지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템 {A process of organic waste articles used vermiculture}

본 발명은 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀폐시설 안에서 유기성폐기물을 발효시킨 후 지렁이 먹이로 공급하여 처리하는 일련의 생물학적 처리시스템에 관한 것이다.

각종 산업현장, 대형음식점, 축사, 주택, 하수종말처리장 등에서 발생하는 유기성폐기물, 이를테면 각종 산업체 유기 슬러지, 음식물 쓰레기, 인분, 축분, 섬유질 등은 그대로 자연환경에 배출되는 경우 토양, 하천 등의 오염을 야기하기 때문에 일정한 처리를 해야 하는데, 아직까지는 대부분 매립 처리에 의존하고 있다.

그러나 매립처리법은 매립장의 부족과 지하수의 오염 등의 문제가 있어 현재에 이르러서는 새로운 처리방법이 연구 개발되고 있으며, 그 예로 음식물 쓰레기를 사료로 만드는 방법이 제시되었다.

음식물 쓰레기의 사료화 방법의 한 예로 건식멸균드럼건조방식을 살펴보면, 이 방법은 통상 음식물 쓰레기를 파쇄, 드럼건조, 발효, 선별, 분쇄, 펠렛화, 건조, 냉각 등의 공정을 거쳐 사료화 하는 것으로, 여기서 만들어진 사료는 장기간 유통이 가능하다는 장점을 갖고 있지만, 스팀보일러, 건조드럼, 선별기, 분쇄기 등 부피가 큰 장치를 필요로 하고, 음식물 쓰레기의 처리시 악취가 과다하게 발생하는 문제점을 가지고 있다. 또한 여러 가지 기계장치를 사용하므로 관리인원이 많이 필요하고 설비 유지비용이 많이 소요되어 경제성도 떨어진다.

다른 방법으로 증자건조방식은 통상 음식물 쓰레기를 증자, 가수분해, 건조, 냉각, 선별, 분쇄 등의 과정을 거쳐 사료화 하는 것인데, 이 방법도 스팀보일러, 가수분해시설은 물론 증류수 처리시설과 제거한 수분 처리를 위한 별도의 폐수처리 시설이 필요하므로 전체적인 설비투자비용이 많이 드는 단점이 있다.

그 외에도 여러 가지 방법들이 제시된 바 있으나, 상기 방법들과 마찬가지로 유기성폐기물의 처리과정에서 심한 악취가 발생하고, 만든 사료의 영양분이 부족하여 별도로 영양제를 보충해야 하는 등 선결해야 할 문제들이 산재해 있다.

한편, 본 발명에서 이용하고자 하는 지렁이는 환영동물로 축축한 토양에서 주로 살며, 토양을 부드럽게 만들기도 한다. 통상 지렁이는 자기체중 만큼의 먹이를 소화한 후, 먹는 양의 약 30%∼40% 가량되는 지렁이분(분변토)을 배출한다. 이러한 분변토는 단립 형태로 가장 완벽한 상태의 영양제이며, 그대로 또는 2차 가공하여 퇴비, 사료, 기타 미생물제제 등으로 사용된다.

따라서, 최근에는 지렁이를 유기성폐기물의 생분해 처리에 이용하려는 연구가 계속되고 있으나, 아직까지는 단순히 지렁이에게 유기성폐기물을 공급하여 여기서 발생하는 분변토를 얻는 정도에 그치고 있다.

하지만 이러한 간단한 방법도 유기성폐기물이 쉽게 부패하여 심한 악취를 발생하므로 주위공기를 오염시키고, 또한 수작업에 의존하였기 때문에 그 처리에 인건비가 많이 드는 등 문제가 있어 대단위로 실시하기에는 매우 곤란한 실정이다.

따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 그 목적은 유기성폐기물의 투여에서 분변토의 수거에 이르는 일련의 순차적인 공정을 시스템화하여 적은 비용으로 지렁이를 증식시키면서 유기성폐기물를 처리할 수 있는 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템을 제공하는 데에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 유기성폐기물을 처리하는 과정에서 처리수가 발생하지 않고 2차 오염을 자체에서 처리하며, 또한 지렁이사육장의 확장에 의해 처리능력을 극대화 시킬 수 있는 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템을 제공하는 데에 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리시스템의 과정을 보인 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리시스템의 개략적인 장치 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 유기성폐기물 처리시스템의 개략적인 평면 구성도.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

