KR100960166B1

KR100960166B1 - 유기질이 함유된 축산 배설물 및 폐기물의 발효 처리방법

Info

Publication number: KR100960166B1
Application number: KR1020070082510A
Authority: KR
Inventors: 김정태
Original assignee: (주)지앤엘
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2010-05-26
Also published as: KR20070091085A

Abstract

본 발명은 기 특허 등록된 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치의 공정상 문제점을 진보 개량한 발명으로, 기존의 처리설비로는 처리시설내의 악취발생 문제, 수 처리 시 하천 방류로 인한 환경오염 문제, 해양 투기시 연안해안의 황폐화 문제, 축산농가의 사육두수 증가 사육 시 배설물 처리문제, 경종농가의 화학비료 사용으로 인한 토질의 산성화와 산성화 토질에서 재배된 농산물의 품질 문제 등 많은 문제점이 대두되어 왔다.

이에 본 발명은 가축 배설물 및 유기질 폐기물을 대량으로 처리하여 고품질의 유기질 비료를 생산, 경종농가에 공급함으로써 환경오염 방지와 축산농가의 배설물처리 문제, 해양투기 조절 등을 해결하고자 여러 가지 시험을 파이롯트 설비에 의해 장기간 반복 실험한 결과,

축산 배설물 및 유기질 폐기물을 무기질원료 및 팽연왕겨, 4가지의 복합미생물을 호기성 발효조건을 C/N비:25∼35%, 발효온도:50∼60℃, PH:6∼8, 함수율:50∼60%, 산소:5∼15% 로 형성시켜 발효시킴으로 고품질의 유기질비료를 생산하거나, 수분조절제로 재사용하여 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 기후 변화에 관계없이 4계절 대량으로 처리하게 하는 방법에 관한 것이다.

액체유기물저장조, 고체유기물저장조, 혼합조, 발효조, 숙성발효조, 고체 비료포장기, 왕겨팽연기계, 팽연왕겨저장조, 4종복합미생물탱크, 보일러, 에어 탱크, 탈취액 탱크

Description

유기질이 함유된 축산 배설물 및 폐기물의 발효 처리방법{omitted}

도 1은 본 발명의 공정 불럭도

도 2는 본 발명의 공정 개략도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉

1 : 액체유기물 저장조 2 : 고체유기물 저장조 3 13 16 : 펌프

4 8 9 19 : 나선 콘베어 5 : 혼합조(Mixer) 6 : 왕겨 홉퍼

7 : 왕겨팽연화 기계 10 : 4종 복합미생물 탱크 11. 발효조

12 : 와류형 교반기 14 : 탈취액 탱크 15 : 전처리 설비

17 : 에어 탱크 18 : 교반기 20 : 에어 브라스터 21 : 산기장치

22 : 고체비료 포장기 23 : 숙성발효조 24 : 무기질 원료 저장조

25 : 탈취 라인 26 : 보일러 27 : 팽연왕겨 저장조

유기물을 함유한 고체 및 액체유기물을 처리하여 고품질의 유기질비료를 생산하는 구성은,

악취 발생 문제, 하천 방류 시 하천오염, 해양 투기 시 연안 해안의 황폐화, 축산농가의 배설물 처리 문제, 경종농가에서는 유기질비료 사용량이 적어 화학비료 사용으로 토질의 산성화를 촉진시키고, 저질 및 고가의 수입 수분 조절제를 사용하므로 저질비료 사용 및 과다한 운영비 지출 문제,

폐기물 중 수분 함량이 많아 동절기 설비 가동 중단 등 문제점이 많았다.

이에 따라 기 특허 등록된 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물 처리방법과 장치의 기존 구성에 보완하여 많은 실험과 파이롯 설비 가동결과 및 테스트를 통해, 다량의 축산 배설물 및 유기질 폐기물 처리문제와 고품질의 유기질비료 생산, 수분조절제의 사용량 조절, 4계절 설비가동 등의 문제점을 해결하여 환경오염 발생원인 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 다량으로 처리할 수 있음은 물론, 경종농가에서는 고품질의 유기질비료를 사용하여 토양의 산성화를 방지할 수 있는 공법을 제시할 수 있는 자연 순환 형 대안을 제시함의 목적을 가진 방법이다.

