KR0176991B1

KR0176991B1 - 미생물을 이용한 음식물 쓰레기 저·상온 소멸방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR0176991B1
Application number: KR1019950067056A
Authority: KR
Inventors: 진인섭
Original assignee: 진인섭
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1999-04-01
Also published as: KR970033100A

Abstract

본 발명은 가정이나 음식점에서 배출되는 음식물 쓰레기의 소멸방법 및 장치에 관한 것으로 종래의 음식물의 고온고속 발효건조기와는 달리 저ㆍ상온 소멸기를 제공하며 특수한 액상활성 미생물 복합체 LLMO 종균을 리그닌, 셀룰로스가 풍부한 톱밥, 쌀겨, 이탄(peat) 등의 매개체에 접종하여 6개월 이상 공서배양하여 미생물과 매개체 복합체인 상품명 Super LLMO를 상기 저ㆍ상온 소멸기에 충진시킨 후 매일매일 투입되는 음식물 쓰레기와 혼합되도록 교반날개 및 보조날개가 부착된 교반기에 의하여 5분교반, 25분정지에 따라 최대한 교반효과를 높혀 25~35℃ 저ㆍ상온설정으로 종래 음식물의 고온고속 발효기가 가지고 있는 아세테이트(Acetate) 반응에 따라 생성되는 악취발생을 방지하며 1일 2~3회 음식물 쓰레기 투입에 의하여도 음식물 쓰레기 전량을 6개월 까지는 완전 소멸시킬 수 있는 소멸기를 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

Description

미생물을 이용한 음식물 쓰레기 저ㆍ상온 소멸방법 및 그 장치

본 발명은 음식물 쓰레기의 저ㆍ상온 소멸방법 및 그 장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 본원 발명은 음식물 쓰레기를 저ㆍ상온 발효를 통하여 냄새발생 요인을 최대한 억제하고, 공기의 흡입량을 최소화시키는 저ㆍ상온 소멸방법 및 이를 효과적으로 수행하기 위한 소멸장치에 관한 것이다.

음식 쓰레기는 유기화물체로서 온도, 산소 등 제반 여건만 맞추어 주면 거의 완전한 분해가 일어나 남는 찌꺼기는 거의 다 소멸되는 것이기 때문에 분해를 일으키는 강력한 미생물들과 조건을 맞춘 장치만 있다면, 그 장치내에서 주로 C.H.O의 화합물인 음식쓰레기들이 CO₂와 H₂O로 전환되어 소멸되므로 매일 연속적으로 음식쓰레기를 투입한다해도 상당기간 동안 배출하는 작업 없이도 계속적으로 사용할 수 있게 된다.

미생물은 일정한 온도, 산소, 영양이 갖추어지면 성장하며 2배씩 계속적으로 분열되어 기하급수적으로 증식하게 되고 대수증식기가 지나면서 세포외로 효소를 분비하는데, 이 효소를 엑소엔자임(Exo-Enzyme)이라 한다. 이들 엑스트라셀룰라(Extracellular) 효소는 증식하지 않으며 1세대 반응만 하고 실활되는 것으로 이들 효소의 역할은 미생물이 어떤 분자의 물질을 먹을 수 있도록 대형의 분자를 파괴시켜 소립자(小粒子)로 만들어 주기 때문에 미생물과 효소는 상호역학관계를 유지한다. 효소는 미생물이 계속 성장, 증식하는 과정에서 필연적으로 생성되는 물질이므로 미생물을 잘만 이용한다면 음식 쓰레기 분해는 용이하게 소멸시킬 수가 있는 것이다.

