KR100353871B1 - 음식물쓰레기의 처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물 쓰레기의 처리방법에 관한 것으로, 음식물 쓰레기를 분쇄하여 죽과 같은 형태로 만드는 분쇄단계와, 분쇄된 음식물 쓰레기를 스티로폼 입자와 혼합하는 혼합단계, 음식물 쓰레기와 혼합된 스티로폼 입자를 소정의 높이로 적재하는 적재단계, 스티로폼과 혼합된 음식물 쓰레기를 수증기 회수구를 구비한 투광밀폐 용기 또는 구조물에 넣은 후 호기발효 및 수분을 증발시키는 발효/수분증발단계 및, 발효 처리된 음식물 쓰레기 찌꺼기에서 스티로폼을 분리하는 분리단계로 구성된다. 이와 같이 본 발명은 수분의 함량이 많은 음식물 쓰레기를 죽과 같은 형태로 갈아 스티로폼 입자의 표면에 얇게 발려지게 한 후 상기 스티로폼 입자를 높이 쌓아 소정높이로 적재함으로써, 음식물에서 발생하는 열량에 의해 스티로폼의 입자에 발려진 음식물 쓰레기의 수분이 쉽게 증발되게 함과 더불어, 스티로폼 입자에 발려진 음식물 쓰레기가 호기 발효되게 함으로써, 음식물 쓰레기에 외부에서 열을 추가하지 않아도 음식물 쓰레기가 소각한 상태로 처리되게 하며, 이 과정에서 공해에 유해한 환경저해요소가 발생되지 않게 하면서 음식물 쓰레기를 연소시킨 상태로 처리할 수가 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

음식물쓰레기의 처리 방법{Method for treatment of food waste}

본 발명은 음식물 쓰레기의 처리방법에 관한 것으로, 특히 외부의 열원을 사용하지 않고 스티로폼입자를 이용하여 음식물 쓰레기를 호기발효 시킴으로써 수분이 기화 처리되게 함으로써 환경공해를 일으키지 않고 음식물 쓰레기를 연소시킨 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 한 음식물 쓰레기의 처리방법에 관한 것이다.

인구가 증가함에 따라 음식물 쓰레기의 배출이 많아짐에 따라 그 처리에 큰 골머리를 앓고 있다. 이러한 음식물 쓰레기의 처리방안으로 매립과 소각, 사료화 및 퇴비화하는 방안이 있으나, 이들 기존의 방법은 그 나름대로 각자 여러 가지 문제를 안고 있다.

첫째, 매립 처리하는 경우에 있어서, 현재 음식물 쓰레기의 발생량 중 95%를 매립처리하고 있는데, 음식물 쓰레기는 특성상 수분함량이 매우 높고 썩기 쉬운 물질을 많이 함유하고 있기 때문에 매립을 하는 경우에는 음식물에 함유되어 있던 수분이 모여 침출수를 발생시키게 되고, 이 침출수는 토양뿐 아니라 지하수를 오염시키는 등 2 차 환경오염의 문제를 유발시키게 되며, 악취 및 병원균에 의한 문제로 인해 매립지가 점차 줄어들고 있는 현실이다.

둘째, 소각처리의 경우 방식은 일반적으로 유럽지역에서 선호하는 폐기물처리 방식이기는 하지만, 음식물 쓰레기를 소각 처리하는 경우에는 소각 시에 발생되는 분진가운데 다이옥신이라는 환경공해물질이 발생하게 되는 문제가 있다.

이 다이옥신이 대기 중에 퍼지면 빗방울에 의해 토양에 녹아들어 식물의 뿌리를 통해 흡수되고, 식물의 뿌리에 흡수된 다이옥신은 초식동물의 체내에 쌓이게 되며, 마침내는 인체에 축적되어 호르몬처럼 작용하면서 마침내는 암과 같은 현대 병을 유발시키는 무서운 물질이다.

그리고, 소각 처리하는 방법은 경제적인 측면에 있어서도 그 효과가 많이 떨어지는데, 물 1ℓ를 증발시키는데 필요한 열량은 실험실 기준으로 약 540㎉ 이다. 한편, 소각에 사용하는 기름 1ℓ는 9.000 ∼12.000㎉의 열량을 발생시킬 수 있으므로 이 열량으로 물 20ℓ를 증발시킬 수 있으며 물 1ℓ당 약 30원의 비용이 소요된다. 따라서물 1t 당 3만원의 비용이 소요되므로 음식물 쓰레기 하루 처리량이 30톤이라고 가정할 때 그 소각에 소요되는 유류비용만 약 90만원이 필요하게 된다.