즉, 유기물을 함유한 고체 및 액체 유기물 즉, 축산 배설물 및 유기질 폐기물에다 수분조절 및 호기성 발효촉진을 위한 팽연왕겨와 수분조절 및 양질의 비료생산에 필수적인 무기질 원료를 혼합조(5)에서 혼합과정을 통해 호기성 발효조건의 C/N비:25∼35%, 온도:50∼60℃, PH:6∼8, 함수율:50∼60%, 산소:5∼15%로 형성시켜 4가지의 복합 미생물을 투입함으로 단기간 호기성 발효과정(유기물+O

분해유기물+Co +H O +NH +열)을 거쳐 숙성 발효조(23)에 이송하여 27∼30일 동안 뒤집기 작업을 통해 일반 부숙 퇴비를 생산할 수 있게 하고,

또는 혼합조에서 혼합된 원료를 발효조에 투입 1, 2차 단기간 속성발효 시켜 숙성 발효조에 21∼24일 동안 뒤집기 및 여러 차례 발효 시킨 뒤 고품질의 유기질 그린퇴비를 생산, 경종농가에 공급하여 사용케 함으로써 축산농가의 최대 고민인 축산 배설물 처리 해결하고 경종농가에서는 양질의 유기질비료를 사용하여 작물생산 증가는 물론, 농지의 산성화를 방지하고 궁극적으로는 환경오염의 주원인 인 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 악취 없이 무 방류로 대량처리 가능케 하는 방법과 장치이다.

종래에는 이 분야의 현재 및 종래의 기술이 끊임없는 연구개발로 많은 새로운 기술이 개발되어 있고 그 기술을 적용하고 있으나, 현재까지 완전한 시스템이 없어 축산 배설물 및 유기질 폐기물의 처리 방법에서 많은 시행착오가 발생되어지고 있고, 그러므로 향후 더 많은 연구개발이 이루어져야 한다.

문제점으로는, 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 전처리 과정에서 고액분리를 하여 고체 물질은 비료로, 액체 물질은 약품처리 하여 수 처리 과정을 거쳐 폐수처리설비로 방류하게 되어 있어 하천오염의 원인이 되고,

축산 배설물 및 유기질 폐기물에다 생석회나 무기질 원료를 수분조절제로 사용하여 처리하거여 일반 퇴비를 생산할 수 있으나 악취 많은 저질의 비료생산만 가능하며 수 처리 시 약품처리의 약품비용이 막대하게 지출되거나,

고액분리 된 고체 물질을 퇴비화 시켰을 때 또는 축산 배설물 및 유기질 폐기물에 생석회나 무기질 원료를 수분 조절제나 발효물질로 사용했을 때나 생산된 퇴비의 성분이 작물의 생육, 발아, 수량, 토양의 이화학성, 토양과 식물체의 중금속 함량에 미치는 영향에 많은 지장을 초래하여 왔고 특히 혹한기 및 동절기에는 축산 배설물 및 유기질 폐기물이 동결되어 설비가동 중단 등 많은 문제점이 발생하고,

또한, 일부에서는 왕겨, 톱밥, 밀짚펠렛 등 많은 종류가 수분 조절제로 사용되어 왔으나 처리량에 대한 조절제 투입량이 대량으로 소비 되어 수급 또한 어려움이 따르는 등 많은 문제점이 대두되어 왔던 것이다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 본원 출원자가 선출원한 제 10-2006-7982호, 제 10-2006-3325호, 제10-2006-85085호, 제 10-2007-29527호, 제 10-2007-70895호등 유기물을 함유한 폐기물 및 배설물을 자원화 하는 방법과 장치 등 다수 출원 중에 있는데, 이들은 유기물을 함유한 폐기물, 가축의 배설물, 등을 처리하여 비료를 제조하는 방법과 장치 및 처리 과정에서 악취 발생을 방지하기 위한, 탈취 장치 등에 관한 것으로서, 무기질 원료와 수분조절 및 속성발효, 비료성분 조정제인 팽연왕겨와 복합 미생물을 혼합조에서 혼합하여 발효조를 거치고 숙성 발효조에서 비료 생산 단계와 수분 조절제로서 전단계의 혼합조에 순환시켜 재투입토록 하여 팽연왕겨와 복합 미생물 및 무기질 원료, 탈취 액을 대체토록 하는 방법과 장치가 아니 였던 것이다

축산 배설물 및 유기성 폐기물 처리에 있어서는 끊임없는 연구개발로 인하여 새로운 기술 및 처리공법이 하루가 다르게 속속 개발, 개선됨에도 불구하고 종래의 처리방법으로는 향후 계속 증가가 예상되는 축산 배설물 및 유기질 폐기물의 처리에 있어서 다음의 해결 과제가 있다.