종래 유기물을 소멸시키는 발효방법에는 호기성 분해방법과 혐기성 분해방법이 있었으나 호기성 분해는 별로 악취를 유발하지는 않지만 분해속도가 느리고 혐기성 분해는 많은 가스(GAS)를 유발시켜 악취를 동반하지만 유기물 분해속도는 급속히 빠른 장단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 안출한 것으로, 종래 액상활성 미생물로 알려진 소위, LLMO(Liquid Live Micro-Organisms)를 적당히 선택하고 이들을 매개체에 접종하여 공서배양한 후 음식물 쓰레기에 투입하여 분해소멸시키는 방법과 그에 적합한 소멸장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 액상활성 미생물(LLMO)를 선택하는 단계와, 이들을 톱밥, 쌀겨, 이탄(peat) 등 매개체에 접종, 공서배양하여 미생물과 매개체의 복합체를 개발하는 단계와, 이들을 음식물 쓰레기에 투입하여 분해 소멸하는 방법을 실험하는 단계와, 및 상기 음식물 쓰레기 분해소멸방법을 사용하기에 적합한 장치를 규명하는 단계로 구성된다.

이하, 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 설명하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 제한되지 않는다.

제1도는 본 발명 저ㆍ상온 소멸장치의 일부를 절결한 전체 사시도이다.

제2도는 본 발명 저ㆍ상온 소멸장치의 후면 사시도이다.

제3도는 제2도의 A-A'선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 음식물 쓰레기 투입구 2 : 배기 휠타

3 : 뚜껑 4 : 스프링식 홀더

5 : 탈취장치 6 : 배기구

7 : 리미트 스위치 8 : 흡기구

9 : 베아링 고정틀 10 : 정ㆍ역회전 기어

11 : 체인 12 : 장력 로울러

13 : 구동기어 14 : 모타

16 : 바퀴 18 : 분해발효조

19 : 교반날개 20 : 교반날개의 보조날개

21 : 육각봉 25 : 보온재

26 : 발효조 개폐장치 28 : 장치후면 점검구

29 : 히팅용 전열선 30 : 탈취장치

본 발명에 사용하는 LLMO 미생물군은 기존 액상활성 미생물중 실시에1과 같은 속의 미생물에서 선택된다. 여기서 LLMO 미생물군은 자연(토양, 강, 하천)에 흔히 존재하는 사체기주성(Saprophytic) 미생물로서 호기성균과 임의성 균주중에서 선택되며, 음식물쓰레기의 주성분인 유기물 즉, 탄수화물, 단백질, 지방, 전분 및 섬유질을 잘 분해 소멸하는 것이면 어느 것이든 좋다.

[실시예 1]

[ LLMO 미생물군의 선택]

제1군:(Aerobacter, Enterobacter 속) : 산소가 있을 때는 주로, C.H.O의 화합물체인 음식쓰레기를 (CH₂O)x → CO₂+H₂O로 분해시키는 역할을 수행하며 산소가 없을 때는 (CH₂O)x → CH₃COOH로 분해시키는 균주중에서 선택하였다.

제2군:(Bacillus 속) : 증식을 하면서 Exo-enzyme을 분비하여 체외물질들을 소립자로 분해하는 역할을 수행하는 다른 미생물들로 하여금 자화할 수 있도록 해주는 미생물로서 그들의 분비물로서는 리파제(Lipase, 지방질을 분해), 프로테아제(Protease, 단백질을 분해), 아밀라아제(Amylase, 전분을 분해)를 들 수 있으며, 입자가 커서 분해하기 어려운 상기 지방질, 단백질, 전분질과 같은 대형의 불용성 고형체(Suspend Solid)를 분해하여 미생물이 섭취할 수 있는 소립자 형태의 저분자량의 용해성 고형체(Soluble Suspend Solid)로 분해시킬 수 있는 균주 중에서 선택하였다.

제3군:(Pseudomonas 속) : 주로 C.H.O의 화합물인 음식쓰레기를 (CH₂O)x → CO₂+ H₂O로 분해시키며 석유화학물질로부터 발생되는 즉 식생활문화에서 배출되는 물질들인 H₂S, 경성세제(ABS), 연성세제(LAS), N-Hexane, 페놀(Phenol), 하이드로카본(Hydrocarbon)등을 분해시키는 균주중에서 선택하였다.

