KR101976568B1 - Protein and Amino Acid Recovery from Organic Wastes by Using Thermal Hydrolysis and Membrane - Google Patents
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Abstract
유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법이 개시된다. 유기성 폐기물을 열가수분해하고, 탈수하여 고형물을 제거한 후, 고형물이 제거되어 얻어진 단백질 및 아마노산이 함유된 액상반응물을 여과하여 잔류하는 협잡물을 제거하고 농축함으로써 단백질 및 아미노산을 회수한다. 약품을 사용하지 않고 열가수분해와 분리막과 같은 물리적인 방법을 이용하여 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 안전한 고순도의 단백질 및 아미노산을 추출할 수 있다.A method for recovering proteins and amino acids from organic wastes is disclosed. After the organic waste is thermally hydrolyzed and dehydrated to remove solids, the solids are removed, and the protein and amino acid-containing liquid reaction products are filtered to remove residual impurities and concentrate to recover proteins and amino acids. By using physical methods such as thermal hydrolysis and membranes without the use of chemicals, safe high purity proteins and amino acids can be extracted from organic wastes such as livestock manure.
Description
본 발명은 유기성 폐기물에 포함되어 있는 유용한 자원인 단백질 및 아미노산을 회수하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for recovering proteins and amino acids which are useful resources contained in organic wastes.
2015년 세계 육류생산은 1980년 대비 280%를 증가한 것으로 보고되고 있다(USDA, 2010). 가장 많은 생산량 증가율을 나타낸 국가는 브라질과 중국이지만 총생산량으로는 미국이 가장 높은 것으로 알려져 있다(World Resource Institute, 2001).Global meat production in 2015 is reported to have increased by 280% compared to 1980 (USDA, 2010). Brazil and China are the countries with the highest production growth rates, but the United States is the highest total production (World Resource Institute, 2001).
단백질(Protein)은 우리 몸 구성성분의 재료로서 중요한 역할을 한다. 또한 단백질은 체내 화학 반응에 필요한 효소, 생리기능을 조절하는 호르몬, 면역 체계 반응에 필요한 물질이며 영양분의 공급은 물론 생체 물질의 조절기능까지 관여하는 물질이다. 단백질을 만드는 원료는 아미노산 분자이며 염기성 성질을 가진 아민(Amine) 기(基)와 산성 성질을 가진 카복실(Carboxyl) 기(基)가 공존하는 특정한 구조를 가지고 있다. 자연에는 20종의 아미노산이 존재하여 단백질을 합성할 수 있으며 아미노산의 종류에 따라 활용방법이 매우 다양하다. 글루탐산모노나트륨(monosodiumglutamate), 알라닌(alanine)은 식품의 풍미제로 사용되고 메티오닌(methionine), 라이신(lysine), 스테오닌(steonine), 트립토판(tryptophan)같은 필수 아미노산은 곡류에 부족하여 가축사료의 첨가물로 사용되고 있다. 또한 페닐알라닌(pphenylalanine) 및 아스파르트산(aspartic acid)은 인공 감미료의 생산에 사용되며, 아미노산 건강음료, 수액제, 대사질환 치료 등의 약제, 미용품 및 기능성 비료 등 다양한 산업에 이용된다.Protein plays an important role as a material for our body constituents. Proteins are enzymes required for chemical reactions in the body, hormones that regulate physiological functions, substances necessary for the immune system reaction, and substances involved in the regulation of biomaterials as well as the supply of nutrients. The raw material for making the protein is an amino acid molecule and has a specific structure in which an amine group having a basic property and a carboxyl group having an acidic property coexist. There are 20 kinds of amino acids in nature to synthesize proteins. There are many ways to use them depending on the kind of amino acids. Glutamate monosodium glutamate and alanine are used as food flavors and essential amino acids such as methionine, lysine, steonine and tryptophan are lacking in cereals and are used as additives in livestock feed . In addition, phenylalanine and aspartic acid are used in the production of artificial sweeteners. They are used in various industries such as amino acid health drinks, infusion solutions, medicines for the treatment of metabolic diseases, beauty products, and functional fertilizers.
