인체분뇨의 재사용

Reuse of human excreta
아이티의 실험정원에서 사람의 배설물로 만든 퇴비로 재배한 캡시컴의 수확

인간 배설물의 재사용은 의도된 재사용에 맞게 맞춤화된 적절한 처리 단계와 위험 관리 접근법을 적용한 후 처리된 인간 배설물을 안전하고 유익한 사용이다. 처리된 분뇨의 유익한 사용은 처리된 분뇨에 포함된 식물성 영양소(주로 질소, 인 및 칼륨)의 사용에 초점을 맞출 수 있다. 그들은 또한 배설물에 포함된 유기 물질과 에너지를 사용할 수 있다. 비록 이것이 도시 폐수로부터의 물 재활용이라고 더 잘 알려져 있지만, 작은 정도로는 배설물의 물 함량 재사용이 발생할 수도 있다. 영양소 함량을 위한 의도된 재사용 애플리케이션에는 토양 촉진제 또는 농업 또는 원예 활동의 비료가 포함될 수 있다. 배설물의 유기 물질 함량에 더 초점을 맞춘 다른 재사용 애플리케이션에는 연료 공급원 또는 바이오가스 형태의 에너지 공급원으로서의 사용이 포함된다.

배설물을 의도된 재사용 옵션으로 안전하고 관리할 수 있도록 하는 처리 옵션의 수가 증가하고 있다.[1] 일부 옵션은 다음과 같다. 대변의 소변 전환 및 탈수, 퇴비화(화장실 또는 외부 퇴비화 공정), 하수슬러지 처리 기술 및 다양한 분변슬러지 처리 공정. 그들은 모두 다양한 수준의 병원체 제거와 간편한 처리를 위한 수분 함량 감소를 달성한다. 우려되는 병원균은 장내세균, 바이러스, 원생대, 대변 속의 조난자 등이다.[2] 조개알은 치료과정으로 파괴하기 가장 어려운 병원균인 만큼 재이용 방식에서 지표생물로 흔히 사용된다. 고려해야 할 다른 건강 위험과 환경 오염 측면에는 지하수 오염을 야기하여 잠재적으로 식수 품질에 영향을 미칠 수 있는 환경 내에 미세 공해제, 의약품 잔류물 및 질산염을 확산시키는 것이 포함된다.

예를 들어, 소변, 건조된 대변, 퇴비화된 대변, 분변 슬러지, 하수, 하수 오물 슬러지 등의 성질과 수정 특성이 다양한 "인분 분변 유래 비료"가 몇 가지 있다.

인간의 배설물이나 국내 폐수(세금)에 함유된 영양소와 유기 물질은 수세기 동안 많은 나라에서 농업에 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 관행은 종종 개발도상국에서 규제되지 않고 안전하지 않은 방식으로 수행된다. 2006년 세계보건기구(WHO) 가이드라인은 '다중 장벽 접근법'을 준수함으로써 이러한 재사용이 안전하게 수행될 수 있는 방법을 설명하는 프레임워크를 마련했다.[3] 그러한 장벽은 적절한 농작물, 농사 방법, 비료 적용 방법, 그리고 농부들의 교육일 것이다.

용어.

인간의 배설물, 배설물 슬러지 및 폐수는 흔히 폐기물(인간 폐기물 참조)이라고 한다. 위생에서의 순환경제 개념 안에서, 사용되고 있는 대체 용어는 "자원 흐름"[4]: 10 이다. 위생 처리 시스템의 최종 산출물은 "재사용 제품" 또는 "기타 산출물"[4]: 10 이라고 불릴 수 있다. 이러한 재사용 제품은 일반 비료, 토양조절기, 바이오매스, 물 또는 에너지 입니다.

인간 배설물의 재사용은 물 함량에 초점을 맞춘 폐수의 재사용과는 달리 인간 배설물의 영양소 및 유기 물질 함량에 초점을 맞춘다. 대체 용어는 엄밀히 말하면 인간의 배설물을 두 번째로 사용하는 것이 아니라, 인간의 배설물을 사용하는 것은 아니다.[3]

기술 및 접근 방식

영국 햄프셔의 한 하수 농장.

폐수와 인간의 배설물에서 이용 가능한 자원은 물, 식물 영양소, 유기 물질, 에너지 함량을 포함한다. 자원의 안전하고 효과적인 복구를 위해 설계된 위생 시스템은 지역사회의 전반적인 자원 관리에 중요한 역할을 할 수 있다.

