KR102258068B1 - 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법에 관한 것으로, 특히 효소에 의해 슬러지를 감량시키고, 또한 슬러지 감량에 사용된 효소를 함유한 부형제를 퇴비화함으로써 악취발생이 없고, 또한 빠르게 감량 및 소멸이 이루어질 수 있도록 함은 물론 자원화에도 유리한 효소를 이용한 스럴지 감량 및 퇴비화 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 효모를 제조하여 이를 배양하고, 배양된 효모에 의해 효소를 제조하는 제1과정; 상기 효소와 부형제 원료를 혼합하여 1차 부형제를 제조하는 제2과정; 상기 1차 부형제와 슬러지를 혼합하여 감량시키는 제3과정;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법{Sludge reduction and the composting method using enzyme}

본 발명은 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법에 관한 것으로, 특히 효소에 의해 슬러지를 감량시키고, 또한 슬러지 감량에 사용된 효소를 함유한 부형제를 퇴비화함으로써 악취발생이 없고, 또한 빠르게 감량 및 소멸이 이루어질 수 있도록 함은 물론 자원화에도 유리한 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법에 관한 것이다.

오수 및 폐수 처리과정에서 발생하는 각종 슬러지는 탈수 처리하여 매립, 소각, 해양투기 등의 방법에 의해 처리하고 있으나, 이는 환경 오염을 유발시키게 되므로, 최근에는 발효 방법을 사용하여 처리하고 있다.

이러한 발효 방법의 일예로서, 등록특허 제10-1289053호(복합발효를 이용한 슬러지 감량화 및 자원화 물질 형성 방법)에서는 탈수된 슬러지 케익을 복합균에 의해 발효시켜 퇴비 또는 토지개량재와 같은 유효물질로 전환시키게 되는데, 발효기에 왕겨나 톱밥을 넣고, 왕겨나 톱밥에 배양액과 복합균 및 당밀을 각각 적정량 투입하고, 발효기내의 교반장치인 임펠러와 산소 투입기를 간헐적으로 가동하여, 발효를 진행시켜 고형균상이 형성되도록 하는 발효 단계, 상기 고형균상을 일정상태로 유지시킨 발효기 내에 탈수 케익을 적정량 투입시키고, 발효기내에 발효열이 발생하도록 운전 속도와 산소투입량과 시간을 조정하여 간헐적으로 운전하고, 왕겨나 톱밥에 부착 증식된 복합균이 탈수 케익 내부로 침투 증식하게 된 엄청난 복합균에 의해 탈수 케익은 서서히 발효가 진행되어, 입자가 성글게 되는 입단화 현상으로 변하여 탈수 케익의 수분 증발이 이뤄지고, 퇴비화 및 토양개량재와 같은 유효물로 전환시키는 입단화 단계, 상기 입단화 단계 후, 탈수 케익량이 점점 줄어 들게 되어, 발효기내에 입단화 형상을 갖는 유효물이 예정량만큼 낮아지면, 유효물질을 일정량 배출하는 배출단계로 구성되어 있다.

그런데, 이러한 발효방법에 의해 스럴지를 처리하는 과정 중에 발생하는 악취는 오염물질로서, 주변 환경을 크게 악화시키게 되는 문제점이 있고, 발효과정이 매우 더디게 진행되므로, 슬러지의 처리기간 또한 매우 지연되어 처리 효율이 높지 않은 문제점이 있다.

즉, 오염물질인 악취를 처리하기 위해서는 별도의 처리시설을 필요로 하게 되고, 또한 처리기간이 지연됨에 따라 대량의 슬러지를 발효시키기 위한 시설이 필요하게 되므로, 처리비용이 매우 높아지는 단점이 있게 되는 것이다.

<선행기술문헌>

1. 등록특허 제10-1289053호

(복합발효를 이용한 슬러지 감량화 및 자원화 물질 형성 방법)

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주된 목적은, 효소를 함유한 부형제에 의해 슬러지를 악취없이 빠르게 감량시킴과 아울러 부형제를 퇴비화하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법은,

효모를 제조하여 이를 배양하고, 배양된 효모에 의해 효소를 제조하는 제1과정;

상기 효소와 부형제 원료를 혼합하여 1차 부형제를 제조하는 제2과정;

상기 1차 부형제와 슬러지를 혼합하여 감량시키는 제3과정;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1과정은

조릿대, 죽순, 쑥, 감초, 민들레, 달맞이꽃, 매실, 질경이 중 어느 하나 이상의 식물을 건조하여 혼합하여 준비하는 제1단계;