육류생산량의 증가에 따라 사료첨가물인 필수아미노산의 소비도 증가하고 있는데 2012년에 2011년 대비 라이신(lysine)의 경우 8%, 스테오닌(steonine)의 경우 13%, 트립토판(tryptophan)의 경우 33%의 생산량이 증가한 것으로 나타났다. 또한 전세계 아미노산 소비 중에 동물사료로 54.7%, 음식 및 음료생산에 33.9%가 사용되어 동물사료에 가장 많은 아미노산이 사용된 것으로 나타났다(Global Industry Analysis, Inc, 2013). 아미노산 중 라이신의 경우에는 동물사료용으로 88.7%가 사용되어 대부분 동물사료 첨가재로 생산/소비되고 있는 것으로 나타났다. 2016년 전세계 라이신(lysine)의 39%는 중국을 중심으로 한 아시아국가에서 소비되었고, 25%가 유럽, 16%가 북미에서 소비된 것으로 나타났다. 이는 소비량으로 볼 때 2.23백만톤으로 금액으로 환산하여 일본을 제외한 아시에서 14억달러, 유럽에서 9억달러, 미국에서 4.8억 달러, 일본에서 4.4억달러 규모로 전년대비 30%의 성장률을 기록하고 있다.The consumption of essential amino acids, a feed additive, is also increasing with the increase in meat production. In 2012, 8% of lysine, 13% of steonine and 33% of tryptophan, Of the total production. Global amino acid consumption was 54.7% for animal feed and 33.9% for food and beverage production (Global Industry Analysis, Inc, 2013). In the case of lysine among amino acids, 88.7% was used for animal feed and most of them were produced / consumed as animal feed additive. In 2016, 39% of the world's lysines were consumed in Asia, mainly in China, 25% in Europe and 16% in North America. It is 2.23 million tons in terms of consumption, which is equivalent to US $ 1.4 billion in Asia excluding Japan, US $ 900 million in Europe, US $ 480 million in Japan and US $ 400 million in Japan.
아미노산은 당밀과 같은 단백질을 원료로 생산되는데 아미노산의 제조방법으로는 산을 이용한 화학적 가수분해, 화학적 합성 및 미생물과 효소를 이용한 발효법 등이 있다. 과거에는 주로 강산을 이용한 화학적 가수분해를 이용하여 짧은 반응시간 내에 아미노산을 생산하였으나 반응 중에 3-MCPD(3-chloro-1,2-propanediol)와 2,3-DCP(2,3-dichloro-1-propanol) 등의 유해성 클로로하이드린(chlorohydrin) 화합물이 생성되는 단점이 있었다. 반면, 효소를 이용한 아미노산 생산방법은 산 가수분해에 비하여 수득률이 낮으나 친환경적인 방법으로 안정성이 매우 높으며 비교적 단시간 내에 가수분해 공정을 수행할 수 있어 최근 아미노산 생산에 주로 이용되고 있다.Amino acids are produced from proteins such as molasses as a raw material. The amino acid production methods include chemical hydrolysis using acids, chemical synthesis, and fermentation using microorganisms and enzymes. In the past, amino acids were produced in a short reaction time using chemical hydrolysis using strong acid. However, 3-chloro-1,2-propanediol and 2,3-dichloro-1,3- -propanol) and the like are produced. On the other hand, the amino acid production method using the enzyme has a lower yield than that of acid hydrolysis, but is highly environmentally friendly and highly stable, and can be hydrolyzed in a comparatively short time, and thus is mainly used for amino acid production.
