KR100343197B1 - 유기물 분해제와 유기물 분해방법 및 이를 이용한 사료,퇴비의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기물 분해제에 관한 것이다. 좀더 자세히는 본 발명은 토양에서 분리한 토양균군을 배양한 것, 가축 내장에서 분리한 내장균군을 배양한 것, 장기 폭기시킨 동물의 오줌 및 암석 분말을 식물섬유재와 혼합하여 발효시켜서 얻어지는 유기물 분해 기능을 가진 물질에 관한 것으로서 음식물 쓰레기의 분해, 오폐수의 처리, 분뇨처리, 축산분뇨처리 및 사료제조, 퇴비제조 등에 적용할 수 있다.

Description

유기물 분해제와 유기물 분해방법 및 이를 이용한 사료, 퇴비의 제조방법{An Organic Compound Decomposing Material and the Use thereof}

본 발명은 유기물 분해제 및 그 용도에 관한 것이다. 좀더 자세히는 본 발명은 탈취기능이 뛰어나고 유기물 분해 기능을 가진 물질에 관한 것으로서 음식물 쓰레기의 분해, 오폐수의 처리, 분뇨처리, 축산분뇨처리 및 사료제조, 퇴비제조 등에 적용할 수 있다.

문명이 발달함에 따라 이에 부수되는 쓰레기의 다량 발생은 많은 문제를 야기시키고 있다. 특히 우리나라에서는 음식물 쓰레기가 전체 쓰레기 발생량의 30% 이상을 차지하고 있으며, 식생활 문화의 특성상 물기가 많은 음식물 쓰레기가 많이 배출되어 처리에 큰 어려움을 겪고 있다.

우리나라의 음식물 쓰레기는 발열량이 낮고 수분함량이 높아 소각처리과정에서는 연료가 과다하게 소모되며, 완전 연소가 이루어지지 않은 경우에는 다이옥신과 같은 유해가스가 발생한다. 또한, 음식물 쓰레기를 매립하는 경우에는 침출수가 발생하여 토양을 오염시키고, 지하수나 상수원으로 흘러들어 수질을 오염시키며 악취가 심하여 민원을 야기시키는 등 여러 가지 문제를 발생시키고 있다.

따라서, 음식물 쓰레기를 소각하거나 매립하는 대신 퇴비화, 사료화를 통하여 자원화하는 방안이 모색되고 있으며, 최근에는 대형 급식소나 요식업소 등에 대하여 음식물 쓰레기의 감량이 의무화되고 있다. 그리하여 음식물 쓰레기 처리장치가 많이 이용되고 있다.

이들 음식물 쓰레기 처리장치는 교반장치가 설치된 분해조에 음식물 쓰레기와 수분조절재 및 미생물 제제를 혼합시켜 발효시킴으로써 감량 및 속성발효를 목적으로 한다. 미생물 제제로는 예컨대, 바실러스 속, 써모바실러스 속의 균들이 많이 이용되고 있다. 이들 균은 발효초기에는 적절한 활성을 갖지만, 음식물의 발효가 진행됨에 따라 그 활성이 저하된다. 따라서, 발효시 악취가 발생할 뿐만 아니라 완전히 발효되지 않아 처리된 음식물 쓰레기를 퇴비로 사용하는 것이 불가능하다.

본 발명은 종래의 미생물을 주성분으로 하는 유기물 발효제들이 시간이 경과함에 따라 불활성화되고 사멸되어 분해 및 발효기능을 발휘하지 못하던 문제점을 해결하려는 것이다.

또한, 본 발명은 종래의 미생물을 이용한 발효와는 달리 단시간 내에 완전발효되어 숙성된 사료 및 퇴비를 생산할 수 있는 유기물 분해제를 제공하려는 것이다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 유기물 분해제에 의한 음식물 쓰레기의 소멸실험을 나타낸 것.

음식물 쓰레기의 재활용 및 자원화 방법으로는 앞서 언급한 바와 같이 일반적으로 미생물을 이용한 발효방법을 널리 이용한다.

자연계의 유효 미생물군으로는 일반적으로 잘 알려진 광합성균, 유산균군 및 효모균 등이 있다.

