KR102267957B1

KR102267957B1 - 하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법

Info

Publication number: KR102267957B1
Application number: KR1020190117008A
Authority: KR
Inventors: 유병서; 오화수
Original assignee: 유병서; 오화수
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-06-21
Also published as: KR20210034972A

Abstract

하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법이 개시된다. 상기 하수슬러지를 호기성 발효시키기 위한 미생물로서, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria) 및 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하는 하수슬러지 발효처리용 미생물을 포함한다.

Description

하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법{The microbial for maintaining fermentation temperature of sewage sludge at high temperature and method of sewage sludge fermentation using the same}

본 발명은 하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 발효 건조(Bio-drying) 시, 하수슬러지의 발효 온도를 60 내지 80℃의 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법에 관한 것이다.

하수슬러지는 하수처리장의 최종침전지 등 하수처리과정에서 고형물이 침전된 찌꺼기를 말하며, 이 과정에서 발생되는 하수슬러지는 96 질량% 이상의 많은 수분을 보유하고 있다.

일반적으로 하수슬러지는 수분 외에 무기물질과 유기물질로 구성되어 있으며, 유기물은 열량이 높아 석탄과 비슷한 발열량을 내는 에너지원이 될 수 있다. 이와 같은 특성을 갖는 슬러지의 바람직한 처리형태는 에너지 이용 등으로 유효하게 이용될 수 있다.

우리나라는 전국 625개 공공하수처리시설(500m3/일 이상) 중 93개소 하수슬러지 처리시설이 운영되고 있으며, 연간 384만톤(2015년 기준)의 슬러지가 발생되고, 상기 하수슬러지는 약 80 질량% 전후의 수분 및 45 내지 60 질량%의 유기물을 함유하고 있기 때문에, 수분과 유기물이 많아 처리가 어렵기 때문에 하수슬러지를 처리하는 비용이 크게 증가한다는 문제점을 가지고 있다.

또한, 2015년 환경부의 통계를 보면 일평균 이용현황은 전체 480,593 ㎥/일 중, 자체활용 236,222㎥/일(49.1%), 발전 79,814㎥/일(16.6%), 판매 117,941㎥/일(24.5%), 기타 46,615㎥/일(9.7%)를 이용하는 것으로 나타났다. 통상적으로 하수슬러지는 종전에는 해양배출, 소각, 고화 등의 방법으로 처리되었으나, 최근에는 건조후 발전소의 연료로 활용하고 있다. 하수슬러지는 처리과정에서 수분과 유기물이 많고 악취가 심해 처리공법 선정 등이 까다롭고, 처리 부산물의 활용도가 낮은 문제점을 가지고 있다.

이와 같이 화석연료의 고갈과 유엔기후변화협약, 교토의정서에 의한 기후변화 문제에 있어서, 세계적으로 관심을 가지고 대응하고 있어, 유기성 폐기물의 자원화 및 에너지화 필요성이 대두되고 있을 뿐만 아니라, 국내 하수처리수의 수질규제가 강화되어 슬러지의 발생량은 매년 증가하고 있어 육상처리의 대안으로 하수 슬러지를 고형연료화하는 것은 기후변화와 국제적 대응노력에 부응할 수 있다.

또한, 에너지 자립도가 매우 낮은 우리나라의 경우, 에너지 자원의 안정적 확보에 기여할 뿐만 아니라, 잠재적 에너지원으로서의 가치가 높은 국가 부존 신재생 에너지의 활용 대책에 크게 이바지 할 수 있다.

하수슬러지와 같은 유기성 슬러지는 약 50 내지 60 중량%의 유기물을 포함하고 있어 연료로서 활용가치가 매우 높으며, 연료로 이용하기 위해서, 수분함량을 약 80 중량%에서 약 10 중량%까지 낮추어야 한다. 통상적으로 하수슬러지의 건조는 다단식, 로타리식(rotary) 등의 기계식 건조 방법으로 처리하고 있으나, 상기와 같은 기계식 건조에서 화석연료를 사용하고 있어 건조 비용이 많이 필요하고, 건조과정에서 악취, 응축수 등 오염물질 배출로 인해 2차 환경오염물질이 발생되는 문제점을 가지고 있다.

