KR101500209B1

KR101500209B1 - 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법

Info

Publication number: KR101500209B1
Application number: KR20130144933A
Authority: KR
Inventors: 정한용
Original assignee: 정한용
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-03-09

Abstract

본 발명은 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐기물을 발효, 소멸, 감량화시켜 바이탈 솔(Vital Soil) 개선제인 퇴비로 활용할 수 있도록 분해하되, 부폐를 막고 악취를 휘산시키며 수분함량을 낮춰 침출수 발생량을 줄이면서 함유된 병원균은 박멸시켜 퇴비화의 실용성을 증대시킨 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유기성 폐기물의 분해 촉진 및 감량화 효율 증대를 위한 특수 배합물질의 사용에 따라 처리 효율을 획기적으로 높일 수 있고, 친환경적인 수분조절제 투입을 통해 침출수 발생을 억제하여 부폐가 생기지 않으면서 고효율적인 발효촉진이 가능하며, 산기 효과가 우수하여 호기성 미생물의 활성을 더욱 높이는 효과를 얻을 수 있다.

Description

유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법{COMPOSTING METHOD BY EXTINCTION AND WEIGHT REDUCTION OF ORGANIC WASTE}

본 발명은 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기성 폐기물을 발효, 소멸, 감량화시켜 바이탈 솔(Vital Soil) 개선제인 퇴비로 활용할 수 있도록 분해하되, 부폐를 막고 악취를 휘산시키며 수분함량을 낮춰 침출수 발생량을 줄이면서 함유된 병원균은 박멸시켜 퇴비화의 실용성을 증대시킨 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유기성 폐기물(Organic Waste)이란 유기물의 농도가 40% 이상인 물질을 말하며, 보통 음식물류 폐기물, 하수 슬러지, 식품산업 폐기물 등을 예시할 수 있다.

더구나, 급속한 산업화 및 물질문명의 발달로 식생활이 풍요로워지면서 다량의 음식물류 폐기물, 농축산 부산물, 하수 슬러지의 발생은 기하급수적으로 늘어나고 있다.

예컨대, 음식물류 폐기물의 경우(주로 음식물 쓰레기를 말함) 2013년부터 해양매립이 금지되고, 관리 규제가 강화됨으로 인해 이들의 환경 친화적인 폐기 처리방법이 부각되고 있는데, 음식물류 폐기물의 발생량을 추정해 보면 1인당 전국 평균 0.30kg 정도이며, 1일 발생량은 15,142톤이고, 이를 돈으로 환산하면 연간 8,000억원에 이른다고 하니 실로 그 양이 가늠하기 어려울 정도이다.

이와 관련하여, 유기성 폐기물을 처리하기 위한 다양한 선행기술들이 개시되었는데, 관련 선행기술로는 공개특허 제2005-0019497호, 공개특허 제2010-0003469호 등을 들 수 있다.

그런데, 이러한 유기성 폐기물 처리와 관련하여 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 유기성 폐기물 처리를 위해서는 거대 하수처리장이 요구된다. 즉, BOD 100,000ppm을 150ppm 정도로 낮출 수 있는 거대 하수처리장이 필요하므로 비용과 시간이 많이 소요된다.

예컨대, 대표적인 유기성 폐기물인 음식물쓰레기를 예시하자면, 50% 이상이 액체인 유기성 폐기물을 100㎥/day 처리시설인 경우, BOD 100,000ppm인 침출수 50㎥/day가 발생하므로 BOD 150ppm으로 처리하기 위해서는 약 35,000㎥/day에 해당하는 하수처리장이 요구된다.

둘째, 침출수 하수처리시 N-Hex를 처리하기 곤란한 단점이 있다.

통상, 국내 음식물쓰레기의 경우에는 동식물 지방류가 많아 고농도의 N-Hex를 함유하고 있기 때문에 이에 대한 처리 문제가 심각하다.

세째, 기계적 물리적 처리시 심한 악취가 난다.

네째, 퇴비화를 달성한다고 하더라도 현재까지의 기술로 생산된 퇴비의 경우에는 염분농도가 매우 높아 바이탈 솔(Vital Soil) 개선제로 사용하기 곤란하다는 단점이 있다.

다섯째, 매립의 경우는 앞서 설명한 바와 같이, 침출수 문제로 인해 토양, 지하수, 인근 지표수 등을 오염시키며, 정책적으로도 규제하고 있으므로 처리 문제가 심각하다.

여섯째, 소각의 경우는 유기성 폐기물에 함유된 수분함량이 매우 높기 때문에 낮은 발열량으로 인해 매우 비효율적이며, 소각로를 운용하기 위한 에너지 소비량이 많아 경제성이 없다.

한편, 상술한 선행기술을 포함한 호기성 미생물을 이용한 유기성 폐기물의 퇴비화 설비에서 활용되고 있는 산기 장치(Air Diffusing Technology)의 경우에도, 다수의 관련 특허가 존재하고 있지만, 대부분 바닥에 배관되어 있기 때문에 에어분사공이 유기성 폐기물 처리시 발생되는 부산물에 의해 막혀 무용지물이 됨으로써 사실상 호기성 미생물을 제대로 활성화 촉진시키지 못해 효율이 현저히 떨어지는 단점이 있어 왔고, 이의 해결책으로 에어분사공이 막히지 않도록 역분사방식, 즉 에어분사공을 콘크리트 바닥면을 향해 분사되게 하는 예가 있지만, 이는 에어압이 부족하여 적층된 유기성 폐기물층, 즉 부산물층을 뚫고 올라가지 못하여 이또한 호기성 미생물 활성화에 미약하므로 사실상 현재 개시되어 있는 산기 장치, 혹은 산기 기술로는 한계에 부딪혀 있는 실정이다.

