KR101389440B1 - 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비 - Google Patents

분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법은, 인분 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지를 탈수하여 형성된 케이크를 이송하는 단계와; 상기 케이크를 케이크 분쇄 장치를 이용하여 분쇄하는 단계와; 상기 분쇄된 케이크를 사이클론을 포함하는 입자 성형 장치에서 미세한 또는 둥근 입자로 만들고 케이크 내부의 수분을 건조시키는 입자 성형화 단계와; 성형된 입자를 수용 가능하게 마련된 발효 장치에 공기를 공급하는 공기 공급수단을 구비하여 상기 공기 공급수단에서 공기를 공급하면서 상기 발효 장치 내부에서 혼합하여 발효시키는 발효 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 발효 시간을 단축하고 품질을 향상시킬 수 있으며 경제성을 향상시킬 수 있다.

Description

분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비 {Compost Manufacturing Method through granulation and fermentation of excrementitious sludge and Compost thereof}
본 발명은 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비에 관한 것으로, 특히 퇴비의 원소재를 과립 등의 입자화를 통해 공기와의 접촉 시간을 증대시키고 발효 과정을 개선시킨 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비에 관한 것이다.
인분 또는 축분은 유기물 함량이 60%이상 함유하고 있어 발효하면 퇴비로 사용이 가능하다. 축분의 경우 생산량의 70%정도가 혐기발효 후 퇴비로 사용되고 있지만, 인분은 대부분 해양투기로 처리되고 있다. 인분이 퇴비로 사용되지 못한 주된 이유는 적정한 퇴비 발효 기술이 확보되지 못하였고 이에 따른 경제성을 확보하지 못하였기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술의 하나로 본 출원인이 출원한 특허 공개공보 제10-2009-124314호를 일예로 들 수 있다.
그리고, 우리나라에서 정부는 2012년도부터 해양투기를 해온 일부 가축분뇨를 육상에서 전량 처리한다는 발표를 하는 등 하수 슬러지를 비롯하여 인분 슬러지 등에 대하여 해양투기를 점점 금지하거나 줄여 나가고 있는 추세이다.
이러한 유기성 슬러지인 축분 및 인분 슬러지에 대하여 적정 기술을 활용하면 퇴비 사용가능하다. 따라서, 기존의 혐기발효 퇴비생산 기술에 비하여 발효 속도가 빠르고, 공정이 간단하며, 발생되는 냄새, 악취 등을 없앨 수 있고, 발효시 발생되는 가연성 가스를 분리할 수 있어 전체적으로 경제성을 확보하면서 친환경적인 방법이 매우 바람직하다.
다른 한편, 최근에는 유가의 급상승에 따라 화학비료 원자재 값이 급등하며 대형 비료 생산 업체의 생산 중단 또는 비료 가격이 상승하여 비교의 수급 불균형 및 가격 상승에 따라 비료의 수요처인 농가 등에 타격을 입는 문제점이 있어 이러한 필요성이 더욱 더 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 퇴비의 발효 속도를 증대시킬 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 발효 전 단계에서 과립화, 건조를 하고 필요한 성분을 첨가할 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 발효 등의 과정에서 발생되는 악취, 냄새 등을 제거할 수 있고 가연성 가스를 포집할 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 설비가 간단하고 편리하면서 공정이 간단하며 경제성을 향상시킬 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 종래 톱밥 등을 추가한 경우보다 C/N비를 감소시킬 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 설비의 설치 면적을 줄여 소요 공간을 줄일 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 인분 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지를 탈수하여 형성된 케이크를 이송하는 단계와; 상기 케이크를 케이크 분쇄 장치를 이용하여 분쇄하는 단계와; 상기 분쇄된 케이크를 사이클론을 포함하는 입자 성형 장치에서 미세한 또는 둥근 균일한 입자로 만들고 입자 내부의 수분을 건조시키는 입자 성형화 단계와; 균일하게 성형된 입자를 수용 가능하게 마련된 발효 장치에 공기를 공급하는 공기 공급수단을 구비하여 상기 공기 공급수단에서 공기를 공급하면서 상기 발효 장치 내부에서 발효시키는 발효 단계;를 포함하며, 상기 입자 성형화 단계에서는 