KR20040110145A - Foodwaste recycling process exploiting decomposed manure - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for composting food leftovers is provided to solve problems of conventional composting methods for example, complex pretreatment, high cost, long composting period and wastewater, by using decomposed compost as a water content modifier instead of saw dust. CONSTITUTION: The method for composting food leftovers comprises: sorting out impurities or foreign materials from food leftovers; grounding it; dehydrating it; mixing it with a water content modifier, that is decomposed compost; and stirring with a stirrer(7) and fermenting the mixture, wherein the mixing ratio of the food leftovers to the decomposed compost is 70:30 by weight. The method further comprises an anaerobic digestion process in which wastewater from the dehydration step of an aerobic composting process is mixed with a part of food leftovers, so as to generate methanol, which can be used as an energy source.

Description

부숙퇴비를 사용하는 음식물쓰레기의 퇴비화 방법 {Foodwaste recycling process exploiting decomposed manure}Foodwaste recycling process exploiting decomposed manure}

본 발명은 음식물쓰레기의 퇴비화 방법에 관한 것이며, 더욱상세하게는 음식물쓰레기의 퇴비화 공정에서 수분조절을 위한 복잡한 전처리와 다량의 수분조절용 톱밥의 투입에 의한 높은 운전비용과 퇴비화 기간의 장기화 및 희석에 의해 발생되는 폐수의 처리등의 문제를 해결하기 위한 음식물쓰레기의 퇴비화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composting method of food waste, and more particularly, in the composting process of food waste by the high operating cost and prolongation and dilution of the composting period by the complicated pre-treatment for the water control and the addition of a large amount of sawdust for water control It is related with the composting method of food waste for solving problems, such as the treatment of the wastewater which arises.

종래 음식물쓰레기 퇴비화 공정은 음식물쓰레기에 수분조절제로 톱밥을 첨가하여 진행되는 퇴비화 방법이 사용되고 있다.In the conventional food waste composting process, a composting method is performed by adding sawdust as a moisture control agent to food waste.

대한민국공개특허공보 특2002-0031910호에서는 음식물쓰레기에 수분조절제로써 톱밥을 혼합하여 퇴비화 하는 방법이 공지되어 있으며, 대한민국공개특허공보 특2001-0017779호에서는 수분조절제로써 음식물쓰레기에 톱밥과 왕겨를 혼합하여 퇴비화 하는 방법이 공지되어 있다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-0031910, a method of composting by mixing sawdust as a moisture control agent in food waste is known. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0017779, a mixture of sawdust and rice husk in food waste is used as a moisture control agent. Methods for composting are known.

퇴비화 공정에 톱밥을 첨가하는 경우 톱밥은 무게비로 30% 정도가 첨가되고 있으며(지재성 외, 1996), 음식물 쓰레기 퇴비화공정 운영비의 40% 정도가 톱밥 구입비로 사용되고 있으므로 경제적이지 못하고, 톱밥은 생분해가 어려운 난분해성 물질로 구성되기 때문에 오랜 퇴비화 기간이 경과한 후에도 분해되지 않아 부숙기간이 장기화 되는 문제가 있으며, 작물의 생육방해 물질을 함유하고 있는 경우가 있으므로 이들 분해에는 긴 시간이 필요하고 시설 면적이 넓어지며 퇴비 생산비용에 영향을 주는 문제점이 있으므로 수분조절제 투입량을 최소화할 수 있는 대체 수분조절제의 개발이 필요하다.When sawdust is added to the composting process, about 30% of the sawdust is added by weight (Ji et al., 1996), and about 40% of the food waste composting operation cost is used for the purchase of sawdust. Because it is composed of hardly decomposable substances, it does not decompose even after a long composting period, which leads to a prolonged maturity period.In addition, it may require long time for these decomposition and large facility area because it may contain growth inhibitory substances. Since there is a problem that affects the compost production cost, it is necessary to develop an alternative moisture control agent that can minimize the input of the moisture control agent.

또한, 음식물쓰레기의 퇴비화 공정중 염분제거를 위해 사용되는 세척수에 의해 발생하는 폐수를 하수처리장과 연계하여 처리하고 있으나, 퇴비화 공정에서 발생된 폐수는 높은 유기물의 농도와 낮은 농도의 질소와 인을 포함하고 있는 관계로 폐수로서 하수처리장으로 직접 배출하게 되면 하수 처리장의 과부하가 발생하는 문제가 있다.In addition, the wastewater generated by washing water used for desalination during the composting process of food waste is processed in connection with the sewage treatment plant, but the wastewater generated in the composting process contains high organic matter concentration and low concentration of nitrogen and phosphorus. As a result, when the wastewater is discharged directly into the sewage treatment plant, there is a problem that an overload of the sewage treatment plant occurs.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 상기와 같이 음식물쓰레기를 퇴비화 할 때 문제가 되는 수분조절제인 톱밥을 대체할 수 있는 수분조절제를 첨가한 퇴비화 방법을 제공하고, 퇴비화 공정중 발생하는 폐수를 에너지원으로 활용할 수 있는 음식물쓰레기 퇴비화 방법을 제공하는데 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to add a moisture control agent that can replace the sawdust which is a moisture control agent when composting food waste as described above To provide a composting method, and to provide a food waste composting method that can utilize the waste water generated during the composting process as an energy source.

