선 지렁이 사육상은 온도가 너무 높거나 낮게 되는 것을 방지하여 생장에 영향을 주지 않도록 유지할 수 있어야 하며, 지렁이 생육에 적합한 습도를 유지할 수 있는 구조와 과습되거나 건조하지 않아야 한다.
지렁이 사육상에는 내부의 습도 및 먹이의 수분조절을 위하여 급수탑 또는 급수시설을 설치하여야 한다. 대부분의 사육상에는 급수원에서 호스를 이용하여 급수하거나 아니면 분수호스를 이용하여 물을 분사시켜 이용하기도 하지만 자동급수장치를 이용하여 물을 공급하기도 한다.
사육장 구조는 먹이 공급과 분변토 채취 등의 작업이 원활히 진행될 수 있는 공간이 확보되어야 하며, 지렁이에게 유해한 두더지, 뱀, 쥐 등이 출입할 수 없도록 하여야 한다. 특히 지하에서 파고 들어오는 두더지가 침입하지 않도록 하고, 산간지역에서는 멧돼지의 침입을 조심하여야 한다.
사육장은 환기가 가능하도록 개폐 가능한 구조이어야 하며, 지렁이 탈출방지를 위한 조명시설과 먹이의 습도조절을 위한 급수장치가 설치되어야 한다.
사육장은 지면을 평탄하게 하고 주변에는 먹이 이송을 위한 차량 및 장비의 진입로가 가설되어야 하며, 특히 사육상용 부지에는 주변지역보다 낮은 위치에 있거나 여름 장마철에 빗물이 유입될 수 있는 지역에서는 이에 대한 대비책으로 배수로 및 배수펌프를 필히 설치하여야 한다.
또한 사육상은 먹이의 급이를 편리하게 하기 위하여 통로보다 20∼30㎝ 높게 만드는 것이 중요하다.
밭이랑형 사육상 비용 저렴하나
탈출방지 및 관리 어려움
대규모 사육시설, 연속처리개념 도입한 다단사육상도 소개
▶종 류
국·내외적으로 지렁이퇴비화를 위한 사육시설은 여러 방법이 이용되는데 자연적인 방법으로는 유기성 슬러지를 밭이랑처럼 둔덕을 만든 후 지렁이를 사육하는 방법으로 가장 단순하고 비용이 들지 않으나 지렁이의 탈출방지 및 관리에 어려움이 많다.
지렁이퇴비화 초기에는 많이 이용된 방법이나 현재에는 보다 개선된 사육상이 이용되고 있다. 우리 나라에서는 노지 사육상이라고 불리며 난지하수처리장에서 약 8,000평 규모로 운영 중에 있다.
비닐하우스 사육상은 자연적인 강우나 혹서, 혹한으로부터 지렁이를 보호하고 비용이 저렴하여 현재 국·내외적으로 가장 널리 이용되는 방법이나 시설이 견고하지 못하고 지렁이에게 필요한 환경조건을 유지하는데 한계가 있다.
따라서 현재 대규모 사육시설은 목재, 철근 구조물로서 대형화하여 견고하게 설치하고 있거나 연속처리개념을 도입한 다단사육장도 소개되고 있는 실정이다.
▶가정용
지렁이를 이용하여 사업장에서 발생하는 오니류 등을 처리하는 것은 많이 알려져 있으나 가정에서 발생하는 음식물쓰레기 등을 처리하는 가정용 지렁이퇴비화 용기에 대해서는 아직 생소한 개념이다.
그러나 일부 외국에서는 이러한 가정용 지렁이퇴비화 용기를 사용하여 많은 유기성 물질을 처리하고 생산된 분변토는 정원이나 화분에 활용하는 친환경적인 처리법을 많이 활용하고 있다.
가정용 소형 퇴비화 용기는 일부는 외국에서 많이 보급되어 이용되고 있다.
▶사업장
앞에서 기술한 바와 같이 대형으로 사업장에서 이용하는 지렁이 사육장은 그 종류가 다양하다. 우리 나에서는 비닐하우스 사육장이 많이 이용되고 일부지역에서는 기계화된 현대식 사육상을 추진 중에 있다.
비닐하우스의 최대장점은 비용이 저렴하다는 점이지만 우리 나라와 같이 사계절의 온도차가 심한 나라에서는 다소 개선할 여지가 있다. 예를 들면, 기온이 높은 여름에는 지렁이가 고온의 사육상 조건을 피하여 사육상을 탈출하거나 아니면 휴면상태로 유지되므로 먹이를 잘 먹지 않는 현상이 발생하기도 하며, 겨울에는 낮은 온도로 인한 피해를 많이 입는다.
한편 미국과 호주 등의 나라에서는 지렁이 처리를 위한 기계식장치를 개발하여 운영하기도 하며, 좁은 면적에서 효율적인 지렁이 퇴비화방법을 하기 위하여 나무상자를 다단으로 쌓아 운영하는 다단상자식 방법으로 운영하기도 한다.
