KR20110129063A - 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 음식물 쓰레기와 분뇨를 처리하여 퇴비를 생산하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 음,식료회사나 단체 급식소, 대형식당과 호텔주방에서 발생되는 다양한 형태의 각종 음식물 쓰레기와, 축산농가로부터 수거한 분뇨를 처리하여 유기질이 풍부한 퇴비를 생산할 수 있는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 분뇨 및 음식물 처리방법은 배지와 처리대상물을 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합하여 혼합물을 처리탱크의 전체 내부 부피 대비 50~65%로 투입하고, 방선균(ACTINOMYCETE), 바실루스 마이코이데스(BACILLUS MYCOIDES) 또는 이들이 혼합된 미생물을 처리대상물의 0.1~0.15중량%로 투입하며, 산소를 공급하는 상태의 상온에서 30~60분간 교반 후, 30~60분 숙성하여 분뇨 및 음식물 쓰레기를 처리하는 것을 특징으로 한다.

Description

분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치 {Method of treating night soil and food waste, and its treating device}

본 발명은 각종 음식물 쓰레기와 분뇨를 처리하여 퇴비를 생산하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로서, 음,식료회사나 단체 급식소, 대형식당과 호텔주방에서 발생되는 다양한 형태의 각종 음식물 쓰레기와, 축산농가로부터 수거한 분뇨를 처리하여 유기질이 풍부한 퇴비를 생산할 수 있는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.

현대에는 사회가 산업화, 문명화 되어가는 과정에서 대기나 토양, 수질의 환경오염 문제가 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 특히, 우리나라의 식생활 문화는 짜고 매운 찌개나 조림 종류를 선호하고 있는 관계로 이들 음식물들을 먹고 난 후, 염분이 과다한 음식 폐기물들을 그대로 버리게 됨으로써 이들을 수거하여 매립하는 과정에서 음식물쓰레기들이 토양과 수질을 급속히 오염시키고 있는 실정이다.

따라서, 산업 현장에서 발생하는 각종 산업쓰레기와 각 가정에서 발생하는 생활쓰레기들은 거의 대부분이 매립에 의존하고 있어서 이들로부터 발생하는 토양의 오염과 침출수의 처리문제 등으로 많은 사회적인 문제점을 안고 있으며, 그나마 설치된 기존의 매립장은 포화상태로 인하여서 정부의 시책에 따라 각 시, 도마다 쓰레기 소각장을 설치하고 있으나 쓰레기를 소각 처리하는 과정에서 발생되는 다이옥신에 의하여서 인체에 각종 암을 유발시키는 등의 단점으로 인하여 지역주민의 거센 반발이 발생되고 있는 실정이다.

특히, 각증 식품회사나 음료회사, 단체급식소, 대형 식당 등에서 발생하는 음식물 쓰레기들은 적당한 온도와 습도를 유지하면서 최종적으로 건조시키면 유기질이 풍부한 퇴비로 총분히 재활용할 수 있는데도 불구하고, 현재에는 일반 쓰레기와 함께 매립 또는 해양 투기하는 경우가 허다하고, 위와 같은 폐슬러지들은 발생하는 양에 따라서 대형의 건조 및 소각로를 각 단위 사업장마다 설치하여야만 함으로 폐슬러지를 처리하는데 초기에 시설투자비가 많이 소요될 뿐만 아니라, 처리과정에서 발생되는 다량의 오, 폐수로 인하여서 주변 환경을 오염시키는 등 여러 가지 문제점을 야기시켰다.

그러므로 폐슬러지 발생량이 적은 중, 소규모의 음식물 회사나 대형 요식업소에서는 매일 발생되는 폐슬러지들을 일반 쓰레기와 함께 섞어서 버리는 경우가 허다하여 사회적인 문제점으로 대두되고 있는 실정이며, 또한 각종 축사로부터 발생되는 축분등은 유기질이 풍부하여 양질의 퇴비로 재활용할 수가 있으나 기존의 처리방식들은 분뇨처리를 전담하는 회사에서 분뇨 탱크로리로 수거한 다음 기존의 설비된 오, 폐수정화시설을 통하여 정화처리 후 매립 또는 소각처리함으로서 퇴비로 재활용할 수가 없을 뿐만 아니라, 분뇨의 정화처리에 많은 양의 화공약품을 투입시켜 정화함으로 하천의 수질오염과 분뇨처리 비용이 증가하는 등의 단점을 지니고 있었다.