귀뚜라미, 누에고추 중 어느 하나 이상의 곤충을 건조하여 볶아 준비하는 제2단계;

보조제로서 발아된 맥아 또는 건조된 쌀겨 중 어느 하나 이상 준비하여 제3단계;

분쇄된 미네랄 원료 35~45 중량%과 천연수 55~65 중량%를 혼합한 후 옹기에서 미네랄 원료를 침전시켜 10 ~ 15일 후 침전물이 제외된 효모 생산용 용액을 제조하는 제4단계;

상기 식물 30~40 중량%, 상기 곤충 35~45 중량%, 상기 보조제 13~17 중량%, 그리고 상기 효모 생산용 용액 8~12 중량%를 혼합하여 용기에 약 90%정도 채운 다음, 밀봉하여 그늘진 땅에 묻어 2년 10개월 ~ 3년 2개월 경과 후 개봉하여 액상 효모만을 분리하는 제5단계;로 구성된다.

또한, 상기 제2과정은

물과 효소를 20:1로 혼합하여 희석시킨 다음 부형원료 1㎥에 희석된 효소 1ℓ를 혼합한 후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반 및 부숙시키는 제1단계;

부숙 온도가 60℃에 이르면 수분이 45 ~ 50%를 유지하는지를 확인한 다음 수분이 부족하면 추가로 물을 투입하는 제2단계;

열풍 블로워와 교반에 의해 2차 부숙을 행하는 제3단계;로 구성된다.

상기 제3과정은 1차 부형제에 슬러지를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45 ~ 55%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반하게 되고, 열이 있는 상태에서 적치하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 효소에 의해 슬러지를 감량시키고, 이후 부형제를 퇴비화함으로써 악취발생이 없고, 또한 빠르게 스럴지의 감량이 가능하게 되는 장점이 있다.

아울러, 슬러지를 소멸시키고 남은 부형제는 친환경 퇴비화되므로, 악취없는 자원화가 가능하게 되는 장점이 있다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

본 발명의 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법은 크게, 1) 효모 제조과정, 2) 효모를 이용하여 효소를 제조하는 과정, 3) 부형제를 제조하는 과정, 4) 부형제에 의해 슬러지를 감량하는 과정, 5) 부형제를 퇴비화하는 과정으로 구성되어 진다.

1) 효모 제조과정

1-1) 효모 제조

효모는 식물, 곤충, 보조제, 그리고 용액이 혼합되어 제조되는데, 식물로서는 조릿대, 죽순, 쑥, 감초, 민들레, 달맞이꽃, 매실, 질경이 중 어느 하나 이상이 사용되고, 곤충으로는 귀뚜라미, 누에고추 등 어느 하나 이상이 사용되며, 보조제로는 맥아, 쌀겨(미강) 중 어느 하나 이상이 사용된다.

효모 생산용 용액으로는 흑운모, 천매암, 붉은색 황토, 휴마이트 등의 미네랄이 함유된 물을 사용하게 된다.

상기 식물은 각각 건조하여 놓게 되며, 가급적 상기 8가지 식물을 각각 건조 후에 고르게 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 곤충은 건조 후 180도 온도에서 볶아 놓게 되고, 이 또한 바람직하게는 귀뚜라미와 누에고추를 함께 혼합하는 것이 바람직하다.

보조제로서 맥아는 발아되어 싹이 5mm 정도되면, 이를 건조하여 분쇄함으로써 분말 형태로 가공하고, 또한 쌀겨는 건조하여 놓게 되며, 바람직하게 맥아분과 쌀겨를 함께 혼합하는 것이 바람직하다.

상기 미네랄 원료는 150~200 메시로 분쇄한 다음 천연수와 혼합하여 효모생산용 용액을 만들게 되는데, 미네랄 원료는 35~45 중량%, 천연수는 55~65 중량%로 하여 서로 혼합하여 용액을 만들게 되며, 옹기에 투입하여 상기 미네랄 원료를 침전시키게 된다.

이때, 옹기는 김치류, 장류, 소금 등의 용기로 사용한 이력이 없어야 하고, 용액이 투입되는 옹기를 서늘하고 바람이 잘 통하는 곳에서 10~15일 놓아둠으로써 미네랄 원료를 침전시키게 되며, 효모 생산용 용액으로서 미네랄 원료 침전물은 사용하지 않고, 맑은 용액만 사용하게 된다.

