KR19990052626A - 음식물쓰레기, 하수슬러지 유기성폐기물의 콤포스트 쓰레기매립 장 복토제 제조방법과 흙 대용 복토제 - Google Patents

Abstract

1.본 발명에 속한 기술분야

(1) 쓰레기매립장에 유입되는 음식물쓰레기 하수슬러지 피혁슬러지 식품슬러지오니 등 함수율이 높은 유기성폐기물의 감량화 재활용 기술개발

(2) 쓰레기매립장으로 유입되는 폐목재류 (건축폐재, 목재폐가구, 가로수절지목, 낙엽, 목공폐재 등) 의 감량화 재활용 기술개발

(3) 쓰레기매립장으로 유입되는 Fly ash(쓰레기소각장 소각잔재, 발전소석탄재,오니 슬러지 소각잔재) 의 재활용 기술개발

(4) 쓰레기매립장에 다량 필요한 복토제의 조달 및 쓰레기매립장의 확보의 어려움 해결

2. 본 발명이 해결하려고 하는 기술적인 과제

수분의 함량이 높은 음식물쓰레기, 하수슬러지, 피혁슬러지, 식품 음료 주류 공장에서 발생하는 유기성폐기물은 악취와 해충의 발생 유해병원균 등 2차 공해문제와 침출수로 인한 토양 지하수 오염 등 심각한 사회문제로 대두되었고, 정부의 관리대상 폐기물로 1999년도부터는 쓰레기매립장에 반입이 금지될 계획이나 감량화 등 기술개발이 되지 않았다.

소각방법으로 처리할 때에 시설비와 처리비용이 고액으로 소요되며 다이옥신 발생에 문제점이 지적되고 있다.일부 유기성폐기물은 미생물에 의한 발효공법으로 처리하는 기술이 개발되었으나 유해성중금속과 염류문제로 토양파 농작물에 피해로 인하여 실용화에 문제점으로 지적되고 있다.

쓰레기매립장에는 쓰레기량에 비례하여 복토제가 다량 필요하나 수도권매립지에는 흙을 조달하기에 어려움이 많아 매립장운영에 문제가 많다.

3.본 발명의 해결방법 및 중요한 용도

본 발명은 쓰레기매립장에 유입되는 수분이 많이 함유한 유기성폐기물을 폐목재류를 분쇄한 목분과 Wood chip을 Fly ash와 혼합하여 팽화제로 하여 탄질율과 수분들 조절하고, 호기성미생물로 고온으로 발효 건조로 일반 토양과 같은 물리성으로 제조하여 흙과 혼합하여 복토제로 사용하는 방법.

유기성폐기물의 2차 공해를 줄이며, 쓰레기매립장에 매립하는 쓰레기수량을 줄이며, 복토제 조달의 어려움을 해결하고, 콤포스트는 다량의 미생물을 함유하여 일반 토양과 콤포스트를 혼합하여 복토제로 사용함으로 유해성중금속과 염분문제가 해결되며, 미생물에 의한 유기성쓰레기의 부숙촉진 감량화, 안정화에 기여하며, 매립장의 사용 기간을 연장하여 쓰레기 매립비용을 절감하며, 환경과 국토보전에 기여하는 자원의 절감과 환경 친화적인 유익한 발명이다.

Description

[발명의 명칭]

음식물 쓰레기, 하수슬러지, 유기성폐기물의 콤포스트 쓰레기매립장 복토제 제조 방법과 흙 대용 복토제

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

(1) 음식물쓰레기, 하수슬러지 발생과 그 처리

우리나라 쓰레기 발생의 특성은 음식물, 종이, 나무, 하수슬러지 등과 같은 유기성 폐기물의 증가와 플라스틱의 급격한 팽창을 특징으로 한다.

종이류와 플라스틱류는 50 ∼ 60% 이상 재활용하고 있지만 음식물쓰레기와 하수 슬러지는 대부분을 매립으로 처리하고 있는 실정이다.

음식물쓰레기와 하수슬러지는 수분을 다량 함유하고 있어 부패로 인한 악취를 발생 하고, 썩은 물을 내어 보관과 운반에 어려움이 많다.

