KR100953775B1

KR100953775B1 - 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법

Info

Publication number: KR100953775B1
Application number: KR20070120524A
Authority: KR
Inventors: 김영규
Original assignee: 학교법인 신동아학원; 조은들주식회사
Priority date: 2007-11-23
Filing date: 2007-11-23
Publication date: 2010-04-21
Also published as: KR20090053621A

Abstract

본 발명은 음식쓰레기의 자원회수 및 자연 친화능력을 높여 재활용성 확대와 처리기간을 단축시킬 수 있고, 안정된 고농도 유기물 함량과 다양한 유용 산물질을 함유하는 고품질의 퇴비를 제조할 수 있는 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수분함량이 5~10%인 멸균상태의 음식쓰레기 100중량부에 유용 미생물군 20~30중량부를 투입한 후 수분함량을 35~45%로 조정하여 35~40℃에서 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와; 상기 1차 발효된 발효물 100중량부에 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법에 관한 것이다.

음식쓰레기, 퇴비, 미생물, 발효

Description

음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF COMPOST USING FOOD WASTE}

종래의 음식쓰레기 재활용을 위한 자원화 기술로서는 퇴비화와 사료화로 대별된다. 먼저 퇴비를 만드는 방법에 있어서는 혐기방법과 호기방법으로 나뉘고, 전 자는 혐기성 세균이, 후자는 호기성 세균이 주된 미생물이 되어 음식쓰레기 중의 고농도 유기물을 분해 및 안정화시킨다.

이 중 호기방법은 공기를 강제적으로 주입하여 호기성 미생물의 산호 호흡활동을 통한 유기물 감소로 적절한 C/N비를 유지하여 완성품을 만들게 되는데 호기성 미생물의 유기물 분해에 의한 안정적인 C/N를 유지하여 완성품을 만들게 되는데 호기성 미생물의 유기물 분해에 의한 안정적인 C/N 비율(C/N 12~15) 시기까지는 최소한 30일 이상의 시간이 요하게 된다. 또한 안정적인 분해시기가 경과된 후에는 지나친 산화 공정이 진행되어 유용한 탄소 성분의 고갈로 저질의 퇴비(낮은 C/N)를 생산할 우려가 있다.

혐기방법은 일차적으로 호기성 미생물의 활동을 통한 산소고갈을 유도한 후 혐기성 미생물의 주된 활동으로 유기물 분해가 이루어져 산형성 단계와 환원 단계가 순차적으로 이루어지므로 퇴비화에 많은 시간이 소요되는 것이 일반적이다. 또한 이 과정에서 탈질 등의 환원 반응으로 지나친 영양소의 소비를 초래할 수 있어 질소분의 감소로 저질의 퇴비가 발생할 우려가 있다. 더욱이 안정적인 혐기성 분해과정으로 소기의 성과를 얻기 위해서는 혐기성 미생물의 안정적인 성장과 활동을 위한 환경적 조성이 필수적이므로 이를 조성하는 데 숙련된 기술을 필요로 한다.

이와 같은 종래의 유기물 분해 메카니즘 방법의 퇴비화는 영양원 손실과 더불어 운전관리를 위한 경제적, 기술적 부담이 제품의 품질을 저하시키고 제조에 많은 기간이 소요되는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 음식쓰레기의 자원회수 및 자연 친화능력을 높여 재활용성 확대와 처리기간을 단축시킬 수 있고, 안정된 고농도 유기물 함량과 다양한 유용 산물질을 함유한 고품질의 퇴비를 제조할 수 있는 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음식쓰레기를 고온증기멸균법에 의해 멸균시키는 단계와;
수분함량 5~10%로 조절한 상기 멸균상태의 음식쓰레기 100중량부에 유용 미생물군 20~30중량부를 투입한 후 수분함량을 35~45%로 조정하여 35~40℃에서 pH가 3.5~4.5 될 때까지 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와;
상기 1차 발효된 발효물 100중량부에 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 pH를 6.0~7.0으로 조절한 상태에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법을 제공한다.

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이하, 본 발명의 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법은 크게 음식쓰레기의 멸균단계, 제1차 발효단계, 제2차 발효단계 및 건조고정단계를 포함하여 이루어진다.

상기 음식쓰레기의 멸균단계는 음식쓰레기에 존재하는 미생물을 멸균시키기 위한 것으로서, 고온증기멸균법 등을 사용할 수 있다.

