KR20100099196A - 감염성 유기 폐기물로부터 비감염성 산물을 제조하는 방법 - Google Patents

감염성 유기 폐기물로부터 비감염성 산물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

감염성 유기 폐기물로부터 가수분해된 멸균성 변성된 산물을 제조하는 방법은 (a) 감염성 유기 폐기물을 가열되고 가압될 수 있는 반응기 안에 도입하여 반응 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 반응 혼합물을 반응기 안에서 소정의 온도 및 압력하에, 상기 반응 혼합물을 열적으로 가수분해하고 변성된 슬러리로 변성시키기에 충분한 시간 동안 포화된 스팀에 도입하는 단계; 및 (c) 선택적으로 (1) 상기 변성된 슬러리를 혐기성으로 소화처리하거나, (2) 상기 변성된 슬러리를 분자량, 밀도 및 크기를 기준으로 2개 이상의 가수분해된 멸균성 변성된 산물로 분획화하는 단계를 포함한다. 생성된 가수분해된 멸균성 산물은 안전하고 가치 있는 영양상 특성을 갖고, 넓은 범위의 상업적, 농업적 그리고 산업적 제품 또는 공정에 사용될 수 있다.

Description

감염성 유기 폐기물로부터 비감염성 산물을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING NON-INFECTIOUS PRODUCTS FROM INFECTIOUS ORGANIC WASTE MATERIAL}
사람과 동물의 건강을 위협하는 심각한 감염성 질환이 증가하면서, 동물용 사료로서 사용하거나 골육분(MBM, meat and bone meal) 및 다른 동물 영양 산물(지방 및 혈분 등)로 전환시키는 공장에 제공되는 공급원료로서 사용하는데 있어서, 다양한 관할기관에서 정의된 바와 같은 죽은 동물, 동물 부산물, 음식물 쓰레기 및 그 밖의 특정 위험 물질(SRM)을 제한하는 새로운 국제적 규약과 법이 만들어지고 있다. 신종 전파성 해면상뇌증(TSE, transmissible spongiform encephalopathy) 또는 프라이온 질병, 예를 들면 소해면상뇌증(BSE, bovine spongiform encephalopathy), 만성 소모성 질병(CWD, chronic wasting disease), 및 스크래피, 뿐만 아니라 가금류 및 다른 동물에서 신종 바이러스성 질병이 발생하기 시작하면서, 사람과 동물의 먹이사슬로부터 이들을 확실히 제거하기 위해 이들 물질을 처분 또는 재활용하는 것과 관련된 심각한 문제점이 생겨났다. 종래의 공급은 이렇게 저항력이 높은 병원체를 변성시키기 위한 조건을 만들어내지 않고, 매장 및 퇴비화에 의한 종래의 처분은 가장 저항력이 놓은 병원균(BSE, 탄저병 등)을 파괴하지 못한다. 또한, 다량의 이러한 죽은 동물, 음식물 및 기타 쓰레기를 소각하면 2차적인 환경 오염 및 독성 화합물을 만들어 낸다.
매장이나 소각이라는 종래의 방법과 관련된 오염과 냄새와 같은 악영향없이 이들 감염성 또는 잠재적으로 감염성인 유기 물질에 의해 야기되는 건강 및 환경상의 위험을 안전하게 제거하는 기술을 개발하기 위한 시도가 현재 이루어지고 있다. 이상적인 해결책은 쓰레기 또는 도살된 동물 및 공장 공급원으로부터 유도된 고기, 뼈, 지방 및 섬유 물질을 그 1차적인 유리한 성분, 예를 들면 아미노산, 지방산 및 무기질의 영양소를 파괴하지 않으면서 병원체가 파괴되도록 전환 및 정제하는 것일 것이다. 이어서 이들 유리한 성분들은 특히 비료 및 공급원료 영양분을 위한, 그리고 전기 및 스팀의 열병합발전을 위한 메테인 바이오가스를 생성하는 혐기성 소화제를 위한, 안전하고 가치있는 영양산물로 개질될 수 있다. 본 발명은 이러한 해결책을 제공한다.
본 발명은 가내 음식물 쓰레기, 식품 가공 산업으로부터의 폐육류 및 뼈 잔류분, 온갖 공급원으로부터의 죽거나 질병에 걸린 동물 사체, 탈수된 하수 슬러지, SRM, 동물 부산물(ABP), 및 기타 다른 고형 및 액체 유기 쓰레기와 같은 감염성 물질을 변성되고 가치가 더해진 산물로 변환시키는 생물정제 과정을 통한 유기 폐기물의 처리 및 그의 환경적으로 안전한 처분의 문제점을 효과적으로 해결한다.