이에, 본 출원인은 개선 기술로 등록특허 제1113534호로 특허받은 바 있으며, 함께 연구했던 다른 연구진들도 각자 나름 대로의 기술성과를 얻은 후 개별적으로 특허출원하여 등록특허 제1295477호, 등록특허 제1156250호로 특허받은 바 있다.

하지만, 본 출원인은 상기 등록특허 기술들의 연구성과를 바탕으로 실생산하는 도중에 유기성 폐기물의 발효 소멸 및 감량화가 원하는 목표수준에 도달하지 못하여 처리 효율이 떨어짐으로 인해 연구 실험결과와 현실적인 공장 생산상의 차이가 무엇인지에 대한 연구가 더 필요하였고, 실생산과 연구를 병행하면서 상당히 중요한 처리메커니즘 상의 핵심사항이 누락되어 있음을 확인하였다.

이에 더하여, 산기장치에 관련된 현장 적용 노하우를 기술화시켜 산기 처리 효율도 높일 수 있도록 한 기술 개발을 완료하기에 이르렀고, 이에 대한 특허 권리화가 필요하게 되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 친환경적이면서 유기성 폐기물의 투입량 대비 소멸, 감량화 효율을 극대화시키면서 침출량을 획기적으로 줄여 수질 및 토양오염을 막고, 건전한 바이탈 솔 개선제로 활용될 수 있는 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 유기성 폐기물을 수거한 후 투입호퍼로 투입, 선별 및 파쇄하는 단계, 파쇄된 폐기물을 첨가물과 혼합하는 단계, 혼합된 폐기물을 발효시키는 단계, 발효된 부산물을 교반하는 단계, 교반된 부산물을 후숙하는 단계, 후숙된 부산물을 숙성하는 단계, 숙성된 퇴비를 포장 및 출하하는 단계를 포함하는 유기성 폐기물의 퇴비화방법에 있어서; 상기 투입, 선별 및 파쇄단계는, 유기성 폐기물을 투입호퍼로 투입, 선별 후 탈수를 생략하고, 파쇄물을 죽 상태로 만드는 단계이고; 상기 혼합단계는, 호기성 미생물이 살포된 톱밥 50-60중량%, 상기 교반단계에서 생성된 부산물인 반송퇴비 5-10중량%, 코코피트(Cocopeat) 10중량%, 미강 5중량%, 및 나머지 죽 상태의 파쇄물로 조성되도록 혼합조에서 혼합하는 단계이며; 상기 발효단계는, 혼합된 혼합물을 발효조로 반송한 후 혼합물에 돼지오줌과 호기성 미생물이 혼합된 액비를 살포한 후 산기장치로 산기시키면서 호기성 미생물의 균체 형성을 활성화시키도록 6-7일 동안 정체시키는 1차 발효단계이고; 상기 교반단계는, 1차 발효된 부산물을 교반조로 반송한 후 호기성 미생물을 살포하면서 교반날개로 교반하여 70-80℃의 고열상태로 호기적 조건하에서 균체증식과 활성화, 발효 완성이 이루어지도록 하는 2차 발효단계이며; 상기 후숙단계는, 2차 발효된 부산물을 후숙사로 반송한 후 돼지오줌과 규산질 1:0.5의 부피비로 혼합된 액비를 부산물에 살포하여야 13-15일 동안 정체시키면서 부식물질의 생성 혹은 부숙토의 활성화 촉진을 유도하는 단계이고; 상기 숙성단계는, 후숙된 부산물을 숙성조로 이송한 후 20일 이상 정체 보관하면서 마무리 분해, 부숙토 활성화를 유도하여 숙성된 유기질 토양개량제인 퇴비로 만드는 단계인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법을 제공한다.

이때, 상기 발효조에서 사용되는 산기장치는, 발효조의 바닥면에 길이방향으로 형성된 다수의 배관홈; 상기 배관홈에 삽입설치된 산기용 배관; 상기 산기용 배관의 외주면 일부에 상방향으로 돌출되고, 상면은 막힌 다수의 산기노즐; 상기 산기노즐의 둘레 방향으로 형성된 다수의 산기공; 상기 산기노즐 상부에 배치되어 상기 배관홈의 개방된 상부를 막는 '∩' 형상의 덮개; 상기 덮개에 일정간격을 두고 형성된 다수의 분사공;을 포함하여 구성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 투입,선별 및 파쇄단계에서 발생된 침출수는 침출수 처리단계를 거쳐 처리되는데, 상기 침출수 처리단계는 침출수를 집수조로 저장하고; 집수조에 저장되어 있던 침출수가 침전되면서 오버플로우되어 폭기조로 이송되며; 폭기조 내부에 산소를 다량 공급시키면서 폭기하여 잔류된 호기성 미생물의 소화작용을 촉진시켜 탄산가스, 황화수소, 메탄가스를 포함한 각종 가스를 제거하고; 고액분리조를 거쳐 고체와 액체 간을 분리하며; 분리된 액체를 처리수조에서 다시 정화하는 과정으로 이루어지되, 배양조와 오니저류조를 더 구비하여, 사멸된 호기성 미생물이 발생하지 않도록 배양조에서 배양된 호기성 미생물을 폭기조로 공급하며; 고액분리조에서 분리된 고액 중 일부를 오니저류조로 보낸 후 배양조, 폭기조, 집수조까지 분기 공급하여 잔류 미사멸 호기성 미생물들의 활용을 증대시킨 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 유기성 폐기물의 분해 촉진 및 감량화 효율 증대를 위한 특수 배합물질의 사용에 따라 처리 효율을 획기적으로 높일 수 있고, 친환경적인 수분조절제 투입을 통해 침출수 발생을 억제하여 부폐가 생기지 않으면서 고효율적인 발효촉진이 가능하며, 산기 효과가 우수하여 호기성 미생물의 활성을 더욱 높이는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법을 보인 예시적인 공정블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법을 구현하기 위해 발효시킬 때 발효조에서의 산기장치를 보인 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법 중에서 침출수 처리과정을 보인 예시적인 공정블럭도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

구체적인 본 발명의 설명에 앞서, 본 발명에서 설명되는 일부 개념은 본 발명자가 특허받은 등록특허 제1113534호에 설명된 개념과 일맥상통하는데, 이는 본 발명이 상기 등록특허를 더욱 더 개량한 것이기 때문이다.