게다가, 음식물쓰레기는 물기가 많아 소각온도 저하에 따른 보조연료를 추가로 사용해야 하므로 그 비용이 더욱 많이 소요되므로 경제적인 면에 있어서도 바람직하지 못하다.

셋째, 한편 음식물 쓰레기를 처리하는 방안으로서 사료화하는 방법이 제안되고 있는 바, 음식물 쓰레기는 중금속이나 난분해성 및 독성 유기화합물을 포함하지 않고 사람에게 필요한 영양분이 골고루 섞여 있어서 자원의 재활용이라는 관점에서 가장 좋은 물질이라 볼 수 있다. 그러나 우리 나라 음식물쓰레기의 성상에는 채소류의 비율이 50%가 넘게 차지하고 있어서 부패하기 쉽고, 음식물쓰레기의 배출 수거 단계부터 사료화에 이르기까지 보관상 어려움이 따른다는 단점이 있다.

또한, 이러한 음식물 쓰레기를 사용하여 사료를 만들기 이전에 혐기상태로 보존되기 때문에 병원성세균 증식에 의한 가축의 질병감염 및 폐사가 우려되며, 질병에의 노출은 축산업의 존폐를 가르는 중대한 문제이다.

그리고, 음식물 쓰레기를 사료화하는 데에는 강제 발효에 의한 가공비가 필요하고, 기존 배합사료와 혼합할 때 노동력이 필요하다는 단점이 있다.

또, 음식물 쓰레기를 사료로 하는 경우에는 미량원소에 의한 문제가 야기되는 바, 이 미량원소는 가축의 성장률에 막대한 영향을 미치게 되는데, 사람의 식욕과 욕구에 따라 영양소가 조절된 것을 기존 사료와 혼합하여 계속 사용한다면 고급육질의 생산은 기대할 수가 없을 뿐만 아니라 이러한 사료는 가축이 체내에서 흡수하는 비율이 떨어지게 되므로 그 결과 분뇨량이 많아지게 되므로 이를 처리하는데 상당히 많은 비용이 소요되는 문제점이 있게 된다.

따라서, 음식물 쓰레기의 처리비용으로 얻은 이익을 가축성장의 지연으로 모두 상쇄되게 되며, 상기한 바와 같은 분뇨처리비용은 농가에 많은 부담을 주게 되는 것이다.

넷째, 음식물 쓰레기를 퇴비화하는 방법이 있는데, 이 방법은 매립이나 소각과는 달리 친환경적인 방법으로 평가받고 있다. 그런데, 퇴비화의 방법에도 여러 가지 문제점이 있는 바, 예컨대 음식물 쓰레기를 퇴비화하기 위해서는 음식물 쓰레기에 함유되어 있는 수분을 처리하여야 하는데, 통상 이 수분은 톱밥이나 왕겨 등과 같은 수분조절제를 투입하여 처리한다. 그런데, 이 톱밥이나 왕겨 등의 비용이 만만치가 않아 비용 상 큰 문제점이 있게 된다.

그리고, 음식물 쓰레기를 사용하여 퇴비를 만들기 위한 대부분의 장치가 혐기처리하도록 되어 있는 바, 음식물 쓰레기를 혐기처리하면 필연적으로 메탄과 암모니아, 황화수소 등이 발생하게 되므로 이들 가스에 의해 악취가 날뿐만 아니라, 혐기처리를 통하여서는 투입된 음식물 쓰레기의 양이 줄어들지 않는다는 단점이 있다.

또한, 음식물 쓰레기는 함수율에 편차가 있으므로 퇴비품질이 균일하지 못하고, 대부분 단기발효를 하므로 2차 발효의 문제가 있어 후숙 및 저장창고 등이 필요하다는 문제점이 있다.

또, 음식물 쓰레기를 사용하여 만든 퇴비는 품질이 떨어지므로 높은 가격을 받을 수가 없는데, 상기한 바와 같이 비싼 수분조절제를 사용하여 만든 음식물 쓰레기를 이용하여 만든 퇴비는 그 재료값도 충분하게 뽑을 수가 없을 뿐만 아니고, 저장과 물류비용이 많이 소요되므로 경제적이지 못하다.

