KR100207061B1 - 생쓰레기를 발효시켜 사료화 또는 비료화하는 미생물 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기와 같은 생쓰레기를 발효시켜 사료 또는 비료로 변환시키는 미생물 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 미생물 조성물을 이용하면 유기성 폐기물을 효과적으로 발효시켜 유용한 사료 또는 비료를 얻을 수 있다.

Description

생쓰레기를 발효시켜 사료화 또는 비료화하는 미생물 조성물

본 발명은 음식물 쓰레기와 같은 생쓰레기를 발효시켜 사료 또는 비료로 변환시키는 미세물 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 음식 찌꺼기, 축산 분비물, 각종 식품공장과 도계장, 도축장의 배출물 등과 같은 수분을 함유한 생쓰레기를 발효시켜 유용한 사료 또는 비료로 재생시키는 미세물 조성물에 관한 것이다.

우리민족은 전통적으로 쓰레기 재활용이 의식화되어 일상생활에서 발생되는 모든 쓰레기를 한집안 내에서 소화시켜 왔다. 이는 음식물 찌꺼기는 물론이고 밥을 짓기 위해 쌀을 씻어낸 구정물 한방울까지도 소, 돼지 등 가축에 먹이게 하는 철저한 쓰레기 관리를 해왔으나, 현대 무기농법으로 인하여 농민들의 퇴비사용이 불가능하게 되자 토양은 척박해지고 전 국토는 유해한 화학물질이 포함된 쓰레기로 뒤덮히게 하는 매립지 포화상태로 쓰레기와의 전쟁이 선포된 상황이다. 이에 당국에서는 우선 매립량을 줄이기 위한 감량화에 치중하는 정책으로 일관해 음식물 찌꺼기 수거 요령을 보면 물을 빼내기 위해 채발에 받쳐 액체는 하수구로 마구 흘려 보내 수질오염을 가중시키고 고체 쓰레기는 대부분 비닐봉지에 담아 일반쓰레기와 같이 버려지고 있는 실태로 악순환이 계속되고 있다.

이와 같은 음식쓰레기 처리가 외국에 비해 어렵게 된 요인은 세계에서도 독특한 우리의 식생활 문화로 인해 식단이 수많은 탕종류와 국물위주로 구성되어 생쓰레기의 수분함량이 83% 정도로 외국 생쓰레기의 수분함량 60%와는 상당한 차이가 있기 때문이다.

한편, 지금까지 개발된 유기성 폐기물 처리방법의 경우에 대부분 건조시키는 방법을 사용하는 것으로, 장시간에 걸쳐 가열을 하여야 하기 때문에 열손실이 많고 다량의 수분 조절제를 필요로 할 뿐만 아니라 건조된 제품을 가축에게 먹이면 치명적인 염류중독이 유발될 수도 있으며, 토양에 시비하는 경우에는 염류축적이나 부패균에 의한 부패분해가 일어나 농작물에 병충해가 심화되는 문제점이 있다.

또한, 발효 방식을 채택한 처리장치는 대부분 기계 내부에 임펠러를 설치하여 내용물을 저어 주면서 열과 공기를 공급하여 자연 발효를 유도하도록 되어 있는데, 이 경우에는 발효 처리된 제품에 호기 호열성 미생물 중 부패 미생물 계열이 잔존하기 때문에 건조 처리시간이 길어지면 변질되어 악취를 발생시키거나 비위생적으로 되며 제품의 영양도 떨어지게 된다. 또한 이 제품을 시비하는 경우 토양속에서도 어느 정도의 유기물을 내포하고 있기 때문에 습도와 온도만 맞추어지면 산소를 선호하는 부패균이 토양에서 우위를 차지하게 되므로 작물에 큰 피해를 주며, 토양을 더욱 더 부패형으로 변화시켜 토지의 황폐화를 가져 오는 문제점이 있었다.

그러므로, 생쓰레기와 같이 많은 양의 수분을 함유하고 있는 유기성 폐기물을 효과적으로 재생함으로써 쓰레기의 매각 또는 소각으로 인한 환경오염을 방지할 수 있고, 종래의 유기성 폐기물 처리방법의 문제점을 해결할 수 있는 유기성 폐기물 처리방법이 절실히 요구되었다.