아울러, 본 발명에서 핵심적인 사항은 유기성 폐기물 처리시 혼합조에 투입되는 배합물질 및 후숙조에서 투입되는 규산질 물질의 투입 처리를 통해 퇴비화된 제품을 토양에 사용시 토양의 질소화를 막아 살아 있는 숨쉬는 토양을 만드는데 일조할 수 있는 양질의 퇴비를 만들 수 있으면서, 실 생산시 처리효율을 획기적으로 향상시킨 것에 있다.

더불어, 산기 장치를 개량하여 호기성 미생물의 활성을 더욱 더 촉진시키고, 부산물에 의해 에어분사공이 막히지 않도록 구성시킨 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명에서는 본 발명자가 선출원하여 특허받은 상기 등록특허에 나타나 있듯이, 호기성 미생물을 포함하는데 이러한 호기성 미생물로는 스트렙토마이세스(Streptomyces), 써모액티노마이세테스(Thermoactinomycetes), 바실러스 세레우스(Bbacillus cereus), 아르카노박테리움 헤몰리티컴(Arcanobacterium haemolyticum), 락토바실러스 델브루엑키락티스(Lactobacillus delbrueckiilactis), 프로비덴시아 스투알티(Providencia stuartii), 스타필로코쿠스 클루시(Staphylococcus kloosi), 비브리오 헤몰리티쿠스(Vibrio haemolyticus)에서 선택되는 1종 이상의 미생물을 사용함은 동일하다.

덧붙여, 퇴비와 토양에 대한 기본 개념과, 부식화에 대한 기본 개념을 먼저 설명한 후 본 발명에 대한 구체적인 설명을 하기로 한다.

농작물의 생산은 사람의 인위적인 행위에 의해 이루어질 수 없음은 고래로부터 이어져온 자명한 사항이지만 사람들은 스스로 농작물을 잘 생산할 수 있다고 착각하는 경우가 대부분이다. 하지만, 인위적인 조작을 통해 좋은 농작물을 생산할 수 없음은 농작물 생산자라면 누구라도 알고 있는 사항이다. 때문에, 사람이 농작물 생산에서 할 수 있는 역할은 좋은 흙을 만드는 일 이외는 아무것도 없다. 그러나 그것 역시 사람이 하는 일이 아니고 토양 속에 서식하는 미생물이 하는 일이니 사람의 할 일은 미생물들로 하여금 좋은 흙을 만들 수 있도록 환경을 제공하는 길이 첫걸음이고 좋은 흙을 만드는 미생물을 어떻게 배양하는가를 생각하여야 한다.

한편, 농작물은 특수한 경우를 제외 하고는 유기물을 흡수하지 못한다. 그럼에도 불구하고 토양에 유기질 비료를 시비하는 이유는 토양속에 서식하고 있는 미생물군의 먹이로 주는 것이다. 미생물군은 이들 유기질을 분해하여 무기질을 만들고 작물은 이들 무기질을 영양분으로 흡수하게 된다. 따라서 유기질 비료는 토양 미생물군의 환경물질이기도 한 것이다. 즉, 유기질 비료가 부패균, 병원균 등이 우점한 환경에서 만들어진 것이라면 이들이 분비한 유해 대사산물에 의해 토양속의 미생물 생태계가 부패균 병원균이 우점하게 되어 작물은 병해를 입게 되고 이들의 대사산물을 선호하는 해충이 창궐하게 된다.

반면, 유기질비료를 유익균 등이 우점된 환경에서 만들어진 것이면 설사 토양 속에 부패균, 병원균등 잡균이 우점되어 있더라도 유익균 등의 대사산물의 항균작용에 의해 잡균 등은 불활성화되고 유익균이 우점하게 되어 작물을 병해에서 보호하게 되며 유익균의 대사산물을 싫어하는 해충이 모여들지 않게 되어 작물에 농 약사용을 하지 않고 유기재배가 가능해지는데, 유기질 비료는 이러한 기능이 있어야 한다.

이와 같은 미생물의 활동과정에서 미생물군의 대사산물과 유기물의 분해 잔사와 토양속의 각종 무기물질의 재합성 생성물들이 토양의 입단구조를 발달시키고 키레이트 구조를 발달시키고 각종 생장촉진물질들이 생성되게 되며 새로운 흙(부식물질)이 생성된다.

예컨대, M.M.코노노와(1975) 박사에 따르면, 부식물질 생성 메카니즘은 하기한 [그림 1]과 같다.