상기 본 발명의 상기 목적은 음식물쓰레기에 수분조절제로써 부숙퇴비를 혼합하고, 퇴비화 공정중 발생하는 폐수를 혐기성 소화공정을 이용하여 일부 음식물쓰레기와 혼합하여 메탄을 생성 함으로써 달성하였다.The above object of the present invention was achieved by mixing the home compost as a moisture control agent to the food waste, and by mixing the waste water generated during the composting process with some food waste using an anaerobic digestion process to produce methane.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Lab Test에 사용한 퇴비화용 반응기를 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing a composting reactor used in the Lab Test according to a preferred embodiment of the present invention,

도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퇴비화 실험을 위한 pilot scale의 발효조 장치를 도시한 단면도이고,2 is a cross-sectional view showing a fermentor apparatus of a pilot scale for the composting experiment according to a preferred embodiment of the present invention,

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Pilot Test에서의 퇴비화 기간중의 온도변화를 나타낸 그래프이고,Figure 3 is a graph showing the temperature change during the composting period in the Pilot Test according to a preferred embodiment of the present invention,

도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Pilot Test에서의 퇴비화 기간중의 유기물분해를 나타낸 그래프이고,Figure 4 is a graph showing the decomposition of organic matter during the composting period in the Pilot Test according to a preferred embodiment of the present invention,

도5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Pilot Test에서의 퇴비화 기간중의 pH변화를 나타낸 그래프이고,Figure 5 is a graph showing the pH change during the composting period in the Pilot Test according to a preferred embodiment of the present invention,

도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Pilot Test에서의 퇴비화 기간중의 염분농도변화를 나타낸 그래프이고,Figure 6 is a graph showing the salinity change during the composting period in the Pilot Test according to a preferred embodiment of the present invention,

도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혐기성 소화공정에서 염분이 SCOD성분 분해에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸 그래프이고,7 is a graph showing how the salt affects the decomposition of SCOD components in the anaerobic digestion process according to a preferred embodiment of the present invention,

도8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 혐기성 소화공정에서 염분이 가스발생에 어떠한 영향을 미치는지를 나타낸 그래프이고,8 is a graph showing how salt affects gas generation in an anaerobic digestion process according to a preferred embodiment of the present invention.

도9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2(R1), 4(R2), 6(R3), 8일(R4)의 HRT조건에서 SCOD를 변화시키면서 SCOD 제거율을 알아본 그래프이고,9 is a graph showing the SCOD removal rate while changing the SCOD in HRT conditions of 2 (R1), 4 (R2), 6 (R3), 8 days (R4) according to a preferred embodiment of the present invention,

도10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2(R1), 4(R2), 6(R3), 8일(R4)의 HRT조건에서 SCOD를 변화시키면서 SCOD 제거율, 가스발생량 및 pH변화의 관계를 나타낸 그래프이다.10 illustrates the relationship between SCOD removal rate, gas generation rate and pH change while changing SCOD under HRT conditions of 2 (R1), 4 (R2), 6 (R3), and 8th (R4) according to a preferred embodiment of the present invention. The graph shown.

*도면의 주요부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *

1. 공기펌프 2. 공기유량조절장치1. Air pump 2. Air flow control device

3. 퇴비 4. 반응조3. Compost 4. Reactor

5. 보온덮개 6. 다공판5. Thermal cover 6. Perforated plate

7. 오거식 교반기 8. 암모니아 및 습도센서7. Auger stirrer 8. Ammonia and humidity sensor

9. 롤러 10. 압력계9. Roller 10. Pressure gauge

11. 흡/배기 펌프 12. 악취흡입관11. Intake / Exhaust Pump 12. Odor Suction Pipe

13. 반응조 14. 판막13. Reactor 14. Valve

이를 실현하기 위한 본 발명은The present invention for realizing this

음식물쓰레기를 반입 및 저장하는 단계, 선별공정에 의해 협장물을 배출하는 단계, 파쇄하는 단계, 탈수하는단계, 수분조절제로 톱밥을 혼합하는 단계, 교반 발효하는 단계로 이루어지는 음식물 쓰레기의 호기성 퇴비화 방법에 있어서,In the aerobic composting method of food waste comprising the steps of bringing in and storing food waste, discharging the enamel by the sorting process, crushing, dehydrating, mixing sawdust with a moisture control agent, stirring and fermentation In

수분조절제로써 부숙퇴비를 투입하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by putting the composting compost as a moisture control agent.

유기성 폐기물의 호기성 퇴비화는 기본적으로 호기성 미생물에 의하여 유기물을 분해하면서 발생하는 산화열에 의하여 내부 온도를 상승시켜(60~70℃) 유기물을 분해함과 동시에 수분을 증발시켜 감량화시키고, 분해잔재물을 안정화시켜 퇴비로서 사용하는 것이다.Aerobic composting of organic wastes basically increases the internal temperature (60 ~ 70 ℃) by oxidative heat generated by decomposing organic matters by aerobic microorganisms, decomposes organic matters, reduces water by evaporating moisture, and stabilizes residues. It is used as compost.

