KR100909130B1 - 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법 - Google Patents

음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음식폐기물 탈리액을 단시간내에 유기물함량이 높고 토양의 산성화방지 및 염류집적억제 등 유기 토양관리에 탁월하며 이취미가 없는 등 양질의 액체비료를 제조할 수 있는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멸균상태의 음식폐기물 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 20~30중량부를 혼합한 후 35~40℃에서 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와; 상기 1차 발효된 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법에 관한 것이다.
음식폐기물, 액체비료, 액비

Description

음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법{MANUFACTURING METHOD OF LIQUID FERTILIZER USING FOOD WASTE LEACHATE}
본 발명은 음식폐기물 탈리액을 단시간내에 유기물함량이 높고 토양의 산성화방지 및 염류집적억제 등 유기 토양관리에 탁월하며 이취미가 없는 등 양질의 액체비료를 제조할 수 있는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 멸균상태의 음식폐기물 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 20~30중량부를 혼합한 후 35~40℃에서 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와; 상기 1차 발효된 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법에 관한 것이다.
일반적인 음식폐기물 탈리액의 처리방법은 전처리로서 가압부상법과, 증발 농축 등의 방법으로 고형물의 함량을 줄이고, 최종처리로서 하수종말처리장으로 이송되어 하수병합처리를 실시하기도 하지만, 주로 해양배출에 의해 처리되고 있다.
해양배출에 의한 처리는 음식폐기물을 처리하는 과정에서 발생된 폐수 및 침출수를 가장 용이하게 처리할 수 있는 방법으로 국내에서 적용되고 있으나, 음식폐기물 탈리액은 유기물질, 부유물질 및 질소, 인 등의 농도가 매우 높으며 염분의 농도가 높아 일반적인 페수처리방법으로 처리하기 어려운 특성을 가지고 있다.
이러한 특성을 가진 탈리액이 해양에 지속적으로 배출되면 적조발생 현상 등이 발생하여 해양생태계의 균형을 깨뜨리게 될 가능성이 매우 크며, 하수병합처리는 하수처리장의 슬러지 발생량을 크게 증가시키고, 염분에 의한 미생물의 저해로 인하여 전체적인 처리효율을 감소시키는 것으로 알려져 있다.
현재 우리나라의 음식물쓰레기 재활용정책이 시행되면서 대부분의 음식물 쓰레기들이 재활용되고 있으나, 음식물쓰레기 파쇄 작업 중 발생하는 탈리액의 90%이상은 해양투기하고 있는 실정이고, 탈리액 처리에 관한 연구방법들이 진행상황은 다소 미미하다. 물리·화학적 처리공정을 배제한 생물학적 처리방법으로는 탈리액에 존재하는 난분해성 유기물질을 효과적으로 처리하는 많은 어려움이 있는 실정이다. 또한, 음식물쓰레기의 파쇄, 선별 등의 처리시 발생되는 탈리액의 수분함유량이 해양투기 허용기준보다 낮은 80~85% 정도로 런던 협약에 의한 수분함유량(Wc%) 95% 이하는 해양투기를 제한한다는 규정이 실시되고 있어 이에 대한 해결이 시급하다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 음식폐기물 탈리액으로부터 유기탄소분 및 영양원의 자원 회수를 높일 수 있고 자연 친화력을 향상시키며, 처리시간을 대폭 단축시킬 수 있어 에너지 절감 및 처리효율을 향상시킬 수 있는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, a) 멸균상태의 음식폐기물 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 20~30중량부를 혼합한 후 35~40℃에서 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와;
b) 상기 1차 발효된 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 pH 5.6~7.5까지 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법을 제공한다.
특히 상기 1차 발효단계는 pH가 3.5~4.5 될 때까지 혐기성 발효시키고, 상기 2차 발효단계는 pH가 5.6~7.5 될 때까지 혐기성 발효시키는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법은 크게 음식폐기물 탈리액의 멸균단계, 제1차 발효단계 및 제2차 발효단계를 포함하여 이루어진다.
