KR100458934B1 - 유기물 사료화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2중 쟈켓 형태의 발효 건조실, 상기 발효 건조실의 내측에 수용되어 유기물을 교반시키는 회전 교반 장치, 열풍 공급장치, 발효 건조실의 온도를 가변 조절하기 위한 열매체유 수용부를 포함하여 이루어진 발효기를 다단으로 구성하고 유기물을 상기 각각의 단계에서 일정 시간씩 발효 건조 과정을 거쳐 유기물을 사료화하는 방법에 관한 것으로서, 발효조건의 균질화는 물론, 바닥 전면을 저동력으로 교반하는 장치를 구비하고 있어 기기의 내벽에 부착되어 탄화되는 것을 방지하면서 이물질에 의해서 작동이 중단되지 않으므로 선별 및 파쇄 등의 전처리가 필요하지 않고, 발효 건조 시간을 크게 단축시켜 기기의 가동율 재고에 기여할 수 있으며, 단계별로 온·습도의 조절이 자유로워 품질이 우수한 생균 사료를 제조할 수 있게 한다.

Description

유기물 사료화 방법{Method for manufacturing feed and compost using organic matter}

본 발명은 일반 가정과 대형 급식소 및 음식점 등에서 다량으로 발생되는 음식물 쓰레기나 각종 부산물(이하,"유기물"이라 한다.) 등을 교반하고 발효 및 건조시켜 가축의 사료로 사용하기 위한 사료나 퇴비 원료를 제조하게 하는 장치로부터의 유기물 사료화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전체 생활 쓰레기양의 25∼35% 수준에 달하는 많은 양의 음식물 쓰레기가 각 가정이나 음식점 등에서 발생하고 있으며, 이러한 음식물 쓰레기는 수분을 과량으로 함유하고 있어 처리하는데 상당한 어려움이 수반됨은 물론 많은 처리 비용이 발생할 뿐만 아니라 음식물 쓰레기가 분해될 때 악취가 심하게 발생하고 여러 가지 병원균이 자생하여 위생에 큰 영향을 끼치는 등의 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 과거의 음식물 쓰레기 처리방법으로는 땅 속에 매립하거나 소각로 등을 사용하여 소각하는 방법이 널리 사용되어 왔고, 최근에 이르러는 그림 제1도에 도시한 바와 같은 유기물 처리장치를 사용하여 음식물 쓰레기를 발효시켜 사료로 재생하는 방법이 도입되기에 이르렀다.

그러나, 상기와 같은 비교적 최근의 방법도 대량의 유기물을 처리하기 위하여는, 대형의 저장조에 유기물을 저장한 후 이를 교반하면서 발효 및 건조시키는 방법을 사용하는 관계로, 유기물이 저장조 내부에 과다한 높이로 쌓여 있기 때문에 투입된 유기물의 상부층과 하부층의 발효조건, 즉 상부층에 투입된 유기물의 무게를 지탱하여야 하는 하부층은 과다한 압력으로 눌려지기 때문에 상부층과 공기 공급 조건이 다르게 되는 등의 발효조건 차이로 인하여 발효시간을 단축하고 양질의 사료를 제조하는데 어려움이 많았다.

