KR20000063365A - 공서 배양균을 주재로한 바이오칩 및 이를 이용한 음식물쓰레기의 토양화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 길항작용이 없는 공서 배양균을 주재로한 바이오칩(biochip) 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 토양화 방법에 관한 것으로, 상기 공서 배양균으로 유기성 폐기물을 발효시켜 제조한 퇴비에 미생물 성장에 필요한 영양소와 악취 제거제를 첨가하여 바이오칩을 제조하고 발효장에 상기 바이오칩과 흙을 음식물 쓰레기와 함께 투입하여 단시간에 음식물 쓰레기를 토양화함으로써 악취와 침출수의 발생없이 음식물 쓰레기를 단시간에 처리하는 뛰어난 효과가 있다.
Description
본 발명은 공서 배양균을 주재로한 바이오칩(biochip) 및 이를 이용한 음식물 쓰레기의 토양화 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유기성 폐기물을 수분조절제 및 공서 배양균과 함께 발효시켜 바이오칩을 제조하고 발효장에서 상기 바이오칩과 흙을 음식물 쓰레기와 함께 투입하여 발효시킴으로써 음식물 쓰레기를 단시간내에 토양화하는 방법에 관한 것이다.
음식물 쓰레기는 수분을 다량 함유하고 있어 부패하면서 악취와 침출수를 발생하여 보관과 운반에 어려움이 많고 전국 500여 개소 쓰레기 매립지에 침출수와 악취를 발생하는 주범으로서 음식물 쓰레기의 처리문제가 사회문제로 대두되고 있다. 따라서 쓰레기 매립장에 쓰레기 반입이 제한되는 등 정부의 관리대상 쓰레기로 감량화와 재활용 방법에 관한 정책개발과 처리기술의 연구개발에 투자를 확대하고 처리시설도 확충하고 있으며 재활용량을 확대하는 정책을 펴고 있으며 그 결과 하기 표 1과 같이 쓰레기 발생량이 감소하고 재활용 수량이 증가하고 있다.
| 구 분 | 단위 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 |
| 발생량 | 톤/일 | 14532 | 13063 | 11798 | 11230 |
| 재활용량 | 톤/일 | 476 | 1275 | 2566 | 3860 |
| 재활용율 | % | 3.3 | 9.8 | 217 | 34.4 |
음식물 쓰레기의 발생원을 살펴보면 음식점 42%, 가정 41%, 대형유통업소 13%, 집단급식소 4%를 차지하고 있으며 성상별로는 채소류 53.1%, 어육류 18.5%, 과일류 13.7%를 점유하고 있다. 상기와 같은 음식물 쓰레기의 재활용을 위한 자원화 기반시설은 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 공공기관이나 민간사업자들이 추진하고 있다.
| 구 분 | 합계 | 사료화 | 퇴비화 | 비고 | |||
| 시설수 | 시설규모(톤/일) | 시설수 | 시설규모(톤/일) | 시설수 | 시설규모(톤/일) | ||
| 합계 | 231 | 4228 | 157 | 2596 | 74 | 1632 | 시설설치중인 수량포함 |
| 공공 | 73 | 1223 | 36 | 541 | 37 | 682 | |
| 민간 | 158 | 3005 | 121 | 2055 | 37 | 950 |
그러나, 음식물 쓰레기를 사료화나 퇴비화하기 위하여는 음식점, 집단급식소 가정에서 용기에 담아 분리수거하여 처리하는 장소까지 수거운반하여야 하며 이 과정에서 악취와 침출수가 발생하며 운반을 위한 운반수단 및 운반비가 소요되는 문제점이 있고 처리시설에 2차 공해인 악취 문제로 민원이 발생하는 등 처리시설의 입지 확보에 어려움이 있다.
또한 사료화 퇴비화를 위하여는 막대한 시설비와 운영비가 소요되며 사료화에 음식물 쓰레기 영양분의 불균형과 하절기엔 변질로 인한 독소의 발생으로 가축에 치명적인 폐사의 원인이 되는 등 사료 이용에 안정성 문제가 대두되며 퇴비화 후에는 염분 문제로 토양이 굳어지고 농작물에 염류 장애로 막대한 피해를 주어 농림부의 비료공정 규격에 염분의 함량 규제로 재활용이 제한되어 종합적으로 자원화 처리 후 재활용이 검증되지 않은 상태이므로 용도 개발이 선행되어야 하는 문제점이 지적되고 있다.
