KR100976848B1 - 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 쓰레기에 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효하고, 음식물 쓰레기로 부터 발생되는 음, 폐수를 미생물배양에 활용함으로써, 음식물 쓰레기의 퇴비화 효율을 높일 수 있도록 하고, 음, 폐수의 발생량을 최소화하도록 한 것이다.

본 발명의 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법은, 버려지는 음식물쓰레기를 저장하고, 이를 전처리실로 투입하는 음식물쓰레기 자원화시설 투입동과,

상기 투입동의 음식물쓰레기를 선별 및 파쇄하는 전처리실과,

톱밥 또는 우드칩에 미생물을 접종하는 제1발효실과,

상기 전처리실의 선별 및 파쇄된 음식물쓰레기와 제1발효실의 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효하는 제2발효실과,

상기 제2발효실의 발효물을 추가 발효하는 제3발효실과,

상기 제3발효실의 발효물을 숙성하는 후숙실을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

음식물 쓰레기, 퇴비, 미생물, 톱밥, 우드칩

Description

음식물 쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법{Method of making composts using food wastes}

본 발명은 음식물 쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음식물 쓰레기에 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효하고, 음식물 쓰레기로 부터 발생되는 음, 폐수를 미생물배양에 활용함으로써, 음식물 쓰레기의 퇴비화 효율을 높일 수 있도록 하고, 음, 폐수의 발생량을 최소화하도록 한 것이다.

현재 우리 농업이 당면하고 있는 토양공해와 농약공해는 우리 농업의 큰 해결과제가 되고 있다. 강력한 농약의 발달로 인해 병원균이나 해충을 사멸하는 데에는 큰 효과가 있었으나, 농작물의 생육에 필요한 자연의 천적작용을 하는 유효균, 익충까지 사멸시키는 결과를 초래하고 말았다. 따라서, 아무리 좋은 농약이 개발되었다고 하더라도 유효균과 익충까지 사멸시키게 되면, 새로운 병원균과 해충을 증가시키게 되어 병원균의 냉독성이 매년 강해지게 되며 토양은 병들게 되고 작물생육이 불건전해지는 결과를 초래하게 된다.

이제는 건강한 토양을 가꾸기 위해 미생물 유기농업만이 토양의 회복은 물론 작물의 건강을 지켜주는 유일한 방법이라 인식하여, 일부 농가에서는 유기물의 중 요성을 뒤늦게 인식하고 이것만이 만능일 것이라는 생각에 대량으로 유기물을 사용하였지만, 오히려 토양을 더욱 악화시키는 결과를 초래하였으며, 또한 미생물제라 하면 마구잡이로 사용하여 생산비가 높아져 경제적 손실을 초래하는 경우도 있었다.

현재 농가에서 사용하고 있는 유기질 퇴비들은 토양균 이외의 세균군 특히 대장균이라든가 부패균 등 잡균군들이 완전히 억제 또는 사멸된 상태가 아니기 때문에 악취가 심하며, 여기에는 심지어 병원성 세균까지도 존재하는 경우도 있다. 또한 이같은 유기질 퇴비들은 산성을 띄고 있으므로 토양의 산성화를 근본적으로 방지할 수 없을 뿐더러 토양에서 흙과의 혼합이 잘 이루어지지 않고 효소의 번식이 불량해질 뿐만 아니라 지력을 저하시킴에 따라 토양에서 잡균번식이 왕성해지면서 토양이 황폐화되고 있다.

한편, 우리나라의 엄청난 양의 음식물쓰레기 처리는 현재 심각한 사회문제로 대두되고 있는 데, 환경백서(1999)에 의하면, 음식물쓰레기는 전체 쓰레기의 30%를 차지하고 년간 5백50만톤으로 어림잡아 8조원 어치를 음식물 쓰레기로 낭비하고 있는 실정이지만 그 재활용은 30%를 넘지 못하고 있다. 그러한 음식물쓰레기를 그냥 매립지에 매립할 경우에는 악취와 오폐수를 유발하고, 소각할 경우에는 과다 연료비 지출과 다이옥신 등의 공해물질을 배출하는 2차 오염문제로 인하여, 주민들의 거센 반발로 음식물쓰레기 매립지 및 소각장 마저 제대로 마련하지 못하고 있는 실 정이 다.