아미노산의 소비가 계속적으로 증가하기 때문에 이를 생산하기 위한 원료소비도 증가할 수밖에 없다. 따라서 부가가치가 높은 물질을 사용하여 아미노산을 생산하는 것보다 유기성 폐기물에 함유되어 있는 단백질을 회수하여 사용할 경우 자원의 보호와 오염 저감이라는 두 가지 문제를 동시에 해결할 수 있다. 표 1에 나타난 것과 같이 유기성 폐기물의 한 종류인 가축분뇨에는 다량의 단백질이 함유되어 있는 것으로 알려져 있어 이용가치가 높다고 할 것이다(S. Chen, et al. 2003.).As the consumption of amino acids continues to increase, the consumption of raw materials to produce them will inevitably increase. Therefore, it is possible to solve both of the problems of protection of resources and reduction of pollution at the same time when proteins contained in organic wastes are recovered, rather than producing amino acids by using high value-added substances. As shown in Table 1, livestock manure, which is one kind of organic waste, is known to contain a large amount of protein, and thus its utilization value is high (S. Chen, et al., 2003.).
(%DM)Crude protein
(% DM)
(%DM)Total Fiber
(% DM)
(%DM)Hemicellulose
(% DM)
(%DM)Cellulose
(% DM)
(%DM)Lignin
(% DM)
ManuresCattle
Manures
ManuresSwine
Manures
ManuresPoultry
Manures
가축분뇨에서 단백질을 추출하기 위해서 도 1과 같은 방법이 주로 이용되는데, 도 1에서 볼 수 있듯이 다량의 화학약품을 사용해야 하는 단점이 있다. 기존의 가축분뇨를 이용한 단백질 추출결과에 따르면 용매:고형물 비를 40:1로 하고 pH를 10~12로 할 경우 단백질 회수율이 8.4~12% 정도이며, 유기용매를 사용할 경우에는 3%이하로 낮은 것으로 나타났다. 이에 반해 물리적인 처리기술인 Dispenser로 10분 처리할 경우 41.5%까지 회수율이 증가하는 것으로 나타났다. 알카리제를 이용한 실험에서 용매:고형물 비를 20:1로 하고 Magnetic stirrer를 사용하였을 때는 60.8%까지 회수율이 증가하였고 Magnetic stirrer와 Dispenser를 동시에 사용하였을 때는 단백질 회수율이 100%까지 이루어지는 것으로 나타났다.In order to extract proteins from livestock manure, the same method as in Fig. 1 is mainly used. However, as shown in Fig. 1, there is a disadvantage that a large amount of chemicals must be used. According to the results of protein extraction using existing livestock manure, the protein recovery rate is about 8.4 ~ 12% when the solvent: solids ratio is 40: 1 and the pH is 10 ~ 12. When the organic solvent is used, it is 3% Respectively. On the other hand, the recovery rate of up to 41.5% was found to be increased by 10 minutes treatment with Dispenser, a physical treatment technology. In the experiment using the alkaline agent, the recovery ratio was increased up to 60.8% when the solvent: solid ratio was 20: 1 and the magnetic stirrer was used. When the magnetic stirrer and the dispenser were used simultaneously, the protein recovery rate was 100%.
기존의 방법에서는 약품을 사용하지 않을 경우에는 회수율이 떨어지는 단점이 있는데, 약품을 사용할 경우 유해한 부산물이 생성되기 때문에 회수된 단백질 및 아미노산의 안정성에 대한 문제가 발생할 수 있다. 또한 추출된 단백질 및 아니노산을 회수하기 위하여 (NH4)2SO4와 같은 약품을 사용해야 하는 단점이 있었다.In the conventional method, when the drug is not used, there is a drawback that the recovery rate is lowered. When the drug is used, harmful by-products are produced, which may cause problems of stability of the recovered protein and amino acid. In addition to the recovery of the extracted proteins and no acid was the disadvantage that use of drugs such as (NH 4) 2 SO 4.
따라서 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 약품을 사용하지 않고 안전한 고순도의 단백질 및 아미노산을 추출/회수할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a method of extracting / recovering safe high-purity protein and amino acid without using chemicals in organic wastes such as livestock manure.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 방법과 달리 약품을 사용하지 않고 열가수분해와 분리막과 같은 물리적인 방법을 이용하여 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 안전한 단백질 및 아미노산을 효율적으로 추출하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention provides a method for efficiently extracting safe proteins and amino acids from organic wastes such as livestock manure using physical methods such as thermal hydrolysis and separation membranes without using chemicals, unlike the conventional methods .