제4군:(Cellulomonas 속) : 섬유질을 분해시키는 미생물로서 섬유질의 분해가 어려운 β-글루코스(β-glucose)를, 분해가 잘 되는 α-글루코스(α-glucose)로 변화시켜 포도당으로 분해하는 섬유소 제거 균주중에서 선택하였다.

제5군:(Rhodopseudomonas 속) : 산소가 있을 때는 Pseudomonas와 같은 역할을 하지만 산소가 없을 때는 (CH₂O)x → CH₃COOH로 분해하고 이를 다시 CH₃COOH → CO₂+ H₂O로 재역변화를 시켜 악취발생요인을 제거시키는 역할을 수행하는 균주 중에서 선택하였다.

제6군:(Nitreosomonas 속) : 음식물 쓰레기중 단백질 화합물이 분해되면서, 암모니아태 질소(NH₃-N)로 전환될 때 악취를 유발시킬 수 있는 것을 아질산태 질소(NO₂-N)로 재전화시키는 역할을 수행하는 균주중에서 선택하였다. 이 균주는 저ㆍ중온의 미약한 호기적 조건에서 2NH₃+30₂→2NO₂ ^-+2H₂O+2H⁺의 역할을 수행한다.

제7군:(Nitrobacter 속) : 아질산태질소(NO₂-N)를 안정된 분자구조인 질산태질소(NO₃-N)로 재차 전화시켜서 토양의 비료로서의 가치를 높이는 역할을 수행하는 균주중에서 선택하였다. 이 균주는 저ㆍ중온의 미약한 호기적 조건에서 2NO₂ ^-+O₂→2NO₃ ^-의 역할을 수행한다.

[실시예 2]

[매개체에 접종하여 공서배양]

실시예1에서 기재한 7가지 미생물군을 이용하여 장기간 서식하며 증식할 수 있는 매개체로서 살균 및 건조시켜 수분을 10% 정도 유지시킨 톱밥, 쌀겨, 이탄(Peat)등의 매개체에 상기 LLMO를 접종시킨 후 수분을 30% 내외로 유지시켜 상기 미생물이 공서배양된 LLMO 매개체(상품명 Super LLMO)를 제조하였다. 톱밥, 쌀겨, 이탄 등에 잘 배양된 매개체를 일정한 조건을 갖춘 하기 실시예3의 장치에 투입한 후 음식물 쓰레기를 투입하여 이를 소멸시키는 방법에 제공하였다.

[실시예 3]

[음식물 쓰레기의 저ㆍ상온 소멸장치]

본 발명은 상기 실시예1을 통하여 선택되고 실시예2를 통하여 매개체에 접종하여 공서배양된 매개체인 상품명 Super LLMO를 사용할 수 있는 최적의 소멸장치를 제공한다. 통상, 미생물을 이용한 유기물의 분해소멸 속도는 호기성일 때보다 혐기성일 때가 높으며 호기성:혐기성=1:7 정도로 혐기성일 때가 약 7배정도 높다[바이오(バイオ)の知識,, 1992]. 이 원리를 이용하여 본 발명에서는 호기성 균주와 임의성 균주(Facultative Strain)를 공서배양하되 액상활성 미생물 복합체(LLMO)를 멸균 건조시킨 톱밥, 쌀겨, 이탄 등의 매개체(담체)에 접종 시킨 다음 공서배양된 상품명 Super LLMO를 음식물 쓰레기와 함께 본 발명 소멸장치에 투입하여 음식물쓰레기를 분해 소멸시킨다.