배설물과 폐수(영양소, 물, 에너지 등)에 내장된 자원을 복구하는 것은 지속가능발전목표 6과 기타 지속가능발전목표를 달성하는 데 기여한다.[5]

자원회복을 위해 폐수와 사람의 배설물을 거름, 음식물, 농작물 폐기물 등 다른 유기폐기물과 결합하는 것이 효율적일 수 있다.[6]

치료 옵션

배설물을 의도된 재사용 옵션으로 안전하고 관리할 수 있도록 하는 처리 옵션의 수가 증가하고 있다.[1] 단일 시골 가구에서 도시에 이르기까지 다양한 기술과 관행을 사용하여 잠재적으로 귀중한 자원을 포착하고 인간의 안녕과 광범위한 지속가능성을 지원하는 안전하고 생산적인 사용을 가능하게 할 수 있다. 일부 치료 옵션은 아래에 나열되어 있지만 그 외에도 여러 가지가 있다.[1]

스웨덴 농업과학대학의 안내서에는 위생자원회복을 위한 치료기술목록(Vermicomposting and vermifiltration), 흑군인 플라이 퇴비화, 조류재배, 미생물 연료전지, 질화 및 소변증류, 스트루바이트 강수량, 소각, 탄산화, 태양건조, 막,[4] 필터, 소변의 알칼리성 탈수, 암모니아 살균/뇨처리, 라임 소독.

재사용 옵션

배설물을 가장 많이 재사용하는 유형은 농업에서 비료와 토양조절제다. 이를 농업과 함께 위생에 대한 '루프 닫기' 접근법이라고도 한다. 그것은 생태 위생 접근법의 중심적인 측면이다.

재사용 방법은 재사용되는 분뇨의 형태에 따라 달라진다. 분뇨는 스스로 배설하거나 약간의 물(폐수 슬러지)[7]과 혼합되거나 많은 물(국내 폐수 또는 하수)과 혼합될 수 있다.

배설물 재사용의 가장 일반적인 유형은 다음과 같다.[6]

  • 농업 및 원예업에서의 비료 및 관개용수(예: 회수 및 처리된 물을 관개에 사용), 퇴비된 분뇨(및 기타 유기 폐기물)를 사용하거나 바이오솔리드(biosolid)를 비료 및 토양 촉진제로 적절하게 처리, 비료로 처리된 소변 사용.
  • 에너지: 예를 들어, 바이오가스를 생산하기 위해 배설물과 다른 유기 폐기물을 소화하거나, 가연성 연료를 생산한다.
  • 기타: 다른 새로운 배설물 재사용 방법으로는 흑사병 파리 유충을 이용한 가축용 단백질 사료 생산, 건축 자재 또는 종이 생산에 사용하기 위한 유기물 회수 등이 있다.

배설물 슬러지로부터의 자원 회수는 연료, 토양 개조, 건축 자재, 단백질, 동물 사료, 관개용 물을 포함한 많은 형태를 취할 수 있다.[7]

위생 시스템에서 회수할 수 있는 재사용 제품에는 다음이 포함된다. 저장된 소변, 농축된 소변, 소독된 흑수, 소화제, 영양 용액, 건뇨, 스트루바이트, 건조된 대변, 핏 휴무스, 이슬에 젖은 슬러지, 퇴비, 슬러지로부터의 재, 바이오차르, 영양이 풍부한 여과 물질, 해조류, 마크로피테스, 흑병 파리 유충, 벌레, 관개수, 양식, 생물가스.[4]

비료로서

(왼쪽)과 (오른쪽)퇴비 없는 시금치 밭 비교, 아이티 포르토프랭스의 SOLE 농장에서의 실험
독일 본 인근 들판에서 토양에 가까운 유연한 호스로 소변 도포
바질 식물: 오른쪽의 식물은 수정이 되지 않는 반면 왼쪽의 식물은 소변으로 수정이 된다 - 영양소가 부족한 토양.
필리핀 자비에르 대학교 소변응용 현장검증 연구 중 가지에 소변응용

다른 비료와의 비교

추가 정보: 비료 및 유기 비료

인간의 배설물에는 아직 개발되지 않은 비료 자원이 있다. 예를 들어 아프리카에서는 인간의 배설물에서 회복될 수 있는 영양소의 이론적 양은 아프리카에서 현재 사용되고 있는 모든 비료 사용량과 비교가 된다.[6]: 16 따라서, 재사용은 증가하는 식량 생산을 지원할 수 있고 또한 화학 비료에 대한 대안을 제공할 수 있는데, 이것은 종종 소농 농부들에게는 감당하기 어려운 것이다. 그러나 인간의 배설물의 영양적 가치는 식이 요법의 입력에 크게 좌우된다.[2]

광물 비료는 채굴 활동으로 만들어지며 중금속을 함유할 수 있다. 인산염 광석에는 카드뮴과 우라늄 같은 중금속이 들어 있는데, 미네랄 인산염 비료를 통해 먹이 사슬에 도달할 수 있다.[8] 이것은 배설물 기반 비료에는 적용되지 않는데, 이것이 장점이다.