전국 500여 쓰레기매립장에 악취와 침출수를 발생하여 지하수 오염, 기생충, 유해 병원균 등 문제를 일으키는 주범이 되어, 이들 음식물쓰레기와 하수슬러지의 처리는 심각한 사회적인 문제로 대두되었고, 정부의 관리 대상 쓰레기로 중요한 정책과제로 떠오르게 되었다.

국내 음식물쓰레기와 하수슬러지의 발생량을 살펴보면 생활쓰레기 발생량 1일 47774톤 중에서 음식물쓰레기는 15075톤으로 31.6%를 점유하고 있다.

하수슬러지는 1일간 약 3300톤에 달하며 전국적으로 하수종말처리장을 증설하고 있어 2001년도에 8950톤에 이르고, 2011년도에는 10020톤에 이를 것으로 추정하고 있다.

이들 쓰레기의 처리방법을 살펴보면 95년도 현재 음식물쓰레기 발생량의 95.4%가 매립으로 처리되고, 하수슬러지는 소각처리, 해양투지, 퇴비화로 처리되는 12%를 제외하고, 88%가 매립으로 처리되고 있다.정부에서는 쓰레기매립지의 악취, 침출수, 기생충, 유해병원균 등 2차공해 문제가 심각하여 1999년도 이후 쓰레기매립장에 반입이 금지되기에 이르렀으나 그에 따른 다른 대책이 없는 것으로 알려지고 있다.

이들 폐기물은 매립방법 이외에 소각처리, 비료화, 사료화 방법이 있으나 소각처리시 소각로 설치비용과 연료비 등 운영비의 과다소요와 다이옥신이 발생되며, 비료화시에는 유해 중금속과 토양에 염류집적으로 인해 토양과 농작물에 문제점이 지적되고 있어 사용이 제한되어 갈 곳이 없다.

음식물쓰레기는 대부분이 아파트단지나 독립주택 상가 소형식당에서 채소류, 생선류, 각종 주방쓰레기가 혼합되어 배출되며 운반 보관 중에 변질로 인하여 사료화가 어렵고, 감량화를 위한 퇴비화로 처리되는 방법이 개발되어 있으나 계속 사용시에 염분집적 문제를 해결하지 못하고 있다.

하수슬러지의 처리방법에는 세계적으로 탈수, 소각, 소화, 고형화, 해양투기, 퇴비화 (지렁이 먹이) 등 방법 등이 있으나 처리 후에 2차공해를 피할 수가 없고, 막대한 처리 비용이 소요되는 문제점이 지적되고 있다.

하수슬러지의 퇴비화에는 염분, 중금속의 집적과 독성원소로 토양오염, 농작물의 피해, 인체에 유해 등으로 농림부의 부산물비료 (퇴비) 공정규격상 규제를 받으며 농작물에 사용이 제한되고 있다.

이들 유기성폐기물의 감량화, 퇴비화는 호기성미생물에 의하여 유기물을 분해하는 생물학적인 공정으로는 인위적인 조작 및 첨가량이 상대적으로 적고 분해과정에서 오염물질을 배출하지 않기 때문에 매립, 소각처리시에 발생하는 침출수나 악취, 치명적인 다이옥신에 의한 피해 등 다른 공정에 비하여 경제적인 측면과 2차 환경오염의 측면에서 우월한 방법이다.

유기성폐기물의 퇴비화에는 호기성미생물의 성장과 분해를 위하여 수분과 산소, 유기질, 영양소, 온도를 필요로 한다.

쓰레기매립장에 유입되는 유기성폐기물(음식물쓰레기, 식료품제조업 유통업 판매업에서 발생하는 동,식물성 잔재물, 음료품제조업 잔재물) 에는 수분기질 영양소를 골고루 갖추고 있으나 발효에 적합한 수분의 함량 (60 ∼ 70%) 과 공기의 공급을 위한 적절한 공극을 확보해 주는 톱밥, 목재칩 (Wood chip) 팽화제 (수분조절제, Bulking agent) 가 다량 필요하다.

(2)폐목재 쓰레기, Fly ash의 발생과 그 처리

쓰레기매립땅에 유입되는 폐목재류는 건축폐재, 목재가구류, 가로수 절지목 낙엽, 목공소 폐목재류이며, 전체 생활쓰레기량의 약 5 ∼ 7 % 를 점유하고 있는 유기성 폐자원이며, 폐목재를 분쇄하여 목재칩 (Wood chip) 목분을 만들어 수분조절제 (팽화제) 로 사용할 수 있다.