또한, 도1에 도시한 바와 같이 종래의 발효장치는, 투입 개폐문(1)과 배출구 (2)를 갖는 본체(3)의 내부에 단면상 "U"자형 발효 건조실(4)을 경사지게 설치하고, 상기 발효 건조실(4)의 외주벽에는 전도성 발열 테이프(5)와 절연 테이프(6)를 부착하여 본체(3)와의 사이 공간에 단열 수지층(7)을 형성하며, 상기 발효 건조실 (4)의 내측에는 중공형 회전 교반축(8)을 발효 건조실(4)과 평행하게 축설하여 도시하지 않은 액추에이터에 의해 회전되게 하고, 상기 회전 교반축(8)의 선단을 도시하지 않은 송풍기의 연결관과 당접되게 함과 아울러 외주면에는 교반날개(9)를 일정 간격으로 삽착하며, 상부 공간부에는 공기 공급관(I)과 배기관(O)을 설치하여 공기 공급관(I)은 상기한 연결관에 연결하고 상기 배기관(O)은 그 일단을 외부로 노출시켜 배출판과 휠터가 장치된 정화배출기(P)에 연결하며, 상기 발효 건조실(4)의 하부에는 배출문(D)을 설치한 구조의 발효 장치를 사용하여, 발효 건조 처리를 행하고 있기 때문에 발효 건조실의 외주벽과 직접 접촉되는 유기물이 탄화되어 제품의 가치가 하락하고, 온·습도의 조절이 곤란하여, 양질의 사료를 제조하는데 많은 불편이 초래되었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 상기와 같이 단 한개의 발효조를 이용할 때는 발효 건조 중 유기물을 살균하고 발효하여 건조하는 단계에 따라 각각의 최적 조건이 다르므로 최적 환경을 구현하여 발효 건조 시간을 단축하고 양질의 생균 사료를 제조하는 방법을 제공하는데 있으며, 유기물이 발효조 바닥에 눌어 붙어 탄화되지 않게 바닥 저면을 저동력으로 교반할 수 있는 교반장치를 구비하여, 발효조 투입 전 파쇄나 선별이 필요 없게 한 유기물 사료화 방법을 제공하는데 있다.

도1은 종래의 유기물 처리장치를 나타낸 도면,

도2는 본 발명에 따른 유기물 사료화 장치를 나타낸 전체 배치도,

도3은 본 발명에 따른 유기물 사료화 장치의 요부인 발효기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면,

도4a는 도3에서 있어서의 발효 건조실의 내부 구조를 나타낸 도면.

도4b는 도4a에 있어서의 측도면,

도5는 도3에 있어서의 교반익을 나타낸 사시도,

도6은 도4b에 있어서의 표시 A부분을 나타낸 부분 확대도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10:발효 건조실 20:회전 교반 장치

30:공기 공급구 40:에어 파이프

41:에어 토출구 50:열풍 공기 공급장치

51:히터 52:송풍기

60:집진기 70:열 교환부

80:열매체유 수용부 90:히터봉

본 발명은 유기물을 교반하고 발효 및 건조시켜 사료로 만드는 방법에 관한 것으로, 외형은 동일하되 히터봉의 수만 상이한 발효기를 다단으로 설치하고 각 단별로 처리 조건을 다르게 설정함으로써 균질의 사료로 재처리되도록 구성함에 그 기술적 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 유기물 사료화 장치를 나타낸 전체 배치도, 도3은 본 발명에 따른 유기물 사료화 장치의 요부인 발효기의 구조를 개략적으로 나타낸 도면, 도4a는 도3에서 있어서의 발효 건조실의 내부 구조를 나타낸 도면. 도4b는 도4a에 있어서의 측도면, 도5는 도3에 있어서의 교반익을 나타낸 사시도, 도6은 도4b에 있어서의 표시 A부분을 나타낸 부분 확대도이다.

본 발명의 유기물 사료화 장치에 사용되는 각각의 발효기는, 투입 개폐문 (11)과 배출문(12)이 상하측에 형성되어 유기물이 투입 및 배출되게 하는 2중 쟈켓 형태의 발효 건조실(10)과, 상기 발효 건조실(10)의 내측에 형성되어 수용된 유기물을 적정하게 교반시키는 회전 교반 장치(20)와, 상기 발효 건조실(10)의 외주연 일부에 형성되어 발효 건조실(10) 내부로 열풍 공기를 공급하는 공기 공급구(30)와, 상기 공기 공급구(30)에 열풍 공기를 균일하게 공급하기 위하여 발효 건조실 (10)의 길이 방향으로 설치된 에어 파이프(40)와, 상기 에어 파이프(40)로 열풍 공기를 공급하기 위하여 전기 히터(51)와 송풍기(52)가 결합된 열풍 공기 공급장치 (50)와, 상기 발효 건조실(10)의 상부에 형성된 배기가스 토출구(14)에 파이프를 통해 연결되어 배출되는 공기중의 이물질을 집진하는 집진기(60)와, 상기 집진기 (60)의 출구로부터 배출되는 고온의 공기가 가진 열에너지를 이용하여 열풍 공기 공급장치(50)의 입구로 유입되는 신선한 공기를 예열시키는 열 교환부(70)와, 발효 건조실(10)의 온도를 가변 조절하기 위한 열매체유 수용부(80)로 구성되어 있는데, 상기 열매체유 수용부(80)에는 상기 2중 쟈켓의 외부 쟈켓에 전기 히터봉(90)으로 가열되는 열매체유(M)를 수용하고 있다.