따라서 기존에도 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 각종 음식물 쓰레기를 퇴비화시키는 재활용 기술이 다종 다양하게 개발되고 있으나, 우리나라의 음식물쓰레기에 함유된 다량의 염분을 보다 효과적으로 처리할 수가 없으므로 이를 재활용하기 위하여 처리한 퇴비에 다량의 염분이 함유된 관계로 산업쓰레기와 생활쓰레기를 재활용하는데 상당한 어려움이 있을 뿐만 아니라 매립시 토양오염과 침출수에 의한 수질오염이 발생하고 있는 실정으로써, 특히, 도시에서 발생하는 음식물쓰레기의 평균 염도는 4.84% 정도이나, 이를 활용하여 퇴비화시켜 농축된 퇴비에는 8∼9% 정도의 강한 염분을 함유하고 있어 이의 퇴비를 이용하여 각종 농작물을 재배시 농산물 성장에 여러 가지 문제점이 발생 되었다.

또한, 분뇨와 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 퇴비처리가 원할하게 처리되되록 처리탱크 내부를 가열하고 있는데, 이를 위한 시설비가 많이 소요될 뿐만 아니라 에너지가 많이 소요되어 처리비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 처리탱크를 가열할 필요가 없고, 처리과정 중 악취 발생이 거의 없으며, 분뇨와 음식물 쓰레기를 빠르게 처리할 수 있는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 분뇨 및 음식물 처리방법은 배지와 처리대상물을 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합하여 혼합물을 처리탱크의 전체 내부 부피 대비 50~65%로 투입하고, 방선균(ACTINOMYCETE), 바실루스 마이코이데스(BACILLUS MYCOIDES) 또는 이들이 혼합된 미생물을 처리대상물의 0.1~0.15중량%로 투입하며, 산소를 공급하는 상태의 상온에서 30~60분간 교반 후, 30~60분 숙성하여 분뇨 및 음식물 쓰레기를 처리하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리장치는 처리탱크의 상부에 투입구와 팬이 형성되고, 처리탱크의 일측 상부와 하부에는 각각 공기투입구와 배출구가 형성되며, 양단이 베어링으로 지지되어 처리탱크의 내부를 관통하는 축이 형성되고, 상기 축에는 방사상으로 교반날개가 형성되고, 상기 축은 감속기를 구비한 모터의 구동에 의해 회전하도록 처리탱크가 구성되고, 상기와 같이 구성된 처리탱크 두 개가 프레임에 지지되어 병렬로 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 교반날개의 중간부와 단부에는 사각형태의 교반편이 형성되고, 상기 교반날의 일측에는 삼각형태의 분산익이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 두 개의 처리탱크 내부의 축은 동력전달장치 및 커플러를 통해 선택적으로 감속기를 구비한 한 개의 모터구동으로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 음식물 쓰레기와 분뇨를 처리할 때 가열할 필요가 없기 때문에 에너지를 절감할 수 있고, 처리비용을 절감할 수 있으며, 처리과정 중에서 음식물 쓰레기와 분뇨가 완전분해되기 때문에 악취가 거의 발생하지 않고, 침출수가 발생하지 않는다.

또한, 두 개의 처리탱크를 병렬로 운전함으로써 음식물 쓰레기와 분뇨를 연속으로 빠르게 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 처리장치의 평면도.
도 2는 본 발명에 의한 처리장치의 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 처리장치의 정면도.
도 4는 교반날개의 단면도.

이하 본 발명에 의한 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 대하여 상세히 설명한다.

교반기가 설치된 처리탱크에 배지인 톱밥과 분뇨 또는 음식물 쓰레기인 처리대상물을 1:1 내지 1:2 비율로 혼합하여 처리탱크 내부에 투입한다. 상기 톱밥과 처리대상물의 혼합물은 처리탱크의 내부 부피 대비 50~65%로 처리탱크에 투입하는 것이 바람직하다.