한편, 미생물은 일정한 온도, 산소, 영양이 갖추어지면 성장하며 2배씩 계속적으로 분열되어 기하급수적으로 증식하게 되고 대수증식기가 지나면서 세포외로 효소를 분비한다. 이 효소를 엑소엔자임(Exo-enzyme)이라 한다. 이들 엑스트라셀룰라(extracellular) 효소는 증식하지 않으며 1세대 반응만 하고 실활되는 것으로 이들 효소의 역할은 미생물이 어떤 분자의 물질을 소화할 수 있도록 대형의 분자를 파괴시켜 소립자로 만들어 주기 때문에 미생물과 효소는 상호역학관계를 유지한다. 효소는 미생물이 계속 성장, 증식하는 과정에서 필연적으로 생성되는 물질이므로 미생물을 잘만 이용한다면 음식 쓰레기 분해는 용이하게 소멸시킬 수가 있는 것이다.
종래 유기물을 소멸시키는 발효방법에는 호기성 분해방법과 혐기성 분해방법이 있었으나 호기성 분해는 별로 악취를 유발하지는 않지만 분해속도가 느리고 혐기성 분해는 많은 가스를 유발시켜 동반하지만 유기물 분해속도는 급속히 빠른 장단점이 있다.
본 발명자들은 일반 정원의 토양에는 토양 미생물의 밀도가 높지 않고 토양의 입도나 수분의 함량, 통기성에서 공극률이 적합하지 않아 음식물 쓰레기를 매립할 때 토양화 처리에 장기간이 소요되고 처리 용량에 한계가 있으며 또 음식물 쓰레기의 토양화는 통기성 미생물에 의한 유기물을 분해하는 생물학적 공정으로서 미생물의 성장과 분해를 위하여 수분, 산소, 유기질(탄소) 영양소 , 적정 온도 유지가 필요함을 인지하고 음식물 쓰레기를 토양화하기 위한 연구를 시행한 결과, 토양 서식 균중에서 유기성 폐기물의 분해, 발효에 가장 유효한 30여종의 공생균을 엄선하여 특수 배양한 VS34(공서배양균, 아와지마 미생물학연구소)를 원조로 하여 증식하는 공서 배양균을 이용하여 유기성 폐기물(축산폐수, 식품제조 오니류, 제지슬러지, 하수슬러지, 피혁슬러지, 음식물쓰레기)를 퇴비화한 후 플라이-애쉬(fly-ash) 폐목재를 분쇄한 목분, 수피분을 팽화제로 첨가하여 호기성 발효시킴으로써 퇴비를 제조하고 여기에 미생물의 성장에 필요한 영양소와 악취제거제를 첨가하여 바이오칩(biochip)를 제조하였다. 이어서, 상기 제조한 바이오칩을 흙과 혼합하여 토양의 이화학적 성질을 개량하고 토양 미생물의 성장을 촉진하여 미생물 밀도가 높은 발효장을 제조한 후 각종 성분의 음식물 쓰레기를 상기 발효장에 넣고 발효시켜 최단시간내에 음식물 쓰레기를 토양화함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 유기성 폐기물을 수분조절제 및 공서 배양균과 함께 발효시켜 음식물 쓰레기를 토양화하는 바이오칩을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 바이오칩을 흙과 혼합하여 제조한 발효장에 음식물 쓰레기를 투입하고 발효시켜 음식물 쓰레기를 토양화하는 음식물 쓰레기 토양화방법을 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 함수율 70 ∼ 95%의 유기성 폐기물을 호기성 발효에 적합한 초기함수율 60 ∼ 65% 로 조절하고 통기성 탄질율(C/N)을 조절하기 위하여 플라이 애쉬(fly ash)와 폐목재를 분쇄한 목분, 수피분, 우드칩(wood chip)이나 특별히 제조한 수분조절제(특허등록 제 0220210호)를 혼합하고 공서 배양균제를 첨가, 교반하여 통풍식 발효조, 교반식 발효조, 기타 호기성 발효시스템에 투입하고 공기를 주입하면서 70 ∼ 85℃의 고온으로 발효시켜 단시간에 퇴비를 제조하고 미생물 성장을 위한 영양소와 악취제거제를 첨가하여 포장함으로써 바이오칩을 제조한 다음 이 바이오칩으로 음식물 쓰레기를 토양화함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 구성을 설명한다.
