KR100577841B1

KR100577841B1 - 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 퇴비화방법

Info

Publication number: KR100577841B1
Application number: KR1020030005374A
Authority: KR
Inventors: 서희동; 서영준; 서영진
Original assignee: 서희동
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2006-05-12
Also published as: KR20040068821A

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 퇴비화과정에서 악취발생이 저감되며 발효가 촉진되면서 양질의 퇴비를 제조하는 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은, 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 이물질제거, 파쇄, 탈수, 탈 염과 같은 전 처리를 한 다음에 혼화기(1)에 이송하여 팽윤제(Bulking agent) 및 기타첨가제를 주입하여 함수율이 60wt% 정도 되게 조정한 후에 발효숙성공정(4)으로 보내어 발효숙성이 완료되면 이물질선별기(8)로 이송하여 이물질을 분리 제거한 완숙퇴비(10)를 만드는 과정에서 악취발생의 저감 및 발효를 촉진하기 위해서 발효숙성공정(4)에서 배출되는 침출수를 이용하여 미생물배양공정에서 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하는 폴리페놀(Polyphenol)성대사산물을 배설하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양하여 발효숙성공정(4)에 공급하여 발효 숙성기간의 단축 및 악취발생을 저감하면서 완숙된 퇴비를 제조한다.

특이한 사항은, 종래에 주로 적용하던 퇴비제조공정에 비해서 악취발생이 월등히 저감되면서 발효 숙성기간이 단축됨으로써 시설비 및 운전비용이 절감되면서 양질의 완숙퇴비가 생산되기 때문에 유기성 폐기물의 퇴비화공정에 널리 이용될 것으로 기대된다.

유기성 폐기물, 부식화, 발효숙성, 부식물질, 악취, 퇴비화

Description

음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 퇴비화방법{Composting method of organic wastes the same garbage}

도 1은 제1 유기성 폐기물의 퇴비제조 공정도

도 2는 제2 유기성 폐기물의 퇴비제조 공정도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 혼화기 2: 혼화기 믹서(Mixer)

3: 이송 컨베이어(Conveyer) 4: 발효숙성공정

5: 로터리 믹서(Rotary mixer) 6: 삽 차

7: 호퍼(Hopper) 8: 이물질 선별기

9: 완숙퇴비 이송컨베이어 10: 완숙퇴비

11: 미생물활성화조 12 : 생물반응기(Bio-reactor)

13: 광물질 및 부식물질펠렛트(Pellet) 충전층

14: 미생물배양조 15: 미생물농축조

16: 미생물농축조 레이크(Rake) 17 : 미생물반송펌프(Pump)

18: 배양액저장조 19: 배양액이송펌프

20: 송풍기(Air blower) 21: 미생물활성화조순환펌프

22: 자석(영구자석 또는 전자석) 23: 정류기

24: 자화기 25: 자철광괴(磁鐵鑛塊)

본 발명은 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 퇴비화과정에서 미네랄(Minerals)성분을 쉽게 용출할 수 있는 광물질과 부식물질을 이용하여 유기물질을 부식물질로 전환하는 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 대사산물로 배설하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양하여 이 배양액을 발효숙성과정에 공급하여 악취발생을 저감하며 발효숙성기간을 단축하면서 양질의 완숙퇴비를 제조하는 방법을 제시하는 것이다.