[그림 1]

[그림 1]에 따르면, 부식물질이 존재하는 토양환경에 탄수화물, 단백질, 리그닌 등 유기물이 투입되면 동 환경 에 적응하여 서식하는 미생물군에 의해 분해되어 탄산가스, 암모니아, 물 등으로 무기화 된다. 그 과정에서 미생물군이 분비하는 대사산물과 미분해 잔사와 그들끼리의 재합성 생성물과 토양속의 금속류 등이 상호 축합, 중축합 되어 새로운 부식물질을 생성시킨다. 부식물질 형성과정의 중요한 고리는 구조단위의 축합이다. 축합은 페놀옥시다제형의 효소에 의해서 페놀이 세미퀴논을 거쳐 퀴논으로 이르는 산화에 의 해생기고 퀴논과 아미노산류나 페푸치드류와의 상호작용에 의하여 생긴다. 그리고, 부식물질 생성의 결정적 고리 즉 중축합은 화학적 과정이며, 유기물 유체의 부식화 과정의 개별적 고리는 밀접하게 상호 관련하여 동시에 진행된다.

아울러, 토양의 내수성입단 생성에 부식물질이 참가하고 있음이 명백하다. 공팡이균 등의 현미경적 균사가 토양입자를 휘감아 입단이 형성되나 이 현상은 곰팡이류의 소실과 함께 사라진다. 그러나 곰팡이의 현미경적 균사가 부식화 작용의 안정적 생성물로 변하였을 때만 입단은 장 기간 물에 대한 저항성을 지속한다.

그러므로 부식물질이 존재하지 않는 곳에서 만들어진 입단구조는 지속성이 없다. 박테리아의 점결성물질 특히, Pseudomonas속에 의해 만들어진 점결성 물질은 내수성 구조에 커다란 효능이 있다. 유기질 비료의 기능은 위와 같은 기능을 토양에서 행하여 그 입단속에 공기, 물, 영양분을 보유하여 보수력, 보비력을 유지케 한다.

또한, 부식물질 생성에 의해 토양 물리성이 개선된다. 농작물이 선호하는 토양조건이란 항상 적당한 수분과 공기가 토양 속에 존재하는 것이다. 토양 미생물군의 탁월한 기능중의 하나가 토양을 입단구조로 만드는 능력이다. 작은 토양입자를 모아 입단을 만들고 그 속에 물을 저장하고 입단과 입단 사이의 큰 공간에 는 충분한 공기를 비축한다. 이와 같은 큰 공간은 비가 와서 토양수분이 많아지면 과잉수분을 통과시켜 지하로 배출한다. 식물의 뿌리가 성장하기 쉬운 공간을 제공하기도 한다. 이와 같은 기능이 있는 물질을 인위적으로 대량생산할 방법은 아직 개발되어 있지 않다.

뿐만 아니라, 부식물질은 점토와 같이 이온 교환능력을 가지고 있다. 자연 속에 존재하는 이온교환능이 가 장 큰 몬모리나이트와 같은 점토보다 좋은 부식물질은 수배에서 10수배의 교환능이 있다. 그러므로 수소 이온농도 뿐만 아니라 각종 이온농도를 조정하고 식물의 뿌리에 평균적인 양 분을 공급한다.

또한, 양질의 부식물질이 존재하는 환경에 미생물이 놓여지면 그 환경에 적응하는 미생물군은 생장이 촉진되고 그 환경에 적응하지 못하는 미생물군은 사멸하거나 포자화 되고 대부분의 미생 물도 대사산물의 화학적 성분을 변화시키면서 적응하여 살게 됨으로 양질의 부식물질이 존재하는 환경에 서식하는 미생물군은 같은 종류의 대사산물을 분비하여 서식하게 된다. 따라서, 병원균 등 유해균이 동 환경에 침입하면 멸균되거나 동 환경에 유도되어 부식물질이 존재하는 환경에 적응하여 서식하게 된다. 그러므로 좋은 부식물질이 존재하는 토양환경에는 고등동식물에게 유해한 대사기능을 하는 미생물은 존재하지 않게 되어 농작물을 병원성 세균으로부터 보호하게 되고 부패균, 병원균 등의 대사산물을 선호하는 해충이 창궐하지 못하게 되는 것이다. 동시에 성장촉진작용, 뿌리의 분지 촉진, 발근 촉진작용이 활발해 지면서 토양 미생물군의 최적 환경이 되는 것이다.

아울러, 좋은 부식물질은 강력한 키레이트 구조를 갖고 있다. 따라서 유해중금속 등을 키레이트 효과에 의해 내착화합물을 만들어 새로운 기능을 갖는 화합물로 변화시켜 무해화시키고 농약 등 유해물질은 부식물질이 존재하는 환경에 순응하여 서식하는 미생물군에 의해 분해되어 무해화시킨다. 또한, 이온 교환능, 키레이트구조 등의 힘에 의해 미량원소를 부식물질이 포집하여 보관저장하기 때문에 연작장애가 없어진다.

그리고, 시베레닌, 옥신, 폴리페놀, 각종부식산등 생장촉진물질, 생리활성물질들이 부식물질 생성과정에서 생산된다.

이와 같은 이유 때문에 퇴비는 다음과 같이 만들어져야 한다. 부식물질이 존재하는 환경에서 유기물을 발효, 퇴비화, 액비화시키는 것이 전제조건이다. 시골에 산재해 있는 두엄은 흙(부식물질) 위에서 발효 퇴비화시키고 있으므로 비교적 악취 가 없고 좋은 퇴비가 된다. 그러나, 흙과 괴리된 콘크리트 바닥 위에서 작업하는 퇴비장 음식물 쓰레기 처리장 등은, 악취가 심하고 좋은 퇴비가 되지 않는다.

때문에, 부식물질이 존재하지 않는 인위환경에서 퇴비화를 시키고 있으므로 처리장에서 악취가 나고 악취방지시설을 설치하여야하고 퇴비에서도 악취가 나서 장시간 후숙 시키지 않고는 환원가스가 발생하여 토양은 부패할 것이다. 그러므로 유기물을 분해 발효시키는 곳에는 반듯이 좋은 흙이 참여하여야 한다. 따라서 퇴비 화 시설에 토비를 투입하는 이유가 여기에 있다.