도 1은 바이오칩(biochip) 제조 공정도를 나타낸다.
도 2는 음식물 쓰레기의 토양화를 위한 발효장 설치도를 나타낸다.
본 발명은 유기성 폐기물을 분해하는 공서 배양균주, 호기성 발효시 수분조절제로 사용되는 플라이 애쉬와 목분 및 음식물 쓰레기를 비롯한 유기성 폐기물을 준비하는 공정; 상기 준비한 수분조절제, 유기성 폐기물을 혼합하고 공서 배양균을 첨가하여 혼합교반한 혼합물질을 발효시스템에 투입하는 공정; 상기 발효시스템에 투입한 혼합물질에 공기를 강제로 주입하면서 고온발효시켜 유기성 폐기물의 수분 함량이 40%인 퇴비를 제조하는 공정; 상기 제조한 퇴비에 미생물 성장에 필요한 영양소와 악취 제거제를 첨가하여 포장함으로써 바이오칩을 제조하는 공정; 및 흙구덩이에 상기 제조한 바이오칩을 넣고 흙과 혼합한 후 물을 뿌려 주어 발효장을 만들고 이 발효장에 음식물 쓰레기를 투입하고 흙으로 덮어주어 음식물 쓰레기를 토양화 하는 공정으로 구성된다.
본 발명에 사용하는 대표적인 공서배양균은 9종으로 액티노마이세스 마이크로플라버스(Actinomyces microflavus)(ATCC 3332), 한세눌라 아네말스(Hansenula anemals)(ATCC 2349), 뮤코 라세모서스(Mucor racemosus)(KCTC 6119), 아스퍼질러스 칸디더스(Aspergillus candidus)(KCTC 6006), 뮤코 히에모리스(Mucor hiemolis) (KCTC 6165), 페니실리움 시트리눔(Penicilium citrinum)(KCTC 6927), 라이조퍼스 니그리칸스(Rhizopus nigricans)(KCTC 6204), 뉴로스포라 타트라스퍼마(Neurospora tatrasperma)(ATCC 9457), 아브시디아 리츠티림(Absidia lichthilim)(ATCC 22756)이며 상기 공서 배양균은 여러 가지 복합물질을 발효 분해하는 발효분해균이기 때문에 다년간 연용하여도 생물의 생활환경에 변화가 없는 장점이 있다.
상기 공서 배양균에 의한 유기물의 발효분해는 음식물 쓰레기에 적용하는 것 외에 농업, 축산업, 폐수처리분야, 각종 동식물의 시체와 잔재물, 규기성 폐기물의 처리 분해 등 환경정화에 이용되며 그 밖에 인류의 생활에 밀접한 관계를 가진 여러분야에 사용이 가능하다.
본 발명에서 바이오칩 제조시에는 고온에서 발효를 진행시키므로써 유해성 병원균이나 기생충란, 잡초씨가 사멸되며 유해성 유기물이 호기성 미생물에 의하여 산화와 합성 등 생화학적 반응을 통하여 유효미생물의 밀도가 가장 높은 단계에 이르게 된다.
이하, 본 발명에 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 바이오칩 제조 및 음식물 쓰레기 토양화
제 1 공정: 토양 미생물, 수분조절제 및 유기성 폐기물 준비
도 1에 도시한 바와 같이 음식물쓰레기에 함유된 지방분, 단백질, 함수탄소와 난분해성인 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌 성분을 동시에 분해하여 토양화하는 공생공영균인 공서 배양균주를 배양액 상태로 사용하여도 무방하나 본 공정에서는 질석, 지오라이트에 흡착시켜 건조 분말형의 발효균주로 제조하여 보관탱크에 확보하여 두었다.
수분조절제는 유기성 폐기물의 호기성 발효에 적합한 함수율, 통기성 탄질층(C/N)을 조절하기 위하여 플라이 애쉬 70 ∼ 95중량%와 폐목재를 분쇄한 목분(수피분 우드칩) 중량 5 ∼ 30중량%를 혼합하여 싸일로에 보관하였다.