특히 수분의 함량이 높은 음식물쓰레기 하수슬러지의 콤포스팅시에 수분 조절과 탄소 대 질소비(C/N) 를 조절하는 유효한 자원이 된다.

쓰레기 소각장 소각잔재, 화력발전소 석탄재, 유기성폐기물 및 폐수처리오니 소각재 Fly ash는 96년도 1년간 약 350만톤에 달하며 2005년도에는 570만톤으로 2010년도에는 약 610만톤에 이를 것으로 추정하고 있다.

Fly ash는 평균직경 0.02mm 크기의 함수율 0%의 규산질 다공체로서 흡수력이 높고, 유해 중금속의 함량이 적어 다른 유기성 폐기물과 콤포스팅 안정화하는 수분조절제(Bulking agent) 로 적합한 물성을 가지고 있다.

(3) 쓰레기매립장의 복토제의 필요성

쓰레기매립장에 각종 쓰레기를 매립할 때에는 유기성폐기물의 안정화와 부숙을 도모하기 위하여 복토작업을 규칙적으로 실시하며, 매립 쓰레기 수량에 비례하여 다량의 복조제를 필요로 한다.

수도권 쓰레기매립장에 1년간 필요로 하는 복토제는 약 600만m²가 소요되나 수도권에서 확보할 수 있는 수량은 절반에도 미치지 못하여 절대량이 부족한 현실이며 흙을 확보하기 위한 비상대책을 세우고 추진하고 있으나 채취할 장소가 없으며, 자연경관과 환경파괴로 채취허가의 곤란으로 복토제 확보와 채취 운반에 과다한 비용이 소요된다.

(4) 본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제

쓰레기매립장에 유입되는 함수율 80 ∼ 95%의 응식물 쓰레기 하수슬러지 각종 유기성폐기물을 처리함에 있어 건축폐재, 목재가구폐재, 가로수절지목 목가공 공장 폐목재 등을 분쇄하여 우드칩 또는 목분으로 만들어 Fly ash와 혼합 수분 조절제(팽화제) 로 사용하여 초기 함수율 60 ∼ 70% 로 조절하고, 호기성미생물로 콤포스팅 함수율 30 ~ 40%로 운반 및 취급에 편리한 물리성으로 개량하여 흙과 혼합 복토제로 사용하는 방법이다.

콤포스팅 과정 중 하수슬러지와 음식물쓰레기의 수분이 증발하고, 유기물이 호기성 미생물에 의하여 분해와 합성으로 안정화되어 자연적인 토양과 같은 성질로 물리성이 변화 개량되어, 흙과 혼합하여 복토제로 사용할 시에 농경지에 우려되는 유해성 중금속과 염류집적의 문제가 해소되며, 침출수에 의한 토양과 지하수의 오염에 우려가 없이 사용할 수 있다.

[본 발명의 효과]

쓰레기매립장의 복토제는 유기성쓰레기의 부숙을 돕고, 안정화에 절대적인 도움이 되는데 일반 흙에는 1g당 토양미생물이 5 ∼ 600만마리 정도 함유되어 있으나, 콤포스트에는 호기성미생물의 발효로 1g당 1억 ∼ 1억 2천만마리 함유되어 있어서, 일반 흙과 혼합하여 사용시에 유기성쓰레기의 부숙촉진 감량화와 안정화에 획기적으로 기여하게 된다.

쓰레기매립장에 유입되는 음식물쓰레기, 하수슬러지 등 폐기물과 폐목재류, Fly ash를 재활용하여 쓰레기 매립수량을 원천적으로 줄이고, 쓰레기를 콤포스트 흙과 혼합하여 복토제로 사용하면 흙을 절감하며, 토양미생물이 보충되어 매립장 폐기물의 부숙을 촉진하여 쓰레기매립장의 사용기간을 연장하며, 환경과 국토보전에 기여함은 물론 복토제 조달의 어려움을 해결하고, 쓰레기 매립비용을 절감하는 환경친화적인 유익한 발명이다.

