KR102579255B1 - 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 접종하여 배양기 내부 온도 50℃ 내에서 48시간 액체 배양하는 단계; 왕겨 또는 톱밥에 배양액을 첨가하여 온도 50℃로 48시간 교반하는 단계; 반응용기에 미생물 균주 및 담체를 반응용기에 투입하는 단계; 반응용기 내 교반기로 50℃ 온도에서 교반하는 단계; 반응용기에서 2반응용기에서 유기물을 분해하는 단계 및 최종물질을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)KCTC 15303BP 미생물 균주를 이용한 유기성 폐기물 소멸방식은 처리시간은 24시간 이내고, 소멸률은 95 ~ 98%이고, 미생물 대사작용으로 발생된 수증기를 응축시켜 맑은 응축수를 배출하는 효과가 있다.

Description

담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법{Treatment method of organic waste using carrier}

본 발명은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 미생물과 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 미생물에 적정온도와 산소량 영양분을 투입하여 가수분해 효소를 생성시켜 유기성 폐기물을 처리하는 유기성 폐기물 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 가정이나 식당, 축산농가, 축산가공 공장, 식품공장 등으로부터 많은 양의 유기성폐기물이 배출되고 있으며, 이러한 유기성폐기물은 비환경적인 처리방법으로 대부분 소각 처리하거나 매립하는 방법으로 처리되어 왔다.

음식물 쓰레기는 함수율이 높아 소각하는 경우 많은 연료가 필요하게 되어 처리비용이 높아지게 되고, 이산화탄소나 다이옥신 등의 발생을 유발시켜 대기환경에 악영향을 미칠 수 있다. 매립하는 경우에도 부패되는 과정에서 나타나는 악취나 침술수로 인한 지하수 오염 등의 문제가 있으며 매립을 위한 매립용지가 필요하기 때문에 그 양이 제한적이라는 문제도 있다.

이러한 문제로 인하여 음식물 쓰레기와 가축분뇨 같은 유기성 폐기물을 소각하거나 매립하지 않고 효율적으로 활용하기 위한 방안들이 연구되고 있으며, 특히 미생물을 활용하여 퇴비화함으로써 농업 등의 분야에서 유용하게 활용할 수 있도록 하고 환경오염의 문제를 줄이는 일석이조의 효과를 기대하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이러한 연구결과를 바탕으로 대한민국 등록특허 제10-0805036호, 제10-1207792호, 제10-0721059호 등 미생물을 이용하여 음식물 쓰레기를 처리하는 방법들이 개발된 바 있다. 이중 대한민국 등록특허 제10-0721059호는 바실러스 스미시(Bacillus smithii) KACC 91161P의 내염성, 내산성, 내열성 특성을 이용하여 유기성 폐기물을 고온 퇴비화하는 기술로 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 매우 효율적으로 퇴비화할 수 있는 장점이 있고, 감량률이 우수하다.

유기성 폐기물 처리장치는 유기성 폐기물을 건조하여 처리하는 건조 처리 방식과, 미생물을 이용하여 발효 처리하는 방식으로 구분된다.

건조 처리 방식의 유기성 폐기물 처리장치는 건조 시간이 많이 소요되고, 유기성 폐기물을 건조시키는 데 많은 열량이 소모되므로 대용량의 처리 장치에 적용하기에 경제성에 문제가 있다.

이에 대용량의 유기성 폐기물 처리장치의 경우 통상적으로 미생물을 이용하여 발효처리 하는 방식으로 유기성 폐기물을 처리하고 있다.

미생물을 이용한 발효 처리 방식의 유기성 폐기물 처리장치는 처리조 내의 온도를 미생물이 활성화되기 위한 적합한 온도로 유지되어야 하고, 처리조 내에 산소 즉, 공기를 원활하게 공급해 주어야 한다.

종래의 유기성 폐기물 처리 장치는 미생물 발효를 위해 처리조의 외벽에 히터를 장착하여 처리조를 가열함과 동시에 처리조의 상부 측에서 공기를 내부로 유입시키고 있다. 유기성 폐기물 처리장치에서 미생물로 유기성 폐기물을 발효 처리 하는 경우 처리조 내에서 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O) 등의 발효 가스가 발생된다. 유기성 폐기물 처리 장치는 처리조 내에서 발생된 발효 가스를 가열하여 건조시킨 후 탈취필터를 통해 외부로 배출하고 있다. 그러나, 종래의 유기성 폐기물 처리장치는 외부의 공기를 바로 처리조의 내로 공급하고 있어 공기 내 포함된 수분이 그대로 처리조 내로 유입되고 있다.