본 발명은 감염성 유기 폐기물로부터 가수분해된 멸균성 변성된 산물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 (a) 감염성 유기 폐기물을 가열되고 가압될 수 있는 반응기 안에 도입하여 반응 혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 반응 혼합물을 상기 반응기 안에서 소정의 온도 및 압력하에, 상기 반응 혼합물을 열적으로 가수분해하고 변성된 슬러리로 변성시키기에 충분한 시간 동안, 포화된 스팀에 도입하는 단계; 및 (c) 선택적으로 (1) 상기 변성된 슬러리를 혐기성으로 소화처리하거나, (2) 상기 변성된 슬러리를 분자량, 밀도 및 크기를 기준으로 2개 이상의 가수분해된 멸균성 변성된 산물로 분획화하는 단계를 포함한다.
일반적으로, 본 발명은 감염성 유기 폐기물의 처리에 관한 것으로, 상기 폐기물은 가정이나 식품 서비스 산업으로부터의 음식물 쓰레기 및 음식물 가공 쓰레기; 진균성 질병에 감염된 것 등과 같이 병에 걸린 식물; 육류 및 어류 포장기계로부터 잔류성 고기 및 뼈; 농장, 가축사육장, 도축장 및 동물 병원으로부터의 가축, 가금류 및 애완동물 사체; 및 파괴를 위해 국가, 지방 또는 지역 질병 및 구제 프로그램에 의해 지정된 분류되거나 도살된 동물 사체, 신체 일부, 장기 및 조직; 동물 내장; 이러한 쓰레기를 함유하는 시의 고형 쓰레기; 및 폐수 처리 공장으로부터의 하수 슬러지; 및 이들 임의의 물질의 임의의 조합 또는 혼합물과 같은 SRM, ABP, 사람, 동물 및 식물 폐기물을 포함한다. 본 발명에 따른 이러한 감염성 유기 폐기물의 처리는 상기한 물질을 변성시켜 비감염성으로 만들어 준다.
본원에서 사용한 바와 같은, "감염성 유기 폐기물"이란 용어는 실제적으로 또는 잠재적으로 감염성인 유기 폐기물을 의미하는 것으로, 여기서 폐기물은 실제적으로 또는 잠재적으로 사람 또는 동물의 병 또는 질병을 유발할 수 있는 임의의 유형의 병원체를 포함하고, 바로 앞의 문단에서 설명한 유형을 포함하지만 여기에 국한되는 것은 아니다. 따라서, 상기 용어는 다른 몇가지 샘플 묶음에 의해 감염성인 것으로 예상되거나 의심되는 유기 폐기물, 또는 병원체를 함유한 것으로 밝혀진 일반적인 유형의 물질을 포함한다. 실제적으로 감염성인지 여부를 결정하기 위해 처리될 물질을 실제적으로 미리 시험할 필요는 없고, 따라서 감염성 유기 폐기물은 실제적으로 감염성이 아닐 수도 있다. 일반적으로, 이러한 유기 폐기물은 규정에 의해 또는 관습적으로 못 먹는 것이다.
본원에서 사용된, "변성"이란 용어 및 그의 문법적 동의어는 병원체를 사람 또는 동물에게 더 이상 해롭지 않도록 멸균시키는 것과 불활성화하는 것 모두를 의미한다. 이 용어는 본원에서 균류, 박테리아 또는 그 자체로 신진대사할 수 있고 생식할 수 있는 다른 미생물과 같은 미생물; 일반적으로 유전물질의 RNA 또는 DNA 코어를 둘러싸는 단백질 막을 함유하되 반투막은 갖고 있지 않고, 생물 세포에서만 성장하고 증식할 수 있는 매우 간단한 미생물이거나 매우 복잡한 분자로 보일 수 있는 바이러스; 및 미생물이 아닌 단백질이면서 사람 및 동물과 생화학적으로 상호작용하여 병 또는 질병을 유발하는 주형이나 패턴을 형성하는 TSE 또는 프라이온, 예를 들면 BSE, CWD 및 스크래피에 적용하도록 선택된 것이다. 따라서, "변성"이란 용어는 여기서, 그 병원체가 멸균, 불활성화, 열적 가수분해 또는 본 발명의 방법 안의 임의의 다른 기술에 의해 무해하게 만들어지든 아니든 상관없이, 임의의 이러한 유해한 병원체를 본 발명의 방법에 따라 유해하지 않도록 만드는 것을 포함하는 용어이다.