2 : 밀폐저장조 4 : 파쇄기

6 : 플라이트컨베어 8 : 호퍼

10 : 선별기 12, 22 : 스크류컨베어

14 : 분쇄기 15, 18, 32 : 저장조

16, 20, 26, 30, 34 : 펌프배관 24 : 살균기

28 : 발효조 36 : 급이기

40 : 지렁이사육장 42, 44, 44a : 레일

50 : 스키로더 60 : 탈취장

100 : 밀폐시설

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템은 밀폐시설 안에 설치되며, 또한 유기성폐기물의 투입에서 지렁이에의 먹이 급이, 분변토 수거에 이르기까지 거의 모든 시스템을 소정의 통제실에서 모니터링하여 제어할 수 있도록 구성된다.

구체적으로, 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템은 밀폐시설 안에서 유기성폐기물을 처리하는 시스템에 있어서, 유기성폐기물을 호기성 미생물 발효시키면서 악취가스를 제거하는 제 1 공정과; 상기 제 1 공정을 거친 발효물질을 지렁이사육장에 급이하는 제 2 공정과; 지렁이사육장의 발효물질에 수분을 공급하면서 지렁이를 사육하는 제 3 공정과; 그리고, 지렁이사육장에서 발생하는 분변토와 증식된 지렁이를 채취하여 수확하는 제 4 공정을 포함하는 것으로, 상기 제 1 공정 이전에 전처리 공정으로 공급되는 유기성폐기물을 파쇄하는 공정, 이물질을 선별하는 공정, 미세 분쇄하는 공정 및 살균하는 공정을 더 진행하는 것을 바람직하다. 특히 하수처리장의 슬럿지를 처리하는 경우에는 전처리 없이 바로 처리 할 수 있다.

또한 본 발명의 처리 시스템은 각 공정간 유기성폐기물을 이송시킴에 있어서, 유기성폐기물이 분쇄되기 이전에는 콘베어를 이용하되, 콘베어의 주변을 감싸 밀폐형으로 구성하고, 분쇄된 유기성폐기물은 펌프배관을 타고 이송시킴으로써 밀폐시설 내의 공기 오염을 극소화 시켰으며, 각 이송수단과 각 공정 장치로부터는 내부의 악취가스를 포집하여 별도로 마련된 탈취장(토양탈취상)으로 이송 처리토록 한 데에 특징이 있다.

이러한 본 발명은 유기성폐기물을 발효시킨 후 지렁이 먹이로 공급하므로 산업체 유기 슬러지, 곡류, 목초류, 목재, 하수오니, 농수축산물, 인분, 축분, 섬유, 종이 마분 등을 포함한 거의 모든 유기성페기물의 처리가 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명 시스템의 공정을 간단히 보인 블록도이다. 도면을 참조하면, 먼저 트럭 등 이송수단에 의해 반입된 유기성폐기물을 소정의 밀폐저장조에 투입 저장하고(S1), 소정의 전처리를 진행하여 발효가 용이토록 처리한다(S2). 이후 호기성 미생물 발효(S3)를 진행시켜 발효물질을 만들고, 이것을 지렁이 먹이로 급이한다(S4). 지렁이는 공급된 발효물질을 먹고(S5) 증식되면서 분변토를 배설하게 되며, 일정기간 후 이것을 수확하고(S6) 같은 공정을 반복 진행하여 유기성폐기물을 연속 처리한다. 이러한 전처리 공정은 본 발명의 밀폐시설 내에서 이루어질 수도 있으나, 경우에 따라서는 외부에서 처리될 수 있다. 그 예를 들면, 하수처리장에서 생산된 슬러지를 전처리 없이 바로 발효공정부터 진행할 수 있는데, 이때에 전처리는 하수처리장의 공정이 될 것이다.

도 2는 유기성폐기물 중 특히 음식물쓰레기의 처리시스템으로 유용한 공정을 도시한 블록도이다. 도면을 참조하면, 먼저 트럭 등 이송수단에 의해 반입된 음식물쓰레기를 소정의 밀폐저장조에 투입 저장하고(S10), 이것을 파쇄(S11)하고 협잡물을 선별한다(S12). 다시 협잡물이 제거된 음식물쓰레기를 미세하게 분쇄한 다음(S13) 저장하면서(S14), 소정 발효조로 일정량씩 이송시켜 호기성 미생물발효(S15)를 진행한다. 이렇게 발효된 물질은 도 1의 설명에서와 같이 지렁이 먹이로 급이하여(S16) 지렁이를 사육하고(S18), 일정기간 후 분변토 및 지렁이를 수확하여(S19) 출하한다.