상기한 회전 교반 장치(20)는, 도5에 도시된 바와 같이 교반익(A)와 교반익 (B)이 중심 C-C선을 경계로 서로 반나선 방향으로 회전하도록 회전축(21)에 부착되어 있으며, 상기한 구조로 인하여 작은 저항으로도 적정한 유동을 발생시켜 유기물이 가열된 공기와 잘 혼합될 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 에어 파이프(40)는 등간격으로 균일하게 다수개의 에어 토출구 (41)를 형성하여 에어의 토출이 적정하게 이루어질 수 있도록 하는 것이며, 상기 에어 파이프(40)로 열풍 공기를 공급하는 열풍 공기 공급장치(50)의 입구에는 집진기(60)를 통과하여 외부로 배출되는 뜨거운 폐 공기가 지나가면서 신선한 공기를 예열할 수 있도록 열 교환기를 포함하는 열 교환부(70)가 부착되어 있고, 상기 열 교환부(70)를 통과하면서 예열된 공기를 에어 파이프(40)로 압송시키기 위하여 송풍기(52)가 설치되어 있으며, 상기 송풍기(52)의 출구에는 예열된 공기를 적정한 온도로 가열시키기 위하여 히터(51)가 부착되어 있어서 여기에서 가열된 공기가 발효 건조실(10)로 유입되어 유기물을 발효시키는데 사용되는 것이다.

가열된 공기는 에어 토출구(41)로 배출되며, 토출구(41)는 교반익(A,B)에 방해가 되지 않고 그 가열된 공기를 유기물에 대해 원활히 공급할 수 있도록 출구를 "┌" 모양으로 형성하여 교반익(A,B)의 회전방향으로 공급하도록 되어 있다.

또한, 상기 열 교환기를 포함하는 열 교환부(70)에서는, 발효 및 건조에 사용된 후 외부로 배출되기 위하여 집진기(60)를 거쳐 나오는 공기의 폐열이, 열풍 공기 공급장치(50)의 입구로 유입되는 신선한 공기를 가열하면서, 자동적으로 냉각되어 외부로 배출된다.

또한, 상기 발효 건조실(10) 외부의 2중 쟈켓에는 열매체유(M)가 수용되어 있어서 발효 건조실의 온도를 발효에 필요한 최적의 조건으로 가변 조절할 수 있게 하는 것이다.

본 발명에서는 유기물을 양질의 사료로 재처리하기 위하여, 상기한 발효기를 4단으로 구성하고 각각의 발효기에서, 표1에 기재된 바와 같이, 각각 다른 단계의 발효 건조 처리 과정을 거쳐 유기물을 사료화하게 된다.