따라서 이같은 골치덩어리인 음식물쓰레기는, 환경문제를 해결하는 것과 동시에 자원의 효율적인 이용이라는 두가지 효과를 거두기 위해 음식물쓰레기를 농업용 퇴비로서 개발되고 있는 실정이다.

음식물쓰레기를 퇴비화할 때 퇴비화에 영향을 미치는 중요한 조건으로는 탄소과 질소비(C/N비), 온도조건, 수분, 공극률 등이 있다. 상기 요소 중 탄소/질소비는 미생물의 증식에 필요한 시간과 퇴비화에 필요한 시간을 결정해 주는 요소이므로 음식물쓰레기의 퇴비화에 있어서 중요한 조건이고, 온도조건은 음식물쓰레기가 퇴비화되는 퇴비화반응의 반응속도에 중요한 역할을 하며, 특히 퇴비화반응이 미생물에 의한 발효반응이므로 특히 중요하다. 그리고 수분과 공극률은 음식물쓰레기중의 공간이 호기성상태를 유지하는데 있어 중요하다.

한편 가정 및 식당에서 배출되는 음식물쓰레기 중의 포함된 수분의 함량은 약 72.1∼89.9%정도로서, 이러한 음식물쓰레기를 퇴비화하기 위해서는 수분함량을 퇴비화에 적당한 수분함량인 50∼60%로 유지할 필요가 있다. 이는 수분함량이 그 이하가 되면 쓰레기가 지나치게 건조하여 호기성균의 신진대사를 유지할 수 없게 되고, 반대로 수분함량이 높아지면 음식물쓰레기 중의 공간이 수분으로 채워지게 되어 산소공급이 차단되고 이로 인해 혐기성 상태로 되어 호기성균이 증식할 수 없으므로 퇴비화가 곤란해지는 문제점이 있다.

따라서 수분함량을 퇴비화를 위하여 적당한 수분함량인 50-60%로 유지하기 위해서는 음식물쓰레기의 수분함량을 20∼30%정도 감소시킬 필요가 있는 데, 종래에는 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 음식물쓰레기의 수분함량을 조절하기 위하여 음식물 자원화시설투입동으로 부터 투입된 음식물쓰레기를 선별, 파쇄 및 탈수하고 이를 수분조절제인 생톱밥 등과 혼합하여 발효하였다.

그러나 상기와 같이 생톱밥을 첨가했을 경우 음식물쓰레기 중의 수분함량은 조절할 수 있으나, 생톱밥의 투입 후부터 7일간은 퇴비 발효 적정온도에 이르지 못하고 8일 이후부터 발효가 시작되어, 발효기간은 26일이나 실질적으로 `8일의 발효를 거처 후숙실로 이송해서 처리함으로써 후숙과정에서 70℃ 내외의 적정온도를 유지하고 있는 실정이다. 또한 음식물 자원화시설 투입동으로부터 과량의 음폐수가 발생되어 수처리장치를 별도로 설치하여야 하는 등의 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 상기한 종래의 음식물쓰레기 비료화 방법이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 음식물쓰레기에 미생물을 접종한 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효함으로써, 단시간 내에 발효 적정온도로의 상승이 가능하게 되어 퇴비의 생산률을 높일 수 있고, 음식물쓰레기 자원화시설 투입동으로 부터 발생되는 음, 폐수를 미생물배양에 이용하고 이를 각 발효실 및 후숙실에 살포함으로써, 발효실 및 후숙실의 습도를 계속적으로 유지함과 동시에 음, 폐수의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있도록 하는 것이다.

또한 종래 공기공급관이 배수로 내부 전체에 위치되게 설치되어 공기의 공급 및 음, 폐수의 배수의 역할을 동시에 하게 되어 그 효율이 좋지 못하게 되는 문제점을 해소하도록 하기 위하여, 상기 발효실 및 후숙실의 바닥에 설치되는 공기공급관이 배수로 내부의 상부 일측에만 설치되도록 함으로써, 공기공급관은 공기만을 공급할 수 있도록 하고 음, 폐수의 배수는 배수로에서 이루어지도록 하며, 상기 공기공급관과 배수로의 상부에는 배수판을 별도로 설치하여 배수로의 막힘 현상 등을 줄여 배수가 용이하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 버려지는 음식물쓰레기를 저장하고, 이를 전처리실로 투입하는 음식물쓰레기 자원화시설 투입동과, 상기 투입동의 음식물쓰레기를 선별 및 파쇄하는 전처리실과, 톱밥 또는 우드칩에 미생물을 접종하는 제1발효실과, 상기 전처리실의 선별 및 파쇄된 음식물쓰레기와 제1발효실의 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효하는 제2발효실과, 상기 제2발효실의 발효물을 추가 발효하는 제3발효실과, 상기 제3발효실의 발효물을 숙성하는 후숙실을 포함하여 이루어지는 유기질 생산 장치이다.