유기성 폐기물은 축산폐수, 식품제조 오니류, 제지슬러지, 화학슬러지, 피혁슬러지, 하수슬러지, 음식물 쓰레기 등을 암롤차량, 탱크롤러 또는 수거 운반용 차량으로 수집운반하여 보관탱크 또는 용기에 투입하여 보관하였다.
제 2 공정: 혼합, 교반
상기 제 1 공정에서 싸일로에 보관해 두었던 수분조절제 20 ∼ 40중량%와 탱크 또는 용기에 보관되어 있는 유기성 폐기물 60 ∼ 80중량%를 스크류콘에서 벨트콘베어로 운반하여 혼합조에서 공서배양균을 첨가(폐기물 1m3당 1L)하면서 초기 함수율 60 ∼ 65%, 탄질율 20 ∼ 30이 되도록 혼합교반하여 발효시스템에 투입하였다.
제 3 공정: 발효
발효시스템은 퇴비제조용량에 따라 피트길이 60 ∼ 100m, 넓이 4 ∼ 8m, 깊이 1.5 ∼ 2.0m 크기의 터널식 발효조, 피트 직경 10 ∼ 25m, 깊이 2.0 ∼ 2.5m의 원형발효시스템, 피트높이 2.0m, 폭 2.5 ∼ 3m, 길이 5 ∼ 6m 통풍식 발효시스템을 이용하여 1일 20 ∼ 30m3의 혼합물질을 투입하고 발효조의 바닥에 공기를 강제로 주입할 수 있는 파이프 라인에 연결한 발효조 측면부에 설치한 강력한 송풍기를 이용하여 발효건조에 필요한 공기를 24시간 끊임없이 공급하였다. 동절기에는 호기성 미생물의 활성화를 돕기 위하여 열파이프로 열을 공급하여 고온발효기간 중 70 ∼ 85℃로 5 ∼ 7일간 지속하여 발효시키고 발효열로 수분이 증발되면 퇴비화 발효 미생물이 극성상을 나타내 안정화되고 10 ∼ 15일 이후에는 함수율 40%, 발효조 온도 30 ∼ 40℃가 되어 발효가 정지되었다.
제 4 공정: 바이오칩 제조
상기 제 3 공정에서 제조하여 흔들체로 정선한 퇴비 60 ∼ 70중량%에 발효 촉진을 위한 영양소로 당밀 5 ∼ 15중량% 또는 아미노산(amino acid) 5 ∼ 15중량%를 첨가하고 악취제거제로 플라이 애쉬(fly ash) 10 ∼ 25중량% 또는 제올라이트 10 ∼ 25중량%를 혼합하여 20kg단위로 PE포대에 포장하여 바이오칩(biochip)을 제조하였다. 제조공정은 도 1에 나타낸 바와 같았다.
제 5 공정: 음식물 쓰레기의 토양화
독립주택이나 공동주택 정원에 음식물쓰레기의 배출량에 따라 배수가 잘되는 입지 1 ∼ 3m2를 선정하여 30 ∼ 40cm 깊이 흙을 파서 뒤집어 통기성과 보습성을 조성하고 흙이 사질토, 사양토, 양토, 식양토 등과 같은 종류에 따라 다르나 보통 바이오칩(biochip)을 10 ∼ 20중량% 를 흙 80 ∼ 90중량%와 고르게 혼합 교반하여 발효장을 만들고 토양의 함수율이 60 ∼ 70%가 되도록 물을 충분히 뿌려주었다. 이어서, 발효장의 흙을 30cm 깊이로 파내고 파낸 흙과 음식물 쓰레기를 혼합하여 파낸 장소에 20 ∼ 25cm 깊이로 묻고 혼합되지 않은 다른 흙을 5 ∼ 10cm 깊이로 복토하였다(도 2). 발효장은 7 ∼ 10개 구역으로 구분하여 음식물 쓰레기는 7 ∼ 15일 간격으로 돌아가면서 주기적으로 파묻어 발효장 부숙 토양화 처리능력에 부하가 걸리지 않도록 설치하였다. 건조시에는 수시로 물을 뿌려주고 장마비가 오거나 추운 겨울에는 발효장을 덮어 주어 과습하거나 얼지 않도록 관리하였으며 바이오칩은 2 ∼ 3개월 간격으로 0.5 ∼ 1.5중량%를 첨가하고 파낸 흙과 음식물 쓰레기를 고르게 혼합하여 보충하였다.