<표1> 발효 건조 처리 단계

구분	특징	열매체 히터	시간	열풍기	교반기	발효물의 변화	효과
		봉의수		KW	온도(℃)	댓수		KW	풍량(㎥)	온도(℃)	KW	회전수(rpm)	종류	중량(㎏)	수분(%)
					발효물											열매체
1차발효기	가열살균→혼합→발효	8	40	가온	250	2	2	20	-	-	15	12	음식물	1563	72	음식물 가열
				100	300	1		20	-	-		12				살균
				60	-	1		20	50	-		12	쌀겨	437	15	미생물 투입
													고온균	16g	-	주요 미생물 투입/발효
2차 발효기	발효	6	30	60	150	4	2	20	40	150	15	10	발효물	1800	50	발효
3차 발효기	발효→건조	4	20	60	150	4	2	20	40	150	15	10	발효물	1400	30	발효
4차 발효기	건조	4	20	60	150	4	2	20	15	150	15	7	생균제	900	13	건조

즉, 수거된 유기물은 먼저 1단계 발효기에 투입되어 가열 살균과정을 거치게 된다. 상기의 가열 살균 과정은 히터봉(90) 8개를 사용하여 열매체유(M) 가열 온도를 250℃로 유지하면서 유기물을 2시간 동안 가온하고, 열풍기는 작동하지 않는 상태로 하여 열의 외부 이탈을 최소화한다. 이때, 교반익(A,B)의 회전수는 12rpm을 유지한다. 그 후, 열매체유(M)의 가열 온도를 300℃까지 끌어올려 유기물이 100℃에서 1시간 동안 살균되도록 한다. 살균 후 1단계로 유기물의 수분이 60% 정도가 되도록 하기 위하여 쌀겨를 혼합하며, 유기물의 온도를 60℃ 정도로 낮추기 위하여 열매체유(M) 가열 작동을 멈추고, 열풍기를 가동하여 공기를 순환시키면서 유기물 중량의 1만분의 1로 바실러스 균을 주종으로 한 고온균을 투입하고 1시간 동안 발효시킨다.

2단계 발효기에서는 열매체유(M)의 가열 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 40㎥의 풍량으로 건조 발효실(10)의 습공기가 건공기와 교환되도록 가동하며, 교반익(A,B)의 회전수를 10rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 1단계 발효기에서 4시간 동안 가열 발효된 유기물을 받아, 수분이 50%가 되도록 4시간 동안 발효시키게 된다.

3단계 발효기에서는 히터봉(90) 수만 4개로 줄여 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 40㎥의 풍량으로 건조 발효실(10)의 습공기가 건공기와 교환되도록 가동하며, 교반익(A,B)의 회전수를 10rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 2단계 발효기에서 4시간 동안 가열 발효된 유기물을 받아, 수분이 30%가 되도록 4시간 동안 발효시키게 된다.

4단계 발효기에서는 주로 수분 조절을 위한 건조 처리가 주 목적인 바, 열매체유(M)의 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 15㎥의 풍량으로 건조 발효실(10)의 습공기가 건공기와 교환되도록 가동하며, 교반익(A,B)의 회전수를 7rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 3단계 발효기에서 4시간 동안 가열 발효된 유기물을 받아, 수분이 13%가 되도록 4시간 동안 건조시키게 된다.

상기 발효 단계에 사용되는 미생물은 바실러스 균을 주종으로 한 고온균으로서 표2에 기재된 바와 같은 미생물이 혼합된 것임을 알 수 있고, 이들의 장점은 100℃ 정도에서도 내열성 포자의 형성을 통해 살아남으며, 적당한 조건이 되면 우선적으로 증식함은 물론 저분자의 유기물 분해 성능이 뛰어나고, 고영양 물질을 다른 유기물보다 우선적으로 분해하기 때문에 음식물과 같은 유기물의 재처리에 유용한 것이다.

<표2> 고온 발효 미생물제 종류

미생물 종류	g당 개수
다형성,무아포 g양성균	1억개/g
호기성 아포균	중온균	6,000만개/g
	고온균	100만개/g
카다라제 양성의 g양성구균	5,000만개/g
효모-중온균	3,000만개/g
방선균	중온균	3,000만개/g
	고온균	800만개/g
진균-중온균	2,000만개/g
유산균	300만개/g
비발효성 g음성균	20만개/g
혐기성 아포균-중온균	4만개/g
유사구균	2만개/g