유기 비료의 수정 요소는 대부분 탄소질 감소 화합물에 묶여 있다. 만약 이것들이 퇴비에서와 같이 이미 부분적으로 산화되었다면, 수정 광물은 분해물(휴먼산) 등에 흡착된다. 따라서, 그것들은 천천히 방출되는 효과를 나타내며 보통 광물 비료에 비해 덜 빠르게 침출된다.[9][10]

오줌

소변에는 많은 양의 질소(대부분의 요소)와 용해된 칼륨의 적절한 양이 포함되어 있다.[11] 소변의 영양소 농도는 식단에 따라 다양하다.[12] 특히, 소변의 질소 함량은 식단에서 단백질의 양과 관련이 있다. 고단백 식단은 소변에서 요소 수치가 높다. 소변 속의 질소 함량은 사람의 식단에서 총 식품 단백질에 비례하고, 인 함량은 총 식품 단백질과 식물성 식품 단백질의 합계에 비례한다.[13]: 5 소변의 8가지 주요 이온종(> 0.1meq L-1)은 양이온 Na, K, NH4, Ca와 음이온, Cl, SO4, PO4, HCO3이다.[14] 소변은 일반적으로 질소의 70%와 오수에서 발견되는 칼륨의 절반 이상을 함유하고 있는 반면 전체 부피의 1% 미만을 차지한다.[11]

소변과 함께 배설되는 영양소의 대표적인 설계 값은 1인당 연간 4kg 질소, 1인당 연간 0.36kg 인, 1인당 연간 1.0kg 칼륨이다. (이 값은 2004년에 "제안된 스웨덴 디폴트 값"으로 발표되었다.)[13]: 5 성인의 소변 생산량은 하루 0.8~1.5L 정도다.[3] 1일 1.5 L의 소변량(또는 연간 550 L)에 근거하여 마크롱루트리온의 농도 값은 7300 mg/L N, 670 mg/L P, 1800 mg/L K이다.[13]: 5 [15]: 11 이것들은 디자인 가치들이지만 실제 가치들은 식단에 따라 달라진다.[11] 국제 비료 협정 N으로 표현 시 소변의 영양소 함량:PO25:KO는2 약 0.7:0.15:0.22이다.[15] 이는 소변이 디암모늄-인산염 등 제조된 질소 비료에 비해 오히려 비료로 희석된다는 것을 의미한다. 물을 많이 운송해야 하기 때문에 운송비가 많이 든다는 뜻이기도 하다.[15]

소변을 비료로 사용하는 것을 "농업영양소 흐름의 순환을 막는다" 또는 생태위생 또는 생태산이라고 한다. 소변 비료는 특히 토양 수분 함량이 낮은 경우 원액 소변이 일부 식물의 잎이나 뿌리를 화학적으로 태울 수 있기 때문에 보통 물로 희석하여 사용한다. 희석효과는 또한 도포 후 악취 발달을 감소시키는데 도움이 된다. 물과 함께 희석할 경우(매 시즌 신선한 생육 매질을 가진 컨테이너 재배 연간 작물의 경우 1:5 비율 또는 더 일반적인 사용의 경우 1:8 비율로), 비료로서 토양에 직접 적용할 수 있다.[16][17] 소변의 수정 효과는 상업용 질소비료와 비교해도 손색이 없는 것으로 나타났다.[18][19] 소변에는 의약품 잔류물(환경적으로 지속되는 의약품 오염물질)이 포함될 수 있다.[20] 하수슬러지에서 흔히 발견되는 납, 수은, 카드뮴 등 중금속 농도는 소변 농도가 훨씬 낮다.[21]

소변을 비료로 사용하는 것에 대한 일반적인 제한은 주로 과잉 질소의 축적 가능성(그 희석제 비율이 높기 때문)[16]과 염화나트륨과 같은 무기 염분에 의해 결정되는데, 이것은 또한 신장계가 배설하는 폐기물의 일부분이기도 하다. 소변이나 다른 질소 비료와 함께 과다하게 숙성하면 식물이 흡수하기에 너무 많은 암모니아, 산성 상태, 또는 다른 식물성 독성을 초래할 수 있다.[20] 소변으로 비료를 하는 동안 고려해야 할 중요한 매개변수로는 식물의 염분 내성, 토양 조성, 기타 비료 화합물의 첨가, 강우량 또는 기타 관개량이 포함된다.[12] 1995년에 소변 질소 기체 손실이 상대적으로 높았고 식물은 질산암모늄으로 알려진 암모늄보다 덜 흡수된다고 보고되었다. 이와는 대조적으로, 인은 용해성 인산염보다 더 높은 비율로 이용되었다.[14] 소변은 또한 탄소가 풍부한 퇴비에서 질소원으로 안전하게 사용될 수 있다.[17]