종래의 유기성 폐기물 처리장치는 처리조 내에 유입된 공기 내의 수분이 발효 가스 내 수증기와 더해져 발효 가스를 건조시키는 데 있어 더 많은 열량과 시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 유기성 폐기물 처리장치는 발효 가스의 건조가 제대로 이루어지지 않은 상태로 탈취 촉매 필터를 통과하게 되는 경우가 빈번하여 탈취 효과가 급격히 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1873306호 대한민국 등록특허 제10-1207792호 대한민국 등록특허 제10-1715764호 대한민국 등록특허 제10-0805036호

본 발명의 목적은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 배양시키고, 담체에 미생물을 흡착시켜 온도 50℃와 산소공급으로 가수분해 효소를 생성시켜 유기성 폐기물을 전량 물로 분해시켜 미생물 대사작용으로 발생된 수증기를 응축시켜 최종물질을 배출하여 질량을 감소시키는 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법은 유기성 폐기물과 반응첨가물이 투입되는 투입구(14), 처리물이 배출되는 배출구(17), 내부에 상기 유기성 폐기물이 저장되고, 저장된 상기 유기성 폐기물을 미생물에 의해 분해시켜 처리하는 반응용기(20)와; 상기 반응용기(20)의 내용물을 교반시키는 교반부(23)와;
상기 반응용기(20) 내로 외부 공기를 공급하는 공기공급부(4) 및 상기 반응용기(20) 내의 발효 가스를 배출하기 위한 가스 배출부(9)를 포함하며;
상기 공기공급부(4)는 외부 공기를 응축기와 증발기를 순차적으로 통과시켜 건조되고 냉각된 공기를 상기 반응용기(20) 내로 공급하며;
상기 공기공급부(4)는 상기 반응용기(20)의 내부로 공기를 공급하는 공기 공급관과, 상기 공기 공급관으로 외부 공기를 공급하는 공기 공급용 송풍팬(5)을 포함하며; 상기 교반부(23)는 몸체부(11)에 구비되는 구동모터(16), 상기 구동모터(16)와 회전가능하게 결합하여 수용공간부 내에 길이방향으로 적어도 하나 이상 구비되는 회전축(21) 및 상기 회전축(21) 외면에 방사형태로 다수 구비되는 교반날개(22)를 포함하며; 상기 반응용기(20) 내면에 구비된 상기 교반부(23)의 상기 교반날개(22)가 상기 반응용기(20) 안에 있는 상기 내용물을 교반하면서 상기 유기성 폐기물로 분해하고 상기 분해된 최종물질이 배출구(17)로 배출되는 유기성 폐기물 처리방법에 있어서, 배양장에서 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 접종하여 배양기 내부 온도 50℃ 내에서 48시간 액체 배양하는 단계;담체에 배양액을 첨가하여 온도 50℃로 48시간 교반하는 단계,;
반응용기에 미생물 균주 및 상기 담체를 투입하는 단계;
상기 반응용기 내 교반기로 50℃ 온도에서 교반하는 단계;
상기 반응용기에서 유기성 폐기물을 투입하여 분해하는 단계 및
분해된 최종물질을 배출하는 단계를 포함하되,
상기 담체는 톱밥, 왕겨 및 대나무 조각으로 구성되고, 상기 담체는 총부피기준으로 상기 톱밥 60 부피%, 상기 왕겨 20 부피% 및 상기 대나무 조각 20 부피%로 이루어지며; 상기 대나무 조각의 크기는 가로 5~10㎝, 세로 10~15㎝이며;
상기 대나무 조각은 반응용기 내에서 교반기가 회전할 때, 다수개의 상기 대나무 조각들이 상기 교반기 교반날개에 붙어서 함께 회전하면서 교반을 도와 공극을 빠르게 확보하고; 상기 반응용기에서 상기 유기성 폐기물을 투입하여 분해하는 단계에서 처리시간은 24시간을 수행하고, PH는 6~7, 소멸률은 95~98%이며;
상기 최종물질을 배출하는 단계에서 상기 최종물질은 물이 91~95%이고, 퇴비가 5~9%이고, 상기 퇴비는 유기물 퇴비 3.4 ~7.4%, 무기물 1.6%인 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의하면, 응축기와 증발기를 통과시켜 건조되고 냉각된 외부 공기를 처리조 내로 유입시켜 처리조 내 발효가스의 건조 효율을 높임으로써 탈취 효과와 유기성 폐기물의 처리 효율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

본 출원인이 기탁한 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물 균주를 이용한 유기성 폐기물 소멸방식은 처리시간은 24시간 이내고, 소멸률은 95~98%이고, 미생물 대사작용으로 발생된 수증기를 응축시켜 맑은 응축수를 배출하는 효과가 있다. 응축수는 하수처리가 가능한 2급수 맑은 물이다.