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또한 상기 미생물은 미생물배양조로부터 공급받는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실은 미생물배양조로부터 배양된 미생물을 공급받는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 미생물배양조는 상기 음식물쓰레기 자원화시설 투입동으로 부터 발생된 음, 폐수를 공급받아 미생물을 배양하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실에는 공기공급관이 설치되고, 상기 공기공급관은 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 다수개의 배수로 내부에 설치되어지되, 상기 공기공급라인이 배수로 내부의 상부 일측에 위치되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

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또한 상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 상기 배수로의 상부에는 다수개의 침출수 배수판이 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 음식물쓰레기에 미생물을 접종한 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효함으로써, 단시간 내에 발효 적정온도로의 상승이 가능하게 되어 퇴비의 생산성을 높일 수 있도록 하고, 음식물쓰레기 자원화시설 투입동으로 부터 발생되는 음, 폐수를 미생물배양에 이용하고 이를 각 발효실 및 후숙실에 살포함으로써, 발효실 및 후숙실의 습도를 계속적으로 유지함과 동시에 음, 폐수의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있도록 하며 음, 폐수로부터 발생되는 악취를 현저히 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

또한 발효실 및 후숙실의 바닥에 설치되는 공기공급관이 배수로 내부의 상부 일측에만 설치되도록 함으로써, 공기공급관은 공기만을 공급할 수 있도록 하고 발효조로 부터 발생되는 침출수의 배수는 배수로에서 이루어지도록 하며, 상기 공기공급관과 배수로의 상부에는 침출수 배수판을 별도로 설치하여 배수로의 막힘 현상 등을 줄여 배수가 용이하도록 하는 효과를 제공한다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기로부터 유기질 퇴비를 생산하는 방법을 나타낸 개략도로서, 음식물쓰레기 자원화시설 투입동, 전처리실, 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실로 구성된다.

먼저, 버려지는 음식물쓰레기를 음식물쓰레기 자원화시설 투입동에 투입한 다. 그리고 상기 투입동에 투입된 음식물쓰레기를 전처리실에 투입하는 바, 상기 전처리실에서 상기 음식물쓰레기를 선별 및 파쇄한다. 이때 본 발명에서는 전처리실에서 음식물 쓰레기를 탈수하지 아니하므로, 음, 폐수의 발생량을 줄일 수 있는 것이다.

또한 상기 음식물쓰레기 자원화시설 투입동에 투입된 음식물쓰레기로부터는 통상 다량의 음, 폐수가 발생되는 바, 상기 발생된 음, 폐수는 유량조정조로 유입되는 것이 아닌 별도로 설치된 미생물배양조로 투입된다. 이때 상기 미생물배양조에서는 유입된 음, 폐수를 이용하여 미생물을 배양하고, 상기 음, 폐수와 함께 배양된 미생물은 제1발효실 내에 살수되어 톱밥 또는 우드칩에 미생물을 접종하는 것이다.

이는 생톱밥을 사용할 경우, 투입 후부터 7일간은 퇴비 발효의 적정온도인 60∼80℃에 이르지 못하고 8일 이후부터 발효가 시작되는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도로 마련된 제1발효실에서 톱밥 또는 우드칩에 미생물을 선접종함으로써, 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 선별, 파쇄된 음식물과 혼합한 후 1∼2일 안에 발효 적정온도인 60∼80℃에 도달할 수 있도록 하는 것이다.

또한 상기 미생물배양조를 이용함으로써, 음, 폐수 중에 포함된 고형물을 여과, 흡착하게 되어 고형물의 제거가 용이하고, 음, 폐수의 발생량이 현저히 감소하는 것은 물론, 퇴비의 생산성을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 제1발효실로부터 톱밥 또는 우드칩에 미생물을 접종하는 것이 완료되면, 2발효실에 상기 전처리실의 선별 및 파쇄된 음식물쓰레기와 제1발효실의 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 투입, 혼합하여 발효한다.