광합성균군은 유효 미생물의 번식과 생존을 위한 지원 역할을 한다. 유산균군은 유해 미생물의 번식을 억제, 소멸시키며 유효 미생물군의 성장을 돕는 역할을 한다. 효모균은 상기 광합성균 또는 유산균과 상호 협력하여 생태계가 필요로 하는 영양물질의 생성을 도와 준다.

본 발명은 상기 광합성균군, 유산균군 및 효모균군과 같은 유효 미생물군이 왕성하게 번식하고 활발하게 기능할 수 있는 일종의 활성화제로서의 유기물 분해제에 관한 것이다. 다시 말하여, 본 발명의 유기물 분해제는 광합성균 등을 포함하는 토양균군과 가축 내장균군의 배양체 및 암석분말 등을 이용하여 곡물분말을 발효숙성시킨 물질의 추출액으로서 다종의 무기물질을 함유하고 있어 음식물 쓰레기 등의 유기물 분해를 활성화시키는 역할을 함으로써 단시간 내에 유기물을 완전히 소멸시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 유기물 분해제는 음식물 쓰레기 분해, 축산분뇨 처리 등에 사용되던 종래의 미생물 제제와는 성격이 상이하다. 즉, 본 발명의 분해제는 유효미생물 외에도 미량원소에 속하는 다양한 무기물을 함유하고 있어 유효 미생물군을 활성화시킬 수 있는 최적의 조건을 제공해 주는 것이다.

이와 같은 목적을 위하여 본 발명은 토양, 좀더 바람직하게는 대나무밭 토양으로부터 채취한 토양균군의 배양체와, 가축분에서 얻은 가축 내장균군의 배양체와, 장기 폭기시킨 가축분뇨의 상등액 또는 가축뇨와, 화강암 등 암석의 분말, 곡물가루, 식물섬유재를 혼합하여 호기성 조건에서 발효시킴으로써 유효 미생물군과 생체 대사에 필요한 무기물 미량원소 및 탄소원, 에너지원이 복합적으로 함유된 유기물 분해제를 제공한다.

토양에는 많은 유기물 분해 미생물이 서식하고 있다. 그러므로 토양은 천연상태의 미생물 배양체로서 음식물 쓰레기 및 분뇨의 분해 등에 응용될 수 있다. 산지에서 채취한 토양의 경우에는 니트로조모나스, 에어로박터 등의 호기성 유기물 분해 미생물이, 또 하천 등에서 채취한 토양의 경우에는 혐기성 유기물 분해 미생물이 대량으로 서식하고 있어 이와 같은 토양균 복합체를 응용하면 유기물을 쉽게 분해시킬 수 있다. 뿐만 아니라 토양에는 많은 미량원소들이 존재하여 유기물 분해반응을 활성화시킬 수 있다. 이와 같은 점에 착안하여 본 발명자는 밭 토양 미생물을 이용하는 유기물 분해제를 연구하게 된 것이다.

특히 토양균군 중에는 니트로박터, 니트로조모나스와 같은 질소를 산화시키는 미생물들이 존재하여 산소와 충분히 접촉할 수 있는 호기 조건 하에서 암모니아나 아민과 같은 질소함유 중간생성물을 생성하고, 이어서 혐기조건 하에서 이를 완전 산화 분해시킴으로써 유기물 쓰레기나 폐기물의 악취문제까지도 근본적으로 해결할 수 있는 것이다.

본 발명의 유기물 분해제 제조에 있어서 필요한 구성요소들은 다음과 같다.

토양균군은 밭, 특히 바람직하게는 대나무밭에 고두밥과 같은 영양체를 두어 채취한다. 채취된 토양균군은 37℃의 영양배지에서 증식시킨다.

가축 내장균군은 가축의 분뇨에서 채취하는데, 바람직하게는 잡식성인 돼지의 분에서 채취하는 것이 좋다. 가축 내장균군 역시 채취 후 37℃의 영양배지에서 증식시킨다.