입자의 크기가 2.0mm ± 0.5mm 범위를 포함하고, 상기 발효 단계에서는 성형화된 입자를 상호 혼합하며 균일하게 성형된 입자 사이 사이로 유동될 수 있는 공기를 공급할 수 있는 공기 공급수단이 포함되며, 상기 발효 장치는 공급되는 공기에 의해 내부 압력이 양(+)의 압력으로 유지 가능하게 밀폐되어 공기가 균일하게 성형된 입자 사이 사이로 유동되면서 이루어지는 발효 작용에 의해 온도가 상승하면서 메탄을 포함하는 기체, 수분을 포함하는 입자 속의 성분이 배출되면서 입자 속의 탄소 대 질소의 비율(C/N 비)이 감소하며, 밀폐된 상기 발효 장치에서 발효시 발생되는 메탄 가스를 포함하는 가스 성분을 포집하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 입자 성형화 단계에서는 첨가물을 주입하며, 상기 첨가물은 발효 효소 및 코코넛 껍질을 포함하는 유기물질을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발효 효소는 분쇄가 된 케이크의 하류측에 공급되며, 상기 유기물질은 상기 입자 성형장치에 공급되는 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 공기 공급수단은 상기 발효 장치 내의 발효 온도를 고려하여 공기를 상기 발효 장치로 공급하는 것이 바람직하다.
삭제
또한, 상기 발효 장치는 교반 혼합 믹서, 리본 믹서 또는 V형 믹서를 포함하여 밀폐 가능하며 발효 과정에서 발생되는 냄새 또는 가스를 포집 가능한 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 인분 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지를 상기 퇴비 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 퇴비에 의해서도 달성된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 퇴비의 발효 속도를 증대시킬 수 있으며, 발효 전 단계에서 과립화, 건조를 하고 필요한 성분을 첨가할 수 있고, 발효 등의 과정에서 발생되는 악취, 냄새 등을 제거할 수 있고 가연성 가스를 포집할 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공할 수 있다.
또한, 설비 내지 공정이 간단하고 편리하면서 사용 또한 편리하며 경제성을 향상시킬 수 있고, 종래 톱밥 등을 추가한 경우보다 C/N비를 감소시킬 수 있어 품질을 향상시킬 수 있으며, 설비의 설치 면적을 줄여 소요 공간을 줄일 수 있는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 퇴비의 제조 방법을 도시한 블록도,
도 2는 도 1에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3a 및 도 3b는 발효화 단계에 사용되는 다른 장치의 실시예를 나타낸 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 퇴비 제조 방법과 종래 발명에 따른 퇴비 제조 방법을 개략적으로 비교한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 퇴비의 발효 과정을 시일 경과에 따라 보여주는 사진,
도 6은 본 발명에 따른 퇴비의 발효 과정을 시간의 경과에 따른 온도 및 수분을 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명에 따라 과립 성형화된 입자의 분포도를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 퇴비의 제조 방법을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1에 사용되는 장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3a 및 도 3b는 발효화 단계에 사용되는 다른 장치의 실시예를 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 퇴비 제조 방법과 종래 발명에 따른 퇴비 제조 방법을 개략적으로 비교한 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 퇴비의 발효 과정을 시일 경과에 따라 보여주는 사진이고, 도 6은 본 발명에 따른 퇴비의 발효 과정을 시간의 경과에 따른 온도 및 수분을 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명에 따라 과립 성형화된 입자의 분포도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법 및 이에 의해 제조된 퇴비는 도 2에 도시된 바와 같은 장치에 의해 도 1에 도시된 바와 같은 단계를 거쳐 제조되는 것이 바람직하다.
먼저, 탈수기와 같은 탈수 장치를 이용하여 분뇨 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지는 탈수되어 고형분은 수분을 함유한 함수율 80wt% 정도의 탈수 케이크로 형성된다.