일반적인 퇴비재료인 볏짚은 C(탄소)/N(질소)비가 60~70이고 목질은 수백에서 수천에 이른다. 이들은 C/N비가 5~6정도인 균체가 분해시켜 균체의 탄소율과 근접하면 퇴비, 액비화는 종결되는 것이다. 일반적으로 완숙퇴비의 탄소율은 10~20 정도이다. 충분히 퇴비화 되지 않는 C/N비가 높은 퇴비를 토양에 환원하면 작물과 미생물간에 질소의 쟁탈전이 벌어져 농작물은 질소기근을 일으켜 생육이 불량해진다.

예컨대, C/N비가 낮은 축분뇨의 경우(탄소율이 7~20전후임) 그 자체가 탄소율만으로 보면 완숙퇴비와 다를 바가 없으므로 완숙여부의 판단이 어렵다. 그러나 유기물은 미생물이 이용하기 쉬운 상태로 존재하기 때문에 이들을 그대로의 상태로 토양에 환원하면 토양속에서 급격히 분해되어 다량의 탄산가스를 발생시키고 동시에 산소부족 상태에서 발생하는 환원성가스나 암모니아가스 가 발생한다. 그 결과 농작물은 호흡장애를 일으키고 양분이나 수분의 흡수가 억제되어 생육이 불량해진다.

고형분은 볏집, 톱밥 등 탄소율이 높은 부자재와 혼합 발효시킴으로 문제가 크지 않으나 액비 의 경우에는 이 분해성 유기물을 충분히 분해하지 않고 토양에 환원하면 축분뇨를 가공하지 않고 그대로 토양에 환원하는 것과 같은 결과를 초래하므로 주의를 요한다.

그러므로, M.M.코노노와의 이론대로 부식물질이 존재하는 환경에서 유기물을 분해시켜 새로운 부식물질을 만들어야 좋은 퇴비, 액비가 되는 것인데, 시골 농촌에 산재해 있는 두엄, 씨액비 저류조 등이 이와 같은 기능을 하였던 것이며, 우리 조상들의 6천년 농경문화 속에서 개발 전수되어 왔던 퇴액비 제조기술은 지혜의 정수라 할 것이다.

상술한 사항들을 전제로 하여 본 발명에 따른 퇴비화방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법은 도 1의 예시와 같이, 기본적으로 폐기물 투입, 선별 및 파쇄단계, 혼합단계, 발효단계, 교반단계, 후숙단계, 숙성단계, 포장 및 출하단계로 이루어진다.

이때, 폐기물 투입, 선별 및 파쇄단계는 유기성 폐기물을 투입호퍼(100)에 투입하여 선별 및 파쇄조(200)로 이송하면서 비닐, 금속물질, 일반쓰레기, 기타 이물질을 분리하면서 파쇄하는 단계이다.

이 단계에서는 대략 85%의 함수율을 갖는 유기성 폐기물을 선별, 파쇄하는 과정에서 함수율이 낮아지면서 침출수가 생성되는데, 통상 알려진 바로는 5㎥/day 정도의 침출수가 생성된다.

이 단계에서 중요한 것은 파쇄를 거쳐 유기성 폐기물을 죽 상태로 만들어야 한다는 점이다. 다시 말해, 이 단계에서는 탈수하지 않아야 한다. 이는 후속공정에서의 균일 혼합성을 유지하고, 함수율 조절을 용이하게 하기 위함이다.

그리고, 혼합단계는 죽 상태의 유기성 폐기물에 본 발명에서 특정한 첨가물, 이를 테면 톱밥, 반송퇴비, 코코피드, 미강 등으로 이루어진 첨가물을 혼합조(300)에 투입하되, 이들 성분들이 죽 상태의 유기성 폐기물과 일정한 중량비를 유지하도록 혼합하여 발효 효율을 극대화 및 촉진하면서, 함수율을 조절하기 위한 단계이다.

이를 위해, 상기 혼합조(300)에서는 중량%로, 호기성 미생물이 살포된 톱밥 50-60%, 반송퇴비 5-10%, 코코피트(Cocopeat) 10%, 미강 5%, 및 나머지 유기성 폐기물이 되도록 중량비를 조절한 채 죽 상태의 유기성 폐기물과 상기 첨가물이 혼합되게 된다.

상기 혼합조(300)에서 이루어지는 혼합단계는 선행기술들 뿐만 아니라, 본 출원인이 선출원하여 등록한 특허에도 개시되어 있지만, 여기에서 아주 중요한 차이점이 존재한다.

즉, 선 등록특허에서는 종자퇴비, 다시 말해 이미 처리된 퇴비의 일부를 회수하여 투입함과 동시에 발효 시기를 앞당기기 위해 돼지오줌과 호기성 미생물을 혼합한 액비를 살포하여 사용하고 있으나, 실 생산결과 함수율 조절이 안되서 발효 효율이 생각만큼 증대되지 않았고, 악취도 상당부분 발생하였는데, 이는 이미 발효에 사용된 반송퇴비는 호기성 미생물이 많이 사멸된 상태이고, 악취 성분을 함유하고 있기 때문인 것으로 파악되었다.

이에, 본 발명에서는 혼합조(300)에서부터 부산물의 함수율을 50-60%로 조절하여 발효 촉진을 유도하고, 균체 증식과 활성화 및 부패 방지와 악취 휘산시킬 수 있도록 호기성 미생물의 원료가 되는 톱밥을 호기성 미생물이 충분히 적셔진 상태에서 회수 사용되는 반송퇴비 대비 최소한 5배 이상이 되게 혼합 투입하였으며, 특히 함수율 조절을 위해 환경친화적인 소재로서 코코피트(Cocopeat), 미강을 사용하도록 하였다. 이 경우. 코코피트와 미강을 상기 범위 보다 많거나 적게 첨가하면 상기 조성비 내에서 원하는 만큼의 함수율 조절이 어렵고, 또한 발효 촉진에 기여하는 기능도 줄어들게 된다.

