KR20000064206A

KR20000064206A - 유기 폐기물의 퇴비화 (감량화) 방법

Info

Publication number: KR20000064206A
Application number: KR1020000050572A
Authority: KR
Inventors: 이박
Original assignee: 유현숙; 주식회사 지엔씨아카데미
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2000-11-06
Also published as: KR100359014B1; KR20020018927A

Abstract

음식물 쓰레기(유기 폐기물)은 함수율이 높아 침출 폐액이 발생하고 악취가 심하며, 그 속에 서식하고 있는 미생물 군은 부식물이 존재하지 않는 환경속에서 서식하는 대사 활동을 하고 있다. 이를 부식물이 존재하는 환경으로 유도 배양하기 위해서 음식물 쓰레기(유기 폐기물)와 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 미생물 대사산물이 농축된 씨퇴비와 혼합하여 함수율 조절을 하면 대자연에서 일어나고 있는 유기물이 부식으로 변성되는 부식화 반응이 일어나서 양질의 부식 물질이 생성되고 부식물의 특성인 항균성, 소취성, 성장촉진성이 있고 염해가 없는 토양 개량제가 되어 무공해 농작의 원인 물질이 생성되는 것이다. 음식물 쓰레기(유기 폐기물) 로부터 발생하는 침출 폐액 역시 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 미생물 대사산물과 혼합 교반 함으로써 부식물을 만들게 하고 부식물이 침전조에서 생성되면 이를 또다시 조정조로 반송하여 침출 폐액과 혼합 교반 함으로써 새로운 부식을 만들어 이들의 특성인 소취 기능, 항균성, 성장 촉진 기능을 활용하여 폐기물의 운반차량, 용기등을 세척하고 잉여분은 퇴비사에 분무하여 환경을 대자연의 삼림욕 환경을 만드는 것이다. 그러므로 부패한 폐기물을 대자연에서 일어나고 있는 유기물의 부식화 변성 과정을 기법화 한 것이다.

Description

유기 폐기물의 퇴비화 (감량화) 방법{.}

2. 발명의 분야

토양, 물, 대기 오염의 주범인 음식물 쓰레기, 축분, 인분, 폐수 처리장의 슬러지등 유기 폐기물의 감량화 혹은 퇴비화를 위한 기술 분야에 관한 것으로 본 건 발명을 통해서 생산되는 퇴비는 농업 분야에 활용하면 현저한 토양 개량 효과가 있어 무공해 농작물 생산의 길이 열릴 것이다.

3. 종래의 기술에 관한 설명

(1) 종래의 기술설명

유기물을 발효시켜 퇴비로 사용한 것은 태고적부터 인류가 사용하여왔던 방법이고 유기물의 발효 현장인 퇴비 무덤에서는 악취도 없고 해충도 없었으며 오히려 구수한 흙냄새가 났었다. 그러나 문명이 발달한 오늘날에는 조상 전래의 방법으로 퇴비 무덤을 만들어 사용하고 있으나 조상 전래의 퇴비가 생성되지 않고 악취가 심하고 해충이 끓고 생산 퇴비는 토양에 환원하면 토양을 부패시켜 농약 살포량만 늘어나게 된다.

(2) 종래 기술의 문제점

1) 유기성 폐기물을 퇴비화 시키기 위해서 퇴적해 두면 침출 폐액이 발생한다. 이의 처리에 적절한 방법이 없다.

2) 악취가 심하게 난다.

3) 함수율 조절제(톱밥 등)의 소요량이 방대하다.

4) 음식물 쓰레기의 경우는 염분 농도가 높아 감량화, 퇴비화 하여도 염해 때문에 퇴비로 사용할수 없다.

4. 종래 문제점을 해결하기 위한 발명의 기술적 원리

(1) 부식 물질이 존재하는 토양속에서 유기물의 부식화

현대 과학에서는 유기물은 미생물에 의해서 분해되어 기체로 변한다고 가르치고 있다.

그러나 衆生必死必死歸土 (記)

산자는 반드시 죽고 죽은 자는 흙으로 돌아간다.

"너는 흙이니 흙으로 돌아간다" (창세기)

동양 사상은 위에서 말한바와같이 유기 물질은 죽어서 흙으로 돌아간다고 생각하여왔다.

1) 토양에서

A) 본래의 부식: 부식산, 후루보酸, 휴민酸, 히마트로멘酸과

B) 유기물 유체의 강력한 분해 생성물과 미생물의 재합성 생성물, 담백의 본질을 가진 물질, 탄수화물과 그 유도체, 臘, 樹脂, 脂質, 탄닌質, 리그닌과 그 분해성 생성물이 존재하고 그 속에 신선 동식물 유체가 투여되어 미생물에 의해 분해 재합성되어 새로운 부식이 형성된다.

이 과정을 MM코노노와 여사는 각 분야의 연구자들의 연구 결과를 종합하여 방대한 자료를 정리하여 대자연속에서 유기물질이 변성되어 가는 과정을 다음과 같이 설명하였다.

① 식물 유체의 부식화 과정은 유체중의 구성분이 CO₂, H₂, O, NH₃및 다른 생성물로 무기화 된다.(이중 CO_2는기체화되어 대기중에 비산되고, H₂O, 는 수증기의 모습으로 대기중에 비산되거나 윤택나는 깨끗한 물의 모습으로 하천이나 토양으로 스며든다.)

② 식물 조직의 전 구성분은 다음과 같은 모습의 구조 단위의 공급원이 된다.

- 분해물 (리그닌, 탄닌 및 다른 유사한 모습의 화합물은 폐놀 화합물)

- 대사물 (폐놀 화합물 ; 이것은 미생물이 탄수화물을 이용할때 생성되는 대사산 물이다.)

분해물과 재합성물 (아미노酸類와 페푸치트類, 이것은 단백질의 분해에 의해 생성되고 또 미생물의 대사산물)

③ 부식물질 형성 과정의 중요한 環은 구조 단위의 축합이다. 이 축합은 페놀옥시다제 型의 효소에 의하여 페놀이 세미퀴논을 거처 퀴논으로 이르는 산화에 의해서 일어나고 또 퀴논과 아미노 酸類나 페푸치트 類와의 상호 작용에 의해 일어난다.