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, a) 유기성 폐기물을 열가수분해하는 단계; b) 열가수분해된 상기 유기성 폐기물을 탈수하여 고형물을 제거하는 단계; c) 상기 고형물이 제거되어 얻어진 단백질 및 아마노산이 함유된 액상반응물을 여과하여 잔류하는 협잡물을 제거하는 단계; 및 d) 상기 협잡물이 제거된 시료를 분리막을 사용하여 농축함으로써 단백질 및 아미노산을 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법을 제시한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a process for producing organic waste, comprising the steps of: a) thermally hydrolyzing an organic waste; b) dewatering the thermally hydrolyzed organic waste to remove solids; c) filtering the liquid reaction product containing the protein and the amino acid obtained by removing the solids to remove any remaining contaminants; And d) recovering the protein and amino acid by concentrating the sample from which the contaminant has been removed by using a separation membrane. The present invention also provides a method for recovering proteins and amino acids from organic wastes.
상기 a) 단계 전에, 상기 유기성 폐기물의 수분 함량이 소정 이상인 경우 상기 유기성 폐기물을 탈수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.And dewatering the organic waste when the moisture content of the organic waste is more than a predetermined amount before the step a).
상기 탈수 단계에서는, 유기성 고분자 응집제가 사용되는 것이 바람직하다.In the dehydration step, an organic polymer flocculant is preferably used.
상기 a) 단계는 150~300℃의 반응온도 및 100~300psi의 반응압력에서 수행되는 것이 바람직하다.The step a) is preferably carried out at a reaction temperature of 150 to 300 ° C and a reaction pressure of 100 to 300 psi.
상기 a) 단계는, 교반을 실시하여 혼합을 함으로써 반응조의 온도를 균일하게 하는 단계를 포함한다.The step a) includes a step of making the temperature of the reaction tank uniform by stirring and mixing.
상기 b) 단계에서는, 탈수를 위한 고분자 응집제가 사용된다.In the step b), a polymer flocculant for dehydration is used.
상기 d) 단계에서는, 상기 분리막은 분획분자량이 5~10k dalton인 막을 사용하는 한외여과(Ultra Filtration)를 사용한다.In the step d), the separation membrane uses ultrafiltration using a membrane having a cut-off molecular weight of 5 to 10 k dalton.
바람직하게는, e) 회수된 단백질에 추가적인 가수분해 반응을 통하여 아미노산을 최종 산물로 회수하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, e) recovering the amino acid as a final product through an additional hydrolysis reaction to the recovered protein.
상기 가수분해 반응에는 오존을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use ozone for the hydrolysis reaction.
상기 b) 단계에서 제거된 고형물로부터 메탄을 회수하기 위하여, 상기 고형물을 혐기성 소화조로 유입시키는 단계; 및 상기 혐기성 소화조에 상기 분리막의 투과수를 혼합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Introducing the solids into an anaerobic digester to recover methane from the solids removed in step b); And mixing permeated water of the separation membrane with the anaerobic digestion tank.
또한, 상기 투과수에 분리막을 이용한 암모니아 탈기 공정을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Further, the method may further include performing an ammonia degassing process using a separation membrane in the permeated water.
바람직하게는, 상기 혐기성 소화조로부터의 부산물에 대해 인 회수 공정을 수행하는 단계;를 더 포함한다.Preferably, the method further comprises performing a phosphorus recovery process on the byproduct from the anaerobic digester.
본 발명에 따르면, 기존의 방법과 달리 약품을 사용하지 않고 열가수분해와 분리막과 같은 물리적인 방법을 이용하여 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 안전한 고순도의 단백질 및 아미노산을 추출할 수 있다.According to the present invention, high-purity proteins and amino acids can be extracted safely from organic wastes such as livestock manure using physical methods such as thermal hydrolysis and separation membranes without using chemicals, unlike the conventional methods.