그리고 발효의 효율을 높이기 위하여, 제2발효실로 부터 적정수준으로 발효가 진행되면, 퇴비의 생산량을 늘리기 위하여 이를 제3발효실에 투입하여 발효를 진행한다. 그리고 상기 제3발효실로 부터 발효가 완료되면 이를 숙성하기 위해 후숙실로 투입하게 된다.

그리고 상기 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실로부터 발생되는 침출수는 다시 미생물배양조로 유입되도록 하여 미생물을 배양하도록 됨으로써, 음폐수의 발생을 최소화하는 것이다.

상기 미생물배양조로 부터 배양된 미생물을 포함하는 음, 폐수, 즉 활성수는 살수라인을 통해 제1발효실에 투입되는 것은 물론, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실에도 투입되는 바, 이는 계속적인 미생물의 공급은 물론, 각 발효실 및 후식실 내의 수분을 계속적으로 60∼70% 정도로 유지시켜 주어 퇴비의 생산성을 증가시키고, 전체 공정 중 발생되는 음, 폐수를 획기적으로 감소시키기 위함이다.

또한 상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실에는 공기공급라인이 설치되는 바, 도 4와 같이, 종래의 공기공급라인과는 달리 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 다수개의 배수로(100) 내부에 설치되어지되, 상기 공기공급라인을 구성하는 공기공급관(200)이 배수로(100) 내부의 상부 일측에 위치되도록 설치됨으로써, 종래 공기공급관(200)를 통해 공기공급은 물론 침출수의 배출이 동시에 이루어져, 그 기능을 제대로 수행하지 못했던 문제점을 해결한 것으로, 공기공급관(200)은 공기만을 공급할 수 있도록 하고, 배수로(100)를 통해 침출수가 충분히 배수될 수 있도록 하는 것이다. 상기 공기공급관(200)에는 고압공기호스관(200')이 연결되는 것은 이 기술이 속하는 분야에서 이미 충분히 공지된 사항이므로 이를 상세히 설명하지는 않는다.

그리고 도 4 및 도 5에서와 같이, 상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 상기 배수로(100)의 상부에는 다수개의 침출수 배수판(300)을 설치하는 바, 이는 배수판(300)을 설치함으로써 배수가 용이하고, 각 발효실 및 후숙실의 유지관리가 용이하도록 하기 위함이다.

상기한 침출수 배수판(300)은 그 실시형태를 제한하지는 않으나, 침출수 배수판(300)은 4개의 C형관을 이용하여 테두리부(301)를 구성하고, 상기 테두리부(301)에 다수개의 PVC파이프(302)를 끼움설치하여 구성되며, 상기 PVC파이프(302)에는 관통공(303)을 형성시켜 하부의 공기공급관(200)에 연결된 고압공기호스관(200')이 상기 PVC파이프(302)의 관통공(303)을 통해 각 발효실과 후숙실의 내부에 공기를 공급할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩의 투입량은 다음과 같이 산출되는 바, 일례를 들어 설명한다.

음식물쓰레기 50톤 투입시 이물질의 량 약 5톤과 중력수 7.5톤을 제외하면 실제 음식물쓰레기는 37.5톤이 된다.(수분함량 85%, 탈수하지 않은 함수율 적용) 그러면 톱밥 또는 우드칩(수분 20%)의 투입량은 하기의 식으로 부터 산출되는 것이다.(음식물과 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 수분 함수율을 70%로 조절할 시의 필요한 톱밥의 투입량)

37.5톤(음식물쓰레기량)×0.85+X(톱밥량)×0.2=(37.5+X)톤×0.7

이때 X 즉, 톱밥량은 11.2톤가 되고, 톱밥의 흡수효율을 80%로 적용할 경우 필요한 톱밥의 량은 14톤이되는 것이다. 그리고 톱밥의 무게를 부피로 환산하게 되면 1㎥를 0.3톤으로 환산하여 46.7㎥이 필요하게 된다.