이렇게, 생산된 식물 30~40 중량%, 곤충 35~45 중량%, 보조제 13~17 중량% , 그리고 효모 생산용 용액 8~12 중량%를 혼합하여 용기에 약 90%정도 채운 다음, 밀봉하여 그늘진 땅에 묻어 2년 10개월 ~ 3년 2개월 경과 후 개봉한다.

그리고, 감각기관(눈, 코, 입)으로 확인하면서 액체만을 분리하여 최종 액상 효모를 제조하게 되며, 이때 pH는 6.5 ~ 6.9 정도 된다.

1-2) 효모 배양

상기 1-1) 과정에 의해 제조된 효모를 배양하여 증량하기 위해서는, 제조된 액상 효모 45 ~ 55 중량%와 효모 생산용 용액 45 ~ 55 중량%를 혼합하여 용기에 80%정도 채우고, 효모의 먹이인 당액(molasses)이 30ppm을 갖도록 투입한다.

이후, 블로워와 교반기를 이용하여 공기를 주입하고, 액체의 흐름을 조절한 후, 8개월 정도 배양하면 45 ~ 55 중량%로 효모의 증액이 가능하게 된다.

2) 효소 제조과정

제조되거나 배양된 효모를 용기에 투입한 다음 밀봉하여 그늘지고, 보온이 유지되며, 환기가 잘 이루어지는 장소에서 숙성시키게 되는데, 땅에 매립하여 숙성시키는 것이 가장 바람직하다.

매립후에는 22 ~ 26개월 이루에 개봉하여 효소 진행 여부를 확인하여 효소 제조가 이루어지는 것이다.

3) 부형제 제조과정

3-1) 1차 부형제 제조

부형제(賦形劑)는 제조된 액상의 효소가 형태를 갖도록 하는 것으로서, 액상의 효소에 부형원료인 툽밥과 왕겨를 혼합하게 되는데, 물과 효소 용액을 20:1로 혼합하여 희석시킨 다음 부형원료 1㎥에 희석된 효소 1ℓ를 혼합하게 되고, 이후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반하게 된다.

교반조에서 교반하면서 부숙(腐熟)과정을 거치게 되는데, 부숙 최고온도인 60℃에 이르면 수분이 45 ~ 50%를 유지하는지를 확인한 다음 수분이 부족하면 추가로 물을 투입하게 된다.

또한, 물의 투입에 따라 부숙 온도가 낮춰지면, 다시 열풍 블로워와 교반에 의해 2차 부숙을 행하게 되고, 이때도 수분이 45 ~ 50%를 유지하도록 한다.

이렇게 2차의 부숙이 이루어지면 효소가 혼합된 부형체의 제조가 완료되는 것이다.

3-2) 2차 부형제 제조

1차 부형제에 의해 2차 부형제를 제조함으로써 슬러지 감량 시간을 더욱 단축시키면서, 2차 부형제를 친환경 유기농 퇴비화할 수 있게 되는데, 이를 위하여 계분, 돈분, 우분, 동물 단백질, 동물 지방 등의 축분과 동물 부산물을 1차 부형제와 1:1로 혼합한 다음 80℃ 이상의 온도, 45 ~ 50% 정도의 수분 상태에서 교반 후 적치하게 된다.

4) 슬러지 감량

상기에서 제조된 1차 또는 2차 부형제에 슬러지를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45 ~ 55%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반하게 되고, 열이 있는 상태에서 적치하게 되면, 시간이 경과할수록 슬러지의 감량이 이루어진다.

예를 들어 제조된 1차 부형제 1㎥에 슬러지 1톤을 혼합하게 되면, 72시간 정도 후에 슬러지는 10% 정도까지 감량되고, 부형제 10㎥에 슬러지 1톤을 혼합하게 되면, 24시간 정도 후에 슬러지가 10%까지 감량되어진다.

이러한 부형제는 대략 3개월 정도 또는 10회 정도 반복 사용이 가능하므로 투입된 슬러지가 감량 및 소멸되면, 추가로 슬러지를 투입하여 감량시키며, 3개월 또는 10회 사용 이후에는 새로운 부형제로 교체하여 슬러지를 감량하게 된다.

물론 2차 부형제를 사용하게 되면, 감량 속도를 1차 부형제를 사용하는 경우보다 더욱 빠르게 할 수 있을 것이다.

또한, 이렇게 사용된 1차 및 2차 부형제는 곧바로 친환경 유기농퇴비화가 가능하게 된다.