<표-1>TABLE 1

상기 표1은 호기성 퇴비화 공정의 개략적인 공정 흐름도를 나타낸 것이며, 호기성 퇴비화 공정은 음식물쓰레기를 반입하여 저장하는 단계;Table 1 shows a schematic process flow chart of the aerobic composting process, the aerobic composting process comprising the steps of importing and storing food waste;

상기 저장된 음식물쓰레기를 선별하여 협장물을 배출하는단계;Selecting the stored food waste and discharging the colloid;

상기 배출된 음식물쓰레기를 일정한 크기로 파쇄하는 단계;Crushing the discharged food waste into a predetermined size;

상기 파쇄된 음식물쓰레기의 염분제거 및 슬러지 원심분리에 의해 탈수하는단계;Dehydration of the crushed food waste and dehydration by sludge centrifugation;

상기 탈수된 음식물쓰레기의 수분조절을 위해 수분조절제를 투입하는단계;Injecting a moisture control agent for controlling the moisture of the dehydrated food waste;

상기 투입된 수분조절제와 음식물쓰레기를 혼합하는 단계;Mixing the added moisture control agent with food waste;

상기 혼합된 음식물쓰레기와 수분조절제를 교반하여 발효하는 단계;Fermenting the mixed food waste and the moisture control agent by stirring;

상기 발효된 퇴비를 선별하여 배출 또는 반송하는 단계로 이루어진다.The fermented compost is selected and discharged or returned.

상기 표1로 부터 알 수 있듯이 저장단계, 선별/배출단계, 탈수단계를 거쳐 수분조절제를 투입하게 되고, 종래의 호기성 퇴비화 공정에는 수분조절제로 톱밥을 투입하였으나, 본 발명에 따른 퇴비화 공정은 수분조절제로 부숙퇴비를 투입하게 된다.As can be seen from Table 1, the moisture control agent is added through the storage step, the screening / discharging step, and the dehydration step. In the conventional aerobic composting process, the sawdust is added as a moisture control agent, but the composting process according to the present invention controls water. Zero home compost.

본 발명에 따라 투입되는 부숙퇴비는 수분이 낮은 것(50% 이하)을 사용하지 않으면 부숙퇴비의 양이 증가되는 문제가 발생할 수 있으므로 가능한 한 수분이 낮은 것을 사용하는 것이 바람직하고, 유기성 폐기물을 이용한 부숙퇴비를 다량으로 첨가하는 경우에는 통기성이 저하되며 염류농도가 상승할 염려가 있으므로 다량으로 첨가하지 않는것이 바람직하다.The use of low moisture content (less than 50%) may cause an increase in the amount of non-composting compost, which is added according to the present invention. Therefore, it is preferable to use low moisture content as much as possible. In the case of adding a large amount of home compost, it is preferable not to add a large amount because the air permeability is lowered and the salt concentration may increase.

또한, 본 발명은 상기 표1에서 알 수 있듯이 호기성 퇴비화 공정 중 탈수단계에서 염분을 제거를 위한 세척수에 의해 발생하는 침출수(폐수)를 상기 퇴비화에 사용되는 음식물쓰레기 일부와 혼합하여 메탄을 발생시킴으로써 에너지원으로 사용할 수 있는 혐기성 소화공정을 더 포함하도록 구성된다.In addition, in the present invention, as shown in Table 1, the leachate (wastewater) generated by the washing water for removing salt in the dehydration step during the aerobic composting process is mixed with a part of the food waste used for the composting to generate methane It is configured to further include an anaerobic digestion process that can be used as a source.

혐기성 소화(anaerobic digestion)란 높은 농도의 유기질고형물과 고분자유기물질이 혐기성 조건하에서 미생물에 의하여 기체, 액체, 무기물질 등 보다 안정된 저분자물질로 전환되는 과정을 말한다.Anaerobic digestion is a process in which high concentrations of organic solids and organic polymers are converted into more stable low molecular materials such as gases, liquids, and inorganics by anaerobic conditions.

상기 혐기성 소화공정은 고순도 메탄회수를 위한 소화조의 운영에서 반응조를 이용하여 가용성 유기물을 많이 함유한 유기성 폐기물을 소화시켜 VFA(Volatilefatty acid)로 전환시키고, 여기에서 생성된 부산물(byproduct)인 VFA를 CO2와 CH4로 바꾸는 반응이 일어나도록 하는 공정을 통해 메탄을 생성하게 된다.The anaerobic digestion process digests organic wastes containing soluble organic matters into VFA (Volatilefatty acid) by using a reaction tank in the operation of a digester for high-purity methane recovery, and converts VFA, a byproduct produced therein, into CO Methane is produced by a process that causes the reaction to switch to 2 and CH 4 .

이하 본 발명의 구체적인 구성 및 작용을 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the specific configuration and operation of the present invention will be described with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited only to these Examples.