종래에는 하수슬러지 등의 유기성슬러지를 다양한 방법을 이용하여 연료화하는 기술이 개발되어 왔다. 등록특허 제10-1433141호에는 하수슬러지를 수거하여 열매체유를 고르게 혼합하면서 연료를 제조하는 방법이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1592937호, 공개특허 제10-2012-0023276호, 공개특허 제10-2013-0052846호, 등록특허 제10-1039378호 및 등록특허 제10-0997522호에는 슬러지와 폐유, 톱밥, 비닐, 소석회, 무연탄류와 같은 혼합물을 혼합하여 건조, 성형 등의 제조과정을 거쳐 연료화하는 방법이 개시되어 있으며, 공개특허 제10-2015-0106561호에는 하수슬러지와 첨가물들의 혼합공정, 열풍건조공정 및 분쇄공정을 동시에 수행하는 연료탄 제조방법이 개시되어 있고, 등록특허 제10-1095819호에는 태양을 이용하여 전기로 건조하여 연료를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 이와 같은, 종래 기술들은 하수 슬러지에 특정 물질을 혼합하거나 잔존하게 한 뒤, 화석연료를 사용하여 열을 가해 연료를 제조하는 방법들로서, 본 발명과 같이 호기성미생물을 이용하고 복합미생물군에 대한 발명과는 상이하다고 볼 수 있다.

따라서, 하수슬러지(유기성 슬러지)의 호기성 발효과정에서 이용할 수 있는 고온유지 미생물군(복합미생물군)을 구성하여, 하수슬러지의 완전한 발효가 이루어지게 하고 슬러지에 포함된 수분을 효과적으로 저감하는 복합미생물군의 개발이 이루어져야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 하수슬러지의 호기성 발효과정에서 60 내지 80℃의 고온을 일정기간 유지하여 완전한 발효가 이루어지게 하는 미생물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하수슬러지에 포함된 수분을 효과적으로 저감하고 악취를 방지하여 연료제조 등 후속 자원화공정 등을 안정적으로 운영할 수 있으며, 하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하수슬러지를 호기성 발효시키기 위한 미생물로서, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria) 및 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하는 하수슬러지 발효처리용 미생물을 제공한다.

또한, 본 발명은 (a) 1 내지 2일 숙성시켜 전처리된 하수슬러지에 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria) 및 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하는 미생물 제제를 투입하여 하수슬러지 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 하수슬러지 혼합물에 공기를 공급하면서 교반하는 단계 및 (c) 상기 교반시킨 하수슬러지 혼합물을 발효시키는 단계를 포함하는 하수슬러지 발효 방법을 제공한다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하수슬러지의 발효 온도를 고온으로 유지시키는 미생물 및 이를 이용한 하수슬러지 발효 방법은 하수슬러지의 호기성 발효 시, 일정 기간 동안 60 내지 80℃의 고온을 유지시키고, 상기 하수슬러지가 고온상태가 됨에 따라, 수분을 효과적으로 증발시키고 악취를 최소화하는 친환경적인 방법을 사용할 수 있다.

도 1은 하수슬러지에 포함된 미생물군집에 대한 분석 결과.
도 2는 하수슬러지의 호기성발효 진행에 따른 미생물별 군집 분포도.
도 3은 하수슬러지의 온도가 70 ℃로 유지될 때 발견되는 미생물의 사진.
도 4는 호기성 발효 시, 하수슬러지 혼합물의 온도 변화를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명은 호기성 조건에서 하수슬러지를 발효처리하기 위한 미생물을 포함한다. 상기 하수슬러지 발효처리용 미생물은 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria) 및 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하며, 구체적으로 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes)는 Bacillus kokeshiiformis, [Bacillus] thermocloacae이며, 상기 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria)은 Phycicoccus dokdonensis, Intrasporangium calvum이고, 상기 프로테오박테리아(proteobacteria)는 Glaciimonas singularis, Azoarcus olearius이며, 상기 의간균류(Bacteroidetes)은 Brumimicrobium aurantiacum인 것을 포함한다.