본원에서, "가수분해된 멸균성 산물"이란 용어는 본 발명의 변성 과정으로부터 생성되는 아미노산, 지방산, 무기물 및 섬유상 또는 비섬유상 유기 영양 물질과 같은 임의의 유익한 산물을 포함한다.
본원에서 사용된 "동물 부산물"(ABP)이란 임의의 감염체에 의해 감염되든 안되든, 사람이 소모할 용도가 아닌 임의의 동물 유도된 물질을 말하고, 이는 임의의 정부 또는 정부 단체 또는 정부 기관[예: 2002년 10월 3일자로 채택된 유럽 의회 및 유럽 의사회의 유럽연합 규정 EC 1774/2002, 영국의 행정입법 2005 No. 2347 동물 부산물 규정 2005 등]에 의해 규제를 받거나 받을 수 있다. 이러한 ABP는 예를 들면 사람에 의해 바로 소모되지 않는 도축된 동물의 일부(죽은 농장 동물을 포함함), 및 육류(익힌 것이든 아니든)를 함유하거나 육류와 접촉한 음식공급 쓰레기(식당, 음식공급 설비 및 주방으로부터 발생한 음식물 쓰레기)를 포함하고, 이들중 일부는 육분, 골분, 지방, 젤라틴, 콜라겐, 애완동물 사료 및 다른 공업용품, 예를 들면 풀, 가죽, 비누, 비료 등과 같은 동물 단백질에 사용될 수 있다.
본원에서 사용된, "특정 위험 물질"(SRM)은 임의의 감염체로 감염된, 또는 감염될 수 있는 또는 감염되기 쉬운 유형인 임의의 물질, 예를 들면 BSE 및 스크래피를 의미하는 것으로, 이는 임의의 정부 또는 정부 단체 또는 정부 기관에 의해 규제되거나 규제받을 수 있다[예를 들면, 2004년 1월 12일자 연방관보에 공개된 Interim Final Rule of the U.S. Department of Agriculture, Food Safety Inspection Service, 1862쪽 이하 참조, the European Union Community TSE Regulation 9999/2001 및 the Canadian Food Inspection Agency regulation(2003년 8월 23일 발효)]. 이러한 SRM은 예를 들면 소의 경우 편도선, 창자, 하악골은 제외하고 뇌와 눈은 포함하는 두개골 및 척수, 척추(예외 있음), 및 배근 신경절을 포함하고, 양 및 염소의 경우, 비장 및 회장, 및 뇌와 눈을 포함한 두개골을 포함한다.
본원에 사용된 "불필요한 섬유, 산화제 또는 산 또는 알칼리성 화합물의 실질적인 부재"란 말은 이러한 섬유, 산화제 또는 산성 또는 알칼리성 화합물이 생성된 변성된 산물에 영향을 미칠 정도의 양으로 반응 혼합물에 별도로 또는 함께 조합하여 일부러 첨가되지 않음을 의미한다. 그러나, 이러한 섬유, 산화제 또는 산 또는 알칼리성 화합물은 우연히 반응 혼합물을 형성하는 감염성 유기 폐기물, 예를 들면 일반적으로 적어도 어느 정도의 감염성 유기 쓰레기를 함유하는 골판지 포장재와 함께 소량으로, 반응 혼합물의 약 2중량% 이하의 양으로 포함될 수 있다.
달리 언급되거나 문맥상 자명하지 않다면, 본원에 사용된 단수는 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다.
본 발명에서 생성된 가수분해된 멸균성의 변성된 산물은 변성화 직후, 또는 농업적, 산업적 및 공업적 용도[예: 비료, 토양 개량제 및 동물 사료 원료 뿐만 아니라, 전기, 스팀, 온수를 열병합발전시키기 위한 에너지 공급원으로서 사용될 수 있는 바이오가스(1차적으로 메테인)를 생산하기 위한 또는 임의의 다른 연료 용도에 사용하기 위한 혐기성 소화처리제(AD)]로 분획화된 후 사용될 수 있다. 본 발명의 가수분해된 멸균성 산물은 직접적으로 사용하는 것 그리고 AD 용기 안에서 분획화 후 특히 탄소-풍부 섬유상 분획 및 지방산 분획이 매우 효과적인데, 왜냐하면 이미 가수분해되었기 때문이다. 혐기성 소화처리의 첫번째 단계가 가수분해된 물질을 생성하기 때문에, 이러한 물질로부터 출발하면 AD 용기 안에서 공정 시간이 단축되고 메테인 바이오가스 발생 효율이 증가한다.