도 3 내지 도 5은 본 발명에 따른 연속적인 음식물쓰레기 처리 공정 및 시설을 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 먼저 차량으로 수거한 음식물쓰레기가 바로 밀폐저장조(2)에 투입된다. 이때에 밀폐저장조(2)가 밀폐시설(100)내에 설치되는 경우에는 차량의 반입 및 반출시간을 줄이기 위해서 밀폐시설의 반입구에 자동으로 개폐되는 전동셔터가 설치되는 것이 좋다. 또한 밀페저장조(2)의 뚜껑도 상기 전동셔터에 연동하여 또는 단독으로 자동 개폐되도록 구성한다.

밀폐저장조(2)에 투입된 음식물쓰레기는 그 하단에 설치된 자동공급기에 의해 파쇄기(4)로 투입되어 약 200mm 크기로 파쇄된다. 이때에 파쇄기가 상기 밀폐저장조(2)의 하단에 설치되지 않고 이격되어 설치되는 경우에는 자동공급기를 타고 내려오는 음식물쓰레기가 스크류컨베어를 타고 파쇄기(4)에 투입되도록 구성한다.

파쇄기(4)를 거친 음식물쓰레기는 그 하부에 설치된 플라이트컨베어(6)에 의해 상부쪽으로 이송되어 호퍼(8)로 투입되고, 다시 스크류컨베어를 거쳐서 드럼형선별기(10)를 통과하게 된다. 여기서 음식물쓰레기내의 협잡물이 분리되어 별도의 라인을 타고 협잡물저장조(15)에 투입 저장되었다가 외부로 배출된다. 그리고 협잡물이 제거된 음식물쓰레기는 다시 스크류컨베어(12)에 의해 이송되어 분쇄기(14)로 투입된다.

지금까지 공정에서 각 장치간 이송수단인 플라이트컨베어(6) 및 스크류컨베어(12)는 그 외부를 밀폐형으로 감싸고 그 한 쪽에 소정의 개구부(6a)(12a)를 형성하여, 이 곳을 통해 유출되는 악취가스를 포집할 수 있도록 구성하였다. 여기서 포집된 악취가스는 소정의 덕트 및 블로워를 통해 탈취장(60)으로 보내져 처리된다. 또한 선별기(10)의 경우에도 밀폐케이스를 장치하는 것이 바람직한데, 이 경우에도 소정의 개구부(10a)를 형성하여 역시 내부 발생 악취가스를 탈취장(60)으로 이송시킬 수 있도록 한다.

다음, 분쇄기(14)에 투입된 음식물쓰레기는 5mm 이하의 입자로 분쇄한 후 펌핑하여 펌프배관(16)를 통해 제 1 저장조(18)로 이송한다. 이와 같이 음식물쓰레기를 파쇄 및 분쇄하는 이유는 발효가 잘 진행되도록 하기 위함이다.

제 1 저장조(18)에 분쇄된 음식물쓰레기는 일정기간 방치한 후 발효기(28)가 비워질 때 이송공정을 진행한다. 펌핑에 의해 펌프배관(20)을 통해 타고 이송된 음식물쓰레기는 스크류컨베어(22)를 거쳐 살균기(24)를 통과시킨다. 살균기에서는 약 120℃ 정도의 온도로 미생물을 살균하게 되는데, 열원으로는 별도의 히팅장치를 설치한다.

상기 살균기(24)를 통과한 음식물쓰레기는 펌프배관(20)을 통해 발효기(28)로 유입되어 그 안에서 외부에서 공급되는 공기와 혼합 교반되면서 발효가 이루어진다. 발효기(28)에는 교반장치, 공기 또는 산소공급장치가 설치되는 것은 물론이고, 온도감지장치, pH측정장치 및 용존산소량측정장치 등이 구비되어 통제실에서 발효기 내부를 모니터링하여 음식물 쓰레기의 발효 정도를 파악하면서 발효조건을 적절하게 가져갈 수 있도록 구성하였다. 여기서 히팅장치는 발효기(28)와 살균기(24)에 각각 설치하거나 또는 하나로 두 개를 커버하도록 구성할 수도 있다.

이렇게 발효기(28)에 투입된 음식물 쓰레기는 밀폐된 상태에서 지렁이가 먹기 좋은 상태로 호기성 발효가 진행된다. 여기서 왕성한 호기성 발효를 위해서 호기성 미생물을 투여할 수 있다.