실시예 1 : 톱밥을 사용하지 않는 퇴비화 공정 개발을 위한 Lab. TestExample 1: Lab. For the development of a composting process that does not use sawdust. Test

도1은 Lab. Test에 사용한 퇴비화용 반응기이며, 상기 반응기는 공기펌프(1)를 이용하여 반응조 내부에 산소(공기)를 공급하고, 공기유량조절장치(2)를 통하여 반응조 내부로 유입되는 공기량을 0.2L/min/kg으로 조절하고, 퇴비화가 진행되는 동안 발효열을 보온하기 위하여 보온덮개(5)를 덮었고, 퇴비단 내부로 공기유입을 원활히 하고 침출액을 분리하기 하여 다공판을 설치하였다.1 is Lab. It is a composting reactor used for the test, and the reactor supplies oxygen (air) to the inside of the reaction tank using an air pump (1), and the amount of air flowing into the reaction tank through the air flow control device (2) is 0.2 L / min. Adjusted to / kg, and covered with a thermal cover (5) to keep the heat of fermentation during the composting progress, to facilitate the inflow of air into the compost and to separate the leachate was installed perforated plate.

상기 반응기를 이용하여 음식물쓰레기는 습윤중량비 70%로 고정하고, 톱밥대신에 수분조절제로서 부숙퇴비를 사용하였다. 부숙퇴비의 비율을 10 ~ 40%로 조절하여 최적의 부숙퇴비량을 결정하였다. 퇴비화 초기의 C/N비는 조절하지 않았으며, 퇴비화의 진행상황은 온도, pH, 수분함량, C/N비, 유기물 함량 그리고 염분농도의 변화를 지표로 조사하였다.Using the reactor, food waste was fixed at a wet weight ratio of 70%, and used compost as a moisture control agent instead of sawdust. The optimal amount of home compost was determined by adjusting the rate of home compost to 10-40%. The C / N ratio was not controlled at the beginning of composting. The progress of composting was investigated by changing the temperature, pH, water content, C / N ratio, organic matter content and salinity.

온도의 변화에서는 부숙퇴비의 혼합으로 고온대로의 반응 속도가 빠르게 진행됨을 확인하였다. 퇴비화 기간중 최고 온도 도달시간은 부숙퇴비를 30%혼합 하였을 때 76℃까지 0.03d-1/℃으로 가장 빠른 퇴비화 반응속도를 보였다.In the change of temperature, it was confirmed that the reaction rate of the high temperature zone proceeded rapidly by mixing the composting compost. The maximum temperature reached during the composting period showed the fastest composting reaction rate of 0.03d-1 / ℃ up to 76 ℃ when 30% of mixed compost was mixed.

부숙퇴비를 30%와 40%로 혼합한 퇴비화에서 퇴비화 초기 pH의 저하는 발견되지 않았다. 이미 안정화된 부숙퇴비를 혼합하였기 때문에 고온대가 유지되는 동안 유기물 함량변화는 크게 감소하지 않았지만, 부숙퇴비의 혼합비가 10%와 30%로 혼합한 반응조에서 약 10%의 유기물이 감소하였으며, 부숙퇴비 혼합비에 따른 수분감소는 퇴비화 초기 함수율 조절을 위해 수분을 공급하였기 때문에 퇴비화가 진행되는 동안 큰 차이는 없었다.No composting initial pH drop was found in compost with 30% and 40% mixed compost. Since the stabilized home compost was mixed, the organic matter content did not decrease significantly while the hot zone was maintained, but the organic compost was reduced by about 10% in the reactor where the home compost was mixed with 10% and 30%. There was no significant difference during the composting process because water was supplied for controlling the initial moisture content of composting.

수분함량과 유기물 분해율에서 가장 좋았던 것은 음식물 쓰레기 : 부숙퇴비 의 혼합비가 70% : 30%일 때 였다. 톱밥을 이용하지 않은 퇴비화에서 부숙퇴비를 30% 첨가하여, 기존의 톱밥첨가 퇴비화에 비해 1차 퇴비화 기간을 5~6일 단축시킨 9~10일에 달성할 수 있었다.The best ratios of water content and organic decomposition rate were 70%: 30% of food waste: home compost. By adding 30% of home compost in composting without sawdust, it was possible to achieve the first composting period by 9 to 10 days compared to the conventional sawdust addition composting.

실시예2 : 톱밥을 사용하지 않는 퇴비화 공정 개발을 위한 Pilot TestExample 2 Pilot Test for Development of Composting Process without Sawdust

상기 실시예1에서의 실험결과를 바탕으로 본 발명은 Pilot 규모 퇴비화 장치를 현장에서 설치하여 톱밥을 사용하지 않는 퇴비화에 대한 실험을 수행하였다.Based on the experimental results in Example 1, the present invention was installed on a pilot scale composting device in the field to perform an experiment for composting without using sawdust.

본 발명에 사용된 음식물쓰레기는 S시에서 발생되는 것으로 흡착물 제거 단계와 파쇄 및 탈수과정을 거친 고형성분을 이용하였다.The food waste used in the present invention was produced at the time of S and used a solid component which had undergone the adsorbate removal step, crushing and dehydration.

초기 음식물쓰레기의 수분함량은 70~75%였고, 염분도가 0.6~1.2%, pH 4~6의 특성을 가지고 있었고, 실험씨앗에 사용된 음식물 쓰레기는 실험 중 투입량의 15~25%가 동물의 잔뼈류와 식물의 씨앗등으로 파쇄가 되지 않은 상태의 성분으로 잔존하는 것으로 나타났으며, 실험은 초기 성상을 실제 처리장의 조건과 같게 하기 위하여 잔존하는 비파쇄성 성분들을 제거하지 않은 상태에서 실시하였다.The water content of the initial food waste was 70-75%, the salinity was 0.6-1.2%, pH 4-6, and the food waste used in the experimental seeds was 15-25% of the animal input during the experiment. It was found to remain as a component that was not crushed by the seeds of plants and plants, and experiments were conducted without removing the remaining non-fragmentable components to make the initial properties the same as those of the actual treatment plant.