가축분뇨의 상등액 또는 가축뇨는 바람직하게는 돼지의 분뇨 상등액이나 뇨를 수집하여 장기 폭기시킨다. 2개월 이상, 더욱 바람직하게는 6개월 이상의 장기 폭기과정에서 뇨 중의 독성을 가진 요소(NH₃) 등의 물질들은 대사되어 비독성물질로 되고 질소와 인, 유기물을 포함하는 풍부한 영양체가 생성된다.

또한 화강암 등 암석의 분말에는 미량원소가 다수 존재하여 미생물에 의한 유기물 산화, 분해작용이 원활히 일어나도록 도와준다.

곡물가루와 식물성 섬유재는 유기물 산화, 분해작용에 있어서 탄소원 및 에너지원으로서의 역할을 한다. 즉, 상기 토양균군의 배양체 및 가축 내장균군의 배양체 등이 활발히 증식할 수 있도록 한다. 곡물가루는 쌀가루, 옥수수가루, 보리가루, 밀가루 등을 다양하게 이용할 수 있다. 또한 식물성 섬유재는 왕겨, 등겨, 목분, 톱밥, 칩, 곡물의 껍질 등을 미세하게 분쇄한 것을 사용할 수 있다.

위와 같은 구성성분들을 혼합하여 즉, 토양균군을 배양한 것, 가축 내장균군을 배양한 것을 곡물가루 및 식물성 섬유재로 구성된 영양체에 가하고 장기 폭기시킨 돼지 분뇨의 상등액과 화강암 분말을 가하여 혼합한 후 호기성 조건에서 2주 이상, 바람직하게는 3주 이상 발효시킴으로써 본 발명의 유기물 분해제가 얻어진다. 또한, 이와 같이 얻어진 분말상 유기물 분해제에 중량 대비 2∼10배의 물을 가하여 폭기시킨 후 상등액을 취하여 본 발명의 액상 유기물 분해제가 얻어진다.

이때, 상기 토양균군은 바람직하게는 대나무밭 토양으로부터 채집하여 배양, 증식시키는 것이 바람직하다.

또한, 가축 내장균군은 돈분을 영양 배지에 접종하여 배양, 증식시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 음식물 쓰레기 100중량부에 식물성 섬유재 150∼500중량부, 상기 분말상 또는 액상의 유기물 분해제 10∼500중량부를 가하여 혼합 교반하며 공기를 공급하여 발효시키는 유기물 분해 방법을 포함한다.

또한, 본 발명은 음식물 쓰레기 100중량부에 가축내장 10∼100중량부, 생선뼈 10∼100중량부, 야채 10∼100중량부, 식물성 섬유재 50∼500중량부 및 분말상 또는 액상의 유기물 분해제 5∼100중량부를 가하여 혼합 교반하며 공기를 공급하여 발효시키는 음식물 쓰레기 사료의 제조방법을 포함한다.

또한, 본 발명은 음식물 쓰레기 100중량부에 식물성 섬유재 20∼100중량부 및 제1항 또는 제2항의 유기물 분해제 5∼30중량부를 가하여 공기를 공급하며 혼합 교반하여 발효시키는 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법을 포함한다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기 유기물 분해제를 주요성분으로 하는 분뇨 분해제 및 오수처리제를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 구성을 실시예를 통하여 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래의 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 유기물 분해제의 제조

고두밥을 입구가 넓은 용기에 넣고 대나무밭에서 대나무 잎과 흙을 덮어 묻어 두었다가 수거하여 37℃의 인큐베이터에서 24시간동안 배양하였다. TB(Thioglycolate Broth) 배지(BBL 제품)에 상기 배양에 의하여 세균이 증식된 고두밥을 접종하여 37℃ 인큐베이터에서 24시간 종균배양한 후 혈액 한천평판배지 (Blood agar plate) 또는 맥콘케이 한천평판배지(MacConkey agar plate)에 옮긴 후 18시간동안 37℃로 배양하였다.

돈분(豚糞)을 TB 배지에 접종하여 37℃에서 24시간 배양한 다음 혈액 한천평판배지에 옮겨 18시간동안 37℃에서 배양하여 증식시켰다.