1) 수분 조절제인 왕겨·톱밥·밀짚펠렛 등의 수급문제,

2) 단기간 1, 2차 발효공정을 거칠 수 있고 호기성 속성 발효 조건의 조성 문제,

3) 유기물 및 무기물 폐기물에 따른 적합한 미생물 제재의 개발 문제, 등의 많은 해결 과제를 위한 추가적인 설비를 갖춤에도 불구하고 대량 처리 용량을 갖춘 무 방류·무악취로 환경오염이 없고, 축산 배설물 및 유기성 폐기물의 전량 자연 순환 형 즉, 양질의 유기질 비료로 생산하는 기술 및 처리 공법이 개발되지 못하였던 것이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 파이롯 설비 가동 및 많은 실험결과, 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 대량 처리 가능하고 전량 양질의 유기질 비료로 생산하여 축산농가 및 경종농가의 자연 순환 형 장치를 확립함은 물론 폐기물에 의한 환경오염을 극 최소화 할 수 있는 구성에 대한 설명이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,

먼저 혼합조(5)에 혼합을 하기 위하여 액체 유기물 즉, 축산농가에서 발생되는 가축 배설물인 우분·돈분·계분 등을 수거차량을 이용 탈취액 처리 후 액체유기물 저장조(1)에 저장하고,

고체 유기물 즉, 축산농가 및 폐기물 발생지에서 발생되는 음식물 쓰레기·도축 쓰레기 등을 수거차량을 이용 탈취액 처리 후 전처리 설비(15)를 거쳐 고체유기물 저장조(2)에 저장하며,

그 후 수분조절제인 무기물 즉, 제오라이트(Zeolite), 소다-아쉬(Soda-Ash), 생석회, 소석회 등을 무기질원료 저장조(24)에 저장하며, 수분 조절제 및 속성발효의 조성을 도우며 동시에 양질의 퇴비원료인 팽연왕겨는 왕겨팽연화기계(7)를 거쳐 팽연왕겨 저장조(27)에 저장 되어지게 한다.

이 후 액체유기물(60∼65%), 고체유기물(5∼10%), 팽연왕겨(10∼15%), 무기물원료(10∼15%) 및 4종 복합미생물(1%) 투입 후 와류형 교반기(12)에 의해 수분:60∼65%, 투입고형물(입도:30mm이하, PH:5.5∼8, 유기질 비료에 있는 탄소/질소량 즉, 탄질비: C/N비 30∼50 가 되도록)을 고루 교반 후 숙성 발효조(23)로 운반 되게 하고,

혼합된 원료는 숙성 발효조(23)에서 단백질, 탄수화물 등이 풍부한 유기질 폐기물 원료 량의 10%이상 산소의 지속적인 공급을 통해 미생물로 인한 동화작용으로 이산화탄소+물이 1차(중온), 2차(고온), 3차(숙성)의 발효과정을 거치고 숙성 15∼20일, 후숙 20∼25일을 거쳐 (C/N비:10%이하, 온도:40℃, 수분:40%이하, O₂:6%이하 로) 숙성 되었을 때, 일부는 고체비료 포장기(22)를 거쳐 포장되어 농가에 제공되고 후숙을 거친 일부 고체비료 원료는 다시 혼합조(5)에 이송되어 수분조절제로 이용 된다.

여기서 수분조절제인 무기물 혼합비는 제오라이트30%,소다 아쉬(Soda-Ash) 30%, 생석회 10%, 소석회 30% 이나 축산 배설물 및 유기성 폐기물의 혼합비 즉, 액체유기물(돈분80%, 액체계분10%, 우분 10%) 및 고체유기물(고체 계분, 음식물 쓰레기, 도축 쓰레기)의 혼합비에 따라 무기질원료의 양을 조절 혼합 한다.

숙성 발효조(23)에 C₄H ₆O₂N+3.75O₂

4CO₂+1.5H₂O+NH₃의 호기성 반응에 의해 퇴비화 할 수 있는 구성이다.