이하, 본 발명의 소멸장치를 첨부된 제1도 내지 제3도를 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명 저ㆍ상온 소멸장치의 일부를 절결한 전체사시도로서 뚜껑(3)이 있어서 음식물쓰레기 투입구(1)를 스프링식 홀더(4)에 의하여 개폐하게 되는 소멸장치 본체의 상부와 바퀴(16)가 부착되고 보온재(25)로 구성된 상기 본체의 하부로 구성된다. 하부 본체 내부에는 분해발효조(18)를 장착하고 제1도와 제3도에 도시된 바와 같이 그 저부에는 좌우로 육각봉(21)으로 된 교반축을 베아링고정틀(9)에 축설한 다음 이를 구동하기 위하여 정ㆍ역회전기어(10)와 체인(11)으로 모터(14)에 장착된 구동기어(13)를 연결하였다. 상기 체인(11)의 장력(tension)을 장력로울러(12)에 의하여 조절토록 구성한다.

한편, 제2도에 도시된 바와 같이 상기 분해발효조(18)의 외주면은 히팅용 전열선(29)이 감착되어 있어서 저ㆍ상온 발효온도(25~35℃)로 도시되지 않은 계전판에 세팅되어 상기 일정한 온도를 발효소멸중 유지하도록 하였다. 또한, 상기 육각봉(21)으로 형성된 교반축에는 교반날개(19)가 60도씩 일정간격으로 6개를 축설하였으며 각 교반날개에는 각 2개씩의형의 보조날개(20)를 착설하였다.(제3도 참조)

본 발명 소멸장치 본체의 상부 후면에는 제1도와 제3도에서 보는 바와 같이 분해발효조(18)의 상부ㆍ중간부에 배기휠타(2)로 연설된 배기구(6)가 설치되어 상기 분해발효조(18)에서 발생되는 CO₂를 배출하도록 구성되어 있으며, 배기구의 중간부에는 중화제와 활성탄층으로 구성된 탈취장치(5)를 장착하여 투입된 음식물쓰레기로 부터 방출되는 악취를 제거하도록 하였다. 도면부호8은 미생물에 최소한의 공기를 공급하기 위한 흡입팬(미도시)이 착설된 흡기구이다.

상기와 같이 구성된 본 발명 소멸장치의 구체적인 작용을 설명한다. 본 발명 상품명 Super LLMO를 사용하려면 음식물 쓰레기를 분해할 수 있는 제1도와 같은 소멸장치를 필요로 한다. 이 장치는 최소의 산소(공기)만을 공급 해야되므로 외부의 공기가 최소량만 흡입 유지키 위해 Super LLMO와 음식물 쓰레기의 혼합교반시간을 최소화시켜 흡입된 산소만 가지고 분해를 촉진시키는 방법으로 5분 교반, 25분 정지하는 타입(Type)으로 30분당 5분씩만 교반을 할 수 있도록 연속적인 방법으로 타이머(Timer) 또는 기어수 조작을 채택하므로서 정지시간동안에는 급속히 혐기성 미생물군들이 빠른 분해를 일으킬 수 있게 된다. 만약, 혐기성만으로만 완전히 전환된다면 심한 악취를 유발하므로 완전히 전환되기 이전까지의 시간동안만 신속히 혐기적 분해를 유도시킨 다음, 다시 호기성으로 전환시키기 위해 5분간만 교반되도록 타이머를 조작한다.