본 발명자는 이와 같은 종래의 유기성 폐기물 처리방법이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위하여 집중연구한 결과, 생쓰레기와 같이 많은 양의 수분을 함유하고 있는 유기성 폐기물을 압착하여 고체와 액체로 분리시킨 후, 폐기물 중 고체 성분은 본 발명의 미생물 조성물 등 생균을 가하여 초기 호기 호열성 발효와 후기 혐기성 발효를 통해 처리하고, 액체 성분은 본 발명의 미생물 조성물 등 생균을 가하여 호기 발효 후 후기 혐기 발효시키는 방식으로 처리하도록 함으로써 생쓰레기의 고체와 액체를 모두 사료 또는 비료로 변환시키는 방법을 개발하였다. 이에 본 발명자는 그 장치에 대해서는 이미 특허출원한바 있으며(대한민국 특허출원 제94-16216호), 이에 더하여 본 발명에서는 생쓰레기를 사료 또는 비료로 효율적으로 변환시키는 미생물 조성물을 제공하게 되었다. 본 발명의 미생물 조성물은 국내에서 흔히 얻을 수 있는 재료를 혼합 발효시켜 얻는 것으로 생쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 효율적으로 발효시켜 사료 또는 비료로 변환시켜준다.

본 발명은 음식물 쓰레기와 같은 생쓰레기를 발효시켜 사료 또는 비료로 변환시키는 미생물 조성물을 제공한다.

본 발명의 미생물 조성물은 싸레기 가루 1∼5중량부, 미강(쌀겨) 1∼5중량부, 유황가루 1∼5중량부, 식초 0.5∼3중량부, 막걸리 0.5∼3중량부, 당밀 0.5∼3중량부 및 광합성균 0.01∼0.1중량부를 넣고 지장수를 채워 100중량부를 맞춘 후 30℃가 될 때까지 호기성 발효를 시킨 후, 30℃가 되면 밀봉시켜 3∼10일 동안 혐기성 발효를 시켜 1차 발효액을 얻는 단계, 쌀겨 30∼50중량부, 유박 5∼10중량부, 어분 3∼5중량부, 육분 0.5∼2중량부, 게가루 3∼5중량부, 골분 0.5∼2중량부, 산야목초 5∼15중량부, 한약재 1∼5중량부, 해조 1∼5중량부, 부엽토 1∼3중량부, 황토 1∼3중량부, 톱밥 5∼15중량부, 숫가루 1∼3중량부, 질석 3∼7중량부에 상기 배양액을 넣어 100중량부를 맞추고 이것을 회전드럼 발효기에서 40℃가 될 때까지 서서히 가열하면서 분말화한 후, 단열화된 합성통에서 4∼5일간 혐기 발효 처리한 다음에, 이것을 지장수와 함께 액체발효기에서 급기하면서 저온 발효 또는 고온 발효함으로써 제조되는 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명의 미생물 조성물을 이용하여 생쓰레기를 사료화 및 비료화하는 플랜트 및 음식물쓰레기 처리 공정도로서 분쇄기에 쓰레기를 투입한 후부터 사료화 및 비료화 되기까지 개략도를 나타낸다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 생쓰레기의 사료화 및 비료화 플랜트 3 : 압착기

9 : 고상 폐기물 저장탱크 13 : 고상 폐기물 발효기

15 : 합성통 25 : 액상 폐기물 발효기

31 : 혼합기 79 : 공기 압축기

일반적으로 쓰레기는 부패균에 의한 부패분해가 일어나게 되며, 이러한 부패균에 의한 분해과정을 살펴보면 우선 탄수화물이나 단백질, 지방질등이 분해되어 유해가스나 유해물질로 변화되는 것이다. 따라서, 부패균이 작용하면 영양분이 남지않게 되며, 또한 악취발생, 염류축적등 주변환경을 오염시키고 농작물에 유해하게 된다.

그러나, 본 발명의 미생물 조성물은 생쓰레기를 부패분해가 아니라 발효를 시킴으로서 영양분이 잔존하는 물질로 변화시켜주며, 따라서 발효결과 얻어지는 산물은 비료나 사료로 사용할 수 있다.

이러한, 본 발명의 미생물 조성물은 싸레기 가루, 미강(쌀겨), 황토, 식초, 막걸리, 당밀, 광합성균, 유황가루 및 지장수를 혼합하여 발효시켜 1차 발효액을 얻고, 이 발효액에 유박, 어분, 육분, 게가루, 골분, 산야초화 한약재, 해초, 부엽토, 황토, 톱밥, 숫가루, 질석을 혼합하여 회전드럼 발효기에서 40℃가 될 때까지 서서히 가열하면서 분말화한 후, 단열화된 합성통에서 4∼5일간 혐기 발효처리한 다음에, 이것을 지장수와 함께 액초 발효기에서 급기하면서 저온 발효 또는 고온 발효함으로써 미생물 조성물을 얻는다.