본 발명에 따른 하수슬러지 발효처리용 미생물은 호기적 조건에서 하수슬러지를 신속하게 고온에서 발효시키며, 상기 하수슬러지의 발효처리 과정에서 악취방지(탈취) 효과가 우수하다. 상기 하수 슬러지에 다량 함유되어 있는 수분과 유기물을 효과적으로 제거하고 악취를 원천적으로 줄일 수 있도록, 50 내지 80℃의 고온을 유지하여 발효시키는 호기성 발효 과정이 필요하다. 이는 다음과 같은 하수슬러지 발효 실험에서, 60 내지 80℃의 고온을 유지시켜주는 미생물 조성물을 알 수 있다.

구체적으로는, 종래의 방법으로 상기 하수슬러지의 발효 온도가 60 내지 80℃, 구체적으로 70℃의 고온을 유지하며 발효될 때, 우점종의 미생물을 찾기 위하여 미생물 분석을 실시한 결과, 상기 70℃의 고온에서 하수슬러지를 효과적으로 발효시키는 미생물군을 발견하였다. 상기 미생물 분석은 메타지놈(Metagenome) 실험 방법으로 진행하였다. 도 1은 하수슬러지에 포함된 미생물군집에 대한 분석 결과이며, 도 2는 하수슬러지의 호기성 발효 진행에 따른 미생물별 군집 분포도이다. 하기 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 하수슬러지의 발효가 진행됨에 따라 하수슬러지 내부 온도가 20℃, 33℃, 70℃에 대한 미생물 군집에 대한 분석 결과이다. 도 4에서 나타난 바와 같이 각각 위 온도 분포시 나타나는 미생물별 군집을 의미한다.

구체적으로, 하기 도 2는 도 1에 따른 분석 결과를 미생물별 군집 분포도를 나타낸 것으로, 구체적으로 하수슬러지의 호기성 발효 시, 하수슬러지의 내부 온도가 20℃, 33℃, 70℃에 따른 미생물별 군집 분포도를 나타낸 것이다. 이를 보면, 각각의 하수슬러지의 내부 온도에 따라, 각각의 미생물들이 함유되어 있는 함량에 대하여 알 수 있다. 예를 들면, 상기 온도가 70℃인 경우, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes)가 가장 많은 비율을 차지하였으며, 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria), 의간균류(Bacteroidetes) 순으로 많은 비율을 차지하는 것을 알 수 있다. 이는 하수슬러지의 호기성발효 미생물 군집에 따라 내부온도가 달라지는 것을 의미한다. 하수슬러지 발효시 가장 중요한 부분이 60℃이상의 고온을 유지하는 것으로서 도 1과 도 4의 도표에서 보는 바와 같이 최적의 고온 미생물군집이 분포하여 고온을 장시간 유지하고 있는 것을 알 수 있다.

상기 하수슬러지의 발효 과정에서, 하수슬러지의 호기성 발효에 있어서, 최적의 온도에 따라 활동하는 미생물의 종류가 상이하게 나타나는 것을 보여준다. 구체적으로, 상기 하수슬러지의 발효가 끝난 후, 하수슬러지의 온도가 70 ℃로 유지될 때 나타나는 미생물을 분석하였고, 그 결과 값을 하기 표 1에 기재하였다.

미생물명	출현비율(%)	비고
Firmicutes	57.0
Actinobacteria	22.8
Proteobacteria	16.6
Bacteroidetes 외 기타	3.6

상기 하수슬러지 발효 온도가 70 ℃로 유지될 때 나타나는 복합 미생물에 있어서, 구체적으로, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes)는 [Bacillus] thermocloacae, Bacillus kokeshiiformis을 포함하고, 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria)는 Phycicoccus dokdonensis, Intrasporangium calvum을 포함하며, 프로테오박테리아(proteobacteria)는 Glaciimonas singularis, Azoarcus olearius을 포함하고, 의간균류(Bacteroidetes)는 Brumimicrobium aurantiacum을 포함한다.