상기와 같이 배양 증식된 대나무밭 토양균군과 가축 내장균군을 함께 TB 배지에 접종하여 37℃에서 24시간동안 배양한 다음 소고기와 소의 뼈, 닭, 생선뼈 등을 6시간 이상 끓여 만든 영양액과 혼합하여 미생물을 증식시켰다.

곡물가루와 톱밥을 7:3으로 혼합한 배지에 상기와 같이 배양된 가축 내장균군과 토양균군을 가하였다. 비율은 곡물가루와 톱밥의 혼합배지 100㎏에 배양된 가축 내장균군과 토양균군을 각각 2.5㎏ 가하였다. 여기에 3개월 이상 폭기시킨 돼지분뇨의 상등액 30ℓ를 가한 후 두시간동안 충분히 교반 혼합하였다. 여기에 미세하게 분쇄된 화강암 분말을 0.5㎏ 가하여 발효시켰다. 발효조에 온풍을 가하고 공기를 충분히 공급하면서 3주동안 발효시켰다. 이리하여 분말상 유기물 분해제가 생성되었다.

이와 같이 얻어진 분말상 유기물 분해제를 가마니에 담고 중량 대비 5배의 물을 가하여 10일동안 폭기시킨 후 상등액을 취하여 액상 유기물 분해제를 얻었다.

실시예 2: 음식물 쓰레기의 분해

가정용 잔반처리기(KAISER, 한국)에 본 발명의 유기물 분해제 분말 12ℓ에 목재 칩 18ℓ를 혼합한 후 매일 2㎏의 잔반을 투입하고 매30분마다 5분간 정기적으로 완속교반하여 분해시켰다.

온도, 수분 및 중량의 변화를 시간 경과에 따라 측정하였다.

온도는 처음 26℃에서 5시간 경과 후 30℃로 상승하고, 18시간 경과 후 42℃로 상승하였다. 온도가 상승함에 따라 음식물 소멸이 빨리 진행되었다.

수분은 첫 5시간 동안은 음식물의 분해현상으로 인하여 8% 증가하였다. 그 후 18시간까지는 4.2% 감소하였다. 이는 음식물 분해가 완료된 후 수분의 비산 및 증발현상으로 인한 결과이다.

중량은 분해 전 12.5㎏이던 것이 5시간 경과 후 9.4㎏으로 감량되었으며, 18시간 경과 후 9.0㎏으로서 육안으로도 음식물 쓰레기가 완전히 소멸되었음을 확인할 수 있었다. 분해과정을 도 1에 나타내었다.

실시예 3: 음식물 쓰레기를 이용한 사료의 제조

분쇄된 등겨 100㎏에 음식물 쓰레기 30㎏, 생선뼈 10㎏, 야채 10㎏을 교반기에 넣고 본 발명의 액상 유기물 분해제 5ℓ를 가하여 4∼5시간동안 완속교반하였다. 이때 발효열은 50℃ 내외였고, 그 결과 냄새가 좋은 황토빛의 완숙발효된 사료를 얻을 수 있었다.

상기와 같이 얻어진 사료를 이용하여 충북 옥천 교동리 소재 축사에서 돼지를 사육한 결과, 상기 사료에 일반 사료를 70:30∼ 20:80과 같이 일정한 비율로 혼합하여 투여하고 또한 본 발명의 액상 유기물 분해제를 1/1000 희석하여 음수시켜 사육한 결과 돈분은 설사 증세가 없이 냄새 없는 굳은 변을 배설하였으며, 돈사에 악취가 없어졌다. 뿐만 아니라, 상기 사료로 사육한 돼지는 성장속도도 15∼20일 가량 빠르며, 육질이 좋은 것으로 나타났다.

실시예 4: 퇴비의 제조

톱밥 100kg, 음식물 쓰레기 50kg, 돈분 30㎏에 본 발명의 액상 유기물 분해제를 5ℓ가하여 스크류형 분쇄 혼합기에 넣어 2시간 완속교반 혼합한 것을 옥내에 높이 50㎝가 되도록 쌓아두었다. 2∼3일에 한번씩 뒤섞어 주면 2∼3주 내에 발효가 완료되어 숙성된 퇴비가 된다. 이때 발생하는 발효열은 55∼60℃ 내외이며 악취 없이 단기간의 숙성을 통하여 완숙발효된 질 좋은 흙빛 퇴비가 얻어졌다.