일반적으로 전술한 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 퇴비화에서는 톱밥, 왕겨, 수피와 같은 팽윤제를 주입하여 함수율을 60wt% 정도 조정한 다음에 로터리 믹서(Rotary mixer)로 뒤집기를 하면서 호기성 발효를 하는데 발효과정의 초기 단계에서는 탄수화합물, 단순단백질과 같이 미생물에 의해서 쉽게 분해하는 물질이 분해하면서 산소농도가 떨어지면 혐기성 미생물이 활동하면서 부패가 일어나면 암모니아(NH₃ ), 유화수소(H₂S), 메르캅탄(Mercaptan), 휘발성 아민, 휘발성 알코올, 휘발성 유기산 …등과 같은 악취물질이 발생하면서 심한 악취를 발생하며, 또한 파리와 같은 해충이 번식하면서 2차 오염을 야기하는 문제점이 있으며, 혐기성 미생물이 활동하게 되면 낙산과 같은 식물의 성장에 유해한 대사산물을 생성하기 때문에 퇴비의 품질을 저하하는 등의 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해서, 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 이용하여 퇴비를 생성하는 공정에서 발생하는 악취발생을 저감하면서 짧은 발효숙성기간에 양질의 완숙퇴비를 만들 수 있는 방법을 제시하는데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전술한 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 이물질제거, 파쇄, 탈 염과 같은 전 처리를 한 다음에 팽윤제 및 기타 첨가제를 주입하여 교반 혼화한 후에 발효숙성공정에서 미네랄공급이 용이한 광물과 부식물질 펠렛트나 이들에 자석 및 자철광을 사용하여 유기물질을 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양하여 발효숙성공정에 살포함으로써 악취발생을 저감하면서 짧은 발효숙성기간에 완숙퇴비를 만든다.

이하 첨부된 도면에 의해서 본 발명의 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 퇴비로 자원화 경우 염분과 이물질은 전 처리공정에서 파쇄처리, 이물질제거, 탈염처리와 같은 전 처리를 한 다음에 혼화기(1)에 주입하고, 농·수산부산물, 도축공장부산물과 같이 이물질이 문제가 되는 경우에는 전 처리공정에서 이물질을 제거한 다음에 혼화기(1)에 주입한다.

혼화기(1)에 주입된 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물에 천매암(千枚岩)을 작물의 종류, 토양의 특성, 용도 등을 고려하여 유기질/무기물의 비가 0.8∼10의 범위로 주입하고, 톱밥 또는 이탄(토탄)과 같은 팽윤제(Bulking agent)을 수분조절, 공극률(통기성)향상, C/N비의 조정 등의 목적으로 함수율이 60wt%정도 되게 공급하여 혼화기 믹서(2)로 교반 혼합한 다음에 발효숙성공정(4)으로 이송한다.

발효숙성공정(4)에 유입된 유기성 폐기물은 로터리 믹서(Rotary mixer; 5)로 뒤집기를 하면서 호기성 발효를 하면 초기에는 탄수화합물, 단순단백질과 같이 미생물에 의해서 분해가 용이한 물질이 분해되면서 분해열에 의해서 온도가 상승하게 되면, 고온성 미생물(Thermophilic microbes)이 활동하게 되면서 유해병원성 미생물, 해충의 유충(幼蟲) 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸처리되며, 고온성 미생물의 먹이가 되는 유기물질이 고갈하게 되면 온도가 떨어지면서 중온성미생물(Mesophilic microbes)이 활동하게 되며, 미분해된 난분해성 유기물질은 미생물의 대사산물과 반응하여 안정된 부식물질로 전환되어 발효숙성이 완료되면 삽 차(6) 등에 의해서 이물질선별기(8)로 보내어 이물질을 분리 제거하여 완숙된 퇴비를 생산한다.

발효숙성공정(4)에서 숙성된 완숙퇴비가 생산되는 반응 메커니즘(Mechanisms)은 다음과 같다.

발효 초기단계에는 1차 미생물에 의해서 분해가 용이한 탄수화합물, 단순단백질 등이 CO₂, H₂O와 같은 간단한 무기물질로 분해가 된다.

이때 산소공급이 부족하게 되어 혐기성 상태가 되면 혐기성 미생물이 활동하게 되면서 유기물질은 CO₂, CH₄, NH₃, H₂S와 같은 간단한 무기물질과 휘발성 아민류, 휘발성 알코올류, 휘발성 유기산류, 메르캅탄류와 같은 저분자성 유기물질로 분해가 일어나면서 악취가 발생하게 되므로 충분한 공기(산소)를 공급해야 한다.