인간의 소변은 소변기나 소변 전환 화장실을 이용하는 위생 시스템으로 수집할 수 있다. 농업에서 비료로 사용하기 위해 소변을 분리하여 수거하는 경우, 무수 소변기, 소변배출건조화장실(UDDT) 또는 소변전환 수세식 화장실을 활용하는 위생시스템으로 이를 수행할 수 있다.[15]

소변을 비료의 천연 공급원으로 사용할 때의 건강 위험은 일반적으로 무시할 수 있는 것으로 간주되며, 특히 소비되는 식물의 일부보다는 토양에 분산되어 있을 때 더욱 그러하다. 소변은 농작물 중 토양 표면 아래에 10cm가량 묻혀 있는 구멍 뚫린 호스를 통해 분포할 수 있어 냄새, 영양소 손실, 병원균 전염 등의 위험을 최소화할 수 있다.[22] 소변을 비료 자원으로 직접 사용할 때와 비교하여 하수 처리장에서 하수 처리장의 일부로 처리하면 잠재적으로 더 많은 환경적 문제(영양소 풍부한 배출물이 수생 또는 해양 생태계에 유입되어 발생하는 어영양화 등)와 에너지 소비량이 더 많다.[23][24]

개발도상국에서는 생하수나 분뇨 슬러지의 사용이 역사를 통틀어 흔했지만, 2021년에는 여전히 순수 소변을 농작물에 적용하는 일이 매우 드물다. 이것은 적어도 2001년 이래로 소변을 비료로 사용하는 것을 옹호하는 많은 출판물에도 불구하고 그렇다.[18][25] 2011년경부터 빌 & 멜린다 게이츠 재단은 소변 속의 영양분을 회복하는 위생 시스템과 관련된 연구를 위한 기금을 제공하고 있다.[26]

말린 대변

후처리 후 소변배출건조화장실의 건조분변(피스)을 재사용하면 질소, 인, 칼륨 등의 수정효과를 통해 농작물생산이 증가하고 유기탄소를 통한 토양탄산성이 개선될 수 있다.[27]

퇴비화된 대변

주요 기사: 퇴비 사용
배설물 기반 퇴비(왼쪽)에서 재배하고 토양 수정 없이 재배(오른쪽), 아이티의 토양

퇴비화 화장실에서 유래한 퇴비(유기농 주방 쓰레기가 퇴비화 변기에 첨가되는 경우도 있다)는 원칙적으로 하수슬러지나 도시 유기 폐기물 등 다른 유기농 폐기물에서 유래한 퇴비와 같은 용도를 갖는다. 한 가지 제한 요인은 병원균이 퇴비에 잔류할 가능성 때문에 법적 제약이 있을 수 있다. 어쨌든 자신의 텃밭에서 변기를 퇴비화하여 퇴비를 사용하는 것은 안전하다고 볼 수 있으며, 변기를 퇴비화하여 퇴비를 만드는 주된 사용방법이다. 퇴비 처리를 위한 위생적인 조치는 장갑을 끼고 부츠를 신는 등 그것에 노출된 모든 사람들이 적용해야 한다.

일부 소변은 침출수와 증발에 의해 손실되지만 일부 소변은 퇴비의 일부가 될 것이다. 소변은 질소의 90퍼센트, 인의 50퍼센트, 그리고 인간의 배설물에 존재하는 칼륨의 70퍼센트까지 포함할 수 있다.[28]

퇴비화 화장실에서 나오는 퇴비 속의 영양소는 소변을 내뿜는 마른 화장실에서 나오는 제품(건조된 대변)보다 식물 이용 가능성이 더 높다.[29]

분변 슬러지

추가 정보: 분뇨 슬러지 관리

분뇨 슬러지는 "소내 위생기술에서 나온 것으로 하수관을 통해 운반되지 않았다"고 정의된다. 현장기술의 예로는 피트 선반, 공공용 오염블록 미착용, 정화조, 건조화장실 등이 있다. 대변 슬러지는 농업에서 재사용하기에 적합하게 만들기 위해 다양한 방법으로 처리될 수 있다. 여기에는 (보통 조합으로 실시) 탈수, 두꺼워짐, 건조(슬러지 건조대), 퇴비화, 펠릿화, 혐기성 소화가 포함된다.[30]

도시폐수

추가 정보: 매립 상하수도 처리 § 재사용

재활용된 물은 관개, 공업용, 천연 물 코스 보충, 수체, 대수선, 기타 음용 및 비음료용에 재사용될 수 있다. 그러나 이러한 응용은 "분뇨의 재사용"의 초점인 영양소와 유기물 재이용 측면에 초점을 맞추지 않고 대개 물 측면에 초점을 맞춘다.