본 발명에 의하면, 처리조 내로 산소를 공급하여 대류 현상으로 공기가 유기성 폐기물 내로 더 원활하게 공급될 수 있도록 함으로써 유기성 폐기물의 처리 효율을 더 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은 처리조 내에서 배출되는 발효 가스를 증발기와 응축기를 순차적으로 통과시켜 1차 냉각 시킴으로써 수증기를 물(H20)로 변환시키고, 폐공기는 밀폐된 상태에서 다시 반응조로 유입시켜 기체가 외부로 유출 되지 않음으로 탈취효과를 향상시키고, 폐열 이용시 내부 반응조 열 손실을 막을 수 있다.

본 발명에 적용되는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 발효시킨 배양액은 무악취, 무유해성분, 저염분 및 저 암모늄의 효과가 있다. 또한 본 발명의 대나무 조각은 반응용기 내에서 교반기가 회전할 때, 다수개의 대나무 조각들이 교반기 교반날개에 붙어서 함께 회전하면서 교반을 도와 공극을 빠르게 확보하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 반응용기 내부 의 구성을 나타낸 단면도
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ‘선에 따른 단면도
도 4는 유기성 폐기물 처리방법을 설명하는 흐름도

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 반응용기 내부의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ‘선에 따른 단면도이다.

도 4는 유기성 폐기물 처리 방법을 설명하는 흐름도이다.

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도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치의 반응용기 내부의 구성을 나타낸 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 반응용기(20), 반응용기(20)의 내용물을 교반시키는 교반부(23), 반응용기(20)의 예열을 위한 예열장치(30), 반응가스를 응축시켜 액체비료를 만드는 액비제조기(50)를 구비한다. 또 이 장치는 반응용기(20), 액비제조기(50), 예열장치(30) 등을 그 상부에 장착하고, 그 하부에 복수의 이동바퀴(41)가 설치된 베이스프레임(40)과, 반응용기(20)의 지지를 위해 베이스프레임(40) 상부에 탑재되는 용기프레임(43), 그리고 반응용기(20)로 내용물을 쉽게 투입할 수 있도록 하는 이동식 투입호퍼(10)를 포함한다.

이동식 투입호퍼(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 구조물(2)에 지지된 상태로 반응용기(20) 상부에 설치된 레일(1)을 따라 이동하는 전동식 호이스트(3)에 연결된다. 호이스트(3)에 의해 투입호퍼(10)의 승강 및 이동이 가능하여 유기성 폐기물이나 담체와 같은 반응첨가물을 반응용기(20)로 쉽게 투입할 수 있도록 한 것이다. 본 발명의 일실시예에서는 투입수단으로 이동식 투입호퍼(10)은 유기성 폐기물이나 반응첨가물을 저장위치로부터 반응용기로 컨베이어를 이용해 이송하는 자동공급방식을 사용할 수 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 반응용기(20)는 양단이 개방된 원통형의 몸체부(11)와 몸체부(11) 양단의 폐쇄를 위해 몸체부(11) 양단에 각각 결합된 반구형의 캡부(12,13)를 구비한다. 몸체부(11)의 상부에는 내부로 유기성 폐기물과 반응첨가물을 투입하기 위한 투입구(14)가 형성되고, 투입구(14)에는 투입구(14)를 밀봉할 수 있는 투입 덮개가 설치된다. 그리고 한쪽 캡부(12)의 하측에는 반응용기(20) 내부에서 처리가 완료된 처리물의 배출을 위한 배출구(17)가 형성되고, 배출구(17)에는 배출구(17)를 밀봉할 수 있는 배출 덮개가 설치된다. 이러한 반응용기(20)에서 처리하는 유기성 폐기물은 가축분산물, 슬러지케익, 탈리액, 가축사체 또는 음식물쓰레기일 수 있다. 반응용기(20)의 몸체부(11) 상측에는 반응용기(20) 내부에서 발생하는 반응가스가 배출되는 가스배출구(9)가 마련되고, 가스배출구(9)에는 반응가스를 액비제조기(50)로 안내하는 배관(6)이 연결된다.

또한 반응용기(20)에는 내부압력을 감지하는 압력게이지(8), 내부온도를 감지하는 온도게이지(15), 반응용기(20)의 내부압력이 설정한 안전압력(3㎏/㎠) 이상으로 상승할 때 내부가스를 외부로 자동 방출시키기 위한 안전밸브(4)가 설치된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 교반부(23)는 반응용기(20) 내측 중심부를 횡으로 관통하며 양단이 양측 캡부(12,13)의 중심에 회전할 수 있게 지지된 회전축(21), 이 회전축(21)에 설치된 교반날개(23), 반응용기(20)의 외측에 설치되어 회전축(21)을 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 구동모터(16)를 포함한다.