이러한 슬러지를 로터리 피더와 같은 일정량으로 탈수 케이크를 공급을 할 수 있는 수단을 통하여 케이크 이송 장치(110)에 케이크를 공급한다(S210). 이 단계에서 블로어와 같은 공기 송풍 수단을 통해 공기를 소정 크기의 관으로 보내고 이 관의 일측으로 케이크가 공급되는 것이 바람직하다.
다음, 분쇄 단계(S220)에서는 이송된 케이크가 이동하는 통로 상에 좁은 형상을 생성시켜 가속된 슬러지는 공기와의 마찰에 의해 케이크 분쇄 장치(120)를 통과하면서 큰 덩어리 형태의 케이크는 많은 작은 덩어리로 분리되고 파쇄되어 분쇄된다.
다음, 건조 성형 단계(S130)에서는 입자 성형화 장치(130)(예를 들면, 유동층을 갖는 형식)에서 분쇄된 많은 덩어리 각각이 과립화되고 작은 덩어리 속에 분포하는 수분이 분리되어 배출된다. 즉, 이 단계(S130)에서는 큰 덩어리로 된 케이크의 내부에 있는 수분을 증발시키는 것보다 적은 덩어리의 내부에 있는 수분을 증발시키는 것이 더 용이하다는 점이 적용된다. 적은 덩어리로 된 퇴비 원재료 입자를 과립화하면서 입자 속의 수분은 공기에 의해 증발된다. 이때 적은 에너지를 사용하여 증발시킬 수 있다. 이 때 공급되는 공기는 필요에 따라 수분의 증발을 위하여 소정 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
그리고, 건조 성형화 단계(S230)는 퇴비의 질을 향상시킬 수 있도록 첨가물 첨가 단계(S235)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 첨가물은 퇴비가 사용되는 목적에 따라 다양한 종류를 포함할 수 있지만, 발효를 촉진하기 위한 발효 효소(133)와, 유기물 성분을 추가하기 위한 코코피트와 같은 코코넛 껍질을 포함하는 과피 등의 유기물(135)이 첨가되는 것이 바람직하다. 이러한 발효 효소(133) 및 유기물(135)은 가능하면 미립 입자로 분말화되어 과립화된 분뇨 입자와 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다. 또한, 이 과정에서 부분적으로 분뇨 입자는 발효를 개시할 수도 있다.
따라서, 발효 효소(133)는 탈수 케이크 분쇄 장치(120)의 하류측에 공급되고 유기물(135)은 입자 성형화 장치(130)의 상류측 내지 입자 성형화 장치(130) 내부로 공급되어 분쇄된 분뇨 입자와 고르게 결합되어 최종적인 제품인 퇴비의 품질을 향상시킬 수 있는 것이 바람직하다.
여기서, 입자 성형화 장치(130)와 발효 장치(140) 사이에 미도시된 선별 장치를 마련하여 일정한 크기 이상의 입자는 다시 케이크 분쇄 장치(120) 또는 케이크 분쇄 장치(120) 하류로 이송되어 소정의 크기 입자로 형성될 수 있음은 물론이다.
다음, 발효 단계(S240)에서는 밀폐 가능하게 마련된 발효 장치(140)에 공기를 공급하는 공기 공급수단(143)을 구비하고 성형화된 퇴비 입자를 혼합 또는 교반을 통해 발효를 시켜 퇴비를 완성시킨다. 이 때 공기 공급수단(143)을 통하여 공급되는 공기는 초기에 발효를 유도하기 위하여 필요에 따라 소정 온도로 가열될 수도 있다. 통상은 발효 과정에서 온도가 상승하기 때문에 별도로 공급되는 공기의 온도를 가열하지 않는 것이 바람직하다.