도 1 은 기존 단백질 추출공정
도 2 는 본 발명에 따른 단백질 및 아미노산 추출공정
도 3 은 본 발명에 따른 아미노산만을 회수하기 위한 실시 예
도 4 는 본 발명에 따른 공정에 에너지회수 및 정화처리를 위한 후속처리 공정이 추가된 유기성 폐기물 처리공정
도 5 는 본 발명에 따른 후속공정에 인 회수공정이 추가된 유기성폐기물 처리공정FIG. 1 is a schematic view showing a conventional protein extraction process
Fig. 2 is a graph showing the protein and amino acid extraction process
FIG. 3 is a view showing an example for recovering only amino acids according to the present invention
FIG. 4 is a view showing an organic waste treatment process in which a process according to the present invention is added with a subsequent treatment process for energy recovery and purification treatment
FIG. 5 is a graph showing the results of an organic waste treatment process in which a phosphorus recovery process is added to a subsequent process according to the present invention
본 발명은 물리적인 열가수분해 및 분리막을 이용하여 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 단백질 및 아미노산을 회수하는 방안을 제시한다. 이를 위한 본 발명은 도 2와 같이 구성된다.The present invention provides a method for recovering proteins and amino acids from organic wastes such as livestock manure using physical thermal hydrolysis and separation membranes. The present invention for this purpose is configured as shown in FIG.
유기성 폐기물은 열가수 분해공정으로 유입되기 전에 수분함량이 85%이하로 만들기 위해 탈수공정을 통하여 과도한 수분을 제거하게 된다. 이때 약품사용을 하지 않는 것이 유리하지만 시료의 성상에 따라 유기성 고분자 응집제를 사용할 수 있다. 수분함량이 85%이하인 경우에는 탈수공정을 생략하고 직접 열가수분해 공정으로 투입한다.Organic wastes are dehydrated to remove excess moisture to make the moisture content below 85% before entering the thermal hydrolysis process. At this time, it is advantageous not to use the drug but organic polymer flocculant can be used depending on the characteristics of the sample. When the moisture content is less than 85%, the dehydration process is omitted and the product is directly fed to the thermal hydrolysis process.
열가수분해 공정은 고형물에 포함되어 있는 단백질 및 아미노산을 추출하기 위해 스팀을 주입하여 고온/고압에서 분해 반응을 수행한다. 이때 반응온도 및 압력은 높을수록 유리하나 150~300℃, 100~300psi가 적당하다. 높은 온도 및 압력으로 반응을 할수록 아미노산/단백질의 비가 증가하지만 지나친 열 및 압력은 단백질 및 아미노산의 물성을 변화시킬 수 있기 때문에 적당한 압력과 온도를 유지하는 것이 중요하다.The thermal hydrolysis process injects steam to extract the proteins and amino acids contained in the solids, and performs a decomposition reaction at high temperature / high pressure. In this case, the higher the reaction temperature and the higher the pressure, the more favorable is 150-300 ° C and 100-300 psi. The higher the temperature and pressure, the more the amino acid / protein ratio increases, but it is important to maintain proper pressure and temperature because excessive heat and pressure can change the properties of proteins and amino acids.
열가수분해 반응 시 필요에 따라 교반을 실시하여 혼합을 함으로써 반응조의 온도를 균일하게 할 수 있다. 반응시간은 유기성폐기물의 성상에 따라 달라질 수 있으나 일반적으로 30~90분 정도가 적당하다.In the thermal hydrolysis reaction, stirring may be carried out according to need and mixing may be performed to uniform the temperature of the reaction tank. The reaction time may vary depending on the nature of the organic waste, but generally 30 to 90 minutes is suitable.
반응이 완료된 후 탈수공정에서 고형물을 제거한다. 이때 탈수를 위한 별도의 약품은 사용하지 않는데 이는 열가수분해 반응을 거친 유기물의 탈수성이 개선되기 때문이다. 그러나 일부 유기성폐기물의 경우에는 필요에 따라 고분자 응집제를 사용할 수도 있다.After the reaction is complete, the solid is removed in the dehydration process. At this time, no separate drug for dehydration is used because the dehydration of the organic material through the thermal hydrolysis reaction is improved. However, in the case of some organic wastes, polymer flocculants may be used as needed.