그리고 상기 제1차 발효단계는 상기 멸균단계에 의해 멸균된 음식쓰레기에 유용 미생물군을 혼합하여 혐기성발효시키는 단계이다. 유용 미생물군(Efective Microorganisms)이란 효모, 유산균 및 광합성 세균을 주요 균종으로 이루어진 미생물을 일컫는다.

상기 유용 미생물군은 수분함량이 5~10%인 멸균된 음식쓰레기 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 음식쓰레기와 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 생육우려가 있는 문제가 있다.

이때 상기 멸균된 음식쓰레기와 유용 미생물군의 혼합물의 수분함량을 35~45%의 수분함량을 가지도록 조정한 후 1차 발효시키는 것이 바람직하다. 수분함량이 35% 미만인 경우 효모 및 유산균의 증식이 저하되어 산발효가 일어나지 않고, 수분함량이 45% 초과인 경우 유기물의 분해속도가 상승하여 혐기성 분해가 일어남에 따라 각종 유용한 물질이 파괴되고 유효한 발효부산물을 얻을 수 없는 문제가 있다.

그리고 수분함량의 조절, 산도 조절 등을 하기 위해 톱밥, 질석 등의 부재료를 유용 미생물군과 혼합하여 상기 멸균된 음식쓰레기에 첨가할 수 있음은 물론이다.

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 발효물에 유용 미생물군을 혼합하여 25~30℃에서 혐기성발효시키는 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 유용 미생물군은 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 pH를 6.0~7.0로 조절한 상태에서 진행하는 것이 바람직하다. pH가 6.0 미만인 경우 광합성 균의 성장에 문제가 있고, pH가 7.0 초과인 경우 부패균이 발생하는 등의 문제가 있다.

다음으로 상기 2차 발효단계에 의해 발효된 발효물의 수분함량을 20~30%로 낮추고, pH를 7로 고정하기 위해 건조고정단계를 거친다. 상기 건조고정단계는 상기 발효물을 건조실에 투입하는 등의 방법에 의해 건조시킨다.

건조 과정을 거친 상품은 발효과정에서 얻은 각종 유용한 발효 부산물이 고정되어 물질의 변질 또는 유기성 상품의 변질 등을 막을 수 있다.

그리고 상기 건조고정단계에 의해 건조된 발효물을 팰렛 성형기에 투입하여 일정한 형상의 퇴비로 제조할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법은 혐기성발효에 의해 음식쓰레기의 이취미 발생을 없애고, 유용 미생물군의 발효를 통한 유용한 부산물의 증가와 유용 미생물군의 증대로 고품질의 퇴비를 제조할 수 있는 효과가 있다.

특히, 제조기간이 최대 30일 이전에 완료됨에 따라 음식쓰레기의 처리 용량의 증대와 처리시설 부지감축에 효과적이다.

그리고 유용 미생물의 발효과정과 발효 부산물인 각종 유기산에 의해 염분 감소가 이뤄지는 등 고품질의 퇴비를 제조할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<멸균된 음식쓰레기 및 유용 미생물군의 준비>

경기도 일원에서 수거된 음식쓰레기를 조은들(주)로부터 공급받았다. 공급받은 음식쓰레기를 고온증기멸균법에 의해 멸균시켜 멸균된 음식쓰레기를 얻었다. 그리고 유용 미생물군은 EMKOREA社로부터 구입하여 사용하였다.

상기 멸균된 음식쓰레기의 pH, EC, ORP, CODcr 및 T-P 등의 특성은 다음과 같다.

[표 1] 음식쓰레기의 특성

pH	EC(s/m)	ORP(mv)	CODcr	T-P
4.18	1.873	-395	73,100	725

<실시예 1>

상기 멸균된 음식쓰레기를 건조시켜 수분함량이 5~10%로 조절하였고, 상기 수분함량이 5~10%인 음식쓰레기 100중량부와 상기 유용 미생물군 20중량부를 투입한 후 질석을 혼합하여 수분함량을 35~45%로 조정한 상태에서 35~40℃로 pH가 4.0이 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 혐기성발효시키고, 그 후 건조실에 투입하여 수분함량이 20~30% 되도록 건조시켜 퇴비를 제조하였다.