상기 하수슬러지의 발효 온도가 70 ℃로 유지될 때 나타나는 미생물군은, 전체 미생물군에 있어서, 상기 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes)이 40 내지 60 중량%, 바람직하게는 50 내지 60 중량%를 포함하며, 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria)이 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 25 중량%를 포함하고, 프로테오박테리아(proteobacteria)가 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%를 포함하며, 의간균류(Bacteroidetes)이 0.01 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%의 범위로 함유되며, 나머지 함량은 그 외 다른 미생물들을 함유하는 것을 알 수 있다.

더욱 구체적으로는, 전체 미생물군에 있어서, 상기 Bacillus kokeshiiformis는 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%, 더욱 바람직하게는 17 내지 19 중량% 포함하고, [Bacillus] thermocloacae는 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%, 바람직하게는 13 내지 15 중량% 포함한다. Phycicoccus dokdonensis는 10 내지 20 중량%, 바람직하게는 15 내지 17 중량% 포함하고, Intrasporangium calvum은 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량% 포함한다. Glaciimonas singularis는 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 5 중량% 포함하고, Azoarcus olearius는 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 2 내지 4 중량% 포함하며, Brumimicrobium aurantiacum은 0.01 내지 0.5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 중량%의 범위로 함유되어 있다. 상기 함량으로 이루어진 미생물 조성물은, 하수슬러지가 60 내지 80℃의 고온에서 발효가 이루어질 수 있도록, 상기 하수슬러지의 발효 온도를 높이는 역할로서 사용된다.

상기 하수슬러지의 호기성 발효 시, 하수슬러지의 온도가 70 ℃로 유지될 때, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes)이 가장 많은 비율로 나타는 것을 알 수 있고, 그 다음으로는 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria), 의간균류(Bacteroidetes) 등의 순서로 차지하는 것을 알 수 있다. 상기 장내 세균 후벽균(firmicutes)은 일반적으로 지방을 좋아하고, 복합 탄수화물을 소화하는 효소가 많아 음식에서 에너지(열량)를 보다 효과적으로 흡수하는 미생물로서, 상기 하수슬러지를 60 내지 80℃의 고온에서 발효시키는 것이 특징이다. 즉, 상기 하수슬러지를 60 내지 80℃의 고온에서 발효시키는 복합미생물군은 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스. Firmicutes), 프로테오박테리아(proteobacteria), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 의간균류(Bacteroidetes) 등을 포함한다. 도 3은 하수슬러지의 온도가 20℃, 33℃, 70 ℃로 유지될 때 가장 많이 발견되는 미생물인 장내 세균 후벽균(firmicutes, C), 프로테오박테리아(proteobacteria, B), 의간균류(Bacteroidetes, A)의 사진을 나타낸 것이다.

이와 같은 결과로, 하기 도 2-C에 나타난 군집 분포도와 동일한 것을 알 수 있으며, 하기 도 1의 70%에 기재된 함량과 동일하므로, 이는 하수슬러지를 60 내지 80℃의 고온에서 유지시키며, 하수슬러지를 발효시키는 미생물의 적정한 함량을 알 수 있다.

본 발명에 따르는 미생물 조성물을 이용하여 하수슬러지를 호기적 발효처리하는 방법을 설명한다. 상기 미생물 조성물을 이용한 하수슬러지 호기적 발효방법으로는, (a) 1 내지 2일 숙성시켜 전처리된 하수슬러지에 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 프로테오박테리아(proteobacteria) 및 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하는 하수슬러지 발효처리용 미생물을 투입하여 하수슬러지 혼합물을 제조하는 단계, (b) 상기 하수슬러지 혼합물에 공기를 공급하면서 교반하는 단계 및 (c) 상기 교반시킨 하수슬러지 혼합물을 발효시키는 단계를 포함한다. 또한, 필요에 따라, (d) 상기 발효된 하수슬러지를 건조 및 성형하여 하수슬러지 연료 제조하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명은 하수슬러지를 고온에서 발효시킬 수 있는 미생물을 포함하며, 상기 복합 미생물을 이용하여 하수슬러지를 발효시킬 수 있으며, 예를 들면, 호기성 발효일 수 있다. 일반적으로 호기성 발효는, 30 내지 50℃의 온도에서 주로 이루어지며, 그 이상의 온도에 도달하는 것과 고온에 도달하여도 그 온도를 유지하는 것에 어려움이 있었다. 하지만, 60 내지 80℃의 고온을 유지하여 발효시키면, 종래의 호기성 발효 방법보다 하수슬러지를 빠르게 발효시킬 수 있어, 하수슬러지의 수분 및 악취를 빠르게 저감시킬 수 있다.