한편, 음식물 쓰레기를 사용하여 만든 퇴비는 퇴비로서의 제 기능을 발휘할 수가 없는데, 그 이유는 음식물 쓰레기에 함유되어 있는 염분 때문인 것이다. 염분함유량을 낮추기 위해 수분조절제를 많이 사용하게 되면 비료성분이 부족하게 되므로 그나마 퇴비로서의 역할을 수행할 수 없게 되는 것이다.

마지막으로, 음식물 쓰레기를 퇴비로 만드는 과정은 자연의 섭리를 거스르는 것인 바, 즉 자연법칙에 의하면 유기물은 분해자를 거쳐 무기물질로 환원되고, 무기물질은 다시 생산자에게 흡수되는 것이 정상적인 흐름이다. 그런데, 무기물에서 생산자에 의해 합성된 유기물이 1차 소비자에서 최종소비자를 거친 후 분해자에 의해 처리되지도 않은 음식물 쓰레기를 다시 생산자 또는 1차 소비자에게 돌려주려는 생각은 인간의 욕심이다. 유기물은 분해자를 거쳐 무기물에서 생산자에게로 흘러야 정상이다. 결국 생산자 즉 일부 동물성 식물을 제외한 대부분의 식물은 절대 유기물을 직접 흡수하지 못하고, 유기물질이 많이 함유된 퇴비를 식물에 주면 미생물에 의해 서서히 무기화하는 영양분을 식물이 흡수할 뿐인 것이다.

이상과 같이 음식물 쓰레기를 처리하는 방안으로서, 매립과 연료를 사용한 강제 소각, 사료화 및 퇴비화의 방안은 모두 환경을 파괴하거나 자연의 순환고리를 흐트러뜨리는 등의 문제가 있어 바람직하지 못하다는 결론인 것이다.

이에 본 발명은 환경을 해치지 않으면서 자연의 순환고리를 정상적으로 따르고, 외부의 열원을 사용하지 않고서도 음식물 쓰레기를 소각한 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 음식물 쓰레기의 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 음식물 쓰레기를 죽과 같은 형태로 갈아서 비중이 적은 스티로폼 입자의 표면에 고르게 발려지게 한 후, 이를 높이 쌓아 두면 음식물 쓰레기에서 발생하는 열에 의해 스티로폼의 입자표면에 발려진 음식물 쓰레기의 수분이 증발하게 되는 한편, 스티로폼의 표면에 발려진 음식물 쓰레기는 산소와 접촉하면서 호기발효되어 무기물로 분해되게 함으로써, 외부에서 열원을 추가로 공급하지 않은 상태에서도 음식물 쓰레기를 소각한 것과 동일한효과를 얻을 수 있는 것이다.

한편, 상기의 과정에서 음식물 쓰레기가 발려진 스티로폼의 입자를 높이 쌓으면, 음식물 쓰레기에서 발생하는 열을 효율적으로 보온할 수가 있으면서도, 스티로폼의 입자사이에 형성되는 공극을 통하여 스티로폼의 표면에 발려진 음식물 쓰레기가 충분하게 산소와 접촉하게 함으로써 호기발효가 이루어질 수 있게 하는 것이다.

이러한 과정으로 음식물 쓰레기를 처리하면 혐기처리시에 발생하는 악취와 가스등이 발생하지 않게 됨은 물론, 음식물 쓰레기가 연소된 것과 같은 형태로 그 부피가줄어들기 때문에 처리하기에도 용이한 것이다.

이하, 본 발명을 그 구체적인 실시예를 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리 방법은 음식물 쓰레기를 분쇄하여 죽과 같은 형태로 만드는 분쇄단계와, 분쇄된 음식물 쓰레기를 스티로폼 입자와 혼합하는 혼합단계, 음식물 쓰레기와 혼합된 스티로폼의 입자를 소정높이로 쌓는 적재단계, 스티로폼과 혼합된 음식물 쓰레기에서 수분을 증발시키면서 호기발효시키는 발효처리단계 및, 발효처리된 음식물 쓰레기 찌꺼기에서 스티로폼을 분리하는 분리단계로 구성되어 있다.

상기에서 음식물 분쇄단계는 음식물 쓰레기가 통상 고형물로 되어 있기 때문에 이를 파쇄시킴으로써 호기성 미생물이 음식물 쓰레기를 분해할 수 있는 표면적을 최대한 확보하기 위한 것이다. 만약 음식물 쓰레기의 입자가 큰 경우에는 표면은 호기발효를 하지만 내부는 혐기발효를 하게 되므로 효율을 떨어뜨릴 수 있는 것이다.