상기 배지는 처리대상물인 분뇨 및 음식물 쓰레기와 혼합되어 미생물의 번식과 처리대상물의 수분을 흡수하는 역할을 한다.

그리고, 상기 처리탱크 내부에 방선균(actinomycete), 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides) 또는 이들의 혼합물인 미생물을 처리대상물의 중량대비 0.1~0.15 중량%를 투입한다.

상기 미생물이 방선균(actinomycete), 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides)은 50℃ 이상의 고온에서도 활동이 왕성하고, 유기물질을 안정된 부식물질로 전환하는 부식화반응을 일으키는 미생물이다.

상기와 같이 처리탱크 내부에 투입된 처리대상물, 배지인 톱밥 및 미생물을 30~60분 정도 교반한다. 교반 과정에서 처리탱크 내부로 산소를 공급한다.

처리대상물이 단백질 물질이 포함된 음식물 쓰레기 또는 가축분뇨(대량의 암모니아가 함유되어 있음)인 경우 미생물이 단백질을 분해하면서 단백질 물질이 지방산으로 변환되고 암모니아로 분해되는데, 상기와 같이 처리탱크 내부로 산소(이때 필요한 산소의 공급양은 암모니아양의 4.6배이다.)를 공급함으로써 암모니아가 화학 분해하여 아초산으로부터 초산체질소로 변화하게 되는데 상기와 같이 암모니아가 화학 변화하는 과정에서 발열하게 된다.

그리고, 처리대상물이 단백질 물질이 포함되지 않은 음식물 쓰레기인 경우는 발열량이 적어 중온의 상태로 발효 분해되는데, 지질이 포함되어 있으면 분해과정에서 지방산으로 변환한 후, 미량의 암모니아가 발생하게 된다.

상기와 같이 교반을 통해 처리대상물 분해 과정에서 암모니아가 발생하고, 암모니아가 산소와 반응하면서 약 40℃ 온도의 발열하게 된다. 또한 미생물의 먹이활동을 위하여 소화효소를 내어 자신의 세포막으로부터 영양소를 흡수할 정도의 저분자로 분해하여 세포막으로부터 영양소를 흡수할 때 발효열이라 불리우는 열에너지가 발생하느데, 이러한 발효열과 암모니아 반응열의 상호작용으로 인해 처리탱크 내부의 온도가 40℃ 이상으로 상승하며 처리대상물에 포함된 수분이 증발하게 된다.

축산분뇨 처리 과정에서 악취가 발생하는 원인은 처리대상물이 분뇨가 혐기성 상태에서 혐기성 미생물에 의해 다음과 같은 반응을 통해 휘발성아민류, 휘발성알코올유, 휘발성유기산류, 메르캅탄류와 같은 저분자성 유기물질로 분해가 일어나면서 악취가 발생한다.

처리대상물 → 증식미생물 + 대사산물(낙산과 같은 유기산) + CO₂ + H₂O + CH₄ + NH₃ + H₂S + 휘발성아민 + 휘발성알콜 + 휘발성유기산 + 메르캅탄

본 발명은 처리탱크에 산소를 공급하여 호기성 환경을 바꿈으로써 다음과 같은 반응을 통해 처리 대상물이 증식미생물, 대사산물, 이산화탄소 및 물로 분해된다.

처리대상물 + O₂ → 증식미생물 + 대사산물 + CO₂ + H₂O

또한, 본 발명은 방선균(actinomycete), 바실루스 마이코이데스(Bacillus mycoides) 미생물이 미생물 자체가 지니고 있는 전자수용체로 악취 성분의 전자를 흡수시켜 이온변환 함으로써 더더욱 악취의 발생이 억제된다.