상기에서 사용되는 지장수는 땅속에 저장되어 있는 물을 말하며, 심산의 땅에서 황토를 채취하여 생수와 채취된 황토를 혼합한 후, 황토를 가라앉히고, 노란색의 물을 분리한 것을 일컫는다.

본 발명에 사용되는 광합성균으로는 모든 광합성균을 사용하는 것이 가능하며 시판되는 균을 사용할 수도 있다.

1차 배양액은 3일이내에 2단계에 사용하는 것이 좋다.

또한 한약재로는 황기, 당귀, 감초, 어성초, 인삼, 운지, 영지버섯, 천궁, 음양곽, 우술, 오미자, 구기자, 대추 등이 사용될 수 있으며, 산야목초로는 소나무, 조릿대잎(시누대), 쓴풀인동(겨우살이), 칡, 들국화, 아카시아 뿌리, 두릅나무 뿌리, 은행잎, 쑥, 뽕나무, 억쇄뿌리, 찔레꽃 나무, 양파, 파, 마늘, 생강, 무, 우엉, 호박, 포도, 감, 배, 사과, 감귤 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 미생물 조성물은 유익한 미생물이 다량 함유된 것으로서, 생쓰레기를 처리하여 유용한 사료 또는 비료로 변환시켜 줄뿐만 아니라 기타 건강 식품 등 다용도로도 사용할 수 있다.

이하 생쓰레기를 발효시켜 사료화 및 비료화하는 미생물 조성물에 대하여 상세히 설명하고자 한다.

[실시예 I]

미생물 조성물의 제조방법

[1단계]

본 발명의 액체발효기 속에 지장수 900L를 채우고 저반시키면서 하기 표 1의 재료를 투입한 뒤 처음에는 공기를 통해주면서 배양하고, 액체발효기 내부의 온도가 30℃에 도달하면 밀봉시키고 7일 동안 배양을 진행시켜 배양액을 얻는다.

[2단계]

표 2의 내용물을 회전드럼 발효기 속에 투입시키고, 버너를 켜서 서서히 가열하여 발효기를 40분 동안 40℃가 될 때까지 가동시키면 내용물은 잘 혼합되어 부드럽게 분말화되며, 이것을 단열화된 합성통에 이송시켜 5일 동안 혐기 발효 처리한다. 합성기 속에서 30일 정도 경과될 수 있으나 가급적 5일 내지 15일 이내에 3단계인 액체발효화 단계를 수행하는 것이 좋다.

[3단계]

2단계에서 발효 합성된 분말과 지상수를 2:3의 비율로 액체발효기의 용적의 70%정도 차지하도록 재우고, 급기장치의 산소공급 작동과 부가열로 24시간동안 교반기를 작동시키면 팥죽과 같은 점도상태에서 40℃ 이상으로 온도가 증가된다. 여기에서, 발효 방법으로는 저온 발효와 고온 발효가 있다.

먼저, 저온 발효 합성방법을 적용하면, 센서를 부착하여 급기장치가 40℃ 이상에서는 작동하지 않고, 40℃ 이하에서는 작동되게 하여 30일 동안 발효시켜서 완성된 미생물 조성물을 수득한다.

그리고, 고온 발효 합성방법을 적용하면, 센서를 부착하지 않은 액체 발효기 속에서 15일을 경과시킨 후 액체 발효기의 가동을 중지시켜서 미생물 조성물을 얻는다. 이때 30시간 액체 발효기를 가동시키면 내용물이 검붉은 색을 띄고 50℃가 되는데 이때 급기 장치를 중단시키고 계속 70시간 동안 교반시키면 74℃의 고열이 발생되며, 7일이 경과되면 96℃의 고열이 발생되며, 15일이 경과되면 온도가 90℃로 감소된다.

이하, 본 발명의 미생물 조성물을 이용하여 생쓰레기를 사료화 및 비료화시키는 과정을 본 발명자가 선출원한 특허등록출원 제94-16216호의 장치를 참조로 하여 설명하고자 하며, 이는 하나의 예시에 불과한 것으로, 본 발명의 미생물 조성물은 이외에도 각종 발효에 이용할 수 있으며, 또한 본 발명의 미생물은 그 자체를 건강 음료로 음용할 수도 있다.