구동모터(16)와 회전축(21)은 벨트(25)와 풀리(24)에 의해 동력전달 가능하게 연결된다. 교반날개(22)는 소정의 폭을 구비하며 반응용기(20) 내면과 근접하도록 회전축(21) 주위에 나선형(26)으로 연장되고, 회전축(21)으로부터 방사형으로 연장된 복수의 지지부재(27)에 의해 지지된다.

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또한 도 2과 도 3에 도시한 바와 같이, 반응용기(20)의 내면 쪽에 위치하는 내용물이 교반부(23)의 교반날개(22)에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하면서 고르게 교반된다. 반응용기(20) 내면에 구비된 교반부(23)의 교반날개(22)가 반응용기(20) 안에 있는 내용물을 교반하면서 유기성 폐기물리 분해된다. 분해된 최종물질이 배출구(17)로 배출된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 예열장치(30)는 반응용기(20)의 하측과 측방 외면에 설치된 온수를 순환시키는 온수보일러(31)를 포함한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 온수보일러(31)는 반응용기(20) 측방의 베이스프레임(40) 위에 설치되고, 온수보일러(31)는 배관(32)을 통해 연결된다. 온수보일러(31)에 의해 가열된 온수를 순환하도록 함으로써 반응용기(20)가 가열될 수 있게 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 반응용기(20)를 지지하는 용기프레임(43)과 베이스프레임(40) 사이에는 반응용기(20)에 채워지는 내용물의 무게를 감지할 수 있도록 복수의 중량센서(42)가 설치된다. 이들 중량센서(42)에 의해 검출되는 정보는 사용자 확인할 수 있도록 제어패널(미도시)의 디스플레이부를 통해 표시함으로써 내용물의 과도한 투입을 방지하는데 기여할 수 있다.

도 1에 도시된, 상기 공기 공급부(4)는 반응용기(20) 내부로 외부 공기를 유입시켜 공급한다. 공기 공급부(4)는 응축기와 증발기를 순차적으로 통과시켜 반응용기(20) 내로 공기를 공급한다.

공기 공급부(4)는 본체의 내부에 위치되어 반응용기(20)의 내부로 공기를 공급하는 공기 공급관부재, 상기 공기 공급관부재로 외부 공기를 공급하는 공기 공급용 송풍팬(5)을 포함한다.

또한, 공기 공급부(4)는 상기 공기 공급용 송풍팬(5)의 입구 측에 위치된다.

반응용기(20)내로 공급된 외부 공기는 건조된 차가운 공기로 대류 현상에 의해 아래로 이동하게 되어 교반기(23)의 하부층에 위치되어 미생물에 의해 발효되고 있는 유기성 폐기물 내로 더 빠르고 신속하게 공급된다.

또한, 반응용기(20) 내에서는 유기성 폐기물에서 수증기, 이산화탄소(CO2) 등의 발효가스가 발생한다. 외부 공기는 반응용기(20) 내로 건조되고 차가운 상태로 공급되어 반응용기(20) 내 발효가스 내에 포함된 발효가스의 건조 효율을 높이고, 발효가스 내에서 수증기가 증가하는 것을 방지한다.

발효가스는 예열장치(30)에 의해 가열되는 반응용기(20) 내에서 미생물이 유기성 폐기물을 분해하는 과정에서 생기는 호흡으로 생성되는 가스로 고온 다습한 가스이고, 발효가스 대비 건조하고 차가운 외부 공기가 반응용기(20) 내로 유입됨으로써 고온 다습한 공기가 유입되는 경우와 비교하여 오히려 더 발효가스의 건조 효율이 증대됨과 아울러 발효가스 내 수증기가 증가하지 않으므로 추후 가스 배출부(9)에서 탈취를 위한 가열할 때 가열 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

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도 1에 도시된 배출되는 반응가스를 응축시켜 액체비료를 만드는 액비제조기(50)는 원통형의 사이클론 응축용기(51)와, 응축용기(51)의 하단을 지지하는 형태로 응축용기(51)의 하부에 설치되며 내부에 냉각액이 채워진 액체용기(55)와, 액체용기(55)의 냉각액을 상승시켜 응축용기(51) 안쪽 상부공간으로 분사하는 냉각액 분사장치(70)를 포함한다.

응축용기(51)는 하단이 개방되고 하측 측면에 반응가스의 유입구(54)가 마련되고 상측에 잔여가스의 배출구(52)가 마련된다. 또 내부로 유입되는 반응가스의 선회를 유도하도록 유입구(54)가 그 측면의 편심 위치에 마련된다.