아울러, 본 발명 혼합단계에서 사용되는 선 등록특허처럼 숙성이 완료된 퇴비, 즉 발효가 끝난 퇴비 중에서 회수된 종자퇴비가 아니라, 후술되는 발효가 왕성하게 일어나고 있는 후술할 교반조(500)에서 2차 발효되면서 활성화된 부산물의 일부를 회수하여 사용하며, 이를 '반송퇴비'라 한다.

이후, 혼합된 혼합물은 발효조(400)로 반송된 후 발효조(400) 내부에서 발효되는 발효단계를 거친다.

상기 발효단계는 1차 발효단계로서, 혼합된 부산물에 호기성 미생물과 가축분류, 특히 돼지오줌을 액비로 살포하는 과정을 포함한다.

이때, 상기 액비는 발효를 촉진하기 위한 것으로, 돼지오줌을 사용하는 이유또한 발효 효과를 높이기 위한 것(발효를 촉진하여 발효시점을 앞당기기 위한 것)이며, 부피비를 굳이 한정하지 않는 이유는 호기성 미생물을 많이 사용하면 좋으나 그러면 비용이 증대되기 때문에 적정 수준으로 처리량에 따라 얼마든지 혼합 부피비를 가변시킬 수 있기 때문이다.

더구나, 본 발명의 핵심적인 특징인 이 액비의 조제 혹은 제조방법에 있지 않고, 상기 액비의 경우 본 발명 제조방법의 한 단계에서 응용되는 것에 불과하기 때문이다.

그래도, 굳이 부피비를 한정해야 한다면 돼지오줌 90~95%, 호기성 미생물 5~10%가 바람직할 것이다.

이렇게 하여, 액비가 살포되면 발효 및 소멸화 과정이 진행된다.

상기 발효 및 소멸화 과정은 액비가 살포된 혼합물을 3-4일간 방치하여 정치시키는 과정과, 최대 6-7일까지 방치하여 감량화로 인해 혼합물의 부피가 초기 대비 60-70%까지 떨어지면 부산물의 온도도 50℃에 이르는데, 이때까지 방치하는 과정으로 이루어진다.

이때, 산기장치를 통해 공기가 원활하게 공급되면 3-4일간 정치시 발효에 의해 온도가 서서히 오르면서 최대 80℃까지 이르러 호기성 미생물, 호산균, 젓산균, 누룩균, 고열균 등의 균체가 증식되고, 활성화되면서 발효가 촉진되며 그 과정에서 악취는 휘산되고, 고열균이 우점균으로 변하면서 고열분해와 촉진이 활성화되어 결국 발효 소멸 감량화가 이루어진다.

여기에서, 발효시 수분의 증발 및 부산물 분해에너지 간의 상관관계를 살펴보면, 100㎥/day의 유기성 폐기물(함수율 85%)은 15㎥/day의 부산물과 85㎥/day 의 수분으로 이루어지는데, 15㎥/day의 부산물중 90%가 호기성 미생물에 이해 발효 분해될 때 발생하는 에너지가 60,750,000kcal(15,000kg ×0.9×4,500kcal/kg)에 이르므로 수분 증발에 필요한 기화열은 열손실까지 감안하여 대략 700kcal/kg이면 충분하기 때문에 수분 86,786ℓ(60,750,000kcal ÷ 700kcal/kg)을 증발시킬 수 있다.

따라서, 85㎥/day의 수분을 증발시키는데에는 별도의 에너지 공급없이 부산물 분해 과정에서 발생되는 열을 통해 원하는 만큼 수분을 충분히 증발시킬 수 있어 함수율 조절에 어려움이 없다.

결국, 소멸화라는 용어를 쓴 이유도 이와 같은 연유로 기인된 것인데, 이를 테면 100㎥/day의 유기성 폐기물을 구성하는 부산물 15㎥/day중 90% 이상이 발효 분해되어 결국 발효조(400)에서는 1.5㎥/day만 남고, 수분 85㎥/day는 발효시 고열에 의해 전량 증발되어 버리기 때문에 유기성 폐기물은 거의 소멸에 가까운 감량화를 달성하게 되며, 사실상 부산물은 2.5㎥/day만 남게 된다.

덧붙여, 상기 발효조(400)에서는 산기장치가 매우 중요한데, 산소공급이 잘 이루어지지 않게 되면 호기성 미생물이 혐기성 미생물로 전환되면서 쉽게 썩게 되고, 또한 침출수가 빠지지 않아 호기성 미생물의 활성이 급격히 떨어지면서 발효 실패로 이어지는 경우가 대부분이다.

즉, 상기 발효 과정은 미생물이 에너지를 얻기 위해 탄소를 산화시킬 때 필요한 산소를 충분히 공급하도록 하는 것을 포함하는데, 하기 [그림 2]에서와 같이 그 과정에서 이산화탄소가 생성되므로 충분한 산소가 없다면 혐기성화 되고 저급 지방산, 황화수소 등의 심각한 악취 물질이 생성되게 된다.

또한, 산소가 너무 많으면 호기성 미생물의 산화열이 냉각되어 1차 발효장인 발효조(400)의 온도가 올라가지 않아 분해속도가 현격히 떨어지므로 적정수준을 유지해야 한다.