상기 <표2>는, "유한회사 신동물산"의 간균(바실러스)군에 속하는 복수종의 고온균에서 나온 내열성을 지닌 미생물인 "우치시로균(내성B균)"을 일본식품분석센터에서 분석한 데이터로서, 상기 우치시로균을 구성하고 있는 균체를 분석하면,고초균(Bacillus subtilis 그램 양성 간균 호기성, 통성 혐기성 아포균 주위에 긴 편모를 지니며 운동성이 있음, 혐기성 증식 가능, 바실러스에 속하는 대표균 10종류 이상의 효소를 만듦, 낫토 제조에 사용됨),진균(Rhizopus 접합균류, 곰팡이의 일종으로 균사가 거미집처럼 보여 쿠모노스카바(거미집)라고도 불린다.),초산균(Nitrobacter),간상유산균(Lactobacillus 그램 양성 간균, 혐기성 아포 비형성균(대부분은 통성 혐기성<미호기성(微好氣性)>균 사이에 비피즈스균 등이 있다.),내열성 고초균(Bacillus licheniformis 그램 양성 간균 호기성, 통성 혐기성 아포균 주위에 긴 편모를 지니며 운동성이 있음, 혐기성 증식 가능) 등으로 이루어진다.

또한, 쌀겨는 수분 조절과 염분 희석용으로 사용되는데, 이러한 쌀겨에는 바실러스와 유산균이 그램당 10만개 이상, 효모는 만개이상 포함되어 있어 중요 미생물 보충재의 역할도 겸하는 것이고, 유기물의 발효 과정중 미생물의 성장에 필요한 영양분을 보충함은 물론 유기물 발효재를 사료로 사용시 제품의 품질과 영양적 가치를 높이는데 효과적인 수단인 것이다.

그리고, 상기와 같이 온도를 조절하며 발효 건조 처리를 행하는 이유는, 발효 사료를 만들기 위하여 일반적으로 사용되는 유산균, 혐기성·호기성 세균 및 효모 등은 대부분 60℃ 이상에서 사멸하는 문제점이 있고, 30∼40℃ 정도로 발효 건조시 건조 시간이 매우 길게 되는 문제점이 있으므로 대량의 유기물을 발효 사료로 재처리하기에는 부적당한 실정이어서, 본 발명과 같이 온도를 조절하여 유기물 재처리 시간을 단축시키고 또한 상기에 기재한 바와 같이 본 발명의 온도 조건에서 유기물을 발효시키기에 적당한 고온 발효 미생물을 사용하게 되는 것이다.

상기 1, 2, 3, 4단계의 발효 건조 과정중 발효 건조실(10)에 투입된 유기물은 교반익(A,B)을 통하여 교반되어 신선한 공기와의 혼합 및 세균과의 접촉성이 좋아지는 것이며, 상기 발효 건조실(10)에는 열풍기를 통하여 외부의 신선한 공기가 공급되어 세균의 번식 및 유기물의 분해 작용을 돕고, 외부로 배출될 때 발효 건조실(10)의 전 영역을 이동하면서 흡수한 수분을 함께 배출시켜 건조 과정을 돕게 되는 것이다.

한편, 상기와 같은 온도, 송풍량, 회전익의 회전수 설정은 공지의 온도 센서와 제어장치를 통하여 이루어지게 되고, 제조된 사료는 선별 이송되어 포장 등의 과정을 거쳐 공급되게 된다.

상기의 4단계 발효 과정을 통하여 재처리된 사료를 실험한 결과 표3에 기재된 바와 같은 성분이 포함되어 있음이 입증되었다.