[발명의 구성 및 작용]

음식물쓰레기, 하수슬러지, 피혁슬러지, 공정폐수 슬러지 등 염류와 유해성분 증금속의 함량이 높은 유기성폐기물과 폐목재류쓰레기 (건축폐재, 폐목가구, 가로수절지목, 목공소 폐지 등) 를 분쇄한 톱밥 목재칩과 Fly ash (화력발전소 석탄재, 공정오니 슬러지 소각재, 쓰레기 소각재 등) 를 수분조절제로 하여 콤포스팅 퇴비화하여 복토제로 사용하는 본 발명의 제조공정을 도 1공정도에 의거하여 상세히 설명한다.

함수율 80 ~ 90%의 음식물쓰레기와 하수슬러지, 피혁슬러지, 공정오니 등 유기성폐기물을 호기성 발효에 적합한 초기 함수율 60 ∼ 70%로 조절하고, 통기성, 탄질율 (C / N) 을 조절하기 위하여 Fly ash와 목분 Wood chip을 혼합 교반하여 통풍식발효조 또는 교반식발효조에 투입하고, 공기를 주입하면서 호기성미생물에 의하여 70 ∼ 85℃의 고온으로 콤포시팅 발효 기간을 2 ∼ 3주간으로 단축하는 방법이다.

고온 발효기간 중 병원균이나 기생충란 잡초씨가 살멸되며, 유해성 유기물이 호기성 미생물에 의하여 산화와 합성 등 생화학적인 반응을 통하여 유해물질을 CO₂, H₂O 등으로 분해 증발시키며, 함수율 30 ∼ 40%의 호기성미생물이 다량 함유하고, 일반 토양과 같은 물리성으로 제조하여 흙대용 복토제로 사용하는 방법을 특징으로 한다.

각 공정별로 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

(제 1공정 : 수분조절제의 제조 보관)

유기성 폐기물의 통기성, 함수율을 조절하기 위한 팽화제 (수분조절제) 로 목분 (톱밥, 대패 밥, 수피분, 와겨, Wood chip) 5 ~ 30중량%와 Fly ash 분말이나 과립상 입상 Fly ash 분말이나 과립상 입상 Fly ash 70 ~ 95중량%를 혼합하여 팽화제를 만들어 싸일로(탱크) 에 보관한다.

쓰레기매립장에 유입되는 Fly ash (발전소 석탄재, 쓰레기 소각로 소각잔재, 슬러지 소각재) 를 별도로 수집하여 Fly ash 60 ∼ 70중량%와 아미노산 폐액 또는 식품 제조공장 (주류, 음료, 제빵) 공정오니 슬러지 30 ~ 40중량%를 바인다로 이용하여 과립 입상으로 제조하고 건조한다.

쓰레기매립장에 유입되는 폐목재쓰레기(건축폐재, 목재폐가구, 가로수절지목, 목가공폐재 등 폐목재류) 를 수집하여 Chipper로 Wood chip을 제조하고 이를 재분쇄하여 목분으로 만든다.

(제 2공정 : 유기성폐기물의 운반 및 보관)

음식물쓰레기, 하수슬러지, 피혁슬러지, 공정오니 등 유기성폐기물을 암롤차 탱크로리로 수집 운반하여 불순물을 선별 제거하고, 보관탱크에 또는 창고에 보관하거나 교반식 발효조(Pit) 에 바로 투입한다.

(제 3공정 : 혼합 교반공정)

수분조절제 탱크에 보관되어 있는 팽화제와 창고 또는 탱크에 보관되어 있는 규기정폐기물을 스크류콘베어, 벨트콘베어로 운반하여 혼합조의 한쪽 용기에는 수분조절제를 한쪽 용기에는 유기성폐기물을 투입하여 초기함수율 60 ∼ 70%, 탄질율 20 ~ 50% 가 되도록 혼합교반하고, 호기성미생물을 첨가 통풍식발효조에 투입하여 호기성발효와 건조 과정을 거친다.

교반식발효조에 투입할 경우에는 수분을 많이 함유한 유기성폐기물을 먼저 불순물을 선별 제거한후 발효조 (Pit) 에 투입하고, 함수율과 탄질율을 조절하기 위하여 그 위에 2차로 수분 조절제를 투입하면서 교반기로 혼합 교반하면서 초기함수율 60 ~ 70%가 되도록 조절하고, 호기성미생물을 첨가하여 교반식발효조(Pit) 로 연결되도록 한다.