농업에 폐수를 재사용할 때, 폐수의 영양소(질소 및 인) 함량은 추가 비료 적용에 유용할 수 있다.[31] 국제수자원관리원 등의 작업은 농업에서 관개 및 비료 적용을 위한 도시폐수의 재사용 방법을 저소득 국가에서 어떻게 안전하게 이행할 수 있는지에 대한 가이드라인을 이끌어냈다.[32][3]

오수 슬러지

주요 기사: 하수슬러지 및 바이오솔리드

처리된 하수슬러지(처리 후 "바이오솔리드"라고도 함)를 토양 촉진제나 비료로 사용하는 것은 가능하지만, 중금속이나 환경 지속성 의약품 오염물질 등 함유할 수 있는 화학 오염물질 때문에 일부 국가(미국, 유럽 일부 국가)에서는 논란이 되고 있다.

영국의 노섬브리안 워터는 회사가 "푸우 파워"라고 부르는 것을 생산하기 위해 두 개의 바이오가스 공장을 사용한다. - 오수 슬러지를 사용하여 소득을 창출하기 위해 에너지를 생산한다. 바이오가스 생산은 1996년 이전의 2000만 GBP의 전기 소비량을 약 20% 줄였다. 세번 트렌트와 웨섹스 워터도 비슷한 프로젝트를 가지고 있다.[33]

슬러지 처리액

추가 정보: 하수슬러지 처리

슬러지 처리액(혐오성 소화 후)은 비료로 사용하기 위해 스트루바이트 형태로 인을 회수하는 공정을 위한 입력원으로 사용할 수 있다. 예를 들어 캐나다 회사인 오스타라 영양회수기술은 슬러지 제수하천에서 스트루바이트를 결정적으로 회수하는 유동층 원자로에서 인의 화학적 강우량 조절에 기반한 공정을 마케팅하고 있다. 그 결과 만들어진 결정제품은 농업, 잔디, 장식용 식물 부문에 등록된 상표명 "크리스탈 그린"[34]에 따라 비료로 판매된다.

피크 인

추가 정보: 피크 인

특히 인의 경우, 분뇨의 재사용은 경제적 채굴 인의 다가오는 부족("피크 인"이라고도 함)을 완화하기 위해 인을 회수하는 것으로 알려진 방법 중 하나이다. 채굴된 인은 비료 생산에 점점 더 많은 비율로 소모되고 있는 한정된 자원으로 전세계 식량 안보를 위협하고 있다. 따라서 분뇨 기반 비료에서 나오는 인은 채굴된 인산염 광석을 함유한 비료에 대한 흥미로운 대안이다.[35]

농업용도의 보건 및 환경적 측면

병원균

농업에서 안전한 사용을 위한 다중 장벽 개념

스웨덴에서는 1990년대부터 소변과 대변을 농업에서 안전하게 재사용할 수 있는 방법에 대한 연구가 진행되어 왔다.[12] 2006년 세계보건기구(WHO)는 폐수, 분뇨, 그레이워터의 안전한 재사용에 관한 지침을 제공했다.[3] 본 출판물의 핵심 초석인 재사용을 위한 다중 장벽 개념은 배설물 재사용이 안전하게 수행될 수 있는 방법을 명확히 이해하게 했다. 이 개념은 상수도 및 식품 생산에도 사용되며, 일반적으로 병원균의 확산을 방지하기 위한 일련의 치료 단계 및 기타 안전 주의사항으로 이해된다.

배설물 기반 비료가 농업에서 안전하게 사용될 수 있기 전에 필요한 처리의 정도는 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 그것은 주로 다중 장벽 개념에 따라 어떤 다른 장벽이 설치될 것인가에 달려 있다. 그러한 장벽은 적절한 작물 선택, 농법, 비료 적용 방법, 농부들의 교육 등일 것이다.[36]

예를 들어 소변배출 건식화장실의 경우 건조분변 2차 처리는 가정수준이 아닌 지역사회 차원에서 할 수 있으며, 대변재료를 50℃ 이상 퇴비화하는 열가소성 퇴비화, 1.5~2년의 장기보관, 소변에서 암모니아를 이용한 화학처리 등이 포함될 수 있다. 병원균을 불활성화하거나,[37][27] 병원균을 제거하기 위해 추가 건조 또는 열처리를 위한 태양열 위생

부르키나파소의 파다 은구르마의 정원사들은 다른 유기 비료(돈키 거름, 소 거름)와 순수한 비옥한 토양과 혼합한 후, 2~4개월 더 숙성한 후에 마른 배설물을 바른다.