상기 하수슬러지의 발효 과정에서 하수슬러지는 악취 저감과 호기성 발효 조건을 충족시키고, 호기성 발효를 위한 통기성 확보를 위해, 1 내지 2일간 숙성시키는 과정을 진행할 수 있으며, 필요에 따라, 하수슬러지의 부패를 촉진시키기 위하여, 상기 하수슬러지에 톱밥, 왕겨, 대패밥 등의 첨가제와 반송 슬러지를 더욱 혼합하여 숙성시킬 수 있다.

상기 하수슬러지는 일반적으로 유기물 및 무기물의 고형물과 물이 혼합되어 있으며, 유기성 슬러지를 의미하기도 한다. 상기 하수슬러지의 함수율은 약 80 질량%로 높고, 유기물이 50 내지 60 질량% 함유되어 있어, 발효건조(Bio-drying)가 잘 일어나지 않고 쉽게 부패하므로, 악취가 많이 난다. 상기 발효건조(Bio-drying)는 생분해성 폐기물이 퇴비화 초기단계에서 빠르게 가열되어 노폐물의 수분을 제거시켜, 전체 중량을 감소시키는 과정을 의미한다.

상기 전처리 과정을 거친 하수슬러지는 호기성 발효시키기 위해, 상기 전처리 과정을 거친 하수슬러지에 본 발명에 따른 하수슬러지 발효처리용 미생물을 혼합시키고, 상기 혼합된 하수슬러지에 공기를 공급하면서 교반시켜, 하수슬러지를 숙성시켜 발효시키는 과정을 포함한다. 상기 발효시키는 과정에 있어서, 일정기간 동안(일반적으로, 5일 이상) 60 내지 80℃의 고온이 유지되어야만 상기 하수슬러지에 함유된 수분 및 하수슬러지에 포함되는 유기물을 분해하는 과정에서 생기는 악취 등을 저감시킬 수 있다. 다만, 상기 호기성 발효에 있어서, 하수슬러지가 고온에서 유지되는 것은 매우 까다롭고 중요하다.

상기 하수슬러지의 호기성 발효 조건을 만족하기 위해, 일정 기간 동안 60 내지 80℃의 고온을 유지시킬 수 있는 하수슬러지 발효처리용 미생물을 혼합시킨다. 상기 복합 미생물군은 하수슬러지가 70℃의 고온을 유지되는 미생물을 사용할 수 있으며, 구체적으로, 상기 하수슬러지가 70℃의 고온을 유지되며 발효될 때의 우점종 미생물분석 실험에서 얻은 미생물을 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로, 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스. Firmicutes), 프로테오박테리아(proteobacteria), 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria), 의간균류(Bacteroidetes) 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 미생물의 함량은 하수슬러지에 있어서, 0.2 내지 0.5중량%, 바람직하게는 0.25 내지 0.45 중량%, 더욱 바람직하게는 0.4중량%인 것이며, 상기 함량을 벗어난 경우, 후술되는 하수 슬러지의 발효가 원활히 수행되지 못할 수 있다.