④ 부식물질 생성의 결정적인 環 즉 重縮合은 화학적 과정이나 유기물 遺의 부식화에 관하여 이 과정의 개개의 環은 밀접히 상호 관련하여 동시에 진행된다.

이를式化하면 아래와 같다.

2) 부식화 과정의 생성물

A) 부식과 키레이트구조

이 과정에서 유기물 유체의 분해 생성물이며 주로 地衣類 곰팡이류, Bacteria 群의 물질대사 생성물이나 재합성 생성물인 키레이트 性産物이 생성된다. 이들 group 에는 많은 有機酸member 특히 地衣酸등이 포함된다. (polyphenol 방향족적 본질을가진 화합물) 이들 물질은 접촉작용에 의해서 암석이나 광물로부터 Al, Fe, Mn銅 기타 원소를 마치 눈알을 빼듯이 그들과 錯化合物이나 內錯化合物(킬래이트)를 형성한다. 키레이트에서는 分子根基가 中心ion과 약간의 配位位置로 결합되어 있다. 또 키레이트에서는 금속Ion은 두 개의 인접한 基를 가지고 금속과 결합할 수 있는 키레이트성 유기물 分子와 결합 한다.

금속과의 결합 형태를 달리하는 각종 키레이트 구조가 알려져 있다.

키레이트는 보통ion基를 함유하고 있어 이ion에 있어 水素ion은 금속ion에의해서 置換된다.

포도졸 性土에서는 鐵 및 알미늄의 錯化合物이나 內錯化合物이 활동적 역할을 하고 있다. 개별적 본질을 갖는 많은 유기물 有機酸특히 디칼본酸, 우론酸, 地衣酸, 色素, 아미노酸 혹종의 아미노糖其他)은 특종의 金屬-有機化合物을 形成하는 결합이 있다.

최근 연구자의 관심이 토양 낙엽층이나 산림의 枯死落葉堆中의 리그닌, 탄닌 物質의 분해 생성물인 poly phenol 群의 능력은 많은 연구자들 (Bloom friled 1953,1954, 1957; Lossaint 1954, 1956, 1957, 1958; Coulson, Davis, Lewis1960)에 의해 증명되어 있다.

같은 원리에 의해서 Deuel (1959: Hers, Bach, Deuel (1960)은 카테인群 - 피로갈, 沒食子酸, 피로카테킨-) 은 규산염이나 알미노 규산염과 같은 안전한 化合物을 분해하고 규소나 알루미늄과 복합체를 형성한다.

포도졸 性土나 赤色土의 부식 조성중 후루보酸 이나 이에 가까운 本質을 갖는 부식산 또는 부식화 불충분한 유기물 유체의 키레이트性主成物등의 높은 함량은 이들 토양 중에서의 키레이트형 화합물의 생성을 촉진한다.

Fe, Al (아마Si도)은 一次광물 혹은 수산화물의 상태로부터 앞서 말한 유기물의 영향하에서 陰電의 安定分子狀內錯化合物인 有機-無機化合物의 상태로 변하여 溶脫狀態의 경우의 형태로 토양 단면내를 이동하고 그화합물의 안정성의 유지할 수 없는 層에 달하여 거기에 부식-集積層을 형성한다. 이를 分子侵透라 이름지었다.

B) 유기물과 토양구조

A.F, 추우린은 입단구조 形成에서의 高分散性有機 코로이드의 중요성에 特別한 주의를 기울렸다.(1946), 그는 分別解膠法에 의하여 콜로이드를 두 종류의 group으로 나누었다. 첫째것의 특징은 치환성 칼슘을 介入시켜 점토광물의 결정과 결합한 부식 물질의 느슨한 결합 형태이고 둘째것의 특징은 R₂O₃를 介入시켜 부식 물질과 토양의 무기 부분과의 결합이다. A.F추우린은 농업상 가치가 있는 토양 구조 조성과 토양이 치환반응에 참가하는 점에서도 첫째 코로이드 group이 가장 중요하다고 생각하였다.

토양 생성 과정의 복잡한 Mechanism이 명백해졌다.(N.A카친스키1947,1949,1960; I.N 안치포프, 카라타에프외 1948: D.G바렌스키, 1945: P.V,베르시닌, 1953, 1958 ) 토양 매질 조건의 총체적 영향, 즉 토양의 기계적 조성과 광물 조성, 부식의 본질, 토양의 유기 및 무기부분 과의 상호적 작용의 성질, 水分조건, 토양에 대한 기계적 작용 등의 영향이 나타나있다.

각종 형태의 토양에서의 有構造粒團의 구성상의 차이가 명백히 되어있고 그것은 부식의 본질이나 토양의 무기 부분의 성질에 의하여 좌우된다. I.N 안치포프, 카라타에프, V.V케레르만, D,한(1948)은

① 체르노조옴 : 부식산석회에 의해서 微細粒團이 형성되고 그들 微細粒團은 유기물과 몬모리로나이트型鑛物과의 micel間 결합과 관련하여 大型粒團을 형성 한다.

② 포도졸性土와 赤色土 : 三二酸化物(主로 Fe₂O₃)과 후루보酸 과의 결합이 기본적 인 膠結性을 갖고 있다.

③ 회색(및갈색) 森林土 : 중간 형태를 나타낸다. 즉 부식산과 석회의 결합형태가 존재할 경우 이들 토양중에는 후루보산과 R₂O₃와의 결합 형태로 존재한다.

V.V케레르만은 동연구를 계속하여 粒團이 膠結될 때 후루보산이나 후루보산과 三二酸化物과의 화합물이 중요한 역할을 할 경우 유기물이 균일하게 침투된 粒團은 粘結狀態를 갖는 것을 명백히 하였다. 이와같은 입단 상태는 赤色土나 포도졸 性土에 특징적이다.

케르만의 이결과는 각종 토양형의 부식 물질의 본질을 특징 지은 M.M코노노와 group의 DATA 와 완전히 일치한다. 포도졸 性土나 赤色土의 부식조성 중에는 CaCl₂로서 응고가 잘되지 않는 후루보산이나 부삭산이 많다.

이 사실에 의해서 이들 토양들의 입단에 부식 물질이 균일하게 스며들어 있음이 설명될뿐아니라 이와같이 부식 물질이 입단에게 粘結狀態를 제공하고 있다.