[그림 2]

다시 말해, 상기 발효 과정에서는 호기성 미생물의 활동이 왕성해지면서 1-3일 사이에 중온반응(15~45℃), 4-6일 정도에 이르면 고온반응(45~75℃)에 이르러 균체를 형성하는 정치단계, 온도상승단계, 균체증식단계의 순으로 변하면서 고열균이 우점종이 되어 고열분해가 촉진되므로 유기물의 분해 속도가 빠르게 일어나게 된다.

때문에, 산기장치를 통해 산소 공급을 원활하게 하는 것은 매우 중요한데, 이를 위해 본 발명에서는 도 2에서와 같이, 발효조(400)의 바닥면에는 다수의 배관홈(410)이 발효조(400)의 길이방향으로 형성되고, 상기 배관홈(410)에는 산기용 배관(420)이 삽입되며, 상기 산기용 배관(420)의 외주면 일부에는 상방향으로 돌출된 다수의 산기노즐(430)이 형성되고, 상기 산기노즐(430)의 둘레 방향으로는 다수의 산기공(440)이 형성되며, 상기 산기노즐(430) 상부에는 상기 배관홈(410)의 개방된 상부를 막는 '∩' 형상의 덮개(450)가 마련되되, 상기 덮개(450)에는 일정간격을 두고 다수의 분사공(460)이 형성된 구조의 산기장치를 마련한다.

이러한 구조의 산기장치는 덮개(450)에 의해 1차로 부산물의 침투가 방지되고, 미량의 부산물이 침투한다고 하더라도 산기노즐(430)의 상면은 막혀 있고 산기공(440)은 산기노즐(430)의 둘레에 형성되어 있기 때문에 산기노즐(430)이 부산물에 의해 막힐 염려는 없다.

때문에, 발효조(400)에서 원활한 산기, 즉 산소 공급이 가능하여 발효 촉진 및 활성화에 기여하며, 부패가 생기지 않고, 발효중 발생된 일부 냄새는 휘산되면서 없어지기 때문에 거의 악취가 발생하지 않는다. 예컨대, 부패가 아닌 발효는 두엄이 형성될 때 처럼 거의 악취가 없는데, 같은 원리이다.

이렇게 하여, 1차 발효된 부산물은 교반조(500)로 반송되어 교반되는 교반단계를 거친다.

상기 교반단계는 1차 발효된 부산물을 교반날개로 뒤집어 주는 단계로서, 호기성 미생물을 살포하면서 교반하는 것이 바람직하며, 이를 통해 약 70-80℃의 고열상태로 호기적 조건하에서 균체증식과 활성화, 발효 완성이 이루어지는데, 이를 2차 발효라고 볼 수 있다.

이때, 부산물의 소멸, 감량화 비율은 85-90%에 이르며, 약 10-13일 정도 정체하면서 하루 2-3회에 걸쳐 교반함으로써 발효 후숙 상태에 이르도록 하여 줌이 바람직하다.

아울러, 상기 교반단계가 수행되는 도중 일부 부산물은 반송퇴비로 회수되어 혼합조(300)로 재투입된다.

이와 같은 과정을 거쳐 발효 후숙단계에 이른 2차 발효된 부산물은 후숙사(600)로 이동되어 부식물질을 생성하는 후숙단계를 거친다.

본 발명에서는 상기 후숙단계도 아주 중요한 핵심 개념 중 하나로서, 이전에 진행하던 후숙과 달리 이 후숙단계에서 액비 상태로 가축분뇨, 즉 돼지오줌을 살포하되 반드시 규산질과 1:0.5의 부피비로 혼합된 액비를 살포하여야 한다는 점이다.

이 경우, 돼지오줌의 경우는 앞서 설명한 바와 같고, 규산질을 같이 살포하는 이유는 토양 개선제로 사용될 때 토양의 질소화를 방지하여 토양 개량(개질) 효과를 얻을 수 있으면서 양질의 퇴비 구현 관건인 부식물질 생성을 촉진하기 위함이다.

그런데, 규산질의 양이 가축분뇨의 양보다 더 많거나 적게 되면 부식물질의 생성 혹은 부숙토의 활성화가 촉진되어 양질의 퇴비를 만들 수 없기 때문에 반드시 상기 비율을 유지하여야 한다.

이러한 후숙단계는 약 13-15일 정도 정체되면서 이루어진다.

아울러, 상기 단계를 거치게 되면, 하기한 [그림 3]과 같은 과정을 통해 부산물이 완전히 분해되게 된다.

[그림 3]

이후, 후숙된 부산물은 숙성조(700)로 이송되어 20일 이상 정체 보관되면서 마무리 분해, 부숙토 활성화되어 숙성된 유기질 토양개량제인 퇴비가 되게 된다.

퇴비가 완료되면 보관조(800)로 보내진 후 포장, 출하됨으로써 제품화되게 된다.

한편, 상기 투입,선별 및 파쇄단계에서 발생된 침출수는 침출수 처리단계를 거쳐 처리된다.

상기 침출수 처리단계는 도 3의 예시와 같이, 상기 퇴비화방법 중 투입,선별 및 파쇄단계에서 발생된 침출수를 자연 드레인하여 집수조(910)로 저장하고, 집수조(910)에 저장되어 있던 침출수는 침전작용이 이루어지면서 오버플로우 형태로 폭기조(920)로 이송되며, 폭기조(920) 내부에서 산소를 다량 공급시키면서 폭기하여 잔류된 호기성 미생물의 소화작용을 촉진시켜 탄산가스, 황화수소, 메탄가스 등을 제거함으로써 침출수를 정화하게 된다.

이후, 고액분리조(930)를 거쳐 고체와 액체 간의 분리가 이루어지고, 분리된 액체는 처리수조(940)로 반송된 후 처리수조(940) 내부에서 다시 한번 호기성 미생물에 의해 정화처리가 이루어진다.