여기서 지나친 공기를 주입하게 되면 열손실이 심하여 온도가 60℃까지 상승하지 않으면 유기성 폐기물 중에 함유되어 있는 유해병원성 미생물, 해충의 유충 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸되지 않을 수 있으며, 공기공급이 약간 부족하게 되어 온도상승이 80℃ 이상 장시간 유지하게 되면 중온성 미생물이 사멸하게 되어 후단에서 완숙발효가 일어나지 않으면서 미숙 퇴비가 생산될 수 있으며, 산소공급이 지나치게 부족하면 혐기성 상태가 되어 심한 악취가 발생하면서 식물생육에 유해한 낙산과 같은 혐기성 미생물의 대사산물이 생성될 수 있기 때문에 적절한 산소공급 및 수분조절을 하면서 혐기성 미생물의 생육을 억제하도록 해야 한다.

다시 말해서 ②의 반응이 일어나게 되면 심한 악취를 발생하면서 식물에 유해한 낙산과 같은 미생물대사산물이 생성될 수 있기 때문에 충분한 산소를 공급하여 ②의 반응은 최대한 억제 되도록 운전해야 한다.

발효숙성공정(4)의 전 단계에서 ①과 같은 호기성 반응이 일어나게 되면서 반응열에 의해서 온도가 상승하게 되면 호열성 미생물이 활동하게 되면서 열에 약한 유해병원성 미생물, 해충의 유충 및 알, 잡초의 씨앗 등이 사멸하게 되며, 이때 상당량의 수분이 증발하게 된다.

여기서 온도 상승으로 인하여 지나친 수분이 증발하게 되면 후단의 발효 숙성이 원활하게 일어나지 않을 수 있기 때문에 침출수 등을 살포하여 함수율을 조절하는 것이 좋다.

유기성 폐기물 중 호열성 미생물의 먹이가 되는 영양물질이 소멸하게 되면 호열성 미생물의 대사활동은 둔화하면서 온도가 떨어지면 중온성 미생물이 활동하게 된다.

중온성 미생물 중에는 방선균(放線菌)류, 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides)와 같은 간균(桿菌)류, 믹소박데리아(Myxobacteria)류, 곰팡이류(Aspergillus niger, Penicillium sp., Mucor sp., Fusarium sp. 등)와 같이 유기물질을 부식물질로 전환하는 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 대사산물로 배설하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물이 활동하게 되면서 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하게 된다.

폴리페놀성 화합물은 공기 중에서 산화효소(Polyphenoloxidase)의 촉매작용에 의해서 퀴논(Quinone)화합물로 산화되면서 과산화수소(H₂O₂)가 생성되며, 과산화수소는 미생물이 배설하는 효소와 반응해서 산화효소를 생성한다.

퀴논화합물은 미생물에 의해서 분해가 어려운 리그닌(Lignin), 셀룰로오스(Cellulose), 타닌(Tannin)과 같은 물질과 중축합반응(重縮合反應)을 하여 물에 불용성이면서 비휘발성인 안정된 부식물질로 전환된다.

이때 악취를 발생하는 암모니아(NH₃), 유화수소(H₂S), 휘발성 아민류, 휘발성 알코올류, 휘발성 유기산류, 메르캅탄류와 같은 물질을 부식물질에 부동화(不動化 ; Immobilization) 됨으로써 악취발생이 저감하게 된다.

부식물질은 토양의 조암광물(造岩鑛物)에 함유되어 있는 활성미네랄성분과 반응하여 킬레이트(Chelate)성 부식산미네랄착염 상태인 콜로이드 미셀(Colloidal micelle)형태의 부식물질이 생성된다.

또한, 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물은 악취발생을 유발하는 부패성 미생물 및 유해병원성 미생물의 생육을 억제하는 항생물질을 배설하여 이들 미생물의 생육을 억제함으로써 상호길항관계를 유지하게 된다.

따라서 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호 공생관계에 있는 토양미생물의 생육환경조건을 최적의 상태로 유지하여 주면 악취발생은 억제하게 된다.

그리고 사상균류, 슈도모나스(Pseudomonas sp.)와 같은 미생물은 부식물질을 먹이로 섭취하여 대사산물 중 식물성장에 유용한 생리적 활성물질인 비타민(Vitamin)류와 성장촉진물질인 호르몬(Hormon)류와 같은 식물성장에 유용한 물질을 배설한다.