응축용기(51)의 유입구(54)에는 반응용기(20)로부터 배출된 반응가스가 유입될 수 있도록 반응용기(20)의 가스 배출구(9)로부터 연장된 배관(6)이 연결된다. 상기 배관(6)은 반응가스의 토출압력에 의한 진동과 충격을 줄일 수 있도록 굴절된 형태로 연결하는 것이 좋다.

액체용기(55)는 응축용기(51)로부터 하측으로 흘러내리는 액체가 그 내부로 유입될 수 있도록 응축용기(51)의 하단과 연결되는 부분(상면)이 응축용기(51)와 연통된다. 냉각액 분사장치(70)는 냉각액을 흡입하여 송출하는 펌프(71)와 액체용기(55) 내부로 진입하여 설치되며 펌프의 흡입구와 연결된 흡입관(71)과 펌프의 토출구와 연결되며 상부가 응축용기(51) 내부로 진입한 토출관(53)과, 응축용기(51) 내부의 토출관(53) 단부에 설치된 분사노즐을 포함한다.

<실시예 1>

본 발명의 일시예에 따른 유기성 폐기물 처리장치는 유기성 폐기물과 반응첨가물이 투입되는 투입구(14), 처리물이 배출되는 배출구(17), 내부에 유기성 폐기물이 저장되고, 저장된 유기성 폐기물을 미생물에 의해 분해시켜 처리하는 반응용기(20)와; 상기 반응용기(20)의 내용물을 교반시키는 교반부(23)와; 상기 반응용기(20) 내로 외부 공기를 공급하는 공기 공급부(4) 및 상기 반응용기(20) 내의 발효 가스를 배출하기 위한 가스 배출부(9)를 포함하며, 상기 공기 공급부(4)는 외부 공기를 응축기와 증발기를 순차적으로 통과시켜 건조되고 냉각된 공기를 상기 반응용기(20) 내로 공급한다.

상기 공기 공급부(4)는 상기 반응용기(20)의 내부로 공기를 공급하는 공기 공급관과, 상기 공기 공급관부재로 외부 공기를 공급하는 공기 공급용 송풍팬(5)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 교반부(23)는 몸체부(11)에 구비되는 구동모터(16), 상기 구동모터(16)와 회전가능하게 결합하며. 상기 수용공간부 내에 길이방향으로 적어도 하나 이상 구비되는 회전축(21) 및 상기 회전축(21) 외면에 방사형태로 다수 구비되는 교반날개(22)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

반응용기(20) 내면에 구비된 교반부(23)의 교반날개(22)가 반응용기(20) 안에 있는 내용물을 교반하면서 유기성 폐기물리 분해된다. 분해된 최종물질이 배출구(17)로 자동으로 배출된다.

<실시예 2> 미생물 균주 기탁

본 출원인은 본 발명의 실시예에 적용되는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 균주를 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures, KCTC)에 2023년 1월 27일자로 기탁하였다. 기탁번호는 KCTC 15303BP를 부여받았다.

바실러스 속 미생물로 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)는 통상 호기성 미생물이다. 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 미생물은 단백질의 효율적 분해, 효소생성 및 발효온도를 상승시키는 효과가 있다.

<실시예 3> 담체 제조 및 미생물 배양체 접종

배양장에서 기탁한 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 접종하여 배양기 내부 온도 50℃에서 48시간 배양한다.

담체는 톱밥, 왕겨 및 대나무로 구성된다. 담체는 총부피기준으로 톱밥 60 부피%, 왕겨 20 부피%, 대나무 20 부피%을 혼합한다. 위와 같이 조성된 담체에 미생물 소멸균 10%를 흡착시킨다. 본 발명의 일시예에서 폐기물: 조성물은 1:1 이다.

<실시예 4> 유기성 폐기물 처리방법

본 발명에 따른 유기성 폐기물 처리방법은 먼저 미생물이 살아갈 수 있는 담체를 제조하고, 단백질, 섬유소, 지질 등을 분해하는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물 배양체를 접종한 다음 실시예 1에 따른 유기성 폐기물 처리장치 반응용기(20)에 유기성 폐기물을 투입하여 교반기(23)로 교반하고 발효처리하는 과정으로 이루어진다.

도 4는 유기성 폐기물 처리방법을 설명하는 흐름도이다.

본 발명의 유기성 폐기물 처리방법은 다음과 같은 공정으로 진행된다.

(1) 1단계: 배양장에서 기탁한 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 접종하여 배양기 내부 온도 50℃ 내에서 48시간 액체 배양한다. 상기 액체 배양액은 미생물 소멸균, 지방질 분해균 및 무기질 분해균로 이루어진다.