발효 장치(140)의 일예로 도 2에서는 리본 형상의 믹서를 예로 들었으나, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 혼합 교반 믹서 및 V자형 믹서 등을 포함할 수 있다. 즉, 도 3a에서 V자형의 믹서가 회전하면서 내부에 과립화된 분뇨 입자를 발효시킬 수 있다. 이 과정에서 구동 수단(150)이 발효 장치(145)를 회전시키는 동안 내부로의 공기 출입은 회전축을 통해 이루어 질 수 있다. 또한, 도 3b와 같은 혼합 교반 믹서에서는 공기 공급 수단(143)에서 발효 장치(147)의 내측 벽을 따라 수직 방향으로 마련된 공기 통로(143d1, 143d2 참조)와 중간을 가로지르면서 층을 이루는 공기 통로(143a, 143b, 143c 참조)가 각각 연통되어 발효 장치(147) 내부의 과립화된 분뇨 입자로 공기를 균일하게 공급할 수 있고, 구동 수단(147a 참조)과 결합되어 회전하는 회전축 및 교반기(147b 참조)에 의해 입자는 혼합 및 교반이 이루어질 수 있다.
발효 장치(140)에서 공급되는 공기는 과립화된 각 입자 사이에서 용이하게 흐를 수 있는 공기 유로가 형성되어 발효가 빠른 속도로 이루어진다. 즉 기존의 혐기 발효 퇴비에 비하여 퇴비 속도가 10배 정도 빠르다. 즉, 종래기술에서는 약 1 내지 2개월 정도 발효기간이 소요되었으나 본 발명에 따른 제조 방법에서는 약 40시간 정도로 약 2일도 안 되는 시간에 퇴비의 발효가 완료되었음을 후술하는 도 5 및 도 6에서 알 수 있다. 발효 장치(140)에서 혼합 내지 교반과 함께 공기를 공급함으로서 이러한 결과를 얻을 수 있었다. 그리고, 발효 장치(140)를 밀폐 방식으로 유지 하는 것은 발효 장치(140) 내부의 압력을 전체적으로 고르게 유지하여 과립화된 입자가 혼합 또는 교반하는 과정에서 다져지지 않도록 하여 공기의 흐름이 입자와 입자 사이로 유도될 수 있도록 안내하여 발효를 촉진하기 위함이다. 이러한 발효 장치(140) 내부의 압력 유지는 압력 센서 등을 통해 적절하게 유지할 수 있다.
여기서, 발효 장치(140)가 밀폐식이라는 의미는 발효하는 과정에서 발효 장치(140)를 100% 밀폐되어 공기의 유동이 없다는 의미가 아니고 공기 투입구와 공기 배출구(탈취 내지 가연 가스 포집을 위한 공기 유로)로 공기가 출입을 하는 과정에서 출입구의 압력이 높고 배출구의 압력이 낮아 전체적으로 발효 장치(140)의 내부에는 항상 양(+) 압력을 유지할 수 있다는 의미에서의 밀폐식이다.
본 발명에 따르면 퇴비가 발효되는 과정에서 중요한 요인은 공기 공급과 혼합 내지 교반이다. 공기를 너무 많이 공급하면 퇴비가 황산화되어 퇴비로 사용할 수 없다. 또는 교반 내지 혼합을 하지 않으면 입자와 입자 간의 유착에 의해 덩어리가 만들어져 공기가 덩어리의 내부까지 공기가 원활하게 공급되지 않아 덩어리 내부까지 공기가 공급되어 전체적으로 발효되는 시간이 매우 길어질 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 제조 방법에서와 같이 발효 장치(140)를 밀폐 방식으로 하여 발효 장치(140) 내부의 공기의 흐름을 일정하게 유지할 수 있도록 유도하고, 혼합 내지 교반을 통하여 입자들 상호간에 유착이나 다져지는 형상이 발생되지 않도록 한다. 또한, 혼합 내지 교반하는 방법은 발효 장치(140)를 다단식 계단으로 마련하여 서서히 이동하게 하는 등의 다양한 방법으로도 마련될 수 있음은 물론이다.
여기서, 발효 장치(140)로 공급되는 공기의 온도 및 량은 발효가 이루어짐에 따른 온도 및 압력 등에 기초하여 적절하게 제어되는 것이 바람직하다.