톱밥대용 수분조절제로 사용한 부숙퇴비는 S시에서 생산되는 것을 전체 무게의 30%가 되도록 첨가하였다. 초기 수분함량은 55~65%로 조절하였다.The composting compost used as a sawdust substitute was added to produce 30% of the total weight produced in S. Initial moisture content was adjusted to 55-65%.

도2는 퇴비화 실험을 위한 Pilot scale의 발효조 장치를 도시한 단면도이고, 폭 1m, 길이 4m, 높이 1m의 SUS 304 재질로 제작되었으며 내부에는 스탠드형 오거 (ouger)식 교반기(7), 퇴비화가 진행되는 동안 발생되는 악취 및 퇴비단의 함수율을 측정하기 위한 암모니아 및 습도센서(8), 오거식 교반기와 암모니아 및 습도센서의 반응조내에 원할한 이동을 위한 롤러(9), 유입되는 공기량을 조절하기 위하여 압력계(10), 발효기간 동안 발효조 내 혐기화를 최소화 하기 위하여 3개의 흡/배기 펌프(11), 퇴비화 기간동안 발생되는 악취를 퇴비장 외부로 유출시키기 위한 악취흡입관(12) 및 계절에 따른 외부온도의 영향을 최소화하기 위하여 1차 발효조에 공기가열기를 설치하였다.Figure 2 is a cross-sectional view showing a pilot scale fermenter device for the composting experiment, made of SUS 304 material of 1m in width, 4m in length, 1m in height and inside the stand auger (7), composting is in progress Ammonia and humidity sensors (8) for measuring the moisture content of odors and composting stages generated during operation, rollers (9) for smooth movement in the reaction tank of auger type agitators and ammonia and humidity sensors, Pressure gauge (10), three intake / exhaust pumps (11) to minimize the anaerobic in the fermentation tank during the fermentation period, odor suction pipe (12) for outflow of the odor generated during the composting period outside the compost site and seasonal external temperature Air heaters were installed in the primary fermenter to minimize the effects of

또한, 공기공급 노즐의 막힘을 방지하기 위하여 유입공기를 하향식 노즐을 이용하여 공급하였고, 노즐의 상부 약 20cm 정도를 왕겨를 덮었으며, 왕겨와 반응물간의 혼합을 막기 위하여 가로 5cm, 세로 1cm의 SUS 304에 천공을 뚫어 판막(14)으로 사용하였다.In addition, the inlet air was supplied using a downward nozzle to prevent clogging of the air supply nozzle, and the top of the nozzle covered about 20 cm of rice husk, and SUS 304 having a width of 5 cm and a length of 1 cm to prevent mixing between the chaff and the reactants. A perforation was used to serve as the valve 14.

발효기간 동안의 물리화학적 변화를 측정하기 위하여 CO2, O2, 습도, 온도 센서를 제작하여 설치하였고, 발효중 발생되는 악취물질인 암모니아를 측정하기 위하여 방폭형 암모니아 센서를 설치하여 모니터링 하였다.In order to measure the physicochemical changes during the fermentation period, CO 2 , O 2 , humidity and temperature sensors were manufactured and installed.

실험계의 조건은 RUN-1이 음식물쓰레기+ 부숙퇴비, RUN-2가 음식물쓰레기+ 하수슬러지+ 부숙퇴비, RUN-3가 음식물쓰레기+ 하수슬러지+ 톱밥이다.The conditions of the experimental system are RUN-1 for food waste + home compost, RUN-2 for food waste + sewage sludge + home compost, and RUN-3 for food waste + sewage sludge + sawdust.

도3은 본 발명에 따른 Pilot. Test에서의 퇴비화 기간중의 온도변화를 나타낸 그래프이며, 실험 결과, 상기 도3으로 부터 간접적으로 퇴비화 속도를 추정할 수 있는 온도평가에서 부숙퇴비를 사용한 실험계는 초기온도 20-25℃에서 발효1일째 부터 70℃에 가까운 빠른 온도상승을 보인 반면, 톱밥을 사용한 실험계는 약 36℃의 온도상승 밖에 보이지 않았음을 알 수 있다.Figure 3 is a Pilot according to the present invention. It is a graph showing the temperature change during the composting period in the test, and as a result of the experiment, the experimental system using the composting compost in the temperature evaluation that can indirectly estimate the composting rate from FIG. While showing a rapid temperature rise close to 70 ℃, it can be seen that the experimental system using sawdust showed only a temperature rise of about 36 ℃.

도4는 본 발명에 따른 Pilot. Test에서의 퇴비화 기간중의 유기물분해를 나타낸 그래프이며, 상기 도4로 부터 실제로 유기물의 분해속도 면에서도 부숙퇴비를 사용한 실험계가 톱밥을 사용한 실험계보다 유기물의 분해속도가 훨씬 빠르다는 것을 알 수 있다.4 is a pilot according to the present invention. It is a graph showing the decomposition of organic matter during the composting period in the test, and it can be seen from FIG. 4 that the rate of decomposition of organic matter is much faster than that of sawdust in terms of the rate of decomposition of organic matter.