탈수 후 고형물은 후처리공정으로 보내어지고 단백질 및 아마노산이 함유된 액상반응물은 잔류하는 협잡물을 제거하기 위하여 여과공정으로 유입된다. 일반적으로 여과는 수 마이크로미터 이상의 고형물을 제거하기 위해 사용되나 최종산물의 순도를 높이기 위해 정밀여과(Micro Filtration)를 사용할 수 있다. 정밀여과를 사용할 경우 단백질 및 아미노산은 통과되지만 대부분의 분순물이 제거되어 최종 산물의 순도를 향상시킬 수 있다.After dehydration, the solids are sent to a post-treatment process, and the liquid reactants containing protein and ananoic acid are introduced into the filtration process to remove residual impurities. In general, filtration is used to remove solids above a few micrometers, but micro filtration can be used to increase the purity of the final product. When microfiltration is used, proteins and amino acids are passed through, but most impurities can be removed and the purity of the final product can be improved.
여과를 거쳐 불순물이 제거된 시료는 회수/농축 단계로 유입되어 단백질 및 아미노산을 회수 및 농축하게 된다. 일반적으로 회수/농축단계에서는 한외여과(Ultra Filtration)를 사용하는데 단백질을 회수하기 위해서는 분획분자량이 5~10k dalton인 막을 사용한다. 농축/회수를 위한 한외여과막의 경우 농축을 최대로 하기 위하여 난류발생 분리막을 사용하는 것이 유리하다.After filtration, the sample from which the impurities have been removed enters the recovery / concentration stage to recover and concentrate the protein and amino acid. Generally, ultrafiltration is used in the recovery / concentration step. In order to recover the protein, a membrane having a cut-off molecular weight of 5 to 10 k dalton is used. In the case of ultrafiltration membranes for concentration / recovery, it is advantageous to use turbulent separation membranes to maximize concentration.
회수된 단백질 및 아미노산은 건조를 통하여 고형물 형태로 회수할 수 있으며, 추가적인 가수분해 반응을 통하여 아미노산만을 최종산물로 회수할 수도 있다(도 3). 단백질을 아미노산으로 전환시키는 공정에는 화학약품이나 효소를 사용할 수 있으나 안전성을 고려하여 효소를 사용하는 것이 유리하다. 또한, 오존을 사용할 경우 부산물 없이 빠르게 단백질을 아미노산으로 전환할 수 있다.The recovered proteins and amino acids can be recovered in the solid form through drying, and only the amino acids can be recovered as final products through additional hydrolysis (FIG. 3). Chemical and enzymes can be used for the conversion of proteins to amino acids, but it is advantageous to use enzymes for safety reasons. In addition, ozone can turn proteins into amino acids quickly without by-products.
본 발명은 가축분뇨 처리공정과 연계하여 운영이 가능한데 도 4와 같이 혐기성소화조와 암모니아 탈기 기술과 접목하여 추가적인 메탄생성 및 질소회수를 할 수 있다. 이럴 경우 본 발명의 열가수분해 이후에 탈수를 통하여 회수된 고형물을 혐기성소화조로 유입시킨다. 이후 첫 번째 분리막에서 제거된 고형물과 두 번째 분리막의 투과수(permeate)를 혼합하여 혐기성 소화조에서 메탄생성 반응을 통하여 메탄을 회수할 수 있다. 이때 두 번째 분리막의 투과수에 존재하는 암모니아를 회수하기 위하여 암모니아 탈기 공정을 도입하는데 이때 투과수 내에는 고형물이 없기 때문에 일반적인 탈기공정보다 분리막을 이용한 탈기공정이 유리하다.The present invention can be operated in connection with the livestock manure treatment process. As shown in FIG. 4, the anaerobic digestion tank and the ammonia degassing technology can be combined to perform additional methane generation and nitrogen recovery. In this case, after the thermal hydrolysis of the present invention, the recovered solid matter is introduced into the anaerobic digestion tank through dehydration. Methane can then be recovered through the methane formation reaction in the anaerobic digester by mixing the permeate of the second membrane with the solids removed from the first membrane. At this time, the ammonia deaeration process is introduced to recover the ammonia present in the permeate water of the second separation membrane. Since there is no solid material in the permeate water, the deaeration process using the separation membrane is more advantageous than the general deaeration process.