많은 연구자들은 토양의 耐水性粒團生成에 본래의 부식 물질이 명백히 참가하고 있음과 더불어 미생물체 조성중이나 미생물의 대사산물의 조성중에 함유되어있는 개별적 본질을 갖는 많은 유기 화합물이 중요한 역할을 하고 있음을 지적하고 있다.

곰팡이류(Clado sporium, Penicillium, Tricoderma, Stachybotris 其他)의 현미경적 菌絲가 토양 입자를 휘감고 그 流亡을 조지하고 있음을 명백히 하였다. 그러나 이현상은 단기간의 성질을 갖는것이고 곰팡이류의 消失과 더불어 없어진다. 곰팡이류의 균사가 부식화 작용의 안정적 생성물로 변화하였을 때 만입단은 장기간 물에 대한 저항성을 지속한다.(커니베쓰와 코르니에와 1938, 1942 : 게르쓰에트 1940 : 미사우스친과 푸시킨스카이 1942, 1945: martin 1945 : Douns et al, 1955 : Thornton et al.1956)

Bacteria 의 粘質物 특히 Pseudomonas 의 member에 의해 만들어진 粘質物을 耐水性構造 조성에 커다란 효력을 주고 있다 (게르쓰에르 1943, McCalla, 1945: MARTN 1945 : Peele 1940)

C) 생물 활성 물질

토양 유기 부분 組成中의 VITAMIN類, 오오커신類, 항생 물질 활성을 가진 물질이 토양 유기 부분 조성중에 존재하는것은 확실하다 (N.A크라시루니코프 : 1952, 1958 / K 오브차로프 : 1953 / Yu라커친 : 1953 / w.h. 쇼페이에르 : 1950 /Andus : 1949 / Schmidt: 1951 / Fshnich: 1955 / Locf fead: 1958)

① VITAMIN類

B 6, B 1 2, 판토텐酸, 葉酸, 니코친酸, 파라아미노 벤졸酸, 리보플라빈, 비오친, 其他 VITAMIN類가 토양중에 인정된다. 토양중에서의 VITAMIN類의 주된 생산자는 微生物이다.

植物의 효소 작용이나 물질 대사에 대한 VITAMIN의 참가를 M.Kh차이라피안(1956)이나 E.L라토빌(1958)의 연구에 의하여 例되어있다.

② 生長促進劑 오오커신類

토양 오오키신의 대표적 Member인 헤트로 오오키신(β-인돌 酢酸)은 많은 토양 미생물 특히 아조토박터의 생활 작용의 산물이나 (스마리, 1948) 식물에 대한 헤트로 오오커신작용은 根系나 地上部器管의 생육을 자극하고 과실의 성숙을 빠르게한다.

③ 生物學的促進劑質

- 시베레린

FUSARIUM Moniliborme菌의 分生胞子段階에서 나타나 Gibberella Fujihuroi 菌에 의해서 만들어진 것이다.

시베레린은 或種의 식물의 생육이나 개화를 촉진하고 그둘 식물의 물질대사에 영향을 미친다. 이들의 촉진 기능은 저농도일때만 나타나는 사실에 주의할 필요가 있다.

- 低分子有機物 특히 지칼본酸

코하크酸, 낫케이酸, 흐말酸, 其他酸은 生物學的促進物質의 성질을 가지고 있다. 이들 물질은 저농도에서 종자의 발아력, 뿌리 및 지상부 기관의 생육, 수확물의 량과 질에 좋은 영향은 준다.

④ 항생물질

스트렙트 마이신, 그로비스포린, 페니실린, 오레오마이신, 테라마이신 其他가있다. 이들의 활력의 발현 방법은 토양의 성질 (크라시르니코프 1959), 부식의 본질 (펫겔1959) 식물속으로 항생 물질 분자가 비교적 큰데도 불구하고 (分子量 300~500 또는 그 이상) 형태를 변경하지 않고 식물속으로 들어가는데 방해가 되지않는 사실을 언급해둘 중요한 필요가 있다.

(크리시루니코프 1958: Schelles Und Klocke 1956)

3) 폐수 처리장 페기물 처리장에 위 이론을 적용할 경우

폐수 처리장이나 폐기물 처리장은 인위적인 환경이므로 대자연속에 존재하는 규산 염분이나 부식물질이 존재하지 않으며 있다하더라도 미량이어서 토양환경 일 수 없으므로 부식 물질이 존재하는 토양 환경에서 일어나는 유기물의 부식화 변성이 일어날 수 없다.

그러나 폐수 처리장 폐기물 처리장에 부식 물질이나 규산염이 존재하는 환경이 존재한다고 가정할 때 일어나는 Mechanism을 아래에 적고자 한다.

A) 유기물과 이온성 물질의 제거

위에서 말한바와 같이 폐수속에 함유된 유기 물질은 토양속에 부식 물질이 존재하는 환경 속에서 미생물에 의해 분해되어 CO₂, N₂, H₂O 등으로 무기화 하고 그 과정에서 생성되는 각종 미생물 대사산물, 유기물의 분해생성물, 재합성 생성물인 킬레이트 산물, 점결성 물질등이 응집, 축합, 덩어리화, 중합, 중축합하여 분자량이 커지면서 페수속에 함유된 유기물질은 액상에서 제거시키고 동시에 폐수속에 함유된 각종 이온성 물질, 도착화합물, 내착화합물, 기타 유기-무기 화합물의 형태로 결합되어 액상에서 제거된다.

B) 악취 제거

악취 분자는 물속에서 ion상태로 존재한다. 이를 킬레이트성산물이 악취 분자의ion(예 NH₄등)을 눈알빼듯이 킬레이트의 구성분자로 포집하여 원래의 성질과 다른 화합물이 된다. 이 과정에서 악취가 제거된다.

C) 병원성 미생물의 멸균과 공생 미생물의 생물활성

부식화 과정에서 생성되는 각종 항생 물질이 병원성 미생물을 멸균 시키고 동 항생 물질 등에 영향을 받지 않는 미생물군은 생물 활성 물질에 의해서 오히려 생장이 촉진된다. 그 결과 종전 공법에 비하여 처리 효율이 높아진다.