탈취 분리 단계(S245)는 발효 장치(140) 또는 입자 성형화 장치(130)에서 배출되는 공기를 외부로 배출하기 전에 냄새, 악취 등을 제거하고 필요시 필요한 가연성 가스를 분리하여 포집한다.
탈취 분리 단계(S245)는 탈취 장치(150)와 분리 장치(153)로 구분될 수 있다. 탈취 장치(150)는 포집한 공기를 물을 분무함과 동시에 탈취 내지 흡착 소재를 포함하여 배출되는 공기 중의 냄새 또는 악취를 제거한다. 분리 장치(153)는 배출 또는 포집되는 공기 중에 발효 과정에서 발생하는 가연성 가스인 예를 들면 메탄 등을 포집하고 저장하였다 필요시 본 발명에 따른 제조 방법에 필요한 열원으로 사용될 수도 있다. 이에, 친환경적이면서도 자원 재활용이 가능하며 경제성을 향상시킬 수 있다.
탈취 분리 장치(153)는 도 2와 같이 별도의 통로(LINE3-1, LINE3-2, LINE3-3 참조)로 구분되지 않고 하나로 형성될 수도 있다.
저장 및 포장 단계(S250)에서는 발효가 완료된 퇴비가 저장 장치(160)에 저장되고, 저장 장치(160)에 저장된 퇴비는 원하는 중량 단위 또는 벌크(bulk)로 포장 장치(170)에 의해 포장되어 저장되거나 출하된다.
그리고, 도 2에서 설명되지 않은 참조 번호는 LINE1 내지 LINE5는 각 장치 내지 각 단계 사이를 연결시켜주는 이송 통로이고, 참조 번호 AL1 내지 AL3은 각 장치로 공급 공기를 공급해 주는 공기 공급 통로를 의미한다.
이러한 각 통로나 이송 통로 사이에는 공기 이송이 바람직하나, 필요에 따라 컨베이어 등을 사용할 수 있으며, 로타리 밸브 등의 정량 공급 가능하면서도 통로를 밀폐할 수 있는 수단 등을 포함할 수 있다.
전술한 이러한 구성과 제조 방법을 갖는 본 발명에 따른 효과를 퇴비화의 중요한 인자와 연관 지어 설명하면 다음과 같다.
즉, 퇴비화의 중요한 인자를 첫째로 원료 유래 인자, 둘째로 조정 가능 인자, 셋째로 설계 인자로 나눌 수 있다.
먼저, 원료 유래 인자로는 원료의 종류, 수분량, 유기물 함유율, C/N비, 공극률 크기, 입도 등을 포함한다. 원료 유래 인자라는 측면에서 본 발명에서는 유기물 함유율을 추가하기 위하여 유기물을 투입하는 공정을 추가하며, C/N비를 낮추기 위하여 종래에 주로 사용하던 톱밥 등을 사용하지 않고, 공극률 크기와 입도를 향상시키기 위하여 덩어리 형태의 수분이 많은 케이크를 공기를 이용하여 파쇄 내지 분리하여 과립화를 형성하고 이 과정에서 수분을 증발시켜 건조를 시킬 수 있다는 장점이 있다.
다음, 조정 가능 인자는 온도, 접촉량, 산소 농도, 공극률 크기, 수분량 등을 포함한다. 조정 가능 인자라는 측면에서 본 발명에서는 온도를 발효에 적정한 온도인 30 ~ 60℃ 사이로 유지하며, 산소 농도를 높이기 위하여 공기 공급수단(143)을 여러 장치 내지 각 단계에 공급하며, 공극률 크기와 수분량을 건조 성형화 단계(S230)에서 적절하게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
다음, 설계 인자는 발효 장치 크기, 교반 내지 혼합 유무, 반송기구 유무, 파쇄 처리 등을 포함한다. 설계 인자라는 측면에서 본 발명에서는 발효 장치의 크기는 각 장치(140, 145, 147)의 크기와 숫자로 조절할 수 있으며, 교반 내지 혼합 유무 및 반송기구 유무는 혼합 믹서, 리본 믹서 및 V형 믹서 등을 사용하여 교반, 혼합 및 반송을 조절하면서 적절하게 각각 유도할 수 있으며, 파쇄 처리는 수분이 많은 상태의 케이크를 공기로 파쇄 내지 분쇄할 수 있다는 장점이 있다.