<실시예 2>

실시예 1과 달리 1차 발효조에 상기 멸균된 음식쓰레기 100중량부와 상기 유용 미생물군 30중량부를 투입한 후 pH가 3.5 될 때까지 혐기성발효시켜 퇴비를 제조하였다.

<실시예 3>

실시예 1과 달리 1차 발효조에 투입된 상기 멸균된 음식쓰레기과 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 혼합하였고, pH를 6.0으로 조절한 상태에서 혐기성발효시켜 퇴비를 제조하였다.

<실시예 5>

실시예 1과 달리 2차 발효조에 1차 발효된 발효물 100중량부와 상기 유용 미생물군 20중량부를 투입한 후 혼합하였고, pH를 7.0으로 조절한 상태에서 혐기성발효시켜 퇴비를 제조하였다.

<비교예 1>

비교예 1로서는 시중에 판매되고 있는 퇴비를 구입하여 사용하였다.

<비교예 2>

실시예 1과 달리 2차 발효조를 60~65℃로 유지한 상태에서 혐기성발효시켜 퇴비를 제조하였다.

그리고 실시예 1 내지 5 및 비교예 2의 1차 발효 및 2차 발효 기간동안의 EC(전기전도도) 및 ORP(산화환원전위)를 측정한 결과는 표 2 및 표 3과 같다.

[표 2] EC(전기전도도)(s/m)의 변화

	0일	4일	7일	13일	21일
실시예 1	0.621	0.652	0.648	0.618	0.628
실시예 2	0.586	0.592	0.594	0.610	0.607
실시예 3	0.535	0.548	0.549	0.574	0.561
실시예 4	0.615	0.634	0.664	0.658	0.672
실시예 5	0.544	0.552	0.574	0.562	0.553
비교예 2	0.541	0.555	0.568	0.762	1.010

[표 3] ORP(산화화원전위)(mv)의 변화

	0일	4일	7일	13일	21일
실시예 1	-165	-148	-162	-176	-174
실시예 2	-166	-145	-160	-174	-170
실시예 3	-165	-146	-164	-178	-175
실시예 4	-165	-150	-161	-175	-172
실시예 5	-166	-154	-164	-177	-172
비교예 2	-164	-148	-163	-212	-223

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.

<벼 재배시 퇴비 살포>

전북 전주의 EM연구단의 유리온실에서 '일미' 품종을 5.4일에 육묘한 후 4일 간격으로 실시예 1 및 비교예 1의 퇴비를 각각 살포한 후 20일 후에 벼의 성장정도를 분석하였고, 그 결과는 표 4와 같다.

[표 4] 벼의 성장 분석결과

	초장(mm)	묘 건물중(g)	묘충실도(mg/cm)	엽수(매)
실시예 1	117.3	0.963	82.1	3.68
비교예 1	109	0.903	82.8	3.65

※ 초장(mm)은 지면으로부터 최장엽 선단까지의 거리이고, 50개체의 평균값을 나타낸 것임.

묘 건물중(g)은 60℃에서 2일 이상 충분히 건조시킨 무게이고, 100개체의 평균값을 나타낸 것임.

묘충실도(mg/cm) = 지상부 묘건물중 ÷ 초장

엽수(매) = (n-1)+(m÷M) [n은 총엽수, m은 초상위 미전개입이 차위 엽초로부터 추출된 엽신장, M은 상위 두번째 완전 전개엽 엽신장임]

표 4와 같이 비교예 1의 퇴비에 비하여 실시예 1의 퇴비를 살포한 벼의 경우 초장이 길고 묘건물 중이 많으며 엽수가 많음을 확인할 수 있었다.

Claims

음식쓰레기를 고온증기멸균법에 의해 멸균시키는 단계와;

수분함량 5~10%로 조절한 상기 멸균상태의 음식쓰레기 100중량부에 유용 미생물군 20~30중량부를 투입한 후 수분함량을 35~45%로 조정하여 35~40℃에서 pH가 3.5~4.5 될 때까지 혐기성 발효시키는 1차 발효단계와;

상기 1차 발효된 발효물 100중량부에 유용 미생물군 5~15 중량부를 혼합한 후 25~30℃에서 pH를 6.0~7.0으로 조절한 상태에서 혐기성 발효시키는 2차 발효단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음식쓰레기를 이용한 퇴비의 제조방법.
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