상기 복합 미생물과 혼합된 하수슬러지에 공기를 공급하면서 교반시킨다. 상기 유입되는 공기의 양은 슬러지 1kg당 180 내지 300ℓ이며, 상기 하수슬러지 혼합물 1kg당 100 내지 500㎖/분당, 바람직하게는 150 내지 400㎖/분당의 속도로 공기를 유입시키는 것이 바람직하다. 상기 교반시키는 과정에서는 공기와 접촉되는 시간을 늘리고, 고온을 유지하기 위하여 교반이 이루어지므로, 이를 만족시킬 수 있는 교반 장비라면, 제한 없이, 일반적으로 교반에 사용되는 장비(예를 들면, 중장비, 로우더 등)를 이용할 수 있다.

상기 교반시킨 하수슬러지 혼합물을 일정 기간 동안 고온에서 숙성시켜 발효시킨다. 구체적으로, 상기 하수슬러지 혼합물을, 5 내지 15일, 바람직하게는 8 내지 12일, 더욱 바람직하게는 10일 동안, 상기 하수슬러지의 온도가 50 내지 80℃, 바람직하게는 60 내지 80℃, 더욱 바람직하게는 65 내지 75℃가 유지될 수 있도록 안정화시킴으로서, 상기 하수슬러지 혼합물이 발효된다.

도 4는 호기성 발효 시, 하수슬러지 혼합물의 온도 변화를 나타낸 그래프이며, 상기 하수슬러지 혼합물의 발효 과정에서의 온도를 하기 표 2에 기재하였다.

일자	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
온도 (℃)	32	38	50	65	73	73	73	72	65	65	61	66	70	65	45	45	38	27

상기 표 2 및 하기 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 하수슬러지를 숙성시킨 후, 상기 숙성된 하수슬러지에 복합 미생물을 혼합하면서 공기를 공급하면서 교반시켜 발효시킨다. 상기 발효되는 일정기간 동안, 구체적으로, 9일 내지 11일, 바람직하게는 10일 동안, 상기 하수슬러지 혼합물의 온도가 50 내지 80℃, 구체적으로, 60 ℃ 이상, 바람직하게 60 내지 80 ℃, 더욱 바람직하게는 60 내지 75℃의 온도로 증가되어 유지되므로, 상기 하수슬러지의 발효가 매우 양호한 상태를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

이로 인해, 상기 복합미생물군을 하수슬러지에 혼합하여 사용함으로서, 하수슬러지의 발효 온도가 구체적으로, 60 ℃ 이상의 온도를 유지하는 것을 알 수 있다. 상기 호기성 발효시 하수슬러지 혼합물의 고온 유지를 위하여, 발효 조건의 충족과 함께 미생물의 생육 및 활성화가 특징이므로, 전처리, 발효실 등 공정을 특수 관리하고 고온유지를 위한 복합미생물군이 중요하다.

또한, 본 발명은 상기 발효된 하수슬러지를 이용하여, 원료를 제조하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 이는 일반적인 제조 방법을 통하여 상기 발효된 하수슬러지를 원료화 시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 발효된 하수슬러지를 적정 함수율까지 건조시킬 수 있다. 계절에 따라 상이할 수 있지만, 일반적으로 건조 기간은 1 내지 3일정도 소요된다. 상기 하수슬러지의 건조 방법으로는, 하수 슬러지의 함수율을 감소시킬 수 있는 건조 장치라면 어떤 장치를 사용하던 무관하나, 태양열 건조 장치를 이용할 수 있는 태양 건조와 열풍식 건조 장치를 이용할 수 있는 기계 건조 방법을 건조시킬 수 있다.

상기 건조된 하수슬러지는 통상적으로 사용되는 성형기, 예를 들면, 압출 다이를 구비한 펠렛 성형기에 이송시켜, 압축 성형하여 일정한 형태 및 크기를 가지도록 펠렛화시킴으로서, 고형화된 원료를 얻을 수 있다. 상기 건조된 하수슬러지는 압출 다이의 형태에 따라 다양하게 제조될 수 있고, 예를 들면, 8mm 이하의 원형의 펠렛(pellet) 형태로 제조될 수 있다. 상기 펠렛(pellet) 형태의 하수 슬러지의 함수율을 감소시킬 수 있는 건조 장치라면 어떤 장치를 사용하던 무관하나, 상기 건조단계에서 사용되는 태양열 또는 기계식 장치를 사용하여 적정 함수율이 10 중량% 이하가 되도록 건조시킬 수 있다. 상기 태양열 건조단계 및 기계 건조단계는 순차적으로 수행될 수도 있으나, 각각 수행될 수도 있다. 상기 하수슬러지 혼합물은 펠렛화된 연료로써 반출될 수 있다. 상기 반출된 펠렛화된 고형 연료(연료탄)는 폐기물관리법에서 정한 품질 기준 이내로서 펠렛 형태로 화력발전소에 연료로 사용되며, 석탄 등의 화석연료를 사용하는 보일러에도 사용이 가능하다.