즉, 발효조(28)를 밀폐한 상태에서 적정량의 호기성 미생물을 투입한 후 풍부한 산소공급을 하여 최적 상태를 유지하면 살균에 이해 유해병원균이 사멸하였으므로 투입된 유익한 균이 활동은 활성화되어 발효가 양호하게 진행되며, 내부 온도에 의해 음식물쓰레기 함유 수분은 증발하여 없어진다.

상기 발효조(28)에서 발효공정을 거친 음식물 쓰레기(발효물질)를 펌프배관(30)을 통해 제 2 저장조(32)로 이송 저장하고, 일정기간 방치시킨다. 여기서 발효물질은 적당한 기간동안 머물면서 완전 숙성되어 지렁이의 먹이로서 최적의 상태가 된다. 그 후 다시 펌프배관(34)를 통해 먹이 급이 공정의 급이기(36)에 발효물질을 공급하여, 먹이를 지렁이사육장(40)에 공급한다. 급이기(36)는 발효물질이 채워지면 자체 모터 구동에 의해 지렁이사육장(40)으로 이동하여 먹이를 살포하게 된다.

이상의 공정에서 각 공정의 장치, 제 1 저장조(18), 발효조(28) 등에도 내부의 악취가스를 유출하는 개구부(18a) 등을 형성하여 소정의 덕트 및 배관 등에 의해 포집하여 탈취장(60)으로 이송 처리토록 한다.

도 5를 참조하면, 지렁이사육장(40)의 종방향 양측에 옹벽이 설치되고, 옹벽위에는 종방향 레일(44)(44a)이 설치되고, 이 레일 위에 횡방향 레일(42)이 설치되어 있다. 따라서 급이기(36)은 레일을 타고 이동하면서 사육장(40) 전체에 발효물질을 뿌려주게 되는데, 뿌려주는 두께는 설정된 값에 따라 달라질 수 있다.

지렁이사육장(40)에 공급된 발효물질은 지렁이의 먹이가 되는데, 지렁이 사육환경을 적절히 조절하기 위해서 스프링클러를 설치하고, 그 바닥에는 공기 공급을 위한 배관 및 장치가 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 공정을 의해 지렁이 생육환경이 적절하게 조절되며, 지렁이는 발효물질을 섭취하고 분변토를 배설하면서 증식된다.

상기와 같은 지렁이 사육공정을 통해 지렁이가 먹고 배출하는 분변토는 지렁이와 함께 스키로더(50)를 이용하여 분리 수확하게 된다. 이러한 분변토의 수확공정은 통상 2개월∼3개월에 1회씩 진행된다.

이렇게 지렁이사육장(40)의 표면을 다시 지렁이 사육장에 뿌려주는 것은 지렁이가 통상 표면으로부터 20cm 깊이 이내에서 생존하기 때문이며, 이렇게 다시 지렁이 사육장에 뿌려진 지렁이 및 분변토 위에 발효물질을 다시 뿌려주는 공정을 진행하게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템은 전체 설비의 한 쪽에 별도의 모니터링 및 설비조작을 위한 시설을 마련하고 각 장치 조작을 위한 전기적 배선을 한다면, 유기성폐기물의 투입에서부터 지렁이에게 먹이를 급이하고 분변토를 수거하는 모든 공정을 자동화 공정으로 진행할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지렁이를 이용한 유기성폐기물의 처리시스템은 지렁이에 의해 생분해하는 시스템으로서 투입되는 유기성폐기물에 대한 완충능력이 우수하므로 음식물 쓰레기 뿐 아니라 산업현장에서 발생하는 각종 유기 슬러지, 인분, 축분 등의 모든 유기성폐기물을 함께 처리할 수 있으며, 또한 일련의 자동화 공정에 의해 처리하므로 시설운영비 및 인건비가 적게 들뿐 아니라 생산되는 분변토를 퇴비, 사료첨가제, 각종 미생물제제 등에 사용하고 사육 및 증식되는 지렁이를 함께 상품화 할 수 있으므로 경제성이 매우 우수하다. 아울러 지렁이 사육시설을 확장하여 처리능력을 극대화 할 수 있을 뿐 아니라 환경친화적인 시스템으로 2차 오염물질을 자체 공정에서 흡수 처리하므로 환경에 대한 2차 오염의 우려가 없는 등 그 효과가 매우 우수하다.