상기 음식폐기물 탈리액의 멸균단계는 음식폐기물 탈리액에 존재하는 미생물을 멸균시키기 위한 것으로서, 그 방법으로서는 고온증기멸균법 등을 사용할 수 있다.
그리고 상기 제1차 발효단계는 상기 멸균단계에 의해 멸균된 음식폐기물 탈리액에 액상의 유용 미생물군을 혼합하여 혐기성발효시키는 단계이다. 유용 미생물군(Efective Microorganisms)이란 효모, 유산균 및 광합성 세균을 주요 균종으로 이루어진 미생물을 일컫는다.
상기 유용 미생물군은 상기 멸균된 음식폐기물 탈리액 100중량부에 대해 20~30중량부 혼합된다. 상기 유용 미생물군이 20중량부 미만으로 혼합되는 경우 효모, 유산균이 안정적으로 증식되지 않아 초산, 유기산 등의 부산물을 생성시키지 못하고, 30중량부 초과로 혼합되는 경우 생산원가가 상승하는 문제가 있다.
그리고 상기 멸균된 음식폐기물 탈리액과 액상의 유용 미생물군의 혼합물은 35~40℃에서 pH 3.5~4.5 될 때까지 혐기성 발효되는 것이 좋다. 35℃ 미만에서 혐기성 발효되는 경우 효모 및 유산균의 생육이 저하되고, 40℃ 초과로 혐기성 발효시키는 경우 효모가 급성장하여 유산균의 사멸을 초래하는 문제가 있다.
pH 3.5 미만으로 혐기성 발효되는 경우 효모균이 많은 초산 등을 생성하여 유산균의 사멸을 초래하는 문제가 있고, pH 4.5 초과로 혐기성 발효되는 경우 초산 등 각종 산류 및 폴리페놀 등의 항산화물질 등 부산물의 생성이 적고 부패균의 생 육우려가 있는 문제가 있다.
한편, 상기 1차 발효단계 중 혐기성발효가 균일하게 일어나도록 1일에 1~3회 2~10분간 탈리액과 유용 미생물군의 혼합물을 교반해주는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 2차 발효단계는 상기 1차 발효된 혼합물에 액상의 유용미생물군을 혼합하여 25~30℃에서 혐기성발효시켜 액체비료를 완성시키는 단계이다. 25℃ 미만으로 혐기성발효시키는 경우 광합성 세균의 성장이 저하되어 당, 폴리페놀 등의 생리활성물질을 효과적으로 생성시키지 못하고, 30℃ 초과로 혐기성발효시키는 경우 효모 및 유산균의 생육이 활발하여 광합성 세균의 성장이 저하된다.
이때 액상의 유용미생물군은 상기 1차 발효된 혼합물 100중량부에 대해 5~15중량부 혼합하고, 이는 5중량부 미만으로 혼합하는 경우 광합성 세균 등의 미생물이 안정적으로 생육하지 못함으로써 당 등의 생리활성물질이 충분히 생성되지 못하는 문제가 있고, 15중량부 초과로 혼합되는 경우에는 생산원가가 상승하는 문제가 있다.
그리고 상기 2차 발효단계는 생석회 등의 보조재료를 첨가시켜 pH 5.6~7.5로 조절한 후 발효시키는 것이 바람직하다. pH 5.6 미만으로 조절한 경우 높은 산도에 의해 작물의 세포가 파괴하는 등 작물에 악영향을 미쳐 사용시 희석해야 하는 번거로움이 있고, pH 7.5 초과로 조절한 경우 부패현상이 일어나고 삼투압 현상에 의해 작물의 세포가 파괴될 뿐만 아니라 사용시 희석해야 하는 번거로움이 있다.
이와 같은 본 발명의 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법은 혐기성발효에 의해 음식폐기물 탈리액의 이취미 발생을 없애고, 유용 미생물군의 발효를 통한 유용한 부산물의 증가와 유용 미생물군의 증대로 토지 살포시 토양 미생물을 증대시켜 토양의 산성화방지, 염류집적억제 등의 유기 토양관리에 널리 활용될 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
<멸균된 음식폐기물 탈리액 및 유용 미생물군의 준비>
경기도 일원에서 발생한 음식폐기물에서 얻어진 음식폐기물 탈리액을 조은들(주)로부터 공급받았다. 그리고 이 음식폐기물 탈리액을 고온증기멸균법에 의해 멸균시켜 멸균된 음식폐기물 탈리액을 얻었다. 그리고 유용 미생물군은 EMKOREA社로부터 구입하여 사용하였다.
그리고 상기 음식폐기물 탈리액의 pH, EC, ORP, CODcr 및 T-P 등의 특성은 다음과 같다.
[표 1] 음식폐기물 탈리액의 특성
pH EC(s/m) ORP(mv) CODcr T-P
3.35 0.0275 -157 17,850 27
<실시예 1>
1차 발효조에 상기 멸균된 음식폐기물 탈리액 100중량부와 상기 유용 미생물군 20중량부를 투입한 후 35~40℃로 pH 4.0 될 때까지 혐기성발효시켰다.
그리고 2차 발효조에 1차 발효된 발효물 100중량부와 상기 유용 미생물군 10중량부를 투입한 후 혼합한 다음 생석회를 투입하여 pH를 7.0으로 조절한 상태에서 25~30℃의 범위 내에서 혐기성발효시켜 액체비료를 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 달리 1차 발효조에 상기 멸균된 음식폐기물 탈리액 100중량부와 상기 유용 미생물군 30중량부를 투입한 후 pH가 3.5 될 때까지 혐기성발효시켜 액체비료를 제조하였다.