아울러, 이렇게 처리된 정화수는 다시 후숙사(700)의 함수율 조절제로 사용된다.

여기에서, 본 발명의 주된 특징 중 하나로, 배양조(950)와 오니저류조(960)를 더 갖추어 발효 효율이 떨어지지 않도록 하는 것을 들 수 있다.

즉, 기존 혹은 본 출원인의 선출원 등록특허에서는 상술한 침출수 처리단계로 끝나지만, 이럴 경우 재사용되는 정화수에 함유되어 있는 호기성 미생물은 이미 거의 대부분 사멸된 상태에 있게 되므로 활성 상태가 아니기 때문에 사용해도 효율이 떨어지고 효과가 없다.

이에, 본 발명에서는 리액터(Reactor)가 내장된 배양조(950)에는 호기성 미생물을 새롭게 배양하여 폭기조(920)로 공급함으로써 폭기효율과 분해 효율을 더욱 더 촉진 향상시키도록 하고, 고액분리조(930)에서 분리된 고액 중 일부를 오니저류조(960)로 보낸 후 오류저류조(960)에서는 배양조(950), 폭기조(920), 집수조(910) 까지 분기 공급하여 잔류 미사멸 호기성 미생물들의 활용을 극대화시킴으로써 침출수 처리효율까지 향상시킬 수 있도록 하였다.

100: 투입호퍼 200: 선별, 파쇄조
300: 혼합조 400: 발효조
500: 교반조 600: 후숙사
700: 숙성사

Claims

유기성 폐기물을 수거한 후 투입호퍼로 투입, 선별 및 파쇄하는 단계, 파쇄된 폐기물을 첨가물과 혼합하는 단계, 혼합된 폐기물을 발효시키는 단계, 발효된 부산물을 교반하는 단계, 교반된 부산물을 후숙하는 단계, 후숙된 부산물을 숙성하는 단계, 숙성된 퇴비를 포장 및 출하하는 단계를 포함하는 유기성 폐기물의 퇴비화방법에 있어서;
상기 투입, 선별 및 파쇄단계는, 유기성 폐기물을 투입호퍼로 투입, 선별 후 탈수를 생략하고, 파쇄물을 죽 상태로 만드는 단계이고;
상기 혼합단계는, 호기성 미생물이 살포된 톱밥 50-60중량%, 상기 교반단계에서 생성된 부산물인 반송퇴비 5-10중량%, 코코피트(Cocopeat) 10중량%, 미강 5중량%, 및 나머지 죽 상태의 파쇄물로 조성되도록 혼합조에서 혼합하는 단계이며;
상기 발효단계는, 혼합된 혼합물을 발효조로 반송한 후 혼합물에 돼지오줌과 호기성 미생물이 혼합된 액비를 살포한 후 산기장치로 산기시키면서 호기성 미생물의 균체 형성을 활성화시키도록 6-7일 동안 정체시키는 1차 발효단계이고;
상기 교반단계는, 1차 발효된 부산물을 교반조로 반송한 후 호기성 미생물을 살포하면서 교반날개로 교반하여 70-80℃의 고열상태로 호기적 조건하에서 균체증식과 활성화, 발효 완성이 이루어지도록 하는 2차 발효단계이며;
상기 후숙단계는, 2차 발효된 부산물을 후숙사로 반송한 후 돼지오줌과 규산질이 1:0.5의 부피비로 혼합된 액비를 부산물에 살포하여야 13-15일 동안 정체시키면서 부식물질의 생성 혹은 부숙토의 활성화 촉진을 유도하는 단계이고;
상기 숙성단계는, 후숙된 부산물을 숙성조로 이송한 후 20일 이상 정체 보관하면서 마무리 분해, 부숙토 활성화를 유도하여 숙성된 유기질 토양개량제인 퇴비로 만드는 단계인 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법.
청구항 1에 있어서;
상기 발효조에서 사용되는 산기장치는, 발효조의 바닥면에 길이방향으로 형성된 다수의 배관홈; 상기 배관홈에 삽입설치된 산기용 배관; 상기 산기용 배관의 외주면 일부에 상방향으로 돌출되고, 상면은 막힌 다수의 산기노즐; 상기 산기노즐의 둘레 방향으로 형성된 다수의 산기공; 상기 산기노즐 상부에 배치되어 상기 배관홈의 개방된 상부를 막는 '∩' 형상의 덮개; 상기 덮개에 일정간격을 두고 형성된 다수의 분사공;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법.
청구항 1에 있어서;
상기 투입,선별 및 파쇄단계에서 발생된 침출수는 침출수 처리단계를 거쳐 처리되는데, 상기 침출수 처리단계는 침출수를 집수조로 저장하고; 집수조에 저장되어 있던 침출수가 침전되면서 오버플로우되어 폭기조로 이송되며; 폭기조 내부에 산소를 다량 공급시키면서 폭기하여 잔류된 호기성 미생물의 소화작용을 촉진시켜 탄산가스, 황화수소, 메탄가스를 포함한 각종 가스를 제거하고; 고액분리조를 거쳐 고체와 액체 간을 분리하며; 분리된 액체를 처리수조에서 다시 정화하는 과정으로 이루어지되,
배양조와 오니저류조를 더 구비하여, 사멸된 호기성 미생물이 발생하지 않도록 배양조에서 배양된 호기성 미생물을 폭기조로 공급하며; 고액분리조에서 분리된 고액 중 일부를 오니저류조로 보낸 후 배양조, 폭기조, 집수조까지 분기 공급하여 잔류 미사멸 호기성 미생물들의 활용을 증대시킨 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물의 소멸 및 감량화에 따른 퇴비화방법.