도5는 본 발명에 따른 Pilot. Test에서의 퇴비화 기간중의 pH변화를 나타낸 그래프이며, 상기 도 5로 부터 부숙퇴비를 사용한 실험계는 빠른 퇴비화 반응에 기인한 유기산의 축적현상이 크게 보이지 않고 빠른 중화를 보인 반면, 톱밥을 사용한 실험계는 초기단계의 반응에서 유기산의 축적으로 인한 pH의 현저한 저하가 관찰되었음을 알 수 있다.5 is a pilot according to the present invention. It is a graph showing the pH change during the composting period in the test, the experimental system using the home compost from Figure 5 shows that the accumulation of organic acid due to the fast composting reaction did not show a large neutralization, but the rapid neutralization, the experimental system using sawdust It can be seen that a significant drop in pH due to the accumulation of organic acids was observed in the initial reaction.

한편, 도6은 본 발명에 따른 Pilot.Test에서의 퇴비화 기간중의 염분농도 변화를 나타낸 그래프이며, 상기 도6으로 부터 염분농도의 변화에 의한 평가에서는 현저한 차이가 관찰되지 않음을 알 수 있다.On the other hand, Figure 6 is a graph showing the change in salinity concentration during the composting period in Pilot.Test according to the present invention, it can be seen from the Figure 6 that no significant difference is observed in the evaluation by the change in salinity concentration.

실시예 3 : 메탄생성 혐기성 폐수처리에 의한 음식물폐기물의 염분제거를 위한 세척수의 처리공정 개발Example 3 Development of Washing Water Treatment Process for Desalination of Food Wastes by Methanogenic Anaerobic Wastewater Treatment

음식물쓰레기에 함유된 고농도의 염분을 저감시키는 것이 국내 퇴비화의 큰과제이다. 이러한 염분의 농도를 저감시키기 위해서는 대부분 물을 이용하여 세척하는 방법이 사용되고 있다. 현재는 대부분의 경우, 하수처리장과 연계해서 처리하고 있는데, 퇴비화공정에서 발생된 폐수는 높은 유기물의 농도와 낮은 농도의 질소와 인을 포함하고있는 관계로 폐수로서 하수처리장으로 직접 배출하게 되면 하수처리장의 과부하의 문제점을 일으킬 가능성이 높다.Reducing the high concentration of salt in food waste is a major challenge in domestic composting. In order to reduce the concentration of these salts, a method of washing with water is mostly used. Currently, in most cases, the wastewater generated in the composting process contains high organic matter concentrations and low concentrations of nitrogen and phosphorus, which is directly discharged to the sewage treatment plant. Is likely to cause overload problems.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 높은 유기물 농도와 낮은 인과 질소의 농도를 함유하고 있는 폐수의 특성을 이용한 혐기성 소화에 의한 음식물폐기물 세척수의 처리를 위한 공정을 개발하였다.In order to solve the above problems, the present invention has developed a process for the treatment of food waste washing water by anaerobic digestion using the characteristics of waste water containing high organic matter concentration and low phosphorus and nitrogen concentration.

본 발명에서는 퇴비화공정에서 발생되는 모든 폐기물이나 폐수는 그 공정내에서 처리되어야 한다는 기본개념에 의해 호기성 퇴비화 공정에 의해 탈수단계에서 발생하는 유기물성분이 많은 음식물쓰레기 세척수의 특성을 이용한 혐기성 소화공정에 의해 퇴비화에서 사용되는 음식물쓰레기의 일부와 세척수를 혼합하여 메탄 발생에 의한 에너지로서의 재이용과 염분제거를 동시에 달성 할 수 있는 시스템을 구축하였다.In the present invention, by the basic concept that all wastes or waste water generated in the composting process should be treated in the process by the anaerobic digestion process using the characteristics of the food waste washing water containing a lot of organic matter generated in the dehydration step by the aerobic composting process. A part of the food waste used in composting and the washing water were mixed to establish a system that can simultaneously achieve the reuse and desalination as energy due to methane generation.

이를 위해 본 발명에서는 메탄발생과 염분을 제거할 수 있는 최적의 음식물쓰레기와 세척수 비율을 결정하였다.To this end, in the present invention, the optimum ratio of food waste and washing water to remove methane generation and salt was determined.

본 발명에서는 4L 용량의 CSTR(continuous stir tank reactor)형태의 반응기를 사용하였다. 음식물쓰레기와 세척수는 반응기의 바닥으로부터 유입되었으며 반응기로부터 발생한 가스는 반응기의 윗면에 설치된 입구로부터 집적하여 분석에 사용하였다.In the present invention, a 4L capacity CSTR (continuous stir tank reactor) type reactor was used. Food waste and washing water were introduced from the bottom of the reactor, and the gas from the reactor was collected from the inlet installed on the top of the reactor for analysis.

반응기의 항온조건을 유지하기 위하여 워터자켓(water-jaket)을 사용하여 반응기를 운전하는 동안 35℃의 온도를 유지하였다.In order to maintain the constant temperature of the reactor, a water jacket (water-jaket) was used to maintain a temperature of 35 ℃ while operating the reactor.