<실시예 3>
실시예 1과 달리 1차 발효조에 투입된 상기 멸균된 음식폐기물 탈리액과 상기 유용 미생물의 혼합물을 pH가 4.5 될 때까지 혐기성발효시켰다.
<실시예 4>
실시예 1과 달리 2차 발효조에 1차 발효된 발효물 100중량부와 상기 유용 미생물군 15중량부를 투입한 후 혼합한 다음 생석회를 투입하여 pH를 5.6으로 조절한 상태에서 혐기성발효시켜 액체비료를 제조하였다.
<실시예 5>
실시예 1과 달리 2차 발효조에 1차 발효된 발효물 100중량부와 상기 유용 미생물군 20중량부를 투입한 후 혼합한 다음 생석회를 투입하여 pH를 7.5로 조절한 상태에서 혐기성발효시켜 액체비료를 제조하였다.
<비교예 1>
비교예 1로서는 시중에 판매되고 있는 액체비료를 구입하여 사용하였다.
<비교예 2>
실시예 1과 달리 2차 발효조를 60~65℃로 유지한 상태에서 혐기성발효시켜 액체비료를 제조하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 1차 발효시 소요되는 기간을 측정한 결과는 하기의 표 1과 같다.
[표 2] 1차 발효 소요기간
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 2
기간(일) 7 7 7 7 6 7
그리고 실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 1차 발효 및 2차 발효 기간동안의 EC(전기전도도) 및 ORP(산화환원전위)를 측정한 결과는 표 3, 표 4 및 도 1, 도 2와 같다.
[표 3] EC(전기전도도)(s/m)의 변화
0일 4일 7일 13일 21일
실시예 1 1.645 1.667 1.667 1.675 1.694
실시예 2 1.482 1.491 1.490 1.501 1.517
실시예 3 1.639 1.658 1.659 1.664 1.681
실시예 4 1.712 1.744 1.766 1.760 1.782
실시예 5 1.641 1.662 1.664 1.672 1.683
비교예 2 1.641 1.665 1.668 1.862 2.012
[표 4] ORP(산화화원전위)(mv)의 변화
0일 4일 7일 13일 21일
실시예 1 -240 -492 -476 -485 -305
실시예 2 -237 -483 -462 -460 -364
실시예 3 -241 -497 -480 -490 -315
실시예 4 -244 -501 -483 -311 -330
실시예 5 -238 -488 -470 -473 -342
비교예 2 -239 -488 -490 -550 -562
위 EC의 변화 및 ORT의 변화에서 확인되는 바와 같이 실시예 1 내지 5의 경우 7일 이후 즉 2차 발효시 광합성 발효가 이루어져 많은 유용한 부산물이 생성되는 반면, 비교예 2의 경우 발효가 일어나지 않고 유기물 분해가 일어났음을 알 수 있다.
<토마토 재배>
완숙형 토마토를 정식한 후 30일에 실시예 1 및 비교예 1의 액체비료를 각각 시비하고, 그 후 20일 마다 2회 시비한 다음 수확하였다. 그리고 수확된 토마토 과실의 성분을 조사한 결과는 다음 표 5와 같다.
[표 5] 토마토 과실의 성분
수용성당 (g/㎏) 수용성 비타민C (㎎/㎏) 질산성 질소이온 (g/㎏) 비타민/질산이온 (㎎/g)
실시예 1 5.8 190 4.8 39.6
비교예 1 3.9 130 6.3 20.6
비교예 1의 시중에 판매되고 있는 액체비료를 이용하여 수확한 토마토에 비하여 실시예 1의 액체비료를 이용하여 수확한 토마토의 경우 수용성당 및 수용성 비타민C 등의 성분이 많이 함유되어 있어, 실시예 1의 액체비료가 비교예 1의 액체비료에 비하여 품질이 우수함을 확인할 수 있었다.
도 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 EC(전기전도도)의 변화를 나타내는 도면이고,
도 2는 실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 ORP(산화환원전위)의 변화를 나타내는 도면이다.

Claims (3)

  1. 음식폐기물 탈리액을 고온증기멸균법에 의해 멸균시키는 단계와;
    상기 멸균상태의 음식폐기물 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 20~30중량부를 혼합한 후 35~40℃에서 pH가 3.5~4.5될 때까지 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와;
    상기 1차 발효된 탈리액 100중량부에 액상의 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 pH를 5.6~7.5로 조절한 상태에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식폐기물 탈리액의 액체비료화 방법.
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