(2) 부식 물질이 존재하지 않는 인위 환경속에서 유기물의 부식화

부식물이 존재 하지않는 폐수 처리장, 폐기물 처리장과 같은 인위 환경에서는 유기 물질이 효소 분해하는 형식으로 저분자화한다. (표준 활성 슬러지법으로 대표되는 System) 이와 같은 현상은 대자연속에서 흔히 일어나는 현상이 아니고 동물의 죽은 시체가 초기에 부패하는 현상과 같이 국지적으로 간혹 일어나는 현상이고 주로 인위 환경에서 보편적으로 일어난다. 위와 같은 반응에 의해서는 부식 물질이 생성되지 않고 부식물질 생성 과정에서 생성되는 각종 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물(킬레이트성 산물, 성장 촉진물질, 항균성 물질등)이 생성되지 않아 악취가 나고 병원성 세균이 들끓게 되는 것이다.

대자연속에서 일어나고 있는 유기 물질의 부식화 반응은 넓은 면적속에서 아주 천천히 10년, 20년 단위로 진행하는 반응이므로 폐수 처리장, 폐기물 처리장에 설사 부식 물질이나 규산염이 존재한다 하더라도 부식화 반응이 종결되기 위해서는 대단히 넓은 면적과 많은 시간이 소요될 수 밖에 없어 경제성이 떨어진다. 이를 해결하기 위해서는 대자연속에 존재하는 부식 물질중 활성이 뛰어나고 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물이 농축된 물질을 찾아내어 이를 다시 중축합 반응이 강력히 일어나도록 가공하여 만들어진 물질과 토양속이나 암석속에 존재하는 것보다 활성이 뛰어난 활성규산염을 유기물이 투입되는 지점에 계속 반복하여 투입 함으로써 대자연 속에서 일어나고 있는 것 보다 부식화 반응을 Speed up 시키려고 하는 것이다.

** 그 이론적인 배경은 아래와 같다 **

1) 유기물의 변성과정의 이중성

자연계에서의 유기물의 변성은, 대별하여 두가지의 방향으로 향하고 있다. 즉 제1圖에 기리킨 것과 같이 유기물의 저분자화와 고(거대)分子化라고 하는 전혀 다른 두가지 方向으로의 변성이, 普遍的으로 알어나고 있는 것이다. 이들 유기물의 변성중, 어느쪽이 보다 보편적인 것인가 하면 분명히 高(거대)분자화의 방향이라고 말할 수 있다. 저분자화로의 변성은 酵素分解라는 형식으로 유기물의 부패 등에서 널리 볼 수 있지만 양적으로 말하면 얼마 안되는 것이다. 한편 高(거대)분자화로의 변성은 자연계에서 일어나는 主要한 變性回路이며, 예를 들어서 유기물과 무기물이 構造上 연결된 重縮合物로서의 토양이라던가 石炭, 泥炭, 亞炭, 草炭 등의 石炭系列의 重縮合物이라던가, 늪이나 호수의 底質汚泥라던가 헤아릴 수 없을만큼 많다.

자연계에서의 유기물의 高(거대)분자화는, 일반 토양 세균군중의 호기성 세균 및 通性嫌氣性細菌으로 생성되는 페놀 또는/및 페놀露出基가 있는 화합물을 포함한 대사산물과 유기물이 物理化學的으로 반응함으로써 생기는 반응이다. 그리고 활성화된 硅酸分을 많이 함유된 물질이 반응계에 투여될 경우는 부식화 반응이 알어나 巨大分子化, 오니화가 進展하는 것이다.

... 기본 반응 1 ...

유기물(有機水溶液 및 含水性有機混合物)은, 페놀 또는/및 페놀露出基가 있는 化合物을 포함하는 微生物代謝産物이 첨가됨으로서, 급속히 결합, 粒子化, 凝集, 縮合, 重合하여, 거대분자화, 괴상산물화한다.

... 기본 반응 2 ...

상기 반응에 대하여 활성화된 硅酸分이 많이 함유된 물질이 적당량 첨가되면 부식화를 위한 重縮合反應이 일어난다.

위에서 말한 페놀露出基가 있는 화합물이란 페놀露出基를 가진 유기물 일반을 가리키지만, 특히 페놀露出基를 가진 효소가 유효하다.

또 활성화된 硅酸分을 많이 함유된 물질이란 安山岩質 및 流紋岩質의 組成을 가진 火山유리 등의 활성도가 높은 不安定한 물질을 말한다.

아래에서는 기본 반응 1에 관련된 것만을 말한다. 同反應系內에 활성화된 硅酸分을 많이 함유된 물질이 內裝 또는 첨가되거나, 원수에 同물질이 포함되어 있을 경우, 예를 들어서 製紙廢水에서의 점토광물, 養豚廢水에서의 合成飼料에 포함되는 鑛物性增量劑에서의 반응은 모두 기본 반응 2의 상태로 일어난다.

기본반응1과 기본반응2의 차이는, 反應生成物에 키레이트 構造가 기본 반응 2에서 생성되는 물질쪽이 보다 현저한 경우가 많기 때문에 無機 이온性物質의 제거를 목적으로 할 경우에서는 활성화된 硅酸分을 다량히 포함되는 물질을 反應系로 짜 놓는 것이 득책이다. 그리고 기본 반응 1에 의한 반응 생성물에 키레트構造가 발달하지 않는다는 의미가 아니고 키레트構造의 발달이 보다 기술적인 곤란이 따른다는 의미뿐이다.

2) 미생물 대사 기능의 다양성

미생물군은 환경 변화에 민감하게 적응하기위해 대사 기능을 변화 시킨다. 특히 폴리페놀 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 고농도로 농축된 환경 물질을 "오염의 장"에 투입하면 "오염의장"에 적응하여 서식하는 미생물군은 대사 기능을 "정화의 장"에 적응하는 대사산물 즉, 폴리페놀방향족적 본질을 갖는 화합물을 분비하게 되고, 적응하지 못하는 병원균등은 사멸한다. 반대로 "정화의장"에 농도가 높은 오염 물질을 계속 투입하면 "정화의장"에 서식하는 미생물군은 "오염의장"에 적응하여 서식하게 된다.