또, 음식물 쓰레기를 잘게 파쇄함으로써 음식물에 함유되어 있는 수분이 쉽게 빠져 나오게 함과 더불어, 음식물 쓰레기가 호기상태를 유지하면서 발효되어지게 하기 위한 것이다.

또한, 음식물 쓰레기를 구성하는 열량이 높은 물질(단백질, 지방, 탄수화물 등)과 셀룰로오스, 리그닌 등과 같은 섬유소가 고르게 혼합되어 동일한 시간 내에 전체 음식물 쓰레기가 호기발효되어지게 하기 위한 것이다.

그리고, 분쇄된 음식물 쓰레기와 스티로폼의 입자를 혼합하는 단계는, 분쇄된 음식물 쓰레기가 스티로폼 입자의 표면에 얇게 발려지게 함으로써, 수분의 표면적을 증대시킬 뿐만 아니라, 스티로폼 입자에 얇게 발려진 수분이 적은 열량에 의해서도 간단히 증발되어질 수 있게 하기 위한 것인데, 이 과정에서 사용하는 스티로폼의 입자크기는 약 3∼5 mm 정도인 것을 사용하고, 음식물 쓰레기와 스티로폼이 혼합되어 이루는 최대 공극률은 40% 정도가 유지되게 한다.

상기에서 스티로폼 입자의 크기선택은 상기의 적재단계에서 음식물 쓰레기와 혼합된 스티로폼 입자를 적재하는 높이에 따라 다르게 선택하여야 하는 바, 예컨대 스티로폼의 적재높이를 10m 이내에서는 스티로폼 입자의 크기를 3mm로 하고, 20m 이내에서는 4mm, 30m 이내에서는 5mm를 사용하여야 충분한 공극을 확보하여 수증기의 증발에 방해를 받지 않게 된다.

한편, 상기한 바의 스티로폼 입자와 음식물 쓰레기를 혼합하면, 음식물 쓰레기에 함유되어 있는 수분이 스티로폼 입자의 표면에 약 0.4 ∼ 0.3mm 정도로 얇게 발려지게 되는 바, 이렇게 얇게 발려진 음식물 쓰레기에 함유되어 있는 수분은 이 음식물 쓰레기 자체에서 발생하는 적은 열량과 대류현상에 의해서도 쉽게 기화하여 증발할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에서와 같이 스티로폼 입자의 표면에 죽과 같이 분쇄된 음식물 쓰레기가 얇게 발려지는 상태를 유지하게 하면, 음식물 쓰레기가 충분히 유기분해를 일으킬 수 있는 상태로 수분을 유지하게 되므로 음식물 쓰레기에 포함되어 있는 호기성 미생물이 활발하게 작용할 수 있게 되고, 그 결과 미생물에 의해 대류가 형성되게 되므로 적은 열량으로도 스티로폼 입자의 표면에 발려진 음식물 쓰레기의 수분은 쉽게 증발시킬 수 있게 되며, 음식물 쓰레기 자체는 호기발효되게 되므로 최종적으로 남는 것은 음식물 쓰레기가 연소된 형태의 찌꺼기가 남게 되는 것이다.

이때, 음식물 쓰레기의 수분이 증발하게 하는 과정에서 본 발명의 출원인이 선출원한 특허 출원 제2000-14546호의 "밀폐 투명 이중지붕"과 같은 장치를 사용함으로써 음식물 쓰레기에서 발생하는 열량이외에 태양광의 열량을 추가하여 이용할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 음식물 쓰레기의 강제연소로 인한 환경공해 물질의 배출 없이도 간단하면서 효율적으로 음식물을 연소의 형태로 유기발효처리할 수가 있는 것이다.

그리고, 음식물 쓰레기와 스티로폼 입자의 혼합비는 음식물 쓰레기의 종류에 따라 달라지는 바, 예컨대 고기나 단백질 등과 같이 1500 ㎉/㎏인 고열량 음식물쓰레기를 처리하고자 하는 경우에 있어서는 음식물 쓰레기와 스티로폼 입자의 혼합비를 부피비로 하여 약 1 : 200 으로 하고, 채소 등의 섬유질 쓰레기와 같이 600 ∼700 ㎉/㎏ 인 저열량 쓰레기의 경우에 있어서는 그 혼합비를 약 1 : 400의 정도로 하는 것이 바람직한데, 저열량 쓰레이와 고열량 쓰레기가 혼합되어 있는 경우에는 상기한 바와 같이 충분하게 갈아서 죽과 같이 만든 다음에 그 혼합비율에 따라 상기의 범위내에서 적절하게 선택하면 된다.