본 발명에 따른, 하수슬러지를 이용한 연료 제조 방법은 상기 하수 슬러지뿐만 아니라, 상기 원료로서 폐수 슬러지, 가축분뇨, 음식물 폐기물, 이들의 혼합물 등을 이용할 수도 있다.

본 발명은 상술한 구체적인 실시예에 한정되지 않고, 하기 청구범위에 기재된 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims

하수슬러지를 호기성 발효시키기 위한 미생물로서, Bacillus kokeshiiformis 및 [Bacillus] thermocloacae를 포함하는 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes); Phycicoccus dokdonensis 및 Intrasporangium calvum를 포함하는 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria); Glaciimonas singularis 및 Azoarcus olearius를 포함하는 프로테오박테리아(proteobacteria); 및 Brumimicrobium aurantiacum를 포함하는 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하며,
상기 미생물의 함량은 전체 미생물의 100 중량%에 있어서, Bacillus kokeshiiformis은 17 내지 30 중량%, [Bacillus] thermocloacae는 13 내지 30 중량%, Phycicoccus dokdonensis는 10 내지 20 중량%, Intrasporangium calvum은 1 내지 10 중량%, Glaciimonas singularis는 1 내지 10 중량%, Azoarcus olearius는 1 내지 10 중량% 및 Brumimicrobium aurantiacum은 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하는 하수슬러지 발효처리용 미생물.
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(a) 1 내지 2일 숙성시켜 전처리된 하수슬러지에 Bacillus kokeshiiformis 및 [Bacillus] thermocloacae를 포함하는 장내 세균 후벽균(퍼미큐티스, Firmicutes); Phycicoccus dokdonensis 및 Intrasporangium calvum를 포함하는 방선균(엑티노박테리아, Actinobacteria); Glaciimonas singularis 및 Azoarcus olearius를 포함하는 프로테오박테리아(proteobacteria); 및 Brumimicrobium aurantiacum를 포함하는 의간균류(Bacteroidetes)를 함유하며, 상기 미생물의 함량은 전체 미생물의 100 중량%에 있어서, Bacillus kokeshiiformis은 17 내지 30 중량%, [Bacillus] thermocloacae는 13 내지 30 중량%, Phycicoccus dokdonensis는 10 내지 20 중량%, Intrasporangium calvum은 1 내지 10 중량%, Glaciimonas singularis는 1 내지 10 중량%, Azoarcus olearius는 1 내지 10 중량% 및 Brumimicrobium aurantiacum은 0.01 내지 0.5 중량%을 포함하는 하수슬러지 발효처리용 미생물을 투입하여 하수슬러지 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 상기 하수슬러지 혼합물에 공기를 공급하면서 교반하는 단계; 및
(c) 상기 교반시킨 하수슬러지 혼합물을 발효시키는 단계를 포함하는 하수슬러지 발효 방법.
제4항에 있어서, 상기 미생물은 하수슬러지 혼합물의 온도를 60 내지 80℃ 유지시키는 것인, 하수슬러지 발효 방법.
제4항에 있어서, 상기 미생물의 함량은 하수슬러지에 있어서, 0.2 내지 0.5중량%인 것인, 하수슬러지 발효 방법.
제4항에 있어서, 상기 하수슬러지 혼합물의 발효는 9 내지 11일 동안 이루어지는 것인, 하수슬러지 발효 방법.