또한 액체유기물이나 고체유기물에는 수분이 많이 함유되어 있어 혹한기 및 동절기에는 원료자체가 결빙되므로, 설비가동을 중단하는 사례가 발생함을 방지하기 위하여 열매체 보일러(26)를 설치 가동하여 발효조(11) 및 숙성발효조(23)에 공급하여 적정 발효온도인 50∼60℃로 가온 후 발효시킴으로 혹한기에도 설비가동 가능케 하고 콤프레샤(Air Compressor)를 이용 공기를 생산 에어탱크(17)에 저장, 적정 발효조건인 산소공급(혼합원료 kg당, 5∼15%이상)을 하여 줌으로써 속성발효를 돕고, 이미 선 출원된 4종 복합미생물 바실러스 리체니포미스(Bacillus Licheniformis), 케이디-1(KD-1), 시어리스(Cereus), 퍼미루스(Pumilus)를 배양하여 4종 복합미생물 Tank(17)에 저장, 혼합조(5)에서 혼합시 투입하므로 한국적 토양에 맞는 양질의 비료 생산은 물론 단시간 속성발효 시키고 발효 및 숙성공정기간을 단축시킬 수 있으며 각 과정에서 발생되는 악취 또한 현저하게 줄일 수 있는 장치이며,

미생물 제재 부분, 탈취 부분은 전술한 바와같이 선출원 중에 있고 왕겨팽연화 기계, 유기질 배설물 처리방법과 장치는 특허등록 완료된 장치이다.

본 발명은 도 2 공정 개략도의 도시와 같이 유기물을 함유한 고체 및 액체유기물 즉, 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 환경오염 없이 전량 단시간 내에 대량으로 처리하여 고품질의 유기물비료로 생산하여 경종농가에 보급함으로써 완전 자연순환형 처리 방법과 장치로서,

가축 배설물이나 가축의 축산 배설물인 액체유기물은 액체유기물 저장조(1)에서 펌프(3)로 혼합조(5)에 투입되고 고체유기물(음식물 찌꺼기, 가축의 내장, 뼈, 사체등 고체로된 유기물)은 전처리설비(15)를 거쳐 고체유기물 저장조(2)에서 나선 콘베어(4)로 혼합조(5)에 투입되고 또한 무기질원료 저장조(24)에 저장 되어진 무기질원료 제오라이트, 소다 아쉬, 생석회, 소석회는 계량에 의해 나선 콘베어(9)로 혼합조(5)에 투입되며,

끝으로 왕겨는 왕겨 홉퍼(6)에서 왕겨팽연화 기계(7)를 거쳐 팽연왕겨 저장조(27)에서 나선 콘베어(8)에 의해 혼합조(5)에 투입 된다.

혼합조(5)에 투입된 액체유기물(가축의 축산 배설물)65%, 고체유기물(음식물 찌꺼기, 뼈, 사체등) 5%, 무기질원료(제오라이트, 소다-애쉬, 생석회 및 소석회) 15%, 팽연왕겨 15%, 의 량에 4종 복합미생물 (바실루스 리체니포미스 : Bacillus Licheniformis, 케이디-1:분리균주, 시어리스 : Cereus, 퍼미루스:Pumilus) 투입과 함께 혼합조(5)의 와류 형 교반기(12)로 골고루 혼합 되어진다

혼합된 고체비료(수분:60∼65%) 일부는 벨트 콘베어를 통하여 발효조(11)에 이송 되거나, 일부는 숙성 발효조(23)에 이송되어 발효 시키고,

발효조(11)에 투입된 고체 비료는 단시간의 1, 2차 발효를 거쳐 숙성 발효조(23)에 이송되어 숙성 및 후숙을 거친 후 고체비료 포장기(22)에 의해 포장되어 저장 및 시판 되며, 일부의 숙성 발효조(23)에서 발효숙성 된 고체비료는 수분조절제로 사용될 수 있도록 혼합조(5)에 이송되어 재 혼합 시키며,

또한 혼합조(5)에서 혼합 시 발생되는 액체비료는 펌프(16)에 의해 숙성 발효조(23)로 이송되어 고체비료와 혼합 발효숙성 하여 일부는 대기로 증발, 일부는 고체비료 포장시의 수분조절제로 사용된다. (고체비료 수분함량 : 50∼55%)
상기 설명 중 액체 및 고체 유기물이란 것은 유기물을 함유한 고체 및 액체 폐기물 전체를 말하며, 혼합조에 투입되는 것은 무기질 원료, 팽연왕겨, 4종의 복합 미생물 과 액체 및 고체 유기물을 포함하고, 4가지 무기질 원료를 동시에 모두 사용 한다 또한, 수분 조절 및 속성발효, 비료성분 조정제인 팽연왕겨에서 팽연왕겨가 수분조절, 속성발효, 비료성분 조정제 역할도 하는 것이다