임의의 유형의 감염성 유기 폐기물이 본 발명을 사용하여 처리될 수 있지만, ABP(지질을 약 30중량% 이하, 일반적으로 약 15 내지 약 30중량%의 양으로 포함한다)를 포함한 동물 쓰레기를 처리하는데 특히 효과적이다.
본 발명에 따라 처리될 수 있는 동물 사체, 신체 일부, 장기 또는 조직은, 소, 양, 염소, 거세비육돈, 돼지, 말을 포함한 일반적인 가축 및 닭, 거위 및 오리를 포함한 가금류, 가정용 애완동물, 예를 들면 개 및 고양이, 동물원 동물, 및 임의의 공급원으로부터 그 사체, 신체의 일부, 장기 또는 조직이 폐기되어야 할 사실상 임의의 다른 동물의 것을 포함한다.
본 발명에 따라 효율적으로 처리되어야 할 감염성 유기 폐기물은, 불필요한 섬유, 산화제, 또는 산 또는 알칼리성 화합물의 실질적인 부재하에 적절한 반응기 또는 용기 안으로 도입되는 것이 바람직하다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이, 이러한 불필요한 섬유, 산화제 또는 산 또는 알칼리성 화합물이 본 발명에 따른 처리를 위해 전달되는 감염성 유기 폐기물의 일부로서 우연히 소량 존재할 수 있다.
본 발명에 따라 효율적으로 처리되어야 할, 변성된 산물 분획을 만들어내는 감염성 유기 폐기물은, 도축장, 가공 공장 또는 다른 공급원과 같은 공급원으로부터 그 성분들을 공급받은 형태로, 적절한 반응기 또는 용기 안으로 도입될 수 있다. 일반적으로, 감염성 유기 폐기물은 처리를 위해, 전체 또는 다소 파손된 두개골, 척추, 크고 작은 뼈, 탈지된 고기 및 뼈 물질, 및 다른 성분(일반적으로 살코기 및 지방이 붙어있지만 반드시 그런 것은 아님)의 형태로, 더 작은 입자로 분쇄되지 않고 공급받게 된다. 본 발명의 열적 가수분해 처리는 그 공급 물질의 크기와 무관하게 다양한 공급원으로부터 감염성 유기 폐기물을 변성시키기에 충분하다.
감염성 유기 폐기물은, 앞에서 언급한 임의의 물질 또는 모든 물질을 함유할 수 있는데, 반응 혼합물을 형성하기 위해, 더욱 구체적으로는 입자로의 효과적이고 균일한 열과 스팀 투과성을 촉진시키기 위해, 원하는 크기의 입자로 갈거나 잘라서 분쇄하는 것이 바람직하다. 분쇄는 임의의 적절한 장치, 예를 들면 프리-브레이커 분쇄기(pre-breaker grinder), 조쇄기, 해머밀, 또는 전단 슈레더(shear shredder)를 사용하여 수행될 수 있다. 분쇄는 외부 환경으로 병원체가 분무되어 방출되는 것을 막기 위해 밀폐된 환경에서 수행되어야 한다. 바람직한 분쇄는, 감염성 유기 폐기물이 실질적으로 균일하게 변성되도록, 반응 혼합물이 열과 스팀 투과를 촉진시키고 향상시키기에 충분한 크기를 가질 때까지 수행된다. 감염성 폐기물은 통상적으로 펌핑되어야 할 충분한 액체, 일반적으로 물을 포함하는 반면, 분쇄된 물질은 예를 들면 펌핑에 의해 반응기 안으로 그리고 그 밖으로 더욱 용이하게 전달될 수 있기 때문에, 더욱 효과적으로 처리될 수 있다. 분쇄는 또한 처리될 물질이 더 큰 입자 또는 조각일 때와 비교할 때, 반응기 안에서 포장 밀도를 증가시켜서, 열적 가수분해에 더 작은 입자 및 증가된 표면적이 도입되므로 더욱 신속한 가공을 가능하게 한다. 입자의 구체적인 크기는 분쇄되는 물질의 밀도, 유형 및 속성에 의존하지만, 일반적으로 물질은, 크기가 약 50 mm 이하의 최대 크기까지, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 50 mm의 최대 크기까지 감소된다면 충분히 분쇄된 것이다.