한편, 상기의 적재단계는 음식물 쓰레기가 발려진 스티로폼 입자를 소정의 높이로 적재하여 쌓는 과정으로서, 이 과정은 음식물 쓰레기에서 발생하는 열을 보온하기 위한 것인데, 이 열은 음식물 쓰레기가 호기발효를 일으키게 하는 중요한 인자로서, 상기한 바와 같이 음식물 쓰레기가 발려진 스티로폼 입자를 높이 쌓으면, 전체적으로 열효율을 증대시킬 수가 있게 되어 저열량, 고수분의 음식물 쓰레기를 간단히 처리할 수가 있는 것이다.

상기한 바와 같이 음식물 쓰레기가 발려진 스티로폼 입자를 높이 쌓아 호기발효가 되게 하는 데에는 본 발명의 출원인이 선출원하여 특허등록받은 특허 제 184018 호의 "분뇨 호기발효 촉진장치"를 사용함으로써 적은 비용으로 처리할 수가 있다.

그리고, 본 발명에서와 같이 무게가 가벼운 스티로폼 입자를 사용함으로써 상기 특허의 장치를 사용할 때 적은 동력으로도 원하는 바대로 높게 쌓을 수가 있으므로, 그 경비를 줄일 수가 있으며, 스티로폼 자체가 단열재이므로 열 손실이 적다는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명에 따라 음식물 쓰레기를 처리하면, 음식물 쓰레기를 별도의 연료를 사용하여 강제소각하지 않고서도 거의 소각한 것과 같이 음식물 쓰레기의 잔재가 거의 발생하지 않는 효과를 얻을 수가 있으면서, 소각과는 달리 호기발효는 산소를 마시고 탄산가스를 배출하여 자체 발효열로 산화과정이 이루어지게 되므로 독성화합물질의 배출이 없게 되므로, 친환경적이라 할 수가 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 호기발효열을 이용하여 유기물이 무기화되므로 현저한 감량효과가 있는 것이다.

마지막으로, 스티로폼 분리단계는 유기발효되어 연소된 남은 음식물찌꺼기에서 스티로폼 입자를 분리하는 과정으로서, 크기가 3mm이하인 여과망 등을 사용하여 음식물 쓰레기의 찌꺼기와 스티로폼을 분리한 후, 음식물 쓰레기의 찌꺼기는 퇴비로 사용하고, 분리된 스티로폼은 재 사용할 수 있게 한다.

이러한 과정을 통하여 스티로폼 입자를 음식물 쓰레기의 찌꺼기에서 분리하면, 분리된 스티로폼 입자는 재 사용할 수가 있는데, 분리된 스티로폼 입자에 다시 분쇄된 음식물 쓰레기를 투입하면 상기의 과정이 연속적으로 이루어지게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 음식물 쓰레기 처리방법은, 음식물 쓰레기에 스티로폼 입자를 혼합하여 호기발효시킴으로써, 별도의 외부 열원을 사용하지 않고 음식물이 호기발효하는 과정에서 발생하는 자체의 열에 의해서 음식물 쓰레기를 연소시킨 상태로 처리할 수가 있으므로, 저렴한 비용으로 환경 공해를일으키지 않으면서도 음식물 쓰레기의 연소시킨 상태로 처리할 수가 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 음식물 쓰레기를 분쇄하여 죽과 같은 형태로 만드는 분쇄단계와, 분쇄된 음식물 쓰레기를 스티로폼 입자와 혼합하는 혼합단계, 음식물 쓰레기와 혼합된 스티로폼 입자를 소정의 높이로 적재하는 적재단계, 스티로폼과 혼합된 음식물 쓰레기를 밀폐시켜 호기발효시키는 발효단계 및, 발효처리된 음식물 쓰레기 찌꺼기에서 스티로폼을 분리하는 분리단계로 구성된 음식물 쓰레기의 처리방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합단계에서 사용하는 스티로폼 입자의 크기가3 ∼ 5 mm인 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 처리방법
3. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합단계에서 음식물 쓰레기와 스티로폼 입자를 부피비를 기준으로 하여 약 1 : 200 ∼ 1 : 400의 범위로 섞는 것을 특징으로 하는 음식물 쓰레기의 처리방법