(2) 2단계: 담체에 배양액을 첨가하여 온도 50℃로 48시간 교반한다.

담체는 통밥, 왕겨, 및 대나무 조각으로 구성된다. 상기 담체는 총부피기준으로 톱밥 60 부피%, 왕겨 20 부피%, 대나무 20 부피%을 혼합하고; 물은 50 부피%을 담체, 배양액에 추가로 혼합하여 내부온도 50℃ 유지된 상태에서 48시간 교반하고 흡착시킨다.

상기 대나무 조각은 반응용기 내에서 교반기가 회전할 때, 다수개의 대나무 조각들이 교반기 교반날개에 붙어서 함께 회전하면서 교반을 도와 공극을 빠르게 확보하는 효과가 있다. 대나무 조각의 크기는 가로 5~10㎝, 세로 10~15㎝이다.

(3) 3단계: 반응용기에 미생물 균주 및 담체를 투입한다.

미생물 균주는 일명 미생물 소멸균으로 담체 부피기준 10 부피%이다.

(4) 4단계: 반응용기 내 교반기로 50℃ 온도에서 교반한다.

공기 공급부(4)는 반응용기(20)의 내부로 공기를 공급한다.

가스 배출부(9)는 반응용기(20) 내의 발효가스를 배출시킨다.

유기성 폐기물의 주요 악취 유발물질은 암모니아와 황화수소이다.

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(5) 5단계: 반응용기에서 24시간 내 유기물을 분해한다.

(6) 6단계: 반응용기에서 분해된 최종물질이 배출된다.

상기 배출되는 최종물질은 물(H2O)과 퇴비를 배출한다.

배출되는 물질 중은 물이 91~ 95%이고, 퇴비가 5~9%이다.

상기 퇴비는 유기물 퇴비 3.4 ~7.4%, 무기물 1.6%다.

본 발명의 미생물 균주를 이용한 유기성 폐기물 처리 방법의 효과는 처리시간 24시간 이내, 유기성 폐기물 소멸률은 95~98%, 중금속 배출은 기준치 이하이다. 또한 악취를 분해하고, 미생물 대사작용으로 발생된 수증기를 응축시켜 맑은 응축수가 배출된다. 배출가스는 악취가 없고, 응축수는 하수처리 가능한 맑은 물이다. C/N 비율은 50이하고, 임의조정이 가능하다.

본 발명의 일시예에 따른 미생물군은 폐기물과 조성물의 비율 1:1의 혁신적인 축소와 함께 24시간 내 부숙완료 및 소멸화를 이루어 낸 것이 기술적인 특징이다. 24시간 이내 소멸처리된 잔재물은 소량의 회분 및 미네랄 등이 잔재하며 전날과 같은 부피상태 및 초기화된다. 따라서 매일 같이 폐기물을 투입하여도 다시 분해되어 전체 부피의 증가가 거의 없이 항상 일정량의 수준을 유지한다.

<실험예 1> 슬러지 5톤 처리

본 발명의 유기성 폐기물 처리장치에 부경양돈농협(주소: 경남 김해시 김해대로 2355번길 34)(이하, "부경양돈" 이라 한다) 도축공장에서 수집한 슬러지(폐기물) 5톤을 투입하고, 22시간이 지난 후 슬러지 처리 결과 맑은 응축수가 배출 되었다. 발생하는 유기성 폐기물은 불순물이 없고 무기물 함량이 낮아 완벽소멸로 잔재물은 없었다. 처리과정은 반응용기에 폐기물 투입, 미생물 균주 대 폐기물 비율은 1:1이고, 4시간 이내에 폐기물이 물(H2O)로 분해된다. 미생물이 배출한 가수분해효소 작용으로 맑은 응축수가 배출된다. 온도 50℃ 또는 70℃에서 미생물 대사 작용으로 수증기 발생하고, 수증기는 응축기를 통과하여 응축수만 배출된다.
상기 응축수는 하수처리 가능한 깨끗한 물이다. 또한 24시간 95~98% 이상 감량 및 부숙이 완료된다.

<실험예 2> 슬러지 케익 2,500㎏ + 탈리액 2,500㎏ 처리

본 발명의 유기성 폐기물 처리장치에 부경양돈 도축공장에서 수집한 슬러지 케익 2,500㎏과 탈리액 2,500㎏을 투입하고, 23시간이 지난 후 슬러지 및 탈리액 처리 결과 맑은 응축수가 배출되었다. 발생하는 유기성 폐기물은 불순물이 없고 무기물 함량이 낮아 완벽소멸로 잔재물은 없었다.