이러한 구성 및 작용에 의해 원리 및 실험예를 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 종래기술의 퇴비화 과정과 본 발명에 따른 퇴비화 과정을 개략적으로 비교한 것으로, 종래기술에 따르면, 탈수된 분뇨 케이크를 톱밥 등의 유기물과 혼합하여 발효를 시킨다. 이 과정에서 덩어리가 크고 덩어리 상호간에 결합되는 현상 내지 다져지는 현상이 발생하여 발효 과정에서 시간이 매우 많이 소요됨을 알 수 있다. 발효 기간이 길어짐에 따라 퇴비화하기 위하여는 많은 면적이 필요함을 알 수 있다.
반면 본 발명에 따르면 탈수된 케이크는 미립화 내지 과립화 되어 적은 덩어리로부터 수분이 증발하여 용이하게 수분도 증발되고 파쇄 후에 과립화 과정을 통하여 필요한 첨가제가 용이하게 고르게 혼입될 수 있다. 또한, 과립화된 입자들이 유착 내지 덩어리지지 않도록 교반 내지 혼합을 하면서 공기를 적절하게 공급하면 발효 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
도 5는 도 3b와 같은 발효 장치(140)를 이용한 본 발명에 따른 제조 방법으로 발효를 하는 과정을 시간 경과에 따라 커버를 개방하고 찍은 사진이다. 도 5에 따르면 약 2일 정도에 발효가 거의 완료됨을 알 수 있다.
또한, 도 6은 도 5와 같은 발효 장치(140)에서의 퇴비 생산 특성을 알기 위하여 시간 경과에 따른 온도 변화 및 함수율 변화를 나타낸 그래프이다. 이 그래프에서 발효 시작 1일 경과 시점에 60℃ 상승하여 2일 후에 30℃까지 하강하여 2일 후에 발효가 완료되었음을 알 수 있다. 또한, 수분 감소량을 시간이 경과함에 따라 거의 비례적으로 감소하여 3일 경과 시점에서 40wt% 이하로 됨을 알 수 있다. 이러한 수분 함유율은 공기의 공급량, 시간의 경과 등을 통해 적절하게 조절 할 수 있다. 이러한 결과를 통해 약 3일 경과 이후 발효가 완료된 퇴비는 그린(1급) 퇴비의 요건을 충족됨을 알 수 있다. 이에, 본 발명에 따르면 전술한 바와 같이 퇴비 공정 시간 중에서 가장 많이 소요되는 발효 시간을 획기적으로 단축할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 7은 성형화된 입자의 크기를 나타낸 것으로, 평균직경이 1.8mm정도이다. 입자의 크기는 발효시 매우 중요하다. 도4에서 보는 바와 같이 본 발명의 기술에 의한 발효는 입자의 기공 사이로 공기를 공급하여 입자에 공기 전단율을 증대시켜 발효하므로, 입자의 크기 및 형상은 중요하다. 입자의 크기가 너무 작으면, 입자의 기공 형성이 어려워 공기가 잘 빠져 나가지 못하고, 입자의 크기가 너무 크면 입자와 공기의 접촉 면적이 적어 발효가 잘 이루어지 않는다. 그래서 최적 크기의 입자를 결정하는 것이 중요한데, 본 발명의 장치를 통해 분석한 결과 2mm ± 0.5mm정도의 크기 입자를 성형하는 것이 가장 발효에 좋은 것으로 분석되었다.
그리고, 발효 완료된 퇴비를 퇴비 내지 그린(1급)퇴비와 비교한 데이터를 표로 나타내면 다음과 같다.