[실시예 II]

본 발명의 미생물 조성물을 이용한 생쓰레기의 사료화 및 비료화

특허등록출원 제94-16216호에 기재된 생쓰레기의 액체 및 고체의 사료화 및 비료화 플랜트(1)에 의하면, 대량으로 수집된 음식물 생쓰레기를 저장탱크(33)에 보관하고, 선별기(35)를 통해 분류한 뒤 파쇄기(35)에서 미세하게 파쇄하여 압축기(3)에서 생쓰레기를 압착하여 고체와 액체로 분리한 다음 컨테이너(5)와 이송관(7)을 통하여 각각 고상 폐기물 저장탱크(9)와 액상 폐기물 저장탱크(23)에 투입한다.

이와같이 하여 생쓰레기를 고체와 액체를 분리한 다음 각각 본 발명의 미생물 조성물로 처리하면 생쓰레기에서 액체와 고체의 유용한 비료 또는 사료를 얻을 수 있다.

1)고상 폐기물의 처리방법

고상 폐기물 저장탱크(9)의 내용물과 수분 조절제를 적정량으로 섞어 습도가 약 60% 정도로 유지되도록 한 뒤 혼합기(31)에 투입함과 동시에 본 발명의 미생물 조성물을 투입하여 혼합한다. 혼합이 완료되면 혼합기의 내용물은 복수의 고상 폐기물 발효기(13)로 투입되는데, 이때 내용물이 발효기(13) 용적의 약 70%정도를 차지하도록 한다.

그리고 나서, 버너를 가동시키고, 발효기(13)의 드럼을 회전시키면 드럼은 아이들 롤러에 의해 가이드홈을 따라 상하로 이동하면서 회전하게 된다. 이렇게 되면 드럼 내부의 내용물이 뒤섞여 혼합되고, 생쓰레기 중의 저온균과 중온균이 활동을 함으로써 1시간 동안에 걸쳐 1차 발효인 저온 발효가 일어나게 되며, 이에 따라 내용물의 온도가 50℃로 되면 효소균에 충격을 주게 되어 본 발효 즉, 2차 발효가 일어나게 된다. 효소균이 기하급수적으로 증식되어감에 따라 내용물의 온도도 서서히 상승하여 발효기(13) 가동 후 3시간이 지나면 버너를 끄더라도 미생물 들의 고온 발효가 계속되어 자체 호흡에 의해 75℃를 유지하게 된다.

이와 같이 분해가 계속되면, 생쓰레기 속의 단백질은 아미노산으로, 탄수화물은 포도당으로 변화되므로 악취를 발생시키지 않게 되고, 이들이 또다시 분해되어 생성된 에스테르나 유기산은 방향을 내기도 한다.

이를 위해서는 발효기(13) 내부에서 공기가 필요한데 통기가 지나치게 잘되면 내부의 열을 빼앗기기 때문에 발효가 곤란하게 되고, 통기가 적으면 분해 발효가 되지 않으므로 발효기(13) 내부에서 산소공급과 온도 조절이 적당하게 되도록 할 필요가 있다.

따라서, 회전 드럼의 양측단에 드럼커버 회전시스템이 구비되어 드럼 회전시 발효기(13) 내부에 들어있는 내용물도 자연적으로 회전하면서 교반되고 동시에 버너에 의해 신선한 공기를 동반한 열풍이 발효기(13) 내부의 공기를 가열하게 되므로, 외부의 신선하고 시원한 공기가 간극을 통해 가열된 내용물로 자연스럽게 스며들게 되며, 이에 따라 발효기(13) 내에서 기하급수적으로 미생물이 증식된다.

이렇게 발효된 내용물은 부패균에 의한 변질을 방지하기 위해 호기 호열성의 초기 발효 직후에 곧바로 내용물을 40℃로 냉각시킨 뒤, 본 발명의 미생물 조성물과 함께 발효기(13)에 투입하여 30분 동안만 드럼을 회전시키면서 잘 혼합한다. 그리고 나서 합성통(15)으로 옮겨 저장한 후 밀폐시킨 상태로 5일 동안 혐기 발효시킨 다음 컨베이어(17)를 거쳐 분쇄기(21)로 옮긴 뒤 분쇄하여 포장기(19)로 포장한 다음 외부로 반출하게 된다. 이와같이 하여 얻어지는 결과물은 양질의 영양소를 함유하고 있으므로 비료로 사용될 수도 있고 가축의 사료로도 사용될 수 있다.