한편, 음식물 찌꺼기는 대략 80~85%의 수분을 갖고 있는데, 이 음식물 찌꺼기의 수분은 본 발명 상품명 Super LLMO의 매개체인 톱밥, 쌀겨, 이탄(paet)등이 이 수분을 흡수하면서 음식물쓰레기 분해과정에서 서서히 소모된다. 이것은 저ㆍ상온 분해방법으로 분해발효조의 온도가 25~35℃로 유지되면서 미생물군에 의하여 음식물쓰레기가 분해되면서 열을 발생하므로 상기 발효조의 온도가 40~45℃까지 상승하면서 H₂O + CO₂로 수분이 소모되는 원리이다. 이것은 온도는 상승곡면이 급격히 상승하나, 저ㆍ상온(35℃ 이하)으로 끌어 내리는 시간은 팬에 의해 (SLOW로 작동) 서서히 진행과정에서 미생물에 의하여 소모되는 것이다. 미생물이 유기물을 분해하는 과정을 발효로 볼 때 30℃ 이하에서 수행하는 저온발효와 30~45℃ 사이에서 발효하는 중온발효, 45~60℃에서 발효하는 고온발효로 구분할 수 있는 바, 고온발효는 급속히 발효시키므로써 과도한 수분 증발로 수분을 별도 포집시키는 장치가 필요로하며 유기물이 추산화(Acetate) 과정과 CH₄+ CO₂, H₂S 과정이 급속히 진행되어 심한 악취를 동반하게 되어 있다. 그러므로 고온 발효는 특수한 탈취장치를 필요로 하나 저온 내지 중온발효는 초산화 과정이 거의 진행되지 않는 관계로 악취 발생이 요인이 제거되는 것이다.

이와같이, 본 발명의 소멸장치는 저ㆍ중온(상온)장치로 초산화(acetate) 과정의 진행을 최소화시켰으므로 그 다음 변화과정인 아세테이트 → CH₄+ CO₂및 H₂S 생산과정이 거의 진행이 안되기 때문에 악취 발생 요인이 최소화되어 각 가정이나 음식점 등에서 실내 및 실외에 설치하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한 교반으로 음식물 쓰레기와 본 발명 상품명 Super LLMO의 접촉이 고루게 교반되도록 교반축을 육각형(21)으로하여 교반날개의 방향이 60도씩 간격을 두었으며, 교반날개(19)의 6개합이 360도의 원을 한 축으로 6개로 나눈 형태로써 끝부분은 안쪽으로 각도를 주어 교반할 때의 부하를 줄였으며 교반날개의 중간부분에 단면형의 보조날개(20)를 접합시키므로써 교반시 중간부분까지도 고루게 혼합되도록 한 것이다. 그리고, 음식물쓰레기 처리 개시하여 6개월 후 본 발명 상품명 Super LLMO를 교환해 줄 때 역회전 감소모타로써 교반의 반대 회전으로 배출을 자동으로 하기 위하여 단면형의 보조날개를 접합시켜 배출의 원활을 기한 것으로 교반과 배출 효과를 극대화하였다. 또한 무게가 상당히 나가는 뚜껑(3)의 문을 열고 닫을 때 무게의 하중에 의하여 몸체에 진동을 주어 손상을 주는 것을 방지하기 위하여 뚜껑 내면에 스프링식 홀더(4)를 부착하여 뚜껑을 닫을 때 급격히 닫히므로 인하여 생길지 모르는 장치의 손상을 방지하도록 하였다. 이밖에도 뚜껑을 열고 음식물 쓰레기를 투입할 때 발효조(18) 내부가 계속 교반이 된다면, 불결한 상태가 눈에 비치게 되며 교반이 계속되면서 음식물의 냄새가 상당히 날 것에 대비하여 뚜껑을 여는 순간 교반이 중지되고 닫으면 교반이 시작되도록 뚜껑과 몸체의 닿는 부분에 스프링식 잭(전원 ON, OFF)으로 리미트 스위치(7)를 설치하여 교반장치의 전기장치와 연결하므로써 자동적으로 열고 닫을 때 스톱, 작동되도록 하였다. 또한 음식점은 겨울철 한냉기에 대비하여야 하기 때문에 발효조(18) 탱크 외주면에 열선(29)을 감아 발효조 내부의 온도가 급강하할 것에 대비하여 25℃이하 일 때는 자동으로 열선에 열을 가하여 온도를 유지할 필요가 있으며, 35℃ 이상일 때는 발효조 내부의 온도를 낮추기 위하여 탈취장치(5)의 탈취 팬(미도시)이 자동으로 가동되어 내부 온도를 낮추도록 탈취 팬과 전원으로 연결시켜 발효조 내부온도를 항상 일정하게 유지하게 하였다.