실시예 5: 간이 화장실의 분뇨 분해 용도

대전시 유성구 소재 모병원 분원의 옥외에 1년 6개월동안 1일기준 연인원 50명이 사용하는 이동식 간이 화장실의 저면 탱크에 분쇄된 목재칩 700ℓ와 본 발명의 분말상 유기물 분해제 300ℓ를 혼합하여 투입하여 사용하였다. 용변 후 저면 탱크 내의 완속 교반장치를 10초동안 작동시켜 분뇨와 상기 유기물 분해제를 혼합시켜 주었다.

유기물 분해제와 분뇨가 혼합되면 냄새가 전혀 나지 않고, 파리가 끓지 않으며, 시간의 경과에 따라 분뇨가 분해, 증발 소멸되어 별도의 분뇨수거가 필요 없었다. 유기물 분해제는 6개월마다 보충 또는 일부 교체하였다.

현재 경기도 과천 소재 서울 대공원에 1일 연인원 150명이 사용가능한 본 발명의 유기물 분해제를 이용한 간이화장실을 설치하여 좋은 반응을 얻고 있다.

실시예 6: 생활오수 처리 용도

또한, 대전시 목동 소재 모병원의 오수처리장(120ton/day규모: 활성오니법에 의해 오수를 처리하던 처리장이며, 폭기시설이 설치되어 있음)에 본 발명의 유기물 분해제 분말상을 800ℓ 투입하여 폭기시켰다.

투입후 2∼3일내 악취는 현저히 감소되고 2개월후부터 BOD, SS가 10ppm 이하가 되기 시작하여 1999년 말 현재 수질은 다음 표1과 같으며, 방류수에는 독성이 없는 물에서만 볼 수 있는 물벼룩과 달팽이가 부유, 생존하고 있음이 발견되었다(표 1).

	처리전(ppm)	처리후(ppm)
BOD	556.5	2.1
SS	985.0	9.7
COD	978.8	16.6
T-N	85.21	45.36
T-P	12.32	5.67

상기와 같이 본 발명의 유기물 분해제는 광합성균 등을 포함하는 토양균군과 가축 내장균군의 배양체 및 암석분말 등을 이용하여 곡물분말을 발효숙성시킨 물질의 추출액으로서 다종의 무기물질을 함유하고 있어 음식물 쓰레기 등의 유기물 분해를 활성화시키는 역할을 함으로써 단시간 내에 유기물을 완전히 소멸시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 유기물 분해제는 음식물 쓰레기 분해, 음식물 쓰레기 사료화, 퇴비화 및 화장실의 분뇨처리제, 오수처리제 등의 용도로 사용할 수 있다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 토양균군을 배양한 것, 가축 내장균군을 배양한 것을 곡물가루 및 식물성 섬유재로 구성된 영양체에 가하고 장기 폭기시킨 돼지 분뇨의 상등액과 화강암 분말을 가하여 혼합, 발효시켜서 얻어지는 유기물 분해제에 중량 대비 2∼10배의 물을 가하여 폭기시킨 후 상등액을 취하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 액상의 유기물 분해제.
3. 삭제
4. 삭제
5. 음식물 쓰레기 100중량부에 식물성 섬유재 150∼500중량부, 제2항의 유기물 분해제 10∼500중량부를 가하여 혼합 교반하며 공기를 공급하여 발효시키는 것을 특징으로 하는 유기물 분해 방법.
6. 음식물 쓰레기 100중량부에 가축내장 10∼100중량부, 생선뼈 10∼100중량부, 야채 10∼100중량부, 식물성 섬유재 50∼500중량부 및 제2항의 유기물 분해제 5∼100중량부를 가하여 혼합 교반하며 공기를 공급하여 발효시키는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 사료의 제조방법.
7. 음식물 쓰레기 100중량부에 식물성 섬유재 20∼100중량부 및 제2항의 유기물 분해제 5∼30중량부를 가하여 공기를 공급하며 혼합 교반하여 발효시키는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 퇴비의 제조방법.
8. 삭제
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