2) 액상 폐기물의 처리방법

한편, 압축기(3)에서 탈수되어 나와 저장탱크(23)에 저장되어 있던 액상 폐기물은 액상 폐기물 발효기(25)에 70%의 용적을 차지하도록 채워진 다음 본 발명의 미생물 조성물을 넣고 교반기와 급기장치의 가동에 의해 산소가 공급되면서 교반이 이루어지게 된다. 따라서 내용물은 30시간 정도가 경과되면 내용물의 색이 붉은 색을 띠면서 50℃의 온도를 나타내게 되며, 이때 공기 압축기(79)의 전원을 내려 산소 공급을 중단함과 동시에 공기 배출밸브를 폐쇄하여 케이스를 밀폐시킨 상태에서 교반기를 계속해서 가동시켜 40시간 동안 혐기 발효를 하게 된다. 이렇게 해서 총 70시간이 경과되면 내용물은 74℃의 고열을 내며 그 색깔은 검붉은 빛을 내게 되며, 차츰 짙어져 그 후 7일이 경과되면 96℃의 고열을 발산하기도 한다. 이 경우 제품화를 위해서는 3일 정도만 처리하여 70 내지 80℃에서 제품을 생산하는 것이 바람직하다.

상기와 같이하여 얻어지는 결과물은 양질의 영양소를 함유하고 있으므로 비료로 사용될 수도 있고, 가축의 사료로도 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 미생물 조성물을 이용하면, 내용물은 부패분해가 일어나서 유해가스가 발생되는 것이 아니고 발효가 극대화되어 영양분이 남아 있게 되어 내용물을 사료나 비료로 이용할 수 있다.

따라서, 본 발명의 미생물 조성물을 이용하면 쓰레기를 대량으로 사료화할 수 있게 되므로 곡물 사료를 대체할 수 있는 효과를 거둘 수 있으며 또한, 비료로서 생쓰레기와 같은 유기성 물질을 이용하게 되므로 유기농법으로의 전환이 가능하게 되어 농업 생산력 증대에 이바지할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 미생물 조성물은 식물의 잎에 직접 뿌려서 시비하면 식물의 성장을 촉진하는 효과가 있으며, 농업용 관수에 섞어 관수시비에도 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 미생물 조성물은 축사에 분무하여 사용하면 축사의 악취를 제거하는 효과가 있으며, 일반 사료에 첨가하여 사용하면 가축의 분비물에서 냄새가 나지 않는 효과가 있다.

Claims (3)

1) 싸레기 가루 1∼5중량부, 미강(쌀겨) 1∼5중량부, 유황가루 1∼5중량부, 식초 0.5∼3중량부, 막걸리 0.5∼3중량부, 당밀 0.5∼3중량부에 광합성균 0.01∼0.1중량부를 접종하고 지장수를 채워 100중량부를 맞춘 후 30℃가 될 때까지 호기성 발효를 시킨 후, 30℃가 되면 밀봉시켜 3∼10일 동안 혐기성 발효를 시켜 1차 발효액을 얻는 단계, 2) 쌀겨 30∼50중량부, 유박 5∼10중량부, 어분 3∼5중량부, 육분 0.5∼2중량부, 게가루 3∼5중량부, 골분 0.5∼2중량부, 산야목초 5∼15중량부, 한약재 1∼5중량부, 해조 1∼5중량부, 부엽토 1∼3중량부, 황토 1∼3중량부, 톱밥 5∼15중량부, 숫가루 1∼3중량부, 질석 3∼7중량부에 상기 배양액을 넣어 100중량부를 맞추고 이것을 회전드럼 발효기에서 40℃가 될 때까지 서서히 가열하면서 분말화한 후, 단열화된 합성통에서 4∼5일간 혐기 발효 처리하는 단계, 3) 상기 2)에서 혐기 처리된 내용물을 지장수와 함께 액체발효기에서 급기하면서 저온 발효 또는 고온 발효시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 조성물.

제1항에 있어서, 액체 발효기에 센서를 부착하여 급기장치를 40℃ 이상에서는 작동되지 않도록 하고, 40℃ 이하에서는 작동되도록 하여 약 20일 내지 30일 동안 발효시키는 저온 발효 방법에 의하여 액체 발효기의 내용물을 발효시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 조성물.

제1항에 있어서, 액체 발효기를 가동하여 처음 약 30시간 동안 경과하여 내용물이 검붉은 색을 띄고 50℃가 될 때 급기를 중단시키고, 액체 발효기를 가동시킨 후 약 15일이 경과될 때 가동을 중지하는 고온 발효 방법을 사용하여 액체 발효기의 내용물을 발효시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 조성물.

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