(제 4공정 : 발효공정)

상기와 같이 제 3 혼합 교반공정에 연결하여 발효기간을 2 ∼ 3주간으로 단축하기 위한 발효 시스템인 교반식 발효방법과 통풍식 발효방법을 이용한다.

* 교반식발효방법을 설명한다.

처리 용량에 따라 교반식발효조 (Pit) 길이 60 ~ 100m, 넓이 4 ∼ 8m, 깊이 1.5 ∼2.0m, 크기의 터널식 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수가 있는 파이프라인에 연결한 발효조 측면부에 설치한 송풍기를 이용하여 발효 건조에 필요한 공기를 24시간 간단없이 공급하면서 교반발효 건조 작업을 동시에 진행한다.

상기 발효과정에서 130 ∼ 180cm 깊이로 쌓여있는 혼합물질에 균일한 공기투입과 수분증발이 되도록 로타리 교반시스템을 도입하여 발효조하부의 물질을 상부로 끌어 올려 뒤집고, 사방으로 흩으려 고르게 교반하여 통기성과 산소공급의 증대로 수분의 증발을 도와서 발효기간을 단축하며 앞부분에서 뒷부분으로 옮겨 가면서 호기성 발효가 진행된다.

* 통풍식 발효방법을 설명한다.

길이 5 ∼ 7m, 높이 2 ∼ 3m, 넓이 3 ∼ 5m 의 발효조 바닥에 공기를 강제로 주입할 수 있는 구멍이 뚫린 파이프라인을 구들뼈간에 배관하고 그 위에 방청 철망으로 덮은 통풍식발효조에 초기함수율이 60 ∼ 70%로 조절한 혼합물질을 투입한 후에 발효조 전면에 윗부분부터 아래로 조립하는 조립식 문을 닫는다. 그후 발효조 외부벽에 설치한 송풍기에서 파이프라인을 통해서 24시간 간단없이 지속적으로 공기를 주입하는 통풍식 호기성발효로 콤포스팅한다.

(제 5공정 : 매립장 복토테 조경수목 비료로 출하)

상기 제 4발효공정이 2 ∼ 3주간 이내에 발효가 종료되면 함수율이 30 ∼ 40%로 일반 흙과 같은 물리성으로 개량되어 복토제로 출하한다.

Claims (2)

1. 함수율이 높은 유기성 폐기물 (음식물쓰레기, 하수슬러지, 피혁슬러지, 식품 주정 음료공장 오니 슬러지 등) 을 감량화 처리함에 있어 폐목재류(건축폐재, 목재폐가구, 가로수 절지목 낙엽, 목공폐재, 폐목재류) 를 분쇄한 목분 Wood chip과 Fly ash (발전소 석탄재, 쓰레기 소각로 소각잔재, 오니 슬러지 소각잔재) 를 수분조절제(팽화제) 로 하여 유기성폐기물과 수분조절제를 혼합 교반하여 호기성발효에 적합한 초기 함수율 60 ∼ 70%, 탄질율 (C/N) 20 ∼ 50%로 조절하고, 통풍식발효 또는 교반식발효 시스템을 이용하여 호기성미생물에 의하여 70 ∼ 85℃의 고온발효와 건조로 2 ~ 3주간내에 일반 토양과 같은 함수율 30 ∼ 40%의 물리성으로 콤포스트하여 미생물이 1g당 1억 - 1억2천마리를 함유하는 콤포스트 미생물덩어리를 제조하여 일반 토양과 혼합하여 쓰레기매립장의 복토제로 사용하는 방법을 제공함으로서 조달하기 어려운 흙의 수요량과 쓰레기매립량을 줄이고, 다량 함유한 미생물에 의하여 매립한 유기성쓰레기의 부숙과 안정화를 촉진하여, 쓰레기매립장의 사용기간을 연장함으로 쓰레기매립 비율을 절감하는데 쓰이는 복토제를 제조하는 방법과 그 조성물, 흙 대용 복토제, 산림과 공원의 조림목 조경수목과 잔디에 사용되는 비료의 제조공법과 부산물 비료
2. 1항의 Fly ash를 수분조절제로 사용함에 있어 통기성을 높여주기 위한 방법으로 입상으로 제조하는데 바인다를 조미료폐액, 식품슬러지, 제지슬러지를 사용하는 방법