생성된 반응 혼합물, 즉 감염성 유기 폐기물은 바람직하게는 바람직한 크기로 분쇄된 후, 위에서 설명한 바와 같이, 임의의 불필요한 산 또는 알칼리 화학물질, 불필요한 산화제 또는 불필요한 섬유상 물질, 예를 들면 부가적인 흡수성 또는 흡착성 섬유상 물질의 실질적인 부재하에 제조되는 것이 바람직하지만 반드시 그럴 필요는 없다.
생성된 반응 혼합물은, 가열되고 가압된 포화 스팀과의 반응 혼합물의 충분한 상호작용을 허용하도록 고안된 반응기 또는 용기 안으로 예를 들면 펌핑에 의해전달되며, 예를 들면 샤프트로부터 연장되는 오프셋 믹싱 패들을 방사상으로 갖는 하나 이상의 샤프트를 갖는 회분식 또는 연속식 공정 고압 혼합 반응기, 또는 내부 오프셋 고정 플랜지를 갖는 회전식 또는 요동식 용기가 있다. 다른 적절한 회분식 또는 연속식 공정 반응기 또는 혼합 용기가 사용될 수 있다. 반응 혼합물을 상기 반응기 안에서 혼합물을 열적으로 가수분해하기에 충분한 시간 동안 승온 및 초대기압하에, 부가적인 불필요한 산 또는 알칼리 화학물질의 부재하에, 부가적인 불필요한 산화제의 부재하에 그리고 부가적인 불필요한 섬유상 물질(예를 들면 부가적인 흡수성 또는 흡착성 섬유상 물질)의 부재하에, 포화된 스팀과 함께 가열한다. 반응 혼합물을 변성시키기 위한 적절한 바람직한 조건은 약 20분 내지 약 60분 동안, 더욱 바람직하게는 약 40분 동안, 약 150 내지 약 200℃, 더욱 바람직하게는 약 180℃의 온도까지 가열하고 약 5 바아(약 72.5 파운드/in2(psi) ) 내지 약 15 바아(약 217.8 psi), 더욱 바람직하게는 약 10 바아(약 145 psi) 내지 약 13 바아(약 188.5 psi)의 압력까지 가압하는 것을 포함한다. 이러한 조건은 프라이온 또는 단백질의 3차 구조를 변성시키고 병원체의 감염성 작용기 속성을 파괴함으로써, 포자 형성 박테리아 및 프라이온을 포함한 감염체를 확실히 파괴할 수 있게 해준다. 고온 포화된 스팀은 단백질, 탄수화물, 지방 및 무기질 화합물의 분자결합을 파괴하고, 원래 분자구조를 유리한 산물의 1차 형태(예를 들면 아미노산, 지방산, 당, 리그난, 셀룰로즈 및 무기질)로 가수분해하고 변성시켜, 유기 폐기물중 자연적으로 존재하는 물 및 주입된 스팀을 도입하면서, 대부분이 유기적인 수성 슬러리를 생성한다.
반응기 용기 안의 반응 혼합물을, 이를 변성시키기에 충분한 고온 및 고압 처리에 노출시킨 후, 반응 용기는 바람직하게는 감압하고 생성된 변성된 슬러리를 바람직하게는 추가로 가공하기 전 오수 탱크로 옮긴다.
변성시, 변성된 슬러리로 전환된 폐 유기 물질은 최소 4 log의 ID50의 타겟 감염력 감소율을 갖는다. 감염력이란 병원체가 숙주에서 증식하는 능력의 척도이다. 감염력을 정량화하기 위한 시도로 일반적으로 ID50를 사용하는데, 이는 제어된 환경 조건하에 감염되기 쉬운 환자의 특정 모집단의 50%을 감염시키는데 요구된 병원체의 개별적인 투여양 또는 수이다. "4 log"란 인자는, 감염성 물질의 양이 4승만큼, 즉 1 × 104 또는 10,000만큼 감소됨을 의미한다.
변성된 슬러리를 직접 사용하거나 바람직하게는 다양한 용도[예를 들면, 비제한적으로, 비료, 토양 개량제 및 동물 사료 원료 뿐만 아니라, 전기, 스팀, 온수를 열병합발전시키기 위한 에너지 공급원으로서 또는 임의의 다른 연료 용도에 사용될 수 있는 바이오가스(1차적으로 메테인)를 생산하기 위한 혐기성 소화처리제(AD)와 같이 농업적, 산업적 및 공업적 용도]를 위한 더욱 특이적인 액체 또는 탈수된 산물로 분획화한 후 사용할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, AD에 사용될 때, 변성된 유기 슬러리를 분획화 전 또는 분획화후에 직접 사용할 수 있다. 바람직하게는, 분획화후, 섬유 분획 및 지방산 분획을 AD에 사용할 수 있다. 다른 산물, 예를 들면 동물 사료, 비료, 골육분, 기능성 조성물(nutriceutical composition)를 위한 아미노산 및 무기물, 토양 매립, 개선 및 개량을 위한 또는 그 밖의 용도를 위한 물질을 위해 다른 분획이 사용될 수 있다.