<실험예 3> 도축부산물 5톤 처리

본 발명의 유기성 폐기물 처리장치에 부경양돈 도축공장에서 수집한 도축부산물 5톤 투입하고, 22시간이 지난 후 도축부산물 처리 결과 맑은 응축수가 배출되었다. 발생하는 유기성 폐기물은 불순물이 없고 무기물 함량이 낮아 완벽소멸로 잔재물은 없었다.

<실험예 4> 탈리액 5톤 처리

본 발명의 유기성 폐기물 처리장치에 부경양돈 도축공장에서 수집한 탈리액 5톤 투입, 23시간 30분이 지난 후 탈리액 처리 결과 맑은 응축수가 배출되었다. 발생하는 유기성 폐기물은 불순물이 없고 무기물 함량이 낮아 완벽소멸로 잔재물은 없었다.

<실험예 5> 도축부산물 2,500㎏ + 탈리액 2,500㎏ 처리

본 발명의 유기성 폐기물 처리장치에 부경양돈 도축공장에서 수집한 도축부산물 2,500㎏과 탈리액 2,500㎏을 투입, 24시간 지난 후 도축부산물과 탈리액 처리 결과 맑은 응축수가 배출되었다. 발생하는 유기성 폐기물은 불순물이 없고 무기물 함량이 낮아 완벽소멸로 잔재물은 없었다.

실험예 1 내지 5에서 본 발명의 유기성 폐기물 처리장치의 반응용기에 폐기물 투입하고, 미생물 균주 대 폐기물 비율은 1:1이고, 4시간 이내에 폐기물이 물(H2O)로 분해되었다. 미생물이 배출한 가수분해효소 작용으로 응축수가 배출된다. 응축수는 하수처리 가능한 맑은 물이다. 온도 50℃ 또는 70℃에서 미생물 대사 작용으로 수증기 발생하고 수증기는 배출된다. 수냉각 장치를 통과하여 응축수만 배출된다. 24시간 95~98% 이상 감량 및 부숙이 완료된다.

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<실험예 5> 도축부산물 3.6톤 + 돈사체 1톤 처리

부경양돈 도축공장에 설치한 본 발명의 유기성 폐기물 처리장치 반응용기에 도축부산물 3.6톤을 투입하고, 이어서 돈사체 1톤 반응용기에 투입한 후 2시간 후 맑은 응축수가 배출되었고, 24시간 부숙완료 하였다.

<실험예 6> 슬러지 5. 5톤 처리

부경양돈 도축공장에 설치한 본 발명의 유기성 폐기물 처리장치 반응용기에 슬러지 5.5톤을 투입한 후 2시간 후 맑은 응축수가 배출되었고, 24시간 부숙완료 하였다.

<실험예 7> 슬러지 케익 4. 5톤 처리

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부경양돈 도축공장에 설치한 본 발명의 유기성 폐기물 처리장치 반응용기에 슬러지 케익 4.5톤을 투입한 후 2시간 후 맑은 응축수가 배출되었고, 24시간 부숙완료 하였다. 상기 실험예 5 내지 7에서 얻은 실험결과, 반응용기 내에서 담체를 교반하여 유기성 폐기물의 분해가 이루어지고 함수율이 대략 35% 미만으로 매우 낮아지면서 내용물이 미생물 대사 작용으로 발생한 수증기를 응축시켜 맑은 응축수로 변한다는 사실을 확인하였다. 특히 이러한 공정을 10~15분 유지하면, 처리된 내용물에서 악취가 제거되고 기생충과 병원균이 거의 사멸되었다.

처리시간 24시간 이내 부숙을 완료하였다. 유기성 폐기물 소멸률은 95~98%, 중금속 배출은 기준치 이하였다. 또한 악취를 분해하고, 미생물 대사 작용으로 발생한 수증기를 응축시켜 맑은 응축수를 배출하였다. 배출가스는 악취가 없고, 상기 응축수는 하수처리 가능한 맑은 물이다.

<시험예 8> 잔재물 시험

상기 실험예 5 내지 7에서 잔재물은 24시간 이내에 소멸처리된다. 즉 24시간 내 부숙완료 된다.
다음 [표 1]에서 알 수 있듯이, 불완전 위험 0%, 부숙도 평가 100%로 부숙완료임을 알 수 있다. 함수율은 22/09%이고, PH는 6.1로 양호하다.

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중금속 비소(As), 수은(Hg) 및 카드늄(Cd)은 검출되지 않았다.