유기물질을 부식물질로 전환하는 폴리페놀(Polyphenol)성 화합물을 배설하는 전술한 부식화미생물과 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물은 세포막이나 세포핵 중에는 미네랄 함량이 높은 특성이 있음으로 미네랄 및 활성물질을 충분히 공급하였을 때 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물들의 대사활동이 활발하게 되면서, 길항관계에 있는 부패를 야기하는 혐기성 미생물이나 병원성 미생물 등은 생육이 억제하게 된다.

본 발명은 유기물질을 부패하여 악취를 발생시키는 혐기성 미생물의 생육을 최대한 억제하여 전술한 ②의 반응을 방지하기 위해서는 혐기성 미생물과 상호길항관계에 있는 부식물질을 생성하는 부식화미생물과 공생관계에 있는 토양미생물을 배양하여 발효숙성공정(4)의 전단에 공급하며, 잉여배양액은 액비화공정이나 폐수처리공정으로 보낸다.

부식화미생물과 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양하기 위한 배양액으로는 발효숙성공정에서 배출되는 침출수를 미생물배양조(14)에 공급하고, 송풍기(20)로부터 공기를 주입하여 폭기를 하면서 배양된 배양액은 미생물농축조(15)로 보내어 청등액은 상부로 익류하여 배양액저장조(18)로 보낸 다음에 배양액이송펌프(19)에 의해서 발효숙성공정(4)의 고온발효부 전단에 공급하며, 미생물과 부식전구물질(腐植前驅物質)인 고형물질이 미생물농축조(15) 하부에 침전된 오니(미생물균체)는 미생물반송펌프(17)에 의해서 종균용으로 미생물배양조(14) 및 미생물활성화조(11)로 반송하면서 발효숙성공정(4)의 전단과 고온발효부의 후단에 공급한다.

미생물활성화조(11)에는 미네랄 공급이 용이한 유문암(流紋岩) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石)과 킬레이트성 풀브산미네랄착염(Chelatic mineral fulvate)성분이 많은 해양성 부식산콜로이드미셀(Colloidal micelle) 형태의 부식토(이탄)를 펠렛트(Pellet)형태로 성형 가공한 것을 충전한 생물반응기(Bio-reactor; 12)를 설치하고 송풍기(20)로부터 공기를 미생물활성화조(11)와 생물반응기(12)에 공급하면서 폭기를 하면 공급된 미생물배양액은 전술한 광물질 및 부식물질펠렛트(Pellet)의 충전층(13)을 순환하면서 유기물질을 부식물질로 전환하는 폴리페놀성 대사산물을 배설하는 부식화미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물은 생육에 필요한 각종 미네랄성분과 기타 활성물질을 공급받아 활발한 대사활동을 하면서 활성화된 미생물을 미생물배양조(14)에 공급하면 이들 미생물이 우점종(優占種)으로 생육하는 환경 분위기로 전환된다.

그리고 도 2에서와 같이 미생물활성화조(11)의 미생물배양액을 미생물활성화조순환펌프(21)에 의해서 자속밀도(磁束密度)가 10,000G(Gauss)이상 착자(着磁)된 영구자석이나 전자석(22)의 자계(磁界)와 자속밀도가 200G이상 착자된 자철광괴(磁鐵鑛塊 ; 25)가 충전된 자화기(24)를 순환시키면 자기유체역학(MHD ; Magneto-Hydro-Dynamics)전압이 발생하면서 전자의 파동(波動)에 의해서 물 분자의 집단체(集團體 ; Cluster)가 미세화(微細化) 되면서 표면장력(表面張力)이 적어져 침투력(浸透力)이 향상되면 미생물의 세포막의 투과율이 향상되어 미생물의 대사활동을 더욱더 활발하게 한다.

전술한 유기물질을 부식물질로 전환하는 폴리페놀성대사산물을 배설하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양하는 배양공정에서 배양된 미생물배양액을 발효숙성공정(4)에 주입하면 반응식②의 부패반응은 최대한 억제되면서 악취발생물질은 반응식⑦에서와 같이 부동화(不動化)반응에 의해서 비휘발성의 안정된 부식(전구)물질로 전환됨으로써 악취발생이 저감되는 반면에 퇴비화공정에서 유용한 반응인 반응식① 및 ③에서 ⑨까지의 부식화반응이 활발하게 일어나므로 발효숙성기간이 단축하게 된다.