먹이 주입방식 회분식서
연속식·인력서 기계화식으로
사육장 운영방법 효율 최대화한
多床 개발·보급 경향
이러한 지렁이 사육장 등을 살펴보면 과거와 달리 현재에는 먹이 주입방식이 회분식에서 연속식으로, 인력에서 기계화식으로 대체되고 특히 사육장 운영방법이 단상(單床)에서 효율을 최대화 할 수 있는 다상(多床)으로 개발·보급되고 있는 경향을 보이고 있다.
지렁이퇴비화 방법에 있어서 다단식(多段式)으로 운영하게 되면 지렁이가 주로 지표면에 서식하는 특성을 갖고 있어 사육장의 깊이가 깊어도 전체 체적을 효율적으로 이용하지 못한다는 단점을 개선할 수 있다. 즉 사육장의 깊이가 지렁이가 이용할 수 있는 정도 이상이면 깊이에 상관없이 지렁이의 유기성 폐기물 처리 속도가 같다는 말과 같다.
따라서 지렁이 사육장의 깊이는 지렁이의 서식과 환경조건이 악화되지 않는 최소한의 깊이만 유지될 수 있으면 가능하고 여러 개의 깊이가 얕은 다층으로 지렁이 사육장을 만드는 것이 유기성 물질의 효율적인 처리를 위하여서는 매우 바람직한 방법이라 생각된다.
한편 우리나라와 인접되어 있는 중국에서는 외국에서와 같이 다단식이나 자동화된 사육상을 이용하고 있지는 않으나 동절기의 추운 온도를 극복하기 위하여 특이한 형태의 지렁이 비닐 사육상을 운영하고 있다.
중국형 비닐 사육장은 각국에서 이용하고 있는 비닐하우스와는 달리 한 측면은 시멘트나 벽돌로 만들고 스티로폴과 같은 보온재로 보강하여 견고하면서도 내부가 보온될 수 있도록 하였으며, 여기에 철 파이프로 둥근 형태의 비닐하우스를 만든다.
이 형태는 우리가 알고 있는 비닐하우스 사육장이 지표면을 바닥으로 하여 반원의 형태를 갖는데 반하여, 1/4원의 형태로 하나의 측면이 구조물로 되어 있어 지지력이 크고 보온을 잘 유지할 수 있는 특징을 갖고 있다. 따라서 중국에서는 동절기에 혹한으로 인하여 노지에서 지렁이를 사육하기가 어려운 관계로 겨울에는 주로 이 하우스 내에서 지렁이가 겨울을 나도록 한다.
필자가 중국의 지렁이 사육상을 견학하면서 현장을 방문하여 물어본 바에 의하면 겨울에 이 사육장 내부는 약 16℃ 정도를 유지한다고 하는 말을 들었다. 이러한 범위의 온도는 우리 나라에서 2중 비닐하우스의 지렁이 사육상에서도 유지되는 것을 본 경험에 비추어 보면 커다란 차이는 없는 것으로 판단된다.
그러나 비닐하우스 사육상이 동절기에 눈이 많이 오는 경우 눈이 쌓여 파손된다던가 여름 장마철에 태풍으로 인한 피해를 입는 경우가 있는데 중국식 비닐하우스는 구조가 튼튼하여 피해를 입는 경우가 적다는 점은 커다란 차이가 있는 것으로 생각된다.
각국 사육장설치 공통점 비용감소,
혹한등 피해 고려해 운영
지중처리로 습도와 온도 및
빛영향 최소화, 처리효율 최대화
각국의 지렁이 사육상 설치시의 공통점은 비용을 줄이고 혹한과 혹서의 피해를 줄이는 방법에 착안하여 설치하고 운영하고 있다. 그러나 이러한 노력에도 불구하고 혹한과 혹서에 대한 지렁이의 피해는 무시할 수 없을 정도로 큰 것이 현 실정이다.
필자는 이러한 문제를 해결하기 위하여 몇 가지 방안을 구상하고 있는데 그 한 방법이 지중처리(地中處理) 개념이다. 이 개념은 현재의 사육상을 지하에 설치하고 운영하는 것인데 땅속에 설치하면 습도와 온도 및 빛에 의한 영향을 최소화하고 적은 비용으로 처리효율을 최대화할 수 있다고 생각된다.
지중처리의 가능성은 땅속은 연중 거의 동일한 온도와 습도가 유지되기 때문에 혹한이나 혹서의 영향을 덜 받고 이를 조절하기 위한 노력과 에너지가 거의 필요 없다는 점이다.
또한 땅속은 지렁이가 싫어하는 빛이 차단되기 때문에 지렁이가 서식하는 환경이 잘 유지될 수 있다.
아울러 사람들이 싫어하는 혐오시설을 지하에 설치함으로써 님비(NIMBY)현상을 막을 수 있고, 처리공정에서 다소 발생될 우려가 있는 냄새문제를 효율적으로 제어가 가능하며, 지상의 공간을 활용할 수 있다고 판단된다.
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