변성된 슬러리는 바람직하게는 그 다양한 성분의 분자량, 밀도 및 입자 크기를 기준으로 분획화된다. 분획화는 다양한 산물을 분류하기 위해 고속 원심분리를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 고체 및 액체 분획으로 슬러리를 연속적으로 분리할 수 있는 공업용 디칸터 원심분리기, 예를 들면 50개 이상의 나라에 사무소 또는 지사를 갖는 스웨덴에 있는 알파 라발(Alfa Laval)로부터 시판되는 것을 사용할 수 있다. 약 4000 분당회전수(rpm) 이하의 속도가 약 2500 중력(G) 이하를 생성하여, 섬유상 리그난, 셀룰로즈 및 무기질과 같이 고형물이 액체 분획으로부터 분리되도록 하여, 결과적으로 반건조 또는 반습윤 섬유상 물질을 만들어 낸다. 이러한 섬유상 물질은 대부분 동물의 위장으로부터 "잔류 배설물(paunch manure)", 동물의 소장 및 대장에 있는 다른 곡물 및 음식물 잔류물 및 임의의 뒤섞인 또는 다른 야채 또는 과일 섬유로부터 만들어진다.
따라낸 액체 분획은 일반적으로 갈색이고 약 3중량% 미만의 평균 고형물 함량을 갖는다. 대부분 물, 지방산, 변성된 단백질(아미노산), 용해된 무기질 및 다른 유기 잔사물을 함유하는 이러한 액체 분획은 디스크 스택 원심분리기(예를 들면 알파 라발에 의해 제조된 것)를 사용하여 추가로 분획화할 수 있다. 약 4000 내지 5000 rpm 이하로 회전하면서 약 5000 G 이하의 힘을 생성하면서, 디스크 스택 원심분리기는 일반적으로 액체 스트림을 3가지 분획, 즉 경량의 밀도가 낮은 지방산 용액, 더 무거운 더 높은 밀도의 아미노산/무기질 용액, 및 고형의 무거운 가장 밀도가 높은 무기질 미세한 페이스트로 분류하도록 조정된다. 경량의 저밀도 지방산 용액은 원심분리기의 상부 섹션으로 이동하여 방출된다. 아미노산, 물, 글리세롤 및 용해된 무기질을 포함하는 더 무겁고 밀도가 더 높은 스트림은 아래 포트로 흘러간다. 무기질을 포함하는 미세 고형물, 일반적으로 가장 무겁고 가장 밀도가 높은 침전물은 원심분리기의 가장 기저에 축적된다.
부가적인 액체-액체 분리, 또는 예를 들면 아미노산을 농축하기 위한 고체 및 액체 분획의 탈수를 추가로 수행하여 특이적 산업적, 공업적 또는 농업적 산물을 개발할 수 있다. 예를 들면, 탈수는 안정하고 수송가능한 영양산물을 만들어 낸다. 분획화된 탈수 멸균성 산물, 바람직하게는 탄소-풍부 섬유 분획 및 지방산 분획은 또한 바이오가스[전기 또는 스팀을 열병합발전하기 위한 에너지 공급원 또는 천연가스 파이프라인 분배를 위한 바이오메테인의 공급원으로서 또는 임의의 적절한 용도, 예를 들면 가정용, 공업용, 산업용 또는 차량 연료용 액화천연가스(LNG)로 압축하기 위해 사용됨]를 제조하기 위한 소화처리제에 사용될 수 있다.
본 발명은 다음의 구체적인 비제한적 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
실시예
감염성 동물 부산물 및 유기 폐기물의 샘플 가수분해 및 분획화
Figure pct00001
열적 가수분해 가공
상기 물질을 알버타 에드몬톤 소재의 바이오스피어 테크놀로지즈 인크(Biosphere Technologies Inc.)의 시험 시스템으로서 고안된 1000 리터 바이오리파이넥스(BioRefinex)TM 고압 반응기 안에서 열적으로 가수분해하였다. 반응 용기를 스팀 자켓 파이핑에 의해 예열하였다. 상기 물질을 반응용기의 상부 해치를 통해 적재하고, 상기 용기에서 180℃의 온도 및 12.4 바아(180 psi)의 압력까지 스팀 가열하고, 40분 동안 이들 인자들에 도입하면서 반응 용기 안에서 30 rpm으로 회전하는 내부 샤프트 및 패들에 의해 교반하였다.