상기의 각 공정에서 발생되는 악취는 탈취 액 탱크(14)에서 목초액등 3가지의 탈취 액을 정량 혼합하여 액체유기물 저장조(1), 고체유기물 저장조(2), 혼합조(5)에 스프레이 형식으로 투입함으로써,

저장 및 혼합 시 발생되는 악취를 완전히 제거하여 환경오염이 없는 공정으로, 축산 배설물 및 유기질 폐기물을 전량 방류수의 발생 없이 단시간 내 대량으로 처리하여 고품질의 유기질비료를 생산, 경종농가에 보급할 수 있는 구성 이다.

또한 혹한기 및 동절기에도 설비가동 중단 없이 축산 배설물 및 유기질 폐기물의 처리가 가능하게 하기 위한 열매체 보일러(26)를 이용하여 단시간 발효조건을 유지시켜 후숙 발효 할 수 있게 하는 시스템 이다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유기물을 함유한 가축 배설물 및 음식물 쓰레기 즉, 액체 및 고체 유기성 폐기물을 무기질원료와 수분 조절제 및 발효 속성제인 팽연왕겨와 4종의 복합미생물을 효과적으로 균일하게 혼합, 단시간 내 최적의 발효조건을 형성하여 효율적인 기계설비에 의하여 환경오염의 원인인 유기질 폐기물을 방류 및 환경오염 없이 다량으로 처리 가능케 하여 고품질의 유기질 퇴비를 다량으로 생산,

경종농가에 배급하고 축산농가 및 폐기물 발생지에서 발생되는 가축 배설물 및 폐기물을 대량으로 처리 가능한 구성으로서,

기존의 소량 처리량에서 대량처리를 가능케 하며 수입에 의존하는 고가의 미생물제재 및 무기질원료는 국내에서 저렴하게 직접 배양 사용하고, 비교적 저렴한 가격으로 국내에서 구입이 쉬운 제오라이트, 소다-아쉬, 생석회, 소석회를 사용함으로써 외화 절약은 물론 운영비 면에서도 많은 절감이 예상되어 지며, 또한 기존의 소량의 처리용량에도 불구하고 양질의 유기질비료 생산이 불가능 하여 고품질의 비료생산을 위하여 고가의 수입 부재료를 첨가하여 사용해 옴으로서 비경제성을 해결하고,

고형물은 고체퇴비로, 액체퇴비는 수 처리 설비로 약품처리 후 하천에 방류시키므로 약품 비 지출이 과다하고, 설비의 고장에 보수 시에는 수질방류 허용치 이상을 방류하는 사례가 발생하여 하천오염이 필연적으로 대두되어 왔으며 혹한기 및 동절기에는 원료의 결빙현상으로 처리설비 전체를 가동중지 하는 등 많은 문제점이 발생됨을 근본적으로 해소함은 물론,

본 발명 구성에서는 상기와 같은 문제점을 해결함은 물론, 수입에 의존하는 모든 원-부자재 대신 국산화 자재를 사용할 수 있고, 약품 비 지출이 없으며 4계절 기후변화에 상관없이 가동될 수 있고 하천으로의 방류 없이 유기성 폐기물을 대량으로 처리하여 고품질의 유기질비료를 생산함으로써,

정부에서 추진하는 환경 순환 형, 환경 친화적 폐기물 처리를 할 수 있는 효과적인 것이다

Claims

유기질이 함유된 축산 배설물 및 폐기물 발효처리방법에 있어서, 수분조절제인 무기질원료 (Zeolite, Soda-Ash, 생석회, 소석회)와 수분조절 및 속성발효, 비료성분 조정제인 팽연왕겨를 4종의 복합미생물인 바실러스 리체니 포미스, 케이디-1, 시어리스, 퍼미루스와 함께 혼합조에 투입하여 최종 생성물인 고체비료의 수분함량 60∼65％로 균일하게 혼합 발효 및 숙성 후, 숙성 발효조에서 후 숙을 거쳐 용도에 따라 고체비료로 생산하는 단계와 숙성 발효조에서 발효 숙성된 고체비료를 혼합조에 순환, 재투입토록 설치하여 수분조절제로 재사용 가능하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기질이 함유된 축산 배설물 및 폐기물 발효처리 방법