<표3> 생균 사료의 구성 성분 실험결과

구분	내용	1차	2차	3차	4차
일반성분	수분(%)	5.63	5.2	5.65	4.72
	pH(40%수용액)	5.44	5.36	5.36	5.18
	조단백(%)	18.61	18.82	18.37	19.01
	조지방(%)	9.87	10.4	10.4	11.06
	조섬유(%)	7.98	8.06	7.66	8.6
	조회분(%)	10.13	12.11	11.69	10.83
	칼슘(%)	2.19	3.01	2.36	1.98
	인(%)	0.99	1.04	1.21	1.11
	염분(%)	0.63	0.74	0.7	0.78
	질소(%)	2.98	3.01	2.94	3.04
	탄소(%)	44.4	43.76	44.31	44.62
	납(ppm)	0.91	1.6	1.01	1.25
	카드뮴(ppm)	0.19	0.33	0.29	0.24
	수은(ppm)	0.01	0.01	0.17	0.04
유해물질	살모넬라	불검출	불검출	불검출	불검출
	아플라톡신B1(ppb)	불검출	불검출	불검출	불검출
	대장균(cfu/g)	불검출	불검출	불검출	불검출
생균제	바실러스(cfu/g)	3.2×10	1.1×10	1.1×10	6.1×10
	유산균(cfu/g)	2.7×10	2.7×10	1.1×10	4.1×10
	효모(cfu/g)	3.9×10	4.8×10	5.5×10	1.1×10
	방선균(cfu/g)	8.1×10	1.7×10	1.2×10	5.0×10

본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 종사하는 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것이므로, 위와 같은 변경이 청구범위 기재의 범위 내에 있게 됨은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유기물 중 이물질이 혼합되더라도 교반장치를구동할 수 있으므로 발효조에 유기물을 투입 전에 선별 및 파쇄등의 전처리 필요성이 없으며, 바닥 전면을 저동력으로 교반해 줌으로써 기기의 내벽에 부착되는 찌꺼기의 탄화가 방지되고, 발효 건조가 진행되는 동안 조건이 각각 다르므로 단계별로 나누어 발효조가 구성됨으로써 처리 시간을 크게 단축시키고, 기기의 가동율 재고에 기여할 수 있으며, 단계별로 온·습도의 조절이 자유로워 품질이 우수한 생균 사료를 제조할 수 있었다. 또한, 대량 연속 처리를 실현하게 하며, 건조 단계에서 과다 발생하는 미세먼지의 제거를 용이하게 한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제.
2. 삭제.
3. 유기물을 발효 건조시켜 유기물을 사료화하는 방법에 있어서,

   살균 및 건조 과정을 주 처리과정으로 하는 단계로서, 열매체유를 가열하여 온도를 250℃로 유지하면서 유기물을 2시간 동안 가온하고, 다시 열매체유의 가열 온도를 300℃까지 끌어올려 유기물이 100℃에서 1시간 동안 살균되도록 하며, 유기물의 수분이 60% 정도가 되도록 유기물의 온도를 60℃로 유지하면서 건조 발효시키는 단계로 진행하는 제1단계와;

   발효 및 건조 과정을 주 처리 과정으로 하는 단계로서, 열매체유의 가열 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 40㎥의 풍량으로 구동하며, 교반익의 회전수를 10rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 유기물의 수분이 50%가 되도록 발효시키는 단계로 진행하는 제2단계와,

   발효 및 건조 과정을 주 처리 과정으로 하는 단계로서, 열매체유의 가열 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 40㎥의 풍량으로 구동하며, 교반익의 회전수를 10rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 수분이 30%가 되도록 발효시키는 단계로 진행하는 3단계와,

   건조 과정을 주 처리 과정으로 하는 단계로서, 건조 처리를 위하여, 열매체유의 온도를 150℃로 유지하고, 열풍기를 토출온도 150℃, 분당 15㎥의 풍량으로 구동하며, 교반익의 회전수를 7rpm으로 유지하여 유기물의 온도가 60℃가 되도록 하면서, 수분이 13%가 되도록 건조시키는 단계로 진행함을 특징으로 하는 유기물 사료화 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1단계의 수분 조절 과정은 쌀겨를 혼합한 후, 바실러스 균을 주종으로 한 고온균을 투입하거나 투입하지 않고 건조 발효시키는 것을 특징으로 하는 유기물 사료화 방법.