암모니아 탈기를 통하여 암모니아를 제거할 경우 혐기성소화조로 유입되는 암모니아의 농도를 저감시켜 혐기성소화조의 암모니아 저해작용을 저감시키는 효과도 얻을 수 있다. 혐기성소화조 이후 잔류하는 질소 및 유기물은 후속되는 정화처리 공정에서 처리되어 최종적으로 축사 청소수 및 농업용수로 재이용한다.When the ammonia is removed through ammonia deaeration, the concentration of ammonia flowing into the anaerobic digestion tank can be reduced, thereby reducing the ammonia inhibition effect of the anaerobic digestion tank. Nitrogen and organic matter remaining after the anaerobic digestion tank are treated in the subsequent purification process and eventually reused as house cleaning water and agricultural water.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예로 혐기성소화공정 이후에 혐기성 소화주의 부산물에 대해 인 회수 공정을 추가하여 고순도의 인을 회수하여 재활용 할 수 있다.FIG. 5 illustrates another embodiment of the present invention. After the anaerobic digestion process, a phosphorus recovery process may be added to the byproduct of anaerobic digestion to recover high-purity phosphorus to be recycled.
본 발명에 의하면, 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물에서 열가수분해 및 분리막을 이용하여 동물사료로 사용이 가능한 단백질 및 아미노산을 추출할 수 있다. 이 방법은 기존 방법에서 이용하던 화학약품을 사용하지 않고 화학약품을 사용할 경우 부가적으로 발생하는 유해물질이 생성되지 않는 장점이 있다. 또한 사용량이 증가하고 있는 아미노산을 폐기물에서 추출하여 재활용함으로써 동물사료 가격을 낮출 수 있어 경제적인 육류생산이 가능하게 된다. 또한 아미노산을 생산하기 위해 사용되는 원료물질인 당밀과 같은 단백질 원료의 소모를 줄일 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, proteins and amino acids that can be used as animal feeds can be extracted using organic hydrolysis and separation membranes in organic wastes such as livestock manure. This method is advantageous in that harmful substances which are generated additionally are not generated when the chemical is used without using the chemical used in the conventional method. In addition, amino acids that are increasing in use can be extracted from wastes and recycled to lower the price of animal feeds, thus enabling economical meat production. It also has the advantage of reducing the consumption of protein materials such as molasses, which is the raw material used to produce amino acids.
유기성 폐기물의 경우 주로 혐기성공정을 이용하여 처리를 하는데 이때 높은 질소 농도로 인하여 생물반응의 저해가 발생하는데 본 발명을 사용할 경우 유기성폐기물에 함유된 유기성질소가 단백질 및 아미노산의 형태로 회수되기 때문에 결과적으로 잔류하는 질소농도를 낮출 수 있어 혐기성소화를 수행할 때 암모니아 저해작용을 방지할 수 있다. 또한 질소 순환에 있어서 일부 질소를 회수하여 재사용하게 되는 결과를 얻을 수 있어, 결과적으로 자연계로 유입되는 질소의 양을 감소시키게 되어 환경오염을 일으키는 질소순환량을 감소시킬 수 있다. 또한 단백질 및 아미노산 회수를 위하여 적용되는 열가수분해 공정은 가축분뇨와 같은 유기성 폐기물의 구조를 깨트리는 역할을 수행함으로써 후속되는 혐기성 처리공정의 효율을 증가시킬 수 있고 고형물의 탈수성을 증대시켜 최종적으로 처리해야 하는 고형물의 부피를 감소시켜 이동에 소요되는 비용을 절감 시킬 수 있다.Organic waste is treated mainly by anaerobic process. At this time, high concentration of nitrogen causes inhibition of biological reaction. When the present invention is used, organic nitrogen contained in organic waste is recovered in the form of protein and amino acid. As a result, The residual nitrogen concentration can be lowered and the ammonia inhibition action can be prevented when anaerobic digestion is carried out. In addition, it is possible to obtain a result that some nitrogen is recovered and reused in the nitrogen circulation, and as a result, the amount of nitrogen introduced into the natural system is reduced, thereby reducing the amount of nitrogen circulation that causes environmental pollution. In addition, the thermal hydrolysis process applied for the recovery of protein and amino acid serves to break the structure of organic waste such as livestock manure, thereby increasing the efficiency of the subsequent anaerobic treatment process and increasing the dewaterability of the solids, It is possible to reduce the volume of solids to be transported, thereby reducing the cost of transportation.