그럼으로 하수 처리장을 항상 정화의 장으로 유지하기 위해서는 하수가 투입되는 지점에 Poly phenol 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 고도로 농축된 물질을 계속 반복 투입하여야 한다. Poly Phenol 방향족적 본질을 갖는 물질의 농도가 투입 유기물에 비해서 약하거나 투입을 중단 할 경우에는 "정화의 장"이 "오염의 장"으로 유도되고 만다. (UCHIMIZU 1985)

3) 미생물 대사 기능의 유도 배양

유리 산소의 유무에 관계없이 인위적 환경속에서 토양성 통성혐기성 세균군 또는 토양성 호기성 세균과 통성혐기성 세균으로 구성된 세균군이 페놀계대사기능이 발현하여, 계속하기 위하여는 일정 조건하에서 동 세균군(페놀 또는/및 페놀 노출기가 있는 화합물을 포함하는 대사산물)의 존재하에 놓여지는 것이 불가결하다는 점에 대하여 이미 말한 바있다. 그러기 위해서는 계외에서 (페놀 또는/및 페놀노출기가 있는 화합물을 포함하는 대사산물 또는 동 대사산물을 함유하는 물질<부식물 등>)의 첨가를 하거나, 또는 자연계에 존재하는 페놀계 대사기능이 특히 강화된 해당 세균군이면서 토양성 편성혐기성 세균군과 공서관계에 있는 세균군을 일정 조건에서 종균으로 활용하면 된다는 점에 대하여도 이미 적었다.

그럼 종균이든지, 페놀계 대사산물이든지 페놀계 대사산물을 함유하는 물질이든지를 어떻게 하면 입수할 수 있는가. 그러기 위해서는 우선 그들 미생물이던 물질의 특성이나 특징을 분명히 하여야 한다.

<種菌>

양호한 종균만 입수가능하면 폐수중에 서식하는 토양균군의 대사 기능을 페놀계로 유도하여, 배양하는 것은 실현 가능하다. 그러나 양호한 종균을 찾기 위해서는 상당한 高度 감성과 숙련도를 요하기 때문에 종균을 활용한 유도ㆍ배양은 그런점으로 미루어 합리적이라고 할 수 없다.

자연계는 토양균군에 가득차 있고, 토양중에 서식하는 토양균군은 보편적으로 페놀계 대사기능이 발현하고 있다. 그렇다면 토양균 밀도가 높은 토양을 폐수중에 투입하면 좋으냐고 하면 일은 그다지 쉽지 않다. 그럼 어떠한 상태에 놓인 토양균군이 종균으로서 이용될 수 있는 것인가.

종균으로서 활용하기 위해서는 우선 첫째)토양성 편성혐기성 세균군과 공서하고 있는 페놀계 대사기능의 현재화한 토양성 호기성 세균과 통성 혐기성 세균으로 구성된 세균군 이면서 토양균 이외의 세균군, 특히 대장균이라든지 부패균 등 잡균류가 완전히 억제 또는 사멸한 상태이어야 한다. 이것은 토양균 발상역사에 대하여 말한 바와 같이 페놀계 대사기능이 안정되게 발현하기 위해서는 토양성 호기성 세균과 통성혐기성 세균으로 구성된 세균군이 토양성 편성혐기성 세균군과 장기간에 걸쳐서 공서하는 것이 바람직하며, 또 페놀계 대사산물이 축적됨에 따라서 계내에 서식하는 토양균이외의 세균류, 예를 들어서 대장균이라든가 부패균이라하는 잡균류가 페놀계 대사산물이 가진 항균 작용에 의해서 억제 또는 멸균 되어버려야 한다.

둘째)종균으로서 활용 가능한 세균군의 서식하는 환경 자체의 물성이 페놀계 화합물의 존재를 시사하는 것이 아니면 안된다. 예를 들어서 페놀계 화합물 고유의 색도라든가 페놀취라든가, 적어도 감각적이나마 검지되어야 한다. 이것은 토양균 이외의 잡균류가 완전히 억제 또는 멸균되기 위해서는 페놀계 대사산물이 계내에 일정 농도 이상의 비율로 축적 될 필요가 있다.

셋째) 계내에서 생성된 오니상 물질이 키레이트 구조를 가지고 있어야 한다. 페놀계 대사산물의 존재하에서 생성되는 오니나 오니상 물질은 키레이트 구조를 가지고 있고 역으로 보면 키레이트 구조를 가지는 오니상 물질이 생성됨으로서 페놀계대사산물의 존재가 확인된다고도 할 수 있다.

이상 언급한 첫째, 세째의 요건을 구비한 것이라면 종균으로서의 활용이 가능하다. 그러면 현실적으로 어디를 찾으면 종균을 찾을 수 있을까. 예를 들어서 축산폐수 등의 배수로 등에 만들어진 구덩이 등에 침적하고 있고, 오니 침적면의 위를 계속해서 천천히 흐르는 상태가 수년 또는 수십년의 장기간에 걸쳐서 계속되고 있는 지점 등에서 비교적 용이하게 종균을 포함한 종오니 채취가 가능하다.

<유도·배양물질>

페놀계 대사산물 자체를 채취하는 것은 실험적으로는 가능하지만 양적 및 경제적인 문제를 고려하면 실용적이 아니다. 한편 페놀계 대사산물을 함유한 물질은 자연계에 널리 분포하고 있다.

페놀계 대사산물을 함유한 물질로서 가장 광범위하게 분포하고 있는 것은 토양 자체이다. 토양이란 페놀계 대사산물이 유기물과 규산염에 작용하여 야기하는 반응(부식화 반응)의 최종 생성물이 부식이며, 부식화 반응의 과정 물질을 총칭하여 부식 전구 물질, 부식 전구 물질과 부식과의 혼합물을 부식물이라 부르면 양질의 토양이란 부식물 그 자체라고 보는 것도 가능하다. 그러나 규산염은 일반적으로 물리 화학적인 안정 물질이며 또 페놀계 대사물질, 유기물 및 규산염의 존재 비율도 부식화 반응을 전면적으로 진전시킬 수 있는 비율이 되고 있지 않는 경우가 압도적으로 많다. 그 결과, 토양이란 일반적으로 부식물과 규산염 등과의 혼합물이라고 봐야한다.