한편, 냄새는 최대한 억제되는 상태에서 발효되도록 저ㆍ상온 발효시스템으로 하였으나 음식물쓰레기 투입시 음식물 자체에서 나오는 냄새를 탈취하기 위하여 배기 휠타(2)를 통하여 흡입된 발효조(18) 탱크내의 냄새는 일정한 기류를 통한 통과과정에서 냄새의 중화제를 통하고, 최종적으로 활성탄 층을 통하여 악취의 냄새를 제거한 후 배기구(6)를 통하여 배기토록 하였다. 또, 계기 조작판(미도시)을 전면에 설치하여 눈으로 확인할 수 있도록 설치하였다.

[실시예 4]

[본 발명 소멸장치를 이용한 음식물 쓰레기의 소멸방법]

실시예3에서 제작된 700L용 소멸장치를 사용하고 실시예1과 실시예2를 통하여 제조된 본 발명 음식물쓰레기 분해소멸 매개체 즉 미생물제제 Super LLMO를 사용하여 안산시 고장2동 라성빌라 300세대에 대하여 1996. 6. 24일 설치하여 같은해 12월 24일 까지 6개월동안 음식물 쓰레기를 매일 100㎏을 2~3회 나누어서 연속적으로 투입하고 소멸기 내부온도를 25~35℃로 유지시키면서 5분 교반, 25분 정지의 규칙적인 교반을 수행하였다. 이때, H₂S, CH₄및 아세테이트(Acetate) 냄새가 전혀 발생하지 않고 쾌적한 환경을 유지할 수 있음을 확인하였다.

본 발명은 실시예1 내지 실시예4에서 설명한 바와 같이 25~35℃의 저ㆍ중온 발효 소멸시스템을 제공하므로써 용존산소가 많은 상태에서 호기적 발효를 진행시키므로써 음식물이 분해되면서 발생되는 냄새가 거의 없을 뿐만 아니라 호기성 및 혐기성 균주의 선택에 의하여 저ㆍ중온 발효소멸 방법에 의하여 분해소멸중 음식물 쓰레기 발효 냄새를 최대한 억제하는 효과가 있다. 또한 본 발명은 저ㆍ중온 발효소멸 방법을 구현할 수 있는 효율적인 저ㆍ중온 소멸장치를 제공하는 효과가 있으므로 환경산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

호기성과 임의성인 액체활성미생물(LLMO)을 선택하고 이들을 멸균건조된 매개체에 접종하여 공서배양한 것을 25~35℃ 저ㆍ상온을 유지하는 분해발효조에 음식물쓰레기와 함께 투입한 후 1일 2~3회 연속적인 투입과 규칙적인 교반으로 6개월간 분해소멸 처리함을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 저ㆍ상온 소멸방법.
제1항에 있어서, 상기 호기성과 임의성인 액체활성미생물(LLMO)이 에어로박터 속, 바실러스 속, 슈도모나스 속, 셀룰로모나스 속, 로도슈도모나스 속, 니트로소모나스 속, 니트로박터 속 등 7개군의 속의 균주중에서 선택함을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 멸균건조된 매개체가 톱밥, 쌀겨 또는 이탄(Peat)인 방법.
제1항에 있어서, 상기 규칙적인 교반은 타이머(Timer) 또는 기어수 조작에 의하여 5분 교반, 25분 정지 타입(Type)을 채택함을 특징으로 하는 방법.
본체 하부에는 육각봉(21)의 교반축과, 그에 60도 간격으로 착설된 6개의 교반날개(19)와, 상기 각 교반날개에는 2개의형의 보조날개(20)를 각각 설치하여 교반과 배출을 극대화한 분해발효조(18)과 그 상부에는 스프링식 홀더(4)를 장착하여 진동을 극소화한 뚜껑(3)으로 구성됨을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 저ㆍ상온 소멸장치.