열적 가수분해 사이클 후, 용기를 감압하고 스팀을 응축 시스템 쪽으로 탈기하였다. 주변 압력에서, 물질을 반응 용기의 하부 포트로부터 빼내었다.
결과로 나온 변성된 물질은 갈색의 가수분해된 멸균성 변성 슬러리로 변환하였다. 이러한 물질의 특정 회분이 ID50에 대해 특이적으로 시험되지는 않았지만, 위에서 설명한 본 발명에 따라 이러한 실시예와 같이 처리된 유사한 감염성 유기 폐기물의 다른 회분을 독립 정부 연구소에 의해 실험한 결과 본 발명의 방법이 변성된 산물을 생성한다는 우수한 결과가 나왔다.
가수분해된 슬러리를 연속 유동식 실험실 규모의 디칸터 원심분리기(스웨덴의 알파 라발에 의해 제조되고 2500 G의 힘으로 작동됨)에 공급하였다. 이 시스템은 2개의 분획을 생성했는데, 하나는 반-습윤성 고형 섬유상 물질을 포함하고, 두번째는 정화된 액체 물질을 포함한다. 표 1은 제공된 그대로의 그리고 탈수된 상태의 이러한 반-습윤성 고형 섬유상 물질의 내용물을 독립 연구소에 의해 분석한 결과를 나타낸다.
반-습윤성 고형 섬유상 분획의 분석
물리적 성질 공급받은 그대로 탈수된 상태 방법 참조
회분(灰分) 21.22% 40.88% AOAC-942.05*
수분 48.1% AOAC-935.29
단백질
조질 단백질(TN1x6.25) 17.6% 34.9% AOAC-988.05
섬유
조질 섬유 4.8% 9.3% AOAC-962.09
지방
총 지방 5.82% 11.21%
계산된 값
질소 비함유 추출물 4.6%
TDN(조질)2 27.17% 52.35%
DE(조질)3 1.37 Mcal/kg 2.63 Mcal/kg
GE4 1.91 Mcal/kg 3.67 Mcal/kg
ME5 1.24 Mcal/kg 2.39 Mcal/kg
NEF6 0.78 Mcal/kg 1.51 Mcal/kg
무기질
칼슘 7.08% 13.6%
인 3.44% 6.63% AOAC-985.01
칼륨 0.13% 0.25% AOAC-985.01
마그네슘 0.12% 0.22% AOAC-985.01
나트륨 0.27% 0.52% AOAC-985.01
염 0.69% 1.33% AOAC-985.01
주:
* AOAC는 AOAC 인터내셔날로서, 1884년 the Associations of Official Agricultural Chemists로서 설립된 후, 나중에 the Association of Official Analytical Chemists로 변경되었으며, 1992년부터는 AOAC 인터내셔날이다.
1 총 질소
2 총 소화가능한 영양분
3 소화가능한 에너지
4 총 에너지
5 신진대사가능한 에너지
6 알짜 공급 에너지
액체 분획을 스웨덴 알파 라발에 의해 제조된 4000G 힘으로 작동되는 연속 유동식 실험실 규모의 디스크 스택 원심분리기의 유입 파이프 안으로 공급하였다. 이 원심분리기는 2개의 액체 스트림을 생성하였다. 경량 분획은 표 2에 설명한 분석값을 갖는 지방산을 함유하고, 더 무거운 분획은 표 3에 설명한 분석값을 갖는 아미노산을 포함하고, 무거운 고형 무기질 미세 분획은 표 4에 설명한 분석값을 갖는다. 표 2 내지 표 4의 결과를 산출하는 분석을 표 1의 분석을 행한 동일한 독립 연구소에서 수행하였다.