한편 부식 전구 물질이란 상기와 같이 각종 유기물이 페놀계 대사산물 및 규산염의 작용에 의해서 부식으로 변화한 과정 물질의 총칭이며, 다른 점에서 말하면 부식 전구 물질은 페놀계 대사산물 및 규산염에 유래하는 물질을 함유하게 된다. 따라서 부식 전구 물질, 나아가서는 부식물은 여기서 말한 페놀계 대사산물을 함유한 물질이라고 하지만 토양균군에 대한 유도ㆍ배양물질로서는 부식 전구 물질만이 기능하는 것이다.

부식화 반응에는 규산염이 관여하고 있고 토양균군이 발상한 지각의 평균 조성 물질이 화강암질 또는 안산암질 규산염이며, 해조성을 가지고 지표의 물리 화학 조건에 있어서 불안정 또는 활성화하고 있는 물질의 하나로서 안산암질화산 유리가 존재하는 관계에서 부식 전구 물질의 함유율이 높은 양질의 부식물층은 안산암질화산 지대의 특수한 지형 속에서 비교적 널리 분포하고 있다고 상정된다. 그리고 부식물은 합성에 의하여 생성하는것도 가능하므로 토양균군의 대사 기능을 페놀계에 유도하여 배양할 때는 종균을 사용하기 보다는 부식물에 의하는 쪽이 합리적이라고 할 수 있다.

A) 유기물의 응집 축합, 거대 분자화, 중합 및 중축합 기구

① polyphenol 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 유기물에 첨가되면 응집, 축합되어 거대분자화, 덩어리화하고 이곳에 지표면 원소의 평균 소성과 유사한 화산 유리등 유문암질 활성 규산염을 첨가 교반하고 부식화 반응(토양화 반응)이 일어나 중축합 된다. (1985.UCHIMIZU)

② 내수성 입단 구조의 형성

토양의 내수성 입단 생성에 본래의 부식물질이 참가하고 있음은 명백함과 아울러 미생물체의 조성중에나 미생물의 대사산물에 함유된 개별적 본질을 갖는 많은 유기 화합물이 중요한 역할을 하고 있음이 지적되고 있다.

수많은 연구자들은 곰팡이균(cladosporium, Penicillium, TRICODERMA, 기타)의 현미경적 균사가 토양 입자를 휘감고 그流亡을 저지하고 있음을 명백히 하였다. 그러나 그 현상은 단기간의 성질을 갖고 곰팡이류의 소실과 함께 없어진다. 곰팡이류의 균사가 부식화 작용의 안정적인 생성물로 변했을 때에만 입단은 長期間 물에 대한 저항성을 지속한다. (카니베쓰와 코루니에와 (1938, 1942 ; 끼르쓰에르, 1940 ; 미시우스친과 푸우시킨스카야, 1942, 1945 ; MARTIN 1945 ; Downs al, 1955 ; Thornton et al,1956)박테리아의 粘質物,특히 Pesudomonas의 memeber에 의해서 만들어진 내수성 구조의 조성에 따라 커다란 효력을 부여한다. (끼르산에르, 1943 ; McCalla, 1945; MARRIN 1945; Peela 1940)현재까지 판명된 바와 같이 박테리아의 점질물의 교결성은 이 점질 물질중에 함유된다. 아미노산에 의한 것이다. (루다코프 1953 ; Geoghegan et al, 1948 ; Rennie 1954 ; Metha, Streuli, Muller, Deull 1960 ; Greenland, LINDSLROM, Quirk 1961)

미생물의 합성물이 입단을 형성하는 고도의 능력을 갖는 것은 F.YU끼르쓰에르(1940)의 연구로부터 알 수 있다. 이들 합성물의 혼탁액에 대한 토양 입단 습윤화나 그후의 건조화는 입단의 재수성을 현저히 높이고 그 내수성은 미생물 활동에 대한 최적의 온도와 수분의 경우일지라도 장기간 유지되었다. 끼르쓰에르는 포도졸 性土 ,체르노좀 性土 및 시이로좀에 대하여 같은 모양의 실험을 행하였다. 그때 미생물 기원의 생성물의 첨가량은 토양중량의 0.139%(탄소로서) 정도 극히 미량이었다.

우리들은 새로이 생성된 부식산을 연구한 실험에서 유사한 현상을 관찰하였다. 이들 물질의 소량시용(토양 중량에 대하여 탄소로서 0.07∼0.1%)에서 조차도 본질적으로 내수성 입단의 함량을 높였다. 이 입단은 유출에 대한 저항성을 장기간에 걸쳐서 유지되었다. (코노노와 1951) 미생물대사산물이 내수성 토양 구조의 생성에 참가하고 있지만 이들미생물의 대부분이 호기성이라는 사실을 고려해야 한다. ( 끼르쓰에르 1955, 삼쓰에비치 1955)

③ 킬레이트산물의 생성

鑛物의 현저한 변화나 분해는 생물의 생활 작용의 킬레이트성 산물에 의해 일어난다. 이들 group에는 많은 종류의 유기산member 특히 地衣類, 우론酸의 유도체, 혹종의 색소, 아미노당, 아민類, 其他가 포함된다. 토양중에 있어서 이들 화합물은 유기물 유체의 분해 생성물이지만 주로 地衣類,곰팡이류, 및 많은 종류의 Bacteria群의 물질 대사 생성물이나 재합성 생성물이다. (I.N.안치포프, 카라타에프와 I.G 추으르바 (1961), Schatz(1955), Schatz et al(1954), Scheffer, Uluich m, Hiester mann(1957a)

이들 물질은 접촉작용에 의해 岩石이나 鑛物로부터 Al, Fe, Mn, Cu및 기타 원소를 마치 "눈알을 빼듯이" 착화합물이나 내착화합물(킬레이트)를 형성한다. 후자는 대단히 이동성이 높아 초기 토양 생성 단계 뿐만아니라, 그후단계에도 활발하게 참가하여 Fe, Al, 銅 ,우라늄, 비소,아연,세렌,겔마늄,Mn,금 및 기타 원소의 지구 화학에 참가한다. (S.M만스카야 (1956, 1958, 1959))

(3) 음식물 쓰레기에 함유된 염분의 거동에 대하여

1) 고정관념

음식물 쓰레기에는 염분이 1%정도 함유되어 있음으로 음식물 쓰레기가 발효되어 10%이하로 감량되면 안정적인 화합물인 소금이 분해될리 없음으로 염분농도가 10배로 늘어 나게 됨으로 발효성이 나빠지고 발효되더라도 염해 때문에 퇴비로 활용할 수 없다.