농장 노동자들이 처리되지 않은 배설물에 노출되는 것은 병원체 내용물로 인해 상당한 건강상 위험을 야기한다. 대변에는 장내세균, 바이러스, 원생대, 조난 알이 다량 들어 있을 수 있다.[2] 이 위험은 또한 처리되지 않은 배설물로 수정한 농작물의 소비자에게까지 확장된다. 따라서 분뇨는 재사용하기 전에 적절하게 처리해야 하며, 분뇨는 치료 후에도 병원균을 포함할 수 있으므로 모든 재사용에 대해 건강 측면을 관리할 필요가 있다.

병원체 제거를 위한 배설물 처리

온도는 모든 병원체 그룹에 대해 병원체 비활성화와 관계가 설정된 치료 파라미터다. 50°C 이상의 온도는 대부분의 병원균을 비활성화할 가능성이 있다.[4]: 101 따라서 열 소독은 열성 퇴비화와 열성 혐기성 소화와 같은 몇 가지 기술과 잠재적으로 태양 건조에서 활용된다. 알칼리성 조건(pH 값 10 이상)도 병원균을 비활성화할 수 있다. 이것은 암모니아 소독이나 석회 치료를 통해 달성될 수 있다.[4]: 101

병원체 제거를 위한 배설물 및 폐수 처리:

지표생물

재이용 방법에서 지표 유기체로서, 이러한 유기체들이 대부분의 치료 과정에서 파괴하기 가장 어렵기 때문에 조개알이 일반적으로 사용된다. 예를 들어 위생 체인을 따라 다른 시술 후 장벽과 결합할 경우 낮은 수준의 처리가 허용될 수 있는 경우 다중 장벽 접근법을 권고한다.[3]

의약품잔여물

인간 배설물에는 이론상으로는 수정작물을 통해 먹이 사슬로 들어갈 수 있는 호르몬과 약제 잔류물이 들어 있지만, 현재 종래의 폐수처리장에 의해 완전히 제거되지 않고 있으며 가정용 폐수(세금)를 통해 식수원으로 들어갈 수 있다.[15] 실제로 배설물의 약 잔류물은 수생계통보다 지상계통(토양)에서 더 잘 분해된다.[15]

질산염 오염

질소성 비료의 극히 일부만이 식물 물질을 생산하기 위해 전환된다. 나머지는 흙 속에 쌓이거나 도망으로 유실된다.[38] 이것은 또한 질소를 함유하고 있기 때문에 분뇨 기반 비료에도 적용된다. 식물이 차지 않는 과도한 질소는 쉽게 침출되는 질산염으로 변한다.[39] 질산염의 높은 용해도와 결합된 높은 적용률은 지하수로의 침출뿐만 아니라 지표수로의 유출량을 증가시킨다.[40][41][42] 지하수의 질산염 수치가 10mg/L(10ppm)을 넘으면 '청색 아기 증후군'(취득 메트헤모글로빈혈증)을 일으킬 수 있다.[43] 비료의 영양소, 특히 질산염은 지표수로 떠내려가거나 흙을 통해 지하수로 침출하면 생태계와 인간의 건강에 문제를 일으킬 수 있다.

기타 용도

농업에서 사용하는 것 외에도, 배설물의 다른 가능한 사용들이 있다. 예를 들어 분변 슬러지의 경우 처리 후 단백질(검은 병정 플라이 공정), 사료, 어류 식품, 건축 자재 및 바이오 연료(건조 슬러지의 혐기성 소화에 의한 바이오가스, 소각 또는 공동 결합, 분변 슬러지의 열분해, 분변 슬러지로부터 바이오디젤)로 사용할 수 있다.[30][6]

고체 연료, 열, 전기

우간다와 세네갈의 시범적 규모 연구는 건조 고형분의 최소 28%까지 건조했다면 산업 내 연소에 건식 분변을 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.[44]

건조된 오수 슬러지는 슬러지 소각장에서 연소할 수 있으며 열과 전기를 발생시킬 수 있다(에너지 낭비 과정 중 하나가 그 예).