Claims (12)
b) 열가수분해된 상기 유기성 폐기물을 탈수하여 고형물을 제거하는 단계;
c) 상기 고형물이 제거되어 얻어진 단백질 및 아마노산이 함유된 액상반응물을 여과하여 잔류하는 협잡물을 제거하는 단계;
d) 상기 협잡물이 제거된 시료를 분리막을 사용하여 농축함으로써 단백질 및 아미노산을 회수하는 단계; 및
e) 회수된 단백질에 추가적인 가수분해 반응을 통하여 아미노산을 최종 산물로 회수하는 단계;
를 포함하며,
상기 b) 단계에서 제거된 고형물로부터 메탄을 회수하기 위하여,
상기 고형물을 혐기성 소화조로 유입시키는 단계;
상기 혐기성 소화조에 상기 분리막의 투과수를 혼합하는 단계; 및
상기 투과수에 분리막을 이용한 암모니아 탈기 공정을 수행하는 단계;
를 더 포함하며,
상기 e) 단계에서의 상기 가수분해 반응에는 오존을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
a) thermally hydrolyzing the organic waste;
b) dewatering the thermally hydrolyzed organic waste to remove solids;
c) filtering the liquid reaction product containing the protein and the amino acid obtained by removing the solids to remove any remaining contaminants;
d) recovering the protein and amino acid by concentrating the sample from which the contaminant has been removed using a separation membrane; And
e) recovering the amino acid as a final product through an additional hydrolysis reaction to the recovered protein;
/ RTI >
In order to recover methane from the solids removed in step b)
Introducing the solids into an anaerobic digester;
Mixing permeated water of the separation membrane into the anaerobic digestion tank; And
Performing an ammonia degassing process using a separation membrane in the permeated water;
Further comprising:
Characterized in that ozone is used for the hydrolysis reaction in the step (e), and the protein and the amino acid are recovered from the organic waste.
상기 a) 단계 전에, 상기 유기성 폐기물의 수분 함량이 소정 이상인 경우 상기 유기성 폐기물을 탈수하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Dewatering the organic waste prior to step a) if the moisture content of the organic waste is above a predetermined level;
And recovering the protein and amino acid from the organic waste.
상기 탈수 단계에서는, 유기성 고분자 응집제가 사용되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
3. The method of claim 2,
Characterized in that an organic polymer flocculant is used in the dehydration step.
상기 a) 단계는 150~300℃의 반응온도 및 100~300psi의 반응압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step a) is carried out at a reaction temperature of 150 to 300 ° C and a reaction pressure of 100 to 300 psi.
상기 a) 단계는, 교반을 실시하여 혼합을 함으로써 반응조의 온도를 균일하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step (a) comprises a step of mixing the mixture by stirring to uniformize the temperature of the reaction tank, and recovering the protein and the amino acid from the organic waste.
상기 b) 단계에서는, 탈수를 위한 고분자 응집제가 사용되는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric coagulant for dehydration is used in step b).
상기 d) 단계에서는, 상기 분리막은 분획분자량이 5~10k dalton인 막을 사용하는 한외여과(Ultra Filtration)를 사용하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane comprises ultrafiltration using a membrane having a cut-off molecular weight of 5 to 10 kDaOl in the step d).
상기 혐기성 소화조로부터의 부산물에 대해 인 회수 공정을 수행하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기성 폐기물로부터 단백질과 아미노산을 회수하는 방법.The method according to claim 1,
Performing a phosphorus recovery process on a byproduct from the anaerobic digester;
And recovering the protein and amino acid from the organic waste.
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