2) GNC아카데미의 견해

첫째 : 발생퇴비가 음식물 쓰레기 30ton(함수율80%)이 발효 감량되어 1.2ton(함수율50%) 으로 줄어들게 됨으로 퇴비로 활용하지 않더라도 감량 효과는 지대하다(감량율 96%).

둘째 : GNC 자연정화법 씨퇴비는 polyphenol 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물이 농축된 물질 임으로, 퇴비 무덤 속에 서식하는 미생물군의 대사기능을 polyphenol 방향족적 본질을 갖는 화합물을 분비하도록 유도하여 퇴비무덤이 자연정화법 환경이 되고 polyphenol 방향족적 본질을 갖는 미생물 대사산물의 키레이트 구조가 물속에 녹아서 水和되어 있는 Na+ 와 cl-중 Na+ 이온과 결합하여 착화합물이나 내착화합물(키레이트)을 형성하여 부식산 나트륨이 되고 cl- 은 다를 유기 화합물과 결합되어 NaCl이 아닌 성질이 다른 유기 화합물의 구성 분자로 변하게 됨으로 염해가 없다. 다음 자료를 참고 바란다.

3) 참고자료

A) 食鹽의 水和

電荷를 갖는 물질을 ion이라 부른다. 이온으로 형성된 물질을 ion結合에 의하여 plus와 minus로 帶電한 ion이 강하게 결합하여 있다.

그 결합도 강한 雙極性을 갖는 물에 의해서 ion이 水和되면 쉽게 파괴된다.

水和란 어떤 물질이 물에 녹아서 용액 상태로 있을 때 녹아있는 물질의 분자 또는 ion을 그 주위에 물분자를 끌어당기거나 그 주위의 물을 보통 물과 다른 상태가 된 안정된 상태를 말한다. 물속에서 ion은 결코 단독으로 녹아 있는 것이 아니고 수화 상태로 있는 것이다.

예를 들면 식염(Nacl)을 나트리움과 염소로 분리하기 위해서는 대단히 큰 energy가 필요하다. 食鹽은 Na이온과 cl이온이 ion결합이라는 강한 힘으로 결합되어 있다. 온도나, 압력과 같은 힘으로 이 결합을 분리시키기 위해서는 상상을 초월하는 고온이나 고압이 필요해진다.

그러나 물속에 식염을 떨어뜨리기만 하면 간단히 녹아버린다. 이것은 Na이온과 cl이온이 간단히 분리되고 마는 사실을 나타내는 것이다. 이 현상은 식염을 Na이온과 cl이온으로 분리시키는 energy의 크기가 Na이온과 물분자, cl이온과 물분자가 水和될 때 발생하는 energy의 크기와 같기 때문이다.

물분자가 두개의 極을 갖고 쉽게 水和함으로서 식염을 두개의 ion으로 분리하기 위해서 원래는 커다란 energe를 필요할 터인데 외견상으로는 아주 간단히 행해지는 것이다.

이 물의 성질에 의해서 물은 기가막힌 용매로서 각 종 물질을 녹히고 물의 순환과 더불어 운반이 가능해지는 것이다.

< 參考文獻 >

波動과 물과 생명 (물은 정말 불가사의한 물질이다)

PHP연구소 발행 (1997,1,28)

江本勝著

B) 부식과 키레이트구조와 그 기능

GNC 자연정화법에서는 유기물 유체의 분해 생성물이며 주로 地衣類 곰팡이류, Bacteria群의 물질대사 생성물이나 재합성 생성물인 키레이트 性産物이 생성된다. 鑛物의 현저한 변화나 그 분해는 생물의 생활 작용의 키레이트性産物에 의하여 야기된다. 이들 group에는 많은 종류의 유기산 member, 특히 地衣酸, 우론산의 유도체, 혹종의 색소, 아미노糖, 아민類, 기타가 포함된다.

토양중에서 이들 화합물은 유기물 遺體의 분해 생성물이지만, 주로 곰팡이類 및 많은 종류의 박테리아群의 물질 대사 생성물이나 재합성 생성물이다( I.N.안치프프, 카라타에프와 I.G.츄르바 1961; schatz 1955; schatz et. al (1954; scheffer, Ulrich u. Hiester mann 1957 a.b)

이들 물질은 접촉 작용에 의하여 암석이나 광물로 부터 Al, Fe. Mn, 銅 및 기타 원소 등을 마치 "눈알을 빼듯이" 착화합물이나 내착화합물(키레이트)을 형성한다. 후자는 대단한 이동성이 있어 초기 토양 생성 단계 뿐 아니라, 그 후 단계에서도 활발히 참가하고 Fe, Al, 銅, 우라늄, 砒素, 亞鉛, 세렌, 겔마늄. Mn. Na, 金 및 기타 원소의 地球化學에도 참가한다(S.M.만스카야 1956, 1958, 1959 논문참고)

Fe나 微量性分(Mn, Co, Mo, Zn)의 식물로의 공급에서 중요한 역할을 갖는 것은 키레이트성 유기물이다. 이 문제에 관해서는 많은 문헌이 있어 개괄이나 전망은 Ya; V. 페이페(1961)의 서적이나 일련의 논문(scheffer Ulrich. u. Hiester mann 1957 a; scholz 1957; De Kock 1955, 1960; 안차포트, 카라타에프와 츄루바 1961)에 기술되어 있다.

5. 발명의 발람직한 실시예

( 본 발명의 회로도 )

※ 본 발명의 바람직한 실시예 설명

(1) 퇴비화 LINE

음식물 쓰레기(유기성 폐기물) ①이 투입되면 개봉기②에서 Vinyl봉지를 파쇄한 후 함수율 조절 Hopper③에 투입하고 함수율 조절제겸 씨퇴비④와 함수율이 60∼65%가 되도록 혼합하면 씨퇴비속에 함유되어잇는 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물에 의하여 음식물 쓰레기(유기성 폐기물)속에 서식하고 있는 미생물군의 대사기능이 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 대사산물을 분비하도록 유도되면서 토양화 반응이 일어나서 악취가 사라진다. 함수율 조절된 유기 폐기물을 산기관이 장착된 퇴비사에 이송하여 1.5∼2m 높이로 퇴적하여 두면 발효가 시작되어 온도가 상승하기 시작하고 1주일정도에 65℃∼70℃로 온도가 상승 하였다가 하강하기 시작한다.