본 발명은 처리조 내로 산소를 유입시켜 대류 현상으로 공기가 유기성 폐기물 내로 더 원활하게 공급될 수 있도록 함으로써 유기성 폐기물의 처리 효율을 더 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은 처리조 내에서 배출되는 발효 가스를 증발기와 응축기를 순차적으로 통과시켜 1차 가열함으로써 탈취 효과를 향상 시키고, 폐열 이용 시 효율을 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 적용되는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물은 무악취, 무유해성분, 저염분, 저유지방 및 저암모늄의 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적이며 한정적인 것이 아닌 것이다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등 개념으로부터 도출되는 설계변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물 균주와 담체를 이용하고, 처리시간은 24시간 이내고, 소멸률은 95% 내지 98% 이고, 미생물 대사작용으로 발생된 수증기를 응축시켜 맑은 응축수를 배출하는 효과가 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.

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4: 공기 공급부 5: 송풍팬
6: 배관 9: 가스배출구
10: 투입호퍼 11: 몸체부
16: 구동모터 17: 배출구
20: 반응용기 21: 회전축
22: 교반날개 23: 교반부
27: 지지부재 30: 예열장치
31: 온수보일러 40: 베이스 프레임
42: 중량센서 43: 용기프레임
50: 액비제조기 51: 응축용기
55: 액체용기 70: 냉각액 분사장치

Claims (6)

1. 유기성 폐기물과 반응첨가물이 투입되는 투입구(14), 처리물이 배출되는 배출구(17), 내부에 상기 유기성 폐기물이 저장되고, 저장된 상기 유기성 폐기물을 미생물에 의해 분해시켜 처리하는 반응용기(20)와;
   상기 반응용기(20)의 내용물을 교반시키는 교반부(23)와;
   상기 반응용기(20) 내로 외부 공기를 공급하는 공기공급부(4) 및 상기 반응용기(20) 내의 발효 가스를 배출하기 위한 가스 배출부(9)를 포함하며;
   상기 공기공급부(4)는 외부 공기를 응축기와 증발기를 순차적으로 통과시켜 건조되고 냉각된 공기를 상기 반응용기(20) 내로 공급하며;
   상기 공기공급부(4)는 상기 반응용기(20)의 내부로 공기를 공급하는 공기 공급관과, 상기 공기 공급관으로 외부 공기를 공급하는 공기 공급용 송풍팬(5)을 포함하며; 상기 교반부(23)는 몸체부(11)에 구비되는 구동모터(16), 상기 구동모터(16)와 회전가능하게 결합하여 수용공간부 내에 길이방향으로 적어도 하나 이상 구비되는 회전축(21) 및 상기 회전축(21) 외면에 방사형태로 다수 구비되는 교반날개(22)를 포함하며;
   상기 반응용기(20) 내면에 구비된 상기 교반부(23)의 상기 교반날개(22)가 상기 반응용기(20) 안에 있는 상기 내용물을 교반하면서 상기 유기성 폐기물로 분해하고 상기 분해된 최종물질이 배출구(17)로 배출되는 유기성 폐기물 처리방법에 있어서,
   배양장에서 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KCTC 15303BP 미생물을 접종하여 배양기 내부 온도 50℃ 내에서 48시간 액체 배양하는 단계;
   담체에 배양액을 첨가하여 온도 50℃로 48시간 교반하는 단계,;
   반응용기에 미생물 균주 및 상기 담체를 투입하는 단계;
   상기 반응용기 내 교반기로 50℃ 온도에서 교반하는 단계;
   상기 반응용기에서 유기성 폐기물을 투입하여 분해하는 단계 및
   분해된 최종물질을 배출하는 단계를 포함하되,
   상기 담체는 톱밥, 왕겨 및 대나무 조각으로 구성되고, 상기 담체는 총부피기준으로 상기 톱밥 60 부피%, 상기 왕겨 20 부피% 및 상기 대나무 조각 20 부피%로 이루어지며; 상기 대나무 조각의 크기는 가로 5~10㎝, 세로 10~15㎝이며;
   상기 대나무 조각은 반응용기 내에서 교반기가 회전할 때, 다수개의 상기 대나무 조각들이 상기 교반기 교반날개에 붙어서 함께 회전하면서 교반을 도와 공극을 빠르게 확보하고;
   상기 반응용기에서 상기 유기성 폐기물을 투입하여 분해하는 단계에서 처리시간은 24시간을 수행하고, PH는 6~7, 소멸률은 95~98%이며;
   상기 최종물질을 배출하는 단계에서 상기 최종물질은 물이 91~95%이고, 퇴비가 5~9%이고, 상기 퇴비는 유기물 퇴비 3.4 ~7.4%, 무기물 1.6%인 것을 특징으로 하는 담체를 이용한 유기성 폐기물 처리방법.
   
   
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