고체연료로서의 분변 슬러지의 자원회수는 사하라 이남 아프리카에서 시장 잠재력이 높은 것으로 밝혀졌다.[7]

수소연료

추가 정보: 수소연료

소변은 수소 연료의 잠재적 공급원으로도 조사되어 왔다.[45][46] 소변은 미생물전기분해세포(MEC)에서 고율 수소생산에 적합한 폐수인 것으로 나타났다.[45]

바이오가스

추가 정보: 바이오가스

가나,[47] 베트남[48], 그리고 많은 다른 나라들에서 소규모 생물가스 식물이 사용되고 있다.[49] 동물과 인간의 배설물을 혼합하여 생물가스를 생산하는 더 큰 중앙집중식 시스템이 계획되고 있다.[44] 생물가스는 혐기성 소화를 동반한 하수슬러지 처리 과정에서도 생산된다. 여기서, 그것은 굴착기를 가열하고 전기를 발생시키는 데 사용될 수 있다.[50]

바이오가스는 환경오염을 줄이는 데 큰 역할을 하고, 폐기물로 인한 온실가스의 영향을 줄이는 데 가장 중요한 역할을 하는 중요한 에너지 낭비 자원이다. 생물가스 생성을 위한 인간쓰레기 등 원료의 활용은 메탄생산을 위한 미생물 종자 등의 추가 시동이 필요하지 않고, 원료를 공급하는 과정에서 미생물의 공급이 지속적으로 발생하기 때문에 유익한 것으로 평가된다.[51]

동물 사료용 단백질 생산을 위한 식품 공급원

흑사병 파리 유충에게 대변을 먹일 수 있는 시범시설이 개발되고 있다. 성숙한 파리들은 남아프리카의 닭을 위한 사료 생산에 포함될 단백질의 원천이 될 것이다.[44]

흑사병파리(BSF) 바이오쓰레기 가공은 지난 수십년간 관심이 높아진 비교적 새로운 처리 기술이다. 생물폐기물에서 자란 유충은 동물사료 생산에 필요한 원료가 될 수 있으며, 따라서 재정적으로 적용할 수 있는 폐기물 관리 시스템에 수익을 제공할 수 있다. 또 생물폐기물에서 생산될 경우 기존 사료보다 곤충 기반 사료가 지속가능할 수 있다. [52]

건축 재료

점토벽돌에 건조중량으로 분변물질을 최대 20%까지 첨가해도 벽돌과 큰 기능적 차이가 없는 것으로 알려졌다.[44]

귀금속회수

일본의 한 하수처리시설에서 하수슬러지에서 귀금속을 추출한다. 이 아이디어는 또한 미국 지질조사국(USGS)이 실험한 결과, 100만 명이 매년 발생하는 오수 슬러지에 1300만 달러 상당의 귀금속이 들어 있는 것으로 밝혀졌다.[53]

역사

추가 정보: 상수도 위생 및 생태 위생 § 역사

농작물을 재배하기 위한 비료로서 배설물을 재사용하는 것은 오랫동안 많은 나라에서 행해져 왔다.

사회와 문화

경제학

분뇨의 재사용이 비용 효과적인지에 대한 논쟁이 진행 중이다.[54] 인간의 배설물이나 소변으로 만든 제품의 판매 가능성을 설명하기 위해 '상업경제'와 '토일렛 자원'이라는 용어가 도입되었다.[54][55]

퇴비 판매

아이티의 NGO SOL은 2006년부터 소변을 배출하는 건조한 화장실을 만들고 농업용으로 생산되는 폐기물을 퇴비화하기 시작했다.[56] SOL의 두 퇴비화 폐기물 처리 시설은 현재 매월 2만 갤런(7만5708리터)이 넘는 인간 배설물을 유기농급 퇴비로 전환하고 있다.[57] 이들 시설에서 생산되는 퇴비는 전국 농가와 단체, 기업체, 기관 등에 판매돼 SOLE의 폐기물 처리 작업에 재원이 투입된다.[58] 이 토양개량법으로 재배되는 작물로는 시금치, 고추, 수수, 옥수수 등이 있다. 생산된 각 퇴비는 지표 유기체 대장균에 대한 검사를 통해 열성 퇴비화 과정에서 완전한 병원체 살인이 이루어졌는지 확인한다.[59]

정책들

재사용 측면이 정책과 옹호 속에 완전히 통합되어 있는 실행된 정책의 예는 여전히 부족하다.[60] 이러한 측면에서 정책 변화의 동인을 고려할 때 다음과 같은 교훈을 고려해야 한다. 법률을 개정한다고 해서 반드시 재사용 시스템이 기능하는 것은 아니며, "제도적 환경"을 설명하고 모든 행위자를 참여시키는 것이 중요하며, 모든 정부 수준(즉, 국가, 지역 및 지역 수준), 국가별 전략과 접근방식이 필요하며, 지원 전략도 필요하다. 새로 개발된 정책들이 개발될 필요가 있다.[60]