5) 육계분에 의한 2차 부형제 제조

추가적으로 1차 부형제와 육계분에 의해 2차 부형제를 제조함으로써 슬러지의 감량 속도를 높이고, 아울러 친환경 퇴비화에 더욱 적합한 2차 부형제를 제조할 수 있다.

이를 위하여 제조된 효소 2리터가 20배수 희석된 효소액에 육계분 1㎥를 혼합한 다음 교반조에서 교반하면서 80℃ 이상의 온도, 45 ~ 50% 정도의 수분 상태에서 교반 후 적치한다.

그리고, 육계분과 1차 부형제에 혼합된 왕겨를 채에 걸러서 분리하게 되면, 2차 부형제가 제조되는 것이다.

6) 부형제의 퇴비화

슬러지의 감량에 사용된 1차 또는 2차 부형제에 질소, 인산, 칼륨을 투입하여 친환경 유기농퇴비화하게 된다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

1. 효모를 제조하여 이를 배양하고, 배양된 효모에 의해 효소를 제조하는 제1과정;
   상기 효소와 부형제 원료를 혼합하여 1차 부형제를 제조하는 제2과정;
   상기 1차 부형제와 슬러지를 혼합하여 감량시키는 제3과정;으로 구성되고,
   상기 제1과정은
   조릿대, 죽순, 쑥, 감초, 민들레, 달맞이꽃, 매실, 질경이 중 어느 하나 이상의 식물을 건조하여 혼합하여 준비하는 제1단계;
   귀뚜라미, 누에고추 중 어느 하나 이상의 곤충을 건조하여 볶아 준비하는 제2단계;
   보조제로서 발아된 맥아 또는 건조된 쌀겨 중 어느 하나 이상 준비하여 제3단계;
   분쇄된 미네랄 원료 35~45 중량%과 천연수 55~65 중량%를 혼합한 후 옹기에서 미네랄 원료를 침전시켜 10 ~ 15일 후 침전물이 제외된 효모 생산용 용액을 제조하는 제4단계;
   상기 식물 30~40 중량%, 상기 곤충 35~45 중량%, 상기 보조제 13~17 중량%, 그리고 상기 효모 생산용 용액 8~12 중량%를 혼합하여 용기에 90% 채운 다음, 밀봉하여 그늘진 땅에 묻어 2년 10개월 ~ 3년 2개월 경과 후 개봉하여 액상 효모만을 분리하는 제5단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 1차 부형제와 축분 또는 동물 부산물을 혼합한 다음 80℃ 이상의 온도, 45 ~ 50% 정도의 수분 상태에서 교반 후 적치하여 2차 부형제를 제조하고, 2차 부형제를 슬러지와 혼합하여 감량시키는 과정;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 효소 2리터가 20배수 희석된 효소액에 육계분 1㎥를 혼합한 다음 교반조에서 교반하면서 80℃ 이상의 온도, 45 ~ 50% 정도의 수분 상태에서 교반 후 적치하여 2차 부형제를 제조하고, 2차 부형제를 슬러지와 혼합하여 감량시키는 과정;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 제1과정은,
   액상 효모 45 ~ 55 중량%와 효모 생산용 용액 45 ~ 55 중량%를 혼합하여 용기에 80% 채우고, 당액(molasses)이 30ppm을 갖도록 투입하는 제6단계;
   블로워와 교반기를 이용하여 혼합된 용액에 공기를 주입하고, 액체의 흐름을 조절한 후, 8개월 배양하는 제7단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제2과정은
   물과 효소를 20:1로 혼합하여 희석시킨 다음 부형원료 1㎥에 희석된 효소 1ℓ를 혼합한 후 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반 및 부숙시키는 제1단계;
   부숙 온도가 60℃에 이르면 수분이 45 ~ 50%를 유지하는지를 확인한 다음 수분이 부족하면 추가로 물을 투입하는 제2단계;
   열풍 블로워와 교반에 의해 2차 부숙을 행하는 제3단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제3과정은 1차 부형제에 슬러지를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45 ~ 55%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반하게 되고, 열이 있는 상태에서 적치하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 2차 부형제에 슬러지를 혼합한 다음 15℃ 이상의 열풍 블로워에 의해 열풍을 인가하면서 교반함과 아울러, 45 ~ 55%의 수분을 유지하는 상태로 교반하여 최고온도 60℃에 이를 때까지 교반하게 되고, 열이 있는 상태에서 적치하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.
   
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러지 감량에 사용된 1차 또는 2차 부형제에 질소, 인산, 칼륨을 투입하여 퇴비화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 슬러지 감량 및 퇴비화 방법.