상기와 같은 방법으로 음식물 쓰레기와 축산분뇨를 처리할 때 30~60분 간 교반한 후 30~60분 정도 숙성을 하는 데, 도 1 및 도 3과 같이 처리탱크 두 개를 병렬로 설치함으로써, 한 개의 탱크가 교반하는 동안 다른 한 개의 탱크는 숙성시키도록 구성하는 것이 연속처리와 효율면에서 바람직하다.

처리탱크는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 프레임에 의해 두 개의 처리탱크가 지지 설치되고, 지지탱크 내부에는 양 단부가 베어링으로 지지된 상태로 축이 관통하여 설치된다.

상기 축에는 다수 개의 교반 날개가 방사상으로 설치되고, 상기 교반 날개의 중간부분과 단부에는 사각형인 교반편이 형성된다.

그리고, 상기 축은 모터의 구동에 의해 회전되는데, 상기 모터의 회전축에는 기어방식의 감속기가 구성됨으로써, 축의 회전토크를 증가시키도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 처리탱크의 상부에는 처리대상물, 톱밥 및 미생물을 투입하는 투입구가 형성되고, 처리탱크의 측면 하부에는 처리탱크 내부와 연통되어 처리완료되어 생산된 퇴비를 배출하는 배출구가 형성되며, 측면 상부에는 처리탱크 내부로 산소(공기)를 공급하는 공기흡입구가 형성되고, 처리탱크의 상부에는 처리탱크 내부의 공기를 순환시키는 팬이 형성된다.

도면에서는 각 처리탱크의 축을 별도의 모터와 감속기로 구동하도록 도시하였으나, 한 개의 처리탱크가 교반하는 동안 나머지 탱크는 숙성상태이므로 한 개의 모터와 감속기를 커플러 및 동력전달장치를 통해 선택적으로 두 개의 처리탱크의 축을 선택적으로 구동하도록 구성할 수도 있다. 상기 커플러 및 동력전달장치는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고 본 발명의 처리탱크 내부의 교반날개는 도 3에 도시한 바와 같이 교반 날개의 중간부와 단부에 사각형 형태의 교반편을 구성하는데 교반 날개의 중간부와 단부에 교반편을 구성함으로써 효과적으로 처리대상물을 교반할 수 있다.

또한 도 4에 도시한 바와 같이, 교반날개의 일측(회전시 처리대상물과 접하는 면)에는 삼각형태의 분산익이 형성됨으로써 처리대상물을 교반할 때 처리대상물을 좌우로 밀어내어 더욱 효과적으로 처리대상물을 교반하도록 구성한다.

이상, 본 발명에 의한 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법 및 처리장치에 대해 설명하였다.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 배지와 처리대상물을 1:1 내지 1:2의 비율로 혼합하여 혼합물을 처리탱크의 전체 내부 부피 대비 50~65%로 투입하고,
   방선균(ACTINOMYCETE), 바실루스 마이코이데스(BACILLUS MYCOIDES) 또는 이들이 혼합된 미생물을 처리대상물의 0.1~0.15중량%로 투입하며,
   산소를 공급하는 상태의 상온에서 30~60분간 교반 후, 30~60분 숙성하여 분뇨 및 음식물 쓰레기를 처리하는 것을 특징으로 하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리방법.
   
2. 처리탱크의 상부에 투입구와 팬이 형성되고,
   처리탱크의 일측 상부와 하부에는 각각 공기투입구와 배출구가 형성되며,
   양단이 베어링으로 지지되어 처리탱크의 내부를 관통하는 축이 형성되고,
   상기 축에는 방사상으로 교반날개가 형성되고,
   상기 축은 감속기를 구비한 모터의 구동에 의해 회전하도록 처리탱크가 구성되고,
   상기와 같이 구성된 처리탱크 두 개가 프레임에 지지되어 병렬로 설치 구성된 것을 특징으로 하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 교반날개의 중간부와 단부에는 사각형태의 교반편이 형성되고, 상기 교반날의 일측에는 삼각형태의 분산익이 형성된 것을 특징으로 하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 두 개의 처리탱크 내부의 축은 동력전달장치 및 커플러를 통해 선택적으로 감속기를 구비한 한 개의 모터구동으로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 분뇨 및 음식물 쓰레기 처리장치.
   

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