지방산 분획
공급받은 그대로 탈수된 상태 방법 참조
물리적 성질
수분 45.1% AOAC-935.29
기타
유리 지방산 6.2% 11.3% AOCS-Ca 5B-71*
* AOCS는 아메리칸 오일 케미스트 소사이어티(American Oil Chemists' Society)이다
아미노산 및 관련 분획
아미노산 또는 관련 화합물 중량%
아스파테이트 0.745
트레오닌 0.434
세린 0.317
글루타민 1.405
프롤린 1.129
글리신 1.917
알라닌 0.843
시스틴* 0.022
발린 0.501
메티오닌* 0.146
아이소류신 0.258
류신 0.59
티로신 0.221
페닐알라닌 0.359
히스티딘 0.213
라이신 0.485
암모니아 0.241
아르기닌 0.634
트립토판 0.048
* 시스틴 및 메티오닌은 산화된 절차에 의해 결정됨
무기질 미세 분획
무기질, 질소 & 기타 양
104℃에서 수분 83.76중량%
총 질소* 2.20중량%
총 P2O5 0.689중량%
가용성 K2O 0.22중량%
총 황* 0.10중량%
붕소 7ppm
칼슘 425 ppm
코발트 <0.5 ppm
구리 2.5 ppm
철 97.8 ppm
마그네슘 207 ppm
망간 0.7 ppm
몰리브데늄 <0.5 ppm
나트륨 1420 ppm
아연 1.5 ppm
* 연소에 의해 측정된 질소 및 황 분석
실시예에 제공된 분석을 기준으로 볼 때, 본 발명에 의해, 동물 사료, 비료 골육분, 기능성 조성물, 및 토양 매립, 개선 및 개량 및 많은 다른 용도를 위한 물질을 위해 유용한 가치있는 변성된 섬유상 물질, 지방산, 영양분 및 무기질, 뿐만 아니라 무수히 많은 용도의 바이오가스의 생산을 위한 혐기성 소화처리에 사용하기 위한 변성된 슬러리 또는 분획이 생산될 수 있음이 명백하다.
당해 기술분야의 숙련인들은 본 발명의 넓은 발명 취지로부터 벗어나지 않으면서 위에서 설명한 실시양태에 변형을 가할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시태양에 제한되지 않고, 첨부된 청구의 범위에 의해 정의된 본 발명의 취지 및 범위 안에서 변형을 포함하고자 한다는 것을 이해해야 한다.

Claims (17)

  1. 감염성 유기 폐기물로부터 가수분해된 멸균성 변성된 산물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 감염성 유기 폐기물을 가열되고 가압될 수 있는 반응기 안으로 도입하여 반응 혼합물을 제조하는 단계;
    (b) 상기 반응 혼합물을 이를 열적으로 가수분해하고 변성된 슬러리로 변성시키기에 충분한 시간 동안 반응기 안에서 소정의 온도 및 압력하에 포화된 스팀에 도입하는 단계; 및
    (c) 선택적으로 (1) 변성된 슬러리를 혐기성으로 소화처리하거나, (2) 상기 변성된 슬러리를 분자량, 밀도 및 크기를 기준으로 2개 이상의 가수분해된 멸균성 변성된 산물로 분획화하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 (c)가 변성된 슬러리를 혐기성으로 소화처리하여 바이오가스를 제조하는 것인 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    단계 (c)가 변성된 슬러리를 분자량, 밀도 및 크기를 기준으로 2개 이상의 가수분해된 멸균성 변성된 산물로 분획화하는 것인 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    분획화된 산물중 하나 이상을 혐기성으로 소화처리하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    하나 이상의 분획화된 산물이 섬유상 분획 및 지방산 분획중 하나 이상인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단계 (a) 전, 감염성 유기 폐기물을 유기 물질의 입자로 분쇄하여 반응 혼합물을 제조하는 것을 추가로 포함하되, 상기 유기 물질의 입자가 감염성 유기 폐기물이 실질적으로 균일하게 변성되도록 열 및 스팀 투과성을 촉진하기에 충분한 크기를 갖는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    유기 물질의 분쇄된 입자가 약 50 mm 이하의 입자 크기를 갖는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    감염성 유기 폐기물이 부가적인 섬유, 산화제 또는 산 또는 알칼리 화합물의 실질적인 부재하에 반응기 안으로 도입된 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    포화된 스팀이 약 150 내지 약 200℃의 온도 및 약 5 내지 약 15 바아의 압력하에 있는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    스팀의 온도가 약 180℃인 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    반응 혼합물이 약 20 내지 약 60분 동안 포화된 스팀에 도입된 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    반응 혼합물이 약 40분의 시간 동안 포화된 스팀에 도입된 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    변성된 유기 슬러리가 액체 분획 및 고체 분획을 형성하도록 분획화된 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    분획화가 디칸터 원심분리기를 사용하여 이루어지는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    액체 분획이 2개 이상의 액체 분획으로 추가로 분획화되는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    추가의 액체 분획화가 디스크 스택 원심분리기를 사용하여 이루어지는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    변성된 슬러리 또는 하나 이상의 분획화된 산물을 탈수하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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