도7은 혐기성 소화공정에서 염분이 SCOD성분 분해에 미치는 영향을 나타내는 그래프이며, 염분이 SCOD성분과 혐기성 소화공정에 의해 발생하는 가스발생에 어떠한 영향을 주는지에 대한 검토 결과, 상기 도7과 같이 초기 SCOD농도가 약 4500 ㎎/L일 때, 염분농도 2g/L(R1)의 경우, 약 90시간의 운전 후 96%이상의 SCOD제거율을 얻었으며 7g/L(R2)와 12g/L(R3)에서는 약 70%의 제거율을 얻음을 알 수 있다.7 is a graph showing the effect of salinity on the decomposition of SCOD components in the anaerobic digestion process, the result of the examination of how the salt affects the gas generated by the SCOD component and anaerobic digestion process, as shown in FIG. When the SCOD concentration was about 4500 mg / L, the salinity concentration of 2g / L (R1) was obtained more than 96% of SCOD removal after about 90 hours of operation, and at 7g / L (R2) and 12g / L (R3). It can be seen that a removal rate of about 70% is obtained.

상기 결과로 부터 7g/L 이상의 염분농도에서는 혐기성 소화효율이 급격히 떨어지는 것으로 추정되었다. 즉, 음식물쓰레기와 세척수의 비율이 1:2(w/v)이상이 되었을 때 혐기성 소화에 급격한 저해가 있을 것으로 추정되어졌다.From the above results, it was estimated that the anaerobic digestion efficiency drops sharply at a salt concentration of 7 g / L or more. In other words, when the ratio of food waste and washing water is more than 1: 2 (w / v), it is estimated that there will be a sharp inhibition on anaerobic digestion.

상기 사실은 혐기성 소화에 의한 가스발생량의 결과로 부터 더욱 명확히 알 수 있었다. 도8은 혐기성 소화공정에서 염분이 가스발생에 미치는 영향을 나타내는 그래프이며, 상기 도8로 부터 2g/L의 염분농도일 때는 3일 운전후 약 5000mL이상의 가스발생량을 얻을 수 있었던 반면, 7g/L와 12g/L에서는 3일 후의 가스발생량이 1800-2200mL 였슴을 알 수 있다.This fact can be seen more clearly from the results of gas generation by anaerobic digestion. FIG. 8 is a graph showing the effect of salinity on gas generation in the anaerobic digestion process. From FIG. 8, when the salinity of 2g / L was obtained, a gas generation amount of more than about 5000mL was obtained after 3 days of operation, whereas 7g / L And 12g / L, gas generation after 3 days was 1800-2200mL.

이상의 결과로 부터 염분의 농도와 가스발생량에 의한 혐기성 처리에서의 음식물쓰레기와 세척수의 최적비율(w/v)은 1:3으로 밝혀졌다.From the above results, the optimum ratio (w / v) of food waste and washing water in anaerobic treatment by salt concentration and gas generation amount was found to be 1: 3.

2(R1), 4(R2), 6(R3), 8(R4)일의 HRT 조건에서 연속운전실험에 의해 SCOD제거율과 가스발생율을 검토하였다. 반응기내의 SCOD농도의 갑작스런 유기물의 과부하를 방지하기 위하여 운전 3일째 까지는 3000mg/L, 10일까지는 약 8000-9000mg/L,10일 이후에는 약 12000mg/L로 천천히 증가시키면서 실험을 실시하였다.The SCOD removal rate and gas generation rate were examined by continuous operation experiments at HRT conditions of 2 (R1), 4 (R2), 6 (R3) and 8 (R4) days. In order to prevent the sudden overload of SCOD concentration in the reactor, the experiment was conducted slowly increasing to 3000 mg / L up to 3 days of operation, about 8000-9000 mg / L up to 10 days, and about 12000 mg / L after 10 days.

도9는 2(R1), 4(R2), 6(R3), 8(R4)일의 HRT 조건에서 SCOD를 변화시킬때 SCOD제거율을 나타낸 그래프이며 도10은 2(R1), 4(R2), 6(R3), 8(R4)일의 HRT 조건에서 SCOD를 변화시킬때 SCOD제거율과 가스발생량을 나타내면서 이때의 pH변화를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the SCOD removal rate when the SCOD is changed in HRT conditions of 2 (R1), 4 (R2), 6 (R3), and 8 (R4), and FIG. 10 is 2 (R1) and 4 (R2). , 6 (R3), 8 (R4) is a graph showing the pH change at this time, showing the SCOD removal rate and gas generation when changing the SCOD under HRT conditions.

상기 도9로 부터 종래의 혐기성 소화공정과 비교해 2-4일 이라는 짧은 수리학적 체류시간(HRT)에서 약 8.2g/L의 높은 SCOD농도를 75-95%까지 제거하였슴을 알 수 있으며, 상기 도10으로 부터 비교적 산성(pH 4-5)의 유입수에도 안정된 운전상태를 유지하므로 별다른 pH조절이 필요하지 않음을 확인할 수 있다.From Figure 9 it can be seen that the high SCOD concentration of about 8.2g / L up to 75-95% was removed in a short hydraulic residence time (HRT) of 2-4 days compared to the conventional anaerobic digestion process, It can be confirmed that pH control is not necessary because it maintains a stable operation even in relatively acid (pH 4-5) influent from 10.