규제 고려사항

'글로벌 우량농업 관행'과 같은 규제는 사람의 분뇨수정을 응용해 재배한 농산물의 수출입에 지장을 줄 수 있다.[61][62]

유럽의 유기농 농업에서 소변 사용

유럽연합(EU)은 EU 내 재래식 농업에만 소변 분리 사용을 허용하지만 아직 유기농 농업에는 사용을 허용하지 않고 있다. 이는 특히 스웨덴의 많은 농업 전문가들이 변화를 보고 싶어하는 상황이다.[21] 이 금지는 또한 다른 나라들이 그들의 제품을 EU로 수출하기를 원할 경우 소변을 비료로 사용하는 옵션을 줄일 수 있다.[61]

미국의 소변배기 건식 화장실에서 나온 건조된 대변.

미국에서 EPA 규제는 하수슬러지 관리를 규제하지만 오줌을 뿌리는 건식 변기의 부산물에 대해서는 아무런 관할권이 없다. 이 자료들에 대한 감시는 주정부로 귀속된다.[63][64]

나라별 예

중국

인간 배설물의 처리 처리는 비료 사용, 배출, 생물가스 사용의 세 가지 유형으로 분류할 수 있다. 방류란 인간의 배설물을 토양, 정화조 또는 수역에 버리는 것을 말한다.[65] 중국에서는 오랜 전통의 영향으로 인간의 배설물이 농작물의 비료로 쓰이는 경우가 많다.[66] 주요 적용방법은 일정기간 도랑에서 발효한 후 작물 및 과일의 경우 기초 또는 최상단 적용으로 직접 사용, 기초 적용을 위한 작물 줄기가 있는 퇴비, 연못에서 어류의 사료로서 직접 사용 등이다.[67] 반면 농업용 비료처럼 인간쓰레기에 의존하는 사람이 많은 만큼 폐기물을 제대로 처리하지 않으면 야간토양을 사용하면 감염병 확산을 촉진할 수 있다.[68]

인도

소변은 인도에서 유기농 거름으로 응용하는 것 외에 생물농약 제조에 사용된다.

케냐

케냐 무쿠루에서는 인구밀도가 높고 지원 인프라가 부족해 빈민가 주민들이 위생문제로 가장 큰 타격을 받고 있다. 임시변통 선반, 주 하수도로의 불법 화장실 연결, 수세식 변기를 지탱할 수 있는 수돗물 부족은 케냐의 모든 빈민가에 위생 악몽을 안겨주고 있다. NGO Sanergy는 무쿠루 주민들에게 양질의 화장실 시설 제공을 도모하고 화장실에서 나오는 대변과 소변을 이용해 시장에 비료와 에너지를 공급한다.[69]

우간다

농업에서 폐수를 재사용하는 것은 개발도상국에서는 흔한 일이다. 캄팔라의 한 연구에서, 비록 농부들은 배설물을 사용하지 않았지만, 8%의 농부들이 토양개정법으로 폐수슬러지를 사용하고 있었다. 가축분뇨 퇴비와 퇴비 생활폐기물 퇴비는 많은 농가가 토양조절제로 적용하고 있다. 한편, 이미 농민들은 사료 산업과 제품의 품질에 대한 신뢰가 제한되어 있어 자체 사료를 혼합하고 있다.[70]

전력 수요는 전력 생산량보다 훨씬 더 많고 전국 인구의 극소수만이 전기를 접할 수 있다. 분변 슬러지에서 생산되는 펠릿은 전기 생산을 위한 가스화에 사용되고 있다. 에너지를 위해 대변 슬러지를 변환하는 것은 현재와 미래의 에너지 수요를 충족시키는 데 기여할 수 있다.[71]

우간다 동부 토로로 지구(육지 저하 문제가 심각한 지역)에서는 소작농들이 소변 수정을 저비용 저위험 실천으로 높이 평가했다. 그들은 그것이 상당한 수익률 상승에 기여할 수 있다는 것을 발견했다. 사회규범과 문화적 인식의 중요성은 인정되어야 하지만, 이러한 것들이 관행을 채택하는 데 절대적인 장벽은 아니다.[72]

가나

가나에서는 유일하게 대규모의 소규모 농촌 발굴단이 시행되고 있는데, 약 200여 개의 바이오가스 식물이 인간의 배설물과 동물의 배설물을 원료로 사용하고 있다. 공동위생을 향상시키고 콜레라, 이질 등 위생 관련 전염병을 퇴치하기 위한 방법으로 공중화장실과 바이오가스 발굴기를 연계하는 것도 가나 내에서도 주목할 만한 해결책이다.[73]

참고 항목

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