그리고 방선균류, 페니실륨류(Penicillium sp.)와 같은 미생물이 공생하면서 반응식⑩의 반응이 일어나 악취발생을 유발하는 부패성 미생물 및 유해병원성 미생물의 생육을 억제하는 항생물질이 다량 함유되어 있으며, 식물의 식물성장에 유용한 생리적 활성물질인 비타민(Vitamin)류와 성장촉진물질인 호르몬(Hormon)류와 같은 식물성장에 유용한 물질을 대사산물로 배설하는 사상균류, 슈도모나스(Pseudomonas sp.)와 같은 공생미생물의 생육도 활성화되면서 반응식⑩ 및 ⑪의 반응이 활발하게 일어남으로써 식물성장에 유용한 물질이 다량 함유되어있는 양질의 퇴비가 생산된다.

삭제

전술한 기술내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 이물질제거, 파쇄, 탈염과 같은 전 처리를 한 다음에 팽윤제 및 기타첨가물을 주입하고 발효숙성공정에서 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하는 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물을 배양한 배양액을 공급하였을 때 악취발생이 월등히 저감되며, 발효숙성기간이 단축되면서 양질의 퇴비를 생산할 수 있기 때문에 유기성 폐기물의 퇴비화공정에 널리 보급될 것으로 기대된다.

Claims

① 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 이물질의 제거, 파쇄처리, 염분의 제거와 같은 전 처리를 한 다음에 퇴비제조공정의 혼화기(1)에 주입한다.

② 다음에, 첨가제로 천매암(千枚岩)을 작물의 종류, 토양의 특성, 용도를 고려하여 유기질/무기물의 비가 0.8∼10의 범위로 주입한다.

③ 다음에, 팽윤제(수분조절)로 톱밥 또는 이탄(토탄)을 함수율이 60wt%범위로 공급한 후에 혼화기 믹서(2)로 교반 혼합한다.

④ 다음에, 발효숙성공정(4)으로 보내어 로터리 믹서(Rotary mixer; 5)로 뒤집기를 하면서 배출되는 침출수를 미생물배양조(14)에 공급하고, 송풍기(20)로부터 공기를 주입하여 폭기를 하면서 배양한 배양액은 미생물농축조(15)로 보내어 상부로 익류하는 것은 배양액저장조(18)로 보내고, 미생물농축조(15)하부에 침전된 오니는 미생물반송펌프(17)에 의해서 미생물 배양조(14)와, 미네랄 공급이 용이한 광물질인 유문암(流紋岩) 또는 대사이드(Dacite)질의 부석(浮石)과 부식물질을 펠렛트(Pellet)를 충전한 생물반응기(Bio-reactor; 12)가 내장된 미생물활성화조(11)로 반송하여 송풍기(20)로부터 공기를 미생물활성화조(11)와 생물반응기(12)에 공급하여 폭기를 하면서 배양한 배양액은 광물질과 부식물질 펠렛트(Pellet)의 충전층(13)을 순환하면서 미생물을 활성화하여 미생물배양조(14)로 보내는 미생물배양공정에서 배양한 부식화미생물 및 이들 미생물과 상호공생관계에 있는 토양미생물 배양액과 농축된 미생물을 발효숙성공정(4)의 전단과 고온발효부의 후단에 공급하는 공정에 의해서 유기성 폐기물을 퇴비화한다.

상술한 퇴비화공정에 의해서 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법.
제1항에 있어서, 미생물활성화조(11)의 미생물배양액을 미생물활성화조순환펌프(21)에 의해서 자속밀도(磁束密度)가 10,000G(Gauss)이상 착자(着磁)된 영구자석이나 전자석(22)의 자계(磁界)가 200G이상 착자된 자철광괴(25)가 충전된 자화기(24)를 순환시키는 설비를 추가한 공정에 의해서 음식물쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 퇴비화하는 방법.