실시예 4 : 생산 퇴비의 부숙도 판별Example 4: determination of maturity of production compost

톱밥을 사용하지 않고 부숙퇴비를 수분조절제로 사용하여 생산된, 음식물쓰레기, 음식물쓰레기+축분, 음식물쓰레기+하수슬러지의 퇴비의 부숙도를 판정하고 각 퇴비의 물리화학적 특성을 규명하는 부숙도 판정에서 토양의 물리화학적 특성변화와 배추나 상추와 같은 작물의 성장에 미치는 영향을 비교하였다.To determine the maturity of compost of food waste, food waste + dust, food waste + sewage sludge, which is produced using saw compost as a moisture control agent without using sawdust, and to determine the physical and chemical characteristics of each compost. The changes in soil physicochemical properties and the effects of crops such as cabbage and lettuce were compared.

그 결과, 상추에 의한 현장 실험계에서 음식물쓰레기, 음식물쓰레기+축분, 음식물쓰레기+하수슬러지에서 생산된 퇴비가 가장 우세한 생육을 보였다. 특히 음식물쓰레기+하수슬러지에서 생산된 퇴비가 시판중인 퇴비와 비교해서도 평균적으로 높은 생육을 보였다.As a result, the compost produced from food waste, food waste + flakes, food waste + sewage sludge showed the most dominant growth. In particular, compost produced from food waste + sewage sludge showed an average higher growth than commercial compost.

본 발명은 수분조절제로써 톱밥을 전혀 사용하지 않고 부숙퇴비를 사용함으로써 퇴비화 초기의 높은 수분함량에 의한 퇴비단의 혐기성화 현상을 억제하고 통기선 개선을 통해 호기조건을 유지하여 퇴비화 공정중 고온단계로 이어지는 1차 발효시간을 단축하고, 유기물의 분해속도의 향상으로 부숙기간을 단축할 수 있으며, 유기산의 축적현상의 방지로 유기산 축적으로 인한 pH저하가 방지되고, 톱밥을 사용하지 않으므로 운전비가 감소하고, 유기성 폐기물을 처리함과 동시에 퇴비화 공정중 발생하는 폐수를 활용하여 에너지원으로 사용 가능하게 하는 탁월한 효과가 발생하므로 비료 및 환경산업상 매우 유익한 발명인 것이다.The present invention is to control the anaerobic phenomenon of the compost by the high moisture content in the early stage of composting by using sawdust compost without using any sawdust as a moisture control agent to maintain the aerobic condition through improving the ventilation line to the high temperature step during the composting process Shorten the first fermentation time, improve the rate of decomposition of organic matters, shorten the period of staying, prevent the accumulation of organic acids to prevent the pH decrease due to the accumulation of organic acids, and operating cost is reduced by not using sawdust This is a very beneficial invention for the fertilizer and environmental industry because it produces an excellent effect of treating organic waste and making it available as an energy source by utilizing wastewater generated during the composting process.

Claims (4)

음식물쓰레기를 반입 및 저장하는 단계, 선별공정에 의해 협장물을 배출하는 단계, 파쇄단계, 탈수단계, 수분조절제를 혼합하는 단계, 교반 및 발효하는 단계로 이루어지는 음식물 쓰레기의 호기성 퇴비화 방법에 있어서,In the aerobic composting method of food waste consisting of bringing in and storing food waste, discharging the enamel by the sorting process, crushing, dehydration, mixing the moisture control agent, stirring and fermentation, 상기 수분조절제로 부숙퇴비를 사용하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 퇴비화 방법.Composting method of food waste composting, characterized in that the use of ripening compost as the moisture control agent. 제1항에 있어서, 투입되는 음식물쓰레기와 부숙퇴비의 혼합비가 70% : 30%인 것을 특징으로하는 음식물쓰레기 퇴비화 방법The food waste composting method according to claim 1, wherein the mixing ratio of the input food waste and home compost is 70%: 30%. 제1항에 있어서, 호기성 퇴비화 공정중 탈수단계에서 발생하는 폐수를 상기 퇴비화에 사용되는 음식물쓰레기 일부와 혼합하여 메탄을 발생시킴으로써 에너지원으로 사용할 수 있는 혐기성 소화공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 퇴비화 방법.According to claim 1, Food waste characterized in that it comprises an anaerobic digestion process that can be used as an energy source by mixing the wastewater generated in the dehydration step of the aerobic composting process with a portion of the food waste used for the composting to generate methane Composting method. 제3항에 있어서, 음식물쓰레기와 폐수의 비율(w/v)이 1 : 3인 것을 특징으로 하는 음식물쓰레기 퇴비화 방법.The food waste composting method according to claim 3, wherein the ratio (w / v) of the food waste to the wastewater is 1: 3.
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KR100585610B1 (en) * 2006-03-06 2006-06-07 한솔이엠이(주) Method for processing kitchen refuse into composting
KR100763262B1 (en) * 2005-09-28 2007-10-04 남송희 Composting Method And Apparatus for Livestock Waste

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