규제 항목 그린(1급)퇴비 기준 퇴비 기준 본 발명 퇴비
유기물 함량 40% 이상 25% 이상 45.5%
C/N 비율 40 이하 50 이하 12.7
질소 - - 5.5%
인산 - - 3.2%
가리 0.2%
염분(NaCl) 1.0% 이하 1.0% 이하 0.3%
수분 45% 이하 50% 이하 44.5%
위의 표에서 알 수 있는 바와 같이 유기물 함량이 매우 풍부하면서도 퇴비의 품질을 나타내는 중요한 데이터의 하나인 C/N 비율도 매우 낮아 종래기술에서 톱밥을 사용하는 경우의 C/N 비율인 1000보다 매우 우수한 품질의 퇴비임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 퇴비의 발효 속도를 증대시킬 수 있으며, 발효 전 단계에서 과립화, 건조를 하고 필요한 성분을 첨가할 수 있고, 발효 등의 과정에서 발생되는 악취, 냄새 등을 제거할 수 있고 가연성 가스를 포집할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 설비 내지 공정이 간단하고 편리하면서 사용 또한 편리하며 경제성을 향상시킬 수 있고, 종래 톱밥 등을 추가한 경우보다 C/N비를 감소시킬 수 있어 품질을 향상시킬 수 있으며, 설비의 설치 면적을 줄여 소요 공간을 줄일 수 있는 장점을 갖는다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 퇴비 제조 장치 110 : 케이크 이송 장치
120 : 케이크 분쇄 장치 130 : 입자 성형 장치
140 : 발효 장치 143 : 공기 공급수단
150, 153 : 탈취 분리 장치 160 : 저장 장치
170 : 포장 장치

Claims (9)

  1. 인분 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지를 탈수하여 형성된 케이크를 이송하는 단계와;
    상기 케이크를 케이크 분쇄 장치를 이용하여 분쇄하는 단계와;
    상기 분쇄된 케이크를 사이클론을 포함하는 입자 성형 장치에서 미세한 또는 둥근 균일한 입자로 만들고 입자 내부의 수분을 건조시키는 입자 성형화 단계와;
    균일하게 성형된 입자를 수용 가능하게 마련된 발효 장치에 공기를 공급하는 공기 공급수단을 구비하여 상기 공기 공급수단에서 공기를 공급하면서 상기 발효 장치 내부에서 발효시키는 발효 단계;를 포함하며,
    상기 입자 성형화 단계에서는 입자의 크기가 2.0mm ± 0.5mm 범위를 포함하고,
    상기 발효 단계에서는 성형화된 입자를 상호 혼합하며 균일하게 성형된 입자 사이 사이로 유동될 수 있는 공기를 공급할 수 있는 공기 공급수단이 포함되며,
    상기 발효 장치는 공급되는 공기에 의해 내부 압력이 양(+)의 압력으로 유지 가능하게 밀폐되어 공기가 균일하게 성형된 입자 사이 사이로 유동되면서 이루어지는 발효 작용에 의해 온도가 상승하면서 메탄을 포함하는 기체, 수분을 포함하는 입자 속의 성분이 배출되면서 입자 속의 탄소 대 질소의 비율(C/N 비)이 감소하며,
    밀폐된 상기 발효 장치에서 발효시 발생되는 메탄 가스를 포함하는 가스 성분을 포집하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자 성형화 단계에서는 첨가물을 주입하며,
    상기 첨가물은 발효 효소 및 코코넛 껍질을 포함하는 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발효 효소는 분쇄가 된 케이크의 하류측에 공급되며, 상기 유기물질은 상기 입자 성형장치에 공급되는 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급수단은 상기 발효 장치 내의 발효 온도를 고려하여 공기를 상기 발효 장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발효 장치는 교반 혼합 믹서, 리본 믹서 또는 V형 믹서를 포함하여 밀폐 가능하며 발효 과정에서 발생되는 냄새 또는 가스를 포집 가능한 것을 특징으로 하는 분뇨 슬러지의 입자화 및 발효화를 통한 퇴비 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 인분 또는 축분을 포함하는 분뇨 슬러지를 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 퇴비.
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