이하 본 발명의 발효실 내부에 투입된 톱밥, 퇴비 및 음식물쓰레기의 온도변화를 측정하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

먼저 시험은 2008년 3월 17일부터 3월 31일까지 실시하였으며, 온도의 측정시간은 매일 오전 10시를 기준으로 하였다. 그리고 발효실 투입량은 매일 동일하게 미생물접종 톱밥(9㎥), 후속실퇴비(9㎥), 음식물쓰레기(24㎥) 총 42㎥을 투입하였으며 퇴비이동구간은 1일간 3㎡씩 이동하도록 하였다.(이때 발효실 제원은 57,000mm(길이)×7,800mm(폭)×7,800mm(높이)를 이용하였으며, 측정구간은 발효실을 길이 7구간 폭 3구간으로 나누어 총 21구간이 되도록 한 후 측정하였다.)

그리고 그 측정결과는 하기 표 1과 같았다.

퇴비발효 온도변화 시험결과(단위: ℃)

구분	1일차 (12M)	2일차 (18M)	4일차 (24M)	6일차 (30M)	8일차 (36M)	10일차 (42M)	12일차 (48M)	14일차 (52M)
3.17일 투입분	10	38	43	52	73	73	72	64
3.18일 투입분		46	52	70	70	70	72
3.19일 투입분		49	63	67	68	71
3.20일 투입분		48	74	71	69	72
3.21일 투입분		40	71	71
3.22일 투입분		43	73	72
3.24일 투입분		52	72	72
3.25일 투입분		54	73
3.26일 투입분		44	63

상기 표 1에서 충분히 알 수 있는 바와 같이 4일차 이내에 퇴비의 온도가 발효적정온도로 상승됨을 알 수 있었다.

그리고 본 발명에서 톱밥 또는 우드칩과 함께, 대두박, 주정박, 미강, 왕겨 그리 기타 식품 공장의 식물성 잔재물 등을 추가로 혼합할 수도 있는 것이고, 공원, 도로변 가로수 등의 정비시 발생되는 가지 및 수피 등을 파쇄하여 혼합할 수도 있으며, 음식물쓰레기와 함께 분뇨 및 하수슬러지 등을 이용할 수 있는 것은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명은 상기한 실시예에 한하여 설명하였지만 이를 반드시 제한하는 것은 아닌 것으로, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 음식물쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법의 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 음식물쓰레기를 이용한 퇴비 생산방법의 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 배수판과 공기공급관을 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배수판의 사시도.

*도면의 주요부호에 대한 설명*

100: 배수로 200: 공기공급관 200': 고압공기호스관

300: 침출수 배수판 301: 침출수 배수판 302: PVC파이프

303: 관통공

Claims (7)

1. 버려지는 음식물쓰레기를 저장하고, 이를 전처리실로 투입하는 음식물쓰레기 자원화시설 투입동과, 상기 투입동의 음식물쓰레기를 선별 및 파쇄하는 전처리실과, 톱밥 또는 우드칩에 미생물을 접종하는 제1발효실과,상기 전처리실의 선별 및 파쇄된 음식물쓰레기와 제1발효실의 미생물이 접종된 톱밥 또는 우드칩을 혼합하여 발효하는 제2발효실과, 상기 제2발효실의 발효물을 추가 발효하는 제3발효실과, 상기 제3발효실의 발효물을 숙성하는 후숙실을 포함하여 이루어지는 유기질 퇴비의 생산 장치에 있어서,

   상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실은 미생물배양조로부터 배양된 미생물을 공급받고,

   상기 미생물배양조는 상기 음식물쓰레기 자원화시설 투입동으로부터 발생된 음, 폐수와 각 발효실 및 후숙실로부터 발생되는 배출수를 공급받아 미생물을 배양하고,

   상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실에는 공기공급관이 설치되고, 상기 공기공급관은 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 다수개의 배수로 내부에 설치되어지되, 상기 공기공급관이 배수로 내부의 상부 일측에 위치되도록 설치되고,

   상기 제1발효실, 제2발효실, 제3발효실 및 후숙실의 바닥에 설치된 상기 배수로의 상부에는 다수개의 침출수 배수판이 설치되는 것을 특징으로 하는 유기질 퇴비의 생산 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 미생물은 미생물배양조로부터 공급받는 것을 특징으로 하는 유기질 퇴비의 생산 장치.
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