온도가 하강하기 시작하면 페이로다 등으로 퇴비 무덤을 교반하여 다시 퇴적하여 두면 다시 온도가 상승 하였다가 하강할 때 다시 교반 퇴적하여 둔다.

이와같은 일을 3회 반복하면 발효가 종결하게 된다. 발효가 종결된 퇴비를 숙성사⑥에 2個月이상 숙성 시키면 완숙 퇴비가 된다. 숙성사에 퇴적된 후처리장⑦에서 숙성 퇴비를 채를치는 과정에서 못, 유리조각, 비닐 조각등은 쉽게 제거시킨다. 이렇게하여 완성된 퇴비는 또다시 함수율 조절용 씨퇴비로 사용하고 잉여분은 퇴비로 반출한다.

(2) 침출수 처리 LINE

음식물 쓰레기(유기 폐기물)은 함수율이 85%이상으로 높기 때문에 개봉기①와 함수율 조절 Hopper③및 퇴비사에서 침출 폐액⑧이 발생한다.

침출 폐액은 악취가 심하고 오염원이기 때문에 이들을 몰아서 조정조⑨로 유입시켜 생물 활성수를 만들기 시작한다. 조정조에 모아진 침출 폐액은 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물이 고농도로 농축된 침전조로 부터의 반송 오니와 혼합 교반되면 침출 폐액 속에서 서식하고 있는 미생물군의 대사기능을 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 대사산물을 분비하도록 유도되어 토양화 반응이 일어나고 환경이 대자연의 환경으로 바뀌게되어 악취가 사라진다. 이를 정량 폭기조⑩로 이송하여 침출 폐액에 함유된 유기물을 분해시키고 침전조 ⑪에 자연유하로 유입시키고 침전조에서 고액분리 시켜 상등수는 방류조 ⑫로 이송시킨다. 방류수조에 유입된 처리수는 부식물이 존재하는 대자연속에서 유기물이 부식으로 변성 과정에서 생성되는 항균 기능, 소취 기능, 생물 활성 기능이 뛰어난 활성수가 되므로 이를 음식물 쓰레기(유기 폐기물) 운반 차량과 운반 용기의 세척수로 활용하고 세척한물은 조정조로 유입시켜 생물 활성수 원료가 되고 남은 활성수는 퇴비사 수분조절 및 악취 제거용으로 안개 분무하여 퇴비사의 환경을 정화시킨다. 침전조에서 고액분리 과정에서 생성되는 침전 오니는 분배조를 통하여 조정조로 이송시켜 침출 폐액과 혼합 교반시켜 토양화 반응을 일으키게 하고 일부는 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 미생물 대사기능이 고농도로 농축된 물질을 pellet 상으로 성형한 물질과 활성 규산염분이 충진된 Reactor tower⑭ 가 장착된 오니 저류조⑬에 유입시켜 오니를 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 미생물 대사산물을 고농도로 배양시켜 이를 폭기조로 이송시킨다. 오니 저류조에서 오니 농도가 차츰 높아지면 오니를 인발하여 함수율 조절용 호퍼로 유입켜 퇴비의 원료로 삼는다. 위와같이 퇴비 line 이나 침출수 line 모두가 부식이 존재하는 환경속에서 유기물을 부식화 시켜 생성된 부식물을 전단으로 반송시켜 또 다시 부식화 반응을 시키는 endless부식 제조 System 이라 말할수 있다.

이 과정에서 유기물은 모두 부식물로 변하고 물은 깨끗해 진다. 음식물 쓰레기(유기 폐기물) 속에 함유된 염분은 Na⁺와 Cl^-으로 수화된 상태에서 킬레이트에 포집되어 Na 이온은 부식산 나트륨의 모습으로 변하고 Cl 이온은 다른 유기물과 화합하여 새로운 물질로 변화되어 염해가 없는 물질이 생성된다.

.

(1) 음식물 쓰레기, 축분, 폐수 처리장의 슬러지는 토양 및 수계오염의 주범이며 악취나 소각으로 인한 대기오염의 주범이기도 하다. 이들을 정화의 장에서 감량화(퇴비화)하여 발생량을 30% 이하로 줄인다.(음식물 쓰레기는 10% 이하로 감량)

(2) 생산 퇴비는 양질의 토양 개량제로써 활용되며 농지가 정화의 장으로 변성되어 정화의 장을 선호하는 미생물 군이 우점종이 되면서 농약, 제초제, 화학 비료등의 다량 살포로 인하여 오염의 장으로 이행되어 오염의 장을 선호하는 미생물 군과 이들이 분비하는 대사산물을 선호하는 해충의 발생을 경감하게 함으로써 무공해 농업이 가능해진다.

(3) 유기 폐기물 매립 용지가 필요 없어지고 유기 폐기물 소각장도 필요 없게 됨으로 각종 오염으로부터 해방된다.

Claims

유기 폐기물에 폴리페놀 방향족적 본질을 지닌 미생물 대사산물이 고농도로 함유한 부식물을 첨가하여 발효 감량화(퇴비화)하는 방법
발생 침출수를 폴리페놀 방향족적 본질을 가진 미생물 대사산물을 첨가하여 부식화 시켜 생물 활성수를 만들어 퇴비사에 살포함으로써 유기물이 발효 촉진되어 악취를 제거하도록 하는방법
생산된 퇴비를 함수율 조절제로 사용하여 악취를 제거하는 방법
침출 폐액을 처리하여 생산된 생물 활성수로 용기를 세척함으로써 악취를 제거하는 방법
음식물 속에 함유된 염분을 Na⁺와 Cl^-이온으로 수화시켜 Na⁺이온은 부식산염의 일부가되고 Cl^-이온은 다른 유기 화합물과 화합함으로써 염해가 없는 퇴비를 만드는 방법.