본 실시예 1 ∼ 5의 공정에 따라 음식물 쓰레기는 7 ∼ 15일 사이에 악취 발생없이 바이오칩에 의해 분해되어 토양화되었으며 오염수도 전혀 발생하지 않았다. 각 성분에 대한 토양화 결과를 표 3에 나타냈다.
이상, 상기 실시예에서 설명한 바와 같이 본 발명은 공서배양균으로 유기성 폐기물을 발효시켜 제조한 퇴비에 미생물 성장에 필요한 영양소와 악취 제거제를 첨가하여 제조된 바이오칩을 제공하는 효과가 있으며 또한, 바이오칩을 흙과 혼합하여 음식물 쓰레기와 함께 발효장에 투입하면 단시간에 음식물 쓰레기를 토양화함으로써 악취와 침출수의 발생없이 처리하는 뛰어난 효과가 있으므로 음식물 쓰레기 처리 및 환경보존 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (3)
- 유기성 폐기물인 축산폐수, 식품제조 오니류, 제지슬러지, 화학슬러지, 하수슬러지, 피혁슬러지 또는 음식물 쓰레기 60 ∼ 80중량%와 수분 조절제인 플라이 애쉬, 폐목재를 분쇄한 목분, 수피분 또는 우드칩 20 ∼ 40중량%를 혼합 교반하여 초기 함수율 60 ∼ 65%로 조절한 후 공서 배양균을 첨가하고 공기를 주입시키면서 70 ∼ 85℃로 발효시켜 퇴비를 제조한 후 제조한 퇴비 60 ∼ 70중량%에 탈취제로 플라이 애쉬 또는 제올라이트 10 ∼ 25 중량%, 미생물 성장을 위한 영양소로 당밀 또는 아미노산(amino acid) 5 ∼ 15중량%를 첨가하여 제조된 것을 특징으로 하는 바이오칩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공서 배양균은 액티노마이세스 마이크로플라버스 (Actinomyces microflavus)(ATCC 3332), 한세눌라 아네말스(Hansenula anemals) (ATCC 2349), 뮤코 라세모서스(Mucor racemosus)(KCTC 6119), 아스퍼질러스 칸디더스(Aspergillus candidus)(KCTC 6006), 뮤코 히에모리스(Mucor hiemolis)(KCTC 6165), 페니실리움 시트리눔(Penicilium citrinum)(KCTC 6927), 라이조퍼스 니그리칸스(Rhizopus nigricans)(KCTC 6204), 뉴로스포라 타트라스퍼마(Neurospora tatrasperma)(ATCC 9457), 아브시디아 리츠티림(Absidia lichthilim)(ATCC 22756) 임을 특징으로 하는 바이오칩.
- 배수가 잘되는 입지 1 ∼ 3m2를 선정하여 30 ∼ 40cm 깊이 흙을 파서 뒤집어 통기성과 보습성을 조성하고 바이오칩(biochip) 10 ∼ 20중량% 을 흙 80 ∼ 90중량%와 혼합하여 발효장을 만들고 토양의 함수율이 60 ∼ 70%가 되도록 물을 뿌려준다음 발효장의 흙을 30cm 깊이로 파내고 파낸 흙과 음식물 쓰레기를 혼합하여 파낸 장소에 20 ∼ 25cm 깊이로 묻고 혼합되지 않은 다른 흙을 5 ∼ 10cm 깊이로 복토한 후 7 ∼ 15일간 방치하여 분해시킴을 특징으로 하는 음식물 쓰레기 토양화 방법.
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| KR20030091120A (ko) * | 2002-05-22 | 2003-12-03 | 박재형 | 반응조절제와 접종균주을 투입 혼합 한 매립 대상폐기물을 합성수지 필름으로 포장 매립 방법. |
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| KR20180136822A (ko) * | 2017-06-15 | 2018-12-26 | 주식회사 아리웰 | 유기성 오니를 이용한 재활용 조성물의 제조방법 |
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